ISSN 1410-1998
Prosiding Presentasi IImiah Daur Bahan Bakar Nuklir V P27BDU dan P2BGN-BA TAN Jakarta, 22 Pebruari 2000PEMUNGUTAN U OARI KERAK PROOUKSI LOGAM U SECARA PEMANGGANGAN
Ghaib Widodo, Prayitno, Hendro Wahyono, dan Sunardi
Pusat Pengembangan Teknologi Bahan Bakar Nuklir dan Daur Ulang -BATAN
ABSTRAK
.
PEMUNGUTAN U OARI KERAK PROOUKSI LOGAM U SECARA PEMANGGANGAN. Telah
dilakukan pemu~~ut~n U dari padatan ke~ak produksi log am U secara pemanggangan. Upaya pemungutan U Inl 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 PRODUCTION BY ROASTING; 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). In 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.
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 harga-nya murah, haharga-nya 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
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 persya-ratan khusus terhadap materialnya, baik bahan dasar maupun reaktannya. Kekurang-an 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
TEORI
Kandungan U dalam kerak CaF2
relatif masih cukup tinggi oleh karena itu
Prosiding Presentasi /Imiah Daur Bahan Bakar Nuklir V
P2TBDU dan P2BGN-BA TAN Jakarta, 22 Pebruari 2000
ISSN 1410-1998
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 425 -450°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)
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.
U-CaF2 ~?
4 U + 5 O2 ~ U02 +U3OS
(1)
3U02 +02 ~ U30S
(2)
2 Ca + O2 ~ 2 CaO
(3)
HASIL DAN BAHASAN
CaF2 + H2O ~ CaO + 2HF
(4)
2 U3Os+ 3 CaO + O2 ~ 3 CaU2O7
(5)
2U3Os+3CaF2+3H2O+O2 -.,,3CaU2O7+6HF (6)2 U + 302 +CaO ~ CaU2O7
(7)
Proses Pelarutan (salah satu pelarut HNO3)[1,SJ
.
CaU2O7+6HNO3-,; 2UO2(NO3)2 + Ca(NO3)2
+ H2O (8)
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 ida-oksida, 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.
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
ISSN 1410-1998
[3].
[4].
[5].
[6].
TANYAJAWABSIMPULAN
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.
Ghaib Widodo
.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.
PUSTAKA
[2].
NUKEM, Basic and Detail
Engineering Procees Eement
Fabrication Plant for BATAN, Vol. 4
Nukem VT -No. 2.00080, Hanau
(1983).
WIDODO,G dan
FATHUR-RACHMAN, Proses Olah Ulang
Dingin pada Bahan Bakar Reaktor Riset, Proses Pemurrni-an Uranium untuk Mendapatkan Serbuk U3OB dan Logam U," URANIA, No.6 Thn II April (1996).
Noviarty
.Apakah penelitian ekonomis dilakukan, jika yang terpungut hanya 2,974 g/l, dengan waktu yang cukup panjang?
261 1. Pelarut yang paling baik untuk memungut
U dalam padatan CaF2 adalah asam nitrat, sedang yang kurang menguntung-kan 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
ISSN 1410-1998
Prosiding Presentasi /lmiah Daur Bahan Bakar Nuk/ir V P2TBDU dan P2BGN-BA TAN Jakarla, 22 Pebruari 2000
Ghaib Widodo
.Va, karena dengan diterapkan dua
parameter saja, yaitu suhu panggang dan konsentrasi pelarut sudah terpungut 2,974 9 U/I. 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? Ghaib Widodo
.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
-[~~~~~~~J
[:~~~~~J
I
PEMANG~GAN
I
.
I PENGGERUSAN NazCO3+NaHCO3-
I--~~-HNO3 Udara~
.,
I PENGA Y AKANx
-~
~
<
FlL TRASI~
;...~~
J:-'"
FILTRAT RESIDU/
""
"'-./
Gambar 1. Proses Pemanggangan Kerak CaF2
ISSN 1410-1998
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar Nuklir V P27BDU dan P2BGN-BA TAN Jakarta, 22 Pebruari 2000.,
~.12.
~~._A:::~::
~ -I
~-1-~
:,' ~ "C..
~ II 1.--L-r~
T~-'- '~ I T .,..,. .IOX!» .~ -1,::;-,I 0 ~ 1.5 2 2.5 1(a1;8Vasi~3 U .
Gambar 3.Gambar 2.
Hubungan konsentrasi pelarut
terhadap kadar U dengan waktu
dan
kecepatan
pengadukan
tetap dan suhu panggang 550°C
Hubungan suhu panggang
terhadap kadar U dengan
waktu dan kecepatan
pengadukan tetap dan
konsentrasi 2-3 N
