Potensi Thorium Dari Coal Fly Ash dan Cara Pengolahannya

Tentang Fly Ash

Fly ash batubara atau coal fly ash (CFA) semakin banyak dilihat bukan hanya sebagai limbah pembakaran, tetapi juga sebagai sumber sekunder unsur bernilai. Di Amerika Serikat, material ini dihasilkan dalam jumlah sangat besar setiap tahun dan diketahui masih mengandung thorium serta rare earth elements dalam kadar yang cukup menarik untuk dikaji lebih lanjut. Kondisi ini membuka peluang baru, terutama karena pemanfaatan thorium dari sumber sekunder dapat mengurangi ketergantungan pada pasokan primer sekaligus memberi nilai tambah pada residu industri yang selama ini lebih banyak diposisikan sebagai limbah.

Bagaimana

Dalam konteks ini, pendekatan hidrometalurgi menjadi salah satu jalur yang paling menjanjikan. Melalui kombinasi pelindian, pemisahan selektif, dan pemurnian larutan, thorium dapat dipulihkan dari CFA bersamaan dengan unsur-unsur tanah jarang. Pendekatan ini penting bukan hanya dari sisi recovery logam, tetapi juga karena dapat membantu menurunkan beban radioaktivitas pada residu akhir dan mendukung konsep circular economy dalam pengelolaan limbah batubara. Dengan kata lain, material yang sebelumnya dianggap sisa proses dapat diolah kembali menjadi sumber bahan baku strategis untuk masa depan.

Secara umum, tahap pertama dalam pengolahan CFA dilakukan melalui leaching asam, biasanya menggunakan HCl atau H₂SO₄ pada konsentrasi tertentu, suhu menengah hingga tinggi, dan waktu kontak beberapa jam. Tujuan tahap ini adalah melarutkan thorium dan rare earth elements dari matriks abu ke dalam fase larutan. Pada beberapa skema proses, dilakukan juga pretreatment alkali menggunakan NaOH untuk membantu memecah matriks mineral dan memperkaya fraksi halus yang lebih kaya unsur target. Pendekatan ini dapat meningkatkan keterlarutan unsur bernilai dan membuat tahap pemisahan berikutnya menjadi lebih efektif .

Setelah logam masuk ke dalam larutan, tahap berikutnya biasanya berupa presipitasi selektif. Dalam pemisahan thorium dan unsur tanah jarang dari larutan hasil pelindian, strategi yang paling sering dipakai adalah memanfaatkan perbedaan perilaku kimia Th(IV) dan REE(III). Thorium cenderung lebih mudah terhidrolisis, sehingga pada pengaturan pH  tertentu ia dapat dipisahkan lebih awal melalui pengendapan sebagai hidroksida atau sebagai garam yang sangat sukar larut seperti oksalat atau fosfat, sementara sebagian besar REE tetap berada dalam fase larutan dan kemudian dipulihkan pada tahap berikutnya, misalnya melalui presipitasi oksalat. Pada praktiknya, bahan seperti magnesium karbonat atau oksalat sering digunakan untuk membantu pembentukan endapan selektif dan mengurangi pengotor yang ikut terbawa. Pemisahan yang lebih selektif dapat dilakukan dengan ekstraksi pelarut, yaitu menyesuaikan media larutan (klorida, nitrat, atau sulfat) agar thorium membentuk spesies yang mudah diekstrak, lalu menggunakan ekstraktan organik dengan afinitas tinggi terhadap Th (IV) sehingga thorium berpindah ke fase organik dan dapat dikembalikan lagi melalui stripping untuk menghasilkan larutan thorium yang lebih murni sebelum dikonversi menjadi produk padat. Alternatif lain adalah pertukaran ion atau kromatografi ekstraksi, dengan cara mengalirkan larutan asam melalui resin atau sorben ligan-spesifik sehingga thorium dan REE tertahan berbeda kuat, lalu dilepaskan bertahap menggunakan eluen yang sesuai. Jika diperlukan pemurnian lanjutan pada matriks yang sangat kompleks, teknologi membran dan pemisahan elektrokimia dapat ditambahkan sebagai tahap akhir untuk menurunkan pengotor dan mengurangi beban reagen serta limbah proses.

Tantangan terbesar dalam pemulihan thorium dari CFA tetap terletak pada sifat feed yang sangat kompleks. Abu batubara mengandung banyak unsur mayor seperti silika, alumina, dan besi, yang dapat mengganggu proses pelindian maupun pemisahan. Selain itu, thorium hadir sebagai unsur radioaktif alami, sehingga seluruh tahapan proses juga harus mempertimbangkan aspek regulasi, keselamatan, dan pengelolaan residu. Biaya bahan kimia, kebutuhan stripping pada tahap solvent extraction, serta pengolahan limbah proses juga menjadi faktor penting yang menentukan apakah suatu flowsheet layak untuk dikembangkan pada skala besar.

Konklusi

Meski demikian, peluangnya tetap besar. Dengan volume CFA yang sangat besar dan kandungan unsur bernilai yang masih tersisa di dalamnya, fly ash dapat dipandang sebagai urban mine atau sumber mineral sekunder yang selama ini belum dimanfaatkan secara optimal. Bila teknologi pemisahan thorium dan rare earth dari CFA semakin matang, maka limbah batubara tidak lagi hanya menjadi persoalan lingkungan, tetapi juga bisa berubah menjadi sumber bahan baku strategis untuk material energi bersih. Dalam jangka panjang, pendekatan ini juga sejalan dengan kebutuhan pengembangan rantai pasok mineral kritis yang lebih mandiri dan lebih berkelanjutan.

Referensi:

Liu, P., Zhao, S., Xie, N., Yang, L., Wang, Q., Wen, Y., Chen, H., & Tang, Y. (2023). Green Approach for Rare Earth Element (REE) Recovery from Coal Fly Ash. Environmental Science and Technology, 57(13), 5414–5423. https://doi.org/10.1021/acs.est.2c09273

Peng, L., Peng, Q., Jin, T., Liu, Z., & Qian, Y. (2024). Highly efficient capture of thorium ion by citric acid-modified chitosan gels from aqueous solution. Chinese Chemical Letters, 35(5), 108891. https://doi.org/10.1016/j.cclet.2023.108891

Talan, D., Huang, Q., Liang, L., & Song, X. (2022). Conceptual Process Development for the Separation of Thorium, Uranium, and Rare Earths from Coarse Coal Refuse. Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review, 44(5), 330–345. https://doi.org/10.1080/08827508.2022.2064855

Li, S., Sauber, M. E., Sun, T., & Azimi, G. (2025). Iron, aluminum, and thorium impurity removal from a rare earth element pregnant leach solution using magnesium carbonate. Scientific Reports, 15(1). https://doi.org/10.1038/s41598-025-00847-0