Zirconium

Ektraksi Zirkonium (Zr)

Students of Dept of Metallurgy and Materials UNIVERSITY OF INDONESIA

Latar Belakang  Zr ditemukan oleh kimiawan Jerman, Martin Heinrich Klaproth, yang pertama

kali memisahkan oksida dari mineral zirkon pada tahun 1789.  Bubuk logam zirkon pertama diproduksi pada tahun 1824 oleh kimiawan

Swedia, Jons J. Berzelius  Zirkonium (Zr) paling sering ditemukan dan diekstraksi dari zirkonium silikat

dan mineral baddeleyite oksida mulai lai dig diguna unakan kan se sejak jak tah tahun un 19 194040-an, an, apl aplika ikasi si yan yang g pal paling ing sig signif nifika ikan n  Zr mu dipakai adalah pada reaktor nuklir.  Zr merupakan unsur ke-19 paling berlimpah di kerak bumi (lebih banyak dari

tembaga dan timah).

Zirkonium

Zirkonium

Raw Material 

Zirkon ditemukan umumnya pada batuan beku dan dalam kerikil serta pasir sebagai batuan beku hasil erosi. Dalam bentuk ini, zirkon sering bercampur dengan silika, ilmenit, dan rutil. Sebagian besar dari zirkon yang digunakan dalam industri saat ini berasal dari pasir dan kerikil.

Komposisi Raw Material Pada zirkon biasanya terkandung unsur : • Uranium • Thorium

Unsurr in Unsu inii ha harus rus di dihi hila lang ngka kan n se sebe belu lum m di dipro prose sess me menj njad adii zirkonium karena unsur Uranium dan Thorium menyebabkan terjadinya reaksi pembelahan pada proses cladding.

Komposisi Raw Material

Proses Proses Separasi Zirkonium dan Hafnium Proses Ekstraksi Zirkonium

Proses Ekstraksi Zirkonium 1. Kl Klor orin inas asii Zi Zirk rkon on 2. Alk Alkal alii Fu Fusi sion on

3. Flu Fluosi osilic licate ate Fus Fusion ion

Klorinasi Zirkon Klor Kl orin inas asii Zi Zirk rkon on di dila laku kuka kan n de deng ngan an me meng ngub ubah ah zi zirk rkon on ke keda dala lam m be bent ntuk uk zirkonium karbida dengan menggunakan graphite pada graphite lined arc furnace dengan temperatur proses 1800 C : ZrSiO4 + 4C   ZrC + SiO + 3CO °

Silicon monoxide menguap pada temperatur 1800 C. Setelah itu ZrC diubah °

menjadi ZrCl dengan cara klorinasi pada temperatur 500 C: ZrC + 2Cl 2  ZrCl 4 + C 

Pada perkembangannya, Zirkon dan karbon dicampurkan dan diklorinasi pada temperatur 1200C dan menghasilkan ZrCl, pada satu proses saja. ZrSiO4 + 4C + 4Cl 2  ZrCl 4 + SiCl 4 + 4CO

Klorinasi Zirkon

Alkali Fusion • Dikembangkan oleh Ames Laboratory of the U.S. Atomic Energy Commission. • Proses

ini cocok untuk memisahkan hafnium dari

solvent nt extrac extraction tion dari zirkonium dengan menggunakan solve

suatu larutan aqueous.

Alkali Fusion Pasir zirkon dengan fraksi 1 sampai 1.5 kali berat sodium hydroxide dicampurkan.

Campuran ini dipanaskan pada suatu furnace pada temperatur 565°C

Sodium hydroxide meleleh pada temperatur 318OC dan pada temperatur temper atur lebih tinggi sodium hydr hydroksida oksida akan bereaksi dengan pasir zirkon

Alkali Fusion 4NaOH + ZrSiO4  Na2ZrO3 + Na2SiO3 + 2H 2O

• Steam kemudian dilarutkan sehingga campuran menjadi berfasa viscous dan berubah menjadi fragile-porous solid  (“frit”) saat temperatur mencapai 530C. fragile-p ile-porous orous solid  di Setelah pen pendin dingin ginan, an, frag dipe peca cah h da dan n • Setelah dilakukan leaching me meng nggu guna naka kan n ai air, r, di dima mana na te terj rjad adii ekstrak eks traksi si Na2SiO3. Re Resi sidu du ke kemu mudi dian an di di--leaching dengan menggunakan asam yang melarutkan Na 2ZrO3.

Alkali Fusion

Fluo Fl uos sil ilic icat ate e Fu Fusi sion on • Digunakan di Uni Soviet untuk menghasilkan feed  pada separas asii hafnium dari zirkonium dengan fractional  crystallization dari K2MF6. • Zirkon dihancurkan sampai ukuran 200 mesh dan potassium sium flous flousilica ilicate te dan pot dicampu dic ampurr den dengan gan potas potass assium ium klorida.

Fluosilicate Fusion • Campuran tersebut disinter dalam sebuah rotary rot ary fur furnace nace pada temperatur 650 dan 7000C.

Reaksi yang terjadi adalah : ZrSiO4 + K 2SiF 6

K 2ZrF 6 + 2SiO2

Fluosilicate Fusion • Produ Produk k ha hasi sill pr pros oses es si sint nter er te ters rseb ebut ut di didin dingi gink nkan an dan dihancurkan sampai berukuran 100 mesh dan dilakukan proses leaching pada temperatur 85 C dengan HCl 1 %. °

°

• Hasi Hasiln lnya ya di di--filter  pad ada a temperature 80 lalu didin di dingi gink nkan an aga agarr te terb rben entu tuk k kr kris ista tall K2ZrF6 (serta K2HfF6) yang kemudian disaring dan dicuci dengan air.

Proses Separasi Zirkonium dan Hafnium 1. Fra Fracti ctional onal Cry Crysta stalliz llizati ation on 2. Solvent Extra Extraction ction of Thiocya Thiocyanates nates

3. Ekstraksi phosphate)

Pelarut

dengan

TBP

(tributyl 

Fractional Crystallization • Kris doub uble le po pota tass ssiu ium m Krista tali lissas asii fr frak aksi sion onal al da dari ri do fluorides merupakan salah satu metode yang digu di guna naka kan n unt ntuk uk me memi misa sahk hkan an zi zirrko koni niu um da dari ri hafnium • Karena garam-garam tersebut membentuk solid  solution da dan n ra rassio kel elar aru uta tan n me mend ndek eka ati (1 (1.5 .54 4 pada 200C), rekristalisasi berulang kali dibu di buttuh uhka kan n un untu tuk k me meny nyem empu purn rna aka kan n se sepa para rasi si atau pemisahan

Fractional Crystalliza Crystallization tion

Solvent Extraction of Thiocyanates • Solven ekstraksi dengan thiocyanate merupakan meto me tode de ya yang ng pa pali ling ng te tepa patt un untu tuk k pe peng nggu guna naan an secara komersial karena pelarut yang digunakan relatif lebih murah dibandingkan dengan proses yang lain.

Solvent Extraction of Thiocyanates • Zirkonium tetrachloride yang mengandung 2 w/o hafn ha fniu ium m di dila laru rutk tkan an da dala lam m ai airr be bers rsam ama a de deng ngan an ammonium thiocyanate (NH4CNS) dan NH4OH. • Zirkonium dan hafnium akan membentuk seny se nyaw awa a ko komp mple leks ks thiocyanate yang dapat aque ueou ouss so solu luti tion on menggunakan diekstraksi dari aq larutan thiocyanic acid  HCNS dalam hexone.

Solvent Extraction of Thiocyanates

Ekstraksi Pelarut dengan TBP (tr trib ibut utyl yl ph phos osph phat ate e) • Pros Proses es ek ekst stra raks ksii zi zirk rkon oniu ium m me memi mili liki ki 6 ta taha hapa pan n dan proses ekstraksi hafnium. • Masing-masing proses memiliki efisiensi sebesar 75 %.

Ekstraksi Pelarut dengan TBP (tr trib ibut utyl yl ph phos osph phat ate e)

Ekstraksi Pelarut dengan TBP (tr trib ibut utyl yl ph phos osph phat ate e)

Proses Pembuatan Zirconium • Prinsip proses yang digunakan untuk proses pembuatan zirconium : 1. Proses Kroll, melipu meliputi ti reduk reduksi si dari uap tethrachloride dari leburan magnesium. 2. Proses hot wire, melipu meliputi ti dekomp dekomposisi osisi dari iodide.

3. Elektroli Elektrolisis sis dari dou double ble pota potassiu ssium m flori floride de yang dilarutkan dari lelehan garam.

Skema Proses Kroll

Proses Kroll

Hot wire reactor

Electrolysis of Fused Salt • Pros Proses es pe pemb mbua uata tan n zirc rcon oniu ium m di dillak akuk ukan an de deng ngan an car ara a electrolysis K2ZrF6 yang dilarutkan dalam lelehan klorida. • Keuntungan yang didapatkan dibandingkan proses Kroll coarsely ely crys crystalli talline ne produ product  ct  ya ialah coars yang ng di dida dapa patk tkan an da dari ri copr co prod oduc uced ed ha hali lide de yang dapat dihilangkan melalui leaching dengan acidified water  tanpa adanya Kontaminasi zirconium oleh oksigen.

Aplikasi •

Zr banyak digunakan dalam reaktor nuklir sebagai air-cooled.

•

Zirkonium digunakan dalam industri baja untuk meng me nghi hila lang ngka kan n ni nitr trog ogen en da dan n be bele lera rang ng da dari ri besi besi,, se sehi hing ngga ga dapat meningkatkan kualitas dari baja.

•

Zr ditambahkan ke besi untuk menciptakan sebuah paduan yang yan g dap dapat at men mening ingkat katkan kan machinability , ke keta tang nggu guha han, n, da dan n keuletan.

•

Zirkonium Foil  digunakan untuk ignition-flash material pada photography bulb.

•

Sponged Zirkonium banyak digunakan pada industri militer.

Aplikasi • Zirk rko onium dan paduan ann nya dengan Al, Fe, Ti, atau V digunakan pada vacuum tube, pada pipa gas dan pada ultra-high-purity environment  di industri semikonduktor.

meru rupa paka kan n su sumb mber er pa pana nass pada pada al alat at • Zirkonium powder  me pele pe leda dak k da dan n al alat at pe pemb mbak akar ar un untu tuk k be berba rbaga gaii ke kegu guna naan an,, termasuk untuk automotive airbag inflator . • Zirkonium juga digunakan untuk konstruksi reaktor kimia dimana ketahanan korosi sangat dibutuhkan.

Aplikasi • Beragamnya aplikasi Zirkonia (ZrO 2) ini berkaitan dengan sifat-sifat khusus dan kemampuan yang dimilikinya, antara lain:

1. sifa sifatt ref refra rakt ktor orii ya yang ng sa sang ngat at ti ting nggi gi yai yaitu tu se seki kita tarr 27 2750 50oC untuk Zirkonia murni 2. Kemudahannya dalam bertransformasi fasa menghasilkan sifat mekanik yang diinginkan.

untuk

3. Konduk Konduktansi tansi ionik ioniknya nya yang baik 4. Kemuda Kemudahan hannya nya untuk untuk distabi distabilka lkan n oleh oksida oksida logam logam lain untuk memodifikasi sifat fisik, mekanik, dan kimianya.

Aplikasi • Dari

sekian

banyak

aplikasi

dari

Zirkonium

murni

tersebut, ternyata bijih zirkonium hanya sekitar 4% yang diol di olah ah me menj njad adii Zi Zirk rkon oniium mu murn rni, i, se seda dang ngk kan sis isan anya ya diaplikasikan dalam bentuk Zirkonia, Zirkon dan senyawa lainnya.

Kesimpulan Terdapat tiga cara yang dapat digunakan dalam proses pembuatan zirconium. •

Proses Kroll, meliputi reduksi dari uap tethrachloride dari leburan magnesium.

•

Proses hot wire, meliputi dekomposisi dari iodide

•

Elektrolisis dari double potassium floride yang dilarutkan kstraksi zirconium dari zircon, yaitu dari lelehan garam. garam .

Referensi • digilib.itb.ac.id • Ebook

http://upetd.up.ac.za/thesis/submitted/etd-09082005113709/unrestricted/03chapter3.pdf 

Students of Dept of Metallurgy and Materials UNIVERSITY OF INDONESIA