analisis impuritas di dalam u3o8 dengan spectrometer massa

PROSIDING SEMINAR NASIONAL PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan Yogyakarta, 19 September 2006

Aryadi, dkk. ISSN 1410 – 8178 1

PENGARUH PENGEMBAN DAN WAKTU EKSITASI TERHADAP INTENSITAS SPEKTRUM BORON PADA ANALISIS IMPURITAS

U3O8

Aryadi, Farida Ernawati PTAPB-BATAN

ABSTRAK

PENGARUH PENGEMBAN DAN WAKTU EKSITASI TERHADAP INTENSITAS SPEKTRUM BORON PADA ANALISIS IMPURITAS U3O8. Telah dilakukan analisis boron didalam U3O8 dengan variasi pengemban (campuran AgCl, LiF dan Ga2O3) dan waktu eksitasi. Sampel uranium dilarutkan dalam HNO3, dikeringkan dan dikalsinasi pada suhu 850 0C selama 3 jam. Sampel U3O8 ditambah pengemban dengan variasi persen berat (0 % ; 2,5 % ; 5 % ; 7,5 % ; 10 %). Masing-masing campuran diaduk di atas mortar agate hingga homogen, lalu ditimbang 100 mgram dimasukkan kedalam elektroda grafit. Eksitasi dilakukan dengan memvariasi waktu eksitasi bersama-sama dengan standar pembanding. Hasil pengamatan dengan densitometer dan perhitungan matematis, didapatkan kadar boron di dalam sampel U3O8 adalah 3,31362 ppm dengan waktu eksitasi optimum 35 detik dan penambahan pengemban 5 %.

ABSTRACT

INFLUENCE OF CARRIER AND EXCITATION TIME TO INTENSITY of BORON SPECTRUM AT ANALYSIS of IMPURITAS U3O8. Have been done boron analysis in U3O8 with the variation of carrier ( mixture Agcl, LiF And Ga2O3) and excitation time. Sampel uranium dissolved in HNO3, dried and calcinated at temperature 850 0C during 3 hours. Sampel U3O8 added by carrier with the heavy variation ( 0% ; 2.5% ; 5% ; 7.5% ; 10 %). Each mixture swirled the above homogeneous mortar agate till, then deliberated by 100 mgram entered into graphite electrode. Excitation done with the variation of excitation time and together with comparator standard. Result of perception with the mathematical calculation and densitometer, got of boron rate in sampel U3O8 is 3,31362 ppm with the optimum excitation time 35 second and carrier added 5 %.

PENDAHULUAN

eiring dengan kebutuhan energi saat ini selain minyak bumi dan batu bara diperlukan pula

energi alternatif yaitu dengan penggunaan energi atom.Hal ini didukung dengan fakta bahwa jumlah energi yang didapat dari U dan Th cadanagn dalam kerak bumi melebihi jumlah energi batu bara dan minyak bumi. Masalah yang timbul kemudian adalah bagaimana mencari dan menggali bijih U dan Th serta cara pemisahannya.

Sebelum digunakan sebagai bahan bakar reaktor bijih uranium harus diproses/diolah menjadi uranium dalam bentuk yang sesuai. Bahan yang dipergunakan dalam reaktor antara lain berupa 1) :

• logam uranium dalam bentuk campuran aluminium, zirkonium, molybdenum, nikel dan logam-logam lain yang mempunyai luas penampang penyerapan neutronnya rendah.

• Uranium dioksid yang penggunaannya dalam reaktor nuklir cukup luas karena mempunyai beberapa sifat-sifat penting seperti titik lebur tinggi dan tahan terhadap panas.

Dengan demikian pengolahan bijih uranium mentah menjadi bahan bakar nuklir harus dibatasi pada pengolahan dioksida atau logam uranium. Bahan bakar nuklir dengan tingkat kemurnian yang tinggi dapat diperoleh melalui metode pengolahan tertentu. Pengolahan bijih uranium menjadi bahan bakar nuklir akan sangat tergantung dari komposisi

S



ISSN 1410 - 8178 Aryadi, dkk. 2

atau bentuk-bentuk senyawa uranium, tingkat kemurnian bahan bakar dan sifat-sifat dari bahan mentahnya.

Skema teknologi yang banyak diterapkan untuk memproduksi bahan bakar nuklir adalah sebagai berikut 2). 1. Penyiapan bijih untuk proses pelindian

(leaching) yang melibatkan penghancuran secara mekanis, pengkayaan dan penggilingan

2. Pelepasan uranium dengan asam, karbonat atau pelarut lain yang encer.

3. Ekstraksi uranium dari larutan pekat dengan bantuan resin penukar ion atau pengekstrak.

4. Penyiapan konsentrat uranium atau triuranium oktosida tingkat teknis dengan pengendapan uranium menggunakan bermacam-macam reagen.

5. Pemurnian konsentrat uranium atau peningkatan kualitan U3O8 dengan menggunakan pelarut dengan metode pengendapan yang diikuti dengan pembuatan UO3 dan UO2 dari garam-garam murni.

6. Pembuatan uranium florida-tetraflorida dan heksaflorida

7. Produksi logam uranium dengan reduksi thermal uranium oksida atau uranium tetraflorida dengan kalsium atau magnesium.

8. Pemurnian uranium cair dan penyiapan pelet untuk reaktor nuklir.

Pelarut yang biasa digunakan dalam proses pelindian tergantung tipe kandungan mineralnya, antara lain berupa H2SO4, HNO3, HCl atau NaOH. Dalam proses pelindian ini bijih uranium tidak dapat diambil 100 % karena sebagian uranium dalam konsentrat tersebut masih tercampur dengan pengotor. Kandungan uranium dalam konsentrat berkisar antara 40 % - 60 %.

Untuk bahan bakar, uranium yang dipakai harus dalam tingkat murni nuklir. Oleh sebab itu sebelum digunakan sebagai bahan bakar nuklir harus dilakukan pemurnian uranium dari pengotor-pengotor yang terdapat dalam konsentrat tersebut. Pemurnian ini bisa dilakukan dengan proses pelarutan menggunakan HNO3 atau HCl, kemudian dilakukan ekstraksi dengan menggunakan tributil fosfat (TBP) dengan pengencer kerosin. Uranium yang berada dalam fase organik dilakukan reeksktraksi (stropping) dengan menambahkan HNO3 5 – 10 %. Dari proses stripping ini uranium berpindah ke fase air yang kemudian dilakukan pengendapan dengan menambahkan NH4OH atau Na2CO3. Setelah pengendapan dilakukan penyaringan. Endapan yang didapat mengandung sekitar 90 %.

Di Bidang Kimia dan Teknologi Proses Bahan-PTAPB BATAN tidak melakukan proses

dari batuan uranium, tetapi dimulai dari konsentrat hingga pada proses pemurnian.

Uranium yang akan dipakai sebagai bahan bakar nuklir harus bebas dari unsur-unsur pengotor-pengotornya terutama dari unsur-unsur yang mempunyai tampang lintang elektron besar seperti boron, kadmium, logam-logam tanah jarang dan lain sebagainya.

Untuk mengetahui kandungan unsur pengotornya, maka uranium harus dianalisis. Alat analisis yang sesuai adalah spektrografi emisi. Alat ini mampu menganalisis unsur-unsur logam dan non logam secra serempak hingga konsentrasi bagian perjuta atau ppm dalam waktu yang relatif singkat. Alat analisis spektrograf emisi berdasarkan pada intensitas spektrum unsur yang dipancarkan saat terjadi eksitasi, kemudian dibandingkan dengan unsur standar pembanding yang sudah diketahui konsentrasinya 3).

Untuk menentukan kondisi alat apakah hasilnya masih akurat atau tidak, maka perlu dilakukan kalibrasi dan standarisasi. Untuk lebih meyakinkan kondisi alat, maka dilakukan penelitian tentang pengaruh pengemban sulingan terhadap kemampuan eksitasi unsur pada analisis boron di dalam uranium oksida. Seperti telah diketahui bahwa boron mempunyai tampang lintang elektron jauh lebih besar dari uranium maka keberadaannya harus ditekan sekecil mungkin (< 0,3 ppm), karena akan mengganggu fraksi bakar saat uranium digunakan sebagai bahan bakar nuklir.

TATAKERJA

Bahan : - Standar U3O8 NBS - Sampel U3O8 hasil kalsinasi - LiF, Ga2O3, AgCl - HNO3 - Elektroda grafit

Alat : - Unit eksitasi - Unit pencucian film - Unit densitometer - Timbangan analitik Sartorius 6 degit

dibelakang koma - Furnace - Mortar agate

Cara Kerja 1. Preparasi pengemban

Ditimbang AgCl, LiF dan Ga2O3 dengan perbandingan 95 : 4 : 1 digerus dan campur hingga homogen

2. Preparasi standar U3O8




Ditimbang 7(tujuh) seri standar U3O8 dari NBS masing-masing 1 gram. Masing-masing standar ditambah 5 % pengemban atau 50 mgram untuk standar 1 gram, kemudian dicampur hingga homogen di atas mortar agate. Masing-masing standar ditimbang 100 mgram dan dimasukkan ke dalam elektroda grafit.

3. Preparasi cuplikan Cuplikan uranium padat dilarutkan dengan HNO3 2 N, setelah larut dikeringkan lalu dikalsinasi pada suhu 850 0C selama 3 jam, lalu didinginkan. Uranium oksida (U3O8) hasil kalsinasi ditambah dengan pengemban (campuran AgCl, LiF dan Ga2O3) yang bervariasi prosentase pengembannya. Yaitu : 2,5 % ; 5 % ; 7,5 % ; 10 % dan 0 %. Masing-masing dicampur menggunakan mixer hingga homogen. Campuran U3O8 dengan pengemban ditimbang masing-masing seberat 100 mgram dan dimasukkan kedalam elektroda grafit untuk dieksitasi

4. Analisis cuplikan a. Eksitasi standar dan cuplikan

Standar dan cuplikan yang telah siap di dalam elektroda grafit dieksitasi dengan spektrograf emisi dengan kondisi alat : Gratting : 590 grows/mm Sudut blaze : 5400

Sumber arus : DC-Arc Arus : 10 amper Exposure : 35 detik Pre-burn : 0 detik Jarak elektroda : 2 mm

b. Pencucian film Film yang digunakan untuk merekam spektrum unsur-unsur teranalisis adalah Fuji Medical X- Ray Film New RX ID 063220. Adapun tahap-tahap pencuciannya adalah sebagai berikut : Film direndam di dalam Kodak developerD-19 selama ± 30 detik, dibilas dengan air lalu direndam di dalam Kodak Fixer selama 3 menit, dicuci dengan air mengalir (air kran) dan dikeringkan

c. Pengamatan spektrum unsur Film yang telah kering diletakkan pada alat densitometer untuk diamati keberadaan unsur dan intensitasnya. Pengukuran spektrum boron pada panjang gelombang 2497,73 Å. Spektrum standar boron dan cuplikan diukur dan dicatat untuk dihitung konsentrasi cuplikan.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Untuk menghitung konsentrasi sampel, harus ditentukan terlebih dahulu panjang gelombang unsur yang akan diukur transmitansinya. Pengukuran intensitas spektrum sampel dan standar harus pada panjang gelombang yang sama, karena setiap unsur mempunyai spktrum lebih dari satu panjang gelombang bahkan sampa ribuan panjang gelombang (misal spektrum uranium, torium, zirkonium dll.). Unsur boron mempunyai 4 spektrum yang berbeda daerah gelombangnya dan masing-masing mempunyai sensitivitas yang berbeda-beda pula. Unsur boron pada panjang gelombang 2497,73 Å mempunyai intensitas tertinggi dari pada panjang gelombang yang lainnya. Oleh karena itu di dalam analisis unsur pengotor di dalam U3O8 spektrum yang diukur pada panjang gelombang 2497,73 Å. Hal ini dikarenakan agar boron yang terdeteksi baik pada standar maupun cuplikan sekecil mungkin.. Intensitas dihitung menggunakan rumus :

TI 1log=

dimana :

I = Intensitas T= Transmitasi

Tabel 1. Intensitas standar boron pada λ 2497,73 Å No.

Standar T (%) Intensitas

(I) Konsentrasi

(ppm) 1 28.2 0.54975 5.7 2 48.9 0.31069 2.8 3 66.9 0.17457 1.1 4 82.2 0.08513 0.7 5 86.5 0.06298 0.46 6 87.2 0.05948 0.21 7 88.9 0.05109 0.15

Kurva standar boron

y = 0.0913x + 0.0398R2 = 0.9946

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0 2 4 6Konsentrasi (ppm)

Intensitas

Gambar 2. : Kurva standar boron λ =2497,73 Å



ISSN 1410 - 8178 Aryadi, dkk. 4

Dari Gambar 2. didapatkan persamaan regresi : Y = 0,0913x + 0,0398. Persamaan ini digunakan untuk menghitung konsentrasi boron pada cuplikan.

Variasi konsentrasi pengemban

Boron

Tabel 2. Intensitas spektrum boron λ 2497,73 Å terhadap persen pengemban

No. Pengemban

(%)

% T Intensitas

1 0 69.6 0.157391

2 2,5 54.3 0.2652

3 5 49.1 0.308919

4 7,5 47.9 0.319664

5 10 46.5 0.332547

Gambar 3. : Kurva intensitas boron dengan variasi kadar pengemban

Pada Gambar 3 terlihat bahwa semakin banyak pengemban yang ditambahkan, maka intensitas boron semakin besar, namun pada penambahan pengemban di atas 5 % kenaikan intensitas spektrum boron tidak begitu banyak, hal ini dimungkinkan karena pada penambahan 5 % pengemban hampir sudah mampu mengeluarkan seluruh spektrum boron pada saat eksitasi. Apabila jumlah pengemban ditambah maka intensitas boron akan naik lagi namun kurang signifikan, sehingga bila dipertimbangkan dengan nilai ekonomisnya pada penambahan pengemban 5 % sudah relevan untuk analisis boron pada bahan bakar nuklir. (lihat Gambar 2.)

Untuk mengetahui konsentrasi boron yang ada di dalam cuplikan uranium dengan variasi waktu eksitasi dapat dihitung sebagai berikut : Persamaan regresi y = 0.0913x + 0.0398 (lihat Gambar 2)

Rumus umum :

abIx −

=

Dengan : x = konsentrasi I = intensitas a = koefisien arah = 0,0913 b = intersep = 0,0398 Untuk sampel dengan waktu exposure 35 detik :

abIx −

=

89849,50398.0

0913.032606.0=

−=x

Untuk data yang lain dengan cara yang sama diperoleh :

Tabel 2. Pengaruh intensitas spektrum boron λ 2497,73 Å terhadap waktu eksitasi

Waktu (dtk)

Transmitasi (%)

Intensitas (I)

Konsentrasi (ppm)

35 47.2 0.32606 5,89849 30 52.9 0.27654 4,65427 25 53.7 0.27002 4,49045 20 55 0.25964 4.22965 15 58.5 0.23284 3.55628 10 66 0.18045 2.23995 5 79.9 0.09745 0.15452

kurva waktu vs konsentrasi

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

0 10 20 30 40

waktu

kons

entr

asi

Gambar 4. : Kurva hubungan kadar boron terhadap variasi waktu eksitasieksitasi

Pada Gambar 4 terlihat bahwa semakin lama waktu yang digunakan untuk eksitasi, semakin besar pula nilai intensitas boronnya. Namun kenaikkan intensitas yang paling mencolok adalah pada waktu eksitasi 35 detik. Oleh sebab itu waktu yang diperlukan untuk eksitasi selanjutnya ditetapkan 35 detik. Sedang apabila waktu eksitasi




ditambah lagi menjadi 40 detik, maka spektrum boronnya tambak kurang jelas karena terganggu oleh spektrum latar yang kemungkinan adalah spektrum uranium karena spektrum uranium jumlahnya sangat banyak (antara 4000 s.d 5000 spektrum) .4)

KESIMPULAN

Banyaknya pengemban (campuran AgCl, LiF dan Ga2O3 = 95 : 4 : 1) yang paling baik digunakan untuk analisis U3O8 adalah 5 % sedangkan waktu eksitasi yang paling tepat adalah 35 detik.

Hasil analisis unsur boron di dalam U3O8 dengan menggunakan pengemban 5 % dan waktu eksitasi 35 detik didapatkan konsentrasi boron 5,89849 ppm. Bila dilihat berdasarkan hasil analisis tersebut, maka kandungan boron di dalam U3O8 masih terlalu tinggi keberadaannya. Oleh sebab itu apabila uranium akan digunakan sebagai bahan bakar nuklir, maka harus dimurnikan lagi untuk menghilangkan pengotornya.

DAFTAR PUSTAKA

1. GALKIN, B.N. DKK., 1966 “Technology of Uranium”, Israel for Scientific Translation, Jerusalem.

2. GALKIN, B.N. DKK., 1960 “The Technology of the Treatment of uranium Consentrates”.

3. RUKIHATI, 1985, “Penggunaan Pengemban Sulingan Pada Penentuan Dy, Eu, Gd, Sm dalam Bahan Bakar Nuklir ThO2 Secara Spektrografi Emisi”, Tesis Pasca Sarjana UGM, Yogyakarta.

4. WILLIAM DKK., 1964, “Tables of Spctral-Line Intensities” New York.

TANYA JAWAB

Sumijanto Dari hasil eksperimen anda diperoleh kondisi waktu eks : 30’ dan pengemban 5%. Bagaimana jika waktu 25’ dan pengemban 7,5%

Aryadi Sudah dicoba dengan waktu 25’ dan pengemban 7,5%, tapi hasilnya intensitas spectrum B pada λ = 2497 Å besarnya masih dibawah dari waktu 30’ dan pengemban 5%

Ratmi H. Dengan menggunakan pengemban AgCe, LiF dan Ga2O3 apakah hal ini tidak mengganggu analisis unsur yang sama yaitu misalnya Ag, Li ataupun Ga dalam cuplikan ?

Aryadi Dengan penambahan pengemban sama sekali tidak mengganggu analisis, justru akan membantu analisis karena spectrum Ag, Li dan Ga terletak jauh dengan panjang gelombang B. Keuntungannya membantu proses penguapan unsur B untuk analisis unsur Ag, Li dan Ga tentunya tidak menggunakan pengemban unsur yang sama.

analisis impuritas di dalam u3o8 dengan spectrometer massa

Documents