pemungut an kembali ce dari ce - digilib- prosiding/energi/pros... · persamaan keseimbangan kedua

Download PEMUNGUT AN KEMBALI CE DARI Ce - Digilib- Prosiding/Energi/Pros... · persamaan keseimbangan kedua

Post on 12-Mar-2019

216 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

PROSIDING SEMINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator don Proses BahanYogyakarta, 28 Agustus 2008

PEMUNGUT AN KEMBALI CE DARI Ce - TBP MEMAKAI ASAMSULFAT

SuyantiPTAPB-BATAN Yogyakarta

ABSTRAK

PEMUNGUTAN KEMBALI Ce DARI Ce - TBP MEMAKAI ASAM SULFAT. Telahdilakukan pemungutan kembali atau re-ekstraksi Ce dari Ce - Tap memakai asamsulfat (H2S04), Senyawa Ce - Tap merupakan fasa organik dan H2S04 merupakanfasa air atau fasa striping. Parameter yang berpengaruh adalah molaritas H2S04,perbandingan volume H2S04 dengan Ce- Tap, waktu dan kecepatan pengadukanstriping. Pada striping 25 ml Ce - Tap memakai H2S04, kondisi optimum dicapai padapemakaian konsentrasi H2S04 = 1,5 M, perbandingan volume H2S04: Ce - Tap =1: 1, waktu striping 5 menit dan kecepatan striping 300 rpm. Pada kodisi ini diperolehKd striping = 8,723 dan efisiensi striping Ce 82,85%.

ABTRACT

RECOVERY Ce FROM Ce - TBP USED SULPHURIC ACID. The recovery or re-extraction Ce from Ce - Tap used sulphuric acid (H2S04) has been done. Thecompound of Ce - Tap as organic phase and sulphuric acid as aqeuous phase or asstripping phase. The influence parametre were molarity of sulphuric acid, volume ratioof Ce- Tap with sulphuric acid, time and rate of stripping. At stripping of 25 ml Ce -Tap used sulfuric acid, the optimum condition were molarity H2S04 was 1.5 M,volume ratio of H2S04: Ce - Tap was 1: 1, time of stripping 5 minutes and rate ofstripping was 300 rpm. At the optimum condition was obtained the distributioncoefficien of stripping was 8.723 and efficiency of stripping was 82.85%.

PENDAHULUAN

Logam serium (Ce) yang kadamya 16,23 %terbesar di dalam pasir monasit mempunyaikegunaan yang cukup banyak dalam berbagaikeperluan industri antara lain BaCe03 dan SrCe03untuk sel bahan bakar suhu tinggi, CeOz untukaditif bahan bakar disel, CeOz bersama-samadengan zirkonia digunakan untuk pelapisanpermukaan logam yang tahan terhadap suhu tinggi,CeOz sebagai bahan paduan untuk logam clankeramik unggul (I).

Mengingat manfaat yang dimiliki olehlogam tanah jarang (Ce) serta dengan pertimbanganadanya cadangan pasir monasit di Indonesia yangcukup besar, maka layak untuk dilakukan usahapengambilan/ pemisahan unsur-unsur tersebut. Halini selain untuk memaksimalkan potensi dari pasirmonasit, juga akan memberikan nilai ekonomisyang lebih tinggi.

Untuk memenuhi kebutuhan industri

tersebut diperlukan Ce dengan kemurnian yang

tinggi. Untuk memperoleh Ce dengan kadar yangtinggi dapat dilakukan proses pemisahan denganteknik ekstraksi pelarut menggunakan TBP-kerosindilanjutkan dengan proses striping denganmenggunakan fasa organik hasil ekstraksi dan fasaair berupa asam suIfat.

Sebelum proses ekstraksi, Ce (OH)4 berupapadatan yang dilarutkan ke dalam asam nitrat.Reaksi pelarutan Ce dalam HN03 adalah sebagaiberikut :

Ce(OH)4+ 4HN03 -> Ce(N03)4+ 4H20 (1)Larutan Ce (N03)4 kemudian diekstraksi

dengan TBP Tri Butil Fosfat).Menurut HANSON, C dan BENEDICr3),

reaksi yang terjadi an tara logam dengan TBP padakeasaman rendah mengikuti reaksi sebagai berikut :

H++ NO-3~HNO(a) (2)HN03(a)~HN03 (0) (3)Ce4++4 N03-+ 2 TBP (o)~Ce (N03)4 2 TBP (0) (4)

(a)= fasa air, (0) = fasa organik

136 ISSN 1410 - 8178 Suyanti.

PROSIDING SEMINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator don Proses BahanYogyakarta, 28 Agustus 2008

Suatu unsur atau logam seperti Ce yangterikat dalam bentuk senyawa organik (TBP) tidakbisa dimanfaatkan. Supaya dapat diproses lebihlanjut untuk menjadi bentuk oksida atau sampai kebentuk logam yang dapat digunakan, maka harusdiubah lagi dalam bentuk fasa aiI4).

Proses striping ini didahului dengan prosesekstraksi antara larutan Ce(N03)4 yang merupakanhasil olah pasir monasit dengan pelarut organikTBP-kerosin 15%. Larutan Ce(N03)4 sebagaiumpan atau fasa air (rafinat) dan hasil ekstraksidengan Ce- TBP sebagai fasa organik atau ekstrak.Untuk mengambil kembali Ce dari Ce-TBPdilakukan proses re-ekstraksi atau striping memakaiasam sulfat.

Proses striping atau re-ekstraksi merupakankebalikan proses ekstraksi. Pada proses ekstraksi,solut atau logam berpindah dan fasa air ke fasaorganik, sedang pada proses re-ekstraksi, solut darifasa organik ditransfer ke fasa air atau fasa striping.Pemakaian asam sulfat encer sebagai fasapen striping bertujuan untuk mengambil unsur yangsenyawa kompleksnya paling mudah untukdipecahkan sehingga akan mudah dipisahkandengan unsur yang lain.

Asam suIfat merupakan cairan sepertiminyak tak wama, H2S04: d.L 1,84; 1.1. 1O,36C;t.d. 338C. Asam yang mumi jarang digunakan,senyawa ini tersedia dalam larutan 96-98% (t.I.30C),nama sistematik penuhnya ialah asamtetraoksosulfat (VI) (5).

Asam suI fat encer adalah asam kuat

diprotik membentuk dua anion, ion hidrogen suI fatH2S04 dan ion sulfat sol' menurut persamaanionisasi sebagai berikut:1. H2S04(aq) + H20,,-+-> H30+(aq) + HS04'(aq)

ka (1) = sangat besar2. H2S04(aq) + H20+->H30+(aq) + HS04'(aq)

ka (2) = I x 10'2Persamaan keseimbangan pertama terletak

jauh lebih menggeser ke arah kanan dari adapersamaan keseimbangan kedua. Jadi spesies yangdominan dalam larutan encer asam sulfat yaitu ionhidronium H30+ dan ion hidrogen suIfat H2S04.

Keberhasilan proses striping diukur denganbesamya unsur yang dapat terdistribusi dari fasaorganik ke fasa air atau dinyatakan dengankoefisien distribusi (Kd).

CsKd = - (5)

Co

dengan Kd = koefisien distribusi dan, Co, adalahkonsentrasi solut pada pelarut organik, dan Csadalah konsentrasi solut pad a pelarut air (6.7)

Efektifitas dalam proses ekstraksi dapatdinyatakan dengan persen solut yang terekstrak

yang dapat diperoleh dengan persamaan sebagaiberikut:

Efisiensi Ekstraksi = Heral unsur dutum /.:" xl 00% (6)Heral unsur datum umpan

FS = fasa air (Ce dalam H2S04) dan FO : fasaorganik (Ce dalam TBP - kerosen)

TATA KERJA

Alat

Spektrometer Pendar Sinar X, Stirrer danMagnetic Stirrer, almari asam, alat gelaslaboratorium, kertas Saring, stop Watch.

Bahan

Konsentrat Ce(OH)4 hasil olah pasirmonas it, HN03 pekat teknis, H3P04 buatan Merck,TBP buatan Merck, kerosen buatan Fisher, aquades.

Cara Kerja

Pembuatan Larutan Ce(NOJ)4Sebanyak 100 gram konsentrat Ce(OH)4

dilarutkan dengan larutan HN03 5M sebanyak 346mL yang telah diencerkan dengan akuadessebanyak 1000 mL. Setelah Kristal Ce(N03)4 larut,larutan didinginkan. Setelah larutan dingindilakukan penyaringan.

Proses ekstraksi

Larutan Ce(N03)4 diekstraksi dengan TBP15 % dalam kerosin 85 % pada perbandingan FA :FO = I: 1, larutan tersebut diaduk selama 20 menit.Larutan dipisahkan fasa organik dengan fasacaimya menggunakan corong pisah. Fasa organikhasil ekstraksi digunakan untuk pr()ses striping Ceo

Proses stripinga. Variasi molaritas H2S04

Fasa organik (FO) dari hasil ekstraksisebanyak 5 mL distriping dengan larutan asamsuIfat 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5 M. Masing-masingsebanyak 5 mL, diaduk dengan kecepatan 500 rpmselama 5 menit. Fasa organik dan fasa stripingdipisahkan. Fasa striping dianalisis menggunakanspektrometer pendar sinar X.

b. Variasi Waktu PengadukanFasa organik (FO) dari hasil ekstraksi

sebanyak 5 mL distriping dengan larutan asamsulfat 1,5 M sebanyak 5 mL, diaduk dengankecepatan 500 rpm selama 2,5; 5; 7,5; 10; 12,5menit. Fasa organik dan fasa striping kemudiandipisahkan. Fasa striping dianalisis menggunakanspektrometer pendar sinar X.

c. Variasi perbandingan FA : FOFasa organik (FO) distriping dengan larutan

as am sulfat ],5 M, diaduk dengan kecepatan 500

Suyanti. ISSN 1410 - 8178 137

PROSIDING SEMINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator dan Proses BahanYogyakarta, 28 Agustus 2008

85

Kons H2S04 (M) Kons Ce (ppm)Kd

0,5

33982,6781

34912,9691,5

38664,8262

30931,9652,5

31732,124

dCAJA,Z= -DAB--

dz

dengan: JA,Z = kecepatan transfer massaDAB = difusivitas massac = konsentrasi,z = lebar lapisan antar fasa

Tabel I. Hubungan konsentrasi asam sulfatdengan konsentrasi Ce dalamfasa stripingdan efisiensi striping (FS:FO =1:1;kecepatan pengadukan = 500 rpm; waktupengadukan = 5 men it)

dengan :DAB= difusivitas dari A di dalam lal1ltanencer dalam B

k = konstanta BoltzmannT =suhu

r = jari-jari partikel zat terlarutf.1R = viskositas pelarutDari persamaan tersebut dapat diketahui

bahwa difusivitas berbanding terbalik denganviskositas pelarut, sehingga semakin kecilviskositas pelarut maka akan semakin mudah untukberdifusi dari fasa organik ke fasa air

Dari persamaan tersebut dapat diketahuibahwa difusivitas berbanding terbalik dengan

(8)

365

o 0.5 1 15 2 2.5Konsentrasi H2S04(M)

Gambar 1. Hubungan antara konsentrasi asamsulfat dengan efisiensi striping Ceo

Dari persamaan tersebut dapat diketahuibahwa variabel difusivitas berbanding lurus dengankecepatan transfer massa, sehingga semakin besarkonsentrasi akan semakin besar pula kecepatanperpindahan massa. Sedangkan difusivitasberbanding terbalik dengan viskositas. Hal ini dapatdijelaskan melalui persamaan Stokes-Einsteinsebagai berikut:

DAB= ~ (9)61t rJl B

HASIL DAN PEMBAHASAN

Umpan striping adalah ekstrak yang kayaCe(IV) berupa kompleks Ce(N03)4. 4TBP dari hasilekstraksi an tara Ce(N03)3 dengan TBP. Untukmemungut kembali Ce yang berada dalam fasaorganik (ekstrak) dilakukan striping denganmenggunakan asam sulfat. Reaksi yang teljadi padaproses striping:

Ce(N03 )44TSP+ 2H2S04+-+Ce(S04)2( S)+4HN03+4 TBP (7)

I. Kadar Ce dalam fasa air sebelum ekstraksi