Energi nuklir adalah pilar penting dalam transisi global menuju sumber daya rendah karbon. Namun, siklus bahan bakar uranium tradisional menghadapi tantangan besar: sumber daya terbatas dan generasi limbah transuranik berumur panjang yang mahal dan sulit dikelola. Dalam konteks ini, Torium (Th) telah muncul sebagai alternatif revolusioner yang menjanjikan, siap mengubah peta energi nuklir. Torium, yang sekitar tiga kali lebih melimpah di kerak bumi daripada uranium, menawarkan landasan bahan baku yang lebih stabil dan berkelanjutan. Keunggulan utamanya adalah konversi isotop stabilnya, 232Th, menjadi 233U yang sangat fisil saat diiradiasi dalam reaktor—sebuah proses yang hampir menghilangkan kebutuhan untuk pengayaan intensif energi. Selain itu, siklus berbasis torium secara signifikan mengurangi volume limbah transuranik (seperti Np, Pu, Am), menyederhanakan dan memangkas biaya penyimpanan jangka panjang.
PEMBAWA MINERAL THORIUM (Th)
Figure 1. Global distribution and main mineral carriers of thorium.
Torium adalah unsur yang relatif umum; kandungan rata-ratanya di kerak bumi diperkirakan 10-12 ppm, yang sebanding dengan beberapa unsur tanah jarang dan sekitar tiga kali konsentrasi uranium. Secara geokimia, torium terutama terakumulasi dalam mineral fosfat dan silikat berat, membentuk konsentrasi signifikan di pasir berat pesisir dan urat pegmatit. Deposit torium terbesar di dunia terkonsentrasi di deposit pesisir India (Kerala), Brasil (Minas-Gerais), Australia (Mt. Weld), Cina (Bayan Obo) dan Rusia (Kola Peninsula, Tomtor), serta di Kazakhstan (Dzhezkazgan, Moinkum), di mana torium terutama hadir dalam residu pemrosesan bijih tanah jarang.
1. Monazite Ore
Pembawa mineralogi utama torium adalah monazite ((Ce,La,Th)PO4—fosfat lantanida mengandung sekitar 6-12% ThO2 diperoleh dalam konsentrat komersial setelah pengayaan awal. Thorianite (ThO2) yang ditemukan dalam pegmatit granit dan batuan metamorf, memiliki salah satu konsentrasi spesifik torium tertinggi dan berfungsi sebagai sumber tambahan Th. Selain itu, tailing dan lumpur dari pemrosesan bijih tanah jarang dapat mengandung konsentrasi sisa torium yang nyata, yang menjadikannya bahan baku sekunder yang menarik untuk pemrosesan lebih lanjut. Monazite ((Ce,La,Th)PO4) terbentuk di pasir mineral berat deposit pesisir dan aluvial sebagai hasil dari pelapukan batuan induk dan pemilahan hidrodinamik. Deposit komersial terbesar terletak di India, Brasil, dan Australia, di mana konsentrat monazite mengandung 6 hingga 12% ThO2 setelah pengayaan awal. Inklusi uranium (hingga 0,3%) dan unsur tanah jarang memerlukan pengelolaan komprehensif latar belakang radionuklida dan ekstraksi logam terkait.
Metode fisik untuk pengayaan konsentrat monazite meliputi penggunaan berurutan pemisahan gravitasi, magnetik, dan elektrostatik, yang memungkinkan untuk menghilangkan hingga 60-70% mineral balast dan meningkatkan kandungan torium hingga 12%. Namun, sifat fisikokimia monazite dan mineral yang berdekatan yang serupa (zirkon, ilmenit) menciptakan keterbatasan teknologi. Konversi kimia konsentrat secara tradisional dilakukan dengan pemanggangan dengan asam sulfat pada 200-600°C, yang mengarah pada pembentukan torium sulfat, yang mudah dicuci dengan air atau asam encer dengan hasil Th hingga 90-95%. Pelindian asam langsung HCl/HNO3 pada tekanan tinggi menyederhanakan skema teknologi, tetapi disertai dengan pembentukan volume besar efluen garam dan memerlukan netralisasi selanjutnya, sedangkan metode basa (NaOH) menunjukkan selektivitas yang lebih rendah dan pemurnian yang rumit dari silika.
Figure 2. Processing routes of monazite concentrates for thorium extraction.
2. Thorianite, Torite, dan Cheralite sebagai Mineral Utama yang Mengandung Thorium
Thorianite (ThO2) adalah sumber alami torium yang paling terkonsentrasi, yang kandungannya dapat mencapai 90-95%. Mineral ini terbentuk terutama di bawah kondisi aktivitas silika rendah dalam sistem jenuh karbon dioksida dan fluida, termasuk pegmatit basa, karbonatit, dan urat metasomatik28.Mineral torium penting lainnya adalah thorite (ThSiO4), analog struktural zirkon yang terbentuk dalam pegmatit granit dan urat hidrotermal dalam kondisi sistem jenuh silika tetapi habis CO2. Di bawah pengaruh kerusakan diri radioaktif, kisi kristal thorite sering menjadi amorf, membentuk thorohummite (ThSiO4.nH2O). Dalam granit yang berevolusi dengan kelebihan kalsium dan fosfor, sebagian torium terikat dalam seri isomorf dengan monazite dalam bentuk mineral yang dikenal sebagai cheralite (CaTh(PO4)2), yang sebelumnya dideskripsikan dengan nama brabantite. Keralit adalah larutan padat dari Ca2+ + Th4+ ⇄ 2Ln3+ dan secara geokimia berperan sebagai pembawa tambahan torium dalam sistem fosfat.
Gambar 3 menunjukkan morfologi torianit, torit, dan keralit, fitur kimianya, dan skema pemrosesan asam. Dalam ketiga proses tersebut, torium berada dalam bentuk ionik Th4+, karena logam tersebut sepenuhnya larut dalam media asam kuat seperti HNO3, HF, atau H2SO4.
Figure 4. Principal thorium-bearing minerals and their extraction pathways: (a) thorianite (ThO2), (b) thorite (ThSiO4), and (c) cheralite (CaTh(PO4)2). The molecular structures were taken from literature sources and remastered using VMD (Visual Molecular Dynamics) for clarity.
3. Tailing Pemrosesan REE dan Produk Sampingan Lainnya
Salah satu sumber alternatif torium yang paling menjanjikan adalah tailing dan lumpur yang terbentuk selama pemrosesan bijih tanah jarang (Rare Earth Elements/REE), terutama monazit dan bastnesit. Limbah ini sering kali mengandung sisa torium dalam bentuk ThO2, ThSiO4, atau Th-fosfat, tergantung pada komposisi mineralogi bahan baku. Konsentrasi torium dalam tailing dapat bervariasi dari 0,1 hingga 3%, yang menjadikannya objek yang menarik untuk didaur ulang. Di negara-negara dengan pemrosesan REE yang maju, seperti India, Brasil, Tiongkok, dan Malaysia, telah terakumulasi puluhan ribu ton tailing dengan kandungan Th yang tinggi, yang tidak hanya mewakili sumber daya potensial, tetapi juga beban lingkungan. Secara mineralogi, torium dalam limbah tersebut dapat hadir dalam bentuk monazit yang tidak terdeteksi, dalam bentuk torium fosfat amorf, atau bentuk sekunder torit dan torohummit yang terbentuk sebagai akibat dari pemrosesan hidrotermal atau asam. Tergantung pada teknologi yang digunakan (pelindian asam atau basa), sebagian torium dapat diubah menjadi endapan (Misalnya, Th(OH4) atau ThPO4, dan sebagian lainnya tetap berada dalam fase padat. Selama perlakuan asam pada bahan baku tanah jarang di hadapan fosfat, terutama pada pH tinggi, torium dapat mengkristal sebagai endapan yang tidak larut, yang kemudian terkonsentrasi dalam lumpur dan tidak terekstraksi dalam aliran utama.
Pengembangan metode untuk mengekstrak torium dari produk sampingan semacam itu memerlukan pertimbangan komposisi mineralogi dan distribusi fase torium. Pendekatan yang efektif meliputi pelindian asam berulang menggunakan HNO3 atauHCl, serta penggunaan resin kromatografi ekstraksi yang mampu menangkap Th4+ secara selektif dan memisahkannya dari sisa tanah jarang dan logam transisi. Teknologi berenergi rendah seperti elektrosorpsi dan pemisahan membran juga sedang aktif dipelajari, yang memungkinkan torium diekstrak dari residu cair dengan pembentukan limbah sekunder yang minimal. Tailing pemrosesan REE dan produk sampingan terkait mewakili cadangan torium yang penting secara strategis, terutama dalam konteks kekurangan global bahan baku uranium dan minat pada siklus bahan bakar torium. Pemrosesannya memerlukan modernisasi teknologi yang ada dengan penekanan pada selektivitas, keramahan lingkungan, dan integrasi dengan jalur ekstraksi yang sudah ada
