KE DAFTAR ISI I~'fflun MT., dkk.
-
ISSN 0216 - 3128
PEMADATAN ENDAPAN CaC03 LEMPUNG UNTUK MENJAMIN LINGKUNGAN
69
MENGGUNAKAN KESELAMA TAN
Isman MT., Sukosrono Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan
ABSTRAK PEMADATAN ENDAPAN CuCOJ MENGGUNAKAN LEMPUNG UNTUKMENJAMIN KESELAMATAN LlNGKUNGAN. Telah dilakukan penelitian pemadatan endapan CaCOJ hasil pengolahan secara kimia limbah radioaktif cair menggunakan bahan lempung. Tujuan penelitian adalah untuk menyiapkan monolit keramik yang bisa berfungsi sebagai isolatorlbahan pengkondisi radionuklida sehingga mobilitas radionuk/ida ke lingkungan bisa dihambat. Peneltian dilakukan dengan cara mencampllr endapan CaCOJ dengan lempllng dan air, kemudian dipanaskan sampai terbentuk monolit keramik. Variabel yang diteliti adalah jumlah endapan CaCO), suhu pemanasan. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa jumlah endapan yang dapat ditambahkan dalam monolit keramik sebesar 20 % pada sllhu pemanasan 1000
ABSTRACT THE IMMOBILIZATION SLUDGE CuCOJ USED CERAMIC TO GUARANTING ENVrRONMENTAL SAFETY. The investigation of the immobilization sludge CaCOJ which was resulted from the cemical treatment radioactive wastes used ceramic to guaranting the environmental safety has been done. The aim of this research is to prepare monolith ceramic as the conditioning of the radionuclides so the its mobilization to environmental can be retarded. The process was done by mixing sludge CaCOJ with clay and water, then heated it up to form the ceramic monolith. The investigated variables were concentration of the sludge and heating temperature. The result showed that the amount of sludge that can be added into the ceramic monolith is 20 % at the heating temperatllre of /200
PENDAHULUAN Pengolahan adalah usahalimbah untuk memisahkan radioaktif pada zat radioaktif dasamya dari dalam Iimbah dan kemudian mengungkungnya agar tidak tersebar dan membahayakan manusia serta lingkungannya. Pengungkungan/pemadatan limbah dilakukan dengan mengkonversi limbah menjadi bentuk padatan yang mono lit dengan menggunakan bahan pemadat tertentu. Oi dalam blok monolit ini, adanya zat radioaktif menjadi sulit terlepas/tersebar baik selama penyimpanan sementara, pengangkutan ataupun penyimpanan akhir.(I,2) Limbah radioaktif cair dapat diolah dengan cara proses pengolahan kimia, pertukaran ion, dan proses evaporasi. Ketiga proses ini diterapkan
secara terpisah atau gabungan diantaranya. Air Iimbah yang mengandung kontamianan radionuklida dengan konsentrasi yang rendah tidak dapat diendapkan langsung dengan pengolahan kimia, sehingga memerlukan bahan pengemban untuk proses pengendapannya.(3.4) Proses soda kapur banyak diterapkan dalam proses pelunakan air untuk menghilangkan kesadahan air (baik untuk kesadahan . perman en maupun kesadahan sementara), dapat juga diterapkan untuk pengolahan Iimbah radioaktif tingkat rendah yang mengandung nuklida Sr. Metoda yang digunakan adalah dengan penambahan Ca(OHh dan Na2C03 untuk mengendapkan karbonat kemudian diikuti dengan pengaturan pH. Reaksi-reaksi yang terjadi pada proses soda kapur adalah sebagai berikut :
Prosiding PPI - POIPTN 2006 Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta, 10 Jul! 2006
70 Na2S04 2H2O H2O + Mg(OH)2 Na2C03 ~ + (2) CaC03 + Ca(OH)2 (4) 2CaS04 (3) ~~ J.. 22 CaC03 Mg(OH)2J.. CaC03 (I)
3128 Isman 0216 Mr.,- dkk. t ISSN
J..
Dengan proses ini, hidroksida dan bikarbonat dari logam berat akan mengendap, sedangkan strontium karbonat mengendap bersama-sama dengan kalsium karbon at (CaC03) dalam bentuk kristal campuran. Untuk radionuklida 241Am dalam Iimbah cair yang diolah dengan cara ini, akan diperoleh efesiensi sebesar (99.2 + 0,63) % yang dikerjakan pada pH = 10. (3,5) Endapan CaC03 yang terjadi selanjutnya dipisahkan dari beningan untuk dilakukan proses pemadatan. Proses pemadatan ini dimaksudkan untuk merubah bentuk fisik Iimbah radioaktif menjadi bentuk padatan yang monolit (satu kesatuan), untuk mengurangi kemampuan pindah atau dispersi radionuklida keluar dari limbah karena proses alamiah selama penyimpanan, pengangkutan dan penyimpanan akhir. Tujuan dari proses ini agar radionuklida yang ada dalam Iimbah tidak larut atau terekstrak kembali oleh air dan tidak menyebar ke lingkungan. Untuk memadatkan endapan dibutuhkan media yang mempunyai sifat-sifat sebagai berikut:
I, Mudah
digunakan
2. Tidak korosifterhadap
kontainer
3. Tidak ada cairan bebas 4. Mempunyai sifat fisis yang stabil 5. Harganya murah 6. Tahan terhadap radiasi 7. Mempunyai kecepatan pel indian yang kecil Keramik yang dibuat menggunakan bahan dasar dari campuran mineral lokal lempung, feldspar dan pasir, akan memiliki sifat-sifat sebagai media pengungkung Iimbah radioaktif. Tujuan penelitian ini adalah untuk menyiapkan suatu mono lit keramik yang bisa berfungsi sebagai isolatorlbahan pengkondisi radionuklida yang ada dalam endapan kimia sehingga mobilitas radionuklida ke lingkungan bisa dihambat dan potensi bahayanya bagi Iingkungan bisa diminimalisasi/ditanggulangi sampai ba:as am an bagi lingkungan yang mengacu pada besamya harga konsentrasi tertinggi yang diijinkan (KTD). (6.7.8)
TATAKERJA Bahan Endapan CaC03 (hasil proses pengendapan/ presipitasi) berasal dari bahan kimia Na2C03 dan CaCl2.Selanjutnya endapan dicampur dengan lempung dan air untuk membentuk mono lit keramik.
Alat Endapan hasil proses koagulasi & tlokulasi dicampur dengan lempung dan air dicetak menjadi bahan monolit keramik kemudian dipanaskan pada tungku bakar (furnace) Monolit keramik yang terjadi diuji kualitasnya memakai alat uji tekan Paul Weber.
Cara Kerja Untuk melakukan pemadatan endapan hasil pengolahan kimia, mula-mula lempung dihancurkan sampai didapatkan ukuran 100 sampai dengan 200 mesh. Lempung yang sudah dikarakterisasi di Laboratorium Balai Keramik Bandung, dihaluskan selanjutnya dimasukkan ke dalam gelas beker, kemudian ditambahkan endapan hasil pengolahan kimia, air dan diaduk sampai terbentuk adonan yang homogen. Adonan yang terjadi kemudian dieetak dalam bentuk silender dengan ukuran tinggi 2,5 em, diameter 2,46 em dengan diberi tekanan sebesar 20 N/mm2. Hasil cetakan yang terjadi kemudian dikeringkan pada suhu kamar sampai beratnya stabil. Hasil eetakan yang telah kering kemudian dipanaskan. Blok mono lit yang terjadi setelah dingin diamati bentuknya seeara visual, kemudian dilakukan uji kuat tekan dan uji kemampuan serap terhadap air. Uji kuat tekan dilakukan menggunakan Alat Uji Tekan Paul Weber dan besamya kuat tekan dihitung sesuai persamaan 5. (5) P = besamya kuat tekan
F = besamya gaya tekan (Newton) A
= luas permukaan benda uji (mm2)
Prosiding PPI - PDIPTN 2005 Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta, 10 Juli 2006
ISSN 0216-3128
Ismun MT., dkk.
7/
bahwa suhu pemanasan dan kandungan endapan berpengaruh terhadap berat jenis mono lit keramik. Perubahan ini akibat dari adanya reaksi dehidrasi air higroskopis ataupun air terhidrat, yang diikuti terjadinya reaksi dekomposisi sesuai dengan reaksi
Uji kemampuan serap air dilakukan dengan cara merendam mono lit ke dalam aquades selama 24 jam, selanjutnya kemampuan serap monolit terhadap air dihitung sesuai dengan persamaan 6.
6,7,8,9.
(6) W = kemampuan serap (%)
-.-
1000aC
___
1150·C
___
1200°C
W/= berat mono lit setelah menyerap air (gram) Wo
= berat monolit sebelum menyerap air (gram)
HASIL DAN PEMBAHASAN 1,6
Kualitas mono lit keramik yang telah digunakan untuk mengikat endapan CaC03 dapat dilihat pada Gambar I, 2, 3. Perubahan berat jenis monolit keramik sebagai akibat adanya kandungan endapan CaC03 dapat dilihat pada Gambar I. Adanya perubahan berat jenis ini, dapat dipakai sebagai salah satu indikator terjadinya reaksi kimiafisika dalam keramik. Dari Gambar 1 tampak
+ tridimit 23A1203.2Si02 (Ah03.Si02) /'450 0(. _600 0(' (kristobalit) 2Si02 H2O 2Ah03.3Si02 (6) Ah03.2Si02 Ah03.2Si02.2H20 (7) (8) (9) /:1100°(: /:1400°(: /:925 0(:
10
o Jumah _opan
Gambar
15
20
CaCO" (%)
1. Pengaruh jumlah endapan CaC03terhadap berat jenis monolit keramik yang dihasilkan pad a berbagai macam suhu emanasan
)
2 (Ah03.2Si02)
Titik lebur karbonat 590°C, sehingga adanya karbonat dalam monolit keramik yang telah dipanaskan pada suhu 950°C akan melebur dan selanjutnya akan mengalami dekomposisi mengahasilkan CO2. Dengan terjadinya dekomposisi senyawa karbon at maka akan mengakibatkan terjadinya penurunan be rat monolit. Setelah terjadi endapan CaC03, pada pemanasan yang selanjutnya maka akan terjadi juga peleburan penyusun keramik. Dengan terjadinya proses peleburan ini, maka ruangruang kosonglpori-pori sudah mulai merapat, sehingga akan terjadi perubahan bentuk dan ukuran pori-pori. Komponen yang melebur ini akan menutup dan mengisi pori-pori yang ada, akibatnya monolit yang terjadi menjadi mampat dan beratjenis yang dihasilkan menjadi besar. Dari hasil uji regresikorelasi menunjukkan bahwa berat jenis mono lit yang dihasilkan dipengaruhi oleh jumlah endapan yang diimobilisasi dan suhu proses pemanasan. Sesamya berat jenis monolit berbanding lurus terhadap suhu pemanasan dan berbanding terbalik terhadap jumlah endapan yang dipadatkan. Hasil uji
difraksi sinar X pada monolit dengan suhu pemanasan 1000 °c (yang dilakukan di Sillai Keramik Sandung) menunjukkan bahwa mineral yang ada dalam blok mono lit adalah feldspar, kuarsa alpha, hematite. Hal ini menandakan bahwa sudah terjadi reaksi peruraian dari lempung dan peleburan yang terjadi adalah akibat dari melebumya endapan yang ditambahkan. Pada proses pemanasan pada suhu 1200 °c sudah terjadi pelelehan dari monolit keramik yang dipanaskan. Kemampuan serap mono lit keramik terhadap air dapat dijadikan indikator terhadap kualitas mono lit yang dihasilkan dan dapat juga dipakai sebagai indikator terhadap proses vitrifikasi yang terjad i. Menurut Widad Saraba, jika kemampuan serap monolit keramik terhadap air mulai menurun dengan naiknya suhu pemanasan, maka sudah mulai terjadi perubahan ukuran pori-pori ataupun bentuk pori-pori yang mengecil yang akhimya akan merapat. Proses vitrifikasi dikatakan sudah terbentuk apabila kemampuan monolit dalam menyerap air kurang dari 3 % dari berat total. Dengan terjadinya
Prosiding PPI - PDIPTN 2006 Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta, 10 Juli 2006
72
ISSN 0216 - 3128
perubahan bentuk dan ukuran pori-pori yang semakin mengeeil, maka juga akan menyebabkan terjadi perubahan ukuran dimensi dari monolit. Semakin mampat bentuk monolit yang terjadi maka semakin kecil bentuk dimensi yang dihasilkan, dengan kata lain terjadi penyusutan panjang (penyusutan ukuran). Hasil uji kemampuan serap monolit terhadap air ditunjukkan pada Gambar 2. Monolit keramik setelah mengikat kandungan endapan CaC03. kemampuan serapnya terhadap air eenderung naik dengan naiknya jumlah kandungan endapan untuk suhu pemanasan antara 950°C sampai 1100 °c, dan pad a suhu pemanasan 1200 °c eenderungturun dengan naiknya jumlah kandungan endapan. Pad a mono lit dengan kandungan endapan CaC03 sebanyak 20 %, yang dipanaskan pad a suhu 1200 °c mempunyai nilai kemampuan serap sebesar 1,231 %. Pada kondisi ini, monolit sudah dapat dikatakan terjadi proses vitrifikasi (karena nilai kemampuan serap air kurang dari 3 %), sehingga mono lit akan mampu menahan pel indian kontaminan yang ada dalam mono lit tersebut.
reaksi-reaksi yang terjadi, seperti telah diuraikan di atas, akibat adanya gas yang dikeluarkan maka akan terbentuk rongga-rongga ataupun pori-pori. Semakin banyak air ataupun gas yang dikeluarkan maka akan semakin besar rongga yang terjadi. Akibatnya kuat tekan yang dihasilkan juga semakin rendah. Setelah terjadi peleburan yang mengakibatkan monolit yang terjadi menjadi mampat, maka kekuatan tekan monolit menjadi lebih besar. Dari hasil uji rgresi korelasi menunjukkan bahwa harga kuat monolit keramik berbanding lurus dengan berat jenis dan berbanding terbalik kemampuan serapnya terhadap air. Besamya kuat tekan mono lit terjadi pada endapan 20%, suhu pemanasan )200 oC, yaitu sebesar 30,576 N/mm2. Nilai jauh lebih besar bila dibandingkan dengan batas yang diijinkan. Nilai kekuatan tekan mono lit keramik yang diijinkan setelah menerima beban limbah minimal sebesar 0, I N/mm2• 40
30 25
~
20
~
15
~
10
j
25
-+- 950
35 ~ -
~
~
Isman MT., dkk.
---
°C 1000 °C
-0-
11000C
-M--
1150 °C
____ 12oo'C ;
5 o
___ 1000'C
o
5
10
15
20
Jumah Kandungan 81dapan CacoJ (%) ___
1200 'C
Gambar 3. Pengaruh
penambahan endapan terhadap kuat tekan mono lit yang dihasilkan pada berbagai macam suhu pemanasan CaCOJ
o o
5
10
15
20
.Amah Kandungan Endapan CaCO), (%1
Gambar
2. Pengaruh jumlah endapan CaCOJ terhadap kemampuan serap air, untuk monolit keramik yang dihasilkan pada berbagai macam suhu pemanasan
Sebagai perbandingan, hasil penelitian Isman, bahwa monolit keramik dalam mengikat endapan Fe(OH)3 diperoleh kondisi optimum pada suhu pemanasan 1000 °c dengan jumlah endapan sebanyak 20%. Pada kondisi ini diperoleh beratjenis monolit sebesar 2,066 gram/em3, kemampuan serap terhadap air sebesar 3,34'%, kekuatan tekan monolit sebesar 25,70 N/mm2, Jadi dengan demikian dalam pengolahan kimia limbah radioaktif eair yang mengandung kontaminan pemanear alfa akan lebih baik memakai koagulan Fe(OH)3, apabila endapan yang dihasilkan akan dipadatakan dalam monolit keramik, mengingat suhu pemanasannya akan lebih rendah.
Sebagai media pengungkung limbah radioaktif, monolit keramik harus mempunyai kekuatan mekanik. Salah satu indikator kekuatan mekanik dapat dilihat dari besamya nilai kuat tekan yang dihasilkan, semakin besar kuat tekan yang dimiliki maka semakin besar ketahanan mekaniknya. Kuat tekan mekanik keramik monolit yang dihasilkan dengan berbagai maeam berat kandungan endapan dan pad a berbagai maeam suhu pemanasan dapat dilihat pad a Gambar 3.
KESIMPULAN
Besamya nilai kuat tekan sangat tergantung dari jumlah endapan yang ditambahkan dan suhu pemanasan. Hal ini sangat erat hubungannya dengan
Endapan CaC03, hasil pengolahan kimia dapat dipadatkan dengan matrik keramik yang terbuat dari mineral lokal lempung. Dalam proses
Prosiding PPI - PDIPTN 2005 Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta, 10 Juli 2006
I.mla" MT., dkk.
ISSN 0216 - 3128
pemadatannya, endapan tersebut dapat juga berfungsi sebagai bahan pelebur dalam pembuatan kcramik. Kondisi optimum pemadatan endapan CaC03 terjadi pada suhu pemanasan 1200 °C dengan jumlah endapan sebanyak 20%. Pada kondisi ini diperoleh berat jenis mono lit sebesar 1,833 gram/cm3, kemampuan serap terhadap air sebesar 1,231 %, kekuatan tekan monolit sebesar 30,576 N/mm2 Karakteristik mono lit ini adalah cukup baik sebagai media pengungkung limbah radioaktif sehingga diharapkan bisa menjamin keselamatan lingkungan.
73
Level Waste", Proceeding of A Symposium Management of Low and Intermediate Level Radioactive Wastes, IAEA, Vienna, (1989) 3 5. ISMAN MT., ENDRO K., SUKOSRONO, "Pengaruh Penambahan Garam Kalsium Karbonat Terhadap Proses Pengendapan Limbah Yang Mengandung Kontaminan Am Fase Air", Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImiah PPNY -BA TAN, Yogyakarta, (1995) 341. 6. AUSTIN, G.T., Shreve's Chemical Process Industries, 5 ed, Mc Graw Hill International Editions, New York, (1984). 7. HARTONO, J.,A., Mengenal Keramik Modern, Andi Offset, Yogyakarta, (1993).
DAFT AR PUST AKA I. SK DlRJEN BATAN No. I IIDJ/1986 Tentang KETENTUAN KESELAMATAN UNTUK PENGELOLAAN LlMBAH RADIOAKTIF, Badan Teanaga Atom Nasional, Jakarta, (1986) 2. RONODlRDJO, S., Diktat Kuliah Pengolahan Sampah Radioaktif, Bagian Teknik Nuklir Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada. 3. IAEA, TECHNICAL REPORT SERIES NO. 89, Chemical Treatment of Radioactive Waste, International Atomic Energy Agency, Vienna, ( 1968). 4. KOSTER R., KRAEMER R., "Treatment and Conditioning of Liquid Low and Intermediate
8. HARTONO .JMV., "Teori Pembakaran", Informasi Teknologi Keramik dan Gelas, XIII:49 (1991) 39. 9. BENEDICT, M., PIGFORD, T.H., and LEVIH, W., "Nuclear Chemical Engineering", Second Edition, Mc Graw Hill Book Company, (1981). JO.ISMAN, "Pemadatan Sludge Fe(OH)3 Hasil Pengolahan Kimia Limbah Radioaktif Cair Menggunakan Tenologi Keramik" PROSIDING TEMU ILMIAH JARINGAN KERJASAMA KIMIA INDONESIA, Seminar Nasional XIV, KIMIA DALAM INDUSTRI DAN LlNGKUNGAN, Hotel nOVOTEL Yogyakarta, Desember 2005.
KE DAFTAR ISI
Prosldlng PI" - I'DII'TN 2006 Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta, 10 Jull 2006
