Perpustakaan Digital ITB
Serium merupakan salah satu unsur tanah jarang yang termasuk dalam kelompok
Light Rare Earth Element (LREE) dengan tingkat keterdapatan paling melimpah
dibandingkan unsur REE lainnya. Selain melimpah, serium juga memiliki manfaat
yang luas dalam berbagai bidang industri, di antaranya sebagai bahan polishing
(pemoles) untuk kaca dan optik, katalis pada konverter kendaraan bermotor, aditif
dalam pembuatan kaca dan keramik, serta bahan tambahan pada paduan logam
untuk meningkatkan ketahanan terhadap oksidasi. Meskipun memiliki nilai
ekonomis dan aplikasi yang beragam, serium memiliki stabilitas termodinamika
yang sangat tinggi. Serium dioksida (CeO2) merupakan bentuk senyawa oksida dari
serium yang paling stabil berikatan dengan oksigen. Hal tersebut menyebabkan
proses produksi serium logam dari oksidanya membutuhkan energi yang besar serta
menghadapi tantangan teknis yang tidak sederhana. Sampai saat ini, serium murni
komersial dengan kemurnian sekitar 98–99% berat umumnya diproduksi melalui
dua jalur utama, yaitu elektrolisis garam lebur dan proses metallotermik. Kedua
metode ini sudah banyak diaplikasikan di industri, namun keduanya memiliki
keterbatasan, baik dari sisi konsumsi energi, biaya operasional, maupun dampak
lingkungan yang ditimbulkan. Oleh karena itu, diperlukan alternatif proses yang
lebih efisien dan ramah lingkungan. Kebutuhan ini semakin mendesak seiring
dengan meningkatnya permintaan serium untuk aplikasi teknologi tinggi, seperti
industri elektronik dan energi terbarukan.
Salah satu metode reduksi yang mulai banyak dilirik saat ini adalah hydrogen
plasma smelting reduction (HPSR). HPSR merupakan proses reduksi peleburan
yang memanfaatkan plasma hidrogen. Metode ini menarik karena menggabungkan
dua keunggulan sekaligus, yakni temperatur tinggi yang dihasilkan oleh plasma dan
sifat reduktif kuat dari gas hidrogen. Kombinasi ini berpotensi mempercepat laju
reduksi oksida logam dibandingkan metode konvensional. Namun, penerapan
HPSR pada oksida tanah jarang, khususnya CeO2, masih sangat jarang diteliti
secara mendalam. Padahal, pemahaman terhadap mekanisme reduksinya sangat
penting untuk mendukung pengembangan proses produksi serium yang lebih
efisien dan berkelanjutan.
Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari perilaku reduksi CeO2 dalam kondisi
plasma hidrogen dengan variasi waktu reduksi selama 2, 4, 6, dan 8 menit. Sampel
yang digunakan berupa briket CeO2 yang dibuat dari serbuk CeO2 dengan
kemurnian 99,9%. Proses reduksi dilakukan dalam atmosfer plasma argon–
hidrogen, kemudian produk hasil reduksi dikarakterisasi melalui pengamatan
visual, perhitungan kehilangan oksigen, scanning electron microscopy (SEM), dan
energy dispersive spectroscopy (EDS). Hasil penelitian menunjukkan bahwa
peningkatan waktu reduksi menyebabkan terjadinya konsolidasi briket, aglomerasi
partikel, perubahan morfologi permukaan, serta pelepasan oksigen secara bertahap.
Analisis SEM-EDS menunjukkan adanya penurunan rasio O/Ce seiring dengan
bertambahnya waktu reduksi. Pada waktu reduksi 8 menit, kandungan oksigen pada
area analisis terpilih menurun hingga sekitar 2,96 % berat, sedangkan kandungan
Ce meningkat hingga sekitar 97,04 % berat. Hal ini menunjukkan terjadinya
deoksidasi lokal yang signifikan akibat pelepasan oksigen dari CeO2 selama proses
reduksi plasma hidrogen.
Berdasarkan hasil tersebut, reduksi CeO2 dalam kondisi plasma hidrogen diduga
berlangsung secara progresif melalui pelepasan oksigen dan berpotensi membentuk
fasa oksida serium non-stoikiometri yang kekurangan oksigen, seperti CeO2??.
Namun demikian, pembentukan serium logam belum dapat dikonfirmasi hanya
berdasarkan data kehilangan oksigen dan SEM-EDS. Secara umum, hasil penelitian
ini menunjukkan bahwa metode HPSR memiliki potensi untuk mereduksi CeO2
secara parsial dan dapat menjadi dasar bagi pengembangan rute produksi logam
serium yang lebih berkelanjutan melalui optimasi parameter proses dan
karakterisasi lanjutan.
Kata kunci: serium dioksida, ceria, hydrogen