ISSN0216-3128
178
Endang S., SabatSimbolon daDBangon Wasito
E"dang S., dkk.
IJ I
PuslitbangTeknologiMaju Batan, Yogyakarta.
&'
ABSTRAK PENGGUNAANTRlDODESlLAMIN PADA PROSESSOL-GELUNTUK PEMBUATANGEL UO3. Telah dilakukan pembuatan (Acid Deficiency Uranyl Nitrate) ADUN secara penguapandan secara ehtrahi menggunakantridodesilamin (TDA) dengan pelarut parafin. ADUN digunakan sebagai umpan pada pembuatangel UO3 denganmenambahHMT A dan Urea pada suhu 0-5 0 C pada perbandinganter~entll untuk mendapatkanhasil gel yang baik. Tujuan penelitian ini adalah untuk pengembanganmetode pembuatan umpan (ADUN) secara ehtrahi. PembuatanADUN cara ini akan menghasilkanADUN dengankonsentrasitinggi dan keasamanrendahsecaracepatdan mudah. Hasil ADUN tersebutditambah dengan campuran HMTA dan Urea pada perbandingan tertentu,selanjutnyadigunakan sebagai umpan pada prosesgelasi internal menggunakanparafin pada suhu 90-95 °C. Didapatkanhasil optimumgelasi padaperbandinganNOyU =1,5; kadar U sekitar 700g/1 danperbandinganHMTA 1.0-1,4. Pada kondisi tersebutdihasilkan gel berwarnakuning orange transparant,bulat tidakpecahsaarpencucian.
ABSTRACT THE USEOF TRlDODESlLAMINEON SOL-GELPROCESSFORMAKING UO3GEL. Making ADUN by evaporationand extraction method by using tridodesilamine(TDA) with parafin solvent were carried Ol/t. ADUN was usedas afeed in making UOl gel byaddingHMTA and Urea on temperature0 -5 °C with fIXed ratio in order to havea good gel result. Thepurpose ofthis researchwas to developa methodon making a f8ed (ADUN). Byextracting method,ADUN ~asfound in high concentration'andlow acidity in the high rate and easymadecomparedto evaporationmethod. ADUN found abovewas added to mixture HTMA and urea at thefIXed ratio and then it was used as a feeding in internal gelasi proceses using paraffin at temperature90-95 °C. It wasfound gelasi optimumresult at the comparisonNO/U = J.5 with concentration U 700 g/l with HMTA 1.0 -J. 4. At this condition gel wasfound transparantorangeyellow. rounded and was not breakon the washingperiod.
PENDAHULUAN D
alam teknologi nuklir, bahan bakar kernel uranium dioksida untuk bahan bakar Reaktor Temperatur Tingggi dapat dibuat dengan proses solgel secara internal gelasi maupun eksternal gelasi. Proses ini mempunyai beberapa tahapan yaitu pembuatan larutan sol uranil nitrat, butiran gel berbentuk bola, butiran oksida uranium dan terakhir pembuatan bahan bakar kernel uranium dioksida<'). Sol uranil nitrat adalah suspensi koloid dari ion uranil dalam larutan yang mengandung sedikit (kekurangan) nitrat yang disebut acid deficiency uranyl nitrate (ADUN). ADUN dapat dibuat dengan beberapa cara, diantaranya dengan ekstraksi pelarut cair-cair. Proses ini melibatkan satu atau lebih zat terlarut yang didistribusikan ke dalam dua rase yang tidak saling bercampur. Pada ektraksi pelarut, ion uranil bersifat polar diekstraksi ke rase organik yang bersifat non polar. Agar proses ekstraksi berlangsung baik, ion uranil harus diubah menjadi molekul non polar dalam bcntuk kompleks assosiasi ion Prosiding
Pertemuan
dan Presentasi Ilmiah Penelitian P3TM-BATAN Yogyakarta.
tidak bennuatan. Dengan demikian mudah diekstraksi ke rasa organik tersebut. Ekstraks.i pelarut di alas menggunakan senyawa amina tridodesilamin (TDA) sebagai ekstraktan dan parafin sebagai pengencer<2,J). Pada proses ini terjadi reaksi pembentukan senyawa kompleks antara asam nitrat (ion nitrat) dengan senyawa amina dalam rase organik, dimana senyawa amina organik(RJN) dapat membentuk kation organofil (RJNH+) dalam rase air, dengan persamaan reaksi berikut (J-4) R)N(OfB)+ HNO)
---R)N.HNO)(org)
2R)N.HNO)(org)
---(R)N.HNO)h
(1) (2)
(oi-s:i
Dengan melakukan ekstraksi berulangulang terhadap larutan uranil nitrat dengan TDA, maka yang tinggal di rase air adalah uranil nitrat yang kekurangan nitrat (ADUN). Fase air yang mengandung ADUN, terdiri alas uranil nitrat dan polimer monomer uranil hidroksil ( UO2(OH)+2), yang kemudian terhidrolisis membentuk polimer
Dasar IImu pengetahuan 7 -8 Agustus 2001
can I eKnologl
NUKllr
EndangS.,dkk.
ISSN 0216 -3128
kembali yaitu dimer, trimer daDseterusnya seperti reaksipadapersamaan(3-6) berikut: UO2+2+ OR- ++ UO2(OH)+2+ R+ ( monomer)
(3)
2U02+2+ 2H2O ~ U02(OH)2+2+ 2H+ (dimer)
(4)
3UO2+2+ 4H2O ++ "tUOz)3(OH)4+2 + 4H+ (trimer) (5) 3UO2+2+ 5H2O ++(UOz)3(OH)S++ 5H+ (trimer)
(6)
Penelitian ini mengacu pada proses KF A yaitu pembuatan kernel UOz yang didasarkan pada proses gelasi internal dari UOz(N°3)Z pada konsentrasi uranium tinggi kurang lebih 700 gll (3M) dengan adanya urea (5) .Endro Susilo dkk (6), memperoleh hasil optimum proses dengan kadar U 550 gll, perbandingan HMT A/U 2,1 dan Urea IV 2,0. dengan % keretakan 10 %. Tujuan penelitian ini adalah mengembangkan care pembuatan umpan (ADUN) dengan care mengekstraksi UOz(N°J)z menggunakan TDA sebagai ekstraktan. Dengan cara ekstraksi tersebut sol akan lebih mudah terhidrolisa pada saat gelasi (3). Peneliti sebelumnya(6),ADUN dibuat dengan care pemanasan larutan UOz(N°J)z sampai terbentuk kristal uranil nitrat hidrat, kemudian secara tiba-tiba ditambah ABM. Proses ini diulang sampai didapat kadar uranium maksimum dengan keasaman terendah yaitu sekitar 550 gil dengan keasaman 2,5 M. Kelemahan denitrasi secara pemanasan ini adalah waktunya terlalu lama dan sulit untuk mencapai kadar U tinggi dan keasaman rendah, karena setelah kadar U tinggi dan keasaman rendah terbentuk endapan uranil nitrat hidrat. Dalam penelitian sebelumnya, penulis telah mendapatkan kondisi optimum ekstraksi untuk denitrasi yaitu kadar uranium sebesar 100 gil, suhu ekstraksi 60- 70°C, perbandingan mol antara TDA / nitrat 0,75-0,8 dengan efisiensi pemisahan sebesar 77%. Gelasi adalah proses perubahan dari suatu rase cair/larutan menjadi rase gel. Bila larutan umpan sol UO2(NOJ2 (ADUN) dingin ditambah urea dan HMT A, lalu diteteskan ke dalam kolom parafin panas maka UO2(N°3h akan tergelasi menjadi butiran-butiran padat. HMTA bereaksi dengan asam nitrat dari larutan umpan UO2(N°3h secara lambat dan dihasilkan NH3, reaksinya dipercepat dengan adanya urea.yang sekaligus berguna untuk mencegah pengendapan. Adapun reaksinya adalah sbb(6): ( CHJ 6N4+ 6 H2O
6 HCHO + 4NH3
(7)
179
Dengan adanya reaksi (7) UOz(N°3h akan terhidrolisis menghasilkan senyawa UO)-NH)-HzO yang berupa gel. Reaksi hidrolisis dapat dimulai bila umpan berupa ADUN sedang HMT A dan Urea sebagai penerus supaya hidrolisa berlangsung terns menerus. Menurut Nickel dan Lloyd (7) ADUN yang dapat menghasilkan gel yang baik jika perbandingan N 0)- /U 1,5 -1,7 dan kadar U sekitar 3M (700 gil). Selama proses gelasi, selain acta proses hidrolisis juga terjadi proses pembentukan kristal. Oleh karena itu beberapa variabel yang penting untuk dipelajari adalah perbandingan NO)-/U, kadar U, perbandingan HMTA/U dan Urea/U. Reaksi gelasi berkisar antara 2-6 detik, hila ~aktu gelasi terlalu cepat «2 detik) diperoleh kristal yang besarbesar sehingga dalam pencucian menjadi pecah. Waktu gelasi yang lambat, dihasilkan kristal yang kecil-kecil (lebih sempuma ). Oleh karena itu komposisi umpan sangat penting dalam pembuatan gel karena akan menentukan reaksi hidrolisis dan terbentuk kristal yang sempuma. Dari (7) pacta perbandingan NO)/U>1,5 , reaksi hidrolisis tidak terjadi bahkan akan menaikkan waktu gelasi sehingga kristal yang terbentuk belum sempuma (kristal- besar) dan pacta pencucian dan pemanasan menjadi pecah. Waktu untuk pembentukan kristal sempuma berkurang dengan kenaikan HMT A/U karena pada perbandingan HMT A/U yang besar menyebabkan gelasinya lebih cepat dan akibatnya kristal yang terjadi kurang sempuma. Kristal yang belum sempuma menghasilkan butiran amorf yang lebih banyak, akibatnya saat pencucian maupun pemanasanmenjadi pecah.
TATAKERJA
Bahan untuk ekstraksi terdiri atas: Asam nitrat, uranil nitrat hasil pelarutan serbuk U)Os . TDA dan parafin. Bahan untuk gelasi terdiri dari HMT A, urea, NH4OH. Bahan untuk analisis uranium dan keasaman terdiri atas: asam suifat, asarn ni~_asam amido sulfamat. Barium diphenil sulfamat, feri khlorida, indikator phenol phatalien(PP), Kalium bikarbonat, Titanium trikhlorida dan bahan kimia yang lain.
Labu refluk leher tiga, gelas beker, pengaduk magnet, pemanas, corong pisah, kolom gelasi dan alai gelas yang lain.
Prosldlng Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltlan Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Nukllr P3TM-BATAN Yogyakarta, 7 -8 Agustus 2001
180 ~
EndangS.,dkk.
ISSN 0216 -3128
Cara kerja
1. PembuatanADUN denganpemanasan Larutan UO2(N°3)2 dipanaskan sampai kering, kemudian secara tiba-tiba dimasukkan ABM sampai larutan tersebut larut semua, cara ini dilakukan berulang-ulang sampai mendapatkan kadar U clan keasamantertentu.
2. PembuatanADUN denganekstraksi Sebanyak 250 ml larutan uranil nitrat dimasukkan ke dalam gelas piala 1000 mi. Larutan dipanaskan pada suhu 60 0 C clan diaduk. Kemudian 250 ml campuran ekstraktan TDAparafin ditambahkan clan diaduk selama 5-20 menit. Larutan campuran didiamkan sampai suhu larutan sarna dengan suhu ruangan. Larutan dipindah ke dalam corong pisah untuk memisahkan rase air clan organiknya. Untuk mendapatkan uranil nitrat dengan kadar nitrat rendah, rase aimya diekstraksi kembali seperti di atas .Setelah itu kadar uranium dan nitrat dianalisis dalam rase aimya secara titrasi. Ekstraksi ini dilakukan 2-3 X tergantung kadar U
yang diinginkan. Hasil ekstraksitersebutdipanaskan pada suhu 60-70 DC sampai larutan mulai terjadi endapan, kemu"dian ditambah ABM dan dipanasi lagi sampai diperoleh larutan ADUN dengan kadar tertentu.
3. PembuatangeL Larutan ADUN ditambah urea dan HMT A
pada perbandingan tertentu pada suhu 0-5°C kemudian diteteskan pada minyak parafin panas (suhu 900 C) hingga diperoleh gel yang berwama kuning. Gel kemudian dicuci dengan NH.OH 2,5 % dan dikeringkan di udara kemudian dilanjutkan dengan pengeringan dibawah lampu sampai kering. Adapun variabel yang diamati yaitu care pembuatan ADUN, perbandingan NO)/U, kadar U dan perbandingan HMTA/U
HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil penelitian ini disajikan dalam bentuk tabel yang meliputi tara pembuatan ADUN Tabcl 1.
(pemanasan,ekstraksi),perbandinganNO)/U, kadar U dan perbandingan HMTA/U. 1. Pembuatan ADUN dengan pemanasan Cara ini memerlukan waktu yang agak lama (beberapa hari), terutama setelah dicapai kadar> 400 gil U dengan keasaman 2M, karena jika keasaman diturunkan lagi < 2M maka kadar U turun secara drastis dibawah <200 gil, Sehingga hams dilakukan pemanasan yang lama (beberapa hari) dan dikontrol dengan penambahan ABM pacta kondisi tertentu supaya tidak terjadi endapan. Adapun endapan yang terjadi mungkin uranil nitrat hidrat berwarna kuning yang mempunyai kondisi keasaman dan konsentrasi tertentu ( kadar > 400 gil dengan keasaman< 2M). "
2. Pe",buatanAD UN denganekstraksi Digunakan umpan ekstraksi hasil dari pembuatan ADUN dengan cara pemanasan, tetapi umpan ekstraksi tersebut kadar U nya rendah (sekitar 100 g/l) sehingga tidak memerlukan waktu lama (mudah pembuatannya). Dengan mengekstraksi 1-2 kali sudah diperoleh ADUN kadar U kurang lebih 100 g/l dengan keasaman 0,10.,5 M, dilanjutkan dengan penguapan sampai volume tertentu untuk memperoleh ADUN yang dikehendaki. Cara tersebut di atas diperoleh hasil ADUN yang berwama kuning sangat jemih, kadar U tinggi dengan keas~an rendah secara cepat dan mudah. 3 Varia bel perbandingan NOjU Variabel ini dilakukan karena variabel ini merupakan syarat apakah reaksi hidrolisis dapat dimulai dan berjalan dengan sempuma atau tidak. Menirut (7) syarat tersebut, perbandingan NO)/U
1,5-1,7 bahkan pada perbandingan NO)/U 1,7 merupakan kondisi yang sangat ktitis, sehingga kami membuat variabel perbandingan NO)/U 1,51,7. Penelitian sebelumnya (Wardoyo dkk), kondisi optimum proses tersebut adalah kadar U 500 g/l; perbandingan NO)/U= 1,5-1,7; perbandingan Ureal U =2, HMTA/U 2,1.
Hasil gel pada variasi NOj/U pada kondisi umpan kadar U 500 g/l, perbandingan NOj/U= /,5: perbandingan HMTA 2,/ dan Urea =2
Bulat, gepeng 1,7
--
I Kuning oraru
I Bulat, gepeng I Bulat: gepeng
Lebih ban yak yg pecah
Prosldlng Pertemuan dan Presentasilimiah Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologl Nuklir P3TM-BATAN Yogyakarta. 7 -8 Agustus 2001
2 1:0
EndangS.,dkk
ISSN 0216 -3128
Dari Tabel 1 tidak terdapat perbandingan NOJ/U < 1,5 karena pacta keadaan tersebut tidak dapat dibuat
4. Variabel kadar U Variabel ini dilakukan karena kadar U merupakan unsur yang sangat penting setelah syarat
(mengendap). Pacta perbandingan
NOJ/U> 1,5 keadaangel semakin banyak yang
perbandingan NO]/U terpenuhi. Berikut data pengaruhkadar U terhadap hasil kernel pacta kondisi perbandingan NO]/U = 1,5 , HMT A /U 2,1 dan
pecah hal ini disebabkan bahwa reaksi hidrolisis antara uranil nitrat, MT A dan Urea pacta kondisi tersebut kurang sempuma sehingga proses pembentukan kristal juga kurang sempuma.
UreaIU =2.
Tabel2. PengaruhkadarU terhadaphasil kernel Kadar U g/l 350
WarDa gel
Bentuk gel
Kuning pucat
Bulat, gepeng
Pecahsaatdicuci
2
400
Kuning pucat
Bulat,gepeng
Pecahsaatdicuci
3
500
Kuning orange
Bulat,gepeng
Tidak pecahsaatdicuci
4
600
Kuning orange
Bulat,gepeng
Pecahsaatdicuci
5
700
Kuning orang
Bulat,gepeng
Pecahsaatdicuci
No
Keadaangel setelahdicuci daD di keringkan
5. Variabel HMTA/U
Dari Tabel 2 dapat disimpulkan bahwa pada kadar U kurang dari 500 g/l gel yang terbentuk berwama kuning pucat d_~ pecah. Hal ini menunjukkan bahwa pada kondisi tersebut reaksi pembentukan gel juga belum sempuma karena kadar U masih kurang sehingga kecepatan pembentukan kristalnya sangat lambat mengakibatkan gel berwama pucat. Pada kadar U 500 g/l sudah didapat gel yang tidak pecah meskipun masih gepeng. Pada kadar U > 500 g/l gel menjadi pecah disebabkan reakasi gelasi terlalu cepat sehingga terbentuk kecepatan pembentukan kristalnya terlalu cepat sehingga mudah pecah. Namun demikian dari (5) menganjurkan kadar U
Variabel ini dilakukan karena merupakan unsur pembentuk gel yang akan berpengaruh s~at terjadinya gel, berikut data pengaruh perbandingan HMT A/U terhadap basil kernel pacta kondisi umpan kadar U = 700 gll, perbandingan NO]/U = 1,5 ,perbandingan Urea mengikuti pacta perbandingan
HMTA. Dari Tabel 3 di atas dapat disimpulkan bahwa pada perbandinganHMTA/U antara 1-1,4 diperoleh hasil kernel yang baik (wama orange transparans), bulat, tidak sebegitugepengclantidak pecah saat pencucian. Hal ini disebabkan bahwa
yang digunakan sekitar 3M (700) g/l ) sehingga kadar U yang digunakan pada variabel berikutnya nanti adalah sekitar 700 g/l.
pada perbandingan HMTA/U tinggi, menaikkan
Tabel3. PengaruhperbandinganHMTA terhadaphasil kernel. No
HMT AI U
Warna gel
1,8
kuingmuda
1,6
kuning muda
I I
Bentuk gel!
Keadaan gel
Bulat, gepeng
Pecahsaatdicuci Pecahsaatdlcuci
Bulat,gepeng ---
3 4
1,4
1;2
Kuning orange
Bulat,agak
transparant
gepeng
Kuning orange
I
Tidak pecah saat dicuci
Bulat
Tidak pecahs~icuci
Bulat
Tidakpecahsaatdicuci
transparant 5
Kuning orange
Transparant 6 7
~
0,8
Kuning pucat Kuning pucat
Bulat,gepeng
Pecah saat dicuci
Bulat, gepeng
Pecah saat dicuci
Prosiding Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr P3TM-BATAN Yogyakarta, 7 -8 Agustus 2001
182
ISSN 0216-3128
terjadinga kecepatan gelasi sehingga terbentuk kristal besar daD mudah pecah saat dicuci. Pada penelitian sebelumnya (Wardoyo dkk) di gunakan kondisi optimum 500 gil dengan perbandingan HMTA/U optimum = 2,1 menghasilkan gel yang tidak pecah meskipun agak gepeng, hal ini disebabkan menggunakan kadar U yang lebih rendah yaitu 500 gil sehingga kecepatan gelasi
menjadimenurun.
KESIMPULAN Dari data tersebut dapat disimpulkan bahwa tridodesilamin dapat dipakai untuk mengurangi kandungan nitrat secara mudah clan cepat pada pembuatan umpan (ADUN) proses solgel untuk pembuatan gel UOJ. Hasil optimum gelasi pada perbandingan NOJ/U =1,5; kadar U sekitar 700 g/l clan perbandingan HMT A 1.0-1,4. Pada kondisi tersebut dihasilkan gel berwama kuning orange transparent, bulat tidak pecah saat pencucian
UCAPAN TERIMA KASIH Dengan terselesainya penelitian ini kami ucapkan kepada Hayati Sukmaeni siswa SMTI, Yogyakarta yang telah membantu bekerja dengan tekun, rajin dan teliti.
Entt:l!ng S., dkk.
7. Nickel, H"." Development Of coated Particles KF A Contributions Within The Frame Of The German High temperature reactor Fuel I,
Development Program", Kemforschungsanlage, Julich, FRG,(1977).
8. Endra Susila, "PembuatanKernel UO2 melalui ProsesH-KF A", Skipsi mahasiswa Fakultas Teknik Nuklir, Jurusan Teknik Nuklir , UGM, Yogyakarta,(1990). 9. Lloyd.. M.H. at.al," Crystal Habit And Phase Attribution Of U(VI) Oxides In A Gelation Process ", J. Inorg. Nucl. Chern. Vol. 38.pp.1141-1147,PergamonPress. Printed in GreatBritain , (1975).
TANYAJAWAB Moch. Setyadji -Penelitian yang serupa pengamatannya sampai pada sifat-sifat fisis kernel U3OS' Sementara saudara hnI!Y:! mcngaillnti gel yang terbentuk secaravisual. -Dikatakan bahwa penyebab retaknya gel yang terbentuk salah satunya karena reaksi di
sepanjanggelasitidak sempuma.Mengapatidak di coba untuk panjang kolom gelasi yang berbeda. -Sebaiknya pacta kesimpulan disebutkan pula untuk panjang kolom gelasi berapa.
DAFT AR PUSTAKA. Anonim -," Sol-gel process for ceramic Nuclear Fuel", Proceeding of Panel Series, IAEA. Viena.
Endang Susiantini -Penelitian selanjutnyaakansampaike sifatfisis.
Mc Bride. J.P ," Laboratori Studies of Sol-Gel
-Be/um
Processesat the Oak Ridge National
-Terimakasih, saya menggunakan k%m yang te/ah ada. '.
dibuat kulom ge/asi yang divariasi ge/asi
Laboratory ", ORNL- T -M, (1980). Moore.G. J," A Sol-Gel Process For Preparing ThO2- UO3 Sols From Nitrate
5. Solutions By Solvent Extraction With Amines", ORNL-4095.
Sukarsono
6. Charles,K.M at.al-;" Magnetic ResonanceAs A
-Ekstraksi untuk digunakan secara proses produksi ekstraksinya hams bisa diregenerasi. Bagaimana cara meregenerasiTDA ?
Structural Probe of a uranium (VI) Sol- Gel Process", Mat.Res.Soc.Symp.Proc.Vol.ISO
-Berapa kejenuhan U (g/l) menurut pustaka, kenapa dalam makalah bisa sampai 700 g/l.
Columbia. (1990).
Prosldlng Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir P3TM-BATAN Yogyakarta, 7 -8 Agustus 2001
EndangS.,dkk.
ISSN 0216 -3128
Endang Susiantini -Regenerasi menggunakanNa2CO3. sehingga TDAdopa! dipakai lagi
183
-Kejenuhan U rnenurut literatur belurn diketernukan,tetapi ado label Ksp UO2(OH) 2. Pada literatur KFA 508-RW rnenyatakanbahwa U berkadar700g/l.
Prosldlng Pertemuan dan Presentasl IImlah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi Nukllr P3TM-BATAN Yogyakarta, 7 -8 Agustus 2001
