Ini kedua kalinya saya menulis bukan di blog saya sendiri. Kali pertama saya menulis untuk sebuah blog "anakbertanya.com" yang dibuat untuk menjawab pertanyaaan anak-anak usia 10-12 tahun. Pada saat itu, saya membantu menjawab pertanyaan, "Mengapa ada banyak gunung berapi di Indonesia?"
Kali ini, saya menulis untuk sebuah blog bernama "bersains" yang digagas oleh seorang Professor Hendra Gunawan, Dosen di Prodi Matematika serta Prof Bambang Hidayat (Professor Emeritus di Prodi Astronomi). Saya cantumkan kutipan dari redaksinya, tulisan lengkapnya silahkan baca di blog bersains ya.
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Arsip Bulanan: September 2015
UNSUR TANAH JARANG NAN BERLIMPAH
Apakah anda pernah mendengar ‘unsur tanah jarang’ atau Rare Earth Element (REE)? Ahli kimia dari Rusia bernama Dmitri Mendeleev, pada tahun 1800-an telah memprediksi adanya unsur tanah jarang dalam tabel periodik kimia buatannya. Waktu itu, unsur tanah jarang belum ditemukan, namun keberadaannya telah diperkirakan oleh Mendeleev. Meski namanya unsur tanah yang ‘jarang’, ternyata keberadaannya di permukan bumi sebenarnya berlimpah.
Pada artikel blog Bersains edisi September 2015 kali ini, Andy Yahya Al Hakim membahas mengenai unsur tanah jarang, juga unsur grup platinum (PGE, Platinum Group Element), dan kemajuan Indonesia dalam teknologi nuklir yang dilakukan oleh Badan Teknologi Nuklir Nasional (BATAN). Bahkan pada 15 September 2015, Indonesia mendapatkan apresiasi dari International Atomic Energy Agency (IAEA).
========================================================================
UNSUR TANAH JARANG NAN BERLIMPAH?
Sejak tahun 1800-an,
sudah banyak ahli kimia yang mencoba untuk merumuskan tabel periodik kimia,
namun tabel ini baru diakui pada tahun 1869, saat dipublikasikan oleh ahli
kimia dari Rusia, Dmitri Mendeleev. Mendeleev mempresentasikan tabel itu di Russian Physico-chemical Society, yang
kemudian dipublikasikan di Zeitschrift
fϋr Chemie (Gambar 1). Pada
tahun itu, sebanyak 60 unsur dari total 118 unsur disusun berdasarkan kenaikan
masa atom dan Mendeleev membiarkan beberapa unsur yang belum diketahui
dibiarkan kosong. Tabel periodik awalnya disusun dengan arah horizontal untuk
menunjukkan grup, sedangkan golongan dalam arah vertikal. Hal ini berbeda dengan tabel periodik yang kita jumpai
sekarang.
Apa
yang menarik dari tabel periodik Mendeleev tersebut? Mendelev berhasil
memprediksi beberapa unsur tanah jarang (REE) dan unsur grup platinum (PGE). Jika
pada tahun tersebut sudah ada beberapa unsur yang ditemukan dan diprediksi oleh
Mendeleev, namun mengapa masih disebut unsur tanah jarang?
Gambar 1. Susunan tabel periodik dari Mendeleev tahun
1869
Unsur Tanah Jarang (Rare Earth Element - REE)
Rare Earth Element, yang
diterjemahkan menjadi unsur tanah jarang adalah 17 unsur yang menyusun sistem
periodik. Unsur ini tersusun atas Scandium (Sc)-Yttrrium (Y) dan 15 unsur lain
dari grup lantanida, secara berturut-turut: Lanthanum (La)-Cerium
(Ce)-Praseodymium (Pr)-Neodymium (Nd)-Promethium (Pm)-Samarium (Sm)-Europium
(Eu)-Gadolinium (Gd)-Terbium (Tb)-Dysprosium (Dy)-Holmium (Ho)-Erbium
(Er)-Thulium (Tm)-Ytterbium (Yb)-Lutetium (Lu). Pada tahun 1869, Mendeleev
sudah berhasil menghitung masa atom dari unsur La-Ce, yang sebelumnya sudah
diklasifikan sebagai logam tanah jarang. Terminologi unsur ini mengacu pada
keterdapatan dari unsur tanah jarang yang sangat sedikit pada akhir tahun
1700-, dan terbukti memang jumlah dari logam tanah jarang ini dalam jumlah yang
signifikan dalam deposit tunggal. Hal ini yang membuat terminologi unsur tanah
jarang tetap digunakan hingga saat ini.
Sangat jarang di kerak bumi?
Unsur
yang terkandung dalam mineral atau batuan harus mengalami proses konsentrasi untuk
mencapai kadar yang ekonomis untuk ditambang. Perbandingan antara kandungan
unsur dibandingkan keterdapatannya di kerak bumi disebut sebagai konsentrasi
Clarke. Jika konsentrasi suatu unsur masih lebih rendah dibandingkan
konsentrasinya di alam, maka unsur itu belum bernilai ekonomis. Sebagai contoh,
konsentrasi Clarke dari emas (Au) di kerak bumi sebesar 0,004 ppm. Untuk
mencapai nilai ekonomis, emas harus mengalami konsentrasi sebesar 1.000 kali
lipat atau sebesar 4 ppm sehingga emas bernilai ekonomis. Part-per-million atau
ppm adalah istilah yang digunakan untuk menyatakan kadar dari suatu unsur dalam
satu per-sejuta, dalam ilmu kebumian biasanya dinyatakan sebagai gram per ton.
Gambar 2. Ilustrasi volume satu-per-seribu, ppm, ppb, ppt
Sebagai
gambaran, konsentrasi elemen tanah jarang di kerak bumi rata-rata berkisar 150
hingga 220 ppm, dibandingkan keterdapatan unsur seng (Zn) sebesar 70 ppm,
tembaga (Cu) sebesar 50 ppm dan emas berkisar 10 ppm. Keterdapatan unsur elemen
tanah jarang (Sc,Y,La,Ce,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu) di kerak bumi masih
lebih banyak dibandingkan unsur perak (Ag) dan emas (Au), raksa (Hg), bahkan
beberapa unsur elemen tanah jarang keterdapatannya masih lebih banyak
dibandingkan uranium (U) (Gambar 3).
Gambar 3. Keterdapatan beberapa unsur di kerak
bumi
Dimana mendapatkan elemen tanah jarang?
Apple,
perusahaan dari Steve Jobs, tahun 2014 lalu sempat dibuat “geger” karena adanya
tuduhan tentang tingginya jam kerja di perusahaan perakitan elektronik itu,
serta adanya isu tentang eksploitasi anak di bawah umur di tambang timah di pulau
Bangka Belitung. Apple sempat dianggap sebagai salah satu perusahaan yang
menampung banyak timah “illegal” dari koperasi maupun perusahaan pengepul
timah, walaupun menurut dari hasil audit hal tersebut tidak terbukti. Apple pun
membuat satu laman berjudul “supplier-responsibility”, untuk menjelaskan bahwa selama
proses pembuatan produk berlogo apel yang digigit ini sudah berwawasan lingkungan.
Mirisnya, Indonesia yang jelas-jelas menambang timah tersebut tidak dicantumkan
sebagai eksportir, malah negara kecil di selat Malaka yang tertulis sebagai
salah satu penyuplai untuk Apple (http://www.apple.com/supplier-responsibility/ ).
Timah
terakumulasi di sepanjang meander (lekukan sungai), di dasar sungai dan laut,
terbentuk akibat lapukan dari batuan granit yang disebut sebagai endapan
greisen. Logam timah di tambang di sekitar Selat Malaka ditambang dengan dua
metode, tambang terbuka (open pit) di
daratan dan tambang lepas pantai dengan menggunakan kapal keruk dan kapal sedot.
Di daratan, singkapan timah disemprot dengan pompa air yang bertekanan tinggi
(dalam istilah tambang mesin semprot disebut monitor), untuk memberaikan timah untuk kemudian disaring dan
dialirkan untuk dicuci, untuk dimurnikan di smelter.
Beberapa
lokasi penghasil timah antara lain pulau Bangka dan Belitung, Singkep, Bengara
(Kalbar) merupakan sabuk timah yang membentang di sepanjang Selat Malaka hingga
Malaysia, dan Thailand. Timah diekstrak dari mineral kasiterit (SnO2),
dengan mineral asosiasi ilmenite (FeTiO3), zirkon (ZrSiO4),
monazit (Ce,La,Nd,Th)(PO4,SiO4),
xenotim (YPO4),
markasit (FeS2), hematit (Fe2O3), rutil (TiO2),
allanit (Ce,Ca,Y,La)2(Al,Fe+3)3(SiO4)3(OH),
pirit (FeS2) dan turmalin (Na,Ca)(Mg,Li,Al,Fe2+)3Al6(BO3)3Si6O18(OH)4.
Beberapa mineral tersebut (monazit, xenotim dan allanit) mengandung elemen
tanah jarang seperti Ce-La-Nd-Th-Y yang harganya sangat jauh dibandingkan
dengan timah (Sn) sebagai logam utama yang didapat dari tambang timah (Gambar
4).
Lagi-lagi,
Indonesia hanya bisa mengekstrak logam timah (Sn) dari smelter yang ada di
Indonesia. Dengan kondisi ekonomi global saat ini, banyak smelter yang berhenti
beroperasi karena harga logam, terutama timah, nikel, emas dan tembaga jauh
lebih rendah daripada tahun-tahun sebelumnya. Perusahaan lebih memilih melakukan
perampingan jumlah pekerja dan tidak melakukan penambangan dalam skala besar.
Selain
dari aktivitas penambangan timah, mineral seperti ilmenit, rutil dan zirkon
juga menjadi mineral ikutan di aktivitas penambangan pasir besi di pantai. Pantai
Barat Sumatera dan Pantai Selatan Jawa pun juga mengandung unsur tanah jarang,
walaupun dengan jumlah yang kurang signifikan dibanding endapan greisens di
Bangka Belitung.
Gambar 4. Perbandingan harga logam per-September 2015(http://mineralprices.com/)
Unsur Grup Platinum (Platinum Group
Element)
Mungkin
masih banyak yang belum banyak paham tentang unsur yang berada di golongan ini.
Platinum-Group Element sering
disingkat menjadi PGE (beberapa referensi menulis Platinum-Group Metals-PGM) adalah unsur yang keterdapatannya di
alam lebih sedikit dibandingkan elemen lain yang ada di alam. Elemen grup
platinum dan logam mulia (precious metal)
menjadi unsur yang memiliki nilai ekonomis yang sangat tinggi. Enam unsur lain
yang termasuk dalam unsur grup platinum adalah Ruthenium (Ru), Rhodium (Rh),
Paladium (Pd), Osmium (Os), Iridium (Ir) dan Platinum (Pt).
Sama
seperti elemen tanah jarang (REE), unsur ini digunakan sebagai katalis pada
industri otomotif, kimia dan penyulingan di industri perminyakan (petroleum
refining industries). Sejauh ini, Afrika Selatan tercatat menjadi negara
penghasil PGM terbesar di dunia dengan kontribusi 80% produksi platinum dan 44%
produksi palladium. PGM didapat dari sebuah kompleks tambang yang bernama Bushveld Complex, 9 dari 10 tambang
ditambang dengan metode tambang bawah tanah.
Mineral Radioaktif, REE dan PGM?
Bicara tentang radioaktif,
banyak orang langsung menganalogikan dengan uranium, dengan bom atom yang
dijatuhkan di Jepang, atau dengan pembangkit listrik tenaga nuklir. Pembangkit
listrik tenaga nuklir belum pernah kehabisan berita untuk dibahas, mengingat
dampaknya yang sangat massif karena merupakan solusi energi di masa mendatang,
namun juga kegagalan pembangkit jenis ini membuat banyak orang masih
“ngeri-ngeri sedap” kalau pembangkit ini dibangun di Indonesia. Tercatat,
kebocoran pembangkit pernah terjadi di Chernobyl di Ukraina tahun 1986 dan di
Fukushima tahun 2011 akibat gempa dengan magnitudo 9 yang memicu adanya tsunami,
serta beberapa kebocoran lain pernah terjadi di Inggris (Sellafield-1957),
Rusia (Kysthym-1957), Amerika Serikat (Idaho-1961, Three Mile Island-1979), Perancis
(Saint Laurent-1969) dan Argentina (Buenos Aires-1983), Brazil (Goinia-1987),
Jepang (1999). Tahun 2015 ini, pembangkit listrik tenaga nuklir di Iran masih
terus dibahas mengingat kekhawatiran memanasnya suasana di negara Teluk.
Pembangkit listrik ini
diekstrak dengan menggunakan reaksi fisi dari mineral yang bernama uraninit/pitchblende
(UO2). Uranium adalah merupakan elemen paling berat yang ditemukan
secara alami di kerak bumi. Radioaktivitas pada mineral disebabkan adanya
inklusi dari elemen yang mengandung elemen radioaktif seperti Kalium (K),
uranium (U) dan Thorium (Th). Beberapa elemen tanah jarang seperti samarium,
neodymium, gadolinium serta unsur grup golongan platinum seperti platinum,
osmium, mengandung tingkat radioaktivitas secara natural di alam. Mineral
radioaktif ini akan memancarkan radiasi sinar alfa, beta atau gamma akibat
komposisi dari isotopnya yang tidak stabil. Dari tiga jenis peluruhan radiasi
dari elemen radioaktif, radiasi sinar gamma membawa dampak yang perlu
diwaspadai, terutama kepada makhluk hidup. Jika radiasi sinar alfa dapat di
blok dengan kertas atau kulit, sinar beta dapat di blok dengan foil, sinar
gamma ini hanya bisa dinetralisasi dengan mengisolasi dengan elemen yang
mempunyai nomor atom yang tinggi dengan densitas yang lebih besar, sebagai
contoh timbal (lead-Pb). Peluruhan Electron
Capture (EC) sangat jarang dijumpai dan terjadi akibat adanya pengikatan
nukleus yang kaya akan proton mengikat satu atom netral dari orbital lain.
Gambar 5. Ilustrasi radiasi sinar alfa, beta dan gamma
Jika membahas tentang
mineral yang bersifat radioaktif, uraninit bukan merupakan satu-satunya mineral
yang mempunyai sifat radioaktif. Beberapa mineral lain seperti monazit, zirkon,
apatit dan xenotim juga mengandung tingkat radiasi yang berbeda-beda. Radioaktivitas
uranium diukur dengan menggunakan alat bernama geiger counter atau scintillometer. Alat ini mengukur intensitas
radiasi dengan mengukur fluktuasi dari indeks refraksi dari udara akibat adanya
variasi temperatur, kelembapan dan tekanan. Pada bagian dalam scintillometer,
terdapat beberapa sensor (transmitter) yang mengidentifikasi gelombang optik
atau radio, yang berundulasi (scintillation).
Tabel
2. Keterdapatan Unsur Radioaktif di Alam
Unsur
|
Isotop
Simbol
|
Keterdapatan
di Alam
|
Waktu
Paruh (tahun)
|
Peluruhan
|
130Te
|
33.97%
|
2,400,000,000,000,000,000,000.00
|
||
50V
|
0.25%
|
390,000,000,000,000,000.00
|
EC
|
|
96Zr
|
2.80%
|
360,000,000,000,000,000.00
|
||
149Sm
|
13.80%
|
10,000,000,000,000,000.00
|
Alpha
|
|
148Sm
|
11.30%
|
7,000,000,000,000,000.00
|
Alpha
|
|
186Os
|
1.58%
|
2,000,000,000,000,000.00
|
Alpha
|
|
145Nd
|
8.30%
|
1,100,000,000,000,000.00
|
Alpha
|
|
192Pt
|
0.79%
|
1,000,000,000,000,000.00
|
Alpha
|
|
115In
|
95.70%
|
600,000,000,000,000.00
|
Beta
|
|
152Gd
|
0.20%
|
110,000,000,000,000.00
|
Alpha
|
|
123Te
|
0.89%
|
13,000,000,000,000.00
|
EC
|
|
190Pt
|
0.01%
|
690,000,000,000.00
|
Alpha
|
|
147Sm
|
15.00%
|
108,000,000,000.00
|
Alpha
|
|
87Rb
|
27.83%
|
49,000,000,000.00
|
Beta
|
|
187Re
|
62.60%
|
45,000,000,000.00
|
Beta
|
|
176Lu
|
2.59%
|
22,000,000,000.00
|
Beta
|
|
232Th
|
100.00%
|
14,000,000,000.00
|
Alpha
|
|
238U
|
99.28%
|
4,460,000,000.00
|
Alpha
|
|
40K
|
0.01%
|
1,250,000,000.00
|
Beta
|
|
235U
|
0.72%
|
704,000,000.00
|
Alpha
|
sumber: http://webmineral.com/help/Radioactivity.shtml
tanggal akses 19
September 2015
PGM di Indonesia?
USGS dan Direktorat
Sumberdaya Mineral Indonesia pada tahun 1990 telah melakukan eksplorasi dengan
mengumpulkan sampel konsentrat dulang dari beberapa lokasi di Jawa, Sumatera, Kalimantan ,
Sulawesi .
Umumnya, PGM dilaporkan dari beberapa sungai (endapan plaser) yang berasosiasi
dengan endapan pasir besi, emas, intan dan kromit. Indikasi lokasi PGM
dilaporkan di Cilacap, Jampang Kulon; di Sumatera dilaporkan di Woyla,
Kotonapan, Muara Sipongi, Bengkalis; di Kalimantan dilaporkan di Cempaka, Riam
Pinang, Pasir, Tabang, Sungai Marah dan di Sulawesi
dilaporkan di Barru, Danau Towuti, Momo dan Baubuang (USGS, 1990). Eksplorasi
pendahuluan ini masih bersifat prospektif dan perlu dilakukan studi lanjutan.
Henry Hilliard (2003)
juga menuliskan dalam laporannya di USGS (United
States Geological Survey), bahwa Indonesia ,
Cina, Papua Nugini dan Filipina, serta beberapa lokasi lain, diyakini juga
menghasilkan PGM, namun belum dilaporkan berapa jumlah yang dihasilkan. Jumlah
ini oleh Hilliard diklasifikasikan sebagai produksi dari Jepang, karena proses
pemurnian dilakukan di negara matahari terbit (Tabel 2).
Tabel 2. Produksi Platinum-Group
Metals di dunia (Hilliard, 2003)
Pada 15 September 2015, Yukiya
Amano, General Director IAEA (International
Atomic Energy Agency) memberikan apresiasi ke Indonesia dalam pidato
pembukaannya di Konferensi International Atomic Energy Agency ke-59
di Wina, Austria. Indonesia memberikan bantuan untuk korban bencana gempa
bumi di Nepal bulan April yang lalu, dengan pemanfaatan dan
aplikasi teknologi nuklir dalam bidang pangan. Indonesia memanfaatkan teknologi iradiasi, pada makanan
siap saji untuk korban bencana, yaitu teknologi
nuklir memungkinkan bahan makanan menjadi lebih tahan lama namun tetap aman
untuk dikonsumsi.
Teknologi ini tidak hanya dimanfaatkan dalam bidang pangan. Dalam bidang
pertanian, teknologi nuklir juga dapat dimanfaatkan untuk, yaitu pemuliaan
tanaman menggunakan teknologi irradiasi, dimana Indonesia telah memperoleh
penghargaan outstanding achievement dari IAEA dan FAO. Indonesia juga siap
membantu negara-negara berkembang lainnya untuk mengembangkan aplikasi
teknologi nuklir dalam pemuliaan tanaman tersebut, khususnya kepada
negara-negara di kawasan Pasifik.
Dari
data di atas, makin banyak pekerjaan rumah untuk generasi mendatang di
Indonesia. Pemerintahan baru pun diuji keseriusannya untuk mengimplementasikan
larangan ekspor bahan mentah sejak tahun 2014 yang lalu, yang ternyata belum
diaplikasikan dengan pembangunan smelter di Indonesia. Smelter yang ada di Indonesia saat ini
digunakan untuk mengolah logam nikel, besi/baja, tembaga, aluminium, tembaga
dan mangan. Masih banyak unsur lain yang masih bisa diekstrak dari mineral yang
didapat di alam, terutama mengekstrak elemen tanah jarang dan golongan grup
platinum . Saat ini, sementara kita hanya bisa “legowo” unsur-unsur ikutan dari
proses ekstraksi dari unsur utama terbawa di mineral-mineral untuk diolah di
negara lain.
BATAN, 2010 (MGEI-IAGI, 2011)
Sumaryanto, IAEA- 2014
Ibarat
sedang bertanding sepakbola, kiper yang tangguh tidak ada artinya tanpa
penyerang yang hebat, serta tim yang hebat tidak akan pernah mungkin tercipta
tanpa kerjasama tim yang baik. Mustahil negara ini sukses tanpa kerjasama semua
elemen penunjangnya. Jadi, mari bekerja bersama-sama, tidak ada kontribusi yang
sia-sia untuk bangsa ini.
Andy Yahya Al Hakim, MT
Penulis
menyelesaikan studi di Teknik Pertambangan ITB pada tahun 2011 dan tahun 2013,
kemudian bekerja sebagai Asisten Akademik di Kelompok Keahlian Eksplorasi
Sumberdaya Bumi FTTM – ITB. Saat ini penulis sedang menempuh program Doktor di
Montanuniversität Leoben, Austria dalam bidang mineralogi dan geologi
ekonomi. Penulis juga aktif menulis di blog edukasi tentang geologi,
petualangan dan motivasi di Geo-Educative Blog yang dapat di akses di laman andyyahya.com.
Referensi
http://www.processindustryforum.com/hottopics/nucleardisasters tanggal
akses 19 September 2015
https://www.iaea.org/newscenter/news/supporting-nepal-help-nuclear-applications tanggal
akses 19 September 2015
http://www.periodni.com/rare_earth_Elements.html tanggal
akses 18 September 2015
http://webmineral.com/help/Radioactivity.shtml tanggal akses 19 September 2015
http://web.mit.edu/12.000/www/m2016/finalwebsite/Elements/ree.html
tanggal akses 19 September 2015
Hilliard, H.E. 2003. Platinum-Group Metals: USGS Mineral
Resources. Open-File Report.
Zientek, M.L., Page, N.J. 1990. Consultancy Services in
Platinum-Group Mineral Exploration for the Directorate of Mineral Resources.
Open-File Report 90-527. USGS
Zientek, M.L., Pardiarto, B., Simandjuntak, H.R.W., Wikrama,
A., Oscarson, R.L., Meier, A.L., Carlson, R.R., 1992. Placer and lode platinum group minerals in south Kalimantan , Indonesia — evidence for derivation from
Alaskan-type ultramafic instrusions. Aust.
J. Earth Sci. 39, 405–417.