PEMURNIAN Nd DENGAN CARA PERTUKARAN ION DAN …

PEMURNIAN Nd DENGAN CARA PERTUKARAN ION DANPEMBUATAN NEODIMIUM (Nd) OKSIDA DARI PASIRMONASIT

MV Purwani , C.Supriyanto daD Dwi BiyantoroPuslitbang Teknologi Maju BATAN, Yogyakarta

ABSTRAKPEMURNIAN Nd DENGAN CARA PERTUKARAN ION DAN PEMBUATAN NEODIMIUM (Nd)OKSIDA DARI PASIR MONASIT. Monasit adalah mineral Th dan Logam Tanah jarang dalam bentukfosfat. Kandungan unsur logam tanah jarang dalam pasir monasit yang paling ban)'ak adalah Ce, diikuti Ladan Nd, sedang unsur logam tanah jarang yang lain jauh lebih sedikit.Neodimium mclnpun.,'ai kegunaansebagai bahan baku berbagai keperluan industri. Sebelum dimumikan dan dibuat oksida, Nd terlebihdahulu dipisahkan daTi pasir InOnasit dan dibuat konsentrat Nd. Pemumian dilakukan dengan metodeproses pertukaran ion dalam , memakai resin DOWEX 50W-X8 dan elusi Inemakai EDTA, Faktor yangberpengaruh pada proses pertukaran ion adalah berat atau jumlah resin, konsentrasi dan pH EDTA. Untukmemperoleh Nd oksida, fraksi volum yang mempunyai kandungan unsur )'ang sarna diendapkan denganoksalat dan kemudiall dikalsinasi pada suhu 700"C selama 6 jaIn, Hasil terbaik diperolch pada pemakaianberat resin kation Dowex 50W-X8 = 25 gram, konsentrasi eluen EDTA dalam air = 0.015 M, pH- EDTA 8,4dan kecepatan elusi 0,5 mllmenit. Pada keadaan ini resolusi terbesar untuk Rs[Nd .Cej = 2,987 dan Rs

[Nd. Laj = 3,145. kadar Nd2Oj = 90,13% dengan pengotorThO2= 1,53% dan CeO2= 3,03%.

ABSTRACTPURIFICATION OF Nd BY ION EXCHANGE PROCESS AND PREPARATION OF NEODYMIUM(Nd) OXYDE FROM MONAZITE SAND. Monazite is mineral ofTh and Rare Earth Phosphate. The majorcontent of Rate Earth in Monazite Sand are Ce followed by La and Nd., while the other rare earth elementsare very few. Neodymium has potential using as raw material for various imwustries. Before purificationprocess, Nd was separated from monazite sands and was made Nd concentrate. The purification was doneby the ion exlwnge process using resin Dowex 50W-X8 and eluted using EDTA to purify Nd as from itsconcentrates. The affecting factors were weight of resin, molarity or concentration and pH of EDTA. Forobtaining Nd oxyde. the volume fractions which contained the same element was precipitated with oxalic aciand then was calcinated at 7()(J'C for 6 hours. The best result obtained at the using of 25 grams Dowex50W-X8 cation resin, concentration of EDTA eluent in water = 0,015 M, EDTA pH = 8.4 and elution rate= 0.5 mllminute. At this condition, the largest resolutions Rs [Nd -Cel and Rs [Nd-LaI were 2.8 and 3.145respectively. The concentration of Nd]Oj '''as 90./3 'lc.. and impurities of ThO2 and CeO] were /.53 %

and 3.03 %.

PENDAHULUANM onasit yang ditemukan dalam pasir dari

Bangka merupakan basil sampingpengolahan timah dari penambangan timah oleh PTTimah. Hasil samping ini berupa pasir yangdibuang di laut Bangka dan sekitarnya. Hasilpengumpulan dan data yang dilakukan olehBAT AN dan PT Timah, cadangan pasir monasit diIndonesia ada akhir tahun 1983 sebanyak 7.237 tontersebar di daerah Sumatera yaitu P. Bangka,Belitung dan Singkep, sedang di Kalimantan yaituRirang dan Tanah Merah belum tercatat!') Pasirmonasit ini mengandung Th dan Logam-logamTanah Jarang seperti Ce, La, Nd, ad, Sm, Dy danY. Serium (Ce) merupakan unsur terbesar dalampasir monasit (kandungan dalam pasir monasit15%-20%), disusul La dan Nd (kandungan dalampasir monasit 7-10%). Unsur-unsur logam tanah

jarang terutama Nd mempunyai nilai ekonomisyang tinggi mengingat manfaatnya dalam berbagaiindustri. Kegunaan Nd antara lain sebagai bahanbaku pembuatan magnet dan untuk tabung IR.Mengingat kegunaan Nd dan untuk memberikannilai tambah secara ekonomi dan strategis daribahan buangan menjadi bahan yang berguna, makasangat perlu dan layak dilakukan penelitianpemisahan Nd dari pasir monas it.

.Beberapa tahap proses yang dilakukan untukpembuatan konsentrat Nd dari pasir monasitadalah sebagai berikurZ) :

.Peleburan pasir monasit dengan Hz 804

.Pemisahan kelompok seria : (Th). La. Ceo Nd.8m dan Gd dan kelompok itria : Y dan Dydengan cara kristalisasi membentuk garamrangkap sulfat memakai Naz804.

Prosldlng Pertemuan da" Presentasilimiah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl NukllrP3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 2002

76 ISSN 0216.763128 MV Purwani, dkk

A, B daD C : ion-ion yang akan dipisahkan

(a) : keadaan sebelum dielusi, ion -ion

masih bercampur

b, (c) daD (d): keadaan setelah dielusi, terjadi

pemisahan ion-ion

Bahan untuk penukar ion yang banyakdipakai ialah resin sintetis yang mempunyaimatriks derajat silang seperti polistiren,polidekstran, selulosa daD silika. Polistiren resinterdiri dari polimer tiga dimensi divinil bensen daDstiren. Resin tipe ini mempunyai sifat mudahmembengkak dalam medium air, disebabkanadanya tekanan osmose dalam rangka matriksresin. Tingkat pembengkakan dapat dikurangidengan menaikkan jumlah ikatan silang yaitudengan menaikkan jumlah divinilbensen dalampolimer. Besar nya hubungan derajat silangdinyatakan dengan % berat divinil bensen yangbesarnya berkisar antara 1 -16 %. Resin DowexSOW -X8 merupakan tipe resin polisterindivinilbensen dan angka 8 menunjukkan prosentasederajat ikatan silang. Jumlah derajat ikatan silangini sudah memadai untuk pengikatan ion-ion logamtanah jarang dengat pembengkakan resin yang

cukup.

Pembuatan kelompok seria hidroksida dengancara peleburan memakai NaOH.

Pelarutan kelompok seria hidroksida denganHNO3

Pemisahan Ce daTi kelompok seria hidroksidadengan oksidasi memakai KBrO3 danpengendapan fraksional untuk mendapatkankonsentrat La dan Nd

Pembuatan konsentrat Nd dengan carapengendapan memakai N~OH pada pH 8

Pemurnian Nd dengan pertukaran ion

Pemisahan dengan penukar ion berdasarkanpada pemisahan secara kromatograf. Kromatografiialah metoda pemisahan un~ur-unsur atau senyawa-senyawa tertentu berdasarkan kecepatanmigrasinya(3). Pada proses kromatografi biasanyaterjadi dua rasa, yaitu rasa diam (stasioner) dan rasagerak (mobil). Pada proses kromatografi kolompenukar ion, bahan yang dipakai untuk rasadiamnya adalah penukar ion. Penukar ion dapatmenyerap ion-ion yang dipisahkan denganmenukarkan ion-ion yang sesuai an tara ion dalamrasa diamnya dengan ion pada rasa geraknya.Sedangkan mekanisme terjadinya reaksi pertukaranion pada rasa diamnya berdasar afinitas ion yangdipertukarkan dan ekivalensi muatan. Fasa gerakdalam proses pertukaran ion berfungsi mengambilkembali ion-ion yang terikat pada penukar iondengan jalan mengalirkannya melalui tumpukanpenukar ion. Proses pengikatan (adsorpsi) ion-ionyang akan dipisahkan oleh penukar ion disebut"pembebanan", sedangkan reaksi pelepasankcmbali ion-ion yang lerjcrap pada penukar ionolch rasa gerak discbUl "clusi" dan rasa gcraknyasendiri disebul "cluen".

Oalam pertukaran ion reaksi yang terjadibisa berlangsung bolak-balik clan mekanisme untukmencapai keadaan setimbang ditentukan oleh sifat-sifat sena banyaknya komponen yang terdapatdalam sistem tersebut clan tidak tergantung padaurutan komponen yang masuk terlebih dahulu.Kestimbangan reaksi pertukaran ion antara ion-ionmonovalen dapat dituliskan dengan persamaanreaksi sebagai berikut :

Ar+ + B+ ;=;: Br+ + A +

Eluen

tEluen

tEluen

~

A + dan B+ adalah ion-ion yang dipertukarkan,

indeks r menunjukkan ion yang terikat pada resin.Jika kesetimbangan terjadi akan diperoleh suatuharga yang disebut konstanta kesetimbangan reaksi( K ) antara ion A dan B yang dirumuskan sebagaiberikut :

A, B dan C Adan B A

AB

cK B-

-IA(2B

Resin(

cTanda [ ] menunjukkan konsenlrasi ion dan indeksr adalah ion lerikal resin.

Pada perlukaran ion, konslanle keselim-bangan dikenal sebagai koefisien selektifilas. Padaumumnya besarnya koefisien selektifitasdipengaruhi oleh afinitas ion terhadap resin yititukecenderungan ion untuk terjerab oleh resin.

(d)(b) (c)(a)

ion dalam kolom penukarGambar 1. Migrasi ionion

---Prosldlng Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr

P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 2002

ISSN 0216 -3128 77MV Purwani, dkk.

harganya > o. Semakin kecil harga Log Kkompleksion lebih sulit untuk terelusi.

Pasa saat proses elusi, aliran larutan eluenyang membawa unsur-unsur yang dipisahkanditampung setiap waktu dan volum tertentu , fraksi-fraksi volum ini mengandung unsur tertentu yangkalau digambarkan hubungan an tara fraksi volumdan kadar unsur membentuk kurva distribusipolinomial. Banyaknya kurva yang terbentukmenunjukkan banyaknya unsur yang dipisahkan.Puncak kurva disebut waktu retensi yang biasanyadapat diwakili oleh jumlah fraksi volume. Untukmenunjukkan besarnya daya pisah antara unsuryang satu denga un sur yang lainnya dinyatakandengan resolusi.

Deret afinitas ion -ion ini sudah dipelajari olehKunnin dan Meyef4). Koefisien Selektifitasadalah harga perbedaan besarnya afinitas ion -ionterhadap resin.

Reaksi pertukaran ion antara resin DowexSOW -X8 dengan ion sebagai berikut:

RSOiH+ + M*A- ~ RSO3-M+ + H*A (3)

RSO3- adalah gugus divinil bensen dalamresin dan M* adalah ion logam tanah jarang yangdipertukarkan yang sebelumnya terikat pacta larutan

asam ( A ).

Pacta proses elusi, antara ion-ion logam yangterikat resin dan eluen yang mengalir terjadi reaksipembentukan kompleks sebagai berikut: 2(t x -t )Perhitungan resolusi: Rs = y

ax +ay(7)

M3+ + y4- (4)MY.~Waktu retensi : puncak kurva unsur atau ion x

dan y

(8)-~ RI + t R2 X ~ (menit)

tR -2 v

M3+ adalah ion logam tanah jarang yangmembentuk kompleks dan y4- adalah ion

pengompleks.Reaksi substitusi pacta elusi dapat dituliskan

sebagai berikut:

- M 3+M2 Y + I(r)3+ ~+ M2(r) (5)M\Y-

lndeks r menyatakan ion pada resin.

Reaksi terse but selalu terjadi pada pita perbatasanion L TJ dalam kolom resin pada saat elusiberlangsung. Besarnya konstante kesetimbangankompleks antara ion dengan eluen dapat dinyatakandengan persamaan sebagai berikut :

t RI adalah fraksi volum kaki kiri dan t R2 adalah

fraksi volum kaki kanan

V = volume fraksi .ml

v= kecepatan elusi. mVmenit

Lebar kurva merupakan jarak antara puncak-puncak kurva dan dirumuskan sebagai berikut :

lebar kurva ion x dan y =

Va = (t R2 -t RI) X -(menit) (9)

v

Faktor yang mempengaruhi adalah berat resin,konsentrasi dan pH eluen, tinggi kolom resin,konsentrasi eluen dan kecepatan elusi.

MJ+ [MY-]Kkompleks = K MY- = 1M -3+ ~[y4l (6)

Pengendapan fraksi volum dengan oksalat

Fraksi volurn hasil tarnpungan kolornpenukar ion yang rnernpunyai kadar unsur yangsarna diendapkan dengan H2C2O4. Reaksi yang

terjadi:

Ion logam tanah jarang dapat membentukkompleks dengan beberapa ligan. Salah satu liganyang digunakan adalah EDT A ( Etilen DiaminTetra Asetat ) yang merupakan ligan khelatpembentuk kompleks. Jika ada dua ion yangmempunyai Kkompleks berbeda, maka akan terjadireaksi penggantian atau substitusi .ion yangmempunyai Kkompleks lebih besar akan menggan-ikan ion yang mempunyai Kkompleks kompleksyang lebih kecil. Untuk mempermudah mengetahuiharga Kkompleks, Powell dkk(5), mempermudahdengan menggantikan harga Kkompleks menjadi LogKkompleks yang merupakan bilangan positif yang

H2C2O4

M2(C2O4)3

padatan

2M+A- --++

2WA" (10)+

Prosldlng Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr

P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl2002

Kalsinasi atau pembuatan oksida Nd b. Penjenuhan resin dengan ion CU2+

Membuat larutan CUSO4 0,5 -1 M untuk

penjenuhan resin. Resin yang telah dilakukan

dekantasi dengan air suling, dijenuhkan dengan ion

CU2+ dengan cara memasukkan resin dalam larutan

CUSO4 0,5 -1 M 80°C, kemudian dilakukan

dekantasi seperti dengan air suling sampai tidak

terjadi perubahan warDa.

700°C~ M2O3 + 2 CO2Mz(C2O4 (11)

TATA KERJA

Bahan c. Pemasukan resin ke dalam kolomPasir monasit dari Bangka, H2SO4, Na2 SO4,

NaOH, HNO3, KBrO3, N~ OR, resin Dowex SOW-X8, EDT A, CUSO4, oksida-oksida logam standarLa, Nd, Sm, Gd, Dy, Y dari Merck, Th Nitrat, CeNitrat.

Resin yang dicampur air suling dimasukkanke dalam kolom dari alas kolom clan dijaga jangansampai ada udara yang masuk. Untuk memperolehposisi resin yang stabil resin dialiri air sulingselama 2-5 jam.

Alat

Alat gelas, alat penggerus, pengaduk danpemanas magnet, pH meter, timbangan analitis,rangkaian kolom penukar ion, pompa danSpektrometer pendar sinar X.

d. Penyiapan umpan konsentrat Nd

Menimbang konsentrat Nd yang berupapadatan clan dilarutkan ke dalam asam nitrat pekatdipanaskan dan diencerkan untuk umpan kolom.

Cara Kerjae. Pengumpanan kolom resin atau pembebanan

Larutan umpan dialirkan ke dalam kolomresin dengan kecepatan tertentu sampai habis clandibiarkan 24 jam supaya terjadi pengikatan ion-ion

dalam umpan dengan resin. Untukmenghilangkansenyawa-senyawa lain yang dapat mengganggu,saat elusi ke dalam resin dialirkan air suling dengankecepatan tertentu selama 2-5 jam. Pada resindalam kolom , terlihat jelas batas antara resin yangtelah mengikat ion-ion L TJ clan resin yang masihmengikat Cu. Resin yang mengikat ion CU2+berwarna hijau-biru, resin yang mengikat ion-ionLTJ akan berwarna sesuai dengan warna ion-ionyang diikat (Ce berwarna kuning, La berwarnaputih clan Nd berwarna merah ungu).

1. Pembuatan konsentrat Nd

Seratus gram pasir monasit 400 Meshditambah 200 ml asam suI fat pekat, dipanaskanselama 4 jam pada suhu 210°c. Hasil leburandiencerkan dengan air sampai pH = I, kemudianditambah 60 gram natrium sulCal dan dipanaskansampai volume tinggal sepertiganya. Kristal yangterbentuk dipisahkan dan ditambah 100 gramNaOH dan 200 ml air dipanaskan selama 2 jampada suhu 140°C, Endapan yang terjadi dicucisampai netral dengan air panas. Endapan netraldilarutkan dalam 100 ml asam nitrat pekat dan 10ml kalium bromat dan dipanaskan sampai mendidihselama 2 jam. Sesudah dingin ditambah amoniasampai pH 1,5. Larutan ditambah amonia dandiatur pHS. Endapan yang terjadi disaring danendapan ini merupakan konsentrat Nd.

f. Elusi kolom

Eluen EDTA diencerkan dengan air padakonsentrasi tertentu, kemudian diatur pH nyadengan menambahkan amonia. Kolom dial iris

eluen dengan kecepatan tertentu clan ditampungsetiap 5 ml -20 mi. Elusi dihentikan jika semuaunsur yang dipisahkan sudah keluar dari kolom.

Hasil tampungan dianalisis dengan spektromelerpendar sinar x.

2. Pemurnian Nd dengan kolom penukar ion

a. Penyiapan kolom resin

Dekantasi resin dengan air suling untukmemperoleh keseragaman ukuran butir resin.Menimbang resin Dowex 50W -X8 secukupnya,direndam dalam air suling suhu 80°C diaduk dandibiarkan selama 3-5 jam agar resin mengembangsecara maksimum. Setelah semua butiran resinmengendap air di alas resin dibuang (dekantasi),kemudian dituangi lagi air suling 80°C sampai air

di alas resin jernih.

g. Pembuatan oksida Nd.

Fraksi -[raksi vo\um yang h~~nya

mengandung satu unsur dikclompokkan mcnjadisatu ditambah oksalat. Endapan yang tcrbcntuk

Prosidlng Pertemuan dan Presentasl ilmlah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr

P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl2002

MV Purwani, dkk. ISSN 0216.3128 79

700°C untuk Tabel danAnalisis pasirkonsentrat Nd.

monas it

Kadar

Konsentratlarutan nit,

umP3!!

UNSUR Pasir Monasit

(%)HASIL DAN PEMBAHASAN

ThYLaCeNdGd8mDy

5,2,7,116

6,2,2,~

776570

220187772

461261278826100

Hasil analisis pasir monasit dengan spektro-meter pendar sinar X.

Dari Tabel 1 dapat dilihat bahwa setelahdilakukan beberapa tahapan proses, kadar unsur -unsur dalam pasir monasit dan dalam konsentratNd terlihat ada perbedaan. Sebelum dilakukan

proses pemisahan , kadar Nd dalam pasir monasitmerupakan urutan yang ketiga setelah Ce dan La.Sesudah dilakukan pemisahan kadar Nd dalamkonsentrat Nd adalah yang terbesar.

Pemurnian konsentrat Nd.

Umpan : Konsentrat Nd Hidroksidadilarutkan dalam as am nitrat.

yang

Pengaruh berat resin.

Tabel 2. Pengaruh berat resin terhadap waktu retensi dan Lebar kurva (dinyatakan dengan narnar fraksivalurn).

Keterangan :(Diameterkolom = 0,7 cm, ukuran butirResin Dowex 50W-X8 100-200 mesh, Eluen EDTA dalam airpH = 8,4, Kecepatan elusi = 0,5 ml/menit. Volume Fraksi = 20 ml)

Tabel 2 menunjukkan fraksi-fraksi volumdimana pada kaki kiri menunjukkan masing-masingunsur pertama kali akan keluar dari kolom (kon-sentrasi masih Dol ), pada fraksi vol urn berikutnya

unsur keluar dari kolorn ( konsentrasi sudah lebihbesar dari Dol ). Kaki kanan rnenunjukkan fraksivolurn dirnana un sur atau ion sudah tidak keluarlagi atau pada saat ini konsentrasi ion atau unsurnolo Dari harga ini dapat dihitung waklu retensidaD lebar kurva. ( lihat Garnbar I ). Dari data yangdiperoleh dengan analisis rnernakai spektrorneterpendar sinar.X pada setiap fraksi volurn ,

rnenunjukkan adanya unsur daD konsentrasinyayang ke\uar dari ko\orn.

Tabel 2 menunjukkan , bahwa semakin beratresin yang digunakan unsur yang pertama kalikeluar semakin lama. Hal ini dapat diketahui pada

besarnya nomor frakasi kaki kiri un sur, semakinberat resin yang dipakai nomor fraksi volum untukNd, La daD Ce semakin besar. Keadaan ini

menunjukkan bahwa semakin berat resin yangdipakai , posisi resin dalam kolom semakin panjangatau tinggi. Oleh karena itu pengikatan unsur atauion dengan resin semakin kuat, lintasan yangdilalui ion pada waktu migrasi daD ketika dielusisemakin panjang , sehingga semakin lama ion

terikat dalam resin daD ion semakin sui it dilepaskandari resin oleh eluen.

Prosldlng Pertemuan dan Presentasillmiah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl NukllrP3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 2002

Nd dalamrat untuk

(bpi)213465,238731

8210

migrasi ion-ion semakin panjang. Dengan demikiankompetisi dan kesempatan ion-ion untukmembentuk kompleks dengan eluen semakin baik.Karena kecepatan migrasi masing-masing ionberbeda maka semakin panjang lintasan daya pisahakan semakin besar.

fraksi volum

Hubungan fraksi volum kadar unsurpada elusi konsentrat Nd( pemakaianresin J 5 gram)

Gambar 2.

Gambar 3. Grafik hubungan berat resin denganreso/usi

Pengaruh konsentrasi EDTA.

Senyawa yang dipakai sebagai eluen adalah(N~h H3 EDT A. Ion-ion EDT A 4- setelah dialirkan

ke dalam kolom segera menarik ion-ion L TJ yangberada pada ikatan resin. Dengan adanya ionEDT A 4-, ion-ion L TJ membentuk senyawakompleks dengan ion EDT A 4- sesuai dengan reaksi

sbb_:

LTJ3+ +EDTA4---') JTJ .EDTA" (12'

Dari Tabel 4 dapat dilihat bahwa perbedaankonsentrasi EDT A yang diambil sangat kecil, olehkarena itu pengaruhnya terhadap keluaran fraksivolurn yang rnengandung unsur -unsur Nd, Ce danLa harnpir sarna.

Kecenderungan pelepasan ion L TJ3+terhadap ikatan resin tergantung dari besarnyakonstante kesetimbangan kompleks (Kkompleks) yangdirniliki. Sernakin besar Kkompleks, ion tersebut akansemakin cepat terlepas dari resin. Dari percobaanyang disajikan pada Garnbar 4 diperoleh hasil ,bahwa sernakin besar konsentrasi EDTA. dayapisah atau resolusi sernakin rendah. jlkakonsentrasi EDT A besar maka laju pembentukanLTJ. EDTA" besar keadaan ini akan rnemperkecilselektifitas, sehingga kompetisi ion-ion tidaksempurna. Karena kecepatan aliran eluen cukupbesar, kesetirnbangan kurang baik. Pemakaianeluen dengan konsentrasi besar harus diimbangidcngan kccepatan clusi yang lambat untukmempcroleh resolusi yang baik.

Sebagai contoh, Gambar 2 yangmenunjukkan hubungan antara fraksi volum clankadar unsur pada pemakaian berat resin 15 gram.

Dari Gambar 2 dapat dilihat terjadi puncak-puncakdengan tinggi clan lebar yang berbeda. Nd adalahunsur yang pertama kali keluar daTi kolom, disusuloleh Ce clan La sesuai dengan urutan besarnyakoefisien selektifitas atau afinitas ion dengan resinyang telah disusun oleh Kunnin clan Meyer,urutan atau deret elusi logam tanah jarang serrebesamya harga Log K kompleks dengan EDT A yan~disajikan oleh B. James clan J.E. Powell ()

Semakin besar harga Log K kompleks' ion semakinmudah terelusi, sehingga mudah keluar daTikolom. Harga Log K kompleks Nd, = 16,6, Log Kkompleks Ce = 16 clan Log K kompleks La = 15,5 Luasan

puncak yang terbentuk sesuai dengan besamyakonsentrasi unsur dalam umpan. Semakin besarkonsentrasi unsur dalam umpan, kurva yangterbentuk semakin luas.. Pada Tabel I ,konsentrasi Nd paling besar , oleh karena itu kurva

Nd paling luas diikuti .La clan Ceo

Deret afinitas kation ion-ion lofam tanahjarang sebagai berikut: CU2+ < Th4+ < Lu + < Yb3+ <

Tm3+ < Er3+ , HO3+ < Dy3+< y3+ < Tb3+ < Gd3+ <

Sm3+ < Nd3+ < Pr3+ < Ce)+ < La3+

Deret elusi ion-ion logam tanah jarangdengan EDTA sebagai berikut: CU2+, Th4+, Lu3+,Yb3+, Tm3+, Er3+, HO3+, Dy3+, y3+, Tb3+, Gd3+, S,3+,

Nd3+, Pr3+, Ce3+, La3

Dari Gambar 3 dapat dilihat , bahwasemakin ban yak jumlah resin, keberadaan resindalam kolom semakin tinggi. Reaksi pengikatanion-ion oleh resin akan semakin sempurna,kapasitas resin mampu mcngikat ion-ion. .Dengansemakin tingginya resin dalam kolom, lintasan

-Prosldlng Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr

P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 2002

Tabel4. Pengaruh konsentrasi EDTA terhadap waktu retensi dan Lebar kurva (dinyatakan dengan nornorfraksi vo/urn),

Keterangan :(Diameter kolom = 0,7 cm, ukuran butir Resin Dowex 50W-X8 100-200 mesh, Eluen EDT A dalam airpH = 8.4, Kecepatan elusi = 0,5 ml/menit, Volume Fraksi = 100 ml)

kali keluar dari kolom semakin kecil atau Nd cepatterlepas dari resin dan terelusi oleh EDT A.Semakin kecil pH , sifat keasamannya semakinbesar dan sifat ini lebih mempermudah pelarutanion Nd , Ce dan La. Semakin bersifat basa unsurlogam tanah jarang semakin cenderung mengen-dap , sehingga semakin sulit terlepas dari resin dansemakin sulitterelusi.

Pada Gambar 5 dapat dilihat bahwa akanterjadi harga resolusi yang terbesar pada pH EDT A8,4. Pada pH < 8 dan pH >8,4 resolusi lebih kecil.Keadaan ini disebabkan karena pada pH 8,2 , spesiEDT A yang terbentuk tidak bereaksi dengan baikuntuk terjadinya elusi terhadap LTJ. Disamping itupada pH yang makin kecil lebih memudahkanpelarutan L TJ , sehingga kompetisi migrasi ionkurang. Sedang pada pH diatas 8,4, pada kolomresin kemungkinan sudah terjadi pengendapansehingga elusi terhambat dan kurva yang diperolehme lebar, sehingga menurunkan resolusi.

Gambar 4. Grafik hubungan konsentrasi EDTAdengan reso/usi

Pengaruh pH EDTA.

Tabel 5 menunjukkan bahwa semakin besarpH EDT A .fraksi volum unsur Nd yang pertama

Tabel 5. Pengaruh pH EDTA terhadap waktu retensi dan Lebar kurva (dinyatakan dengan nomor fraksi

volum)

Nomor fraksi volum

pH EDTA, M Kaki kiri kurva elusi

Nd , Ce I LaWaktu retensi (tR')

Nd Ce La

1338,2 180 220 305

350

195 253

8,4 185 286 223 360 420 200 320 j 373 40 73 70

8,6 217 243 293 243 297

277

350 228 273 313 27 34 37

8,8 217 258 257 263 435 238 266 297 60 19 168

keterangan :(Diameter kolom = 0,7 cm, ukuran butir Resin Dowex 50W-X8 100-200 mesh,konsentrasi 0,015, Kecepatan elusi = 0,5 mVmenit. Vol. Fraksi = 20 ml)

Eluen EDT A dalam air

Prosldlng Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltlan Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologl NukliP3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 2002

Besar konstante kesetimbangan untuk masin.g-masing tingkat bisa dirumuskan dengan persamaanreaksinya, Tingkat disosiasi dipengaruhi oleh:~lIlarutan.

pH EDTA

Tabel6 menunjukkan bahwa pacta pH 6,14sampai 10,11 adalah merupakan daerah sesuai -HEDTA3-, sebagian dari H2 EDTA2- dan EDTA4-.Penaikan pH sampai 8,4 pada larutan eluen denganamonia dimaksudkan untuk memperoleh spesi -HEDT A 3- sebanyak mungkin, karena spesi ini pacta

saat elusi akan membentuk senyawa kompleksdengan ion-ion L TJ yang terikat pada resin. Reaksipembentukan kompleks:

LTJ3+ + H EDTA3- ~ LTJ.H.EDTA- (17)Gambar 5. Grafik hubungan pH EDTA dengan

resolusiTabel 6. Konstante kesetimbangan disosiasi

(K) EDT A sebagaifungsi pH

K

K1

K2

K3

~

-log ( H+

2,42

2,88

6,14

10,11

LogK

2,12

2,70

6,18

10,27

Spesi EDT A yang terjadi pada kondisi pH ini dapatditerangkan dengan melihat Tabel 6.

Reaksi disosiasi molekul EDT A merupakan fungsipH larutan, Mekanisme disosiasi pada molekulEDT A adalah sebagai berikut:

(13)

(N~hH3EDTA ~ (N~)H3EDTA. +N~ + (Kt)

(N~)H3EDT A. ~ H3EDT A 2- +

N~ + (K2)

H2EDTA2- ~ H EDTA3- + W (K3)

(14)

(15)

Pengendapan fraksi volum dengan oksalat

Fraksi volum yang mempunyai Ce, La clanNd yang murni hasil tampungan kolom penukar iondiendapkan dengan H1C1O4o Dalam bentuk garamoksalat un sur-un sur mempunyai hasil kali kelarutanyang sangat kecil, sehingga sangat mudahmengendap.

H EDTA3- --+ EDTA4- + W (~) (16)

Kalsinasi atau pembuatan oksida Nd.

Tabel7. Hasil kalsinasi garam oksalat Nd menjadi oksida

Kadar unsur, %Oksida

ThO2 Y203 La203 CeO2 Nd2O3 Gd2O2 SmP3 DY203

Nd \,53 2,97 3,03 90,13 1,55 .1,23- 0,05

Oari Tabel 7 dapat dilihat bahwa kemurnianNd kurang baik, karena pada saat dilakukankalsinasi fraksi volum yang dipilih terlalu ban yak .Untuk mempcroleh kemurnian yang lebih tinggi

jumlah fraksi volum yang dikalsinasi sehar~nyalebih sedikit. dengan konsekuensi efisiensi"'atauberat Nd oksida yang dihasilkan menjadi Icbihsedikiit..

Prosldlng Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl NukllrP3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 2002

TANYAJAWAB

Dari data dapat diperoleh hasii terbaikpemurnian konsentrat Nd dengan koiom penukarion memakai resin penukar kation Dowex 50W-X8,eiuen EDT A daiam air didapatkan resoiusi tertinggiuntuk Rs Nd -Ce = 2,087 dan Rs Nd-La = 3,145pada eiusi 25 gram konsentrat Nd diiarutkan dalam100 rnliarutan HNO3 3,5 M dengan 25 gram resinDowex 50W-X8, konsentrasi eluen EDT A daiamair 0,015 M, pH EDT A = 8,4, kecepatan elusi 0,5mVmenit, volume fraksi penampungan = 20 mi.Kemurnian atau kadar Nd2O3 = 90,13% denganpengotor CeO2 = 3,03% dan ThO2 = 1,53%.

Tumpal P...Bagaimana cara pembuatan umpannya ? .

..Kenapa Nd oksida diambil daTi pasir monasit ?

..Apakah ada jenis pasir lain untuk pengambilanNd oksida ? .

..Apa gunanya Nd Oksida ?

DAFTARPUSTAKA1. SURA TMAN, "MonasitlSenotim Sebagai

Mineral Ikutan Alam Endapan-EndapanTimah", Seminar Pengembangan MineralMonasit Sebagai Sumber Potensi MineralLangka, PT Tambang Timah Persero, jakarta,(1987).

2. PRAKASH. S., ,. Advanced Chemistry of Rare

Earth ", S Chand & co (PVT), New Delhi,( 1975).

3. HEFTMAN, E., "Chromatography", ReinholdPublishing Corporation, New York, (1961).

4. KUNNIN B. AND MEYER R.J., ,. Ion

Exchange Resin", John Wiley and Sons, NewYork,1950

5. POWELL, J.E., "Separation Chemistry",Hand Book of The Physics and Chmistry.(Gscheindener, J.R. dan Eyring L, PublishingCompany, Amsterdam, North Holland, (1979).

6. JAMES, D.B. AND POWELL, C., "IonExchange Elution Sequences with ChelatingEluents", USAEC, Division of TechnicalInformation, Iowa. 1960

MV. Purwani.Pembuatan umpan Nd konsentrat dari

pasir zirkon monasit dengan cara asammelalui beberapa tahap proses yaitu :digesti pasir monasit , pemisahankelompok [tria (Y, Dy) dan kelompokSeria (Ce, La, Nd, Sm, Gd dll) dengankristalisasi pembentukan garam rangkapsulfat, pemisahan Ce dari kelompookSeria dengan oksidasi dan pengendapanfraksional, pemisahan La dan Nd dengacara penegendapan sehingga diperolehkonsentrat Nd. Endapan Nd = 25 gramdilarutkan dalam HNO] dilarutakandalam HNO] 3,5 M untuk umpam kolom.Setelah dielusi, diperoleh fraksi volumtampungan. Fraksi volum yangmempunyai kadar unsur Nd tinggidijadikan satu dan diendapkan denganoksalat dikalsinasi untuk memperoleh NdOksida.

.Pasir monasit mengandung Th = 5 %. LT J; Ce = 30 %, La =:t [0 % dan Nd = 7 %.Setelah pengambilan Ce diperolehkonsentrat Nd yang layak untuk diproseslanjut. Untuk memisahkan danmemurnikan Nd pasir yang lain misalnyasinotim dan basnasit, Nd yang terkandungsangat sedikit, tidak ekonomis untukdipisahkan ?

.Nd dapat digunakan sebagai bahan baku

pembuatan magnet, optik, superkonduktor dll

-Proslding Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltlan Oasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr

P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Jun12002