Torium: Metode Recovery

(Atamanova et al., 2025)

1. Metode Fisik untuk Pengayaan

Metode pengayaan fisik merupakan tahap paling penting dalam persiapan bahan baku yang mengandung thorium sebelum diproses lebih lanjut melalui hidrometalurgi. Pada tahap ini, bahan baku diolah secara mekanis untuk meningkatkan konsentrasi unsur target (thorium) dan menghilangkan batu limbah serta mineral yang tidak diinginkan. Pengayaan gravitasi, pemisahan magnetik, dan pemisahan elektrostatik merupakan metode pengayaan fisik yang paling efektif dan umum digunakan untuk bahan baku yang mengandung thorium.

1. Peningkatan Gravitasi

Pemisahan gravitasi didasarkan pada perbedaan densitas dan ukuran partikel mineral yang mengandung thorium dan batuan limbah. Ini adalah metode tertua dan paling umum digunakan untuk pemisahan primer mineral seperti monazit, zirkon, dan xenotim, yang memiliki densitas tinggi dibandingkan dengan kuarsa dan silikat lainnya. Proses gravitasi utama meliputi sedimentasi, konsentrasi pada pemisah ulir, meja Moseley, dan hidrosiklon.

Deposisi digunakan pada tahap awal pengolahan, ketika bahan baku mengandung partikel besar mineral yang mengandung thorium. Metode ini didasarkan pada gerakan berdenyut air, yang menyebabkan pemisahan mineral berdasarkan densitas. Mineral yang lebih berat (fosfat thorium, oksida) terendap di bagian bawah lapisan, sementara batuan yang lebih ringan terbawa oleh aliran air. Namun, efisiensi jigging menurun secara signifikan jika ukuran partikel dikurangi menjadi kurang dari 150 mikron.

Pemisah sekrup dan meja konsentrasi Mosley banyak digunakan untuk pengayaan fraksi kecil dan sedang (dari 20 hingga 150 mikron). Pada saat yang sama, pemisah ulir memanfaatkan gaya sentrifugal dan gravitasi, memungkinkan ekstraksi efisien monazit dan thorianit dari bahan bijih. Keunggulan utama pemisah ulir adalah produktivitas tinggi dan desain yang sederhana, yang membuatnya diminati dalam pengolahan bahan baku skala besar. Meja Mosley lebih lanjut memperhalus konsentrasi mineral berkat bidang miring dan gerakan permukaan yang variabel, yang berkontribusi pada pemisahan partikel berdasarkan densitas secara akurat.

Meskipun efektif, pengayaan gravitasi tidak memberikan pemisahan lengkap mineral yang mengandung thorium dan memerlukan penerapan metode fisik tambahan untuk mencapai nilai konsentrasi yang diperlukan.

2. Pemisahan Magnetik dan Elektrostatik

Pemisahan magnetik didasarkan pada perbedaan sifat magnetik mineral dan memungkinkan pemisahan mineral yang mengandung thorium dari kontaminan seperti magnetit, ilmenit, dan oksida besi lainnya. Metode ini secara luas digunakan bersama dengan pengayaan gravitasi untuk meningkatkan selektivitas dan mengurangi kandungan kontaminan besi. Pemisahan magnetik gradien tinggi (HGMS) sangat efektif dalam mengekstraksi mineral-mineral yang lemah magnetik, termasuk monazit dan xenotim, karena adanya unsur-unsur tanah jarang dalam strukturnya, yang berkontribusi pada paramagnetisme lemah mineral-mineral tersebut.

Penggunaan pemisahan magnetik, bagaimanapun, memiliki sejumlah keterbatasan akibat karakteristik magnetik yang serupa dari berbagai mineral yang mengandung logam tanah jarang dan thorium, yang memerlukan penyesuaian parameter proses (intensitas medan magnet, laju aliran bahan baku, ukuran partikel). Dalam praktiknya, kondisi optimal dipilih secara empiris, tergantung pada komposisi bahan baku dan tujuan pengayaan.

Pemisahan elektrostatik melengkapi pemisahan magnetik dan gravitasi, dan didasarkan pada perbedaan konduktivitas listrik mineral. Mineral yang mengandung thorium, seperti monazit dan zirkon, memiliki konduktivitas listrik yang berbeda, yang memungkinkan mereka dipisahkan secara efektif satu sama lain dan dari batuan sisa. Penting untuk dicatat bahwa pengeringan dan pembersihan permukaan partikel merupakan prasyarat untuk pemisahan elektrostatik yang sukses. Pada saat yang sama, efisiensi tertinggi dicapai saat memproses partikel berukuran kurang dari 100 mikron.

Penggunaan gabungan pemisahan magnetik dan elektrostatik menunjukkan potensi tinggi dalam pengolahan bijih kompleks yang mengandung thorium, logam tanah jarang, dan uranium, memastikan kemurnian tinggi konsentrat dan mengoptimalkan konsumsi reagen pada tahap-tahap selanjutnya dari ekstraksi hidrometalurgi. Gambar 1 menunjukkan skema pengayaan fisik bijih yang mengandung thorium.

yang menghasilkan konsentrat thorium dan limbah tailing.

Dengan demikian, metode pengayaan fisik memberikan pengurangan yang signifikan dalam volume bahan baku, peningkatan kandungan thorium, dan penghilangan komponen yang tidak diinginkan, sehingga memudahkan pengolahan lebih lanjut dari konsentrat yang mengandung thorium dan meningkatkan efisiensi siklus teknologi secara keseluruhan.

1. Pelarutan Hidrometalurgi

Proses leaching hidrometalurgi merupakan langkah kunci dalam ekstraksi thorium dari bahan baku alam dan sumber daya sekunder. Metode ini didasarkan pada pelarutan komponen berharga dari matriks mineral menggunakan reagen cair (asam atau alkali), diikuti dengan pemisahan residu tak larut dan konversi thorium menjadi bentuk larut. Dua pendekatan utama yang paling umum digunakan adalah leaching asam dan leaching alkali, pilihan mana yang ditentukan oleh komposisi mineral bahan baku dan persyaratan untuk tahap pemisahan selanjutnya.

• Pelarutan Asam (H₂SO₄,HCl, HNO₃)

Pengolahan dengan asam secara tradisional digunakan untuk sebagian besar bijih yang mengandung thorium, terutama monazit dan konsentrat fosfat kompleks, serta untuk pengolahan tailing dan limbah industri. Asam sulfat (H₂SO₄), asam klorida (HCl), dan asam nitrat (HNO₃) digunakan sebagai reagen, baik secara terpisah maupun dalam kombinasi.

H₂SO₄ adalah metode yang paling umum digunakan dalam pengolahan konsentrat dengan asam sulfat, seringkali disertai dengan pemanasan awal bahan baku pada suhu 200–800°C, yang mempercepat dekomposisi matriks mineral dan meningkatkan tingkat pemulihan thorium serta unsur tanah jarang terkait (REE). Setelah pemanasan, produk direaksikan dengan H₂SO₄ encer pada suhu 20–90 ◦C, dengan pH < 1. Dengan pendekatan ini, thorium larut dalam bentuk utama Th(SO₄)₂, dan efisiensi ekstraksi dapat mencapai 85–95%. Senyawa besi dan titanium yang tidak larut serta sisa radioaktif tetap sebagai produk sampingan.

Pengolahan dengan asam klorida umumnya digunakan untuk memperoleh konsentrat thorianit, oksida, dan limbah pengayaan yang mengandung jumlah signifikan unsur tanah alkali, atau, jika diperlukan, untuk meminimalkan pelarutan besi dan komponen pengganggu lainnya. Proses ini biasanya dilakukan pada suhu 60–90°C dan konsentrasi HCl 2–6 M, mencapai selektivitas tinggi dalam ekstraksi thorium dan uranium yang terkait. Metode ini juga efektif dalam mengolah solusi teknologi yang diperkaya dengan thorium dan menyediakan matriks yang nyaman untuk ekstraksi selanjutnya.

Pengolahan hidrometalurgi mineral yang mengandung thorium umumnya melibatkan dekomposisi matriks fosfat dan silikat melalui leaching asam atau alkali, diikuti dengan pemisahan selektif dan pemurnian thorium. Tujuan utama reaksi-reaksi ini adalah mengubah thorium menjadi bentuk sulfat, nitrat, atau hidroksida yang larut, yang sesuai untuk tahap ekstraksi dan presipitasi selanjutnya. Pelarutan monazit dalam asam sulfat pekat berlangsung sesuai dengan reaksi berikut:

2ThPO₄ + 6H₂SO₄ → 2Th(SO₄)₂ + 2H₃PO₄ + 3H₂O

Pencucian dengan asam nitrat digunakan dalam pengolahan konsentrat berkualitas tinggi, serta ketika diperlukan untuk memisahkan thorium dan unsur tanah jarang. Dalam beberapa kasus, proses ini dilakukan dengan oksidasi simultan bahan baku (misalnya, menggunakan H₂O₂ atau agen oksidasi lainnya), yang berkontribusi pada konversi thorium yang lebih lengkap ke dalam larutan. Konsentrasi HNO₃ bervariasi antara 2 hingga 8 M, dan suhu berkisar antara suhu ruangan hingga 80°C. Keuntungan utama metode ini adalah memperoleh larutan yang cocok untuk ekstraksi thorium selanjutnya menggunakan reagen organik, termasuk TBP, D2EHPA, amina, dan campuran mereka.

Salah satu keunggulan utama dari proses leaching asam adalah efisiensinya yang tinggi, yang memungkinkan ekstraksi thorium bahkan dari bijih yang kompleks dan sulit diolah akibat penghancuran matriks mineral dan konversi thorium menjadi bentuk yang larut. Pendekatan ini memastikan ekstraksi simultan thorium, unsur tanah jarang, dan jika diperlukan, uranium, yang secara signifikan meningkatkan kompleksitas dan kelayakan ekonomi pengolahan bahan baku. Namun, kelemahan utama leaching asam adalah pembentukan larutan multikomponen yang mengandung berbagai kontaminan—besi, aluminium, kalsium, titanium, dan unsur lain—yang dapat mempengaruhi tahap selektif ekstraksi dan pemurnian komponen target. Oleh karena itu, untuk memastikan kemurnian tinggi produk akhir, diperlukan proses pemurnian larutan bertahap, termasuk sorpsi, ekstraksi, atau presipitasi kontaminan yang mengganggu. Selain itu, leaching asam disertai dengan pembentukan volume besar limbah asam yang mengandung zat beracun dan radioaktif sisa, yang memerlukan penerapan teknologi efektif untuk netralisasi, pengolahan, dan pembuangan limbah yang aman bagi lingkungan.

• Pelarutan Alkali (NaOH)

Pencucian alkali sebaiknya dianggap sebagai tahap persiapan utama, bukan sebagai metode independen untuk ekstraksi akhir thorium. Perlakuan konsentrat dengan larutan NaOH memungkinkan penghancuran efektif matriks fosfat atau silikat, mengubah fosfor menjadi larutan dalam bentuk fosfat natrium, dan mengkonsentrasikan thorium sebagai hidroksida tak larut dalam fase padat. Pendekatan ini memberikan selektivitas tinggi dan memudahkan pemisahan thorium dan unsur tanah jarang; namun, langkah asam tambahan diperlukan untuk mengubah thorium menjadi bentuk larut dan mengisolasi sebagai senyawa murni. Natrium hidroksida (NaOH) paling sering digunakan sebagai reagen, terkadang dikombinasikan dengan soda (Na₂CO₃).

Secara umum, proses leaching alkali dilakukan pada suhu 130–180 °C (dalam autoklaf atau di bawah tekanan) menggunakan larutan NaOH 30–50%. Selama proses, matriks fosfat monazit dihancurkan, membentuk fosfat natrium yang larut dan hidroksida torium yang tidak larut. Setelah penyaringan, endapan hidroksida torium dipindahkan ke larutan melalui leaching asam lebih lanjut, atau dipisahkan sebagai produk setengah jadi untuk pemisahan ThO₂ murni selanjutnya.

Keuntungan dari proses leaching alkali adalah selektivitasnya yang tinggi, yang memastikan pemisahan efektif unsur tanah jarang dan thorium dari kontaminan terkait seperti silikon, besi, dan aluminium. Pendekatan ini sangat berguna untuk mengolah bijih dan mineral yang sulit diuraikan, di mana matriks fosfat atau silikat menghambat akses reagen asam ke komponen target. Sebagai hasil pengolahan, terbentuk residu tak larut yang kaya akan thorium, yang dapat digunakan sebagai bahan setengah jadi untuk produksi senyawa thorium murni selanjutnya atau dikirim untuk dekomposisi asam tambahan, yang meningkatkan fleksibilitas teknologi proses dan kemudahan pengolahan lebih lanjut dari konsentrat.

Demikian pula, ketika thorite (ThSiO₄) diolah dengan media alkali seperti natrium hidroksida, terbentuklah oksida torium dan natrium silikat:

ThSiO₄ + 2NaOH → Na₂SiO₃ + ThO₂ + H₂O

Namun, metode ini memiliki sejumlah keterbatasan yang signifikan. Salah satu masalah utama adalah bahwa setelah proses leaching alkali, thorium sering kali tetap dalam bentuk yang tidak larut, sehingga memerlukan perlakuan asam selanjutnya untuk mengubahnya menjadi larutan dan mengekstraknya dalam bentuk murni. Selain itu, proses ini memerlukan konsentrasi alkali yang tinggi dan suhu yang tinggi, yang sering kali dilakukan dalam kondisi autoklaf, yang secara signifikan meningkatkan biaya energi dan biaya reagen. Masalah tambahan adalah pembentukan volume besar limbah air alkali yang mengandung garam natrium terlarut dan produk dekomposisi matriks mineral, yang memerlukan tahap netralisasi wajib dan pengenalan sistem siklus air atau pembuangan yang aman bagi lingkungan.

Secara umum, perbandingan antara leaching asam dan alkali menunjukkan bahwa pemilihan pendekatan optimal ditentukan oleh komposisi mineral bahan baku, persyaratan kemurnian produk akhir, dan kemampuan pengelolaan limbah perusahaan. Leaching asam memberikan tingkat pemulihan thorium yang tinggi dan kemudahan integrasi dengan tahap pemisahan selanjutnya, tetapi memerlukan pemurnian larutan yang hati-hati dan pengelolaan limbah radioaktif. Metode alkali memberikan keunggulan saat bekerja dengan bijih yang sulit terurai atau mengandung fosfat tinggi, serta memungkinkan konsentrasi thorium yang efisien dalam residu padat; namun, metode ini terkait dengan biaya tambahan dan risiko lingkungan. Dalam praktik modern, skema teknologi hibrida semakin banyak diterapkan, menggabungkan kelebihan kedua pendekatan untuk mencapai efisiensi maksimum dan keamanan lingkungan proses.

Dalam dekade terakhir, perhatian yang signifikan telah diberikan pada penggunaan terpadu metode asam dan basa, serta pengembangan teknologi ramah lingkungan dengan pembentukan limbah radioaktif dan kimia agresif yang minimal. Penelitian sedang dilakukan mengenai intensifikasi proses (penggunaan ultrasonik, gelombang mikro, dan penambahan agen kompleksasi), serta penciptaan siklus tertutup dengan daur ulang reagen dan air.

DAFTAR PUSTAKA

Atamanova, T. et al. (2025) ‘Advanced Techniques for Thorium Recovery from Mineral Deposits : A Comprehensive Review’, 2, pp. 1–29.