ISSN 0216-3128
Endang S. dan Moch. Setyadji
PEMBUATAN U(IV) DENGAN CARA PENGENDAPAN PEPTISASI SE~BAGAI UMPAN PROSES DEHIDRASI GELASI Endang S. daD Mocb. Setyadji PuslitbangTeknologiM~ju BATAN. Yogyakarta
ABSTRAK PEMBUATAN U(IV) DENGAN CARA PENGENDAPAN-PEPTlSASl SEBAGAI UMPAN PROSES DEHIDRASI GEIASI. Telah dilakukanpembuatanumpanU (IV) hidroksi nitrat dari U(VI) sulfat dengan mereduksilarutan menjGldiU (IV) sulfat menggunakanbatang ill sebagai reduktan. Kemudian larutan tersebutditambahNH~H 3M, secarabertetes-tetessampaipH > 7,5 diperoleh endapanbelWamahijau mudasebagai U(IV) hidroksid. didekantir,dicuci denganhidrazin dan ABM (Air BebasMineral). Endapan di peptisasi denganasaln nitrat, kondisi optimum peptisasi,HNO3 3M dengan 60 % U(IV) terpeptisasi. Denganpenambahanlarutan 0,5 M asamfonniat. 1 ml hidrazin relatif dapat menstabilkanlarutan sampai 46,6-50,6% dari larutaJ1U( IV) 71,4gll.
ABSTRACT PREPARATION OF A~: FEED OF DEHYDRATION-GELATION PROCESS USING PEPTIZATION METHODS. The investigation of preparatoin of U( IV) from reduction process of U(VI) using Zn as reductant. The solution \1lasadded NH4OH as droples to pH > 7,5. the resulted precipitate was green as U(IU) hidroxide, it was ,hen separated by decanting. washing with hidrazine and ABM. The precipitate was peptization in nitric acid. the optimum condition peptization was HNOJ 3M with 60% U(IV) peptized. By adding 0,5 M formic acid solution and I ml hidrazine could stabilize the solution 46.6 to 56,6 % from solution of U(IV) ;71.4 gill.
mengendap Adapun bentuk uranium (IV) nitrat sol adalah sbb (2.3):
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 oksid21uranium dan terakhir pembuatan bahan bakar kerne:l uranium dioksida
Prosldlng
Pertemuan
OH -u-
OR o-u-
OH
+) adalah NO3
(+)
Dalam proses sol-gel uranium (IV) nitrat banyak dibuat dengan mereduksi larutan uranil nitrat dengan H2 dan Pt sebagai katalisator. Dalam skala laboratorium digunakan alat couloustat untuk menghasilkan U(IV) nitrat dengan mereduksi larutan uranil nitrat menggunakan elektroda Pt dan Mercuri telah dilaporkan Sigit (4). Cara lain pembuatan U(IV) nitrat yaitu dengan menggunakan media asam suICat dan reduktor seng. Reaksi reduksi ini berjalan secara cepat. untuk setiap 13 gram uranium dapat direduksi dengan 50 % excess seng setiap 1M asam suICat dan diperoleh hasil kurang lebih 0.4M larutan uranil sui Cat selama 21 menit. Larutan U(IV) sulCal 0.1-0.5M dapat teroksidasi menjadi U(VI) setelah 24 jam pada temperatur 20-25 °C dalam erlenmeyer yang terbuka. Kation U(IV) nitrat dalam larutan asam nitrat sangat mudah teroksidasi menjadi U(VI) (5.6). Adapun reaksi terjadinya oksidasi U(IV) menjadi U(VI) adalah sbb:
~lan Presentasilimiah Penelltlan Dasar Ilmu Pengetahuan P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 2002
dan Teknologl
Nukllr
ISSN0216-3128
280
Endang S. dan Mock. Setyadji
U +4 + N03 -+ H2O --7 U+4 +2HN02
--7
U02 ++ + HN02 + H + U02++ +2NO+2H+
2 NO + HN03 + H20:E=~ -NH2 + HN02
--7
magnit. pemanas, corong pisahdan alat gelasyang lain.
3 HN02
Cara kerja
-OH + N2 + H2O
1. Pelarutan U3Og dalam asam sulfat.
Penelitian ini bertujuan untuk membuatan U(IV) nitrat mengguna~,an alat couloustas, dilanjutkan dengan pengendapan-peptisasi untuk mendapatkan larutan U(IV)-basa-HN03 yang berupa sol. Namun sesuatuhallaboratorium Bidang Tekno Fisika Kimia (BTFK) sedang dalam akreditasi, pembuatan U(IV) nitrat dilakukan melalui jalur U(IV) sulfat sehingga memerlukan proses yang lebih panjang.
Kedalam larutan asam sulfat kurang lebih 3 M dimasukkan serbuk U3Og diaduk sambil di panaskan sampai diperoleh larutan uranil sulfat yang berwarna kuning.
2. Pembuatan larutan U(IV) sulfat Kedalam larutan uranil suIfat dimasukkan batang seng, diaduk sampai diperoleh larutan berwarna hijau jernih. Pembuatan larutan U(IV) ini dilakukan kurang lebih selama delapan jam, setiap selang waktu tertentu di analisis kadar U(IV) nya secara titrasi menggunakan metode titan. Setelah diperoleh kadar U(IV) kurang lebih 96 % proses reduksi dihentikan dan larutan disimpan dalam wadah tertutup yang dilapisi dengan lakban berwarna hitam. Larutan ini kemudian digunakan
Ada beberapa cara Lmtuk mengembang-kan pembuatan umpan sol U02 (\-6),diantaranya adalah secara solvent ektraksi, pengendapan peptisasi, kontrol netralisasi dan kon,:lensasi. Cara pertama sudah dilakukan yaitu ,dengan cara ektraksi menggunakan ekstraktan amino Cara ke dua yaitu dengan melarutkan U02 serbuk kedalam larutan asam suifat, kemudian reduksi menggunakan katalisator Zn sehingga diperoleh larutan Urano suifat yang berwarna hijau jernih. Kemudian ditambahkan N~OH 1M, endapan Uranium (IV) hidroksid decuci deng:an ABM untuk menghilangkan NH3 kemudian dipeptisasi dengan HN03 untuk melarutkan kembali endapan tersebut sehingga terjadi sistim U(IV;I-hidroksinitrat. Untuk itu maka diperlukan bebe:rapa variabel untuk mendapatkan hasil larutan tersebut yang baik. Adapun variabel yang diperlukan diantaranya: konsentrasi umpan Uranium (IV) sulfat, pH pengendapan, konsentrasi asam nitrat pacta saat peptisasi, suhu dan tekanan peptisasi, konsentrasi asam formiat dan hidrazin dill.
sebagai umpan pada proses peptisasi. 3. Pengendapan, pencucian daD peptisasi. Kedalam Larutan U(IV) sui fat yang berisi larutan hidrazin 125 ml O,5M ditambahkan ammonium hidroksida 125 ml 3M secara bertetesteres, diaduk diamati berubahan pH nya, setelah pH > 7,5 maka terjadi endapan berwarna hijau muda yaitu endapan uarnium (IV) hidroksida. Endapan disaring, didekantir, dicuci dengan hidrazin 0,01 M 3/, ABM 31 dan air cucian di cek secara kwalitatif dengan larutan BaClz sampai tidak terjadi endapanberwarna putih BaSO4. Endapan berwarna hijau dipeptisasi dengan HNO3 dengan variasi konsentrasi HNO3, hidrazin dan asam formiat sampai endapan larut semua, dianalisis kadar U(IV) dan U(VI) secara titrasi.
TATAKERJA Bahan Bahan untuk umpan yaitu: Asam nitrat, uranil sulfat hasil pelarutan se:rbukU3OS, N~OH, HCOOH, hidrazin, asam sulfa.t. batang seng, BaCl2 dll. Bahan untuk analisis uranium dan keasaman terdiri alas: asam suIfat. asam nitrat, asam amido sulfamat. Barium diphenil Slllfamat, feri khlorida, indikator phenol phatalien(PP), Kalium bikarbonat, Titanium trikhlorida dan bahan kimia yang lain.
HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil penelitian ini disajikan dalam bentuk grafik yang meliputi cara pembuatan larutan unanium(IV) sulCal, pengendapan menjadi uranium (IV) hidroksida dan peptisasi menggunakan asam nitrat serta penambahan asam formiat dan hidrazin.
1. Pembuatanlarutan Uranium (IV) sulfat. Alai Labu leher tiga yanl~ dilengkapi dengan pengatur suhu dan tekanan, gelas beker. pengaduk Prosldlng
Pertemuan
dan Presentasl
IImlah
P3TM-BATAN
-Penelltlan
U(IV) dibuat dcngan mcrcduksi uranil sulfat dcngan rcduktan scng. Asam sui fat dipilih scbagai
Dasar IImu Pengetahuan
Yogyakarta,
27 Junl 2002
dan Teknologl
Nukllr
70
EndangS. dun Moch. Setyadji media karena dalam larutan tersebut U(IV) sangat stabil. Reduksi larutan U(VI) sulfat ini memerlukan waktu kurang; lebih delapan jam, diperoleh hasil larutan U(IV) sulfat tereduksi = 96,77% dengan kadar 71,4 g,'l dan keasaman3,32 M. Untuk mengurangi proses oksidasi maka setiap labu (tempat sampel) ditutup dan dilapisi dengan lakban berwarna hitam.
2. Pengendapanpencucian dan peptisasi Endapan U(IV) hi,droksida ini cepat teroksidasi menjadi berwarna hitam dimungkinkan terjadi UO2 yang sulit di peptisasi. Untuk itu maka endapan dicuci dengan larutan yang mengandung asam formiat (HCOOH) dan hidrazin (N2H2.H2O). Peptisasi pada prinsipnya adalah untuk melarutkan kembali endapan U(IV) hidroksid dengan larutan HNO3 agar terbentuk larutan uranium (IV) hidroksinitrat yang akan digunakan sebagai umpan pada proses gelasi. Dengan adan:va asam formiat dan hidrazin terbentuknya HNO2 dapat dicegah, diharapkan dapat diperoleh larutan unanium (IV) nitrat yang stabil. Gambar variasi keasaman (HNO3) pada saat peptisasi dapat dilihat pada gambar I.
50
40 ... Co II)
/J)
Co ..
30
2 20
:,g 0
Untuk mencegah terjadingya oksidasi U(IV) menjadi U(VI) tersebut dilakukan variasi konsentrasi asam formiat (HCOOH), yang hasilnya dapat di lihat pacta Gambar 2. 80 70 Ow
'" 60
1/1
~
g. 50
c. ~ 40
~ 0
30 20
0
0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 Asam
2
Gambar 2. Pengaruh penambahan as formiat terhadap kestabilan larutan. Kondisi umpan awal : kadar U 71,4 gll (96,77 %), sebagai U (IV), keasaman 3,32 M, endapan U(IV) hidroksid berwarna hijau, hidrazin 0,5 M, suhu peptisasi 60 °C dan tekanan0,7 arm dan keasamanHNO3.
60 'Uj co
dalam asam nitrat. Jika keasaman larutan dinaikkan lagi maka diperoleh kondisi optimum dimana % U(IV) terpeptisasi terbesar yaitu 60%, dan pacta keasaman di atas 3 M maka % U(IV) terpeptisasi menjadi turun. Hal ini disebabkan endapan U(IV) hidroksida terlalu cepat larut dan teroksidasi menjadi U(VI) nitrat yang berwarna kuning sehingga % U(IV) terlarut menjadi turun.
10 0
10 as. nitrat Gambar 1. Hasil variasi konsentrasi HNOJ pada saar peptisasi. Kondisi umpan awal: kadar U 71.4 gll (96.77 % sebagai U (IV) ). keasaman 3.32 M, endapan U(IV) hidroksid berwarna hujau, hidrazin 0.5mL. HCOOH 1ml .suhu peptisasi 60 °C G/antekanan0,7 arm
Dari gambar tersebut dapat disimpulkan bahwa peptisasi untuk melarutkan kembali endapan U(IV) hidroksid menjadi U(IV) nitrat tidak mudah karena
pada
keasaman
HINO3
1-2
M
belum
menunjukkan adanya endapan yang terlarut bahkan lerjadi perubahan warna el1ldapan dari hijau ke hilam , hal ini dimungkinksm terjadinya endapan yang leroksidasi menjadi UO2 yang sulit larut Prosldlng
Pertemuan
Gambar 3. Pengaruh penambahan hidrazin (N2H2. H2O) pada saar peptisasi. Kondisi umpan awat : kadar U 71,4 gft (96,77 %), sebagai U (IV), keasaman 3,32 M, endapan U(IV) hidroksid berwarna hijau, HCOOH J mt, suhu peptisasi 60 °C dan tekanan0,7 arm
clan Presentasilimiah Penelltlan Dasar Ilmu Pengetahuan P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 2002
dan Teknologl
Nukllr
No
282
ISSN 0216 -3128
EndangS. don Moch. Setyadji
--
-
Dari Gambar 2 dapat disimpulkan bahwa penambahan I ml asam formiat sudah dapat menstabilkan larutan U(IV) 46,6 -50,6% dari larutan umpan U(IV) 71,4 g/l. Selain dengan menambahkan asam formial: juga ditambah hidrazin untuk mempertahankan kesltabilan larutan, dibawah ini pengaruh penambahan hidrazin terhadap kestabilan larutan U(IV). Dengan penambahan0,5 M larutan hidrazin sudah dapat menstabilkan larutan U(IV) sampai 46,6-56,6 % dari larutan umpan U(IV) 71,4 g/l.
KESIMPULAN Dari data tersebut dapat disimpulkan bahwa kondisi optimum peptisasi adalah 3M HNO3. dengan 60% U(IV) terpeptisasi. Dengan menambahkan larutan 0,5]\11 asam formiat .1 ml hidrazin relatif dapat mensltabilkan larutan U(IV) sampai 46,6-50.6 % dari larutan U (IV) 71.4 % g/l.
U CAP AN TERIMA
KASIH
Dengan selesainya penelitian ini kami ucapkan terima kasih kepada Sdr. Mujari yang telah membantu bekerja de!1gan tekun, rajin dan teliti.
DAFf AR PUSTAKA. I. Anonim -," Sol-gel process for ceramic Nuclear Fuel", Proceeding of Panel Series, IAEA. Viena. 968 2. Mc Bride. J.P ," Laboratori Studies of Sol-Gel Processes at the O,lk Ridge National Laboratory", ORNL-T-M-1980 3. Moore.G. J," A Sol-Gel iProcessFor Preparing ThOz- U03 Sols From Nitrate Solutions By Solvent Extraction With Amines", ORNL4095.1967 4. Sigit ," Pembuatan Uranium (IV) nitrat secara Reduksi Elektrolittik Sinambaung", Prosiding, Lokakarya Kimia dan ~[eknologi pemumian Bahan Nuklir dan Pert~:muan Ilmiah Bahan Mumi, Fisika dan Instrumentasi Nuklir. Yogyakarta 28-31 Man:t: 1983: PPBMI BATA N 5. Laird Slade.A, ..Oxidatlion uranium (IV) by oxygen and nitrous acid ", Chemistryseparation Processes lor plutonium and uranium, 15 th Ed. 1961 6. Robert S Ondrejcin, "Preparation of uranium (IV) nilrat solution ", Chemistry separation
Prosldlng
Pertemuan
dlJn Presentasilimiah
Penelltlan
Processesfor plutonium and uranium, 165 th Ed. 1961. 7. Charles,K.M at.aI, ..Magnetic ResonanceAs A StructuralProbeof a uranium (VI) Sol- Gel Process",Mat.Res.Soc.Symp.Proc. V01.180Columbia. 1990. 8. Nickel, H"." DevelopmentOf coatedParticles KFA Contributions Within The FrameOf The German High temperature reactor Fuel Development Program", Kernforschungsanlage,Julich,FRG,1977.
LAMPIRAN Tabel 1. Hasil variasi konsentrasi HNOJ pada sat peptisasi Kondisi umpan awal: kadar U 71.4 gll (96,77 % sebagai U (IV) ), keasaman 3,32 M, endapan U(IV) hidroksid berwarna hujau, hidrazin O,5mL. HCOOH 1m! , suhu peptisasi 60 nC dan tekanan 0,7 atm.
No
HNO!
Kadar
% U(IV)
(M)
U(IV)
terlarut
larutan akhir
0
0
0,20
-.l!L
Keasaman
2
2
0
0
0.32
~
3
42,84
60
0,,52
4
4
26,18
36.6
0.72
~
5
19.04
26.6
0,92
Tabel 2. Hasii variasi konsentrasi hidrazin (NzHz.HzO) pada saar peptisasi. Dan asam formiat (HCOOH). Kondisi umpan awai: kadar U 71,4 gll (96.77 % sebagai U (IV) ),keasaman 3,32 M, endapan U( IV) hidroksid berwarna hujau HCOOH I mi, suhu peptisasi 60 0C dun tekanan -n, 7arm dun kea-saman HNO] 3M. N2H2.H
Kadar
,Q(M)
U(IV)
~
%
U(IV) terlaru'
Keasaman larutan akhir
0,1
33.32 46,6
0,3
35,70
50,0
0.52
3
0,5
40,46
56,6
0,52
4
0,7
33,32
46,6
0,52
~
1,0
33.32
46,6
0,52
Dasar IImu Pengetahuan
P3TM.BATAN Yogyakarta, 27 Junl 2002
dan Teknologl
0,32
Nukllr
~
ISSN 0216-3128
EndangS. dan Moch. Setyadji
Tabel3. Hasil variasi konst!ntrasi asamformiat (HCOOH) pada saar peptisasi. Kondisi umpan awal.. kadar If} 71,4 Ell (96,77 % sebagai U (IV) ), keasaman 3,32 M, endapan U(IV) hia'roksid berwarna hujau, hidrazin 0,5 M, suhu peptisasi 60 DC dan tekanan 0,7 .atm dan keasaman
HNOj3M HCOOH (ml)
Kadar
'Yo
U(IV) U(IV)--11lterlarut
283
.Sebenamya pada percobaan pendahuluan telah mencoba dari U(VI)nitrat dengan alar coloustat namun kemudian alar tersebut karena suatu sebab tak dapat dipakai. .Pengaruh SO4= memang ada, oleh karena itu saar pencucian harus sampai bersih (di cek dengan larutan BaCIJ.
Keasaman larutan
"lclJir
0
33.32
4(;,6
0,32
2
0,5
38.08
5:1,3
0,32
~
1,0
40,46
5(),6
0,32
4
1,5
38,08
5~1,3
0.32
:'
2
35.70
50.0
0,32
Muhayatun ..Kira-kira faktor apa yang akan dilibatkan. Untuk dapat meningkatkan, dalam menstabilkanhasillarutanU(IV). Endang S. .Faktor yang akan dilibatkan : sistem vakum (semua pengerjaannya dalam vakum)
Damunir
TANYAJAWAB Murdani S. ..Kenapa dalam pembuatan U (IV) menggunakan jalur U(IV)sulfat dulu, tidak langsung pembuatan U(IV) nitrat dan bagaimana sd- dari bahan,bakar.
Endang S. .sebenarnya jalur :vang paling baik mernang dari U(Vl)nitrat. namun kendalanya bahwa .!~emuasistim harus vakum, kita tidak punya alatnya.
-
..Pada pembuatan U(IV) daTi U (VI) dilakukan dalam H2SO4. Sedangkan umpan UO2(NO3n dalam HNO3. Mengapa tidak digunakan HNO3. Metoda apa yang digunakan oleh ORNL dan yang anda gunakan.
Endang S. .Metoda yang digunakan pada skema ORNL memang U(VI) nitrat direduksi dengan elektroda Pt (semua dalain sistim vakum). Kita tidak punya alar tersebut.
Prosldlng Pertemuan deln Presentasilimiah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan den Teknologl Nukllr P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 2002
