Uranium merupakan salah satu bahan bakar

Prosiding PerteltUlan dun Presentasi lImiah PPNY-BATAN Yogyakarta 25-27 Apri/1995

52.

BlIku 11 75

METODA ANALISIS PENETAP AN RUTENIUM DALAM

PROSES EKSTRAKSI PENGAMBILAN URANIUlYIDALAM

CAMP URAN URANIUM

-

R UTENIUM

Supriyanto C, Djokowidodo, Hery Wahyudi

PPNY-BATAN, Jl. Babarsari, P.O. Box 1008, Yogyakarta 55010

ABSTRAK

METODA ANALlSIS PENETAPAN RUTENiUM DALAM PROSES EKSTRAKSI PENGAMBILAN URANIUM DALAM CAMPURAN URANIUM-RUTENIUM Telah dilakukan pembakuan metoda analisis penetapan rutenium dalam campuran uranium-rutenium dengan spektrofotometri serapan atom. Diperoleh kondisi optimum penetapan rutenium yaitu panjang gelombang 349,9 nm, lebar celah 0,2 nm, arus lampu katoda rongga IO mA, laju alir cuplikan 4 ml/menit, tinggi pembakar 13 mm, laju alir udara

13,5 l/menit dan laju alir asetilen 2,91/menit. Kurva standar tinier rutenium pada kisaran konsentrasi 2

-20 Jlg/ml, dengan normalitas asam nitrat maksimum 1,5 N dan uranium 0,1 -4 %.

ABSTRACT

METHODS OF ANALYSIS RUTHENiUM DETERMINATION IN THE URANiUM EXTRACTION PROCESS FROM RUTHENIUM-URANIUM MIXTURE. Analytical method of ruthenium in a mixture of uranium-ruthenium has been developed by atomic absorption spectrofotometry. Optimum operating condition for ruthenium determination were: wavelength 349.9 nm, slit width 0.2 nm, burner height 13 mm, airflow 13.} l/minute and acetyleneflow 2.9 l/minute. The linear standard curvefor ruthenium was at about 2

-

20 Jlg/ml,with maximum ;'ormality ofniiric acids 1.5 N and uranium was 0.1 - 4 %.

PENDAHULUAN

U

ranium merupakan salah satu bahan bakar

reaktor daya clan reaktor riset. Dalam proses pembakarannya, akan dihasilkan hasil belah antara

lain rutenium (Ru) yakni IO3Ruclan 1O6Ru,yang

dapat menyerap neutron, sehingga reaksi berantai uranium dengan neutron akan berkurang.

Dalam rangka daur ulang uranium yang tercampur denganhasil belah seperti rutenium (Ru),

di lnstalasi Teknologi Proses, PPNY, telah

dilakukan proses simulasi pemungutan kembali uranium dalam campuran uranium-rutenium (I). Untuk mengetahui berapa besar kadar rutenium

yang terekstrak kedalam rasa organik

bersama-sama dengan U, diperlukan suatu metoda analisis penetapan rutenium yang dapat diandalkan baik kepekaan maupun ketelitiannya. Salah satu metoda yang dapat digunakan adalah metoda

spektrofotometri serapan atom (SAA) dengan

menggunakan nyaia, metoda ini sederhana clan cepat, serta mempunyai kepekaan yang cukup tinggi karena trekuensi radiasi yang diserap adalah karakteristik untuk.setiap unsur(2).

Penentuan Kadar rutenium dalam cuplikan campuran rutenium-uranium ditentukan dari rasa air yang mengandung uranium, sedangkan kadar rutenium yang berada dalam rasa organik hasil ekstraksi dapat ditentukan secara tidak langsung yaitu dengan cara menghitung pengurangan kadar rutenium dalam rasa air sebelum clansesudahproses ekstraksi dilakukan.

Pacta penelitian ini, dipelajari metoda

analisis penentuan rutenium dalam rasa air dengan adanya matriks dalam cuplikan seperti normalitas asam nitrat clan uranium. Hal ini mengingat di dalam proses ekstraksi pemungutan kembali uranium digunakan asam nitrat dengan normalitas

1

-

4 N, clan uranium yang digunakan sebagai umpan

adalah 200 g/l. Adanya matriks tersebut dapat mengganggu dalam penentuan rutenium, sehingga perlu dilakukan optimasi seberapa jauh gangguan matriks, baik norma!.itas asam nitrat, maupun uranium sebagai unsur mayor, meskipun dari

ekstraksi yang dilakukan yaitu dengan

menggunakan ekstraktan TBP-Dodekan 30 %

uranium akan masuk pacta rasa organik(3).

Penerapan metoda analisis dalam cuplikan

dilakukan dengan metoda kalibrasi standar yaitu d.enganmenginterpolasikan serapan yang diperoleh

76 Bllku II

Prositling Pertenuwn dall Presentasi IImiah PPNY-BATAN Yogyakarta 25-27 April 1995

dari cuplikan yang diukur pacta deret standar rutenium, sehingga akan diperoleh konsentrasi rutenium dalarn cuplikan.

TATAKERJA

Penetapan kadar rutenium di dalam rasa air

digunakan seperangkat alat spektrofotometer

serapan atom model AA-300 P, buatan Varian Techtron Australia. Peralatan lainnya adalah vial polietilen, labu takar, multipipet buatan Eppendorf, kombitip clan neraca analisis. Sedangkan bahan yang digunakan RuCb buatan Spec Industries, uranil nitrat heksa hidrat clan asam nitrat buatan Merck clan akuatrides buatan laboratorium Kimia Analisis clanUji Kualitas PPNY.

Optimasi Analisis

Optimasi analisis penetapan Ru digunakan larutan rutenium dengan konsentrasi 20 /lglml dalam media uranium: 0,1 % clan HNO3 0,1 N. Panjang gelombang yang dipakai untuk ruthenium 349,9 nm clanlebar celah 0,2 nm, arus lampu katoda rongga diatur pacta 1OIDA, clan laju alir larutan 4 ml/menit. Optimasi alat meliputi : perbandingan campuran oksidan (udara) dengan bahan bakar (asetilen), clantinggi pembakar.

Pengaruh asam nitrat

Dibuat deret larutan carnpuran yang terdiri dari Ru, HN03 clanakuatrides, sedemikian sehingga

konsentrasi Ru dalam masing-masing larutan

adalah tetap 20 /lglmI, sedangkan konsentrasi asam bervariasi mulai dari 0,0; 0,1; 0,5; 1,0; 1,5;2,0; 2,5;

3 clan 3,5 N. Masing-masing larutan diamati

serapannya pactapanjang gelombang Ru 349,9 nm. Pengaruh matriks uranium

Dibuat deret larutan campuran yang

masing-masing terdiri daTi Ru, U, HNO3 clan akuatrides, sedemikian rupa sehingga konsentrasi

Ru clan HNO3 dalam larutan campuran

masing-masing tetap 20 Jlg/ml clan 0, I N,

sedangkan konsentrasi U dalam larutan campuran bervariasi mulai dari 0,0; 0,1; 0,5; 1,0;2,0; 4,0; 6,0; 8,0; clan 1O%. Masing-masing larutan campuran diamati serapannya pacta panjang gelombang Ru 349,9 TIm.

Pembuatan deret standar Ru tanpa U

Dibuat deret larutan campuran yang

masing-masing terdiri dari Ru, HNo.3 .clan

akuatrides, sedemikian rupa sehingga konsen-trasi HNO3 dalam larutan campuran masing-masing tetap 0,1 N, sedangkan konsentrasi Ru dalam larutan campuran bervariasi mulai dari 2,5, 10, 15,

20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 clan 100 Jlglml.

Masing-masing larutan campuran diukur

serapannya pada panjang gelombang Ru 349,9 TIm. Pembuatan deret standar campuran Ru clan U

Cara kerja yang dilakukan sarna seperti pacta pembuatan deret standar Ru tanpa U deng.an

penambahan kon~entrasi U kedalam

masing-masing variasi konsentrasi Ru. Deret

standar campuran Ru clanU dibuat 4 macam dengan perbedaan konsentrasi U yaitu 0,1; 1,0;2,0 clan4 %. Pen era pan dalam cuplikan

Dibuat larutan campuran yang

masing-masing terdiri dad Ru, U, HNO3 clan akuatrides, sedemikian rupa sehingga konsentrasi HNO3 dalam larutan campuran masing-masing tetap 0, IN, konsentrasi uranium dalam larutan tetap 2 %, sedangkan konsentrasi Ru dalam larutan campuran bervariasi mulai dari 2, 4, 6, 8 clan 10 /lg/ml. Masing-masing larutan campuran diukur serapannya pactapanjang gelombang Ru 349,9 TIm.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Suhu pembakaran yang digunakan dalam penetapan suatuunsur sangat berpengaruh terhadap serapan unsur tersebut, bila terlalu rendah atau terlalu tinggi, serapan unsur akan rendah. Dalam optimasi nyala untuk analisis Ru, laju alir udara dibuat tetap yaitu 13,5.Vmenit clan laju alir bahan bakar asetilen divariasi untuk memperoleh serapan yang maksimum. Hasil pengukuran serapan Ru dengan konsentrasi Ru = 20 Jlglml dalam media U 0,1 % clan HNO3 0,1 N pacta berbagai laju alir asetilen ditampilkan pactagarnbar L

0.4 _D a r i g a m b 0.3 S e

;

0.2

!

I 0.1 I 0, t6 t8 ~ 3J 31

llil Iii, clplikll,I/muit

3.4 4.0 a r Ul d 2.2 2.4

Gambar 1. Serapan Ru 20 glm! dalam media U 0,1 % don HNO3 0,1 N pada variasi [aju alir asetilen p_e

roleh serapan rutenium maksimum adalah 0,360 diperoleh pactaperbandingan udara : asetilen = 13,5

: 2,9 l/menit, untuk analisis selanjutnya

Prosiding Pertenwan dull Presentasi /lmialz

PPNY-BATAN Yogyakarta 25-27 April /995 Bllku II 77

2,9 l/menit. Setelah diperoleh serapan Ru yang maksimum seperti yang telah dikemukakan di alas, garnbar 2 menarnpilkan serapan Ru pactaberbagai variasi tinggi pembakar, dengan serapan yang maksimum pada tinggi pembakar 12 mill. Dengan demikian untuk analisis Ru memakai AAS 300-P, parameter alat yang digunakan adalah sebagai berikut : panjang gelombang 349,9 nm, lebar celah 0,2 nm, arus lampu katoda rongga lOrnA, laju alir larutan 4 ml/menit, tinggi pembakar 12 mill, waktu pengamatan 2 detik, laju alir udara clan asetilen masing-masing 13,5 clan2,91/menit. Pe~aruh normalitasHNO3pactaanalisisRu 0.39 0.31 S .0.35 I

!

0.33 10.31 0.21 0.21 0.25 I 11 II 12 13 14 lillll,..lItll

Gambar 2. Serapan ruthenium 20 g/mJdalam media U 0,1 % don HNO3 0,1 N % pada berbagai variasi tinggi o.s5 s \0.315 I , I I 0.3 0.215 0,25 0,0 0,5 1,0 1.5 2,0 2,5 ."o,iltll

"".

lilrol, . 3,0 3.i 0.1

Gambar 3. Serapan ruthenium 20 g/mJpada vadasi HNO3.

diperlukan dalarn rangka mengantisipasi cuplikan yang akan dianalisis. Pacta proses pemungutan uranium dari bahan bakar bekas, .saat ekstraksi dipakaiHNO31-4 N. Padagarnbar3 menampilkan serapan Ru 20 ~g!ml dalam media U 0,1 % pacta berbagai variasi normalitas HNO3, mulai dari 0, I sampai 3,5 N, serapan Ru pacta normalitas asam

nitrat 0,1

-

1,5 N relatif sarna, tetapi mulai

normalitas 2 N terjadi pellum-nail serapan. Dengan

demikian analisis Ru dalam cuplikan yang

mem-punyai normalitas HNO31ebih besar dari 2 N perlu dilakukan pengenceran, sedapat mungkin mendekati 0,1 N, agar tidak menimbulkan korosif pacta peralatan AAS. Pembuatan kurva kalibrasi standar Ru, normalitas HNO3 yang digunakan adalah 0,1 N.

Gambar 4 menunjukan serapan Ru 20 ~g!ml akan naik dengan kenaikan konsentrasi U. Pacta

0.5 0,4 50.3 ! r

:

0.2 I I 0.1 0 0.0 1.0 2.0 4,0 1.0 S.O 10.0 (ollllll1li U, % 0,1 0,5

Gambar4. Serapan Ru 20 g/mJpada variasi konsentrasiU,konsentrasiHNO3 =O,IN

k'onsentrasi U 0,5 - 1 % diperoleh serapan

maksimum, tetapi akan sedikit turun pacta

konsentrasi di alas 1 %. Rutenium dengan tanpa adanya uranium mempunyai serapan yang lebih

rendah apabila dibandingkan dengan adanya

uranium, hal ini menurut pustaka 4 dikatakan bahwa pacta saat atomisasi, akan terjadi ionisasi parsial, sehingga atomisasi yang terjadi tidak sempurna, sedangkan dengan adanya uranium sebagai modifier, ionisasi parsial tidak terjadi sehingga atomisasi yang terjadi akan lebih baik, dengan demikian serapan yang dihasilkanjuga akan lebih baik dibanding tanpa adanya uranium.

Gambar 5 menampilkan kurva kalibrasi standar Ru dengan variasi U mulai tanpa adanya U sampai konsentrasi U = 4 %. Serapan Ru dengan

konsentrasi 2

-

20 ~g!mllinier clan naik cukup tinggi

dengan adanya U. Pacta kisaran konsentrasi tersebut, serapan Ru relatif sarna pacta berbagai variasi U. Dalam analisis Ru pactaproses simulasi pemisahan uranium-ruthenium yang dilakukan di lnstalasi Teknologi Proses, kadar Ru dalarn rasa air b.erada pacta kisaran konsentrasi tersebut di alas, begitu pula halnya untuk kisaran U dalarn rasa air

berada pactakisaran0,1

-

4 %.Mulai konsentrasi Ru

20

-

I00 ~g!ml, diperoleh kurva yang melengkung,

kisaran konsentrasi ini tidak dapat digunakan untuk

keperluan analisis, dengan demikian kisaran

konsentrasi Ru yang dapat digunakan untuk

keperluan analisis adalah 2

-

20 ~g!ml.

Dari basil-basil tersebut di alas yaitu

normalitas asam nitrat yang direkomendasikan maksimall,5N, konsentrasiUbisamulai0,1- 4 %,

dengan demikian metoda analisis ini dapat

digunakan untuk menunjang analisis ruthenium pacta simulasi proses pemungutan uranium dari

78 Buku II

Prosiding PertenUian don Presentasi llmialt PPNY-BATAN Yogyakarta 25-27 April 1995

Penerapan metoda analisis pacta cuplikan dilakukan dengan metoda kalibrasi standar yaitu dengan mengukur serapan cuplikan pacta kondisi

1 0.8 5

~

0.6 I

~

0.4 I O.l 0 l 15 lO 30 40 50 60 70 80 90 100 KollealrlSi RI19/ml

-II'I'U -+-U.O,I% -e-U'I% -+-u.!% """'U'4% 10

Gambar 5. Kurva stal/dar Ru pm!a berbagai kol/sentrasi Uranium'

optimal yang telah diperoleh, kemudian dengan mengintrapolasikan pada kurva kalibrasi standar tersebut akan diperoleh konsentrasi cuplikan yang diukur. Dari kurva standar yang telah dibuat diperoleh batas deteksi 0,89 I!g/ml dengan harga regresi (r) = 0,9992 daD persamaan regresinya adalah Y = 0,041 X +0,008. Kurvakalibrasi standar yang diperoleh mempunyai kesalahan dibawah 5 %, apabila dilakukan perhitungan kembali standar sebagai sampel, dengan demikian secara analisis kurva kalibrasi standar tersebut dapat digunakan untuk analisis. Kurva kalibrasi standar disajikan pacta gambar 6 sebagai berikut :

Normalitas asam nitrat dalam cuplikan masih cukup tinggi, mengingat dari proses ekstraksi

menggunakan asam nitrat dengan normalitas 1

-

4

0.5 0.45 0.4 5 0.35 ~ 0.3 ;w I O.l I 0.15 I 0.1 0.05 0 0 4 6 8 KOIslltnsiRu,19/ml 10

Gambar 6. Kurva kalibrasi standar Ru (U = 2

%, HNO3 = 0.1 N)

N, sedangkan normalitas as am nitrat yang

diperbolehkan maksimal 1,5 N (gambar 3),

sehingga perlu dilakukan perlakuan awal terhadap

cuplikan yaitu dengan cara penguapan

berulang-ulang sampai diperoleh normalitas asam

nitrat < 1,5N. Hasil analisis Ru dalam cuplikan rasa air hasil ekstraksi campuran Ru-U, disajikan pacta tabell sebagai berikut:

KESIMPULAN

Pacta pengukuran rutenium dengan metoda

Tabell. Kadar Ru dalam cuplikanrasa air hasil

ekstraksi campuran Ru-U.

spektrofotometri serapan atom, adanya asam nitrat

daD uranium akan 'mempengaruhi serapan

rutenium. Serapan maksimal rutenium diperoleh

pacta kondisi naormalitas asam nitrat 0, I

-

1,5 N daD

uranium 0,1

-

4 %. Kisaran konsentrasi Ru yang

linier untuk analisis pengukuran Ru dalam

campuran rutenium-uranium antara 2 - 20 I!g/ml

dalam media asam nitrat 0,1

-

1,5 N daDU 0,1

-

4

%. Analisis penetapan Ru dalam cuplikan rasa air hasil ekstraksi campuran rutenium-uranium dapat dilakukan dengan metoda nyala spektrofotometri serapan atom yaitu dengan metoda kalibrasi standar dengan diperoleh batas deteksi 0,89 I!g/ml.

UCAPAN TERIMA KASIH

Il

Penulis mengucapkan terimakasih kepada

Bapak Ir. R. Didiek Herhady yang telah

memberikan cuplikan campuran rutenium-uranium

hasH proses pemisahan simulasi hasil belah

uranium, sehingga dapat memacu mengembangkan metoda analisis Ru.

No. Cuplikan Kadar Ru :!:SD (g/ml)

1 8 :!: 0,048 2 4 :!: 0,021 3 4 :!: 0,018 4 6 :!: 0,012 5 6 :!: 0,012 6 8 :!: 0,044 7 6 :!: 0,027 8 6 :!: 0,054 9 8 :!: 0,032 10 8 :!: 0,021

Prosicling PertenUian clan Preselltasi Ilmialt

PPNY-BATAN Yogyakarta 15-17 April 1995 Bllkllll 79

DAFT AR PUST AKA

1. HERHADY, R.D., MASDUKI, B.

SANTOSO, K., Pengaruh keasaman clan konsentrasi pada ekstraksi uranium terhadap

faktor dekontaminasi zirkonium clan

rutenium, Kolokium Pertemuan clan

Presentasi Ilmiah Penelitian Dasar IImu

Pengetahuan clan Teknologi Nuklir,

Yogyakarta,1992.

2. PRICE, W.J., Spectrochemical Analysis by Atomic Absorption. John Wiley & Sons, New York, 1979.

3. MONTFORD, B., CRIBBS, S.C., The Determination of Ruthenium by Atomic Absorption Spectrophotometry, Analytica Chimica Acta 53, 1971, page 101-108.

4. ANON 1M, Flame Atomic Absorption Spectrometry: Analytical Methods, Varian Auatralia Ply. Ltd., 1989.

TANYA JAW AB

June

Pada konsentrasi 2 !lg/ml dan 20 Jlg/ml apakah metode tersebllttidak berlakll ? (kelinieran)

Supriyanto

Pada konsentrasi 2 !lglml clan 20 Jlglml diperoleh kurva yang melengkung sehingga untuk analisis tidak dapat digunakan.