ISSN 1410-1998Prosiding Presentasi Ifmiah Bahan Bakar Nuklir VP27BDU dan P2BGN-BA TAN Jakarta, 22 Pebruari 2000

PENGOLAHAN BIJIH URANIUM ASAL RIRANG SECARA BASAPEMURNIAN URANIUM HIDROKSIDA OAR I L T J

Faizal R, Hafni L.N, Budi 5, 5ugeng W, 5usilaningtyasPusat Pengembangan Bahan Galian Nuklir -BATAN

ABSTRAK

PENGOLAHAN BIJIH URANIUM ASAL RIRANG SECARA BASA. PEMURNIAN URANIUMHIOROKSIOA OAR I L T J. Telah dilakukan penelitian ekstraksi U dari bijih uranium asal Rirangmenghasilkan AOU dengan komposisi U = 71,29 %, Th = 0,004 % dan RE203 = 4 %. Penelitianini di bertujuan untuk memumikan uranium hidroksida dari logam tanah jarang (RE) denganekstraksi pelarut TBP/kerosin. Endapan hidroksida hasil pengendapan pada pH 6,3 mengandungU, Th dan RE dilarutkan dengan asam nitrat, selanjutnya larutan uranium nitrat diekstraksi,distriping dan diendapkan. Parameter yang diteliti, meliputi normalitas (N) HNO3, perbandinganvolume NO, jumlah TBP/kerosin, waktu dan normalitas (N) striper. Hasil penelitian menunjukkanbahwa proses ekstraksi U pada normalitas HNO3 = 5 N; perbandingan volume NO = 1 : 1; waktu= 5 menit; TBPI K = 30 % dan temperatur = 25 °c diperoleh rekoveri U = 95,99 %; Th = 19,90 %dan RE203 = 0,06 %, sedangkan striping U pad a normalitas HNO3 = 1 N; perbandingan alA = 1 :2; temperatur = 25 °C; waktu = 5 menit diperoleh rekoveri U = 78,21 %; Th = 40 % dan RE203 =

tidak terdeteksi. Pengendapan dengan reagen NH40H pada pH 7,0 dan waktu 1 jam diperolehrekoveri U = 98,75 % dan yellow cake ( AOU ) berkadar U = 67,55 % dan RE203 = tidak

terdeteksi. Hasil ini cukup baik jika dibandingkan dengan hasil penelitian sebelumnya karenalogam tanah jarang (RE) tidak terdeteksi.

ABSTRACTS

RIRANG URANIUM ORE PROCESSING USING BASE METHOD WITH PURIFICA TION OFURANIUM HYDROXIDE FROM RARE EARTHS. The experiment has been conducted to Rirangore uranium extraction to produce ADU with composition of U = 71.29 %, Th = 0.004 % andRE203 = 4 %. Experiment to purify uranium hydroxide from rare earth with solvent extraction

TBPlkerosine has been done. Hydroxide solid state precipitated on pH 6,3 contains U, Th and RE,its disolved by nitric acid, and than uranium nitrate was extracted, stripped and precipitated. Theexperiment parameters are HNO3; ratio AlO (v); amount of TBP/K; temperature and time. Theexperiment results is optimaly uranium extraction condition at HNO3 = 5 N; ratio Ala = 1 ..1;TBP/K = 30 %; temperature = 25 °C; time = 5 minute and recovery U = 95,99 %; Th = 19,90 %and RE203 = 0,06 %. It results were optimaly uranium stripping condition at HNO3 = 1 N; ratioa/A = 1 ..2; temperature = 25 °C; time = 5 minute and recovery U = 78,21 %; Th = 40 % andRE203 = not detected. Optimum U precipitation condition with NH4OH reagent at pH 7,0 and time1 hour to recover U = 98,75 % with yel/ow cake (ADU) which contents U = 67,55 % and RE203 =

not detected. The results is good if compared to its had been done before because rare earth notdetected.

PENDAHULUAN pH umpan = 1,0 mampu merekaver U =

84,15 % jika disertai kondisi distriping denganstriper = H2O, CIA = 1 : 1, temperatur = 25aC, waktu = 5 menit mampu merekover U =

93,5 % yang selanjutnya diendapkan denganNH4OH pada temperatur = 25 aC, pH = 7,0

dan menghasilkan endapan ADU(Ammonium Diuranat) dengan komposisi U =71,29 %, Th = 0,004% dan RE2O3 = 4 % [2)

Untuk menghasilkan ADU yang bebas REdan Th maka perlu dilakukan penelitianpemurnian dengan proses ekstraksi pelarutuntuk memisahkan RE dan Th seoptimalmung kin. "Callow" menjelaskan bahwa untukmenurunkan koefisien distribusi Ce dalamekstraktor TBP maka perlu mereduksi Ce (IV)menjadi Ce (III) [3) .Reduktor yang digunakan

adalah H2O2. Parameter penelitian yangdiambil adalah kondisi ekstraksi, striping,pengendapan dan normalitas HNO3.

Pengolahan bijih uranium asal Rirangdengan proses basa menghasilkan residuyang mengandung hidroksida dari unsur U.Th, RE dan pengotor. Untuk memisahkanuranium dari elemen-elemen lainnya. residudilarutkan dengan HCI sehingga diperolehlarutan (U. Th. RE) khlorida. Unsur terse butdiendapkan pada pH 6,3 dengan NaOH.uranium diendapkan berupa hidroksida danLogam tanah jarang berada di filtrat.!1]Penelitian ekstraksi U dari bijih uranium asalRirang telah dilakukan dan endapanhidroksida yang dihasilkan. setelah dilarutkandengan HNO3 1N. mempunyai komposisi U =772 ppm, Th = 37,71 ppm dan REzO3 = 1471

ppm. Larutan hasil kemudian diekstraksidengan kondisi :TBP/kerosin = 30 %. NO =1 : 2, temperatur = 25 °c. waktu = 5 menit,

102

ISSN 1410-1998Prosiding Presentasi IImiah Bahan Bakar Nuklir V

P2TBDU dan P2BGN -BA TAN Jakarta. 22 Pebruari 2000

TINJAUAN PUSTAKA Pada proses pengendapan dipakai reagenNH4OH dengan kondisi pH 7,0 temperaturkamar dan waktu 1 jam.[2Pada proses ekstraksi uranium

dengan TBP/kerosin ada beberapa tahapanproses untuk mendapatkan larutan umpanyang akan diekstraksi. Tahapan prosestersebut antara lain tahap preparasi bijih,

dekomposisi, pelarutan hidroksida hasildekomposisi, pengendapan U sebagaihidroksida dan pelarutan endapan Uhldroksida dengan HNOa- Uranium yangterlarut dalam larutan nitrat bersamapengotor lain, dimurnikan dengan caraekstraksi, kemudian di striping dandiendapkan sebagai garam ammoniumdiuranat (ADU).

BAHAN DAN METODA

Bahan

Larutan umpan yang digunakandalam penelitian ini adalah larutan U, Th, REhidroksida hasil dekomposisi bijih uraniumasal Rirang dengan proses basa, kemudiandi larutkan dengan HCI dan diendapkandengan NaOH. Hasil proses pengendapantersebut dilarutkan dengan HNO3. Pad aekstraksi, pelarut yang digunakan adalahTBP dengan pengencer kerosin. Striper yangdigunakan adalah asam encer sebagai faseair. Penelitian ini menggunakan peralatansebagai berikut : gelas beaker, pengadukmagnetik, stop watch, corong pemisah, pHmeter, spektrofotometer UV-VIS dan lain-lain.

Ekstraksi

Ekstraksi adalah proses pengambilanuranium oleh pelarut TBP/kerosin. reaksiyang terjadi antara U bervalensi 6 denganpelarut sebagai berikut :

UO2 (NO3)2. H2O aq + 2 TBP org~UO2 (NO3)2.2

TBP org +H2 Oaq 1)

Metoda

Pemurnian uranium hidroksida darilogam tanah jarang (RE) dilakukan sesuaidengan blok diagram seperti pada gambar1.[2]

Striping

Striping adalah proses pengambilanuranium kembali dari larutan organik hasilekstraksi oleh fase air. Larutan striping yangumum digunakan untuk pelarut TBP/kerosinadalah larutan nitrat encer, Na2CO3 dan lain-lain.

Metoda kerja pemurnian uranium hdroksidadari L T J adalah sebagai berikut :

Residu hasil pengendapan pH 6,3 dilarutkandengan HNO3 1 N, larutan tersebut kemudiandireduksi dengan H2O2 dan residu hasilpengendapan pH 6,3 dilarutkan denganvariabel normalitas HNO3. Selanjutnyalarutan uranil nitrat diekstraksi denganparameter % TBP/kerosin, perbandinganvolume Aqueous dengan Organik (Ala) danwaktu. Larutan fase air hasil ekstraksidianalisis kadar U, Th, RE, PO4 dandievaluasi. Organik hasil ekstraksi padakondisi terbaik distriping menggunakan asamnitrat dengan parameter perbandinganvolume a/A, waktu dan normalitas. Hasilstriping (fase air) dianalisis kadar U, Th, RE,PO4 dan dievaluasi, serta ditentukan kondisiterbaiknya. Selanjutnya fase air hasilstriping pada kondisi terbaik diendapkandengan NH4OH pada pH 7,0 , suhu kamardan waktu 1 jam kemudian endapan hasilpengendapan dianalisis dan dievaluasi.

HNO3UO2(NO3)2. 2 TBP org + H2O <:::> UO2(NO3)2

H20+ TBP org (2)

Pada proses striping digunakan asam encer ,karena uranium dalam bentuk komplek uranilnitrat TBP mudah terpisah [4]

Pengendapan

Pengendapan adalah prosespengambilan uranium dari fase air hasilstripping dengan cara mengendapkan Udengan reagen NH4OH untuk menghasilkankonsentrat ADU.

2UO2(NO3)2+6NH40H~(NH4)2U207+ 4 NH4NO3+3

H2O (3)

103

Prosiding Presentasi I/miah Bahan Bakar Nuklir VP27BDU dan P2BGN-BA TAN Jakarta, 22 Pebruari 2000 ISSN 1410-1998

Bijih

-t -

DekomposisiNaOH

FiltrasiCuci ~I I! -? Filtrat (Na3PO4,NaOH)

HCI

f-+Sisa hidroksida U, Th, RE,, sisa biiih

FiltrasiCuci ~

NaOH ~pH 6,3 HNOJ

-~-Residu

U, Th, REFiltrasiCuci ~

J, Larutan uranil nitrat

Rafinat REEkstraksiFiltratRE(OH)3

TBP/K --?-

Striping ~ organikHNO3--?,

NH4OH

~ limbah

1ADU

Gambar 1. Diagram alir pemurnian uranium hidroksida dari RE

HASIL DAN PEMBAHASAN kondisi :Ekstraktan = 30 % TBP/kerosinAlO = 2 .1 ;

T (suhu) = 25 °c ;t (waktu) = 5 menit;reduktor = H2O2

Callow [3] menyatakan bahwa untuk

menurunkan koefisien distribusi Ce denganekstraksi TBP maka Ce (IV) perlu direduksimenjadi Ce (III). Oari hasil analisis yangtercantum pada Tabel 1 terlihat bahwapenurunan nilai Eh tidak berpengaruh besarterhadap rekoveri U yang didapat, begitu pulauntuk rekoveri RE2O3. Hal ini dapat terjadi

1. Ekstraksi U, Eh umpan diturunkan dengan

H202

Umpan larutan berasal dari hasilpelarutan endapan U, Th, RE (OH) dengan

HNO31N

U = 884,42 ppmPO4 = 95,58 ppmRE203 = 19,64 mgr/mlTh = tidak dianalisispH awal = 1,3Eh awal = 752 mv

104

ISSN 1410-1998Prosiding Presentasi Ilmiah Bahan Bakar Nuklir V

P27BDU dan P2BGN -BA TAN Jakarta, 22 Pebruari 2000

karena : Kemungkinan larutan umpan uranilnitrat selain mengandung Ce relatif kecil jugamengandung seri logam tanah jarang lainnyayang dapat terekstraksi dengan TBP / kerasinpad a Eh relatif tinggi. Pad a Tabel 1 jugaterlihat bahwa pada kondisi tetap ekstraksidengan 1 N HNO3 diperoleh rekoveri Usebesar 64 %, sedangkan rekoveri RE2O3sebesar 91 % maka kondisi tersebut adalahsangat baik untuk mengekstraksi RE bukanuntuk uranium. Untuk penelitian selanjutnyaperlu dicari konsentrasi (N HNO3) padaumpan untuk memperoleh ekstraksi uraniumsebesar-besarnya tetapi logam tanah jarangsekecil mung kin.

Tabel1. Ekstraksi U dengan variasi Eh

H2O2

{ml}

~ h I Rekoveri, % berat I

(mv) U RE2O3 PO4 I

752 -0- 64,20 91,29 69,65700 0,2 64,97 91,35 69,88650 0,5 64,97 91,29 68,71600 19,5 65,59 91,49 58,36550 55 66,97 93,22 30,84

Catatan : Torium tidak dianalisis

kimia, dua macam umpan yaitu 4 N dan 5Ndiambil agar reaksi uranil nitrat dan TBPdapat bergeser kekanan.[1]

3. Ektraksi U, umpan dari endapanhidroksida dengan pelarut HNO3 4 Ndan 5 N

A. Umpan = endapan U, Th, RE (OH)3

dengan pelarut HNO3 4 NU = 3266,18 ppm;Th = 102,34 ppm;RE2O3 = 7,2 mgr/ml

kondisi :TBP/kerosin = 30%;T (suhu) = 25 °c;t (waktu) = 5 men it

B. Umpan = endapan U, Th, RE (OH)3

dengan pelarut HNO3 5NU = 3241,90 ppm;Th = 56,56 ppm;RE2O3 = 10,68 mgr/ml

Kondisi :TBP/kerosin = 30 %;T ( suhu ) = 25 °C;t (waktu) = 5 menit

Tabel 2. Kelarutan RE (OH)3 denganvariasi N HNO3

HNO3 U Th RE2O3(N) (ppm) (ppm) (m~r/ml)

3696,32 51,243482,19 46,813511,78 42,383266,18 102,343241,90 56,562686,76 37,212815,47 35,742787,77 35,00

Tabel3a. Ekstraksi U, Umpan dariendapan hidroksida denganpelarut HNO3 4 N, variabel AlO

Tabel3b. Ekstraksi U, Umpan dariendapan hidroksida denganpelarut HNO3 5 N, variabel AlO

AlO(volume)

Rekoveri ,% berat

u~,29,14,49,53

Th i RE2O3

0,0050,0040,0160,0330,045

Catalan : PO4 tidak dianalisis

2. Pelarutan U, umpan dari endapan U,Th, RE (OH)3 dilarutkan dengan VariasiN HNO3

Oari Tabel 2 terlihat bahwa kelarutan U,Th dan RE2O3 cukup baik pada konsentrasiHNO3 antara (1 N -5N), sedangkan mulai 6 NHrJO3 hasil pelarutan mengalami penurunankarena pada konsentrasi tersebut sebagianlarutan yang sudah terbentuk akanmengendap kembali (reaksi bolak balik). OariTabel 1 (percobaan sebelumnya) dinyatakanbahwa dengan konsentrasi umpan 1 N HNO3hasil ekstraksi U cukup rendah ( 64 %) danberdasarkan pustaka [4] bahwa ekstraksi U

dari larutan uranil nitrat dilakukan padakonsentrasi 4 N HNO3 .Untuk menghasilkanpercobaan yang baik dan efisiensi bahan

1 : 12: 11 :23: 11 :3

9794989897

39,37,45,47,35,

Dari Tabel 3a dan 3b terlihat bahwaumpan pelarutan dengan HNO3 5 N lebihbaik, hal ini ditunjukkan dengan hasil rekoveriU = 97,02 %, Th = 39,11 % dan RE2O3 =0,005 % dan perbandingan Ala = 1 : 1.

Disamping itu RE yang terambill ikut ke faseorganik relatif kecil sesuai dengan tujuan

105

11

76852006

Prosiding Presentasi //miah Bahan Bakar Nuklir VP2TBDU dan P2BGN-BA TAN Jakarta. 22 Pebruari 2000

ISSN 1410-1998

Tabel 5. Striping U dengan variabel alA

(v , , .--2ita

1 : 2 26,45 82,33 ttd1 : 3 25, 80 73,76 ttd2 : 1 14,63 94,99 ttd3 : 1 10.03 84,27 ttd2 : 3 23,83 99,48 ttd3: 2 14,63 94,99 ttd

tt = < ppm p

penelitian ini yaitu memurnikan unsur U dariunsur tanah jarang (RE).

4. Ekstraksi U, variabel % TBPI kerasin

Umpan = endapan RE(OH)3 dengan

pelarut HNO3 5N

U = 2899,89 ppmT (suhu) = 25 DCTh = 55,67 ppmt (waktu) = 5 menitRE203 = 18,36 mgr/mlAlO = 1 : 1 'pm)

Tabel 4. Ekstraksi denganTBP/kerosin (%)

TBP/K Rekoveri ,% berat .

(%) I U I Tn I REzO310 I 89,24 I 15,91 d,50

20 94,57 35,80 0,1030 95,99 19,90 0,0640 96,96 31,83 0,9650 97.24 31,83 18,57

varia

belDari Tabel 5 terlihat bahwa striping

U dengan variabel O/A pada perbandingan 1: 2 sebesar 26,45 % dan untuk Th sebesar82,33 % masih relatif kecil, maka untukmeningkatkan rekoveri U pada striping akandilakukan percobaan dengan varia bel derajatkeasaman striper ( fase air ), disampingkondisi lain adalah tetap.

6. Striping U dengan variabel normalitasstriper ( fase air)

Umpan : larutan organik hasil ekstraksidengan TBP/K = 30 %; AlO = 1 : 1;temperatur ( T ) = 25 °C ; waktu (t) = 5 men it

dan pelarut umpan HNO3 5 N

U = 2639,729 ppm;Th = 34,44 ppmRE203 = ttd

Kondisi proses:O/A = 1 : 2;T (suhu) = 25 °C ;t (waktu) = 5 menit

Tabel 6. Striping U dengan variabelnormalitas striper (fase air)

rase air

(N)1 ,2 58,22 28,89 ttd3 52,28 21 ,15 ttd4 31,70 26,42 ttd5 29,75 23,96 ttd6 29,48 21,48 ttd

ttd = < ppm ppm

Oari Tabel 6 terlihat bahwa strippingU dengan varia bel konsentrasi fase air 1 Ndidapat rekoveri U = 78,21 %, Th = 40 % denRE203 = tidak terdeteksi, bile dibandingkan

dengan konsentrasi fase air yang lain terlihatmakin besar konsentrasi HNO3 fase air makemakin turun rekoveri U maupun untuk Th. Halterjadi ini karena pengaruh keasaman striperyang mendekati keasaman umpan sehingga

Dari Tabel 4 ekstraksi U denganvariabel kadar TBP/K (%) terlihat bahwarekoveri yang didapat untuk U ( 89 -97) %,Th (15 -31) % dan RE203 (0,06 -0,96) %.Dengan TBP/K (%) semakin besar makarekoveri yang diperoleh semakin besar. Halini menunjukkan bahwa pelarutan U ke dalampelarut TBP/K semakin baik. Pada kondisikadar TBP/K 30 % rekoveri Th dan REadalah paling kecil, hal ini disebabkan padakondisi tersebut Th dan RE mengalamikesetimbangan reaksi. Dari hasi percobaandiambil TBP/K = 30 %, bahwa TBP/K = 30oIl! dengan hasil rekoveri untuk U = 95,99 %,Th = 19,90 % , RE203 = 0,06 %, dengan

demikian hasil yang didapat memberikanharapan, guna mengurangi pengotor pad aproduk akhir nanti terutama unsur tanah

jarang.

5. Striping U dengan H2O variabelperbandingan volume OIA

Umpan = larutan organik hasil ekstraksidengan TBP/K = 30 %; AlO = 1 : 1;

temperatur kamar; waktu 5 menit dan pelarutHNO35 N

U = 2639,729 ppmT (suhu) = 25 °CTh = 34,44 ppmt (waktu) = 5 menitRE203 = ttdStriper = H2O ( pH 6 -7 )

106

ISSN 1410-1998Prosiding Presentasi Ilmiah Bahan Bakar Nuklir V

P27BDU dan P2BGN -BA TAN Jakarla, 22 Pebruari 2000

sukar terjadi pelepasan uranium dari komplekUO2 (NO3.)2.2 TBP. Pada percobaan ini faseair yang digunakan adalah asam nitrat encerdan untuk mengambil kembali uranium darifase air maka perlu dilakukan pengendapanADU pad a pH 7,0 dengan harapan uranium

mengendap sebanyak-banyaknya sedangkan

pengotor Th yang masih ikut

mungkin.

7. Pengendapan U dengan reagenNH4OH

Kondisi tetap : pH = 7,0 ; T (suhu) = 25 °C;t (waktu) = 1 jam.

sekecil

Tabel 8. Analisis ADU

-No.

1.2.3.

Unsur Kadar (%)67..55

ttd1,23

RETh

Dari Tabel 7 terlihat pengendapan Udengan reagen NH4OH pada kondisi pH 7,0didapat hasil rekoveri U = 98,75 % dan Th =84,27 % dengan RE2O3 = tidak terdeteksi,

demikian pula untuk ADU (AmmoniumDiuranat) Tabel 8 ternyata kandunganuranium cukup baik yaitu sebesar 67,55 %dengan RE (Iogam tanah jarang) tidakterdeteksi.

SIMPULAN

rekoveri U = 78,21 %,Th = 40 %,RE2O3 = ltd.

Kondisi pengendapan optimal,reagen = NH4OH;T (suhu) = 25 °C,t(waktu) = 1 jam;pH = 7,0 danrekoveri U = 98,75 % sertaADU dengan kadar U = 67,55 % danRE2O3 = tidak terdeteksi.

Hasil ini cukup,baik jika dibandingkandengan hasil penelitian sebelumnya karenalogam tanah jarang (RE) tidak terdeteksi.

DAFTAR PUSTAKA

[1]. CUTHBERT, F. L., Thorium ProductionTechnology, Prepared under contractwith United State Atomic EnergyCommission, Massachuset, USA, Sept(1958)

[2]. RIZA, F., Scientist Exchange Program,PNC -Ningyo Toge Works, Japan, July

(1997)[3]. CALLOW, R. J., The Industrial Chemistry

of the Lanthanous, Yttrium, Thorium andUranium, Pergamon Press. Inc. NewYork (1967)

[4]. IAEA, Uranium Extraction Technology,Technical Reports Series No. 359, IAEA,

Vienna, (1993)

Dari hasil penelitian diperoleh kondisioptimal proses ekstraksi , striping danpengendapan U bijih uranium asal Rirangadalah sebagai berikut :

Kondisi ekstraksi optimal:TBP/K = 30 %;AlO = 1 : 1;T (suhu) = 25 DC;t (waktu) = 5 menit;pelarut HNO3 = 5 N danrekoveri U = 95,99 %,

Th = 19,90 %,RE2O3 = 0,06 %.

Kondisi striping optimal:Striper = HNO3 encer;konsentrasi HNO3 = 1 N;O/A = 1 : 2;T (suhu) = 25 °c ,t(waktu) = 5 men it dan

107

Prosiding Presentasi /Imiah Bahan Bakar Nuklir VP27BDU dan P2BGN-BATAN Jakarta, 22 Pebruari 2000 ISSN 1410-1998

TANYAJAWAB.Apakah alat spektrofotometer sudah

dikalibrasi dan kapan?.RE maksimum yang diijinkan berapa %

(untuk pengendapan)?.Apa arti ttd pada makalah? Apakah ttd

diakibatkan alat tidak akurat?Faizal.Tipe UV -200.Dikalibrasi secara periodik 3 bulan sekali..RE yang diinginkan untuk diendapkan

pada pH 6,3 sekecil-kecilnya tetapi padapH 9,8 sebesar-besarnya.

.Arti ttd adalah tidak terdeteksi. Batastidak terdeteksi < 5 ppm.

Siti Amini.Dari tabel 4 terlihat bahwa perbandingan

TBP/K 50% adalah yang tertinggi yangdapat memisahkan RE. Mengapa dalamproses pemurnian U-hidrolisa dari L T J itudipilih TBP/K 30%?

Faizal.Karena pad a TBP/K 30% U yang terambil

95,99% dan Th = 19,90% danRE203 = 0,06%.

Soedarjo.Apa tipe spektrofotometer yang

digunakan.

108