PENGGUNAAN (~a(no3)2 PADA PENGOLAHAN AWAL UMPAN EKSTRAKSI URANIUM YANG MENGANDUNG SULFAT

Transkripsi

1 ABSTRAK 23 Buku II Prosiding Pertemuan dan Presentasi /lmiah P3TM-BATAN, Yogyakarta 1 - Juti 1999 PENGGUNAAN (a(no3)2 PADA PENGOLAHAN AWAL UMPAN EKSTRAKSI URANIUM YANG MENGANDUNG SULFAT. /1 Mashudi, Moch. Setyadji, Busron Masduki P3TM-BATAN, Yogyakarttl PENGGUNAAN Ca(NCI3)2 PADA PENGOLAHAN AWAL UMPAN EKSTRAKSI URANIUM YANG MENGANDUNG SULFA T. Telah dilakukan penelitian penggunaan lalutan kalsium nitrat pada pengolahan awal umpan ekstraksi uranium yang mengandung sulfat. Penelitian ini dimaksudkan untuk mendapatkan satu altematif mengatasi gangguan su/fat pada ekstraksi uranium dengan ekstroktan tributi/ fosfat(tbp). Penelitian di/akukan secara catu dengan variabe/ yang dite/iti pcrsen stoikiometri ka/sium nitrat, suhu dan kadar U db/am umpan pengolahan awal. Hasil,oenelitian menunjukkan bahwa pengo/ahan awal menggunakan lalutan kalsium nitrat dapat dijadikan sebagai satu a/tematif untuk mengatasi problema sulfat yang ada db/am umpan ekstraksi. Dengan penambahan lalutan ka/sium nitrat 13% stoikiometri dan pengolahan awa/ di/akukan pada suhu kamar; teljadi kenaikan efisiensi ekstraksi sebesar 61,9%. ABSTRACT THE USING OF Ca(IVO3h ON EXTRACTION FEED PRETREATMENT CONTAINING SULFA TE. Research on the using of calcium nitrate solution in the extraction feed pretreatment containing sulfate has been done. The research was aimed to get an altemative for solving sulfate problem in the uranium extraction with tributyl phosphate as an extractant. The research was done by batch meth'od with the variables of calsium nitrate stoichiometric numbel; uranium concentration and temperature of the pretreatment. The result of this research showed that pretreatment using calcium nitrate can be used as an altemative for solving sulfate problem in extraction feed. By ad.ding calcium nitrate solution 13% stoichiometry and pretreatment process carried out at ro,om temperature, extraction efficiency was increased 61.9%. PENDAHULUAN P enggunaan uranium baik sebagai bahan bakar reaktor maupun sebagai tajget pacta pembuatan radioisotop selalu dalam kemumian yang sangat tinggi. Untuk mencapai keadaall tersebut diperlukan tahapan proses yaitu proses pemumian. Ekstraksi cair-cair merupakan satu cara yang sudah mapan untuk memumikan uranium dati pengotomya. Pacta cara ini larutan uranil nitrat diekstraksi dengan tributil fosfat (TBP) yang diencerkan dengan dodekan atau kerosin. Pacta proses ini, uranil nitrat akan masuk ke rase organik, sedang pengotomya tertinggal dalam rase air. Reaksi(f) : UO22+ 2NO3-+2 TBP <=> UO2(NO3)2.2TBP (1) Di dalam proses ekstraksi, uranium terdistribusi ke dalam rase organik dan rase air. Perbandingan antara konsentrasi uranium dalam rase organik dan konsentrasi ui'allium dalam rase air setelah setimbang dikenal dengan istilah koefisien distribusi uranium (KDU). Pada ekstraksi uranil nitrat dengan TBP, disamping anion yang mempunyai efek positip seperti nitrat, ada anion yang mempunyai efek negatip misalnya sulfat (2). Oleh sebab itu maka sulfat yang ada dalam umpan ekstraksi harus dihilangkan atau paling tidak diminimalisasi. Pada penelitian sebelum ini diperoleh data bahwa larutan barium nitrat dapat digunakan sebagai alternatif untuk mengatasi problem sulfat pada pengolahan awal umpan ekstraksi yang mengandung sulfat. Dengan menggunakan larutan barium nitrat sebanyak -117% stoikiometris, efisiensi ekstraksi bisa naik sebesar 6%. Satu masalah yang timbul pada penggunaari barium nitrat adalah bahwa kristal barium nitrat sukar larut dalam air. Dari fakta tersebut makaperlu dicari bahan lain yang lebih mudah larut dalam air. Penelitian ini menggunakan larutan kalsium nitrat untuk mengeliminasi sulfat. Bahan ini dipilih dengan pertimbangan bahwa disamping ISSN

2 """ Prosiding Pertemuan dan Presentasi /Imiah P3TM-BA TAN, Yogyakarta 1 - Juli 1999 Buku II 23 rnernpunyai fungsi yang sarna yaitu sebagai pengendap dan agen penggaram (salting agent), kalsiurn nitrat rnernpunyai sifat rnudah larut dalarn air. Sebagai hipotesis, sulfat yang ada dalam umpan ekstraksi bisa diendapkan dengan ion kalsium dari kalsium nitrat. Sulfat sebagai pereaksi terbatas akan dieliminasi oleh ion kalsium. Dengan menggunakan larutan kalsium nitrat yang berlebih maka sulfat akan mengendap. Kalau sulfatnya mengendap maka uranium yang tersisa dalam rafinat menjadi lebih sedikit atau yang terekstraksi menjadi lebih banyak. Reaksi : Ca2++ S2' CaS (2) Penelitian ini dimaksudkan untuk mendapatkan satu altematif lain yang lebih mudah untuk mengatasi problem sulfat pada ekstraksi U dengan TBP. Penelitian dilakukan secara catu dengan variabel %stoikiomeu"i kalsium nitrat, suhu clan kadar U dalam umpan. TATA KERJA Bahan Larutan uranil nitrat induk, HNO3 Merck, TBP-K, H2SO. Ca(NO3)2, Air bebas mineral (ABM), Reagen lain untuk analisis Alat Gelas arloji, Labu ukur, Timbangan, Gelas piala, Corong pisah, Pengaduk magnit, Potensiometer Cara Kerja a. Ditimbang 32, gram kj.istal kalsium nitrat kemudian dilarutkan dengan ABM sampai volume 3 mi. b. Diambil sejumlah tertentu larutan induk uranil nitrat dengan kadar 26,92 gull, kemudian dimasukkan ke dalam labu ukur. Ke dalam larutan tersebut kemudian ditambahkan sejumlah tertentu asamsulfat dan air. c. Dilakukan pengolahan awal dengan menambahkan larutan kalsium nitrat dengan jumlah yang divariasi sesuai perhitungan. d. Endapan yang timbul kemudian disaring, diambil filtratnya, kemudian diekstraksi dengan 3% TBP-kerosin (fase organik, FO) dengan perbandingan volume FOIFA=I/1 dan waktu pengadukan 1 menit. e. Fase organik clan rase air hasil ekstraksi dipisahkan dengan coron: pemisah, diambil cuplikan rase air, kemudian dianalisis kandungan uraniumnya dengan cara titrasi potensiometri. f. Pengolahan awal diulangi lagi untuk variabel suhu dan variabel kadar U. Untuk variabel persen stoikiometri berturut dilakukan mulai dari %, kemudian 1%, 11%, 12%, 13% dan 1%. Untuk variabel suhu, dimulai darn 2 C sampai 6 C dengan beda 1 C. HASIL DAN PEMBAHASAN Pengaruh jumlah tarutao kalsium nitrat Data penelitian untuk variabel % stoikiometri kalsium nitrat dapat dilihat pada gambar I. Pada gambar tersebut bisa dilihat hubungan antara jumlah kalsium nitrat (persen stoikiometri) dengan kadar uranium dalam rase air hasil ekstraksi (rafmat). Dari data tersebut kemudian dihitung berturut-turut kadar U dalam rase organik dad koefisien distribusi U (KoU). Hasil perhitungan ini kemudian diplotkan dengan persen stoikiometri yang bersangkutan. Hubungan antara persen stoikiometri kalsium nitrat dalam umpan ekstraksi dengan kadar uranium dalam rase organik hasil ekstraksi dan koefisien distrbusi U dapat dilihat pada gambar 2 pada lampiran.,c) ro c= 1+= (U... ::) cu '=! (U "'" "--'-"""--"""':""-"-'-"""'- 1 % stoikiometri Ca(NO3)2 Gambar 1, Hubungan antara persen stoikiometri kalsium nitrat dengan kadar uranium dalam rafinat. Kadar U umfan pengolahan awal gull; [SO -J= 1,31 N; kadar U umpan ekstraksi 27,73 gull. Pada gambar 1 tampak bahwa keberadaan sulfat dalam umpan ekstraksi sangat berpengaruh terhadap kadar uranium yang tidak tereskstraksi. Gambar 1 titik pertama adalah data yang diperoleh pada pengolahan awal umpan ekstraksi tanpa adanya larutan kalsium nitrat (persen stoikiometri %). Dari data ini nampak bahwa dari umpan ekstraksi sebesar 27,73 gull, setelah diekstraksi kadar U dalam rase air (rafmat) masih tinggi yaitu 2,9 gil. Dengan perhitungan, uranium yang terekstraksi tanpa penambahan kalsium nitrat hanya sebesar 22,6%. ISSN

3 1 % stoikiometri C:a(NO3)2 Gambar 2, Hubungan antara persen stoikiometri kalsium nitrat dengan Kd u: Kadar U umpan pengolahan awalguii; [2-J =1,31 N; kadar U umpan ek'strak'si 27,73 gull Dengan adanya pengendapan sulfat tadi maka kandungan sulfat dalam umpan ekstraksi sudah diminimalisasi. Disamping itu, kenaikan tersebut juga disebabkan karena nitrat merupakan aged penggaram (salting agent:) pada ekstraksi uranil nitrat dengan TBP(I). Pada persamaan reaksi (1) di pendahuluan dapat dilihat bahwa dengan naiknya konsentrasi nitrat maka rf:aksi kesetimbangan bergeser ke kanan. Jadi, dengan bertambahnya jumlah (persen stoikiometri) kalsium nitrat pada pengolahan awal umpan ekstraksi maka konsentrasi ion nitrat dalam umpan ekstraksi menjadi lebih besar sehingga UO2(NO3)2.2TBP yang terbentuk semakin banyak. Karena KoU merupakan perbandingan antara konsentrasi uranium dalam rase organik dad konsentrasi uranium dalain rase air setelah setimbang, maka dapat dimengerti bahwa kenaikan persen stoikiometri kalsium nitrat pada pengolahan awal umpan ekstraksi berakibat pula menaikkan KoU. Besarnya kadar uranium dalam rase organik dan KoU ini mencerminkan uranium yang terekstraksi. Jadi, penambahan larutan kalsium nitrat dalam pengolahan ;awal ini berakibat menaikkan jumlah uranium YaJ1g terekstraksi. Pengaruh suhu Data basil penelitian untuk variabel suhu dapat dilihat pada garnbar 3 dan. ':a>!:: 1;= i- i- "C Suhu pengolahan awal, c Gambar 3, Hubungan antara suhu pengo.iahan awal dengan kadar uranium dalam lase air hasil ekstraksi (rafinat); kalsium nitrat 13%stoikiometri, kadar U umpan pengolahan awal gu/l; [S2-)=1,31 N 'a, "- 1;1 ni Suhu pengolahan awal, C Gambar, Hubungan antara suhu pengolahan awal dengan kadar U dalam lase organik dan Kd u: Kadar U umpan pengolahan awal gu/i; [2-)=1,31 N Pacta penelitian variasi ini pengolahan awal dilakukan pacta suhu 2,, dan 6 C. Suhu 3 sudah dilakukan pada variasi % stoikiometri. Pada gambar 3 terlihat bahwa suhu pengolahan awal antara 2-6 derajat Celsius relatif tidak berpengaruh pada kadar U dalam rafmat. Dengan penampilan lain, gambar, suhu pengolahan awal antara 2-6 C relatif tidak berpengaruh terhadap koefsien distribusi uranium. Variasi kadar U Data penelitian untuk variasi kadar uranium dapat dilihat pacta gambar. Dari gambar ini kemudian dihitung kadar U dalam rase organik dan koefisien distribusi uranium. Hasil perhitungannya kemudian dibuat kurva seperti yang terlihat pacta gambar6. G 2 : "Vi.D " ':h...: IJ ISSN

4 Prosiding Perlemuan den Presentasi ffmiah P3TM-BATAN, Yogyakarla 1 - Jufi 1999 Buku II 237 r l\1 I.c= - m - rn Kadar U penghan a\'.. al 911 Gambar, Hubungan antara kadar uranium dalam umpan pengolaha,'1 awal dengan kadar uranium dalam lase air hasil ekstraksi. ; kadar {SO2-j=1,3JN '"a, - U- :)....u "U ro L 2 6 Kadar U pengohan aw al. gij Gambar 6, Hubungan antara kadar V dalam umpan pengolahan awal dengan kadar V-Fa hasil ekrtrakri don koefisien distribusi; kadar sulfat dalam umpan pengolahan awall,3in. Pada gambar terliha1: bahwa makin tinggi kadar uranium dalam umpan pengolahan awal maka kadar U dalam rase air basil ekstraksi (rafmat) makin besar. Hal ini berkaitan dengan kejenuhan uranil nitrat dalam rase organik.kejenuhan uranium dalam 13% TBP-kerosin sekitar 1 g/l. Dengan umpan ekstraksi yang rendah maka kesempatan uranil nitrat terekstraksi semakin besar. Mendekati kejenuhan rase organik, maka kesempatannya menjadi semaku1 kecil. KESIMPULAN 'C:;; "':: -:;;: is Dari data dan pembahasan tersebut di atas dapat disimpulkan bahwa pengolahan awal menggunakan larutan kalsium nitrat dapat dijadikan sebagai satu altematif untuk mengatasi problema sulfat yang ada dalam umpan ekstraksi. Dengan penambahan kalsium nitrat,s16 M sebesar 13% stoikiometri terjadi kenaikan efisiensi sebesar 61,9%. : UCAP AN TERIMAKASIH Penulis mengucapkan banyak terimakasih kepada Sdr. Rohyanto atas peran aktifnya pacta penelitian ini. ACUAN I. N.P.GALKlN, B.N. SUDARIKOV : "Technology of Uranium", halaman , Israel Program for."scientific Translation, Jerusalem, (1966) 2. MASHUDI, MOCH. SETY ADJI, DJOKOWIDODO, "Pengaruh ion sulfat pacta ekstraksi U dengan TBP", Procedings Seminar Sains dan Teknologi Nuklir PPTN-BATAN Bandung, Maret (1996) 3. MASHUDI, MOCH. SETY ADJI, DJOKOWIDODO, "Ekstraksi Uranium: Penggunaan Ba(CO3)2 Pacta Pengolahan Awal Umpan Ekstraksi Uranium Yang Mengandung Sulfat", Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir, PPNT BATAN, Yogyakarta, (1997) TANYA JAWAB Uju Jujuratisbela : Bila sulfatnya sudah terpisahkan, bagaimana cara menentukan bahwa yang tersisa hanya mengandung 23 saja? Apakah metode awal ini merulakan satu-satunya metode untuk ekstraksi 23? Bila masih ada metodelain, bagimana keuntungan metode ini? Mashudi : -<?- Setelah sulfatnya dipisahkan, if].)" di dalam limbah masih dikotori sejumlah hasil fisi. Untuk memisahkan if].)" dari hasil fisi masih diperlukan proses lain, diantaranya ekstrak'fi. -<?- Ada metode pengolahan awal yang lain, yaitu dengan cara mengendapkan uraniumnya, tetapi dengan cara ini perlu langkah lebih panjang untuk sampai ke ek'ftrak'fi. Keunttngan pengolahan awal menggunakan cara pengendapan sulfat yaitu langkah yang ditempuh sampai proses ekstrak'fi bisa diperpendek. ISSN

5 Yusuf Nampira :» Berdasarkan konstanta kesetimbangan : UO2SO <:;> UO2(NO3)2- Bagaimana kandungan U dalam endapan hasil pengendapan menggunakan Ca(NO3)2. Mashudi: -.(;.- Dengan perhitungan neraca massa U memang kelihatan ado U yang terikut dalam endapan, tetapi bisa diambil kembali dengan cara pencucian. Setelah dicuci masih ada sekitar 1,% U yang terikut dalam endapan. Jumlah ini masih bisa diperkecillagi kglau penyaringannya dibant;u sistim vakum. Syarip :» Apa alasan ekstraksi uranium dari limbah (bahan bakar bekas) yang sangat komplek bisa didekati dengan sample yang saudai.a buat? Mashudi: -<>- Keberadaan sulfat pada ekstraksi U dengan TBP menyebabkan KD-U kecil (U yang terekstraksi sedikit). Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan cara bagaimana mengatasi umpan ekstraksi yang mengandung sulfat. Jadi, pendekatan yang dilakukan cutup dengan pendekatan dari sisi uranium dan sulfatnya saja, yaitu dengan membuat larutan uranil nitrat dengan kadar U dan sulfat yang mendekati keadaan sebenarnya. ISSN