Prosiding Seminar Nasional Teknologi Pengelolaan Limbah VIII Pusat Teknologi Limbah Radioaktif-BATAN Pusat Penelitian Ilmu Pengetahuan dan Teknologi-RISTEK
ISSN 1410-6086
KELARUTAN BAHAN ALUMINIUM PADA PROSES DEKONTAMINASI KIMIA MENGGUNAKAN LARUTAN ASAM DAN BASA Mirawaty, Sugeng Purnomo, Yuli Purwanto*) ABSTRAK KELARUTAN BAHAN ALUMINIUM PADA PROSES DEKONTAMINASI KIMIA MENGGUNAKAN LARUTAN ASAM DAN BASA. Pemeliharaan peralatan di fasilitas nuklir sangat penting untuk memenuhi persyaratan keselamatan radiasi. Proses pemeliharaan peralatan tersebut dilakukan sesuai ketentuan As Low As Reasonable Achievable (ALARA), seperti proses dekontaminasi untuk menghilangkan kontaminan yang menempel dipermukaan peralatan. Di fasilitas nuklir, beberapa peralatan dibuat dari logam aluminium yang memerlukan dekontaminasi sebelum kegiatan pemeliharaan dilaksanakan. Pada penelitian ini dilakukan percobaan perendaman logam aluminium menggunakan larutan natrium hidroksida (NaOH), asam asetat (CH3COOH) dan kemudian perendaman dua tahap yaitu dengan asam nitrat (HNO3) dan basa (NaOH). Tujuan dari percobaan ini adalah untuk mendapatkan bahan kimia yang efektif sebagai alternatif untuk dekontaminasi logam aluminium. Dari percobaan perendaman kimia untuk logam aluminium menggunakan CH3COOH tidak menunjukkan adanya logam aluminium yang terkikis. Korosivitas logam aluminium dengan CH3COOH akan meningkat jika dilakukan pada suhu tinggi, namun sulit dilakukan untuk tujuan proses dekontaminasi insitu. Perendaman kimia logam aluminium menggunakan larutan NaOH, waktu yang digunakan 90 menit pada konsentrasi 2 % NaOH memberikan kelarutan aluminium 179.3 mg/l. Sedangkan untuk perendaman dengan 2 tahap menggunakan larutan 2% HNO3 dan kemudian menggunakan 2% NaOH, waktu yang digunakan 90 menit memberikan kelarutan aluminium 212.1 mg/l. Hasil percobaan menunjukkan bahwa dengan dua tahap memberikan hasil lebih baik dibanding dengan satu tahap. Kata Kunci : dekontaminasi, aluminium
ABSTRACT SOLUBILITY OF ALUMINUM MATERIAL IN CHEMICAL DECONTAMINATION PROCESS USING ACID AND BASE SOLUTION. Maintenance of equipments in nuclear facility is very important to fulfill the radiation safety requirement. The maintenance process of equipment was done according to As Low As Reasonable Achievable (ALARA) principle, such as decontamination process to removing of contaminant at the surface of equipment. In nuclear facility, some equipment are made from aluminium metal which it is nacessary to decontamination process before maintenance activity are conducted. In this reseach was conducted experiment to study the chemical immersion process for aluminum metal using sodium hydroxide (NaOH) and acetic acid (CH3COOH) solution and the immersion by two step process using acid (HNO3) and sodium hydroxide (NaOH) solution. The aim of this experiment is to find the effectived chemical material as alternative for decontamination of aluminum metal. The result of experiment show that acetic acid (CH3COOH) does not dissolvable the aluminum metal. The corrosivity will increase on high temperature but it is difficult to achieve at in situ decontamination process. Chemical immersion using 2% sodium hydroxide solution for 90 minutes give aluminium solubility of 179.3 mg/l, while by two step process using 2% Nitric Acid and then using 2% Sodium Hydroxide solution for 90 minutes give aluminium solubility of 212.1 mg/l. It show that the last method by two step give decontamination factor better than one step. Keywords : decontamination, aluminium.
*)Pusat Teknologi Limbah Radioaktif-BATAN
175
Prosiding Seminar Nasional Teknologi Pengelolaan Limbah VIII Pusat Teknologi Limbah Radioaktif-BATAN Pusat Penelitian Ilmu Pengetahuan dan Teknologi-RISTEK
PENDAHULUAN Peralatan di instalasi nuklir yang sangat spesifik dan mahal dibutuhkan pemeliharaan rutin, sehingga dalam hal ini mengharuskan pekerja sering berhubungan langsung mendekat dengan peralatan yang dimungkinkan telah terkontaminasi saat proses kegiatan pemeliharaan, oleh karena itu sebelum pemeliharaan rutin perlu dilakukan dekontaminasi terlebih dulu untuk keselamatan pekerja. Peralatan-peralatan di fasilitas nuklir yang banyak digunakan antara lain dari bahan stainless steel dan bahan aluminium (Al) yang digunakan seperti pada tangki reaktor, reflektor reaktor dan peralatan lainnya. Seperti tangki reaktor Triga Mark II bahan yang digunakan bahan alloy Al jenis 60-61-T651, begitu pula reflektor di Reaktor Serba Guna (RSG) GA Siwabessy terbuat dari bahan grafit yang dilapisi dengan logam paduan aluminium (Al 60-61-T651). Paparan radiasi pada reflektor dapat berasal dari hasil aktivitasi maupun kontaminasi paduan aluminium atau baut-baut baja tahan karat yang tertinggal di reflektor [1]. Radionuklida yang dominan yang terjadi dari hasil aktivasi aluminium maupun baja tahan karat adalah Co-60, sedangkan nuklida dominan yang mungkin terjadi dari hasil fisi dan tertinggal pada lapisan permukaan atau crud pada reflektor adalah Cs-137 [2]. Dengan tetap mengutamakan keselamatan pekerja maka kegiatan pemeliharaan dilakukan dengan diawali proses dekontaminasi. Dekontaminasi merupakan proses pengambilan kontaminan yang menempel dipermukaan suatu peralatan dan instalasi sampai tingkat radioaktivitas pada permukaan turun, dengan tujuan utama menurunkan paparan dosis permukaan sampai batas aman, sehingga akan menaikkan faktor keselamatan pekerja. Proses dekontaminasi dapat dilakukan dengan beberapa metode antara lain [3,4]: •
176
Proses secara kimia elektrokimia Proses dekontaminasi umumnya digunakan untuk
dan kimia bahan
•
•
ISSN 1410-6086
logam atau bahan dengan permukaan yang terkontaminasi dapat teroksidasi dengan pereaksi kimia. Sedangkan proses dekontaminasi secara elektrokimia umumnya diaplikasikan untuk menghilangkan kontaminan dari permukaan logam melalui proses elektrolisis. Proses ini mempunyai keunggulan waktu pengerjaan yang singkat, faktor dekontaminasi tinggi, volume limbah sedikit dan permukaannya jadi halus. Proses secara mekanik Proses ini dilakukan antara lain dengan alat vacum, swabbing, washing, scrubing, brushing, vibratory finishing, steam jetting, abrasive jetting, dan lain-lain. Proses lainnya Proses dekontaminasi lainnya dilakukan antara lain dengan cara ultrasonic, melting, dan lainnya.
Salah satu metode dekontaminasi kimia yang telah berhasil untuk mendekontaminasi bahan aluminium adalah dekontaminasi kimia dengan menggunakan laturan NaOH yang dikombinasi dengan senyawa pengompleks atau asam[3]. Reaksi yang terjadi adalah reaksi pelarutan oksida logam dengan asam sehingga ion-ion tersebut akan larut dan tidak akan menempel kembali pada permukaan logam. Reaksi aluminium oksida dengan pereaksi basa dan asam adalah [5,6] : Al2O3 + 6 H+
2Al3+ + 3H2O
Al2O3 + 2OH- + 3H2O
(1)
2Al(OH)4- (2)
Dengan demikian rekontaminasi dapat dihindari. Pada reaksi yang lebih kuat terkikisnya logam dasar tak dapat dihindari. Reaksi pengikisan logam aluminium adalah [5,6] : 4Al + 4 OH- + 4H2O 2H2 2Al + 6H
+
4Al(OH)4- + (3) 3+
2Al
+ 3 H2
(4)
Prosiding Seminar Nasional Teknologi Pengelolaan Limbah VIII Pusat Teknologi Limbah Radioaktif-BATAN Pusat Penelitian Ilmu Pengetahuan dan Teknologi-RISTEK
Larutnya lapisan oksida dan terkikisnya permukaan logam menyebabkan nuklidanuklida aktif, baik yang terjadi karena aktivasi maupun karena kontaminasi turut terlepas. Dalam percobaan ini akan dipelajari kelarutan logam aluminium satu tahap menggunakan larutan CH3COOH dan NaOH, kemudian kelarutan logam aluminium dengan dua tahap menggunakan asam (HNO3) dan basa (NaOH) dengan berbagai variasi konsentrasi masing-masing larutan dan variasi waktu proses perendaman. Dari percobaan ini akan diperoleh kelarutan aluminium pada proses perendaman dengan variasi waktu perendaman dan logam aluminium yang terkikis dalam persen. Perhitungan logam aluminium yang terkikis (terlarut) dalam persen yaitu : PAl = Wo -Wt x 100% Wt
(5)
PAl = prosentase Al yang terkikis (terlarut) (%), Wo = berat Al mula-mula sebelum perendaman (g), Wt = berat Al setelah perendaman (g). TATA KERJA Bahan Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah logam aluminium ukuran 3 x 3 cm2. Larutan yang digunakan untuk proses perendaman yaitu CH3COOH (variasi 1 %, 2% dan 3%), NaOH (variasi 1 %, 2% dan 3%) dan HNO3 (variasi 1 %, 2% dan 3%)
Metode Logam aluminium dibersihkan, ditimbang dengan teliti, kemudian logam aluminium direndam dengan larutan CH3COOH dengan variasi konsentrasi (1%, 2%, dan 3%) dan waktu (60, 90, 120, 180, 240 menit), diangkat lalu dikeringkan. Kemudian dilakukan pula dengan larutan
ISSN 1410-6086
NaOH dengan variasi konsentrasi (1%, 2%, dan 3%) dan waktu (60, 90, 120, 180, 240 menit), diangkat lalu dikeringkan. Selanjutnya perendaman logam aluminium dilakukan dua tahap, pertama menggunakan larutan HNO3 kemudian dilanjutkan larutan NaOH dengan berbagai variasi konsentrasi (1%, 2%, dan 3%) dan waktu (60, 90, 120, 180, 240 menit), diangkat lalu dikeringkan. Setelah selesai proses perendaman seluruh larutan bekas perendaman dianalisis dengan AAS. HASIL DAN PEMBAHASAN Pada percobaan ini pengikisan permukaan logam aluminium dianggap sebagai tolok ukur, sehingga semakin banyak pengikisan permukaan logam aluminium oleh larutan perendaman maka semakin banyak nuklida-nuklida aktif yang ikut lepas. Namun pada pelaksanaannya pengikisan permukaan juga dibatasi, dari segi teknis maksimum tebal pengikisan permukaan yang diperbolehkan adalah 0,50 mm. Dari percobaan perendaman logam aluminium dengan larutan CH3COOH, tidak menunjukkan atau hanya sedikit adanya logam aluminium yang terkikis, hal ini disebabkan karena CH3COOH yang bersifat asam lemah dan korosivitas logam aluminium terhadap CH3COOH sangat kecil jika dilakukan pada suhu ruangan [7]. Korosivitas logam aluminium terhadap CH3COOH sangat rendah jika dilakukan pada suhu rendah, akan meningkat dengan meningkatnya suhu percobaan. Dengan suhu yang tinggi korosivitas logam aluminium terhadap CH3COOH akan semakin meningkat [3], namun secara teknis pelaksanaan sulit dilaksanakan karena proses dekontaminasi itu sendiri biasanya dilakukan insitu. Data perendaman menggunakan larutan NaOH dengan variasi konsentrasi (1%, 2% dan 3%) dan waktu (60, 90, 120, 180, dan 240 menit) ditunjukkan pada Gambar 1.
177
Prosiding Seminar Nasional Teknologi Pengelolaan Limbah VIII Pusat Teknologi Limbah Radioaktif-BATAN Pusat Penelitian Ilmu Pengetahuan dan Teknologi-RISTEK
ISSN 1410-6086
Gambar 1. Grafik kelarutan aluminium terhadap waktu perendaman menggunakan larutan perendam NaOH
Gambar 2. Grafik kelarutan aluminium terhadap perendaman 2 tahap menggunakan larutan HNO3 kemudian dengan NaOH Pada Gambar 1, perendaman menggunakan larutan NaOH, menunjukkan bahwa dengan semakin meningkatnya konsentrasi NaOH dan waktu proses perendaman maka dapat menaikkan kelarutan aluminium. Hal ini menunjukkan semakin banyak logam aluminium yang terkikis berarti semakin banyak nuklidanuklida yang menempel di logam yang terlepas. Data perendaman dengan 2 tahap menggunakan larutan HNO3 kemudian dengan NaOH, dilakukan dengan variasi konsentrasi asam nitrat dan NaOH masingmasing 1%, 2%, dan 3%, dan variasi waktu
178
proses perendaman, Gambar 2.
ditunjukkan
pada
Dari hasil percobaan perendaman 2 tahap menggunakan larutan HNO3 dan dilanjutkan dengan NaOH (Gambar 2), menunjukkan bahwa semakin meningkatnya konsentrasi larutan dan lama waktu proses perendaman maka kelarutan aluminium semakin meningkat. Hal ini menunjukkan pula semakin banyak logam aluminium yang terkikis. Dengan semakin banyak logam aluminium yang terkikis menunjukkan semakin banyak nuklida-nuklida yang menempel di logam aluminium yang terlepas.
Prosiding Seminar Nasional Teknologi Pengelolaan Limbah VIII Pusat Teknologi Limbah Radioaktif-BATAN Pusat Penelitian Ilmu Pengetahuan dan Teknologi-RISTEK
ISSN 1410-6086
Gambar 3. Grafik logam aluminium yang terkikis (%) pada perendaman menggunakan larutan NaOH
Gambar 4. Grafik logam aluminium yang terkikis (%) pada dekontaminasi 2 tahap menggunakan larutan pendekon HNO3 kemudian dengan NaOH Waktu dan konsentrasi yang bisa diterapkan tergantung pada kepentingan di lapangan, jika larutan perendam yang digunakan semakin pekat konsentrasinya maka akan sulit dan semakin mahal pengolahan limbah sekundernya. Waktu perendaman yang dapat digunakan jika dilihat dari data diatas, mulai 90 menit nilai % kelarutan aluminium meningkat, jika waktu perendaman yang digunakan terlalu
lama maka proses dekontaminasi menjadi tidak efektif. Dari hasil percobaan dengan variasi waktu diperoleh data logam aluminium yang terkikis (%) ditunjukkan pada Gambar 3 untuk perendaman menggunakan larutan NaOH dan Gambar 4 untuk perendaman 2 tahap menggunakan larutan pendekon HNO3 kemudian dengan NaOH. Perendaman kimia logam aluminium menggunakan larutan
179
Prosiding Seminar Nasional Teknologi Pengelolaan Limbah VIII Pusat Teknologi Limbah Radioaktif-BATAN Pusat Penelitian Ilmu Pengetahuan dan Teknologi-RISTEK
NaOH dengan waktu yang digunakan 90 menit pada konsentrasi 2 % NaOH memberikan kelarutan aluminium 179.3 mg/l. Sedangkan untuk perendaman dengan 2 tahap menggunakan larutan 2% HNO3 dan kemudian dengan 2% NaOH dengan waktu yang digunakan 90 menit memberikan kelarutan aluminium 212.1 mg/l. Hasil percobaan menunjukkan bahwa perendaman dengan dua tahap memberikan hasil lebih baik dibanding dengan satu tahap.
DAFTAR PUSTAKA 1.
2.
3.
KESIMPULAN Perendaman kimia untuk logam aluminium menggunakan CH3COOH tidak menunjukkan adanya logam aluminium yang terkikis, korosivitas logam aluminium dengan CH3COOH akan meningkat jika dilakukan pada suhu tinggi, namun sulit dilakukan untuk tujuan proses dekontaminasi insitu. Perendaman kimia logam aluminium menggunakan larutan NaOH dengan waktu yang digunakan 90 menit pada konsentrasi 2 % NaOH memberikan kelarutan aluminium 179.3 mg/l. Sedangkan untuk perendaman dengan 2 tahap menggunakan larutan 2% HNO3 dan kemudian dengan 2% NaOH dengan waktu yang digunakan 90 menit memberikan kelarutan aluminium 212.1 mg/l. Hasil percobaan menunjukkan bahwa perendaman dengan dua tahap memberikan hasil lebih baik dibanding dengan satu tahap.
ISSN 1410-6086
4.
5.
6.
7.
ALFA T., YAZID P. I, SALEH C., Status Peningkatan Daya Reaktor Triga Mark II, Proceedings Seminar Sains dan Teknologi Nuklir PPTN, Bandung, 1997 IAEA, Decommisioning Techniques for Research Reactor, Technical Report Series No. 373, Vienna, 1994. IAEA, Decontamination of Nuclear Facilities to Permit Operation, Inspection Maintenance, Modifcation or Plant Decommisioning, Technical Report Series No. 249, Vienna, 1985 IAEA, Decommisioning of Nuclear Facilities : Decontamination Disassembly and Waste Management, Technical Report Series No. 230, Vienna, 1983. DARYOKO M., GUNANDJAR, dkk, Dekontaminasi Bahan Reflektor Reaktor Triga Mark II, Prosiding Seminar Teknologi Limbah II, Jakarta, 1999. BASSET, J., DENNY, R.C., et.all, Buku ajar Vogel : Kimia Analisis Kuantitatif Anorganik, alih bahasa A. Hadyana, P, , L. Setiono, Jakarta, EGC, 1994. PERRY, ROBERT H., Perry's chemical engineers handbook, McGraw-hill, International edtions, 1984
Tanya Jawab Nama Penanya : M. Alfian Instansi : BAPETEN Pertanyaan : a. Apakah yang dilarutkan dalam asam + basa adalah alumuniumnya atau impuritas yang ada didalamnya? b. Bagaimana menentukan asam/basa yang digunakan, karena banyaknya faktor yang digunakan? Jawab : a. Diharapkan kontaminan-kontaminan yang menempel pada logam Al terlarut oleh asam atau basa sehingga logam Al dapat digunakan kembali. b. Prosedur untuk menggunakan asam dan basa dipengaruhi oleh banyak faktor, antara lain sifat kontaminan dan sifat logam Al.
180
