Prosiding Presentasi I/miah Daur Bahan Bakar Nuklir VP2TBDU & P2BGN -BATAN Jakarta, 22 Februari 2000

ISSN 1410-1998

PELARUT AN ELEMEN BAKAR URANIUM SILISIDA MENGGUNAKANLARUT AN BAS A DAN AS AM 1"'"'

YUSUF NAMPIRA IPusat Pengembangan Teknologi Bahan Bakar Nuklir dan Dau~ Ulang -BATAN

ABSTRAK

PELARUTAN ELEMEN BAKAR URANIUM SILISIDA MENGUNAKAN ASAM DAN BASA.Analisis kimia dalam karakterisasi elemen bakar dimulai dengan proses pelarutan. Pelarutanelemen bakar uranium silisida terdispersi dalam aluminium telah ditelit~.menggunakan pelarut

HNO3 pekat dengan aditif Hg(NO3)2, larutan NaOH dengan aditif H202 dan campuran asam

pekat HCI-HF. Larutan NaOH akan melarutkan pelat pembungkus ba an bakar, dan HNO3-Hg(NO3)2 akan melarutkan uranium dalam bahan bakar. I

ABSTRACT

DISSOLUTION OF URANIUM SILICIDE FUEL ELEMENT USING ACID f D BASE SOLUTION.

Chemical analyses on fuel element characterization is started from di solution process. The

chemical analysis for the characterisation of fuel element is introduced b dissolution of objectanalysis. Dissolution of fuel element of uranium silicide-aluminum dispe ion was studied using'consentrated

HNO3 with additive of Hg(NO3)2, NaOH solution with additive of H202 and mixedconcentrated acid of HCI-HF. NaOH solution will dissolve the claddin~ material, and HNO3-Hg(NO3)2 will dissolve uranium fuel particle. I

PENDAHULUAN tersebut dalam pelarutan elemen bakarsilisida. Pad a pelarutan terse but dibutuhkanbahan perusak senyawa uranium silisida,yaitu dengan cara mengoksidasi uraniumsilisida menjadi uranium oksida dan silikaoksida atau dengan bahan perusak lainnya.

Elemen bakar nuklir dispersi uraniumsilisida merupakan elemen bakar tipe pelat.Pad a elemen bakar ini uranium silisidasebagai bahan bakar berada dalam pelatpembungkus (paduan aluminium)[11. Gunamengetahui unjuk kerjanya maka dilakukanbeberapa pengujian, diantaranya analisiskimia bahan bakar sebelum dan sesudahirradiasi.

TATA KERJA

Bahan yang digunakan

Sebagai langkah awal dari analisiskimia elemen bakar. cuplikan bahan bakarharus menjadi larutan untuk keperluananalisis secara kuantitatif. Pemilihan bagiancuplikan yang dilarutkan sangat diperlukanuntuk memudahkan dalam penyiapan larutancuplikan siap analisis sehingga dapatmemberikan informasi data sebenarnya. olehsebab itu diperlukan pemilihan pelarut yangselektif untuk pelarutan elemen bakar nuklir.

Bahan bakar pelat uranium silisida buatanPT.BANTEK, d lam pelarutan inimenggunakan laru an NaOH 20%, HN03pekat, HF-HCI (1: ) sebagai pelarut sertabahan tambahan H O2 dan larutan Hg(N03)210000 ppm.

Cara kerja

Waktu pelarutan 2q mg pelat elemen bakardilarutkan dalam 2ml deret larutan NaOH,yang ditambah dengan H2O2 .Oi sam ping itu20 mg pelat elemen bakar dilarutkan dalamderet HNO3 pekat dengan penambahanlarutan Hg(NO3). Hasil kedua pelarutan diatas dibandingkan dengan hasil pelarutandari 20 mg pel at eleren bakar menggunakancampuran HCI-HFI I. Unsur-unsur dalamhasil pelarutan difnalisis dengan metodependar sinar-x. i

Aluminium dapat larut dalam pelarutNaOH, di sam ping itu uranium dapat jugalarut dalam larutan NaOH dengan adanyaperoksida di dalam nya [2.31. Uranium dalamUO2 atau uranium logam dapat larut dalamHNO3[2,4]. Sedangkan dalam bahan bakaruranium berada dalam senyawa silisida,berdasarkan sifat larutan NaOH dan HNO3 dialas maka diteliti penggunaan pelarut

220

ISSN 1410-1998 Prosiding Presentasi I/miah Daur Bahan Bakar Nuklir VP2TBDU & P2BGN -BATAN Jakarta, 22 Februari 2000

HASIL DAN BAHASAN mencapai optimum pada kandungan Hg++250 ppm dalam HNO3 pekat.

SIMPULAN

Unsur dalam fasa larutan iniditunjukkan dalam Tabel 1. Dalam pelarutandengan ke dua pelarut tersebut memberikandata yang berbeda. Pelarutan pel at elemenbakar uranium silisida menggunakan pelarutNaOH berlangsung melalui mekanismepelarutan pelat pembungkus. Pad a pelarutanini berlangsung reaksi sebagai berikut :

2H2O2AI + NaOH NaAIO3 + H2 + 2H2O (1)

H2O2UxSiy+NaOH NaUO. + SiO2 + H2O (2)

Berdasarkan keadaan tersebut dapatdisimpulkan bahwa pelarutan elemen bakaruranium silisida menggunakan ke duapelarut di atas berbeda sifat pelarutan nya,yaitu :a. Pelarutan elemen bakar uranium silisida

menggunakan pelarut basa melarutkanpel at pembungkus tanpa uranium dalambahan bakar.

b. Pelarutan elemen bakar bahan bakarmenggunakan HNO3-Hg(NO3)2 melaluiproses difusi pelarut melewati celahantara pelat pembungkus melarutkanuranium dalam bahan bakar.

PUSTAKA

Dalam pelarutan tersebut kandungan NaOHdalam larutan sangat berpengaruh pada

kecepatan pelarutan pelat yangbersangkutan. Peningkatan kandunganNaOH dalam larutan menyebabkan kenaikankelarutan pelat aluminium. Akan tetapi padakonsentrasi larutan NaOH di atas 20% terjadisuatu kejenuhan kemampuan larutan untukpelarutan tersebut. Oleh sebab itu dalampelarutan pelat menggunakan larutantersebut akan terjadi penurunan kecepatan

pelarutan (Gambar 1). Sedangkan padapenggunaan larutan 20% NaOH-200j.11 H2O2sebagai pelarut dalam pelarutan pel attersebut mempunyai kelarutan maksimumpad a berat pelat 46,7 mg dalam 1 mllarutanpelarut (Gambar 2). Hasil analisis larutanyang dihasilkan menunjukkan bahwauranium tidak berada dalam larutan akantetapi berupa endapan. Hal ini disebabkanH2O2 yang ada dalam larutan tidak mampumengoksidasi uranium silisida. Kandunganaluminium dalam endapan lebih tinggi jikadigunakan pelarut NaOH encer (Gambar 3).

HNO3 tidak dapat melarutkan pelataluminium karena pad a pelarutan tersebutterjadi pelapisan aluminium oksida yangmelindungi proses pelarutannya. Akan tetapiHNO3 dapat berhubungan dengan bahanbakar melalui celah antara kedua sisi pelat,dan difusi hubungan tersebut belum efektifuntuk melarutkan uranium dalam senyawauranium silisida. Adanya Hg(NO3h dalamlarutan akan merusak sistem uranium silisida,oleh sebab itu uranium dalam bahan bakardapat terlarut dalam HNO3. Kecepatanpelarutan pelat elemen bakar ini naik secaralinier dengan kenaikkan konsentrasi Hg++(Gambar 4). Sedangkan efisiensi pelarutanuranium dalam pelat elemen bakarditentukan oleh adanya Hg++, hal iniditunjukkan dalam Gambar 5. Pelarutan ini

[1]. COPELAND G.L, HOBBS R.W., HOFMANG.L, SNELGROVE J.L.," Performance oflow enriched U3Si2-aluminium dispersionfuel elements in Oak Ridge ResearchReactor", ANURERTRrrM-1 0

[2]. CHERNAJEV 1.1, Complex Compound ofUranium, Israel Program for ScientificTranslation, Yerusalem 1968

[3]. DONG D., VANDEGRIFT G.F., S AMINI, J.B.HERSUBENO, H. NASUTION, Y.NAMPIRA,"Processing of LEU targets for 99 Moproduction dissolution of metal foil targetsby alkaline hidrogen peroksida",Intemational Meeting on ReducedEnrichment for Research and TestReactors (RERTR), September 18-21,1995, Paris France

[4]. SRINIVASAN B, LEONARD R.A,VANDEGRIFT G.F, MOERIDUN, A.ARAUF, H LUBIS, A. HARDI, S. AMINI, Y.NAMPIRA, Processing of LEU Target for 99Mo Production Dissolution of Metal Foils byNitric acid Mixtures, International Meetingon Reduced Enrichment for research andTest Reactor, Paris, 1995

[5]. CHANDER K., PATIL B.N., KAMAT J.V.,KHEDEKAR N.B., MANOLKAR R.B.,MARATHE S.G., "Direct dissolution ofnuclear materials for chemical qualitycontrol", Nuclear Technology, vol. 78, 1987,69-74

221

Prosiding Presentasi /lmiah Daur Bahan Bakar Nuklir VP2TBDU & P2BGN -BATAN Jakarta, 22 Februari 2000 ISSN 1410-1998

Tabel1. Analisis hasil pelarutan optimum pelat elemen bakar uranium silisida

PELARUT NaOH HNO3-Hg(NO3)2 HCI-HF

Warna larutan kuning kuning kuning

Warna endapan hitam pelat

INTENSITAS SINAR-XKARAKTERISTIK/g CUPLIKAN

UNSUR LARUTAN ENDAPAN LARUTAN LARUTAN

AI 95,03 8,36 6,00 62,85

Si 56.52 5,29 16,11

u 0,00 148,44 119,4677,85 ...

25-..~~0)~0>

t--

'0)'--'c:ro:J'-ro

""Ci)~c:roroD-O)(.)0)~

20

15

10

5

0

0 5 10 15 20 25 30 35

konsentrasi larutan NaOH (%berat)

Gambar1. Pengaruh konsentrasi NaOH pad a kecepatan kelarutan pelat elemen bakar uranium

silisida

222

ISSN 1410-1998 Prosiding Presentasi I/miah Daur Bahan Bakar Nuklir VP2TBDU & P2BGN -BA TAN Jakarta, 22 Februari 2000

25

20cco-2co""[)D-Cco-coD-O)U0)~

15

10

5

0

0 0.05 0.1 0.15

berat pelat (g)

Gambar 2 Pengaruh berat cuplikan pelat elemen bakar uranium silisida terhadap pelarutannya

dalam larutan NaOH 20% -H202

35

30x~roc:Ow"-ro"0c:Q)Co

.c::rourou

25

20

15

10

5

0

0 30 4010 20

konsentrasi NaOH (% berat)

Gambar 3, Perbandingan AI,Mg, Si dan U dalam endapan pad a pelarutan pelat elemen bakar

uranium silisida

223

~~Q)

~0>

Prosiding Presentasi IImiah Daur Bahan Bakar Nuklir VP2TBnU & P2BGN -BATAN Jakal1a, 22 Februari 2000

ISSN 1410-1998

3025

c::ro-2ro"Q3Q.c::ro-roQ.Q)UQ)~

20

15

10

5

0

0 1 2 3kandungan Hg++ dalam pelarut (100 ppm)

4

Gambar 4 Pengaruh Hg(NO3)2 terhadap pelarutan pelat elemen bakar dalam HNO3 pekat

0.4

0.05

03 3.50 0.5 1 1.5 2 2.5

kandungan Hg++dalam larutan (100 ppm)

++Gambar 5. pengaruh kandungan Hg dalam pelarut terhadap uranium dalam larutan

224

~:+=-Q)

~0)'--"

ISSN 1410-1998 Prosiding Presentasi I/miah Daur Bahan Bakar Nuklir VP2TBDU & P2BGN -BATAN Jakarta, 22 Februari 2000

TANYAJAWAB Yusuf Nampira :.Pelarutan dengan asam akan melarutkan

uranium dengan sedikit pelarutan pelatpembungkus, dalam Gambar 5 danTabel 1 menujukkan bahwa uraniumhasil pelarutan tersebut relatif sarnadengan pelarutan total menggunakanHCI-HF (1:1).

TarwitoMohon penjelasan, pertimbangansaudara mengapa pelarutan uraniummenggunakan campuran HNO3-Hg(NO3)2, Sedangkan Hg(NO3)2merupakan bahan berbahaya danberacun (B3). Apakah tidak dapatdengan menaikkan konsentrasi HNO3 ?Bagaimana pemisahan kembaliHg(NO3)2 ?

3.. Siti Amini

Mengapa dapat dinyatakan kondisioptimum pelarutan adalah 20%sedangkan uranium banyak terdapatdalam endapan (Gambar 3, Tabel1) ?

Yusuf Nampira:.Berdasarkan tujuan pelarutan ini yaitu

untuk melakukan pengujian elemenbakar secara kimia dengan obyekanalisis pelat pembungkus. bahan bakarmaupun keseluruhan pelat elemen bakar.Berdasarkan obyek yang akan di analisispenggunaan NaOH 20% sebagai pelarutoptimum untuk pelarutan kelongsong,sehingga uranium dalam bahan bakarterpisahkan dari bahan kelongsong. Halini ditunjukkan pada endapan yang ada

mempunyai perbandingan kandunganuranium terhadap aluminium maksimum.Sedangkan jika dibutuhkan analisisbahan bakar. hasil endapan tersebutdapat dilarutkan menggunakan asam.

Yusuf Nampira.Pelarutan ini sebagai langkah awal

dalam analisis kimia bahan bakar pascairradiasi. Cuplikan yang dilarutkansekitar 20mg-30mg sehingga pelarutyang dibutuhkan sekitar 2 ml, disampingitu pelarutan tersebut dilakukan dalamruang tertutup dengan sistem alir udaramelalui filter dan proses tersebutdilakukan pada temperatur ruang, makapenggunaan Hg(NO3)2 tidak akan

membahayakan lingkungan.HNO3 yang digunakan merupakanlarutan pekat. Hg dapat dipisahkan tidakdalam senyawa HNO3 tetapi dapatdiambil dari larutan dengan membentuk

endapan HgCI2.

2. Abdul LatifAda dua cara pelarutan (asam danbasa), pelarutan dengan apa yang lebihefisien jika mengambil uranium?

225