PROSIDING SEMINAR NASIONAL PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR Pusat Teknologi Akslerator dan Proses Bahan Yogyakarta, 28 Agustus 2008
PENGARUH PERUBAHAN KADAR IIN03 DAN % VOLUME PELARUTAN U30S TERHADAP BASIL LARUTAN UOz(N03)Z UNTUK UMP AN GELASI EKTERNAL
IIN03/HzO
Indra Suryawan Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan
ABSTRAK PENGARUH PERUBAHAN KADAR HN03 DAN % VOLUME HNO:/H20 PELARUTAN U30B TERHADAP HASIL LARUTAN U02(N03h UNTUK UMPAN GELASI EKTERNAL. Telah dilakukan pembuatan larutan UOlN03h dari U30a terhadap perubahan kadar HN03 dan % volume HNO:IH20 untuk umpan gelasi ekternal. Variabel kadar HN03 adalah 5, 6, 7, 8, 9 dan 10 N. Variabel % volume HNO:IH20 adalah 50, 60, 70, 75, 80 dan 85 %. Dengan menggunakan HN03 8 N dihasilkan larutan U02(N03l2 dengan kadar U 451,97 g/l dan keasaman 2,87 N. Pada % volume HNO:/H20 75 % dihasilkan larutan U02(N03l2 dengan kadar U 457 g/l dan keasaman 2,98 N. Pada proses gelasi ektemal larutan U02(N03h yang dihasilkan dapat terbentuk butiran-butiran bola.
ABSTRACT THE INFLUENCE OF HN03 CONCENTRA TION AND % VOLUME HNO:/HzO OF SOLUBLE ON THE U02(N03h SOLUTION RESUL T FOR EXTERNAL GELA TION. The UOlN03h solution has been prepared from U30a on the HN03 concentration and % volume HNO:IH20 variables for external gelation feed. The variables HN03 concentration were 5, 6, 7, 8, 9 and 10 N. The variables % volume HNO:IH20 were 50, 60, 70, 75, 80 and 85 %. The HN03 8 N ware resulted U02(N03h solution with U concentration of 451.97 g/l and acid of 2.87 N. The % volume HNO:IH20 75 % were resulted U02(N03l2 solution with U concentration of 457 g/l and acid of 2.98 N. The extemal gelation process were shaped of microsphere use U02(N03h solutian result. U30B
PENDAHULUAN
S
ebagai dasar pembuatan uranium, bahan diperlukan larutan kernel uranil oksida nitrat [U02(N03hJ dengan kadar uranium dan tingkat keasaman tertentu sebagai urn pan proses gelasi. Penelitian ini bertujuan untuk menentukan kadar asam nitrat dan % volume HNOiH20 dalam proses larutan pelarutan serbuk U30g dan menghasilkan uranil nitrat yang memenuhi spesifikasi untuk umpan gelasi. Larutan U02(N03h dibuat dengan melarutkan serb uk U30g ke dalam asam nitrat sambil diaduk dan dipanaskan pada suhu didih larutan. Uranium akan bereaksi dengan asam nitrat membentuk uranil nitrat. Sifat fisis, kimia dan kualitas kernel UOz yang dibuat dari be be rap a tahapan proses sangat tergantung dari bahan baku larutan uranil nitrat sebagai senyawa induk. Proses
InorQ SuryCJwan
yang dilakukan pada pembuatan umpan uranil nitrat dari serbuk U30g adalah proses pelarutan dan penguapan yang menghasilkan gas NOz yang toksis sehingga diperlukan pengamanan yang memadai bagi penelitinya. Dalam proses pelarutan oksida uranium, variabel yang berpengaruh adalah jenis padatan uranium, temperatur, kadar uranium, kemurnian asam nitrat dan kecepatan pengadukan. Reaksinya dalam pelarutan pembuatan uranil nitrat sebagai berikut : U30g + 8HN03 ~ 3U02(N03)2 + 2N02 + 4H20
(1)
Larutan uranil nitrat (UOZ(N03h) yang dihasilkan berwarna kuning, pad a volume yang sarna makin tinggi kadar uraniumnya beratnya makin besar, jika kondisi jenuh pada suhu kamar larutan akan mengkristal. Asam nitrat digunakan
ISSN 1410 - 8178
259
PRO SIDING SEMINAR NASIONAL PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR Pusat Teknologi Akselerator don Proses Bahan Yogyakarta, 28 Agustus 2008 sebagai pelarut karena mempunyai keunggulan seperti dapat melarutkan uranium dengan efisiensi yang tinggi dibandingkan dengan asam sulfat. Larutan uranil nitrat yang diperoleh dari pelarutan di atas perlu diketahui kadar uranium serta keasaman dan nitrat totalnya. Penentuan kadar uranium dalam larutan dilakukan dengan oksidasimetri menggunakan oksidator KZCrZ07, reduktor TiCIJ dalam medium eampuran amido sulfonat I M, NazCOJ I M dan HZS04 I M. Indikator yang digunakan adalah barium pheniI sulfamat dan katalisator yang digunakan adalah FeCIJ. Titik ekivalen ditentukan dari perubahan warna indikator dari biru menjadi ungu atau potensiografl). perubahan pena pada puneak Metode titrasimetri kadar uranium dalam larutan uranil nitrat dianalisa oksidasimetri modifikasi dioksidasi dengan kalium reaksinya sebagai berikut,
yaitu menggunakan titan, uranium (IV) bikarbonat. Persamaan
3U'" + Cr20r2 + 2H+ --+ 3U02+2 + 2Cr+3+ H20
larutan
(3)
U03.3(C2H30H)n
Untuk mendapatkan gel berbentuk bola, sol diteteskan ke dalam medium amonium
hidroksida pada suhu kamarz.J). Sol bereaksi dengan NHJ dan membentuk butiran gel. Reaksi pada proses gelasi sebagai berikut : [(U03)(C2H30H)n]
+
4
[(U03).3(C2H20H)n].3(NH3)]
NH40H + H20
butiran gel (4)
Cara kerja : Pelarutan dengan variabel (HNO))
kadar
asam nitrat
a.
Serbuk UJOg ditimbang 100 g, larutan HNOJ 13,5 N sebagai pelarut dibuat kadarnya 5 N. b. Lakukan pelarutan serbuk UJOg dengan eara yang sarna dengan menggunakan kadar HNOJ 6, 7,8,9 dan 10 N. e. Larutan dipanaskan pada suhu 80°C dan diaduk. d. Pelarutan dengan variable % volume HNOiHzO e.
f.
Asam nitrat kadar 13,5 N sebanyak 400 ml dieneerkan dengan HzO sampai diperoleh perbandingan (% volume) 50 %, selanjutnya digunakan untuk melarutkan 100 g serbuk UJOg sampai dihasilkan larutan UOz(NOJh. Dengan eara sarna dilakukan pelarutan UJOg menggunkan % volume HNOiHzO 60, 70, 75, 80 dan 85 %.
g. Analisis kadar uranium dan tingkat keasaman dalam larutan UOz{NOJh yang dihasilkan dengan eara : h. Untuk analisis kadar uranium, dititrasi dengan larutan KZCrZ07 0, I N sampai dieapai titik ekivalen. i. Untuk analiasa tingkat keasaman, dititrasi dengan larutan NaOH 0, I N sampai dieapai titik ekivalen. j.
Kadar uranium dapat dihitung dengan rumus : U =
Vk .Nk .119 Vs
Dengan : U = Kadar uranium (g/I) 119 = Berat ekivalen (BE) dari uranium = 238/2 Vk = Volume KzCrz07yang digunakan Nk = Normalitas KZCrZ07 yang digunakan Vs = Volume sampel yang digunakan k. Asam bebas larutan UOz(NOJh dihitung dengan persamaan, A
=
N(V - Vb) Vs
A = Tingkat keasaman (mol/I) V = Volume titrasi untuk euplikan Vb = Volume titrasi untuk blanko
TAT A KERJA Bahan yang digunakan Serbuk UJOg, HNOJ 13,5 N, HzO, NaOH, phenol ptealin (PP), katalisator FeCIJ, KZCrZ07, HZS04, asam amino sulfonat (HzN40JH), reduktor TiCIJ, Polivinil alkohol, NH40H, Span-80
260
Buret, erlenmeyer, labu takar, gelas ukur, gelas piala, mikro pipet, neraea metler, termometer, eawan porselin, kertas saring, magnetik stirer, lemari asam.
(2)
Sedangkan keasaman (nitrat total) dalam larutan uranium nitrat ditentukan dengan metode netralisasi yaitu ion uranil dalam larutan dikomplekskan dengan ion oksalat sehingga melepaskan ion NOJ·. Selanjutnya ion nitrat total yang terdapat dalam larutan dinetralkan dengan NaOH menggunakan indikator phenolphtalin (pp) atau indikator perubahan pena pada puneak potensiograf. Larutan uranil nitrat selanjutnya digunakan untuk umpan sol dengan proses peptisasi yaitu netralsasi mengunakan NH40H dan membuat larutan mempunyai viskositas tertentu menambahkan aditif polivinil alcohol. Reaksi yang terjadi pada proses sol : U03 + 3(C2H30H)n ~ so
Alat yang digunakan
N = Normalitas larutan KZCrZ07 dan NaOH Vs = Volume Cuplikan
ISSN 1410 - 8178
Indra Suryawan
PRO SIDING SEMINAR NASIONAL PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR Pusat Teknologi Akslerator dan Proses Bahan Yogyakarta, 28 Agustus 2008
,-~-t ..rau--
Larutan UnmD
.tUdf.k
""'1
••_T~Irna••l
Laru13n sol Butiran bola uranium
Proses gelasi Gambar
1. Proses pelarutan serbuk U30g menjadi larutan uranil nitrat [U02(N03hJ lamtan sol sampai membentuk butiran-butiran bola.
dan digunakan
untuk
Tabel 1. Hubungan kadar pelarut HN03 terhadap kadar uranium dan keasaman larutan U02(N03h. Spesifikasi umpan sol N() 33 NU02(N03h 2,70 Kadar U dalam larutan 473,02 3,44 451,97 362,78 290,32 2,87 2,51 211,60 510,74 4,67 2,33larutan pH U02(N03h gJml g/I, (>)> 400 400 g/l, gJl, y+H+ It U+ ~ 400 g/IgJl, danH+ ::; 3 Kadar HN03 larutan U02(N03h :
Keterangan
: U+ = Kadar uranium, H+ = Keasaman
% volume HN03/H20 terhadap kadar uranium dan keasaman lamtan U02(N03hSpesifikasi umpan sol lamtan U02(N03h: Kadar 235 U dalam Keasaman 393 482 510 176 2,28 2,34 5,70 2,70 2,98 3,34 U > 250 g/I, H+ 33U02(N03h N Larutan N Larutan <457 400 400 U02(N03h g/l, gJl, y+ >
Indra Suryawan
ISSN 1410 - 8178
261
PRO SIDING SEMINAR NASIONAL PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR Pusat Teknologi Akselerator don ProsesBahan Vogyakarta,
28 Agustus 2008
HASIL DAN PEMBAHASAN Dalam penelitian ini telah dilakukan percobaan dengan variabel perubahan kadar asam nitrat dan % volume HN03/H20 untuk melarutkan masing-masing 100 g serbuk U30g• Larutan uranil nitrat [U02(N03h] yang dihasilkan digunakan bahan baku pembuatan kernel. Larutan U02(N03h] yang dihasilkan setelah menjadi sol pada proses gelasi membentuk butiran-butiran bola, kemudian setelah dilakukan pemanasan bentuk butiran tetap stabil. Hasil pelarutan serbuk U30g yang telah dilakukan dengan perubahan kadar asam nitrat (HN03) dan % volume HNOiH20 terhadap kadar uranium dan tingkat keasaman hasil larutan U02(N03h seperti ditunjukkan pada Tabel I dan 2. Perubahan kadar pelarut asam nitrat untuk melarutkan masing-masing 100 g serbuk U30g memberikan perubahan kadar uranium dan tingkat keasaman (asam bebas) larutan UOiN03h yang dihasilkan. Larutan UOiN03h untuk bahan baku pembuatan butiran bola yang sudah dilakukan dan berbentuk bulat adalah dengan kadar uranium minimum 400 gli dengan asam bebas lebih kecil 3 N. Umpan larutan U02(N03h pada kondisi tersebut setelah dilakukan proses sol dengan aditif polivinil alkohol, pada proses gelasi ektemal butiran yang terbentuk bulat dan bila dipanaskan pada suhu tinggi bentuknya tetap stabil (tidak pecah). Proses pelarutan serbuk U30g menggunakan larutan HN03 kadar 5 N dihasilkan larutan U02(N03h dengan kadar 211,60 g U/I dan keasaman 2,33 N. Hasillarutan U02(N03h tersebut jika digunakan pembuatan larutan sol dan dilakukan gelasi butiran-butiran yang terbentuk tidak bulat seperti bola tetapi berupa gum pal an-gum pal an (agromerat) seperti ditunjukkan Gambar 2.
dihasilkan kadarnya 290,32 g U/I dan keasaman 2,51 N, hasil pelarutan tersebut belum mencapai standar spesifikasi seperti ditunjukkan dalam Tabel I. Hal tersebut terjadi karena asam nitrat sebagai pelarut jumlahnya belum cukup untuk melarutakan serbuk U30g secara sempurna. Demikian juga untuk pelarutan menggunakan kadar HN03 7 N larutan uranil nitrat yang dihasilkan kadar uraniumnya masih dibawah 400 gll. Larutan dengan asam bebas rendah karena kadar air yang terakumulasi tinggi sehingga menurunkan tingkat keasaman, sedangkan senyawa nitrat yang ada telah bereaksi sebagian dengan serbuk U30g sehingga sebagian serbuk yang tidak larut akan membentuk endapan .. U30g menggunakan Pelarutan serbuk larutan HN03 kadar 8 N, larutan U02(N03h yang dihasilkan kadarnya 451,32 g U/I dan keasaman 2,87 N, larutan U02(N03h pada kondisi tersebut memenuhi spesifikasi untuk digunakan membuat larutan sol. Dengan menggunakan larutan uranil nitrat yang mempunyai kadar uranium ~ 400 gI1 dan keasaman ::; 3 N untuk pembuatan larutan sol pada proses gelasi butiran-butiran yang dihasilkan bulat dan setelah dikeringkan bentuknya tetap stabil seperti ditunjukkan Gambar 3.
Gambar 3. Bentuk butiran-butiran bola hasil proses gelasi yang dibuat menggunakan larutan U02(N03h kadar uranium 451,97 gll dengan keasaman 2,87 N
Gambar
2. Bentuk butiran hasil proses gelasi yang dibuat mengunakan larutan U02(N03h kadar 211,60 g U/I dan keasaman 2,33
N. larutan 262
Pelarutan serb uk U30g menggunakan HN03 kadar 6 N, larutan U02(N03h yang
Pelarutan menggunakan HN03 9 N dihasilkan larutan U02(N03h dengan kadar uranium 473,02 gli dan keasaman 3,44 N, semakin besar kadar pelarut efisiensi makin tinggi sehingga kadar uranium dalam uranil nitrat makin besar, tetapi sisa asam yang tidak bereaksi basih banyak. Akibat dari tingginya kadar asam pelarut sisa asam (asam bebas) dalam larutan U02(N03h yang dihasilkan juga tinggi. Jika larutan U02(N03h dengan as am bebas tinggi digunakan untuk membuat larutan sol, kemudian diteteskan dalam kolom gelasi butiran bulat tidak terbentuk karena
ISSN 1410 - 8178
Indra Suryawan
PENELITIAN
PROSIDING SEMINAR NASIONAL DAN PENGELOLAAN PERANGKAT
NUKLIR
Pusot Teknologi Akslerotor don Proses Bahan Yogyakarta, 28 Agustus 2008
spesifikasi sebagai "Acid Deficien Uranil Nitrate" tidak terpenuhi. Pelarutan serbuk U30g dengan perubahan % volume HNOiHzO, larutan UOZ(N03h yang dihasilkan ditunjukkan dalam Tabel 2. Pelarutan Dengan % volume HN03/HzO 50 % diperoleh larutan uranil nitrat dengan kadar uranium 176 gll dan keasaman 2,28 N. Larutan UOZ(N03)z yang dihasilkan jika digunakan umpan gelasi untuk pembuatan butiran bola, bentuknya tidak bulat seperti bola tetapi berupa gumpalan-gumpalan (agromerat Hal tersebut terjadi karena asam nitrat sebagai pelarut utama jumlahnya belum cukup untuk melarutakan serbuk U30g secara sempurna. Sehingga larutan UOZ(N03h yang dihasilkan kadar uraniumnya kurang dari 400 gll dengan asam bebas lebih kecil 3 N karena kadar air yang terakumulasi tinggi sehingga menurunkan tingkat keasaman. Pelarutan dengan % volume HNOiHzO 60 dan 70 % larutan UOz(N03h yang dihasilkan kadar uranium dalam larutan 235 dan 393 gll dengan keasaman 2,34 N dan 2,70, menunjukkan kadar uranium makin tinggi sedangkan keasaman lebih kecil 3 tetapi pada proses gelasi butiran bola yang terbentuk tidak bulat. Pada % volume HNOiHzO 75 % dihasilkan larutan UOZ(N03h dengan kadar uranium 457 gll dan keasaman 2,98 N, larutan pada kondisi tersebut jika digunakan umpan pada proses gelasi akan terbentuk butiran-butiran bola dan tetap stabil setelah dilakukan pemanasan sampai 750°C. Pelarutan dengan % volume HN03/HzO 80 % dihasilkan larutan UOz(N03h dengan kadar uranium yang lebih tinggi tetapi keasamannya lebih besar dari 3 N, jika digunakan sebagai umpan gelasi butiran bola dapat terbentuk, tetapi mudah pecah waktu pengeringan atau pemanasan. KESIMPULAN Telah dilakukan pelarutan dengan perubahan kadar pelarut HN03 dan % volume HNOiHzO untuk melarutkan masing-masing 100 g
Indra Suryawan
serbuk U30g menjadi larutan uranil nitrat [UOZ(N03hJ sampai diperoleh kadar uranium ~ 400 gll dengan asam bebas $; 3 N sesuai dengan spesifikasi untuk umpan gelasi ekternaI. Dari penelitian yang telah dilakukan pada kadar HN03 8 N dihasilkan larutan UOZ(N03h dengan kadar U 451,97 gll dan keasaman 2,87 N. Untuk % volume HNOiHi) pada persentase 75 % dihasilkan larutan UOz(N03h dengan kadar U 457 gll dan keasaman 2,987N. Larutan UOZ(N03h yang dihasilkan tersebut pada proses gelasi dapat membentuk butiranbutiran bola dan tetap stabil setelah dilakukan pemanasan. DAFT AR PUST AKA 1. LONG, J.T, "Engineering For Nuclear Fuel Reprocessing", 1978. 2. TURNER, C.W, "Coloid chemistry and Aplication to the Production of Recycled Fuel by Sol-Gel Process", AECL-8062, Ontario 1986. 3. URBANEK, V, "Preparation of Spherical particles by Sol-Gel Czechoslovakia, 1977.
UOz Dense Technique",
TANYA JAWAB Sri Sukmajaya ~ Sudah dicoba penggunaan HCl dalam pelarutan U30g, sebab bisa mendukung reduksi TiCh ~ Apa kelebihan binder PV A ?
Indra Suryawan ~ HCl tidak dapat melarutkan serbuk V30li ~ Kelebihan binder PVA adalah dapat menghasilkan butiran va} dengan e 300 - 500 J.Dn
ISSN 1410 - 8178
263
