PENGARUH PROSEN TBP DAN PERBANDINGAN UMPAN DAN PELARUT PADA EKSTRAKSI URANIUM-TORIUM PROSESTHOREX

Transkripsi

1 294 ISSN Moch. Setyadji dun Endang S '- -~ ~ - PENGARUH PROSEN TBP DAN PERBANDINGAN UMPAN DAN PELARUT PADA EKSTRAKSI URANIUM-TORIUM PROSESTHOREX Moch. Setyadji dad Endang Susiantini Puslitbang TeklJologi Maju BATAN, Yogyakarta ABSTRAK PENGARUH PROSEN TRIBUTIL POSFAT DAN PERBANDINGAN UMPAN DAN PELARUT PADA EKSTRAKSI URANIUM-TORIUM PROSES THOREX. Telah dilakukan penelitian ekstraksi uranium dan torium dalam lase air siklus satu proses thorex menggunakan pelarut tributil postal yang diencerkan dalam diluen organik (kerosin). Alat yang digunakan adalah ekstraktor satu stage. Dipelajari pengaruh prosen tributil postal sebagai pelarut dan perbandingan wnpan dan pelarut terhadap efisiensi ekstraksi dan koefisien distribusi uranium dan torium. Hasil percobaan menunjukkan bahwa prosen tributil postal nlaupun perbandingan umpan dan pelarut sangat berpengaruh terhadap efisiensi ekstraksi dan koefisien distribusi uranium dan latium. Hasil yang relatif paling baik diperoleh pada penggunaan TBP 5-6% dan perbandingan umpan dan pelarut J.. 3. Pada kondisi tersebut di alas diperoleh efisiensi ekstraksi uranium dan torium sekitar 9 % dan 9,4%, koefisien distribusi uranium dan koefisien distribusi torium, masing- //lasing 9, dan 9,4. ABSTRACT THE INFLUENCES OF PERCENT OF TRIBUTYL PHOSPHATE AND RATIO OF FEED AND SOLVENT ON THE URANIUM-THORIUM EXTRACTION OF THOREX PROCESS. The investigation of uranium and thorium exctraction in water phase of thorex process first cycle using tributhyl phosphate diluted ill kerosine as extractant has been done. The one stage extractor was used. The effects of percent of tributyl phosphate and ratio of feed and solvent on the extraction efficiency and distribution coefficients of uranium and thorium were studied. The result of experiment showed tlzat percent of triburyl phosphate and ratio ofeed and solvent vel)' influence on the extraction efficiency and disrribution coefficients of uranium and tlwriuln. The best results were reached at about 55% of triburyl phosphate and ratio ofeed and solvent was J.. 3. The extraction efficiencies of uranium and thorium and distribution coefficients of uranium and thorium at the condition above were 9%. 9,4%. 9. and 9.4. PENDAHULUAN P roses Thorex (thorium recovery by extraction) adalah salah satu proses pemungutan kembali torium dan uranium dalam bahan bakar bekas Reaktor Suhu Tinggi (bahan bakar berbasis Th). Komposisi bahan bakar pada reaktor jenis ini bervariasi, antara lain 14% U % U-238 dan 85% Th-232 (1.2) Pada proses thorex, torium dan uranium dikoekstraksi dan kostriping pada siklus pertama dan dipartisi pada siklus kedua. Sebagai pelarut pada proses ini digunakan tri-n-butil fosfat (TBP) yang diencerkan dalam diluen organik. Pemilihan pelarut tergantung dari jenis umpan dan hasil yang diinginkan, sehingga pelarut pada proses ekstraksi U dan Th diperlukan beberapa persyaratan, diantaranya kemampuan pelarut untuk mengekstraksi U dan Th, kemantapan pelarut ketika kontak dengan asam nitrat dan sifat-sifat fisis yang menguntungkan, misalnya berat jenis dan kekentalan yang rendah. Untuk menghilangkan (mengurangi) kemungkinan masih terikutnya hasil belah.dalam fa~e o~~anik, maka ~ilakukan pencuclan (scrubbing). (.-) Pada thorex slklus dua, plutonium, uranium dan torium yang berada dalam rase organik, yang telah bebas dari pengotorpengotor hasil belah dipindahkan kembali ke dalam rase air dengan proses re-ekstraksi menggunakan pelarut ABM (air bebas mineral) atau asam nitrat keasaman rendah. (1.2) Proses ekstraksi dan scrubbing (thorex siklus I) terjadi perpindahan massa komponen terlarut (dalam hal ini uranium dan torium) dari rase air ke dalam rase organik. sehingga diperoleh ekstrak berupa senyawa UO2(NO3h.2TBP dan Th(NO3)4.4TBP yang telah bebas dari pengotor hasil belah. Kemampuan pelarut TBP dalam mengekstraksi uranium dan torium akan menurun selama ekstraksi berlangsung. pacta suatu saat TBP tidak mampu lagi memungut uranium dan torium karena sudah jenuh. Ekstraksi uranium menggunakan TBP 3%-n dodccanc sebagai pelarut akan mengalami kejenuhan sampai maksimal 12 gram uranium per liter pelarut" (31 Disamping variabel operasi. keberhasilan dalam pcmungulan kcmbali lorium dan uranium Prosldlng Pertemuan dan Presentasl IImlah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 22

2 I.. fo Mach. Setyadji dan Endang S. ISSN dari bahan bakar bekas, sangat dipengaruhi oleh variabel proses, antara lain kepekatan TBP sebagai solven, penggunaan garam sebagai "salting out agent", perbandingan mol umpan dan pelarut dan keasaman umpan itu sendirio Pacta penelitian ini, diteliti variabel proses yaitu pengaruh kepekatan pelarut (prosen TBP) dalam diluen organik dan perbandingan mol umpan dan pelarut terhadap efisiensi ekstraksi dan koefisien distribusi uranium dan torium Reaksi ekstraksi torium-uranium dapat d o 1 k b b Ok (4,5,6) ItU IS an se agal en ut: UO2(NO3)2 fa + Th(NO3)4 fa + 4TBP --+ UO2(NO3)22TBP fo + Th(NO3)44TBP Atau dapat pula ditulis : UO NO3- + 2TBP --+ Th4+ + 4NO3- UO2(NO3)22TBP + 4TBP ~ Th(NO3)44TBP Koefisien distribusi : ~Th ~U == = [UO2(NO3)22TBP]/[ [Th(NO3)44TBP]/[ Th4+] UO1+] TATA KERJA Bahan,(1).(2).(3).(4).(5) Larutan uranil nitrat dengan kadar uranium 3 g/1 keasaman 3 N dan larutan torium nitrat dengan kadar 27 g/1 2. Pe\arut TBP-kerosin \%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6% dan 7% 3. Reagen-reagen yang diperlukan untuk analisis kadar uranium dan torium, seperti larutan asam sulfonitrat, asam sulfamat, titan klorida, feri klorida, kalium bikromat dan indikator barium Alat dipenil sulfamat, natrium asetat, xylenol orange dan ABM. I. Gelas beker, gelas ukur. pipet. labu ukur. erlenmeyer, buret clan corong pemisah. 2. Potentiograph Metrohm E-536 dengan perlengkapannya 3. Pengaduk magnit KAMAG Cara kerja 2. Penyiapan umpan dad pelarut Umpan (campuran larutan uranil nitrat clan torium nitrat) dibuat dengan mencampur larutan uranil nitrat kadar 3 gil keasaman 3 N clan larutan torium nitrat kadar 27 g/l. Sedangkan pelarut dibuat dengan mengencerkan tributil posfat dalam diluen organik (kerosin). Ekstraksi pelarut Larutan umpan dan pelarut dengan perbandingan tertentu dimasukkan kedalam beker gelas, diaduk menggunakan pengaduk magnit pada kecepatan putaran tertentu (tetap). Ekstraksi pelarut dihentikan setelah terjadi kesetimbangan (waktu kesetimbangan ditentukan melalui penelitian pendahuluan). Fase air dan rase organik dipisahkan kemudian dilakukan analisis kadar uranium dan toriumnya, untuk menentukan efisiensi ekstraksi uranium torium dan koefisien distribusi uranium torium. Ekstraksi pelarut dilakukan sesuai dengan rancangan penelitian (variabel proses). HASIL DAN PEMBAHASAN Pengaruh prosen TBP dalam diluen organik pada ekstraksi U- Th terhadap efisiensi ekstraksi U- Th dan koefisien distribusi U- Th. dapat dilihat pada label 1 dan 2. Dari label I dan 2 atau gambar I dan 2, terlihat prosentase TBP dalam diluen organik sangat besar pengaruhnya terhadap hasil proses ekstraksi. Makin besar prosentase TBP dalam diluen organik, maka proses ekstraksi semakin baik, hal ini ditandai dengan meningkatnya efisiensi ekstraksi baik untuk uranium maupun untuk torium. Demikian pula dengan angka koefisien distribusi uranium dan torium semakin besar dengan bertambahnya prosentase TBP dalam diluen organik. Hal ini dapat dipahami karena semakin besar prosentase TBP dalam diluen organik, maka jumlah mol TBP dalam larutan semakin banyak, sehingga peluang terjadinya reaksi antara uranium dan torium dengan TBP dalam larutan semakin besar, apalagi didukung dengan adanya pengadukan yang sempurna yang menjadikan kontak antar kedua rase semakin sempurna. Proslding Pertemuan dan Presentasillmiah Penelitlan Dasar limu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl22

3 296 ISSN Mock. Setyadji dan Endang S. Tabel 1 Hubungan prosen TBP dalam diluen organik pada ekstraksi U-Th terhadap efisiensi ekstraksi U dan koefisien distribusi U untuk umpan campuran torium nitrat kadar 268,586 gfl dan uranil nitrat kadar gll, perbandingan volume umpan dan pelarut 1:2 dan waktu kontak 2 menit. No % TBP dalam diluen organik Kadar U rafinat (g/l) dalam Kadar U dalam ekstrak(g/l) Efisiensi ekstraksi U,% ~u 1 17,85 11,9 4,, ,9 17,85 6, 1, , ,545 23,25 78, 3, , , 4, ,76 24,99 84, 5, , , 3, ,735 22,15 74, 2, ~-:===:=:::::::_-, ~ " ~ ro '- "'ii3 ~ II) c: :~ w Uranium -Torium a TBP dalam diluen organik, % Gambar 1. Hubungan ai/tara % TBP dalam diluen organik dengan efisiensi ekstraksi urani'lm dan latium Prosldlng Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi Nukllr P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 22.

4 No. Tabel 2. Hubungan prosen TBP dalam diluen organik pada ekstraksi U-Th terhadap efisiensi ekstraksi Th dan koefisien distribusi Th untuk umpan campuran torium nitrat kadar gfl dan uranil nitrat kadar 29,75 gfl, perbandingan volume umpan dan pelarut 1:2 dan waktu kontak 2 menit. % TBP dalam diluen organik Kadar Th dalam rafinat (g/l) 1 8,54 Kadar Th dalam ekstrak (g/l) Efisiensi ekstraksi Th,% ~Th 188,532 7,19 2, ,651 25,935 76, , , , , ,642 9,713 9, , , () 6 31, ,971 88,229 7, 'Vi :J..g '6 ca> :~ "OJ ~ Gambar 2. Hubungan anlara % TBP dalam diluen organik dengan koefisien dislriblisi uranium daft latium Prosldlng Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nuklir P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 22

5 298 ISSN Mock. Setyadji dan Endang S. OJ-J" -..~'.~';5:~; Tabel3. Hubungan perbandingan umpan dan pelarut pada ekstraksi U-Th terhadap efisiensi, ekstraksi U dan koefisien distribusi U untuk umpan campuran latium nitrat kadar 268,586.:1i, g/l dan uranil nitrat kadar 29,75 g/i. pelarut 55% TBP dalam diluen organik dan waktu kontak 2 menit ~ ~ cu '- ] "in c "'in ;;:: w Perbandingan umpan dan pelarut Gambar 3. Hubungan anlara perbandingan umpan don pelarul dengan efisiensi ekstraksi uranum dun latium Prosldlng Pertemuan dan Presentasilimiah Penelitlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 22

6 Moch. Setyadji dan Endang S. ISSN Tabel 4. Hubungan perbandingan umpan dan pelarut pada ekstraksi U-Th terhadap efisiensi ekstraksi Th dan koefisien distribusi Th untuk umpan campuran torium nitrat kadar gll dan uranil nitrat kadar gll. pelarut 55% TBP dalam diluen organik dan waktu kontak 2 menit "(j) ::J..c "':: - <n '6 c "(j) '+= ~ Perbandingan umpan dan pelarut Gambar 4. Hubungan antara perbandingan umpan dan pe/arut dengan koefisien distribusi Uranium dun torium Proslding Pertemuan den Presentasilimiah Penelitlan Dasar limu Pengetahuan den Teknologl Nuklir P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl22

7 3 ISSN Mach. Setyadji dan Endang S. Disamping itu pada pemakaian prosentase TBP dalam diluen organik yang semakin besar, menyebabkan kekentalan pelarut semakin besar, sehingga mengakibatkan tegangan muka Case organik semakin besar. Hal ini menyebabkan terganggunya perpindahan massa solut dari Case air ke Case organik, sehingga efisiensi ekstraksi U clan Th semakin menurun. Hal yang sarna untuk harga koefisien distribusi uranium clan torium. Dari fenomena di atas diperoleh prosentase TBP dalam diluen organik yang terbaik antara 5% sampai dengan 6%. Sedangkan pengaruh perbandingan mol umpan clan pelarut dapat dilihat pada tabel 3 clan tabel 4 atau pada gambar 3 clan 4. Dari tabel clan gambar tersebut terlihat bahwa perbandingan mol umpan clan pelarut sangat besar pengaruhnya terhadap efisiensi U- Th maupun koefisien distribusi uranium clan torium. Semakin besar perbandingan mol umpan clan pelarut menyebabkan penurunan efisiensi ekstraksi maupun koefisien distribusi uranium clan torium. Hal ini dapat dimengerti karena dengan menaikkan harga perbandingan mol umpan clan pelarut berarti menurunkan jumlan mol TBP dalam larutan sehingga proses ekstraksi tidak sempurna. Dari tabet 3 dan tabel 4 terlihat bahwa perbandingan mol umpan dan pelarut terbaik ditunjukkan pada perbandingan volume umpan clan pelarut 1:3. Pada kondisi tersebut di atas diperoleh efisiensi ekstraksi uranium clan torium sebesar 9% clan 9,38%, sedangkan harga koefisien distribusi uranium clan torium, masing-masing sebesar 9, clan 9,44. KESIMPULAN Dari data dan uraian pada pembahasan di alas dapat disimpulkan sebagai berikut : I. Prosentase TBP dalam diluen organik dan perbandingan mol umpan dan pelarut sangat berpengaruh terhadap efisiensi ekstraksi dan koefisien distribusi uranium dan torium. 2. Kondisi yang relatif paling baik diperoleh pad a pemakaian pelarut 5% TBP dalam diluen organik untuk pemungutuan uranium dan 6% TBP dalam diluen organik untuk pemungutan torium. Sedangkan untuk perbandingan mol umpan dan pelarut, kondisi yang relatif paling baikdiperoleh padaperbandingan 1:3. 3. Pada kondisi terse but di alas diperoleh efisiensi ekstraksi uranium dan torium sebesar 9% dan 9.38%. sedangkan harga koefisien distribusi uranium dan torium, masing-masing sebesar 9, dan 9,44. U CAP AN TERIMAKASIH Penulis menyampaikan ucapan terima-kasih yang sebesar-besarnya kepada semua pihak, khususnya kepada Sdr. Nanang Asmanto dan Bambang Rochmat Sunarto yang telah banyak membantu melakukan penelitian hingga terselesaikannya penulisan makalah ini. DAFTARPUSTAKA 1. DmIEK HERHADY, BUSRON MASDUKI, SIGIT, "Tinjauan Proses Pemungutan Bahan Bakar Dari Elemen Bakar Bekas Reaktor Temperatur Tinggi", Prosiding Seminar Reaktor Temperatur Tinggi dan Teknologi Nuklir, Jakarta Pebruari BENY AM IN, M, "Nuclear Reactor Materials And Applications", Iowa State University, New York, ZIMMER, E, "Crud Formation in the PUREX and THOREX process", Institut fur Chemische Technologie der Nuklearen Entsorgung der Kernforschungsanalage Julich, West Germany 4. FLAGG, jf., "Chemical Processing of Reactor Fuels", Academic Press, New York, (1961). 5. BENEDICT M., PIGFORD AND LEVI, "Nuclear Chemical Engineering", McGraw- Hill Book Company, New York, (1981). 6. GALKIN, NP AND SUDARIKOV, BN, "Technology of Uranium", U.S. Department of Commerce, Springfield, (1966). TANYAJAWAB Sutjipto...Mohon penjelasan efisiensi ekstraksi U dan Th justru menurun setelah % TBP dialas 5%, sementara prosen TBP dibawah 5% cenderung naik. M. Setiadji.Pada dasarnya seriap penambahan mol TBP.maka sesuai persamaan reaksi 2 dati 3 kesetimbangan bergeser kekanan dengan kata lain makin besar % TBP Prosldlng Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan Clan TeKnologl NuKlir P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl22

8 maka U dan Th yang terekstrak ke lase organik semakin besar ( efisiensi ekstraksi bertambah ).Namun demikian semakin besar % TBP yang digunakan maka viskositas larutan lase kotinyu semakin tinggi, yang berakibat bertambahnya tegangan muka antar lase. Hal ini akan menghambat terjadi perpindahan massa solut dari lase dispers ke lase kontinyu. pemungutan kembali thorium dan uranium dalam bahan bakar bekas berbasis thorium ( bahan bakar bekas reaktor suhu tinggi). Sedangkan Purex adalah salah satu proses pemungutan kembali plutonium dan uranium dalam bahan bakar bekas berbasis uranium. Sunardjo ~ Apakah keunggulan proses Thorex dibandingkan dengan proses Purex mohon dijelaskan. M. Setiadji.Proses Thorex berbeda dengan proses Purex.Thorex adalah salah satu proses Bodi Solistyo...Apa yang membedakan pacta gambar 2 antara grafik Kd dan Ksp. M. Setiadji.Pertanyaan serupa oleh saudara Sutjipto telah dijawab pada lembar yang lain. Proslding Pertemuan dan Presentasi IImlah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi Nukllr P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl22