Students of Dept of Metallurgy and MaterialsUNIVERSITY OF INDONESIA

Ektraksi Zirkonium (Zr)

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

Zr mulai digunakan sejak tahun 1940-an, aplikasi yang paling signifikan

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

Unsur ini harus dihilangkan sebelum diproses menjadizirkonium karena unsur Uranium dan Thoriummenyebabkan terjadinya reaksi pembelahan pada prosescladding.

Komposisi Raw Material

Proses

Proses Separasi Zirkonium dan Hafnium

Proses Ekstraksi Zirkonium

Proses Ekstraksi Zirkonium

1. Klorinasi Zirkon

2. Alkali Fusion

3. Fluosilicate Fusion

Klorinasi Zirkon

Klorinasi Zirkon dilakukan dengan mengubah zirkon kedalam bentuk

zirkonium karbida dengan menggunakan graphite pada graphite lined arc

furnace dengan temperatur proses 1800C :

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 + 2Cl2 ZrCl4 + C

Pada perkembangannya, Zirkon dan karbon dicampurkan dan diklorinasi pada

temperatur 1200C dan menghasilkan ZrCl, pada satu proses saja.

ZrSiO4 + 4C + 4Cl2 ZrCl4 + SiCl4 + 4CO

Klorinasi Zirkon

Alkali Fusion

• Dikembangkan oleh Ames Laboratory of the U.S. Atomic

Energy Commission.

• Proses ini cocok untuk memisahkan hafnium dari

zirkonium dengan menggunakan solvent extraction dari

suatu larutan aqueous.

Alkali FusionPasir 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 padatemperatur lebih tinggi sodium hydroksida akan bereaksi dengan

pasir zirkon

Alkali Fusion

4NaOH + ZrSiO4 Na2ZrO3 + Na2SiO3 + 2H2O

• Steam kemudian dilarutkan sehingga campuran menjadiberfasa viscous dan berubah menjadi fragile-porous solid(“frit”) saat temperatur mencapai 530C.

• Setelah pendinginan, fragile-porous solid dipecah dandilakukan leaching menggunakan air, dimana terjadiekstraksi Na2SiO3. Residu kemudian di-leaching denganmenggunakan asam yang melarutkan Na2ZrO3.

Alkali Fusion

Fluosilicate Fusion

• Digunakan di Uni Soviet untuk menghasilkan feed padaseparasi hafnium dari zirkonium dengan fractionalcrystallization dari K2MF6.

• Zirkon dihancurkan sampai ukuran 200 mesh dandicampur dengan potassium flousilicate dan potassiumklorida.

Fluosilicate Fusion

• Campuran tersebut disinter dalam sebuahrotary furnace pada temperatur 650 dan7000C.

Reaksi yang terjadi adalah :

ZrSiO4 + K2SiF6 K2ZrF6 + 2SiO2

Fluosilicate Fusion

• Produk hasil proses sinter tersebut didinginkandan dihancurkan sampai berukuran 100 mesh dandilakukan proses leaching pada temperatur 85°Cdengan HCl 1 %.

• Hasilnya di-filter pada temperature 80° laludidinginkan agar terbentuk kristal K2ZrF6 (sertaK2HfF6) yang kemudian disaring dan dicuci denganair.

Proses SeparasiZirkonium dan Hafnium

1. Fractional Crystallization

2. Solvent Extraction of Thiocyanates

3. Ekstraksi Pelarut dengan TBP (tributyl

phosphate)

Fractional Crystallization

• Kristalisasi fraksional dari double potassiumfluorides merupakan salah satu metode yangdigunakan untuk memisahkan zirkonium darihafnium

• Karena garam-garam tersebut membentuk solidsolution dan rasio kelarutan mendekati (1.54pada 200C), rekristalisasi berulang kalidibutuhkan untuk menyempurnakan separasiatau pemisahan

Fractional Crystallization

Solvent Extraction of Thiocyanates

• Solven ekstraksi dengan thiocyanate merupakanmetode yang paling tepat untuk penggunaansecara komersial karena pelarut yang digunakanrelatif lebih murah dibandingkan dengan prosesyang lain.

Solvent Extraction of Thiocyanates

• Zirkonium tetrachloride yang mengandung 2 w/ohafnium dilarutkan dalam air bersama denganammonium thiocyanate (NH4CNS) dan NH4OH.

• Zirkonium dan hafnium akan membentuksenyawa kompleks thiocyanate yang dapatdiekstraksi dari aqueous solution menggunakanlarutan thiocyanic acid HCNS dalam hexone.

Solvent Extraction of Thiocyanates

Ekstraksi Pelarut dengan TBP (tributyl phosphate)

• Proses ekstraksi zirkonium memiliki 6 tahapandan proses ekstraksi hafnium.

• Masing-masing proses memiliki efisiensi sebesar75 %.

Ekstraksi Pelarut dengan TBP (tributyl phosphate)

Ekstraksi Pelarut dengan TBP (tributyl phosphate)

Proses Pembuatan Zirconium

• Prinsip proses yang digunakan untuk prosespembuatan zirconium :

1. Proses Kroll, meliputi reduksi dari uaptethrachloride dari leburan magnesium.

2. Proses hot wire, meliputi dekomposisi dariiodide.

3. Elektrolisis dari double potassium florideyang dilarutkan dari lelehan garam.

Skema Proses Kroll

Proses Kroll

Hot wire reactor

Electrolysis of Fused Salt

• Proses pembuatan zirconium dilakukan dengan caraelectrolysis K2ZrF6 yang dilarutkan dalam lelehan klorida.

• Keuntungan yang didapatkan dibandingkan proses Krollialah coarsely crystalline product yang didapatkan daricoproduced halide yang dapat dihilangkan melaluileaching dengan acidified water tanpa adanyaKontaminasi zirconium oleh oksigen.

Aplikasi

• Zr banyak digunakan dalam reaktor nuklir sebagai air-cooled.

• Zirkonium digunakan dalam industri baja untukmenghilangkan nitrogen dan belerang dari besi, sehinggadapat meningkatkan kualitas dari baja.

• Zr ditambahkan ke besi untuk menciptakan sebuah paduanyang dapat meningkatkan machinability, ketangguhan, dankeuletan.

• Zirkonium Foil digunakan untuk ignition-flash material padaphotography bulb.

• Sponged Zirkonium banyak digunakan pada industri militer.

Aplikasi

• Zirkonium dan paduannya dengan Al, Fe, Ti, atau Vdigunakan pada vacuum tube, pada pipa gas dan padaultra-high-purity environment di industri semikonduktor.

• Zirkonium powder merupakan sumber panas pada alatpeledak dan alat pembakar untuk berbagai kegunaan,termasuk untuk automotive airbag inflator.

• Zirkonium juga digunakan untuk konstruksi reaktor kimiadimana ketahanan korosi sangat dibutuhkan.

Aplikasi• Beragamnya aplikasi Zirkonia (ZrO2) ini berkaitan dengan

sifat-sifat khusus dan kemampuan yang dimilikinya, antaralain:

1. sifat refraktori yang sangat tinggi yaitu sekitar 2750oCuntuk Zirkonia murni

2. Kemudahannya dalam bertransformasi fasa untukmenghasilkan sifat mekanik yang diinginkan.

3. Konduktansi ioniknya yang baik

4. Kemudahannya untuk distabilkan oleh oksida logam lainuntuk memodifikasi sifat fisik, mekanik, dan kimianya.

Aplikasi

• Dari sekian banyak aplikasi dari Zirkonium murni

tersebut, ternyata bijih zirkonium hanya sekitar 4% yang

diolah menjadi Zirkonium murni, sedangkan sisanya

diaplikasikan dalam bentuk Zirkonia, Zirkon dan senyawa

lainnya.

Kesimpulan

Terdapat tiga cara yang dapat digunakan dalam prosespembuatan zirconium.

• Proses Kroll, meliputi reduksi dari uap tethrachloride darileburan magnesium.

• Proses hot wire, meliputi dekomposisi dari iodide

• Elektrolisis dari double potassium floride yang dilarutkankstraksi zirconium dari zircon, yaitu dari lelehan garam.

Referensi

• digilib.itb.ac.id

• Ebook

http://upetd.up.ac.za/thesis/submitted/etd-09082005-113709/unrestricted/03chapter3.pdf

Students of Dept of Metallurgy and MaterialsUNIVERSITY OF INDONESIA