PENGARUH KONSENTRASI URANIUM DALAM PROSES ELEKTRODEPOSISI HASIL EKSTRAKSI DENGAN TBPjOK

Transkripsi

1 ISSN Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009 PENGARUH KONSENTRASI URANIUM DALAM PROSES ELEKTRODEPOSISI HASIL EKSTRAKSI DENGAN TBPjOK Yanlinastuti, Noviarty, Sutri Indaryati ABSTRAK PENGARUH KONSENTRASI URANIUM OALAM PROSES ELEKTROOEPOSISI HASIL EKSTRAKSI OENGAN TBP/OK. Proses elektrodeposisi uranium dari hasil ekstraksi dengan TBP/OK telah dilakukan untuk penentuan isotop uranium dengan meneliti pengaruh konsentrasi uraniumnya. Hasil elektrodeposisi dianalisis menggunakan spektrometer alpha. Pengukuran ini bertujuan untuk menentukan konsentrasi yang optimal dan mengembangkan suatu metoda yang cepat dan sederhana sehingga dapat menentukan kandungan isotop uranium. Variasi konsentrasi dilakukan karena merupakan salah satu parameter yang berpengaruh dalam proses elektrodeposisi, variasi konsentrasi uranium dilakukan terhadap larutan yang belum diektraksi dan sesudah ektraksi dengan tujuan untuk membandingkan perbedaan proses elektrodeposisi antara kedua fasa larutan (yaitu fasa asam dan fasa TBP/OK) dalam media elektrolit (NH4)S04 1 M pad a ph 3,5 selama dua jam. Oari hasil percobaan ditunjukkan bahwa uranium dalam alikot sebelum diektrasi konsentrasi yang opotimal berkisar antara 0,095-0,189 mg dengan persentase rekoveri berkisar 95-96% sedangkan pada larutan hasil ektraksi konsentrasi dalam alikot optimum adalah 0,046 mg dengan persentase rekoveri 98,05%. Oari konsentrasi dan rekoverinya diketahui bahwa dengan metoda elektrodeposisi dan pengukuran dengan spektrometer alpha, kandungan uranium sesudah ekstraksi (fasa organik) lebih baik dari pad a sebelum ekstraksi sehingga untuk pekerjaan selanjutnya dapat dilakukan dalam fasa organik dengan konsentrasi uranium dalam alikot sekitar 0,046 mg. Kata kunci : ekstraksi, uranium, elektrodeposisi,, spektrometer. alpha. PENDAHULUAN Reaktor penelitian nuklir serbaguna G.A. Siwabessy di Serpong sa at ini telah semuanya menggunakan elemen bakar tipe dispersi silisida (U3Si2-AI). Oalam penggunaan elemen bakar nuklir, terdapat dua komponen bahan yaitu bahan fisil dan bahan fertil. Bahan fisil adalah suatu komponen yang jika berinteraksi dengan partikel radioaktif dapat mengadakan reaksi inti dan terpecah menjadi beberapa inti atom baru serta partikel radioaktif. Umumnya isotop tersebut pemancar radiasi alpha, beta dan gamma sehingga untuk menentukan komposisi atom-atom isotop tersebut dapat digunakan cara spektrometri alpha, beta dan gamma. Pengembangan metoda analisis kimia pad a tahapan ini meliputi aspek-aspek analisis dalam penentuan burn-up mutlak dari bahan bakar nuklir setelah uji irradiasi dengan metoda analisis yang cepat dan sederhana serta untuk mengetahui unjuk kerja elemen bakar nuklir di dalam reaktor, sehingga dapat digunakan untuk menentukan kandungan uranium dalam larutan hasil pelarutan dengan peralatan yang terdapat di laboratorium bidang pengembangan radiometalurgi. Bahan yang dianalisis dalam bentuk larutan hasil pelarutan pelat elemen bakar. Pad a penelitian ini, analisis isotop uranium (U) dilakukan dengan cara elektrodeposisi (EO). Hasil optimasi proses EO dengan bermacam-macam jenis elektrolit telah diperoleh larutan elektrolit yang baik adalah (NH4hS04 1M. Namun, konsentrasi uranium awal yang diproses EO dalam fasa yang berbeda (asam dan TBP/OK), diduga akan mempengaruhi hasil analisis. Oleh sebab itu analisis dilakukan dengan dua tahap yaitu sebelum ektraksi dan setelah ekstraksi uranium dengan Tri Butyl Posphate/Odourless Kerosin (TBP/OK) yang kadar U totalnya dianalisis dengan cara potensiometri, kemudian dengan variasi konsentrasi U awal, dilakukan analisis uranium menggunakan elektrodeposisi dalam media larutan elektrolit (NH4hS04 1 M pada ph 3,5 selama dua jam, hasil elektrodeposisi dilakukan pengukuran dengan spectrometer alpha untuk mengetahui jumlah isotop-u yang dikandungnya. Tujuan dari penelitian ini untuk mengetahui rentang 175

2 Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009 ISSN konsentrasi uranium awal yang optimum yang dapat dianalisis melalui elektrodeposisi dan pengukuran menggunakan spektrometer alpha. Pengendapan uranium secara elektrokimia dipilih karena memiliki banyak kelebihan antara lain prosesnya cepat, dan sederhana serta efisiensi yang tinggi sehingga diperoleh uranium dengan tingkat kemurnian yang tinggi. Beberapa parameter telah dilakukan penelitian sebelumnya. Dalam penelitian ini akan dilakukan variasi konsentrasi uranium untuk memperoleh cara penentuan U secara ED pada konsentrasi yang optimal. TEORI Prinsip metode elektrodeposisi adalah pembentukan endapan logam (isotop uranium) pada katoda dengan menggunakan bantuan energi listrik melalui suatu elektrolit. Hasil elektrodeposisi dipengaruhi beberapa hal antara lain, pemilihan bahan elektroda, elektrolit, arus, waktu dan konsentrasi. Pada sistim tersebut sangat bergantung pada potensial reduksi dari ion-ion yang terdapat dalam larutan media terhadap potensial reduksi ion log am yang akan dianalisisnya (uranium). Bilamana sejumlah arus tetap dialirkan ke dalam larutan (dalam sistim elektrokimia) pada rapat arus sekitar 0,01A/cm2, maka akan dihasilkan potensial-iebih dan timbul gas O2 atau H2 Kenaikan potensial-iebih dari katoda dan anoda semakin tinggi hingga jika temperatur bertambah, dan rapat arus akan menurun secara kontinu proses reduksi-oksidasi tersebut berlangsung sambil terjadi perubahan konsentrasi hingga dicapai kesetimbangan, sampai ion logam terendapkan pad a katoda secara sempurna atau tidak terdapat lagi dalam campuran larutannya. Pada elektroda (katoda dan anoda) misalnya dalam elektrolisa larutan uranium nitrat, sesuai dengan hukum Faraday yang menyatakan bahwa massa zat yang terjadi akibat reaksi kimia pad a elektroda berbanding lurus dengan jumlah listrik yang melalui larutan selama elektrolisis. Perbandingan berat endapan secara praktek dan teoritis menghasilkan efisiensi pengendapan uranium, efisiensi uranium memiliki nilai yang besar (100%) karena pada potensial tersebut energi listrik yang mengalir hanya digunakan untuk mengendapkan ion logam uranium. Pada konsentrasi besar, nilai efisiensi uranium menurun dikarenakan pad a rapat arus ini potensial yang terpasang telah melampaui potensial kerja, sehingga energi tertentu tidak cukup digunakan untuk mengendapkan logam uranium. Hasil endapan logam pada katoda dapat diukur dengan cara penimbangan (jika non-radioaktif) atau dalam hal ini terbentuk logam uranium yang mudah teroksidasi dan- merupakan bahan radioaktif, maka pengukuran kuantitatif jumlah uranium dilakukan secara cepat pad a suatu planset (uranium kemurnian tinggi), dicacah dengan spektrometer alpha untuk menentukan 234U, 235U, dan 238U kemudian ditentukan aktivitasnya. Spektrometer alpha yang digunakan adalah EG & G Orteg Tennesse yang dihubungkan dengan detektor Silikon-Surface Barrier. Bila radiasi alpha mengenai jendela sintilasi maka terbentuk ion yang kemudian diperkuat oleh tabung multiplier pada detektor dan diproses menjadi sinyal-sinyal listrik yang sebanding dengan besarnya cacahan, besar cacahan sebanding dengan aktifitas uranium yang diperoleh dari hasil elektrodeposisi atau sebanding dengan jumlah uranium. Metoda yang dikembangkan dalam makalah ini mempunyai sensitivitas yang cukup tinggi. Sensitivitas ini memungkinkan pengukuran konsentrasi uranium dalam larutan hasil pelarutan pelet elemen bakar ketepatan yang diperoleh adalah sangat baik untuk berbagai sam pel dengan konsentrasi uranium yang sangat rendah. Puncak-puncak yang terukur dapat ditentukan yaitu pada energi tertentu yang spesifik dengan luas puncak cacahan yang ditentukan berdasarkan Peak Area Analysis, kemudian dihitung keaktifan dan jumlah isotop serta total uranium menggunakan rumus sebagai berikut : AkJivitas( dps) lajllcacah(cps) Yield (E)xEfisiensi... (1) w = dpsxba AxN"... (2) 176

3 ISSN Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009 dimana W BA = berat cuplikan = berat atom? = 0,693/T NA = 6,02 x 1023 = bilangan avogadro A = aktivitas T cps = waktu paroh = cacah per second TATA KERJA Bahan yang digunakan dalam percobaan ini adalah : Larutan sam pel dari hasil pelarutan pelat elemen bakar U3SirAI dengan konsentrasi g/i dan larutan dalam fasa organik dengan konsentrasi g/i, larutan elektrolit (NH4)S04 1 M, NH40H pekat, aseton, air be bas mineral. Alat yang digunakan meliputi : Spektrometer alpha, sistim elektrodeposisi, ph meter, peralatan gelas yang presisi termasuk appendorf pipet, timbangan analitik dan alat Titroprosesor untuk penentuan uranium total. Cara kerja : Cara Kerja Sebelum Ekstraksi Larutan hasil pelarutan dari larutan induk dipipet sebanyak 1,5 ml dimasukkan kedalam labu 50 ml, kemudian tepatkan hingga tanda batas, setelah itu dipipet sabanyak 2 mlla~utan dan dianalisis kadar uraniumnya dengan Titroprose~or. Cara Kerja Ekstraksi Larutan sam pel dipipet 10 ml kemudian masukan kedalam tabung reaksi, tambahkan 4 ml TBP/Ok (3:7) dikocok selama 10 menit, lalu diamkan selama 5 menit. Pisahkan fasa organik kedalam labu 10 ml, ulangi ekstraksi seperti diatas sebanyak dua kali dengan 3 ml TBP/OK sehingga fasa organik menjadi 10 ml, kandungan uranium didalamnya dilakukan proses elektrodeposisi dan hasilnya diukur dengan spektrometer alpha. Cara Kerja Dengan Elektrodeposisi Disiapkan dua buah gelas piala, pipet larutan uranium sebelum diekstraki dengan konsentrasi 0,947 g/i sebanyak 50 IJI dan ditimbang beratnya, kemudian tuangkan larutan kedalam sel/tabung elektrodeposisi dan bilas hingga bersih dengan larutan elektrolit dengan total volumenya 10 ml. Masukkan platina (anoda) kedalam larutan, kemudian hubungkan elektroda dengan sumber arus arus 1,2 A. Tekan tombol power sumber arus ke posisi "ON". Biarkan proses elektrodeposisi berlangsung selama dua jam, setelah itu tambahkan 1 ml NH40H pekat kedalam sel dan diamkan selama 10 men it, kemudian matikan sumber arusnya biarkan hingga dingin. Larutan dari dalam sel dituangkan ketempat khusus limbah bekas elektrodeposisi dan sel dibilas tiga kali dengan larutan 0,15M NH40H. Rangkaian sel dibongkar dan dicuci, plan set dibilas dengan larutan aseton kemudian dikeringkan di udara. Planset siap untuk diukur cacahannya dengan spektrometer alpha. Dengan cara yang sama dilakukan pemipetan 100, 150, 200, 250, 300, dan 350 IJI. Untuk larutan U dalam TBP/OK setelah diekstraksi dilakukan dengan cara yang sama pipet 25, 50, 75, 100, dan 160 IJI 177

4 Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009 ISSN HASIL DAN PEMBAHASAN Elektrodeposisi dilakukan dengan menggunakan anoda platina dan katoda. Proses ini berlangsung selama dua jam dalam berbagai variasi konsentrasi. Kandungan uranium hasil elektrodeposisi pad a planset dapat diketahui melalui analisis spektrometer alpha. Hasil pengukuran isotop yang dihasilkan dari cacahan spektormeter alpha dengan metoda elektrodeposisi dalam larutan secara langsung ditunjukkan dalam Tabel 1 dan Gambar 1 sedangkan untuk larutan hasil ekstraksi dengan TBP/OK (3:7) ditunjukkan dalam Tabel 2 serta Gambar 2, dengan masing-masing menggunakan media elektrolit (NH4hS04 waktu elektrodeposisi selama dua jam dan waktu cacah 5000 detik dengan spektrometer alpha. Dari Tabel 1 dan Gambar 1 menunjukkan kandungan uranium semakin besar konsentrasi yang digunakan, uranium yang mengendap pada katoda akan semakin ban yak. Hal tersebut sesuai dengan hukum Faraday yang menyatakan bahwa massa zat yang terjadi akibat reaksi kimia pada elektroda berbanding lurus dengan jumlah listrik yang melalui larutan selama elektrolisis, namun demikian konsentrasi yang optimal berkisar antara 0,095-0,189 mg uranium dalam alikot dengan persentase rekoverinya 95,14-96,35%, hal ini diduga sebagai akibat pengaruh adanya unsur pengotor dari matrik bahan elemen bakar dan konsentrasi uranium dalam sistim elektrodeposisi yang tinggi sehingga dapat mempengaruhi pada pelapisan hasil elektrodedeposisi logam uranium pengukuran radioaktifitas sinar alpha dari isotop uranium sehingga hasil analisa isotop uranium menggunakan spektrometer alpha tidak menunjukkan daya resolusi yang tinggi. Sedangkan terhadap larutan pada sam pel setelah diekstraksi dengan TBP/OK didapatkan pad a konsentrasi optimal 0,046 mg uranium dalam alikot dengan persentase rekoverinya 98,05% hal ini terlihat bahwa unsur pengotor yang ada dalam larutan sebelum diekstraksi sang~t, mempengaruhi proses elektrodeposisi dalam pengukuran spektrometri 'alpha, yang ditunjukkan pada Tabel 2 dan Gambar 2, bahwa untuk larutan hasil ekstraksi dengan t~npa adanya pengotor setelah dilakukan pencacahan diperoleh puncak spektrum yang cukup baik, hal ini disebabkan spektrum isotop terpisah dengan baik. Untuk itu dalam pekerjaan elektrodeposisi terhadap suatu sam pel perlu dilakukan pemisahan. Tabel1. Has]1pengukuran cacahan dengan spektrometer alpha dari hasil ED larutan sebelum diekstraksi Cacahan-rerata awal, 0,047 0,3310,6105 0,2370,4530 0,0950,1915 0,1890,3885 0,2840,5675 0,1420, , , ,7493 dim 11,7562 0, U:4,856 total MeV 109,11 6,1548 9,0838 Rekoveri Jumlah 238U:4, U:4,679 0,2547 3,4562 0,4258 0,6430 0,8275 1,4235 1,0650 1, ,35 54,62 91,89 95,14 0,052 0,090 0,137 95,72 91,03 0,181 0, ,261 (%) (mg) U- MeV spektrometer-a cps puncak Ea dengan alat Jumlah U 178

5 ISSN Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009 Grafik Total U (mg) vs % Rekoveri.:t: (\> > Q: (\> ~ 't: TotalU (mg) Gambar 1. Grafik hubungan total uranium dalam larutan sebelum diekstraksi versus % Rekoveri Tabel 2. Hasil pengukuran cacahan dengan spektrometer alpha dari hasil ED setelah Diekstraksi,0,046 awal, 0,2920,1704 0,0910,1174 0,1370,1525 0,1820,1658 dim 0,0809 0,0451 0,0556 0,0792 Rekoveri 0,0939 0,3964 0,2313 0,2708 0,3719 4,9575 0,3968 5,4622 2,7533 3,8592 0,073 5,4644 MeV Cacahan-rerata Jumlah 238U: total L.,,,U: 234U: 53,36 43,50 27,70 98,05 61,14 U- 4,039 (mg) 4,679 4,856 (%) MeV spektrometer-a cps Duncak Ea dengan alat Jumlah U 179

6 Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009 ISSN Grafik U (mg) Total vs % Rekoveri 120 SO.:x: ~ IX 0 ~ , <Ii : Total U (l11g) Gambar 2. Grafik hubungan total uranium sesudah diekstraksi versus % Rekoveri KESIMPULAN Dari hasil pembahasan dan analisis penentuan konsentrasi uranium dalam lar.utan sebelum diekstraksi dan sesudah diekstrasi dengan TBP/OK dalam proses elektrodeposisi serta pengukuran dengan spektrometer alpha dapat disimpulkan bahwakonsentrasi uranium dalam alikot yang optimum sebelum diekstraksi didapat antara 0,095-0,189 mg dengan persentase rekoveri 95,14 96,35% sedangkan uranium dalam alikot pada fasa organik yaitu sebesar 0,046 mg dengan persentase rekoveri 98,05%. Dari konsentrasi ini, dapat diketahui bahwa dengan metoda elektrodeposisi dan pengukuran menggunakan spektrometer alpha untuk uranium sebelum diekstraksi persentase rekoverinya lebih rendah dibandingkan uranium setelah diekstraksi sehingga untuk pekerjaan selanjutnya dapat digunakan hasil sesudah diekstraksi atau uranium dalam fasa organik. UCAPAN TERIMA KASIH Pad a kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada Ibu Dr. Siti Amini, atas saran dan koreksi yang diberikan sehingga tulisan ini dapat terwujud. Terima kasih juga disampaikan kepada teman-teman atas segala bantuan dan saran-sarannya yang bermanfaat dalam mendukung kesempurnaan tulisan ini. DAFT AR PUST AKA [1] AMINI SITI, Laporan Teknis Hasil-hasil Penelitian Th Pengembangan Teknologi Pengujian Elemen Bahan Bakar Nuklir dan Daur Ulang, PTBN-BA TAN, Jakarta 2009 [2] ANONIM, Manual Spectrometer-alpha EG & G, ORTEC, Tennesse, USA, 1988 [3] ELiN HURIYATI, dkk, Pengaruh Rapat Arus dan Asam Borat terhadap Kualitas dan Morfologi Hasil Elektrodeposisi Kobal pad a Substrat Tembaga, Laboratorium Kimia Analitik, Jurusan Kimia, Fakultas MIPA, Universitas Diponegoro, Semarang, 2008 [4] NOVIARTY, Pengaruh Kuat Arus Pada Analisis Limbah Cair Uranium Menggunakan Metoda Elektrodeposisi, Majalah IImiah, Pengelolaan Instalasi Nuklir, ISSN , PTBN-BATAN, Oktober 2008 [5] YANLINASTUTI dkk, Penentuan Rekoveri Ekstraksi Uranium Dalam TBP/OK Dengan Metoda Elektrodeposisi, Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2008, Hal , ISSN