PEMADATAN ENDAPAN CaCO 3 MENGGUNAKAN LEMPUNG UNTUK MENJAMIN KESELAMATAN LINGKUNGAN

Transkripsi

1 Isman MT., dkk. ISSN PEMADATAN ENDAPAN CaCO 3 MENGGUNAKAN LEMPUNG UNTUK MENJAMIN KESELAMATAN LINGKUNGAN Isman MT., Suksrn Pusat Teknlgi Akseleratr dan Prses Bahan ABSTRAK PEMADATAN ENDAPAN CaCO 3 MENGGUNAKAN LEMPUNG UNTUKMENJAMIN KESELAMATAN LINGKUNGAN. Telah dilakukan penelitian pemadatan endapan CaCO 3 hasil penglahan secara kimia limbah radiaktif cair menggunakan bahan lempung. Tujuan penelitian adalah untuk menyiapkan mnlit keramik yang bisa berfungsi sebagai islatr/bahan pengkndisi radinuklida sehingga mbilitas radinuklida ke lingkungan bisa dihambat. Peneltian dilakukan dengan cara mencampur endapan CaCO 3 dengan lempung dan air, kemudian dipanaskan sampai terbentuk mnlit keramik. Variabel yang diteliti adalah jumlah endapan CaCO 3, suhu pemanasan. Hasil yang diperleh menunjukkan bahwa jumlah endapan yang dapat ditambahkan dalam mnlit keramik sebesar 2 % pada suhu pemanasan 1 C. Pada kndisi ini diperleh berat jenis mnlit keramik sebesar 1,833 gram/cm 3, kemampuan serap mnlit keramik terhadap air sebesar 1,231`%, kekuatan tekan mnlit sebesar 3,576 N/mm 2. Karakteristik mnlit ini adalah cukup baik sebagai media pengungkung limbah radiaktif sehingga diharapkan bisa menjamin keselamatan lingkungan. ABSTRACT THE IMMOBILIZATION SLUDGE CaCO 3 USED CERAMIC TO GUARANTING ENVIRONMENTAL SAFETY. The investigatin f the immbilizatin sludge CaCO 3 which was resulted frm the cemical treatment radiactive wastes used ceramic t guaranting the envirnmental safety has been dne. The aim f this research is t prepare mnlith ceramic as the cnditining f the radinuclides s the its mbilizatin t envirnmental can be retarded. The prcess was dne by mixing sludge CaCO 3 with clay and water, then heated it up t frm the ceramic mnlith. The investigated variables were cncentratin f the sludge and heating temperature. The result shwed that the amunt f sludge that can be added int the ceramic mnlith is 2 % at the heating temperature f 12 C. At this cnditin the specific weight f ceramic mnlith is 1,833 gram/cm 3, its cmpressive strenght is 3,576 N/mm 2, and its srptin t water is 1,231 %. These mnlith characteristic are gd as the immbilized radiactive wastes s the the envirnmental safety can be guaranted. PENDAHULUAN P englahan limbah radiaktif pada dasarnya adalah usaha untuk memisahkan zat radiaktif dari dalam limbah dan kemudian mengungkungnya agar tidak tersebar dan membahayakan manusia serta lingkungannya. Pengungkungan/pemadatan limbah dilakukan dengan mengknversi limbah menjadi bentuk padatan yang mnlit dengan menggunakan bahan pemadat tertentu. Di dalam blk mnlit ini, adanya zat radiaktif menjadi sulit terlepas/tersebar baik selama penyimpanan sementara, pengangkutan ataupun penyimpanan akhir. (1,2) Limbah radiaktif cair dapat dilah dengan cara prses penglahan kimia, pertukaran in, dan prses evaprasi. Ketiga prses ini diterapkan secara terpisah atau gabungan diantaranya. Air limbah yang mengandung kntamianan radinuklida dengan knsentrasi yang rendah tidak dapat diendapkan langsung dengan penglahan kimia, sehingga memerlukan bahan pengemban untuk prses pengendapannya. (3,4) Prses sda kapur banyak diterapkan dalam prses pelunakan air untuk menghilangkan kesadahan air (baik untuk kesadahan permanen maupun kesadahan sementara), dapat juga diterapkan untuk penglahan limbah radiaktif tingkat rendah yang mengandung nuklida Sr. Metda yang digunakan adalah dengan penambahan Ca(OH) 2 dan Na 2 CO 3 untuk mengendapkan karbnat kemudian diikuti dengan pengaturan ph. Reaksi-reaksi yang terjadi pada prses sda kapur adalah sebagai berikut : Prsiding PPI - PDIPTN 26

2 7 ISSN Isman MT., dkk. Ca(HCO 3 ) 2 + Ca(OH) 2 2 CaCO H 2 O (1) Mg(HCO 3 ) Ca(OH) 2 2 CaCO 3 + Mg(OH) H 2 O (2) MgSO 4 + Ca(OH) 2 Mg(OH) 2 + CaSO 4 (3) CaSO 4 + Na 2 CO 3 CaCO 3 + Na 2 SO 4 (4) Dengan prses ini, hidrksida dan bikarbnat dari lgam berat akan mengendap, sedangkan strntium karbnat mengendap bersama-sama dengan kalsium karbnat (CaCO 3 ) dalam bentuk kristal campuran. Untuk radinuklida 241 Am dalam limbah cair yang dilah dengan cara ini, akan diperleh efesiensi sebesar (99.2 ±,63) % yang dikerjakan pada ph = 1. (3,5) Endapan CaCO 3 yang terjadi selanjutnya dipisahkan dari beningan untuk dilakukan prses pemadatan. Prses pemadatan ini dimaksudkan untuk merubah bentuk fisik limbah radiaktif menjadi bentuk padatan yang mnlit (satu kesatuan), untuk mengurangi kemampuan pindah atau dispersi radinuklida keluar dari limbah karena prses alamiah selama penyimpanan, pengangkutan dan penyimpanan akhir. Tujuan dari prses ini agar radinuklida yang ada dalam limbah tidak larut atau terekstrak kembali leh air dan tidak menyebar ke lingkungan. Untuk memadatkan endapan dibutuhkan media yang mempunyai sifat-sifat sebagai berikut: 1. Mudah digunakan 2. Tidak krsif terhadap kntainer 3. Tidak ada cairan bebas 4. Mempunyai sifat fisis yang stabil 5. Harganya murah 6. Tahan terhadap radiasi 7. Mempunyai kecepatan pelindian yang kecil Keramik yang dibuat menggunakan bahan dasar dari campuran mineral lkal lempung, feldspar dan pasir, akan memiliki sifat-sifat sebagai media pengungkung limbah radiaktif. Tujuan penelitian ini adalah untuk menyiapkan suatu mnlit keramik yang bisa berfungsi sebagai islatr/bahan pengkndisi radinuklida yang ada dalam endapan kimia sehingga mbilitas radinuklida ke lingkungan bisa dihambat dan ptensi bahayanya bagi lingkungan bisa diminimalisasi/ditanggulangi sampai batas aman bagi lingkungan yang mengacu pada besarnya harga (6, 7, 8) knsentrasi tertinggi yang diijinkan (KTD). TATA KERJA Bahan Endapan CaCO 3 (hasil prses pengendapan/ presipitasi) berasal dari bahan kimia Na 2 CO 3 dan CaCl 2..Selanjutnya endapan dicampur dengan lempung dan air untuk membentuk mnlit keramik. Alat Endapan hasil prses kagulasi & flkulasi dicampur dengan lempung dan air dicetak menjadi bahan mnlit keramik kemudian dipanaskan pada tungku bakar (furnace) Mnlit keramik yang terjadi diuji kualitasnya memakai alat uji tekan Paul Weber. Cara Kerja Untuk melakukan pemadatan endapan hasil penglahan kimia, mula-mula lempung dihancurkan sampai didapatkan ukuran 1 sampai dengan 2 mesh. Lempung yang sudah dikarakterisasi di Labratrium Balai Keramik Bandung, dihaluskan selanjutnya dimasukkan ke dalam gelas beker, kemudian ditambahkan endapan hasil penglahan kimia, air dan diaduk sampai terbentuk adnan yang hmgen. Adnan yang terjadi kemudian dicetak dalam bentuk silender dengan ukuran tinggi 2,5 cm, diameter 2,46 cm dengan diberi tekanan sebesar 2 N/mm 2. Hasil cetakan yang terjadi kemudian dikeringkan pada suhu kamar sampai beratnya stabil. Hasil cetakan yang telah kering kemudian dipanaskan. Blk mnlit yang terjadi setelah dingin diamati bentuknya secara visual, kemudian dilakukan uji kuat tekan dan uji kemampuan serap terhadap air. Uji kuat tekan dilakukan menggunakan Alat Uji Tekan Paul Weber dan besarnya kuat tekan dihitung sesuai persamaan 5. F P = (5) A P = besarnya kuat tekan F = besarnya gaya tekan (Newtn) A = luas permukaan benda uji (mm 2 ) Prsiding PPI - PDIPTN 25

3 Isman MT., dkk. ISSN Uji kemampuan serap air dilakukan dengan cara merendam mnlit ke dalam aquades selama 24 jam, selanjutnya kemampuan serap mnlit terhadap air dihitung sesuai dengan persamaan 6. W1 W W = x1% (6) W W = kemampuan serap (%) W 1 = berat mnlit setelah menyerap air (gram) W = berat mnlit sebelum menyerap air (gram) HASIL DAN PEMBAHASAN Kualitas mnlit keramik yang telah digunakan untuk mengikat endapan CaCO 3 dapat dilihat pada Gambar 1, 2, 3. Perubahan berat jenis mnlit keramik sebagai akibat adanya kandungan endapan CaCO 3 dapat dilihat pada Gambar 1. Adanya perubahan berat jenis ini, dapat dipakai sebagai salah satu indikatr terjadinya reaksi kimiafisika dalam keramik. Dari Gambar 1 tampak bahwa suhu pemanasan dan kandungan endapan berpengaruh terhadap berat jenis mnlit keramik. Perubahan ini akibat dari adanya reaksi dehidrasi air higrskpis ataupun air terhidrat, yang diikuti terjadinya reaksi dekmpsisi sesuai dengan reaksi 6, 7, 8, 9. Berat Jenis Mnlit (gram/cm 3 ) 2 1,9 1,8 1,7 1, C C 1 C C 11 C C 115 C C 12 OC C Jumlah Endapan CaCO 3, (%) Gambar 1. Pengaruh jumlah endapan CaCO 3terhadap berat jenis mnlit keramik yang dihasilkan pada berbagai macam suhu emanasan Al 2 O 3.2SiO 2.2H 2 O 2 (Al 2 O 3.2SiO 2 ) 2Al 2 O 3.3SiO 2 3 (Al 2 O 3.SiO 2) ) t: 45 C - 6 C Al 2 O 3.2SiO H 2 O (6) t: 925 C 2Al 2 O 3.3SiO 2 + SiO 2 (7) t: 11 C 2 (Al 2 O 3.SiO 2 ) + SiO 2 (8) silikn spinel tridimit t: 14 C 3Al 2 O 3.2SiO 2 + SiO 2 (9) (mulit) (kristbalit) Titik lebur karbnat 59 C, sehingga adanya karbnat dalam mnlit keramik yang telah dipanaskan pada suhu 95 C akan melebur dan selanjutnya akan mengalami dekmpsisi mengahasilkan CO 2. Dengan terjadinya dekmpsisi senyawa karbnat maka akan mengakibatkan terjadinya penurunan berat mnlit. Setelah terjadi endapan CaCO 3, pada pemanasan yang selanjutnya maka akan terjadi juga peleburan penyusun keramik. Dengan terjadinya prses peleburan ini, maka ruangruang ksng/pri-pri sudah mulai merapat, sehingga akan terjadi perubahan bentuk dan ukuran pri-pri. Kmpnen yang melebur ini akan menutup dan mengisi pri-pri yang ada, akibatnya mnlit yang terjadi menjadi mampat dan berat jenis yang dihasilkan menjadi besar. Dari hasil uji regresikrelasi menunjukkan bahwa berat jenis mnlit yang dihasilkan dipengaruhi leh jumlah endapan yang diimbilisasi dan suhu prses pemanasan. Besarnya berat jenis mnlit berbanding lurus terhadap suhu pemanasan dan berbanding terbalik terhadap jumlah endapan yang dipadatkan. Hasil uji difraksi sinar X pada mnlit dengan suhu pemanasan 1 C (yang dilakukan di Balai Keramik Bandung) menunjukkan bahwa mineral yang ada dalam blk mnlit adalah feldspar, kuarsa alpha, hematite. Hal ini menandakan bahwa sudah terjadi reaksi peruraian dari lempung dan peleburan yang terjadi adalah akibat dari meleburnya endapan yang ditambahkan. Pada prses pemanasan pada suhu 12 C sudah terjadi pelelehan dari mnlit keramik yang dipanaskan. Kemampuan serap mnlit keramik terhadap air dapat dijadikan indikatr terhadap kualitas mnlit yang dihasilkan dan dapat juga dipakai sebagai indikatr terhadap prses vitrifikasi yang terjadi. Menurut Widad Baraba, jika kemampuan serap mnlit keramik terhadap air mulai menurun dengan naiknya suhu pemanasan, maka sudah mulai terjadi perubahan ukuran pri-pri ataupun bentuk pri-pri yang mengecil yang akhirnya akan merapat. Prses vitrifikasi dikatakan sudah terbentuk apabila kemampuan mnlit dalam menyerap air kurang dari 3 % dari berat ttal. Dengan terjadinya perubahan bentuk dan ukuran pri-pri yang semakin mengecil, maka juga akan menyebabkan terjadi perubahan ukuran dimensi dari mnlit. Semakin mampat bentuk mnlit yang terjadi maka semakin kecil bentuk dimensi yang dihasilkan, Prsiding PPI - PDIPTN 26

4 72 ISSN Isman MT., dkk. dengan kata lain terjadi penyusutan panjang (penyusutan ukuran). Hasil uji kemampuan serap mnlit terhadap air ditunjukkan pada Gambar 2. Mnlit keramik setelah mengikat kandungan endapan CaCO 3, kemampuan serapnya terhadap air cenderung naik dengan naiknya jumlah kandungan endapan untuk suhu pemanasan antara 95 C sampai 11 C, dan pada suhu pemanasan 12 C cenderung turun dengan naiknya jumlah kandungan endapan. Pada mnlit dengan kandungan endapan CaCO 3 sebanyak 2 %, yang dipanaskan pada suhu 12 C mempunyai nilai kemampuan serap sebesar 1,231 %. Pada kndisi ini, mnlit sudah dapat dikatakan terjadi prses vitrifikasi (karena nilai kemampuan serap air kurang dari 3 %), sehingga mnlit akan mampu menahan pelindian kntaminan yang ada dalam mnlit tersebut. Kemampuan Serap Mnlit Terhadap Air (%) C C 1 C C 11 C C 12 OC C Jumlah Kandungan Endapan CaCO 3, (%) Gambar 2. Pengaruh jumlah endapan CaCO 3 terhadap kemampuan serap air, untuk mnlit keramik yang dihasilkan pada berbagai macam suhu pemanasan Sebagai media pengungkung limbah radiaktif, mnlit keramik harus mempunyai kekuatan mekanik. Salah satu indikatr kekuatan mekanik dapat dilihat dari besarnya nilai kuat tekan yang dihasilkan, semakin besar kuat tekan yang dimiliki maka semakin besar ketahanan mekaniknya. Kuat tekan mekanik keramik mnlit yang dihasilkan dengan berbagai macam berat kandungan endapan dan pada berbagai macam suhu pemanasan dapat dilihat pada Gambar 3. Besarnya nilai kuat tekan sangat tergantung dari jumlah endapan yang ditambahkan dan suhu pemanasan. Hal ini sangat erat hubungannya dengan reaksi-reaksi yang terjadi, seperti telah diuraikan di atas, akibat adanya gas yang dikeluarkan maka akan terbentuk rngga-rngga ataupun pri-pri. Semakin banyak air ataupun gas yang dikeluarkan maka akan semakin besar rngga yang terjadi. Akibatnya kuat tekan yang dihasilkan juga semakin rendah. Setelah terjadi peleburan yang mengakibatkan mnlit yang terjadi menjadi mampat, maka kekuatan tekan mnlit menjadi lebih besar. Dari hasil uji rgresi krelasi menunjukkan bahwa harga kuat mnlit keramik berbanding lurus dengan berat jenis dan berbanding terbalik kemampuan serapnya terhadap air. Besarnya kuat tekan mnlit terjadi pada endapan 2%, suhu pemanasan 12 C, yaitu sebesar 3,576 N/mm2. Nilai jauh lebih besar bila dibandingkan dengan batas yang diijinkan. Nilai kekuatan tekan mnlit keramik yang diijinkan setelah menerima beban limbah minimal sebesar,1 N/mm 2. Kuat Tekan Mnlit (N/cm C 1 C 11 C 115 C 12C C Jumlah Kandungan Endapan CaCO 3 (%) Gambar 3. Pengaruh penambahan endapan CaCO 3 terhadap kuat tekan mnlit yang dihasilkan pada berbagai macam suhu pemanasan Sebagai perbandingan, hasil penelitian Isman, bahwa mnlit keramik dalam mengikat endapan Fe(OH) 3 diperleh kndisi ptimum pada suhu pemanasan 1 C dengan jumlah endapan sebanyak 2%. Pada kndisi ini diperleh berat jenis mnlit sebesar 2,66 gram/cm 3, kemampuan serap terhadap air sebesar 3,34`%, kekuatan tekan mnlit sebesar 25,7 N/mm 2. Jadi dengan demikian dalam penglahan kimia limbah radiaktif cair yang mengandung kntaminan pemancar alfa akan lebih baik memakai kagulan Fe(OH) 3, apabila endapan yang dihasilkan akan dipadatakan dalam mnlit keramik, mengingat suhu pemanasannya akan lebih rendah. KESIMPULAN Endapan CaCO 3, hasil penglahan kimia dapat dipadatkan dengan matrik keramik yang terbuat dari mineral lkal lempung. Dalam prses pemadatannya, endapan tersebut dapat juga berfungsi sebagai bahan pelebur dalam pembuatan keramik. Kndisi ptimum pemadatan endapan CaCO 3 terjadi pada suhu pemanasan 12 C dengan jumlah endapan sebanyak 2%. Pada kndisi ini diperleh berat jenis mnlit sebesar 1,833 Prsiding PPI - PDIPTN 25

5 Isman MT., dkk. ISSN gram/cm 3, kemampuan serap terhadap air sebesar 1,231 %, kekuatan tekan mnlit sebesar 3,576 N/mm 2. Karakteristik mnlit ini adalah cukup baik sebagai media pengungkung limbah radiaktif sehingga diharapkan bisa menjamin keselamatan lingkungan. DAFTAR PUSTAKA 1. SK DIRJEN BATAN N. 11/DJ/1986 Tentang KETENTUAN KESELAMATAN UNTUK PENGELOLAAN LIMBAH RADIOAKTIF, Badan Teanaga Atm Nasinal, Jakarta, (1986) 2. RONODIRDJO, S., Diktat Kuliah Penglahan Sampah Radiaktif, Bagian Teknik Nuklir Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada. 3. IAEA, TECHNICAL REPORT SERIES NO. 89, Chemical Treatment f Radiactive Waste, Internatinal Atmic Energy Agency, Vienna, (1968). 4. KOSTER R., KRAEMER R., Treatment and Cnditining f Liquid Lw and Intermediate Level Waste, Prceeding f A Sympsium Management f Lw and Intermediate Level Radiactive Wastes, IAEA, Vienna, (1989) 3 5. ISMAN MT., ENDRO K., SUKOSRONO, Pengaruh Penambahan Garam Kalsium Karbnat Terhadap Prses Pengendapan Limbah Yang Mengandung Kntaminan Am Fase Air, Prsiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah PPNY-BATAN, Ygyakarta, (1995) AUSTIN, G.T., Shreve s Chemical Prcess Industries, 5 ed, Mc Graw Hill Internatinal Editins, New Yrk, (1984). 7. HARTONO, J.,A., Mengenal Keramik Mdern, Andi Offset, Ygyakarta, (1993). 8. HARTONO.JMV., Teri Pembakaran, Infrmasi Teknlgi Keramik dan Gelas, XIII:49 (1991) BENEDICT, M., PIGFORD, T.H., and LEVIH, W., Nuclear Chemical Engineering, Secnd Editin, Mc Graw Hill Bk Cmpany, (1981). 1. ISMAN, Pemadatan Sludge Fe(OH) 3 Hasil Penglahan Kimia Limbah Radiaktif Cair Menggunakan Tenlgi Keramik PROSIDING TEMU ILMIAH JARINGAN KERJASAMA KIMIA INDONESIA, Seminar Nasinal XIV, KIMIA DALAM INDUSTRI DAN LINGKUNGAN, Htel novotel Ygyakarta, Desember 25. Prsiding PPI - PDIPTN 26