Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009 ISSN 0854 - 5561

VJI RE-PELETISASI SERBVK V02 HASIL PROSESOKSIDASI-REDVKSI PELET V02 SINTER

Agus Sartono, Tata TS, Mugiyono, Ratih Langenati

ABSTRAK

UJI RE-PELETISASI SERBUK U02 HASIL PROSES OKSIDASI-REDUKSI PELET U02

SINTER. Telah dilakukan pengujian re-peletisasi serbuk U02 hasil proses Oksidasi­Reduksi pelet U02 yang berasal dari pelet sinter yang tidak lolos uji kualitas. Pengujiandilakukan dengan mencampur serbuk U02 hasil proses olah ulang tersebut denganserbuk U02 yang masih baru dengan perbandingan yang telah ditentukan. Denganmencampur dua bahan tersebut diharapkan dapat diketahui sampai seberapa jauhserbuk tersebut dapat dipeletisasi hingga menjadi pelet U02 yang siap digunakansebagaibahanbaka~

Pengujian terhadap 200 pelet mentah dengan berbagai perbandingan jumlah serbukU02, dengan proses sintering pada suhu 1700°C selama 4 jam menghasilkan pelet U02dengan densitas lebih kecil dari 95% yang merupakan batas persyaratan penerimaanpelet yang digunakan sebagai bahan bakar. Masih diperlukan waktu proses sinteringuntuk memperoleh pelet dengan densitas di atas 95%, atau serbuk U02 hasil prosesolah ulang gagalan pelet sinter digunakan sebagai bahan campuran untuk menurunkanpori dalam pelet bahan bakar.

Kata kunci : Reduksi, Olah ulang, pelet U02

PENDAHULUAN

Dalam pembuatan pelet bahan bakar U02, hasil akhir yang diharapkan adalahdiperolehnya pelet U02 sinter dengan karakteristik yang memenuhi persyaratan kualitas sehinggadapat digunakan direaktor. Kualitas pelet yang dihasilkan ditentukan mulai dari bahan baku serbukU02 yang digunakan, proses pembuatan pelet hingga proses sintering untuk mendapatkan peletyang siap digunakan.

Pembuatan pelet U02 melewati beberapa tahap hingga diperoleh pelet yang siapdigunakan, dan dalam proses tersebut dilakukan kendali kualitas terhadap pelet yang dihasilkan,sehingga tidak seluruh pelet yang dihasilkan dapat memenuhi criteria penerimaan dan dianggapsebagai bahan gagal atau rijek.

Analisis terhadap pelet mentah hasil proses press akhir dapat meliputi analisis dimensi danvisual, sedangkan untuk pelet sinter analisis yang dilakukan selain dimensi dan visual, dilakukanpula analisis metalografi untuk memastikan bahwa pelet sinter yang dihasilkan telah memenuhikriteria yang ditentukan.

Pelet U02 dari hasil press akhir dan sinter yang tidak memenuhi kriteria penerimaan akandilakukan proses olah ulang untuk mendapatkan kembali serbuk U02 yang dapat digunakan sebagaibahan baka~ Proses yang dilakukan adalah proses Oksidasi dan Reduksi. Proses oksidasidimaksudkan untuk memecah pelet U02 dari bentuk keramik menjadi serbuk U308, pemecahan peletdengan proses oksidasi dilakukan karena sifat dari pelet sinter adalah keramik yang cukup keras.Proses oksidasi ini dilakukan dengan memanaskan pelet U02 sinter di dalam tungku yang dialiriudara. Pada kondisi ini serbuk U02 akan bereaksi dengan oksigen yang ada, dan karena terjadiperubahan struktur maka pelet U02 tersebut akan pecah dan membentuk serbuk U308.

Proses selanjutnya adalah reduksi yaitu serbuk U308 dipanaskan di dalam tungku dan dialiri dengan

gas hidrogen untuk menghasilan serbuk U02. Serbuk U02 inilah yang kemudian dikarakterisasi dandilakukan pengujian re-peletisasi sebagai bahan baka~

76

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009 ISSN 0854 - 5561

RE-PELETISASI SERBUK U02

Re-peletisasi serbuk U02 hasil proses oksidasi-reduksi dimaksudkan untuk mengetahuikarakteristik dari serbuk U02 yang dihasilkan apakah dapat memenuhi persyaratan kualitas untukdapat digunakan sebagai bahan bakar.

Beberapa pereobaan telah dilakukan pembuatan pelet mentah dengan tipe PWRmenggunakan mesin press double acting, dan menggunakan serbuk U02 ex-Cameeo yang dimilikiIEBE, dimensi pelet mentah yang dihasilkan adalah 11 mm untuk diameter. Sedangkan tinggi peletpada kisaran 1,1 kali diameter pelet dengan besar tekanan yang digunakan pada kisaran 4 - 5 MP,dan waktu penekanan pada kisaran 3 - 4 detik. Berat jenis pelet mentah yang dihasilkan padakisaran 5,5 - 6 gram/ee, atau kurang lebih 52 - 54% dari berat jenis teoritis pelet U02•

Dengan aeuan dari penelitian yang telah dilakukan terdahulu, maka re-peletisasi serbukU02 hasil reduksi juga menggunakan parameter yang sama untuk membandingkan hasil pelet yangdiperoleh. Pelet mentah yang dihasilkan kemudian dilakukan pengujian seeara visual dan dilakukanproses sintering untuk mendapatkan pelet sinter. Temperatur sintering yang digunakan, keeepatanpemanasan dan soaking time, serta keeepatan aliran gas hydrogen yang digunakan juga mengikutipenelitian terdahulu.

BAHAN DAN PERALATAN

Bahan yang digunakan adalah :

- Serbuk U02 ex Cameeo- Serbuk U02 hasil proses Oksidasi-Reduksi pelet sinter- Zn-stearat

- Gas Nitrogen- Gas Hidrogen

Alat yang digunakan adalah :

- Timbangan analitik- Mixer

- Mesin press double acting Komage50- Tungku Sinter

TAT A KERJA

1. Timbang porsi serbuk U02 ex-Cameeo dan serbuk U02 hasil proses Oksidasi-Reduksi denganperbandingan yang telah ditentukan.

2. Tambahkan kedalam masing-masing porsi serbuk seberat 0,4% Zn-stearat

3. Lakukan peneampuran dengan menggunakan mesin peneampur (mixer) selama kurang lebih 15menit

4. Lakukan pencetakan pelet dengan menggunakan mesin press double acting yang telah dipasangipencetak untuk pelet tipe PWR

5. Lakukan pengukuran dimensi dan pengamatan visual terhadap pelet yang dihasilkan6. Lakukan proses sintering dengan suhu 1700 °C selama 4 jam7. Lakukan pengukuran dimensi dan pengamatan visual terhadap pelet sinter yang dihasilkan

PEMBAHASAN

Pelet mentah hasil kompaksi dan pelet sinter yang dihasilkan sangat tergantung darispesifikasi serbuk U02 yang digunakan, besarnya tekanan pengompakan dan parameterpengompakan lainnya berbeda sesuai dengan karakteristik serbuk yang digunakan, sehinggasebelum dilakukan pengompakan karakterisasi serbuk perlu dilakukan untuk mengetahui parameteryang tepat sehingga pelet yang dihasilkan mempunyai kualitas seperti yang dipersyaratkan.

77

Hasil-hasil Penelitian ESN Tahun 2009 ISSN 0854 - 5561

Serbuk U02 fresh ex-Cameco adalah serbuk U02 yang diperoleh bersamaan dengandibangunnya fasilitas lESE. Dari sertifikat yang disertakan, O/U rasio serbuk U02 tersebut sudahmemenuhi persyaratan kualitas, tetapi seiring dengan waktu penyimpanan dan kondisi gudangdengan ventilasi yang memiliki kelembaban cukup tinggi, terjadi kenaikan O/U rasio serbuk U02tersebut.

Kenaikan O/U rasio hingga serbuk tersebut akan diproses, ternyata sudah melebihi batasdari persyaratan yang ditentukan yaitu 2,66.

Serbuk U02 hasil proses Oksidasi-Reduksi gagalan pelet sinter, sebelum dilakukan prosespeletisasi juga dilakukan karakterisasi yaitu dengan penentuan O/U rasio dan kadar air. Hasil analisismenunjukkan O/U rasio sebesar 2,015 dan kadar air 0,2 %, sehingga secara teoritis serbuk tersebutdapat digunakan untuk pembuatan pelet.

Dengan mencampur serbuk U02 ex-Cameco dengan serbuk U02 hasil proses Oksidasi­Reduksi gagalan pelet sinter, diharapkan dapat diketahui sampai seberapa jauh kemampuan serbuktersebut dipeletisasi ulang hingga mendapatkan pelet U02 yang memenuhi persyaratan untukdigunakan sebagai bahan bakar tipe PWR.

Secara visual, pelet mentah yang dihasilkan dari proses pengompakan tidak terdapatkerusakan, dan densitas dari pelet yang diukur secara manual menunjukkan hasil yang tidak jauhberbeda dari yang diinginkan yaitu pada kisaran 5,5 - 6 gram Icc. Pelet hasil proses sintering yangdilakukan menunjukkan hal yang berbeda, pelet sinter yang dihasilkan ban yak yang rusak dengandensitas yang bervariasi pad a masing-masing komposisi. Densitas teoritis yang dihasilkan pad amasing-masing komposisi campuran dapat dilihat pad a grafik berikut.

-;:§!.o

100 ------------------

95 ------------------

70 -r-i---.--------,,----,----~--~

o

o:JQ)Q)c.~.;::o(])-II)19'ij)c:(])o

90

85 l-------~----80

75 T -- -­!

20 40 60 80 100

-7 jam

-2jam

Komposisi campuran serbuk U02 ex-Cameco denganU02 hasil Olah ulang

Grafik hubungan densitas teoritis pelet sinter dengan komposisi campuran serbuk U02

Dari grafik di atas, terlihat bahwa komposisi serbuk U02 hasil proses olah ulang denganserbuk U02 ex-Cameco yang semakin besar setelah dilakukan proses sintering menghasilkan peletdengan densitas teoritis yang semakin rendah, dibandingkan dengan pelet sinter yang dihasilkandari serbuk U02 ex-Cameco tanpa campuran serbuk U02 hasil olah ulang.

Hasil yang diperoleh masih jauh dibawah batas minimal dari persyaratan pelet U02 yangdigunakan sebagai bahan bakar yaitu memiliki densitas teoritis 95% .

78

ISSN 0854 - 5561

KESIMPULAN

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009

Dari pembahasan di atas kesimpulan yang diperoleh adalah secara teknis serbuk U02 hasilproses olah ulang dengan metoda kering masih dapat diproses peletisasi ulang. Masih jauhnyadenstisas teoritis dari pelet sinter yang dihasilkan masih perlu dilakukan penelitian lebih lanjut.

DAFT AR PUST AKA

[1] ANONIM. Instruksi kerja pengoperasian mesin pengompak akhir Komage 50 (ME-21), PTBN,2009

[2] ANONIM, Instruksi ke~a pengoperasian tungku sinter (ME-06), PTBN, 2009

TANYA JAWAB

1. Winter Dewayatna

• Penyebab perbedaan densitas teoritis U02 ex-Cameco dan serbuk U02 hasil oksidasireduksi gaga Ian ?

Agus Sartono Dwi Santosa

• perbedaan tersebut dimungkinkan dari morfologi serbuk tersebut yang berbeda, serbuk U02ex-Cameco mempunyai bentuk butir yang lebih baik jika dibandingkan dengan serbuk U02hasil olah ulang, karena serbuk tersebut sudah mengalami proses kompaksi dan sintering,sehingga pada saat pelet U02 tersebut pecah karena proses oksidasi menghasilkan bentukbutir serbuk yang tidak teratur.

79

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009

Lampiran

Tabel1. Data hasil pengukuran densitas teoritis pelet sinter

ISSN 0854 - 5561

DiameTinggi

Diameter Pelet (mm)ter

PeletTinggiVol.Vol. DensitasNo.

Rata-(mm)Rata-KotorBersihBeratDensitasTeoritisrata

rataPelet

(ee)Pelet (g)

(glee)(%)1 23

(mm)1

(mm)(ee)

Campuran serbuk reduksi 600 °C/ 7 jam, 100 % serb uk awal

2

9.099.038.969.039.589.580.61280.61286.340310.347194.3220

4

9.069.008.939.009.469.460.60110.60116.241110.383394.6521

3

9.058.968.938.989.319.310.58930.58936.093710.339794.2546

5

8.628.688.708.678.058.050.47460.47464.855610.229993.2538

6

8.969.029.059.019.499.490.60480.60486.262710.355694.3995

7

9.088.988.959.009.549.540.60710.60716.303810.384394.6610

8

9.048.968.918.979.369.360.59120.59126.113110.340394.2594

96 % serbuk awal + 4 %serb uk reduksi10

9.179.139.089.139.289.280.60680.60686.163510.157592.5931

15

9.199.159.109.159.549.540.62650.62656.363310.156492.5832

92% serbuk awal + 8% serb uk reduksi16

9.289.489.209.329.699.690.66070.66076.60109.990491.0705

19

9.269.269.219.249.659.650.64720.64726.541710.107392.1361

88% serbuk awal + 12% serbuk reduksi25

9.239.329.309.2810.2110.210.69070.69076.929710.032591.4544

84% serbuk awal + 16% serbuk reduksi29

9.229.319.379.3010.1310.130.68780.68786.84729.955690.7531

100 % serbuk reduksi10.38

10.4110.3910.3912.5212.521.06171.06179.16638.634078.7053

Campuran 96% serbuk awal + 4% serbuk oksidasi pelet 600 °C/2 jam110

9.158.988.999.049.779.770.62680.62686.307410.063591.7366

119

9.159.008.969.049.779.770.62630.62636.23979.962890.8189

120

9.209.088.979.089.839.830.63670.63676.30549.903790.2802

121

9.219.049.029.099.959.950.64540.64546.35099.840489.7032

124

9.138.978.929.019.689.680.61640.61646.470410.496895.6866

Campuran 92% serbuk awal + 8% serbuk oksidasi pelet 600 °C/2 jam120

9.249.209.029.159.809.800.64450.64456.35779.863889.9164

121

9.209.059.039.099.889.880.64130.64136.430310.026791.4012

124

9.168.998.979.049.619.610.61650.61656.15869.989791.0637

126

9.209.089.069.119.969.960.64940.64946.48029.979490.9700

131

9.169.018.989.059.779.770.62810.62816.315610.054391.6530

80

ISSN 0854 - 5561 Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009

Campuran 88% serbuk awal + 12% serbuk oksidasi pelet 600 °C/2 jam

Campuran 84% serbuk awal + 16% serbuk oksidasi pelet 600 °C/2 jam

Campuran 80% serbuk awal + 20% serbuk oksidasi pelet 600 °C/2 jam

100 % serbuk oksidasi pelet 600 °C/2 jam

1319.259.079.059.1210.0210.020.65470.65476.49599.921990.4458

132

9.259.079.029.1110.0810.080.65720.65726.51469.913090.3642

133

9.279.149.129.1810.2710.270.67890.67896.71659.893190.1834

134

9.199.069.039.099.819.810.63680.63686.32049.925790.4801

135

9.259.169.119.1710.1710.170.67180.67186.61319.843789.7333

138

9.079.159.229.1510.2610.260.67380.67386.66329.888790.1433

1409.299.049.029.129.739.730.63480.63486.896210.863199.0258

139

9.379.179.159.2310.4910.490.70150.70156.15868.778880.0252

141

9.219.079.099.1210.0910.090.65930.65936.38219.680588.2448

142

9.229.039.059.109.909.900.64360.64366.28559.766889.0319

143

9.179.059.079.109.929.920.64440.64446.30449.783689.1849

144

9.239.129.209.1810.2810.280.68060.68066.63349.747088.8518

145

9.289.149.069.1610.0810.080.66390.66396.43389.690588.3364

1469.279.189.229.2210.3710.370.69250.69256.69559.668588.1358

147

9.309.229.289.2710.5110.510.70850.70856.71589.479386.4115

148

9.269.119.169.1810.1410.140.67030.67036.48669.677088.2131

150

9.289.109.139.1710.0010.000.66010.66016.35899.633387.8147

151

9.269.219.289.2510.3210.320.69320.69326.49589.371385.4266

149

9.279.209.219.2310.1510.150.67830.67836.60909.743488.8186

152

9.219.229.339.2510.3110.310.69300.69306.65709.606287.5684

-151

9.88. 9.929.879.8911.4611.460.87990.87997.07308.038273.2740

153

9.879.859.829.8512.5312.530.95370.95377.96268.349476.1113

154

9.799.809.859.8111.2611.260.85120.85126.95138.166374.4420

155

9.879.979.959.9311.2411.240.87000.87006.92077.954572.5118

156

9.839.849.859.8411.0511.050.83990.83996.73238.015773.0693

158

9.899.849.909.8811.4111.410.87370.87377.03238.048673.3693

81