PEMUNGUTAN U OARI KERAK PROOUKSI LOGAM U SECARA PEMANGGANGAN

Transkripsi

1 SSN Prosiding Presentasi miah Daur Bahan Bakar Nuklir V P27BDU dan P2BGN-BA TAN Jakarta, 22 Pebruari 2000 PEMUNGUTAN U OAR KERAK PROOUKS LOGAM U SECARA PEMANGGANGAN, Prayitno, Hendro Wahyono, dan Sunardi Pusat Pengembangan Teknologi Bahan Bakar Nuklir dan Daur Ulang -BATAN ABSTRAK. PEMUNGUTAN U OAR KERAK PROOUKS LOGAM U SECARA PEMANGGANGAN. Telah dilakukan pemu~~ut~n U dari padatan ke~ak produksi log am U secara pemanggangan. Upaya pemungutan U nl dllaksanakan karena dlperkirakan dalam kerak CaF2 masih mengandung U sebesar 3-5 %. Salah satu cara yang diterapkan adalah memanggang kerak CaF2, kemudian dilarutkan dalam aneka pelarut (HNO3, Na2CO3, dan campuran Na2CO3 dan NaHCO3). Oalam percobaannya ditimbang kerak CaF2 seberat 10 gram, dimasukkan ke dalam krusibel porselin kemudian ditutup, selanjutnya dipanggang dalam tungku listrik. Suhu pemanggangan divariasi yaitu 400, 450, 500, 550, 600, dan 650 C dan waktu pang gang ditetapkan yaitu 1 jam. Terhadap masing-masing hasil panggang dilarutkan dalam aneka pelarut dengan variasi konsentrasi 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; dan 3,5 N. Setelah usai pelarutan, disaring, kemudian filtrat dianlisis terhadap kadar U-nya menggunakan metode titrasi potensiometri. Hasil analisis yang paling banyak U terpungut menggunakan pelarut asam nitrat 14,9 % (2-3 N), dan suhu panggang 550 C. ABSTRACT THE RECOVERY OF U FROM SLAG OF U METAL PRODUCTON BY ROASTNG; The recovery of U of from the slag of U metal production by roasting has been done. This has to be perfonned because of the U content in the slag CaF2 is still around 3-5 % by weight. One of the methods applied is roasting the slag CaF2 and then dissolving it in various concentrations of solutions (HNO3, Na2CO3, and the mixture Na2CO3 and NaHCO3). n this experiment, 10 gram of slag CaF2 was weighed and put in the alumina crucible and roasted at 400, 450, 500, 550, 600, and 6500C for 1 hour. Each of the roasted products is dissolved in the various solutions mentioned with concentration of 1 to 3.5 N. After dissolving process, the solution was filtered and the U content in the filtrate obtained was analyzed by redox reactions using potentiometric analyzer. The analysis results show that most U in the slag was recovered using a nitric acid solution with the concentration of 2-3 N and the roasting temperature of 55cfC. PENDAHULUAN Produk logam U digunakan sebagai bahan dasar untuk memproduksi bahan bakar jenis paduan logam yaitu UAlx, U3Si2, U-Mo, dan paduan lainnya atau digunakan langsung sebagai bahan target produksi isotop Mo. Proses pembuatan log am U cukup rumit karena memerlukan beberapa persyaratan khusus terhadap materialnya, baik bahan dasar maupun reaktannya. Kekurangan di antara keduanya mengakibatkan gagalnya reaksi pembuatan logam U. Kendati persyaratan itu dapat dipenuhi, tetap tidak semuanya dapat bereaksi menghasilkan log am U, karena masih ada uranium yang belum sempat bereaksi dan menempel pada kerak CaF2 sebesar 3-5 % berat total[1). Proses pembuatan logam U berlangsung dengan mereduksi UF 4 dengan logam (Na, Mg atau Ca). Logam Na jarang digunakan karena reaksinya berjalan sangat eksotermik dan sukar dikontrol. Selain itu, logam Na cukup sulit disimpan tanpa perlakuan khusus. Magnesium (Mg) dan Ca menjadi alternatif, karena penggunaannya cukup ekonomis dan reaksinya berlangsung pada suhu 500 Cl1,2]. Biasanya logam Mg dipakai untuk mereduksi UF4 yang berasal dari bahan U alam dan mempunyai beberapa keunggulan dibandingkan dengan log am Ca. Keunggulan Mg di antaranya adalah harganya murah, hanya 60 % dari berat Ca untuk reaksi reduksi dan r:nudah diperoleh dalam keadaan murni. Sedang kelemahan log am Mg adalah reaksi reduksi harus dilaksanakan dalam reaktor bertekanan tinggi dan dilaksanakan pad a suhu leleh MgF2 serta diperlukan pemanasan awal. Kelebihan pemakaian logam Ca yaitu reaksi reduksi dapat dilaksanakan pada tekanan 1 atm, karena titik leleh CaF2 di bawah titik didih log am Ca dan panas reaksi yang timbul cukup untuk melelehkan keduanya (log am U dan kerak CaF2) serta tidak memerlukan pemanasan awa1131. Namun kelemahannya bila memakai logam Ca adalah sangat sulit diperoleh dalam keadaan murni dan hanya dipakai untuk mereduksi bahan U diperkaya 111 TEOR Kandungan U dalam kerak CaF2 relatif masih cukup tinggi oleh karena itu 259

2 Prosiding Presentasi /miah Daur Bahan Bakar Nuklir V P2TBDU dan P2BGN-BA TAN Jakarta, 22 Pebruari 2000 SSN perlu dilaksanakan pemungutan agar akutanbilitas bahan nuklir dapat terpenuhi. Salah satu cara yang diharapkan mampu merubah ujud penyusun kerak CaF2 yaitu memanggang kerak CaF2 pada suhu di bawah 800 C selama 1 jam panggang atau yang paling baik proses panggang kerak dilangsungkan pada suhu C(4). Segenap penyusun kerak CaF2 akan berubah ke bentuk oksida yang mudah melarut dalam pelarut asam atau basa(4). Proses pemanggangan dan proses pelarutan diperlihatkan pada langkah reaksi berikut :.Proses Pemangangan(4) U-CaF2 ~? 4 U + 5 O2 ~ U02 +U3OS (1) 3U ~ U30S (2) bertutup, kemudian dipanggang dalam tungku listrik yang beroperasi mengikuti diagram program suhu alat. Proses pemanggangan dilaksanakan dengan variasi suhu 400, 450, 500, 550, 600, dan 650 C dan waktu panggang tetap yaitu 1 jam. Terhadap masing-masing hasil panggang dilaksanakan proses pelarutan, di antaranya pelarut Na2CO3, campuran Na2CO3 dan NaHCO3, dan HNO3. Konsentrasi pelarut divariasi masing-masing dari 1 N sampai 3,5 N. Proses pelarutan dilakukan dalam gelas beaker dengan jumlah U-CaF2 1 gram dan jumlah pelarut berlebihan (10 ml), dilaksanakan dalam almari asap, dipanaskan dan diaduk dengan pengaduk magnetik dengan kecepatan tetap, bersamaan dengan itu dioperasikan stop watch untuk mencatat waktu sampai U-CaF2 habis melarut. Larutan disaring, filtratnya dianalisis terhadap kadar U menggunakan metode titrasi potensiometrik. 2 Ca + O2 ~ 2 CaO (3) HASL DAN BAHASAN CaF2 + H2O ~ CaO + 2HF 2 U3Os+ 3 CaO + O2 ~ 3 CaU2O7 2U3Os+3CaF2+3H2O+O2 -.,,3CaU2O7+6HF (6) 2 U CaO ~ CaU2O7 Proses Pelarutan (salah satu pelarut HNO3)[1,SJ (4) (5) (7) CaU2O7+6HNO3-,; 2UO2(NO3)2 + Ca(NO3)2 + H2O (8) U3Os+8HNO3-+2UO2(NO3)2+2NO2+4H2O (9) UO2+4HNO3~2UO2(NO3)2+2NO2+2H2O (10) Sedang persamaan reaksi proses pelarutan yang lain hampir sarna dengan reaksi di atas, hanya tidak langsung membentuk uranil nitrat namun membentuk endapan, baru kemudian diubah ke uranil nitrat. Pelaksanaan proses pemanggangan U-CaF2 mengikuti diagram proses tampilan berikut beserta analisis hasilnya[4j : TATA KERJA Ditimbang padatan kerak U-CaF2 sejumlah 10 gram menggunakan neraca analitik dan dimasukkan dalam krus porselin Masing-masing hasil panggangan dari parameter suhu panggang menunjukkan kenaikkan be rat, karena selama proses pemanggangan terjadi proses oksidasi terhadap penyusun kerak CaF2. Galkin dan Sudarikov menyatakan bahwa, apabila kerak CaF2 dipanggang pad a suhu di atas 400 C penyusun dalam kerak tersebut akan teroksidasi berubah menjadi bentuk oks idaoksida, sererti ditunjukan pada reaksi (1) sampai (7)[41. Pada Gambar 2, diperlihatkan hubungan antara suhu panggang terhadap hasil U terpungut, yaitu semakin tinggi suhu panggang semakin meningkat pula kadar U yang diperoleh. Hal itu sesuai dengan pernyataan Galkin dan Sudarikov bahwa, proses oksidasi/panggang akan menghasilkan bentuk oksida yang mudah dilarutkan dalam HNO3, Na2CO3, dan campuran Na2CO3 dan NaHCO3, ~ang berarti hasil U terpungut lebih banyakl41. Namun apabila suhu panggang mulai menaik di atas 550 C hasil U terpungut cenderung menurun. Hal itu sesuai pernyataan oleh Turkdogan yaitu bahwa, apabila kerak CaF2 dipanggang pada suhu tinggi (900 C), maka hasil panggang justru saling membentuk ikatan (CaO.UO3, CaO.UO2, atau CaO.U30s)161. Oleh karena itu apabila kerak CaF2 dipanggang di atas 550 C, bentuk oksida mulai membentuk ikatan, akibatnya kadar U yang diperoleh menurun. 260

3 [3]. [5]. [6]. [2]. SSN [4]. SMPULAN 1. Pelarut yang paling baik untuk memungut U dalam padatan CaF2 adalah asam nitrat, sedang yang kurang menguntungkan campuran Na2CO3 dengan NaHCO3. 2. Konsentrasi asam yang paling baik berkisar 2-3 N HNO3 besar U terpungut 14,9 % pada suhu 550 C selama 1 jam panggang. PUSTAKA NUKEM, Basic and Detail Engineering Procees Eement Fabrication Plant for BATAN, Vol. 4 Nukem VT -No , Hanau (1983). WDODO,G dan FATHUR- RACHMAN, Proses Olah Ulang Dingin pada Bahan Bakar Reaktor Riset, Proses Pemurrni-an Uranium untuk Mendapatkan Serbuk U3OB dan Logam U," URANA, No.6 Thn April (1996). TANYAJAWAB Eric J..Berapa % U yang dapat dipungut dari gaga/an yang mengandung 3-5% U? Mohon penjelasan U yang dapat diambi/ sehingga dapat diketahui dengan je/as gram/kg U yang dapat diambil dari 3-5% limbah..variasi parameter t untuk mencapa; T ~ 500 C agar diperpanjang sehingga diharapkan reaksi yang terjadi semakin lama dan U yang dapat diikat lebih banyak..padatan U-CaF2 yang dipanggang 10 gram dan dilarutkan ke dalam 25 ml pelarut. Jadi dalam 10 gram U-CaF2 terdapat U = 25 x 2,974/1000 gram = 0,0744 gram, sementara U terdapat dalam padatan U-CaF2 = 5%. Untuk 10 gram padatan U-CaF2, berat U = 5% x 10 gram = 0,5 gram. Jadi recoverynya = (0,0744/0,5) x 100% = 14,9%. t Waktu untuk mencapai suhu panggang tidak diamati karena mengikuti diagram program suhu pada tungku. Contoh: padatan U-CaF2 dipanggang pada suhu 400 C, kemudian diset waktunya 1 jam, 2 jam, 4 jam dan seterusnya. Noviarty.Apakah penelitian ekonomis dilakukan, jika yang terpungut hanya 2,974 g/l, dengan waktu yang cukup panjang? 261

4 ~< ~ "" Prosiding Presentasi /lmiah Daur Bahan Bakar Nuk/ir V P2TBDU dan P2BGN-BA TAN Jakarla, 22 Pebruari 2000 SSN Va, karena dengan diterapkan dua parameter saja, yaitu suhu panggang dan konsentrasi pelarut sudah terpungut 2,974 9 U/. Apalagi bila diterapkan beberapa parameter lain seperti diameter butir, waktu panggang, pengadukan, pemanasan saat pelarutan dan lain-lain, tentu hasil U terpungut lebih banyak lagi. Selain itu, dapat memenuhi segi keselamatan dan akuntabilitas bahan nuklir. Siti Amini.Apa hipotesanya sehingga dipilih parameter pelarut Na2CO3 dan campurannya dengan NaHCO3?.Hipotesa percobaan adalah penambahan Na2CO3 maupun campuran Na2CO3 dan NaHCO3 mampu memungut U dalam padatan U-CaF2. hal tersebut sesuai penjelasan Galkin dan Sudrikov. Dengan penambahan dua macam pemungut diperkirakan terbentuk uranat dan mudah untuk dilarutkan dalam asam nitrat yang sekaligus dapat dianalisis. PADATAN U-CaFl HNO3 Udara - [~~~~~~~J [:~~~~~J. PENGGERUSAN PEMANG~GAN., PENGA Y AKAN --~~- NazCO3+NaHCO3 - x - FlL TRAS ;... ~~ '" RESDU / J:- FLTRAT "'-./ Gambar 1. Proses Pemanggangan Kerak CaF2 262

5 SSN Prosiding Presentasi lmiah Daur Bahan Bakar Nuklir V P27BDU dan P2BGN-BA TAN Jakarta, 22 Pebruari 2000., ~. 12. ~~. :,' ~ "C ~.. _A:::~:: ~ -~-1-~ T~-'- T 1.--L-r~'~.,..,. -1,::;-, 0 ~ (a1;8Vasi~ 3 U..OX!».~ Gambar 2. Hubungan suhu panggang Gambar 3. Hubungan konsentrasi pelarut terhadap kadar U dengan terhadap kadar U dengan waktu waktu dan kecepatan dan kecepatan pengadukan pengadukan tetap dan tetap dan suhu panggang 550 C konsentrasi 2-3 N 263