52. Prosiding PerteltUlan dun Presentasi lImiah PPNY-BATAN Yogyakarta 25-27 Apri/1995
75
BlIku 11
METODA ANALISIS PENETAP AN RUTENIUM DALAM PROSES EKSTRAKSI PENGAMBILAN URANIUlYIDALAM CAMP URAN URANIUM -R UTENIUM Supriyanto C, Djokowidodo, Hery Wahyudi PPNY-BATAN, Jl. Babarsari, P.O. Box 1008, Yogyakarta 55010
ABSTRAK METODA ANALlSIS PENETAPAN RUTENiUM DALAM PROSES EKSTRAKSI PENGAMBILAN URANIUM DALAM CAMPURAN URANIUM-RUTENIUM Telah dilakukan pembakuan metoda analisis penetapan rutenium dalam campuran uranium-rutenium dengan spektrofotometri serapan atom. Diperoleh kondisi optimum penetapan rutenium yaitu panjang gelombang 349,9 nm, lebar celah 0,2 nm, arus lampu katoda rongga IO mA, laju alir cuplikan 4 ml/menit, tinggi pembakar 13 mm, laju alir udara 13,5 l/menit dan laju alir asetilen 2,91/menit. Kurva standar tinier rutenium pada kisaran konsentrasi 2
- 20
Jlg/ml, dengan
normalitas
asam nitrat maksimum
1,5 N dan uranium
0,1
- 4 %.
ABSTRACT METHODS OF ANALYSIS RUTHENiUM DETERMINATION IN THE URANiUM EXTRACTION PROCESS FROM RUTHENIUM-URANIUM MIXTURE. Analytical method of ruthenium in a mixture of uranium-ruthenium has been developed by atomic absorption spectrofotometry. Optimum operating condition for ruthenium determination were: wavelength 349.9 nm, slit width 0.2 nm, burner height 13 mm, airflow 13.} l/minute and acetyleneflow 2.9 l/minute. The linear standard curvefor ruthenium was at about 2 - 20 Jlg/ml,with maximum ;'ormality ofniiric acids 1.5 N and uranium was 0.1 - 4 %.
PENDAHULUAN
U
ranium merupakan salah satu bahan bakar reaktor daya clan reaktor riset. Dalam proses pembakarannya, akan dihasilkan hasil belah antara lain rutenium (Ru) yakni IO3Ruclan 1O6Ru,yang dapat menyerap neutron, sehingga reaksi berantai uranium dengan neutron akan berkurang. Dalam rangka daur ulang uranium yang tercampur denganhasil belah seperti rutenium (Ru), di lnstalasi Teknologi Proses, PPNY, telah dilakukan proses simulasi pemungutan kembali uranium dalam campuran uranium-rutenium (I). Untuk mengetahui berapa besar kadar rutenium yang terekstrak kedalam rasa organik bersama-sama dengan U, diperlukan suatu metoda analisis penetapan rutenium yang dapat diandalkan baik kepekaan maupun ketelitiannya. Salah satu metoda yang dapat digunakan adalah metoda spektrofotometri serapan atom (SAA) dengan menggunakan nyaia, metoda ini sederhana clan cepat, serta mempunyai kepekaan yang cukup tinggi karena trekuensi radiasi yang diserap adalah karakteristik untuk.setiap unsur(2).
ISSN 0216-3128
Penentuan Kadar rutenium dalam cuplikan campuran rutenium-uranium ditentukan dari rasa air yang mengandung uranium, sedangkan kadar rutenium yang berada dalam rasa organik hasil ekstraksi dapat ditentukan secara tidak langsung yaitu dengan cara menghitung pengurangan kadar rutenium dalam rasa air sebelum clansesudahproses ekstraksi dilakukan. Pacta penelitian ini, dipelajari metoda analisis penentuan rutenium dalam rasa air dengan adanya matriks dalam cuplikan seperti normalitas asam nitrat clan uranium. Hal ini mengingat di dalam proses ekstraksi pemungutan kembali uranium digunakan asam nitrat dengan normalitas 1 - 4 N, clan uranium yang digunakan sebagai umpan
adalah 200 g/l. Adanya matriks tersebut dapat mengganggu dalam penentuan rutenium, sehingga perlu dilakukan optimasi seberapa jauh gangguan matriks, baik norma!.itas asam nitrat, maupun uranium sebagai unsur mayor, meskipun dari ekstraksi yang dilakukan yaitu dengan menggunakan ekstraktan TBP-Dodekan 30 % uranium akan masuk pacta rasa organik(3). Penerapan metoda analisis dalam cuplikan dilakukan dengan metoda kalibrasi standar yaitu d.enganmenginterpolasikan serapan yang diperoleh
Supriyanto C dkk
76
dari cuplikan yang diukur pacta deret standar rutenium, sehingga akan diperoleh konsentrasi rutenium dalarn cuplikan.
TATAKERJA Penetapan kadar rutenium di dalam rasa air digunakan seperangkat alat spektrofotometer serapan atom model AA-300 P, buatan Varian Techtron Australia. Peralatan lainnya adalah vial polietilen, labu takar, multipipet buatan Eppendorf, kombitip clan neraca analisis. Sedangkan bahan yang digunakan RuCb buatan Spec Industries, uranil nitrat heksa hidrat clan asam nitrat buatan Merck clan akuatrides buatan laboratorium Kimia Analisis clanUji Kualitas PPNY. Optimasi Analisis Optimasi analisis penetapan Ru digunakan larutan rutenium dengan konsentrasi 20 /lglml dalam media uranium: 0,1 % clan HNO3 0,1 N. Panjang gelombang yang dipakai untuk ruthenium 349,9 nm clanlebar celah 0,2 nm, arus lampukatoda rongga diatur pacta 1OIDA, clan laju alir larutan 4 ml/menit. Optimasi alat meliputi : perbandingan campuran oksidan (udara) dengan bahan bakar (asetilen), clantinggi pembakar. Pengaruh asam nitrat Dibuat deret larutan carnpuran yang terdiri dari Ru, HN03 clanakuatrides, sedemikian sehingga konsentrasi Ru dalam masing-masing larutan adalah tetap 20 /lglmI, sedangkan konsentrasi asam bervariasi mulai dari 0,0; 0,1; 0,5; 1,0; 1,5;2,0; 2,5; 3 clan 3,5 N. Masing-masing larutan diamati serapannya pactapanjang gelombang Ru 349,9 nm. Pengaruh matriks uranium Dibuat deret larutan campuran yang masing-masing terdiri daTi Ru, U, HNO3 clan akuatrides, sedemikian rupa sehingga konsentrasi Ru clan HNO3 dalam larutan campuran masing-masing tetap 20 Jlg/ml clan 0, I N, sedangkan konsentrasi U dalam larutan campuran bervariasi mulai dari 0,0; 0,1; 0,5; 1,0;2,0; 4,0; 6,0; 8,0; clan 1O%. Masing-masing larutan campuran diamati serapannya pacta panjang gelombang Ru 349,9 TIm. Pembuatan deret standar Ru tanpa U Dibuat deret larutan campuran yang masing-masing terdiri dari Ru, HNo.3 .clan akuatrides, sedemikian rupa sehingga konsen-trasi HNO3 dalam larutan campuran masing-masing tetap 0,1 N, sedangkan konsentrasi Ru dalam larutan campuran bervariasi mulai dari 2,5, 10, 15,
Supriyanto C dkk
Prositling Pertenuwn dall Presentasi IImiah PPNY-BATAN Yogyakarta 25-27 April 1995
Bllku II
20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 clan 100 Jlglml. Masing-masing larutan campuran diukur serapannya pada panjang gelombang Ru 349,9 TIm. Pembuatan deret standar campuran Ru clan U Cara kerja yang dilakukan sarnaseperti pacta pembuatan deret standar Ru tanpa U deng.an penambahan kon~entrasi U kedalam masing-masing variasi konsentrasi Ru. Deret standar campuran Ru clanU dibuat 4 macam dengan perbedaan konsentrasi U yaitu 0,1; 1,0;2,0 clan4 %. Pen era pan dalam cuplikan Dibuat larutan campuran yang masing-masing terdiri dad Ru, U, HNO3 clan akuatrides, sedemikian rupa sehingga konsentrasi HNO3 dalam larutan campuran masing-masing tetap 0, IN, konsentrasi uranium dalam larutan tetap 2 %, sedangkan konsentrasi Ru dalam larutan campuran bervariasi mulai dari 2, 4, 6, 8 clan 10 /lg/ml. Masing-masing larutan campuran diukur serapannya pactapanjang gelombang Ru 349,9 TIm.
HASIL DAN PEMBAHASAN Suhu pembakaran yang digunakan dalam penetapan suatuunsur sangat berpengaruh terhadap serapan unsur tersebut, bila terlalu rendah atau terlalu tinggi, serapan unsur akan rendah. Dalam optimasi nyala untuk analisis Ru, laju alir udara dibuat tetap yaitu 13,5.Vmenit clan laju alir bahan bakar asetilen divariasi untuk memperoleh serapan yang maksimum. Hasil pengukuran serapan Ru dengan konsentrasi Ru = 20 Jlglml dalam media U 0,1 % clan HNO3 0,1 N pacta berbagai laju alir asetilen ditampilkan pactagarnbar L 0.4 0.3 S e
; 0.2 !I
0.1
I 0,
D a r i g a m b
2.2 2.4
t6
t8 ~ 3J 31 llil Iii, clplikll,I/muit
3.4
4.0
a r Ul d
Gambar 1. Serapan Ru 20 glm! dalam media U 0,1 % don HNO3 0,1 N pada variasi [aju alir asetilen
p e
roleh serapan rutenium maksimum adalah 0,360 diperoleh pactaperbandingan udara : asetilen = 13,5 : 2,9 l/menit, untuk analisis selanjutnya menggunakan perbandingan udara asetilen 13,5 :
ISSN 0216-3128
Prosiding
Pertenwan
PPNY-BATAN
dull Presentasi /lmialz
Yogyakarta
25-27 April
2,9 l/menit. Setelah diperoleh serapan Ru yang maksimum seperti yang telah dikemukakan di alas, garnbar 2 menarnpilkan serapan Ru pactaberbagai variasi tinggi pembakar, dengan serapan yang maksimum pada tinggi pembakar 12 mill. Dengan demikian untuk analisis Ru memakai AAS 300-P, parameter alat yang digunakan adalah sebagai berikut : panjang gelombang 349,9 nm, lebar celah 0,2 nm, arus lampu katoda rongga lOrnA, laju alir larutan 4 ml/menit, tinggi pembakar 12 mill, waktu pengamatan 2 detik, laju alir udara clan asetilen masing-masing 13,5 clan2,91/menit.
Pe~aruh normalitasHNO3pactaanalisisRu
0.39 0.31 S .0.35 I
!10.31
0.33 0.21 0.21 0.25
II 12 lillll,..lItll
11
I
13
14
Gambar 2. Serapan ruthenium 20 g/mJdalam media U 0,1 % don HNO3 0,1 N % pada berbagai variasi tinggi o.s5 s
\I 0.315
,I I
0.3
0.215
0,25 0,0
77
Bllku II
/995
Gambar 4 menunjukan serapan Ru 20 ~g!ml akan naik dengan kenaikan konsentrasi U. Pacta 0.5 0,4 50.3 ! r
: I I
0.2 0.1 0 0.0
0,1
0,5
1.0 2.0 4,0 (ollllll1li U, %
1.0
S.O
10.0
Gambar4. Serapan Ru 20 g/mJpada variasi konsentrasiU,konsentrasiHNO3 =O,IN k'onsentrasi U 0,5 - 1 % diperoleh serapan maksimum, tetapi akan sedikit turun pacta konsentrasi di alas 1 %. Rutenium dengan tanpa adanya uranium mempunyai serapan yang lebih rendah apabila dibandingkan dengan adanya uranium, hal ini menurut pustaka 4 dikatakan bahwa pacta saat atomisasi, akan terjadi ionisasi parsial, sehingga atomisasi yang terjadi tidak sempurna, sedangkan dengan adanya uranium sebagai modifier, ionisasi parsial tidak terjadi sehingga atomisasi yang terjadi akan lebih baik, dengan demikian serapan yang dihasilkanjuga akan lebih baik dibanding tanpa adanya uranium. Gambar 5 menampilkan kurva kalibrasi standar Ru dengan variasi U mulai tanpa adanya U sampai konsentrasi U = 4 %. Serapan Ru dengan
-
konsentrasi 2 20 ~g!mllinier clannaik cukup tinggi 0.1
0,5
1,0
."o,iltll
1.5
"".
2,0 lilrol, .
2,5
3,0
3.i
Gambar 3. Serapan ruthenium 20 g/mJpada vadasi HNO3.
diperlukan dalarn rangka mengantisipasi cuplikan yang akan dianalisis. Pacta proses pemungutan uranium dari bahan bakar bekas, .saat ekstraksi dipakaiHNO31-4 N. Padagarnbar3 menampilkan serapan Ru 20 ~g!ml dalam media U 0,1 % pacta berbagai variasi normalitas HNO3, mulai dari 0, I sampai 3,5 N, serapan Ru pacta normalitas asam nitrat 0,1 1,5 N relatif sarna, tetapi mulai normalitas 2 N terjadi pellum-nail serapan. Dengan demikian analisis Ru dalam cuplikan yang mem-punyai normalitas HNO31ebih besar dari 2 N perlu dilakukan pengenceran, sedapat mungkin mendekati 0,1 N, agar tidak menimbulkan korosif pacta peralatan AAS. Pembuatan kurva kalibrasi standar Ru, normalitas HNO3 yang digunakan adalah 0,1 N.
-
ISSN 0216-3128
dengan adanya U. Pacta kisaran konsentrasi tersebut, serapan Ru relatif sarna pacta berbagai variasi U. Dalam analisis Ru pactaproses simulasi pemisahan uranium-ruthenium yang dilakukan di lnstalasi Teknologi Proses, kadar Ru dalarn rasa air b.erada pacta kisaran konsentrasi tersebut di alas, begitu pula halnya untuk kisaran U dalarn rasa air berada pactakisaran 0,1 - 4 %. Mulai konsentrasi Ru 20 - I00 ~g!ml, diperoleh kurva yang melengkung, kisaran konsentrasi ini tidak dapat digunakan untuk keperluan analisis, dengan demikian kisaran konsentrasi Ru yang dapat digunakan untuk keperluan analisis adalah 2 20 ~g!ml. Dari basil-basil tersebut di alas yaitu normalitas asam nitrat yang direkomendasikan maksimall,5N, konsentrasiU bisamulai0,1- 4 %, dengan demikian metoda analisis ini dapat digunakan untuk menunjang analisis ruthenium pacta simulasi proses pemungutan uranium dari campuran uranium-rutenium. .
-
Supriyanto C dkk
Prosiding PertenUian don Presentasi llmialt PPNY-BATAN Yogyakarta 25-27 April 1995
Buku II
78
Penerapan metoda analisis pacta cuplikan dilakukan dengan metoda kalibrasi standar yaitu dengan mengukur serapan cuplikan pacta kondisi
nitrat < 1,5N. Hasil analisis Ru dalamcuplikan rasa air hasil ekstraksi campuran Ru-U, disajikan pacta tabell sebagai berikut:
1
KESIMPULAN
0.8 5
~0.6 ~ 0.4 I I
Tabell.
O.l 0
10
l -II'I'U
15
lO 30 40 50 60 KollealrlSi RI19/ml
-+-U.O,I%
-e-U'I%
-+-u.!%
70 80
90 100
"""'U'4%
Gambar 5. Kurva stal/dar Ru pm!a berbagai kol/sentrasi Uranium'
optimal yang telah diperoleh, kemudian dengan mengintrapolasikan pada kurva kalibrasi standar tersebut akan diperoleh konsentrasi cuplikan yang diukur. Dari kurva standar yang telah dibuat diperoleh batas deteksi 0,89 I!g/ml dengan harga regresi (r) = 0,9992 daD persamaan regresinya adalah Y = 0,041 X +0,008. Kurvakalibrasi standar yang diperoleh mempunyai kesalahan dibawah 5 %, apabila dilakukan perhitungan kembali standar sebagai sampel, dengan demikian secara analisis kurva kalibrasi standar tersebut dapat digunakan untuk analisis. Kurva kalibrasi standar disajikan pactagambar 6 sebagai berikut : Normalitas asam nitrat dalam cuplikan masih cukup tinggi, mengingat dari proses ekstraksi menggunakan asam nitrat dengan normalitas 1 4
-
0.5 0.45 0.4 0.3
;w
I O.l I 0.15 0.1 I
1
8 :!: 0,048
2
4 :!: 0,021
3
4 :!: 0,018
4
6 :!: 0,012
5
6 :!: 0,012
6
8 :!: 0,044
7
6 :!: 0,027
8
6 :!: 0,054
9
8 :!: 0,032
10
8 :!: 0,021
spektrofotometri serapan atom, adanya asam nitrat daD uranium akan 'mempengaruhi serapan rutenium. Serapan maksimal rutenium diperoleh pacta kondisi naormalitas
uranium 0,1
-4
asam nitrat 0, I
- 1,5 N daD
%. Kisaran konsentrasi Ru yang
linier untuk analisis pengukuran Ru dalam campuran rutenium-uranium antara 2 - 20 I!g/ml dalam media asam nitrat 0,1 1,5 N daDU 0,1 4 %. Analisis penetapan Ru dalam cuplikan rasa air hasil ekstraksi campuran rutenium-uranium dapat dilakukan dengan metoda nyala spektrofotometri serapan atom yaitu dengan metoda kalibrasi standar dengan diperoleh batas deteksi 0,89 I!g/ml.
-
UCAPAN TERIMA KASIH
0.05 0
Kadar Ru :!:SD (g/ml)
No. Cuplikan
-
5 0.35 ~
Pacta pengukuran rutenium dengan metoda Kadar Ru dalam cuplikanrasa air hasil ekstraksi campuran Ru-U.
0
4
6
8
10
Il
KOIslltnsiRu,19/ml
Gambar 6. Kurva kalibrasi standar Ru (U = 2 %, HNO3 = 0.1 N)
N, sedangkan normalitas as am nitrat yang diperbolehkan maksimal 1,5 N (gambar 3), sehingga perlu dilakukan perlakuan awal terhadap cuplikan yaitu dengan cara penguapan berulang-ulang sampai diperoleh normalitas asam
Supriyanto C dkk
Penulis mengucapkan terimakasih kepada Bapak Ir. R. Didiek Herhady yang telah memberikan cuplikan campuran rutenium-uranium hasH proses pemisahan simulasi hasil belah uranium, sehingga dapat memacu mengembangkan metoda analisis Ru.
ISSN 0216-3128
Prosicling PertenUian clan Preselltasi Ilmialt PPNY-BATAN Yogyakarta 15-17 April 1995
DAFT AR PUST AKA 1. HERHADY, R.D., MASDUKI, B. SANTOSO, K., Pengaruh keasaman clan konsentrasi pada ekstraksi uranium terhadap faktor dekontaminasi zirkonium clan rutenium, Kolokium Pertemuan clan Presentasi Ilmiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan clan Teknologi Nuklir, Yogyakarta,1992. 2. PRICE, W.J., Spectrochemical Analysis by Atomic Absorption. John Wiley & Sons, New York, 1979. 3. MONTFORD, B., CRIBBS, S.C., The Determination of Ruthenium by Atomic Absorption Spectrophotometry, Analytica Chimica Acta 53, 1971, page 101-108.
ISSN 0216-3128
79
Bllkllll
4. ANON 1M, Flame Atomic Absorption Spectrometry: Analytical Methods, Varian Auatralia Ply. Ltd., 1989.
TANYA JAW AB June Pada konsentrasi 2 !lg/ml dan 20 Jlg/ml apakah metode tersebllttidak berlakll ? (kelinieran) Supriyanto Pada konsentrasi 2 !lglml clan 20 Jlglml diperoleh kurva yang melengkung sehingga untuk analisis tidak dapat digunakan.
Supriyanto C dkk
