PENENTUAN DENSITAS KETUK SERBUK URANIUM OKSIDA HASIL PROSES OKSIDASI REDUKSI PELET U02 SINTER Banawa Sri Galuh, Asminar, Rahmiati ABSTRAK PENENTUAN DENSITAS KETUK SERBUK URANIUM OKSIDA HASIL PROSES OKSIDASI REDUKSI PELET U02 SINTER. Penentuan densitas ketuk serbuk uranium oksida hasil proses oksidasi reduksi pelet U02 sinter untuk mendukung pembakuan metode olah ulang gagalan pelet sinter telah dilakukan seeara oksidasi reduksi. Proses oksidasi dilakukan pad a suhu 700 C selama 7 jam dan reduksi pada suhu 800 C selama 2 jam, dengan 3 kali pengulangan. Penentuan densitas ketuk mengunakan Tap densitytester. Pad a proses pertama diperoleh densitas ketuk serbuk uranium oksida hasil proses oksidasi sebesar 3.468 glee, hasil reduksi sebesar 3.925 g/ee.pada proses ke dua hasil proses oksidasi sebesar 3.462 glee, hasil reduksi sebesar 3.888 glee dan pada Proses ke tiga hasil proses oksidasi sebesar 3.443 glee, hasil reduksi sebesar 4.047 glee. Dari ketiga proses pengulangan tersebut apabila dirata-rata diperoleh densitas ketuk serbuk uranium oksida hasil proses oksidasi sebesar 3.457 glee dengan standar deviasi sebesar 0,013 glee dan hasil reduksi sebesar 3.953 glee dengan standar deviasi sebesar 0.083 glee. PENDAHULUAN Salah satu tugas Bidang Bahan Bakar Nuklir adalah melakukan pengembangan teknologi olah ulang gagalan pelet sinter U02. dan melakukan kegiatan penelitian bahan bakar nuklir reaktor daya. Instalasi ini dilengkapi dengan fasilitas pemurnian dan konversi uranium, fabrikasi elemen bakar dan kendali kualitas. Khusus pada fabrikasi elemen bakar telah dilakukan kegiatan pengembangan teknologi produksi bahan bakar nuklir untuk berbagai tipe bahan bakar. Dalam rangka pemenuhan mutu hasil produksi, peluang terjadinya gaga Ian pelet sinter uranium dioksida tetap ada. Gagalan pelet sinter yaitu pelet hasil sinter yang tidak memenuhi persyaratan baik itu dimensi, densitas, kekuatan mekanik atau struktur mikronya. Gagalan pelet sinter uranium dioksida tersebut masih mempunyai nilai ekonomis, oleh karena itu, olah ulang gagalan pelet sinter seeara kering dapat dilakukan untuk mendapatkan kembali serbuk uranium oksida melalui proses oksidasi reduksi. Berdasarkan hal tersebut dan seiring dengan kegiatan pengembangan teknologi produksi bahan bakar nuklir untuk berbagai tipe bahan bakar, dilakukan kegiatan pengembangan teknologi olah ulang gagalan pelet sinter uranium dioksida. Olah ulang bisa dilakukan dengan eara mengoksidasi pelet sinter menjadi serbuk U30a, kemudian serbuk U30a tersebut direduksi menggunakan gas H2 sehingga menjadi serbuk U02 kembali. Reaksi oksidasi U02 menjadi U30a adalah sebagai berikut : 3 U02 + O2 ~ U30a, (1) Sedangkan proses reduksi untuk mengembalikan U30a menjadi U02 reaksinya adalah sebagai berikut : U30a + 2 H2 ~ 3 U02 + 2 H20 (2) Seeara fisik serbuk U02 mempunyai ciri berwarna hitam, sedangkan U30a berwarna hitam keabuan. Pada tahun 2007 telah dilakukan proses oksidasi gagalan pelet sinter yang menghasilkan U30a dan sudah dilakukan karakterisasi. Pada tahun 2008 telah dilakukan proses reduksi uranium 292
oksida hasil proses oksidai gaga Ian pelet sinter yang menghasilkan U02 dan sudah dilakukan karakterisasi. Pada tahun ini akan dilakukan pembakuan metode olah ulang gagalan pelet sinter U02 secara oksidasi-reduksi. Untuk pembakuan metode ini mesti dilakukan beberapa pengujian, salah satunya adalah uji presisi. Presisi adalah ukuran yang menunjukkan derajat kesesuaian antara hasil uji individual, diukur melalui penyebaran hasil individual dari rata-rata jika prosedur diterapkan secara berulang. Presisi diukur sebagai simpangan baku atau simpangan baku relatif. Presisi dapat dinyatakan sebagai repeatability (keterulangan) atau reproducibility (ketertiruan). Pad a pembakuan metode kali ini dilakukan proses oksidasi-reduksi pelet U02 sinter. Oksidasi dilakukan pada suhu 7000e selama 7 jam dan reduksi dilakukan dengan hidrogen pada suhu 8000e selama 2 jam. Proses oksidasi-reduksi dilakukan sebanyak 3 kali pengulangan. Diasumsikan dengan metode yang sama akan diperoleh hasil yang sama. Untuk mendukung kegiatan pembakuan metode olah ulang gaga Ian pelet sinter U02 secara oksidasi-reduksi, dilakukan karekterisasi serbuk uranium oksida hasil proses oksidasi-reduksi. Karakterisasi meliputi sifat kimia dan sifat fisika, seperti o/u, densitas, distribusi partikel juga mikrostrukturnya. Pada kegiatan ini akan dilakukan penentuan densitas ketuk serbuk uranium oksida hasil proses oksidasi dan reduksi pelet U02 sinter. Tujuan kegiatan ini agar diperoleh data densitas ketuk yang merupakan salah satu karakteristik dari serbuk uranium oksida. Data ini diharapkan akan menjadi salah satu pendukung kegiatan pemb.akuan metode olah ulang gagalan pelet sinter U02 secara oksidasi-reduksi. TATA KERJA Bahan yang digunakan: Bahan digunakan adalah uranium oksida hasil oksidasi dan reduksi pelet U02 sinter Alat yang digunakan: Alat yang digunakan adalah tapdensity tester, gelas ukur, neraca analitik Cara kerja: Ditimbang gelas ukur kosong kemudian diisi dengan serbuk uranium oksida. Gelas ukur dipasang pad a top holder alat tap density. Dilakukan pengetukan sampai tidak terjadi lagi penurunan volume. Dicatat volume terakhir setelah selesai pengetukan. Gelas ukur yang berisi uranium oksida setelah selesai diketuk ditimbang kembali. Densitas ketuk dihitung dengan membagi berat uranium oksida dengan volume terakhir setelah dilakukan pengetukan. Tap density serbuk = Berat serbuk Volume akhir HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil penentuan densitas ketuk pada serbuk uranium oksida hasil oksidasi pelet dapat dilihat pada Tabel1 dan densitas ketuk serbuk hasil proses reduksi dapat dilihat pad a Tabel 2. 293
44.353 48.728 9.176 Tabel 1. Data penentuan densitas ketuk serbuk uranium oksida hasil oksidasi pelet sinter 50.33514.400 47.83413.400 46.17613.400 Berat gdensitas ml 15.000 14.700 14.000 13.000 14.200 serbuk, glee Volume, 3.443 3.462 3.468 3.413 3.345 3.570 3.446 3.528 3.412 3.495 3.476 3.432 gleererata, ketuk, 6.094 6.478 Tabel 2. Data penentuan densitas ketuk serbuk uranium oksida hasil reduksi serbuk uranium oksida hasil oksidasi pelet sinter Berat 58.21214.700 59.33115.100 62.78615.200 4.047 3.925 3.888, serbuk, Rerata, ketuk, 4.007 3.960 3.919 3.807 3.929 4.004 4.005 4.131 3.817 13.000 14.500 14.000 14.700 16.600 14.600 glee Volume, gglee ml Densitas Untuk melihat presisinya maka hasil dari ke tiga proses oksidasi reduksi tersebut dihitung rata-ratanya juga standar deviasinya, maka diperoleh densitas ketuk serbuk uranium oksida hasil proses oksidasi sebesar 3.457 glee dengan standar deviasi sebesar 0,013 glee dan hasil reduksi sebesar 3.953 glee dengan standar deviasi sebesar 0.083 glee. Kemudian dibuat grafik kendali (QC Cart). Grafik kendali proses oksidasi pelet U02 sinter dapat dilihat pada Gambar 1, sedangkan grafik kendali proses reduksi dapat dilihat pada Gambar 2. 294
ISSN 0854-5561 Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009 S0) )) 0 B.'S u 3.440 c 3.460 OJ 3.420 -'L. ';;; uon OJ '" -'L.' 3.480 3.400 1 3.443 3.457 3.471 3.444 23 3.484 3.431 3.462 3.500 3.471 3.484 3.431 3.444 3.468 3.457 Gambar 1. Grafik kendali proses oksidasi pelet U02 sinter OJ) 0 OJ ';;; u ~ -'L..'S OJ '" -'L.' Bc 3.7 3.8 3.9 4.2 4 4.1 3.6 -II- ----*- Batas Rerata ba\wh(-2s0) ba\wh(-so) atas (SO) (2S0) -+-- Hasil pengujian 4.091 4.037 3.925 3.953 3.870 3.787 ~3.888 I 4.047 3.953 3.953 4.037 4.037 4.091 4.091 3.870 3.870 3.787 3.787 Gambar 2. Grafik kendali proses reduksi pelet U02 sinter Dari Gambar 1 dan Gambar 2 di atas dapat dilihat bahwa dari tiga kali pengulangan proses oksidasi reduksi pelet U02 sinter dengan tingkat kepereayaan 95% dapat diperoleh hasil yang presisi. Namun demikian U02 yang dihasilkan belum dapat digunakan langsung sebagai umpan pada pembuatan pelet, karena kriteria penerimaan kendali kualitas densitas ketuk serbuk U02 umpan pelet adalah 2 glee. KESIMPULAN Dari hasil pereobaan dapat disimpulkan bahwa: 1. Pada proses pertama diperoleh densitas ketuk serbuk uranium oksida hasil proses oksidasi sebesar 3.468 glee, hasil reduksi sebesar 3.925 g/ee.pada proses ke dua hasil proses oksidasi 295
sebesar 3.462 glee, hasil reduksi sebesar 3.888 glee dan pad a Proses ke tiga hasil proses oksidasi sebesar 3.443 glee, hasil reduksi sebesar 4.047 glee. 2. Dari ketiga proses pengulangan tersebut apabila dirata-rata diperoleh densitas ketuk serbuk uranium oksida hasil proses oksidasi sebesar 3.457 glee dengan standar deviasi sebesar 0,013 glee dan hasil reduksi sebesar 3.953 glee dengan standar deviasi sebesar 0.083 glee. 3. Dari tiga kali pengulangan proses oksidasi reduksi pelet U02 sinter dengan tingkat kepereayaan 95% dapat diperoleh hasil yang presisi. 4. Hasil yang diperoleh belum memenuhi kriteria penerimaan kendali kualitas. DAFTAR PUSTAKA [1] BENJAMIN M, MA, Nuclear Reactor Materials and Application, Me Graw Hill. [2] RA.SURY ANA, Teknik Metalurgi Serbuk,1986 [3] HERU SASONGKO, Juklak Kendali Mutu Fabrikasi, PEBN, BATAN,1989 [4] SIGIT dan NOOR YUDHI, Karakterisasi Hasil Proses Oksidasi-Reduksi Siklus I Uranium Oksida, Prosiding Pertemuan IImiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir, Yogyakarta, 12 Juli 2005 296