Leaching of Uranium I.
Filosofi Uranium (U), memiliki nomor atom 92 merupakan unsur radioaktif
yang berubah menjadi elemen stabil unggulan melalui banyak tahap-tahap peralihan Nilai utama uranium di properti radioaktif dan fisi isotop ters terseb ebut ut.. Di alam alam,, hamp hampir ir semu semuaa (99, (99,2 2 pers persen en)) dari dari loga logam m terd terdir irii dari uranium-2!" # sisa sisany nyaa
terd terdir irii
dari dari uranium-2!$ (%,2
perse ersen n)
dan
uranium-2!& (%,%%' persen). pada suhu kamar, logam uranium halus dibagi bereaksi dengan oksigen dan nitrogen. ada suhu yang lebih tinggi bereaksi dengan
berbagai
logam
paduan
untuk
membentuk
senyaa
intermetalik. intermetalik. *ormasi solid-solution *ormasi solid-solution dengan dengan logam lain jarang terjadi, karena struktur kristal tunggal yang dibentuk oleh atom uranium. +ntara suhu kamar dan titik leleh dari .!2 (2.%% *), logam uranium ada dalam tiga bentuk kristal yang dikenal sebagai alpha alpha (/), (/), beta beta (0), (0), dan gamma (1) tahap. ransformasi dari alpha ke fase beta terjadi pada ''" (.2!& *) dan dari beta ke fase gamma pada $ (.&2 *). 3aat ini uranium merupakan suatu unsur yang dapat menggantikan bahan bakar fosil sebagai energi dalam jangka panjang 4ebutuhan untuk menemu menemukan kan deposi depositt uraniu uranium m yang yang signifi signifikan kan untuk untuk pertam pertamban bangan gan telah telah mengha menghasilk silkan an pengem pengemban bangan gan berbag berbagai ai teknik teknik sur5ei sur5ei.. 3ementa 3ementara ra sebagia sebagian n besar uranium dunia ditambang di 4anada, +ustralia, dan 4a6akhstan, bagian yang paling penting dari sumber daya dunia uranium ditemukan di +ustralia. 3ebagian besar uranium ditemukan di lapisan atas, yang terjadi se7ara alami sebagai U &8 U
'8
dan dengan dengan kelimpahan kelimpahan rata-rata 2 ppm. entuk entuk mineral
2
yang terjadi paling alami adalah uraninit (U: 2), yang biasanya bereaksi dengan oksigen membentuk U !: ", yang bijih-bijih uranium mineral. Uranium biasanya tidak paduan menjadi senyaa kristal lain karena ini negara biaya tinggi dan jari-jari atom yang sangat besar, tetapi oksida yang kadang-kadang ditemukan dalam senyaa kristal lainnya seperti 6ir7on, thorite, dan fluorit, di antara banyak mineral aksesori lainnya. :leh karena itu, ekstraksi uranium digunakan untuk mengisolasi dan memurnikan uranium mengandung senyaa dari bijih mentah. ;aka dibutuhkan proses hidrometalurgi untuk mengekstrak dan memurnikan nilai-nilai uranium ini. II.
Prinsip Proses
elindihan ( Leaching ) merupakan langkah penting dalam pengolahan bijih uranium. roses leaching mengontrol berikut< a) roporsi uranium dilarutkan dari bijih# b) jumlah reagen, yang merupakan biaya operasi utama, diperlukan untuk menjaga kesesuaian kondisi leaching # 7) 4onsentrasi tailing dalam larutan, yang akan memiliki dampak penting pada unit operasi berikutnya seperti ekstraksi pelarut, produk presipitasi = pemurnian dan pengolahan limbah# d) ersyaratan grinding, kinerja peralatan pemisahan padat-7air, berdampak pada pilihan pembuangan dan karakteristik limbah tailing. ijih uranium diperlakukan baik oleh reagen asam atau basa dengan asam sulfat atau natrium bikarbonat sistem karbonat natrium digunakan hampir se7ara eksklusif untuk pemulihan uranium komersial. 3e7ara umum,
3
leaching alkali lebih ringan dan lebih selektif dari pen7u7ian asam dan digunakan untuk penanganan bijih karbonat tinggi, yang akan mengkonsumsi jumlah yang berlebihan asam. 3ebuah panduan umum telah baha jika bijih mengandung lebih dari -9> dari karbonat kemudian leaching alkali lebih ekonomis, tetapi faktor-faktor lain sekarang harus dipertimbangkan. *aktorfaktor tersebut termasuk efisiensi ekstraksi uranium, penggunaan air (terutama di daerah terpen7il), konsumsi energi, persyaratan kualitas produk dan pertimbangan lingkungan. ;eskipun leaching asam digunakan di sebagian besar pabrik uranium, leaching alkali memiliki sejumlah keunggulan yang mendasar. 3etelah seleksi reagen, selanjutnya adalah pemilihan sistem leaching . erikut lima teknik yang tersedia< () +gitasi lea7hing pada tekanan atmosfer (asam dan basa), (2) Pressure leaching (asam dan basa), (!) Strong acid pugging and curing (asam), (&) Heap leaching (asam), ($) ?n-situ leaching (terutama alkali). @rade bijih dan tonase biasanya akan menentukan pemilihan proses (&) dan ($) daripada (), (2) dan (!). 3e7ara singkat, baik solusi pertambangan dan heap leaching sebagian besar dibatasi dalam aplikasi untuk bijih dengan karakteristik mineralogi dan fitur tekstur yang memungkinkan akses reagen ke mineral uranium selama periode yang 7ukup lama. roses dimodifikasi seperti lapisan tipis lea7hing, dengan tingkat yang lebih besar dari kominusi, dapat
4
memperluas jangkauan jenis bijih yang dapat diproses se7ara heap leach. erikut penjelasan mengenai in-situ leaching dan heap leaching. ??. In-situ Leaching In situ leaching, atau biasa disebut in situ mining merupakan teknologi
terbaru
dari
bed
leaching
statis.
3eperti
saat ini
diaplikasikan, proses in-situ terdiri dari injeksi larutan leaching sesuai ke 6ona bijih dibaah permukaan air. Aarutan leaching mengandung oksidan bersama dengan bahan kimia yang dapat membentuk kompleks uranium dan dengan demikian memobilisasi uranium. Aarutan leaching dipompa ke permukaan di mana uranium yang ditemukan oleh pertukaran ion. 3e7ara umum, in situ pertambangan pelindian uranium terdiri dari penyuntikan larutan leaching (liBi5iant) ke 6ona bijih (s) di baah permukaan air# pengoksidasi, pengompleks dan memobilisasi uranium# memulihkan larutan hamil melalui produksi (recovery) sumur# dan akhirnya memompa larutan bantalan uranium ke permukaan untuk diproses lebih lanjut. erbagai jenis konfigurasi baik injeksi-recovery atau pola telah digunakan di masa lalu. Aebih khusus, sumur injeksi yang terkonstruksi dengan 7ermat digunakan untuk menyuntikkan larutan liBi5iant, biasanya men7airkan konsentrasi amonium, natrium, kalsium atau magnesium karbonat-bikarbonat-atau asam sulfat, dan agen pengoksidasi yang tepat, biasanya hidrogen peroksida atau oksigen, menjadi bijih uranium (s). Aarutan liBi5iant bermigrasi
5
melalui batu pasir permeabel dan datang dalam kontak dengan mineral uranium yang didominasi oksida uranium dan silikat, dan oksidator mengoksidasi mineral ini dari keadaan 5alensi 8& menjadi 8', melarutkan
nilai-nilai
mineral.
Uranium
tersebut
kemudian
dimobilisasi sebagai kompleks larut uranium karbonat jika larutan karbonat pelindian digunakan, atau sebagai kompleks uranium sulfat jika larutan asam sulfat pelindian digunakan. (Aarson, 9")C In-situ leaching pada saat ini terbatas dalam aplikasi untuk formasi yang dibatasi oleh batu pasir (memiliki permeabilitas tinggi) yang berisi endapan yang relatif ke7il dari bijih kadar rendah pada kedalaman
yang
keuntungan
relatif
ekonomi
dangkal.
yang
Namun,
signifikan
dapat
sebagai
menaarkan bidang
juga
menggantikan peralatan pertambangan dan operasi penghan7uran dan lea7hing terkait dengan proses kon5ensional. 4elemahan adalah pemulihan rendah dan persyaratan ketat untuk merestorasi lahan tambang dengan kondisi diterima. ersamaan berikut menggambarkan reaksi leaching alkali untuk amonium dan natrium karbonat pada sistem leaching yang telah digunakan di +merika 3erikat< Eeaksi leaching amonium karbonat< :Bidation, U:2 8 F2:2 .
U:! 8 F2:
Aea7hing, U:! 8 F2: 8 !(NF&)2:! 2NF&:F
(NF&)&U:2(:!)! 8
6
U:! 8 2NF&F:!
(NF&)2U:2(:!)2 8 F2:
U:!.8 2NF&F:! 8 (NF&)2:!
(NF&)&U:2(:!)! 8
F 2: Eeaksi leaching 3odium karbonat < :Bidation, 2U: 2 8 :2
2U:!
Aea7hing, U:! 8 Na2:! 8 2NaF:!
Na&U:2(%!)! 8 F2:
??.2 Heap Leaching Heap leaching adalah salah satu teknik tertua hidrometalurgi. enggunaan dilaporkan aal untuk uranium berada di ortugal selama tahun 9$%. ada proses ini bijih ditambang dan kemudian ditumpuk di atas sistem pengumpulan. Aarutan leaching didistribusikan melalui permukaan atas tumpukan dan meleati baah melalui tumpukan tempat bijih. empat mungkin bijih E:; atau bahan kasar han7ur. 4eseragaman distribusi larutan lea7hing mungkin adalah 5ariabel utama untuk kebanyakan operasi Heap leaching , tetapi faktor-faktor lain seperti berikut ini juga dapat menjadi penting. (a) Mineralogi
dari
bijih.
lea7hing
Feap
lebih
tergantung
padamineralogi bijih dari operasi agitasi lea7hing kon5ensional. Distribusi mineral uranium dalam bijih harus dipertimbangkan. ;isalnya, bijih di mana uranium yang halus disebarluaskan dan dikurung dalam matriks yang relatif non-permeabel mungkin tidak akan menjadi kandidat yang baik untuk pen7u7ian tumpukan.
7
4arbonat dan tanah liat mineral dalam bijih juga bisa menjadi penting. ijih yang mengandung lebih dari beberapa persen dari kapur mungkin tidak 7o7ok untuk lea7hing asam. ;ineral karbonat mengkonsumsi asam dan menghasilkan %2 gelembung yang serius dapat mengurangi permeabilitas ranjang. 4ehadiran mineral lempung juga dapat mempengaruhi permeabilitas tumpukan, dan efeknya dapat ber5ariasi dengan jenis larutan lea7hing digunakan. ;isalnya,
dimungkinkan
untuk
melindihkan
bijih
yang
mengandung lempung montmorillonite dengan leaching agen yang bersifat asam tetapi pereaksi alkali seperti natrium karbonat dapat menyebabkan pembengkakan tambahan tanah liat dan mengurangi permeabilitas untuk dasarnya nol. eberapa bijih seperti yang ditemukan di 4anada dan ortugal memiliki konsentrasi mineral sulfida seperti pirit. 4etika air hadir, reaksi bakteri dengan pirit dapat menghasilkan baik asam sulfat dan besi sulfat. ?ni kadangkadang disebut sebagai Gleaching alamiG. ;ineralogi masingmasing sumber bijih harus dipertimbangkan se7ara terpisah. (b) Osidasi. Fampir semua bijih uranium membutuhkan beberapa tingkat oksidasi selama lea7hing, tetapi jumlah yang diperlukan dapat ber5ariasi. 4andungan oksigen terlarut dari larutan leaching mungkin 7ukup untuk beberapa bijih, tetapi beberapa bentuk oksidasi kimia biasanya diperlukan. 3eperti disebutkan di atas, tindakan bakteri juga dapat menjadi sumber oksidasi jika mineral sulfida besi dan nutrisi yang tepat untuk bakteri yang hadir.
8
:ksidasi bakteri tetra5alen uranium terjadi terutama melalui mekanisme tidak langsung. akteri, seperti hioba7illus ferrooBidans, mengoksidasi pirit dalam bijih, dan ion besi yang dihasilkan mengoksidasi uranium tetra5alen untuk heBa5alent larut. (7) Persyaratan leaching
reagen.
Dalam
kebanyakan
keadaan
kasus
persyaratan leaching reagen untuk pen7u7ian tumpukan tidak akan se7ara signifikan berbeda dari persyaratan untuk lea7hing agitasi kon5ensional
bijih
yang
sama.
Untuk
beberapa
bijih,
bagaimanapun, telah memungkinkan untuk mendapatkan ekstraksi uranium yang baik dengan penambahan reagen yang relatif ke7il. engaruh 5ariasi luas dalam penambahan reagen harus diselidiki selama studi eksperimental.
III.
Aspek Termodinamika – Kinetika
3etiap proses metalurgi yang terjadi pasti memiliki aspek yang menentukan
proses keberlangsungan suatu raksi. ada proses lea7hing
uranium sendiri terdapat 2 aspek yang menunjukkan proses lea7hing uranium itu sendiri berjalan, yaitu aspek termodinamika dan aspek kinetika.
???. +spek ermodinamika
9
37hortmann dan De3esa (9$") C2 mempelajari hubungan antara suhu lea7hing dan tingkat pen7u7ian U:2. ersamaan +rrhenius mendefinisikan hubungan ini sebagai berikut. d=dt H -k eBp(-Ia=E)
(???.)
dimana< d=dt
H ersamaan +rrhenius
k
H 4onstanta laju
Ia
H Inergi akti5asi
E
H 4onstant gas
H emperature (4)
Dimana k adalah konstanta laju, Ia adalah energi akti5asi, E adalah konstanta gas, dan adalah suhu dalam derajat 4el5in. Untuk menentukan energi akti5asi untuk lea7hing uranium, logaritma dari tingkat lea7hing diplot terhadap kebalikan dari temperatur absolut. Data harus meren7anakan dalam garis lurus jika data eksperimen konsisten dengan persamaan +rrhenius. dilakukan per7obaan lea7hing pada tiga tekanan yang berbeda oksigen (, !,$, dan % atm) dan lima temperatur yang berbeda '%-%% . lot disajikan pada @ambar !..
10
Gambar .! +rrhenius lot U: 2 arif embubaran %,$ ; Na2:! 8
%,$ ; NaF:!, "% . 3umber< 37hortmann dan De3esa (9$") @ambar !. menunjukkan baha data sesuai dengan model +rrhenius baik dan didapatkan hasil energi akti5asi sebesar !,& kilokalori per mol U: 2. 37hortmann dan De3esa (9$") melaporkan baha tingkat kompleksasi dari heksa5alen uranium oleh karbonat adalah sekitar seratus kali lebih 7epat dari laju oksidasi. 4onsep ini menggarisbaahi pentingnya menggunakan oksidan untuk se7ara efektif memulihkan uranium dari bijih yang mengandung tetra5alen uranium.
???.2 +spek 4inetika Upaya aal untuk memanfaatkan GklasikG ekspresi kon5ersiaktu (persamaan leaching-rate) untuk menge5aluasi data yang
11
diperoleh dari per7obaan bat7h yang diproduksi leaching uranium kurang dari hasil yang optimal. Ae5enspiel (92)C! mengusulkan persamaan laju berikut< ) 4imia-kinetika model kontrol (yaitu Eate-;embatasi langkah dalam mekanisme reaksi-laju berurutan)< k ! t H ! J "! J E #! $ % K t K !$k! "III.&# Di mana, k adalah Lparameter lajuL untuk kasus ini dan GEG meakili pemulihan pe7ahan. 2) airan-fase transfer massa model kontrol (yaitu laju-membatasi langkah dalam mekanisme berurutan reaksi-rate)< k & t H ! J "! J E #& $ % K t K !$k& "III.# Di mana, k2 adalah Lparameter lajuL untuk kasus ini dan GEG meakili pemulihan pe7ahan. Data dari per7obaan lea7hing bat7h diplot menggunakan persamaan M- dan M-2. lot untuk pendekatan pertama dari data yang diperoleh dari sejumlah per7obaan leaching
I'.
Aplikasi
+plikasi penggunaan proses lea7hing uranium dapat kita jumpai pada perusahaan Feathgate Eesour7es ty. Atd. ang beroperasi di +ustralia dan 4a6akhstan. ada tahun 2%2, total 2'.2'! tU diproduksi oleh Feathgate, sebagian besar ini di 4a6akhstan, tetapi dengan 2&%% tU di U6bekistan, dan jumlah yang lebih ke7il di +merika 3erikat, +ustralia, ina dan Eusia. ?ni
12
adalah &$> dari total produksi dunia, pangsa yang terus meningkat dari '> pada tahun 2%%%. Dalam beberapa tahun ke depan operasi ?3A mungkin di ;ongolia dan an6ania.
Gambar I'.! roses lea7hing uranium yang dilakukan oleh Feathgate
Eesour7es Dalam kedua asam atau metode leaching alkali air tanah yang diperkaya dipompa ke akuifer melalui serangkaian sumur injeksi di mana ia perlahan-lahan bermigrasi melalui akuifer leaching uranium bantalan pasir tuan rumah dalam perjalanan untuk ditempatkan se7ara strategis sumur ekstraksi mana pompa submersible pompa 7airan untuk permukaan untuk diproses. ompa submersible aalnya ekstrak air tanah asli dari akuifer tuan rumah sebelum penambahan reagen kompleks uranium (asam atau basa) dan oksidan (hidrogen peroksida atau oksigen) sebelum injeksi ke Oellfield
13
tersebut. ;inuman keras resapan meleati bijih untuk mengoksidasi dan melarutkan mineral uranium in situ. ergantung pada jenis lingkungan leaching yang digunakan uranium akan dikomplekskan baik sebagai sulfat uranil, terutama U: 2 (3: &) ! &-, dalam kondisi lea7h asam atau karbonat uranil, terutama U: 2 (: !)
!
&-
di sistem karbonat resapan. Fal ini kemudian dapat
diendapkan dengan alkali, misalnya natrium atau magnesium diuranate. Dalam kedua kasus larutan hamil dari sumur-sumur produksi dipompa ke pabrik pengolahan di mana uranium pulih dalam pertukaran ion resin = polimer (?P) atau pertukaran ion 7air (ekstraksi pelarut - 3P) sistem.
Gambar I'.& 3kema proses lea7hing uranium pada Feathgate Eesour7es D+*+E U3+4+
Fabashi, *athi. Handboo o! e"tractive metallurgy. Oeinheim< O?AI-QF. 99 C
A+E3:N, O.., #ranium In Situ Leach Mining in the #nited States, Eep. ", U3 ureau of ;ines, in ities, ;N.9".
C!
Ae5enspiel, :. $hemical reaction engineering . Ne ork< Rohn Oiley and 3ons. 92
14
C2
37hortmann, O.I., and De3esa, ;.+. S %inetics o! the &issolution o! #ranium &io"ide in $arbonate-'icarbonate SolutionsT. Eeport N3+-2<%&'$# National Aead o., ?n7.< Oin7hester, ;+. 9$"
#ranium e"traction technology. IFN?+A EI:E3 3IE?I3 No. !$9. Qienna< ?nternational +tomi7 Inergy +gen7y. 99! http<==.britanni7a.7om=I7he7ked=topi7='92!2=uranium-pro7essing http<==.heathgate.7om.au=thebe5erleymine.html
U@+3 UR?+N +4F?E 3I;I3IE ;++ 4UA?+F F?DE:-IAI4E: ;I+AUE@? AI+F?N@ :* UE+N?U;
15
(isusun oleh) (ito *idargo +!&!+!,
-UU/A0 T1K0IK 21TALUGI U0I'1/ITA/ /ULTA0 AG10G TITA3A/A 4IL1G50 – 6A0T10 &%!7
