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

Prosiding Pertemuan dan Presentasi /lmiah P3TM-BATAN, Yogyakarta 14 -15 Juti 1999

234 Buku II

PENGGUNAAN (~a(NO3)2 PADA PENGOLAHAN

AWAL UMPAN

EKSTRAKSI

URANIUM YANG MENGANDUNG

SULFAT

.5 /1

Mashudi, Moch. Setyadji, Busron Masduki

P3TM-BATAN, Yogyakarttl

ABSTRAK

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 pc~rsen 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 130% stoikiometri dan pengolahan awa/ di/akukan pada suhu kamar; teljadi kenaikan efisiensi ekstraksi sebesar

61,98%.

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 130% stoichiometry and pretreatment process carried out at ro,om temperature, extraction efficiency was increased 61.98%.

PENDAHULUAN

P enggunaan uranium baik sebagai bahan bakar

reaktor maupun sebagai taJ~get 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 105-117% stoikiometris,

efisiensi ekstraksi bisa naik sebesar 65%. 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

Mashudi, dkk

Teknologi Proses

Prosiding Pertemuan dan Presentasi /Imiah

P3TM-BA TAN, Yogyakarta 14 -15 Juli 1999 Buku II 235

rnernpunyai fungsi yang sarna yaitu sebagai pengendap dan agen penggaram (salting agent), kalsiurn nitrat rnernpunyai sifat rnudah larut dalarn

air.

f. Pengolahan awal diulangi lagi untuk variabel suhu dan variabel kadar U. Untuk variabel persen stoikiometri berturut dilakukan mulai dari 0%, kemudian 100%, 110%, 120%, 130% dan 140%. Untuk variabel suhu, dimulai darn 20°C sampai 60°C dengan beda 10°C.

HASIL

DAN PEMBAHASAN

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++ S042' ~ CaS04 (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.

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.

25

TATA

KERJA

Bahan

Larutan uranil nitrat induk, HNO3 Merck, TBP-K, H2SO4. Ca(NO3)2 , Air bebas mineral (ABM), Reagen lain untuk analisis

Alat

,

_C)

ro

c= 1+= (U

...

::) cu '=! (U ~

"""

"'"

~

"~--'-"""--"""':""-"-~'-"""'-0 0 50 100 150

% stoikiometri Ca(NO3)2

Gambar 1, Hubungan antara persen stoikiometri

kalsium nitrat dengan kadar uranium

dalam rafinat. Kadar U

umfan

pengolahan awal 38.973 gUll; [SO4 -J=

1,31 N; kadar U umpan ekstraksi 27,073

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

0%). Dari data ini nampak bahwa dari umpan

ekstraksi sebesar

27,073 gUll, setelah diekstraksi

kadar U dalam rase air (rafmat) masih tinggi yaitu

20,944 gil. Dengan perhitungan, uranium yang

terekstraksi

tanpa penambahan

kalsium nitrat hanya

sebesar

22,64%.

Gelas arloji, Labu ukur, Timbangan,

Gelas

piala,

Corong

pisah,

Pengaduk magnit,

Potensiometer

Cara Kerja

a. Ditimbang 32,5 gram kJ.istal kalsium nitrat

kemudian dilarutkan dengan ABM sampai

volume 30 mI.

b. Diambil sejumlah tertentu larutan induk uranil

nitrat dengan kadar 246,925 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

30% TBP-kerosin (fase organik, FO) dengan

perbandingan volume FOIFA=I/1 dan waktu

pengadukan

10 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

.

ISSN 0216-3128 Teknologi Proses Mashudi, dkk 20 15 10 5

':a> !II !:: 1;= !II i-:J i-!II "C !II

~

10

8

6

4

2

0

20 40 60

Suhu pengolahan awal, °c

Gambar 3, Hubungan antara suhu pengo.iahan awal dengan kadar uranium dalam lase air hasil ekstraksi (rafinat); kalsium nitrat

130%stoikiometri, kadar U umpan

pengolahan awal 40gU/l; [S042-)=1,31 N

'a,

~

"-~ 1;1 nI ~ 8 G

4

2

0 50 100 150 % stoikiometri C:a(NO3)2

Gambar 2, Hubungan antara persen stoikiometri kalsium nitrat dengan Kd u: Kadar U umpan pengolahan awal40gUII; [8042-J =1,31 N; kadar U umpan ek'Strak'Si 27,073 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.

20 30 40 50 60

Suhu pengolahan awal, °C

Gambar 4, Hubungan antara suhu pengolahan awal dengan kadar U dalam lase organik dan Kd u: Kadar U umpan pengolahan awal 40gU/I; [8042-)=1,31 N

Pacta penelitian variasi ini pengolahan awal dilakukan pacta suhu 20, 40, 50 dan 60°C. Suhu 30 sudah dilakukan pada variasi % stoikiometri. Pada gambar 3 terlihat bahwa suhu pengolahan awal

antara 20-60 derajat Celsius relatif tidak

berpengaruh pada kadar U dalam rafmat. Dengan penampilan lain, gambar 4, suhu pengolahan awal antara 20-60°C relatif tidak berpengaruh terhadap koefsien distribusi uranium.

Variasi kadar U

Data penelitian untuk variasi kadar

uranium dapat dilihat pacta gambar 5. Dari gambar 5 ini kemudian dihitung kadar U dalam rase organik

dan koefisien distribusi uranium. Hasil

perhitungannya kemudian dibuat kurva seperti yang terlihat pacta gambar6 .

Pengaruh suhu

Data basil penelitian untuk variabel suhu

dapat dilihat pada garnbar

3 dan 4.

Mashudi, dkk Teknologi Proses ISSN 0216-3128 ::J "Vi :J .D "~ ':h 15 ...: 4IJ 0 ~

25

20

15

10

5

0

Prosiding Perlemuan den Presentasi ffmiah

P3TM-BATAN, Yogyakarla 14 -15 Jufi 1999 Buku II ₂₃₇

15

10

5

0

UCAP AN TERIMAKASIH

~

r l\1 ~ I.c=

~

:J 0-m -0 rn

~

Penulis mengucapkan banyak terimakasih kepada Sdr. Rohyanto atas peran aktifnya pacta penelitian ini.

ACUAN

10

20

30

40

50

60

Kadar U peng~han a\'.. aL 911

Gambar 5, Hubungan antara kadar uranium dalam

umpan pengolaha,'1

awal dengan kadar

uranium dalam

lase air hasil ekstraksi.

;

kadar {SO42-j=1,3JN

'"a,

0- U-:)

...

.u "U ro

~

8

6

4 ... L

0

I. N.P.GALKlN,

B.N.

SUDARIKOV

:

"Technology of Uranium", halaman 222-225,

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,

12-13 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)

0

20

40

60

TANYA JAWAB

Kadar U pengo~han 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 5 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 130% TBP-kerosin sekitar 115 g/l. Dengan umpan ekstraksi yang rendah maka kesempatan uranil nitrat terekstraksi semakin besar.

Mendekati kejenuhan rase organik, maka

kesempatannya menjadi semaku1 kecil.

KESIMPULAN

Uju Jujuratisbela :

~ Bila sulfatnya sudah terpisahkan, bagaimana

cara menentukan bahwa yang tersisa hanya

mengandung

0235

saja?

~ Apakah metode awal ini merulakan satu-satunya

metode untuk ekstraksi 023? 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.

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 4,4S16

M sebesar 130%

stoikiometri terjadi kenaikan efisiensi sebesar

61,98%.

Mashudi, dkk Teknologi Proses ISSN 0216-3128

25

20

15

10

5

0

'C:;;

~

~ "':: -:;;: is : ~ 0

~

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 mengan-dung 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. Yusuf Nampira :

» Berdasarkan konstanta kesetimbangan :

UO2SO4 <:;> 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 1,8% 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?

Teknologi Proses Mashudi, dkk