ISSN 0854-5561 Hasil-hasil Penelitian ESN Tahun 2005 PEMUNCUTAN U3Si2 OARI CACALAN PROOUKSI PEB OISPERSI BERISI U3Si2 - AI MENCCUNAKAN TEKNIK ELEKTROLISIS Ghaib Widodo, Rahmiati, dan Ag'us Sartono DS. ABSTRAK PEMUNGUTAN U3Si2 DARI GAGALAN PRODUKSI PES DISPERSI SERISI U3Si2 - AI MENGGUNAKAN TEKNIK ELEKTROLISIS. Percobaan pemungutan U3Si2 telah dilakukan secara elektrolisis. Dalam percobaan elektrolisis elektroda yang digunakan tembaga (Cu) sebagai katoda dan anodanya gaga Ian PES. Tiga parameter yaitu asam nitrat sebagai elektrolit, waktu proses elektrolisis, dan voltage digunakan selama proses elektrolisis. Percobaan dimulai dengan parameter larutan elektrolit 1 N sementara waktu dan voltage dibuat tetap. Kenaikan kepekatan larutan setiap titik percobaan 0,5 N hingga berakhir 4 N. Percobaan berikutnya larutan elektrolit tertentu dan voltage dibuattetap, sedang waktu proses elektrolisis diubah-ubah dimulai dari 30 menit hingga 180 menit (range ubahan 30 men it). Percobaan diakhiri dengan parameter voltage 3 hingga 5,5 volt dengan ubahan 0,5 volt dan larutan elektrolit dan waktu proses sudah tertentu. Dari hasil percobaan diperoleh kondisi proses pemungutan U3Si2 dari gagalan produk PES U3Si2-AI terbaik dengan konsentrasi elektrolit 1 N, waktu elektrolisis 90 menit, dan voltage 4 volt dan ditandai dengan banyaknya AI men empel pada elektroda Cu banyaknya serbuk U3Si2terkumpul sebanyak 2,1585 gr dan mengenap di dasar larutan elektrolit asam nitrat. LATAR BELAKANG : Teknologi produksi bahan bakar nuklir di Indonesia telah menjadi milik Pusat Pengembangan Teknologi Sahan Sakar Nuklir dan Daur Ulang - Satan, Kawasan PUSPIPTEK, Serpong[1J Produk pelat elemen bakar (PES) dispersi kedua setelah bahan bakar bentuk serbuk U30e - AI adalah bahan bakar bentuk logam yaitu uranium silisida, U3Si2. Uranium silisida telah teruji kendalan sebagai bahan bakar dan menjadi konsumsi tetap reaktor RSG - G. A. Siwabessy, Serpong. Produk serbuk U3Si2 sebagai PES merupakan penyusun bahan bakar dengan senantiasa harus memenuhi spesifikasi yang diizinkan sebagai bahan bakar. Selama belangsungnya proses produksi PES terse but harus melewati uji yang sangat keta~2j,artinya pada setiap titik menuju produk PES memungkinkan terjadi kegagalan, yang tentunya tak dapat dielakkan lagi. Karena kandungan U3Si2 di dalam PES dispersi berisi U3Si2 - AI masih cukup tinggi, maka U3Si2 harus dipungut kembali agar segi akuntabilitas bahan nuklir dan keselamatan dapat terpenuhi. Fasilitas pemungutan gagalan produksi skala pabrik untuk proses panjang telah tersedia dan dapat dioperasikan dengan baik di PT. Satan Teknologi Serpong. Untuk itu diharapkan kemungkinan gagalnya proses yang termasuk percobaan elektrolisis ini dapat juga diantisipasi dengan fasilitas pemungutan gagalan produksi tersebut. TEORI Teknologi Jerman yang diaplikasikan PT. Satan Teknologi Serpong yaitu gagalan produk PES dispersi berisi U3Si2 - AI pertama kali dilarutkan lebih dahulu ke dalam soda, NaOH 20% berlebih dimungkinkan semua AI baik sebagai kelongsong maupun matriks akan larut. Uranium silisida, U3Si2 berimpuritas yang diperoleh dipisahkan, kemudian dipanggang pada suhu 800 C selama ke 3 jam agar berubah menjadi bentuk oksida yang mudah dilarutkan dalam asam nitrat dan proses berikutnya 15
Hasil-hasH Penelitian EBN Tahun 2005 ISSN 0854-5561 dimurnikan dan dipekatkan(3] dan proses ini merupakan pemungutan uranium proses panjang dan hasil bukan U3Si2 siap umpan melainkan uranil nitrat, U02(N03h kotor, seperti ditunjukan pad a reaksi (1) sampai dengan (3) H20 U3Si2- AI + NaOH ~ U3Si2 + NaAI02 + 1,5 H2 (1) U3Si2 + 6 O2 ~ U30a + Si02 (2) U30a + 8 HN03 ~ 3 U02(N03h + 2 N02 + 4 H20 (3) Untuk merubah U02(N03h ke bentuk U3Si2 memerlukan proses eukup panjang yaitu U02(N03h diubah ke bentuk bahan induk antara lain bahan induk berupa amonium uranil karbonat, (NH4)4UOiC03h, atau uranium diuranat, (NH4hU207, atau uranium peroksida, U04 2H20, dan atau U02(N03h, karena U02(N03h sendiri sebetulnya sudah merupakan bahan induk. Segenap bahan induk diubah ke bentuk intermediate product, U03. Kemudian di proses hidrofourinasi dengan gas HF didapat garam hijau, UF4 selanjutnya diubah ke bentuk U logam baru kemudian dilebur bersama dengan silikon, maka diperoleh U3Si2 kasus tersebut, Sebagai alternatif untuk mengatasi maka akan diterapkan teknologi elektrolisis. Dalam teknologi ini mengadopsi proses elektrolisis yang menggunakan teori Deret Volta[4], dikatakan dalam teori volta tersebut bahwa, aluminium baik ia bertindak sebagai kelongsong maupun matriks akan mudah ditarikljerat dengan baik oleh logam yang berada di kanannya dan logam yang berada semakin kanan dari atom H, maka akan serna kin kuat menarik logam aluminium di dalam bahan bakar silisida. Adapun logam penjeratnya yang akan digunakan sebagai elektroda adalah karbon (C), tembaga (Cu), platina (Pt), stainless Steel (SS), atau emas (Au). Di samping itu, harus juga memperhatikan konsentrasi elektrolit, waktu, voltage, kuat arus dll. Estimasi sementara bahwa hasil yang diperoleh nantinya pada proses eleltrolisis ini adalah serbuk U3Si2 dan untuk memastikan tingkat kadar impuritasnya perlu dilakukan analisis, agar U3Si2 hasil dapat umpan kembali sebagai bahan bakar. Sementara pada AI pada elektroda dilakukan analisis terhadap kadar kontaminannya, apabila angka kontaminan uranium di bawah < 5 ppm sudah diizinkan untuk dilimbahkan[1j. Skala proses pereobaan pemungutan U3Si2 dapat diperlihatan pada Gambar 1 (Iampiran). TATA CARA 1. Bahan : Gagalan PEB dispersi berisi U3Si2 AI, elektroda tembaga, Cu, HN03, Air demin (ABM) 2. Alat : satu unit DC power, jam digital, segenap alat pendukung proses elektrolisis 3. Tata kerja : a. Merakit alat elektrolisis diatur dengan alat dukung DC power, pemasangan jarak elektroda yang tepat, sehingga didapat kan kinerja proses elektrolisis lebih efektif. b. Uji fungsi alat elektrolisis menggunakan air bebas mineral (ABM). e. Dalam pereobaan proses pemungutan U3Si2 menggunakan elektrode tembaga Cu konsentrasi elektrolit HN03 : 1; 1,5; 2; 2,5; 3; 3,5 N, dan 4 N dengan voltage: 3; 3,5; 4; 4,5; 5, dan 5,5 V, sedang waktu proses elektrolisisi diambil 180 menit (30, 60, 90, 120, 150, dan 180 menit). Selama pereobaan elektrolisis gagalan U3Si2 dipakai sebagai ukuran ditetapkan 1 anoda dengan X 4 em, sementara katoda tembaga Cu tetap. HasH yang diperoleh serbuk U3Si2kemudian 16
ISSN 0854-5561 Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005 ditimbang bersama dengan PEB U3Si2-AI Sisa dan Cu-nya. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil percobaan proses elektrolisis masing dapat diperlihatkan pada Tabel 1, 2, dan -~. Dalam Tabel1 merupakan hasil penimbangan serbuk U3Si2 hasil proses elektrolisis terlihat di sana bahwa pada konsentrasi 1N dengan waktu 90 menit dan voltage 4 volt tetap, diperoleh serbuk U3Si2 enap 2,1585 gr dengan elektrode Cu bertambah 0,0217 gr. Selama berlangsungnya proses elektrolisis kenaikan. normalitas elektrolit berat serbuk U3Si2 semakin menurun. Hal tersebut dikarenakan elektroda Cu sedikit larut ke asam nitrat sebagai elektrolit, sehingga proses elektrolisis gagal sebagai akibatnya berat serbuk U3Si2 yang diperoleh menurun. Namun apabila konsentrasi ditambahkan lagi hingga 4 N hasil serbuk U3Si2 semakin menurun. Hal tersebut dapat diamati dengan adanya perubahan larutan elektrolit semakin berwarna biru karena dimungkinkan karena fungsi dari elektrode Cu larut dalam elektrolit membentuk tembaga nitrat, Cu(N03h. Mestinya elektroda Cu mengikat aluminiumnya sudah mulai melarut akhirnya proses pengikatan gagal, akibatnya U3Si 2 yang diperoleh menu run. Sementara dalam Tabel 2 merupakan hasil penimbangan U3Si2 hasil proses elektrolisis terlihat di sana bahwa pada waktu 90 menit dengan konsentrasi 1N dan voltage 4 volt tetap, diperoleh sama dengan Tabel 1 yaitu serbuk U3Si2 enap 2,1585 gr dengan elektrode Cu bertambah 0,0217 gr hanya perolehan serbuk U3Si2 parameter sedikit berbeda. Namun apabila waktu ditambahkan hingga 180 menit hasil penimbangan semakin menurun. Hal tersebut dimungkinkan karena fungsi dari elektrode Cu yang mestinya mengikat aluminiumnya sudah mulai melarut. akhirnya proses pengikatan gagal, akibatnya serbuk U3Si2 yang diperoleh menurun. Dalam Tabel 3 merupakan hash penimbangan serbuk U3Si2 hash proses elektrolisis terlihat di sana bahwa pada voltage 4 volt dengan konsentrasi 1N dan waktu 90 menit tetap, hasil sama dengan Tabel 1 dan 2 diperoleh serbuk U3Si2 enap 2,1585 gr dengan elektrode Cu bertambah 0,0217 gr. Namun apabila voltage ditambahnaikan hingga 5,5 Volt hasil penimbangan sedikit menurun. Hal tersebut dimungkinkan karena fungsi dari elektrode Cu yang mestinya mengikat aluminiumnya sudah mulai melarut hingga akhirnya proses pengikatan gagal, akibatnya serbuk U3Si2 yang diperoleh menurun. KESIMPULAN Dari percobaan pemungutan U3Si2 dari gagalan produksi PEB dapat disimpulkan sebagai berikut : Kondisi proses elektrolisis terbaik konsentrasi elektrolit 1 N, waktu elektrolisis 90 menit, dan voltage 4 volt ditandai dengan banyaknya AI menempel pada elektroda Cu banyaknya serbuk U3Si2 terkumpul sebanyak 2,1585 gram dan mengenap di dasar larutan elektrolit. DAFTAR PUSTAKA 1. Anonim :"Informasi Internal Pusat Elemen Bakar Nuklir", Bidang Produksi Elemen Bakar Reaktor Riset, Pusat Elemen Bakar Nuklir, BAT AN, Serpong (1988) 2. Nukem,"Basic and Detail Engineering Process Element Fabrication Plant for BATAN", Vol. 4 Nukem VT No. 2.0080, Hanau (1983) 3. Fathurrachman,"Penggunaan Membran Tukar Kation dalam Teknologi Kimia Nuklir", URANIA NO.4 Thn. I (1995), hal. 30. 4. Gilizeath, E.S.,:"Fundamental Concepts of Inorganic Chemistry", International Student Edition, McGraw-Hili Book Company Inc, Kogakusha Company, LTO, Tokyo, (1958), pag. 294-310 17
ISSN 0854-5561 Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005 Lampiran Penimbangan Gambar 1 : Diagram Proses pemungutan ( : U3Si2 Menggunakan Teknik Elektrolisis Tabel1 : Hasil Penimbangan Enapan U3Si2 Dari Hasil Proses Elektrolisis Parameter Konsentrasi Elektrolit dengan Waktu 90 menit dan Voltage 4 Volt Tetap 0,9869Konsentrasi No. 0,5 2,5 3,5 1,5 43 21 c. Terkikis, +0,03675 2,1585 0,4637 0,0163 1,7582 + +0,0092-2,0943-0,4770-0,9634-0,3753 0,0974 1,5764 Berat 0,1208 0,0176 0,0217 U3Si2, Cu Enapan gr gr 18
ISSN 0854-5561 HasH-hasii Penelitian EBN Tahun 2005 Tabel 2: Hasil Penimbangan Enapan U3Si2 Dari HasHProses Elektrolisis Parameter Waktu 9q menit dengan Konsentrasi Elektrolit 1 N dan Voltage 4 Volt Tetap :.' Penambahan/Pengurangan, 150 120 180 30 Waktu 60 90 2,0964 2,1585 1,5782 2,0598 1,8672 1,2928 U3Si2, Berat gr Proses, + +0,0176 Enapan +0,0208-0,4595-0,0467-0,0185 0,0217 menit Cu gr Tabel 3 : HasH Penimbangan Enapan U3Si2 Dari Hasil Proses Elektrolisis Parameter Voltage 4 Volt dengan Konsentrasi Elektrolit 1 N dan Waktu 90 menit Tetap No. Berat Enapan Voltage, Penambahan/Pengurangan, 0,8793 2,1464 2,1585 3,5 5,5 4,5 31,9783 41,7964 2,1357 5 Cu Volt+0,01869 +0,00976 + -0,0057 +0,0204-0,0068 0,0217 gr 19