Hasil Penelitian
P2PLR Tahun 2002
PENGOLAHAN LIMBAH REFLEKTOR HASIL REFURBISHMENT TRIGA MARK II DENGAN METODA ELEKTROLISA Muly:>no
REAKTOR
Daryoko
F'usat Pengembangan Pengelolaan limbah
Radioaktif
ABSTRAK PENGOLAHAN LIMBAH REFLEKTOR HASIL REFURBISHMENT REAKTOR TRIGA MARK II DENGAN METODA ELEKTROLISA. Telah dilakukan studi untuk mempelajari pengolahan limbah reflektor (grafit) hasil refurbishment dengan cara elektrolisa. Metode yang digunakan adalah dengan mengadopsi pen9!it:an-penelitian relevan yang telah dilakukan sebellJl;lnya. Oari studi ini didapat kesimpulan bahwa kecepatan peruraian bahan-bahan organik dengan cara elektrolisa tergantung pad a berat molekuillya. Kecepatan peruraian grafit pada sel elektrolisa dengan media 3M HNO3.O,5 A~NO3 dengan tegangan 3V dan suhu 27°C adalah 0,54 mI/Amp.jam. Kecepatan peruraian grafit £emakin besar dengan kenaikan suhu, arus elektrolitik serta konsentrasi dari larutan medianya ( asam nitrat dan perak nitrat).
ABSTRACT STUDY TREATMENT OF REFLECTOR WASTE BY ELECTROLYTIC OXIDATION METHODS. The treatment of reflector by electrolytic oxidation methods has been studied. The methods of study used by adoption some relevant experiment before. The results show that the destruction rates of the organic material dcpend of his molecular weight. The destruction rate of graphite of the electrolytic cell 3M HNO3,O.5 AgNO3 at temperature 27'C, 3V Voltage is 0.54 ml/Amp-hr. The destruction of graphite increase with an increase of temperature, electrolytic current and the media of nitric acid and silver nitric concentration.
PENDAHULUAN Reflektor bekas hasil refurbishment Reaktor Triga mark II Bandung terbuat dari bahan grafit yang dilapisi dengan logam paduan AI (AI 60-61- T651), mempunyai dosis radiasi di permukaan dalam 28 rad/jam[1J. Radiasi ini dapat berasal dari hasil aktivasi maupun kontaminasi paduan AI atau baut-baut baja tahan karat yang tertinggal di dalam reflektor(1), sedangkan radiasi yang berasal dari aktivasi grafitnya sendiri diperkirakan kecil. Nuklida dominan yang terjadi dari hasil aktivasi AI maupun baja tahan karat adalah Co-60, sedangkan nuklida dominan yang terjadi dari hasil fisi dan tertinggal pada permukaan luar atau crud pad a reflektor adalah Cs-137[1]. Nuklida hasil aktivasi dari grafitnya adalah H-3 Jan C-14. Reflektor bekas ini adalah limbah radioaktif yang harus diamankan. Untuk mendekontaminasi permukaan reflektor bisa dengan dekontaminasi kimia menggunakan larutan NaOH yang dikombinasi dengan senyawa pengompleks atau asam. Badan reflektor atau grafit yang mempunyai komponen utama karbon dan sedikit hydrogen, menurut studi Van Aisenoy dan Rahier[2J, bisa diperlakukan seperti limbah organik. Secara konvensional limbah organik dapat diproses dengan cara insenerasi. Namun untuk beberapa jenis limbah organik, metode ini memiliki masalah-masalah yang berkaitan dengan emisi gas dan korosivitas terhadap
1
Hasil Penelitian P2PLR Tahun 2002
bahan[3]. Banyak jenis limbah organik yang mempunyai emisi gas yang sangat beracun, sehingga pada pengolahan limban jenis ini harus rr.emerlukan sistem penanganan gas buang _yang sangat memadai. Demikian pula untuk beberapa jenis limbah organik, dapat menimbulkan gas atau cairan yang sangat korosif, sehingga akan memperpendek umur peralatan/sistem yang digunakan. Hal-hal di atas akan semakin berbahaya, jika limbah organik tersebut adalah limbah radioaktif. Limbah organik jenis ini, lebih-lebih yang pemancar a, pengolahan dengan cara insenerasi akan menyulitkan, baik pengamanan gas buang maupun penangan limbah pada saat dilakukan dekomisioning. Sebagai penggantinya sekarang dikembangkan pengolahan limbah organik dengan cara elektrolitik atau elektrokimia. Dibanding dengan cara insenerasi, pengolahan limbah organik dengan metode elektrokimia £:~r:gat menguntungkan. Disamping dengan akan terhindarkannya masalah-masalah yang disebutkan di atas, keuntungankeuntungan lain yang dlperoleh dari teknik ini adalah limbah sekunder yang terj,adi relatif kecil, dapat dioperasikan pad a suhu rendah, cocok dikembangkan dengan menggunakan ~roses kontinyu dan dapat divariasikan pad a daerah pH yang besar (0 sId 14) 4]. Metode ini terus dikembangkan, se:ring dengan perkembangan ditemukannya beberapa bahan elektroda dan bahan membran serta inovasi-inovasi metode teknik kimia. Sebagai contoh saat ini semakin banyak ditemukan bahan elektrode yang mempunyai stabilitas kimia maupun fisika yang sangat tinggi, konduktivitas listrik yang tinggi, non fouling, elektrode potensial tinggi dan mempunyai tegangan lebih yang rendah, yang kesemuannya merupakan sifat-sifat yang baik terhadap efisiensi dari reaksi elektrolisisnya. Teknik elektrokimia ini didasarkan pada perpindahan elektrori yang dikendalikan oleh perbedaan potensial listrik. Teknis pelaksanaannya dapat dilaksanakan dengan metode oksidasi secara langsung dan secara tidak langsung. Yang dimaksud secara langsung ialah apabila bahan yang dioksidasi, langsung diberlakukan sebagai salah satu elektroda (disebut e/ectropolishing) , sedangkan disebut tidak langsung, jika pada oksidas: ini menggunakan media sebagai katalisator, Dilihat hasil akhir dari metode ini ada 2, yakni peruraian/perusakan (destruct) dan dekontaminasi. Untuk pengolahan limbah organik katagorinya adalah peruraian/perusakan. Bahan organik limbah dapat diuraikan/dirusak dengan proses ini, yang pada umumnya akan menjadi air, karbondioksida, karbor,t~onoksida dan bahan-bahan anorganik[2,4,S]. Reaksi-reaksi yang terjadi pada sel e!ektrokimia dengan larutan media AgNO3 adalah sebagai berikut : Ag+ ~
Ag+2 + e- (anode)
2H+ + NO3- + e- -j. NO2 + H2O (katode) 4H+ + NO3- + 3e- -')- NOx + 2H2O (katode)
(2) (3)
Jika pada larutan anolyte (Iarutan yang terdapat pada anode) diberikan bahan organik, maka akan terjadi reaksi sebagai berikut : 126
HasiJ Penelitian P2PLR Tahun 2002
2Ag+ ~ 2Ag+2 + 2e2Ag+2 + H2O ~ 2Ag+ + 2H+ + (0) Organik
(5)
+ (0) ~ CO2 + CO + H2O + anorganik
(6)
Pada gel elektrolisis ini H+ akan bermigrasi melewati membran ke ruang katode, sedangkan Ag+2 selalu akan diperbarui. Reaksi keseluruhannya adalah : Ag++ + Organik
+ H2O~
Ag+ + CO2 + CO + anorganik
(7)
Untuk grafit, bilamana diproses secara elektrokimia kemungkinan reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut : C + H2O + Ag++ ~ Gas karbonmonoksida
CO2 + CO + Ag+ + anorganik
dan karbondioksida
(8)
yang keluar dalam bentuk gas dapat
ditangkap dengan HEPA filter, sedangkan cairan anorganik yang terjadi yang mempunyai kandungan zat radioaktif yang rendah dapat diperlakukan sebagai limbah radioaktif cair aktivitas rendah. Optimasi dari reaksi ini tergantung kepada suhu, arus elektrolisis, konsentrasi dari larutan media maupun larutan penyangganya dan kecepatan pengadukannya (untuk proses batch). Pada studi ini, yang mengacu pada penelitian sebelumnya[t] dipelajari kemungkinan pengaruh-pengaruh tersebut terhadap parameter-parameter di alas.
METODOLOGI Tujua!:l studi ini adalah mempelajari sejauh mungkin pengolahan limbah reflektor (grafit) dengan cara elektrokimia. Metode yang digunakan adalah studi pustaka, me:1gadopsi pernyataan-pernyataan dan data-data yang relevan untuk kemudian dikaitkan dan dibahas dengan sifat-sifat dari limbah tersebut. Untuk kecenderungan sifat-sifat peruraian grafit (karbon), diadopsi dari sifatsifat. peruraian beberapa bahan organik, sedangkan kecenderungan sifat-sifat pengaruh dari parameter-parameter, dibandingkan dengan sifat-sifat bahan TBP.
PEMBAHASAN Oari penelitian Almon dan Buchanan[6], didapatkan sifat-sifat peruraian beberapa bahan organik menggunakan metode elektrokimia. Pada penelitian tersebut digunakan larutan media 3M HNO3, O.5M AgNO3r suhu 27°C dan tegangan 3V (Tabel 1).
127
Hasil Penelitian P2PLR Tahun 2002
Tabel1.
t\.eCeDatan Deruraian dari beberaDa bahan orqanik[6] mUAm
1. Benzena 2.
Tn' butyi phosphate
3-
Metanol Propanol
4.
0;
(TBP)
0,27 0,49 0,44
5. Cvcloooxana
Q31
Mengacu dari Tabel tersebut menunjukkan bahwa kecepatan peruraian dari bahan-bahan organik tergantung pad a berat molekul dari masing-masing bahan. Hal ini bisa difahami karena semakin tinggi berat molekul dari suatu bahan, maka energi aktivasi yang dibutuhkan untuk reaksi tersebut juga semakin tinggi. Oari Tabel ini perkiraan kecepatan peruraian bahan grafit didapat dari ekstrapolasi bahan-bahan tersebut berdasarkan berat molekulnya (Gambar 1).
0$
0,,6
i .(
.
o~
"1 i ... I
"
! ; 1
OJ
. ~
02
OJ
i)
0
54
100
1r,o
Gambar 1. Berat Molekul beberapa kecepatan peruraiannya
~
2"
senyawa
)00
organik
lawan
Oari Gambar ini didapatkan kecepatan peruraian bahan grafit adalah O,54ml/Amp.jam. Oisamping itu juga didapat suatu faktor, yang jika mengacu pada penelitian[71. dapat digunakan untuk memperkirakan pengaruh dari beberapa parameter terhadap kecepatan peruraian limbah reflektor.
128
0,.
Hasil Penelitian
P2PLR Tahun 2002
Pada Gambar 2 menunjukkan bahwa kenaikan suhu akan memperbesar kecepatan peruraian grafit. Hal ini disebabkan karena faktor keseimbangan (k) pada reaksi (4), (5) maupun (8), semua tergantung pada suhu, dan semakin tinggi, harga k akan semakin tinggi pula. Mengacu pada Gambar 3, semakin tinggi arus elektroHtik maka kecepatan peruraian akan semal
'.2
~t
<>,-
I. 0.'-
I
0.2 0
-0.2
Gambar 3. Pengaruh Arus Elektrolitik Kecepatan Peruraian Grafit
129
Terhadap
Hasil Penelitian
P2PLR Tahun 2002
Pada Gambar 4 dapat dilihat bahwa kenaikan konsentrasi asam nitrat akan meningkatkan besarnya peruraian grafit. Pengaruh ini dapat difahami, karena jika asam nitrat di dalam larutan berlebihan, maka akan menurunkan afinitas antara ion-ion Ag+ dengan N03-, sehingga seolah-olah di dalam larutan banyak terdapat Ag+, d.a,.nsudah tentu Ag+2 yang terbangkitkan juga semakin besar. Dan berikutnya radikal bebas (0) yang terjadi dari reaksi Ag+2 dengan air (reaksi 5) jugct akan semakin besar. Disamping itu reaksi peruraian grafit tidak hanya terjadi karena radikal (0) yang berasal dari reaksi antara Ag+2 dengan air sa!a, tetapi juga karena oksidasi dari asam nitra!nya sendiri. 1..2
1
0..8 0
e
~"
""'
.;., ~ ~
:2
0.6
8..
u ., x
0.4
0.2
0 50
150
'tOO
200
"~' m..«
W"",,,u...
,~...+"
Gambar 4. Pengaruh konsentrasi
t
0
HNO3 terhadap
kecepatan peruraian grafit
Mengacu pada G~mbar 5 pengaruh larutan media perak nitrat, sudah ientiJ semakin tinggi konsentrasi pera!< nitrat, maka semakin tinggi konsentrasi Ag+2, dan berikutnya akan semakin besar laju peruraian terhadap grafit. Hal ini selanjutnya dapat difahami seperti yang telah diuraikan untuk Gambar 3.
130
HasH Penelitian
P2PLR Tahun 2002
"-2
~
0.8
cE
.~
& I.tf
~
0.$
0_-4
O,;Z
D
Gambar
E;. Pengaruh kecepatan
konsentrasi peruraian
AgNO3
terhadap
grafit
KESIMPULAN Oar! f13sit studi ini didapatkan kesimpulan bahwa limbah reflektor dengan komponen utamanya grafit bisa diuraii
DAFTAR PUSTAKA 1. ALFA, T., YAZID, P. I., SALEH, C., "Status Peningkatan Daya Reaktor Triga Mark II", Procceeding Seminar Sa ins dan Teknologi Nuklir, PPTN, Bandung, 1997. 2. ALSENOY, V. V., and RAHIEF<, A., '" he Electrochemical Oxidation of
3.
4. 5. 6.
7.
Organic Waste and Activated Graphite by l\.g+2 in Nitric Acid: a Literature Study", SCK-CEN, Belgium (1996). WISNUBROTO, D. S., "Pengolahan Limbah Radioaktif Cair dengan Destruksi Termal", Hasil Penelitic:n dan Kegiatan Pengelolaan Limbah Radioaktif Tahun 2001, ISSN 0852-2979. SUKIGAWA, S., UMEDA. M., "Alpha Bearing Waste Treatment by Electrochemical Oxidation Technique", Safewaste 2000 (2000). STEELE, D. F., "Electrochemical Destruction of Toxic Organic Industrial Waste", Platinum Metals Rev., 1990,34, (1),10-14 (1990). ALMON, A.C., and BUCHANAN, B. R., "Electrolytic Des~ruction of Spent Organic Using Silver Catalyzed Electrochemical Oxidation (U)", Westinghouse Savannah River Site, Aiken, Soutt-. Carolina (1990). DARYOKO, M., "Pengolahan Limbah TBP dengan Cara Elektrokimia" (belum diseminarkan).
131
