68 BAB IV PEMBAHASAN Serangkaian percobaan fusi alkali dengan NaOH, pelindian dalam air dan asam sulfat serta proses gabungan antara fusi alkali dengan digesti dalam asam florida- ekstraksi pelarut-presipitasi dan kalsinasi telah dilakukan untuk mensintesis produk serbuk Nb 2O5 dan Ta2O5 dari sampel coltan Nigeria. Pada bab ini akan dibahas perilaku fusi alkali NaOH, performa pengurangan pengotor dan penghilangan pengotor dengan variasi jenis umpan coltan, perbandingan massa umpan coltan terhadap NaOH, temperatur fusi alkali dan konsentrasi asam sulfat. Dilakukan juga pembahasan performa dari proses gabungan untuk mensintesis serbuk Nb 2O5 dan Ta2O5 dengan membandingkan produk yang diperoleh dengan produk yang dihasilkan tanpa melalui proses fusi alkali. Pembahasan yang akan dilakukan mencakup hal-hal berikut: 1. Analisis perilaku fusi alkali NaOH sampel coltan Nigeria 2. Analisis reduksi pengotor dan kehilangan Nb dan Ta pada proses fusi alkali-pelindian dalam air dan dalam asam sulfat 3. Karakterisasi produk serbuk Nb 2O5 dan Ta2O5 yang dihasilkan dari proses gabungan fusi alkali dan digesti dengan HF 4. Analisis alternatif rute proses baru untuk sintesis serbuk Nb 2O5 dan Ta2O5 IV.1 Analisis Perilaku Fusi Alkali NaOH Sampel Coltan Nigeria Hasil analisis XRD dari sampel komposit (C) pada Gambar III.24 menunjukkan bahwa komposisi mineral dominan pada sampel komposit adalah perpaduan dari mineral-mineral silika (SiO 2), kasiterit (SnO2) dan columbite (FeNb 2O6). Hal ini berkesesuaian dengan mineral-mineral dominan yang teridentifikasi pada sampel aluvial (AL), primer (PR), low grade (LG) dan high grade (HG) yang disajikan pada Gambar III.20 hingga III.23 karena sampel komposit merupakan campuran antara 4 jenis sampel yaitu aluvial (AL), primer (PR), low grade (LG) dan high grade (HG) dengan proporsi pencampuran berat yang sama. Pada proses fusi 69 alkali dengan NaOH berlangsung reaksi kimia yang menghasilkan produk berupa senyawa antara sodium dan logam tertentu yang biasa disebut sebagai “frit”. Pada temperatur fusi alkali yang dilakukan dalam penelitian ini (350-550 o C), NaOH akan meleleh membentuk lelehan NaOH. Lelehan NaOH ini akan mendekomposisi sebagian mineral di dalam sampel coltan sehingga natrium akan terikat secara kimia membentuk produk baru, seperti Na 2SiO3, Na3NbO4 dan Na 3TaO4. Yang dkk, 2013, menyatakan bahwa produk garam natrium dari proses fusi alkali akan menyelimuti permukaan partikel dalam umpan sehingga pada permukaan partikel tersebut akan terbentuk lapisan produk hasil fusi seperti yang ditunjukkan pada Gambar II.5 pada Bab II. Sebagaimana telah dibahas pada BAB II, proses fusi alkali coltan dengan NaOH dan KOH memiliki dua perilaku dimana produk garam natrium yang dihasilkan akan memiliki sifat tidak larut dan larut dalam air. Jika garam natrium Nb dan Ta yang dihasilkan berada pada fasa dimana Nb dan Ta terlarut di air dan asam sulfat maka produk garam natrium Nb-Ta yang dihasilkan adalah Na 5(Ta,Nb)O5. Terjadinya pembentukan fasa tersebut karena NaOH yang digunakan untuk bereaksi dengan Nb dan Ta jumlahnya mencukupi atau berlebih sehingga Nb dan Ta di dalam sampel terkonversi secara sempurna membentuk fasa stabil Na 5(Ta,Nb)O5. Namun jika garam natrium Nb dan Ta yang dihasilkan berada pada fasa dimana Nb dan Ta tidak terlarut dalam air dan asam sulfat maka produk garam natrium Nb-Ta yang dihasilkan adalah Na(Ta,Nb)O 3 dan Na 3(Ta,Nb)O4. Terbentuknya fasa tersebut karena NaOH yang digunakan untuk bereaksi dengan Nb dan Ta jumlahnya tidak mencukupi sehingga Nb dan Ta di dalam sampel tidak terkonversi secara sempurna dan yang terbentuk adalah fasa Na(Ta,Nb)O 3 dan Na3(Ta,Nb)O4 yang tidak dapat terlarut sepenuhnya di dalam air (Yang dkk, 2013). Kondisi pembentukan kedua fasa terlarut dan tidak terlarut tersebut bergantung kepada perbandingan massa NaOH yang ditambahkan saat proses fusi alkali terhadap massa bijih. Ketika nisbah massa NaOH terhadap massa sampel yang ditambahkan lebih dari 1:1 (w/w) atau kondisi NaOH berlebih maka produk yang dihasilkan adalah fasa yang terlarut dalam air dan asam. Sebaliknya, jika nisbah 70 massa NaOH terhadap sampel yang ditambahkan kurang dari 1:1 (w/w) maka produk yang dihasilkan adalah fasa yang tidak terlarut dalam air dan asam (Yang dkk, 2013; Zhou dkk, 2005). Hasil analisis XRD dari produk fusi alkali pada temperatur 550 o C dengan nisbah massa NaOH:bijih 0.75:1 untuk sampel komposit (C) dan high grade (HG) telah disajikan masing-masing pada Gambar III.24 dan III.23. Untuk kedua jenis umpan yang berbeda yaitu komposit (C) dan high grade (HG) dihasilkan garam Nb-Ta dengan jenis yang tidak terlarut di dalam air dan asam sulfat, dimana untuk sampel C terbentuk fasa NaNbO 3 yang berikatan dengan logam Sr (Gambar III.24), sementara untuk sampel HG dihasilkan fasa NaNbO 3 dan Na(Ta,Nb)O3 yang berikatan dengan Li dan Mn (Gambar III.23). Hasil analisis XRD yang mengindikasikan pembentukan fasa yang tidak larut dalam air dan asam sulfat tersebut berkesesuaian dengan hasil penelitian yang telah dilaporkan oleh peneliti sebelumnya (Yang dkk, 2013; Zhou dkk, 2005). Perubahan fasa dalam sampel awal, setelah proses fusi alkali, pelindian dalam air dan pelindian dalam H 2SO4 di tampilkan pada Gambar IV.1. Gambar IV.1 Hasil analisis XRD yang menunjukkan perubahan fasa setelah tahapan-tahapn fusi alkali, pelarutan dalam air dan dalam asam sulfat 71 Pada Gambar IV.1 ditunjukkan beberapa perubahan fasa Nb-Ta. Pada awalnya Nb di sampel terdeteksi sebagai mineral columbite (FeNb 2O6) kemudian setelah terjadi reaksi fusi alkali terbentuk garam natrium dimana Nb dan Ta terkonversi menjadi sodium niobite yang berikatan dengan logam Sr (NaNbO 3Sr). Dalam bentuk senyawa ini, Nb berada pada fasa yang tidak larut dalam air. Fasa dominan yang teridentifikasi dalam sampel (yaitu silika dan kasiterit) intensitasnya berkurang karena terjadinya pembentukan fasa lain dari silika dalam bentuk sodium silikat dan albite. Pada Gambar IV.1 untuk hasil XRD residu pelindian dalam air juga menunjukkan masih tetap adanya fasa sodium niobite (NaNbO 3). Hal ini berkesesuaian dengan penelitian dari Yang dkk, (2013) dimana fasa NaNbO 3 tidak larut di dalam air. Intensitas NaNbO 3 di dalam residu pelindian dalam air juga meningkat karena adanya pengotor logam Sn dan Al yang terlepas pada tahap pelindian dalam air. Namun pengotor logam Si masih tetap ada dan lebih dominan dibandingkan senyawa pengotor lain. Silika sebagai pengotor dalam residu pelindian dalam air teridentifikasi dalam bentuk mineral kompleks Si-Ti (Na 3,9Fe0,24Si2Ti1,86O10). Perilaku pelindian dalam air tidak merubah ikatan Nb dengan natrium sehingga Nb masih tetap dalam bentuk garam natriumnya. Hasil analisis XRD residu pelindian dalam asam sulfat menunjukkan adanya kenaikan intensitas senyawa Nb dalam bentuk iron (II) diniobite, columbite Fe dan ferrocolumbite, sementara elemen-lemen pengotor Sn, Al, Fe, Mn dan Ti tidak terdeteksi lagi pada difraktogram XRD yang diperoleh. Kenaikan intensitasnya senyawa Nb di dalam sampel karena terjadi pengurangan pengotor Mn, Ti dan Fe pada tahap pelindian dalam asam sulfat. Pelindian dalam asam sulfat ini membuang pengotor seperti Si, Mn, Ti, dan Fe dan memecah ikatan garam natrium Nb menjadi bentuk mineral lain yaitu Iron (II) diniobite, columbite-Fe dan ferrocolumbite sehingga tidak terdapat lagi Nb yang berikatan dengan Na. 72 IV.2 Analisis Eliminasi Pengotor dan Kehilangan Nb Ta pada Proses Pelindian dalam Air dan Asam Analisis persentase eliminasi logam pengotor dan kehilangan Nb dan Ta pada proses pelindian air dan asam dilakukan pada variasi jenis umpan, nisbah massa sampel terhadap NaOH, temperatur fusi alkali dan variasi konsentrasi asam sulfat. IV.2.1 Persentase Eliminasi Pengotor dan Kehilangan Nb dan Ta pada Variasi Jenis Umpan Percobaan pelindian dalam air dan dalam asam sulfat telah dilakukan dengan variasi jenis sampel yaitu komposit (C), aluvial (AL), primer (PR), high grade (HG) dan low grade (LG) yang telah dilakukan preparasi dan mempunyai fraksi ukuran lolos 200 mesh. Profil persentase eliminasi elemen pengotor untuk setiap jenis sampel disajikan masing-masing pada Gambar IV.2. Sementara, profil kehilangan logam Nb dan Ta pada proses pelindian dalam asam ditampilkan pada Gambar IV.3. Gambar IV.2 Profil persentase eliminasi pengotor dalam proses pelindian dalam air dan dalam asam sulfat pada variasi tipe umpan 25.93 27.75 2.76 29.85 23.73 13.18 51.77 29.91 4.35 3.45 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 %Reject Ti %Reject Sn %Reject Al %Reject Mn %Reject Fe % Eliminasi (%) Eliminasi Logam Primer Alluvial Low Grade High Grade Komposit H2SO4 = 1M Waktu fusi = 1 jam Sampel:NaOH = 1,5:1 Temperatur fusi = 350 o C 73 Gambar IV.3 Profil kehilangan Nb dan Ta di proses pelindian asam pada variasi tipe umpan Data persentase eliminasi pengotor dalam proses pelindian dalam air dan dalam asam sulfat pada variasi tipe umpan pada Gambar IV.2 menunjukkan bahwa persentase eliminasi pengotor tertinggi diperoleh pada elemen Sn yaitu sebesar 51,77% untuk sampel komposit. Logam pengotor Sn adalah elemen yang paling banyak terlarut di dalam air daripada pengotor lain. Hal ini karena fasa yang terbentuk dari proses fusi alkali adalah Na 2SnO3 sesuai reaksi berikut: 
ý ÛE Ûü ýö \ ü Û
ý ÜEö Ûý (IV.1) dimana fasa Na 2SnO3 tersebut adalah fasa yang mudah terlarut l dan stabil didalam air dalam bentuk SnO 3 2- (Wang dkk, 2009). Hasil penelitian ini berkesesuaian dengan hasil penelitian Wang dkk, (2009) yang melakukan percobaan fusi alkali dan pelindian dalam air dengan beberapa variasi pengujian yaitu perbandingan massa reagen terhadap sampel, temperatur dan waktu dan dihasilkan pengotor yang terlarut paling tinggi adalah logam Sn pada selang 70- 80%. 2.70 2.63 0.01 0.09 0.40 0.53 0.75 0.08 0.38 3.56 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 Primer Alluvial Low Grade High Grade Composite % Loss (%) Tipe Umpan %Loss Nb (%) %Loss Ta (%) H 2SO 4 = 1M Waktu fusi = 1 jam Sampel:NaOH = 1,5:1 Temperatur fusi = 350 o C 74 Hasil pengujian menunjukkan bahwa tidak terjadi kehilangan Nb dan Ta secara signifikan pada percobaan dengan variasi jenis sampel yaitu keseluruhan dibawah 5%. Hal ini berkesesuaian dengan hasil pengujian XRD yang disajikan pada Gambar III.25 dan III.26 yang menunjukkan bahwa proses fusi alkali yang dilakukan menghasilkan fasa NaNbO 3 yang tidak larut pada pelindian dalam air dan dalam asam sulfat. IV.2.2 Persentase Eliminasi Pengotor dan Kehilangan Nb dan Ta pada Variasi Perbandingan Sampel:NaOH Profil persentase eliminasi pengotor dan kehilangan Nb dan Ta pada proses pelindian dalam air dan dalam asam sulfat pada percobaan fusi alkali dengan variasi nisbah massa NaOH : bijih yang disajikan masing-masing pada Gambar IV.4 dan IV.5. Gambar IV.4 Profil pengurangan pengotor pada proses pelindian dalam air dan dalam asam pada variasi nisbah massa sampel terhadap NaOH pada tahap fusi alkali 8.18 38.79 47.69 0.14 1.39 12.54 23.85 26.49 3.60 2.60 13.18 51.77 26.49 3.60 3.45 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 %Reject Ti %Reject Sn %Reject Al %Reject Mn %Reject Fe % Reject (%) Eliminasi Logam 0,75:11:11,5:1H 2 SO 4 = 1M Waktu fusi = 1 jam Jenis = Komposit Temperatur fusi = 80 o C 75 Gambar IV.5 Profil kehilangan Nb dan Ta pada proses pelindian dalam asam sulfat pada variasi nisbah massa sampel terhadap NaOH pada tahap fusi alkali Data persentase eliminasi pengotor pada Gambar IV.4 menunjukkan bahwa persen eliminasi pengotor tertinggi diperoleh pada Sn yaitu mencapai 51,77% yaitu terjadi pada perbandingan sampel terhadap NaOH 1,5:1.