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

tersebut. Di alam, hampir semua (99,27 persen) dari logam terdiri

dari uranium-238 ; sisanya terdiri dari uranium-235 (0,72 persen) dan

uranium-234 (0,006 persen). pada suhu kamar, logam uranium halus dibagi

bereaksi dengan oksigen dan nitrogen. Pada suhu yang lebih tinggi bereaksi

dengan berbagai logam paduan untuk membentuk senyawa

intermetalik. Formasi solid-solution dengan logam lain jarang terjadi, karena

struktur kristal tunggal yang dibentuk oleh atom uranium. Antara suhu kamar

dan titik leleh dari 1.132 ° C (2.070 ° F), logam uranium ada dalam tiga

bentuk kristal yang dikenal sebagai alpha (α), beta (β), dan gamma (γ) tahap.

Transformasi dari alpha ke fase beta terjadi pada 668 ° C (1.234 ° F) dan dari

beta ke fase gamma pada 775 ° C (1.427 ° F).  

Saat ini uranium merupakan suatu unsur yang dapat menggantikan

bahan bakar fosil sebagai energi dalam jangka panjang Kebutuhan untuk

menemukan deposit uranium yang signifikan untuk pertambangan telah

menghasilkan pengembangan berbagai teknik survei. Sementara sebagian

besar uranium dunia ditambang di Kanada, Australia, dan Kazakhstan, bagian

yang paling penting dari sumber daya dunia uranium ditemukan di Australia.

Sebagian besar uranium ditemukan di lapisan atas, yang terjadi secara alami

2

sebagai U 4+ U 6+  dan dengan kelimpahan rata-rata 2 ppm. Bentuk mineral

yang terjadi paling alami adalah uraninit (UO 2), yang biasanya bereaksi

dengan oksigen membentuk U 3O 8, yang bijih-bijih uranium mineral. Uranium

biasanya tidak paduan menjadi senyawa kristal lain karena ini negara biaya

tinggi dan jari-jari atom yang sangat besar, tetapi oksida yang kadang-kadang

ditemukan dalam senyawa kristal lainnya seperti zircon, thorite, dan fluorit, di

antara banyak mineral aksesori lainnya. Oleh karena itu, ekstraksi uranium

digunakan untuk mengisolasi dan memurnikan uranium mengandung senyawa

dari bijih mentah. Maka dibutuhkan proses hidrometalurgi untuk mengekstrak

dan memurnikan nilai-nilai uranium ini.

II. Prinsip Proses

Pelindihan (Leaching) merupakan langkah penting dalam pengolahan

bijih uranium. Proses leaching mengontrol berikut:

a) Proporsi uranium dilarutkan dari bijih;

b) jumlah reagen, yang merupakan biaya operasi utama, diperlukan

untuk menjaga kesesuaian kondisi leaching;

c) Konsentrasi tailing dalam larutan, yang akan memiliki dampak

penting pada unit operasi berikutnya seperti ekstraksi pelarut,

produk presipitasi / pemurnian dan pengolahan limbah;

d) Persyaratan grinding, kinerja peralatan pemisahan padat-cair,

berdampak pada pilihan pembuangan dan karakteristik limbah

tailing.

3

Bijih uranium diperlakukan baik oleh reagen asam atau basa dengan

asam sulfat atau natrium bikarbonat sistem karbonat natrium digunakan

hampir secara eksklusif untuk pemulihan uranium komersial. Secara umum,

leaching alkali lebih ringan dan lebih selektif dari pencucian asam dan

digunakan untuk penanganan bijih karbonat tinggi, yang akan mengkonsumsi

jumlah yang berlebihan asam. Sebuah panduan umum telah bahwa jika bijih

mengandung lebih dari 7-9% dari karbonat kemudian leaching alkali lebih

ekonomis, tetapi faktor-faktor lain sekarang harus dipertimbangkan. Faktor-

faktor tersebut termasuk efisiensi ekstraksi uranium, penggunaan air (terutama

di daerah terpencil), konsumsi energi, persyaratan kualitas produk dan

pertimbangan lingkungan. Meskipun leaching asam digunakan di sebagian

besar pabrik uranium, leaching alkali memiliki sejumlah keunggulan yang

mendasar. Setelah seleksi reagen, selanjutnya adalah pemilihan sistem

leaching. Berikut lima teknik yang tersedia:

(1) Agitasi leaching pada tekanan atmosfer (asam dan basa),

(2) Pressure leaching (asam dan basa),

(3) Strong acid pugging and curing (asam),

(4) Heap leaching (asam),

(5) In-situ leaching (terutama alkali).

Grade bijih dan tonase biasanya akan menentukan pemilihan proses (4)

dan (5) daripada (1), (2) dan (3). Secara 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

4

mineral uranium selama periode yang cukup lama. Proses dimodifikasi seperti

lapisan tipis leaching, dengan tingkat yang lebih besar dari kominusi, dapat

memperluas jangkauan jenis bijih yang dapat diproses secara heap leach.

Berikut penjelasan mengenai in-situ leaching dan heap leaching.

II.1 In-situ Leaching

In situ leaching, atau biasa disebut in situ mining merupakan

teknologi terbaru dari bed leaching statis. Seperti saat ini

diaplikasikan, proses in-situ terdiri dari injeksi larutan leaching sesuai

ke zona bijih dibawah permukaan air. Larutan leaching mengandung

oksidan bersama dengan bahan kimia yang dapat membentuk

kompleks uranium dan dengan demikian memobilisasi uranium.

Larutan leaching dipompa ke permukaan di mana uranium yang

ditemukan oleh pertukaran ion.

Secara umum, in situ pertambangan pelindian uranium terdiri dari

penyuntikan larutan leaching (lixiviant) ke zona bijih (s) di bawah

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. Berbagai jenis konfigurasi baik injeksi-recovery

atau pola telah digunakan di masa lalu. Lebih khusus, sumur injeksi

yang terkonstruksi dengan cermat digunakan untuk menyuntikkan

larutan lixiviant, biasanya mencairkan konsentrasi amonium, natrium,

kalsium atau magnesium karbonat-bikarbonat-atau asam sulfat, dan

5

agen pengoksidasi yang tepat, biasanya hidrogen peroksida atau

oksigen, menjadi bijih uranium (s). Larutan lixiviant bermigrasi

melalui batu pasir permeabel dan datang dalam kontak dengan mineral

uranium yang didominasi oksida uranium dan silikat, dan oksidator

mengoksidasi mineral ini dari keadaan valensi +4 menjadi +6,

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. (Larson, 1987)[1]

In-situ leaching pada saat ini terbatas dalam aplikasi untuk formasi

yang dibatasi oleh batu pasir (memiliki permeabilitas tinggi) yang

berisi endapan yang relatif kecil dari bijih kadar rendah pada

kedalaman yang relatif dangkal. Namun, dapat menawarkan

keuntungan ekonomi yang signifikan sebagai bidang juga

menggantikan peralatan pertambangan dan operasi penghancuran dan

leaching terkait dengan proses konvensional. Kelemahan adalah

pemulihan rendah dan persyaratan ketat untuk merestorasi lahan

tambang dengan kondisi diterima.

Persamaan berikut menggambarkan reaksi leaching alkali untuk

amonium dan natrium karbonat pada sistem leaching yang telah

digunakan di Amerika Serikat:

Reaksi leaching amonium karbonat:

Oxidation, UO2 + H2O2 . UO3 + H2O

6

Leaching, UO3 + H2O + 3(NH4)2CO3 (NH4)4UO2(CO3)3 +

2NH4OH

UO3 + 2NH4HCO3 (NH4)2UO2(CO3)2 + H2O

UO3.+ 2NH4HCO3 + (NH4)2CO3 (NH4)4UO2(CO3)3 +

H2O

Reaksi leaching Sodium karbonat :

Oxidation, 2UO2 + O2 2UO3

Leaching, UO3 + Na2CO3 + 2NaHCO3 Na4UO2(C03)3 + H2O

II.2 Heap Leaching

Heap leaching adalah salah satu teknik tertua hidrometalurgi.

Penggunaan dilaporkan awal untuk uranium berada di Portugal selama

tahun 1950. Pada proses ini bijih ditambang dan kemudian ditumpuk

di atas sistem pengumpulan. Larutan leaching didistribusikan melalui

permukaan atas tumpukan dan melewati bawah melalui tumpukan

tempat bijih. Tempat mungkin bijih ROM atau bahan kasar hancur.

Keseragaman distribusi larutan leaching mungkin adalah variabel

utama untuk kebanyakan operasi Heap leaching, tetapi faktor-faktor

lain seperti berikut ini juga dapat menjadi penting.

(a) Mineralogi dari bijih. leaching Heap lebih tergantung

padamineralogi bijih dari operasi agitasi leaching konvensional.

Distribusi mineral uranium dalam bijih harus dipertimbangkan.

Misalnya, bijih di mana uranium yang halus disebarluaskan dan

7

dikurung dalam matriks yang relatif non-permeabel mungkin tidak

akan menjadi kandidat yang baik untuk pencucian tumpukan.

Karbonat dan tanah liat mineral dalam bijih juga bisa menjadi

penting. Bijih yang mengandung lebih dari beberapa persen dari

kapur mungkin tidak cocok untuk leaching asam. Mineral karbonat

mengkonsumsi asam dan menghasilkan C02 gelembung yang

serius dapat mengurangi permeabilitas ranjang. Kehadiran mineral

lempung juga dapat mempengaruhi permeabilitas tumpukan, dan

efeknya dapat bervariasi dengan jenis larutan leaching digunakan.

Misalnya, 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. Beberapa bijih seperti yang

ditemukan di Kanada dan Portugal memiliki konsentrasi mineral

sulfida seperti pirit. Ketika air hadir, reaksi bakteri dengan pirit

dapat menghasilkan baik asam sulfat dan besi sulfat. Ini kadang-

kadang disebut sebagai 'leaching alami'. Mineralogi masing-

masing sumber bijih harus dipertimbangkan secara terpisah.

(b) Oksidasi. Hampir semua bijih uranium membutuhkan beberapa

tingkat oksidasi selama leaching, tetapi jumlah yang diperlukan

dapat bervariasi. Kandungan oksigen terlarut dari larutan leaching

mungkin cukup untuk beberapa bijih, tetapi beberapa bentuk

8

oksidasi kimia biasanya diperlukan. Seperti disebutkan di atas,

tindakan bakteri juga dapat menjadi sumber oksidasi jika mineral

sulfida besi dan nutrisi yang tepat untuk bakteri yang hadir.

Oksidasi bakteri tetravalen uranium terjadi terutama melalui

mekanisme tidak langsung. Bakteri, seperti Thiobacillus ferro-

oxidans, mengoksidasi pirit dalam bijih, dan ion besi yang

dihasilkan mengoksidasi uranium tetravalen untuk keadaan

hexavalent larut.

(c) Persyaratan leaching reagen. Dalam kebanyakan kasus

persyaratan leaching reagen untuk pencucian tumpukan tidak akan

secara signifikan berbeda dari persyaratan untuk leaching agitasi

konvensional bijih yang sama. Untuk beberapa bijih,

bagaimanapun, telah memungkinkan untuk mendapatkan ekstraksi

uranium yang baik dengan penambahan reagen yang relatif kecil.

Pengaruh variasi luas dalam penambahan reagen harus diselidiki

selama studi eksperimental.

III. Aspek Termodinamika – Kinetika

Setiap proses metalurgi yang terjadi pasti memiliki aspek yang

menentukan proses keberlangsungan suatu raksi. Pada proses leaching

uranium sendiri terdapat 2 aspek yang menunjukkan proses leaching uranium

itu sendiri berjalan, yaitu aspek termodinamika dan aspek kinetika.

9

III.1 Aspek Termodinamika

Schortmann dan DeSesa (1958)[2] mempelajari hubungan antara

suhu leaching dan tingkat pencucian UO2. Persamaan Arrhenius

mendefinisikan hubungan ini sebagai berikut.

dC/dt = -k exp(-Ea/RT) (III.1)

dimana:

dC/dt = Persamaan Arrhenius

k = Konstanta laju

Ea = Energi aktivasi

R = Konstant gas

T = Temperature (K)

Dimana k adalah konstanta laju, Ea adalah energi aktivasi, R

adalah konstanta gas, dan T adalah suhu dalam derajat Kelvin. Untuk

menentukan energi aktivasi untuk leaching uranium, logaritma dari

tingkat leaching diplot terhadap kebalikan dari temperatur absolut.

Data harus merencanakan dalam garis lurus jika data eksperimen

konsisten dengan persamaan Arrhenius. dilakukan percobaan leaching

pada tiga tekanan yang berbeda oksigen (1, 3,5, dan 10 atm) dan lima

temperatur yang berbeda 60-100 ° C. Plot disajikan pada Gambar 3.1.

10

Gambar 3.1 Arrhenius Plot UO2 Tarif Pembubaran 0,5 M Na2CO3 +

0,5 M NaHCO3, 80 ° C. Sumber: Schortmann dan DeSesa (1958)

Gambar 3.1 menunjukkan bahwa data sesuai dengan model

Arrhenius baik dan didapatkan hasil energi aktivasi sebesar 13,4

kilokalori per mol UO2. Schortmann dan DeSesa (1958) melaporkan

bahwa tingkat kompleksasi dari heksavalen uranium oleh karbonat

adalah sekitar seratus kali lebih cepat dari laju oksidasi. Konsep ini

menggarisbawahi pentingnya menggunakan oksidan untuk secara

efektif memulihkan uranium dari bijih yang mengandung tetravalen

uranium.

III.2 Aspek Kinetika

11

Upaya awal untuk memanfaatkan 'klasik' ekspresi konversi-

waktu (persamaan leaching-rate) untuk mengevaluasi data yang

diperoleh dari percobaan batch yang diproduksi leaching uranium

kurang dari hasil yang optimal. Levenspiel (1972)[3] mengusulkan

persamaan laju berikut:

1) Kimia-kinetika model kontrol (yaitu Rate-Membatasi langkah

dalam mekanisme reaksi-laju berurutan):

k1 t = 1 − (1 − R )1 / 3 0 ≤ t ≤ 1/k1 (III.2)

Di mana, k1 adalah "parameter laju" untuk kasus ini dan 'R'

mewakili pemulihan pecahan.

2) Cairan-fase transfer massa model kontrol (yaitu laju-membatasi

langkah dalam mekanisme berurutan reaksi-rate):

k2 t = 1 − (1 − R )2 / 3 0 ≤ t ≤ 1/k2 (III.3)

Di mana, k2 adalah "parameter laju" untuk kasus ini dan 'R'

mewakili pemulihan pecahan. Data dari percobaan leaching

batch diplot menggunakan persamaan Q-1 dan Q-2. Plot untuk

pendekatan pertama dari data yang diperoleh dari sejumlah

percobaan leaching

IV. Aplikasi

12

Aplikasi penggunaan proses leaching uranium dapat kita jumpai pada

perusahaan Heathgate Resources Pty. Ltd. Yang beroperasi di Australia dan

Kazakhstan. Pada tahun 2012, total 26.263 tU diproduksi oleh Heathgate,

sebagian besar ini di Kazakhstan, tetapi dengan 2400 tU di Uzbekistan, dan

jumlah yang lebih kecil di Amerika Serikat, Australia, Cina dan Rusia. Ini

adalah 45% dari total produksi dunia, pangsa yang terus meningkat dari 16%

pada tahun 2000. Dalam beberapa tahun ke depan operasi ISL mungkin di

Mongolia dan Tanzania.

Gambar IV.1 Proses leaching uranium yang dilakukan oleh Heathgate

Resources

Dalam kedua asam atau metode leaching alkali air tanah yang

diperkaya dipompa ke akuifer melalui serangkaian sumur injeksi di mana ia

13

perlahan-lahan bermigrasi melalui akuifer leaching uranium bantalan pasir

tuan rumah dalam perjalanan untuk ditempatkan secara strategis sumur

ekstraksi mana pompa submersible pompa cairan untuk permukaan untuk

diproses. Pompa submersible awalnya 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 Wellfield

tersebut. Minuman keras resapan melewati bijih untuk mengoksidasi dan

melarutkan mineral uranium in situ. Tergantung pada jenis lingkungan

leaching yang digunakan uranium akan dikomplekskan baik sebagai sulfat

uranil, terutama UO 2 (SO 4) 3 4-, dalam kondisi leach asam atau karbonat uranil,

terutama UO 2 (CO 3) 3 4- di sistem karbonat resapan. Hal 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 (IX) atau pertukaran ion cair (ekstraksi pelarut - SX) sistem.

DAFTAR PUSTAKAGambar IV.2 Skema proses leaching uranium pada Heathgate Resources

14

Habashi, Fathi. Handbook of extractive metallurgy. Weinheim: WILEY-VCH.

1997

[1]LARSON, W.C., Uranium In Situ Leach Mining in the United States, Rep.

8777, US Bureau of Mines, Twin Cities, MN.1978.[3]Levenspiel, O. Chemical reaction engineering. New York: John Wiley and

Sons. 1972

[2]Schortmann, W.E., and DeSesa, M.A. “Kinetics of the Dissolution of Uranium

Dioxide in Carbonate-Bicarbonate Solutions”. Report NSA-12:014675;

National Lead Co., Inc.: Winchester, MA. 1958

Uranium extraction technology. TECHNICAL REPORTS SERIES No. 359.

Vienna: International Atomic Energy Agency. 1993

http://www.britannica.com/EBchecked/topic/619232/uranium-processing

http://www.heathgate.com.au/thebeverleymine.html

TUGAS UJIAN AKHIR SEMESTER

MATA KULIAH HIDRO-ELEKTRO METALURGI

15

LEACHING OF URANIUM

Disusun oleh:

Dito Widargo

3334121417

JURUSAN TEKNIK METALURGIUNIVERSITAS SULTAN AGENG TIRTAYASA

CILEGON – BANTEN2015