optimasi proses reduksi hasil oksidasi gagalan...

6
Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009 ISSN 0854 - 5561 OPTIMASI PROSES REDUKSI HASIL OKSIDASI GAGALAN PELET SINTER UOz Ratih Langenati, Ngatijo, Lilis Windaryati, Agus Sartono, Banawa Sri Galuh, Mahpudin ABSTRAK OPTIMASI PROSES REDUKSI HASIL OKSIDASI GAGALAN PELET SINTER U02. Program pengembangan teknologi produksi bahan bakar reaktor daya harus mendukung renstra BATAN (Bidang Kompetensi BATAN) yaitu Daur Bahan Bakar Nuklir (DBBN) dan landmark BAT AN bidang energi yaitu berfungsinya science and technology base di bidang energi nuklir tahun 2010 serta PLTN I beroperasi pad a tahun 2016. Pengembangan produksi bahan bakar reaktor daya ke depan dititikberatkan pada pengembangan teknologi produksi bahan bakar nuklir untuk tipe PWR dan PHWR. Salah satu pengembangan teknologi produksi bahan bakar adalah pengembangan teknologi peletisasi yang mengarah pad a mutu pelet dan ekonomi bahan bakar. Berkaitan dengan program tersebut upaya untuk memperkecil kegagalan produksi terus dilakukan. Namun bagaimanapun, peluang terbentuknya gagalan tetap ada, yang mana gagalan tersebut masih tetap mempunyai nilai ekonomis. Oleh karena itu, perlu dilakukan olah ulang gagalan tersebut. Proses olah ulang gagalan yang akan dilakukan adalah cara kering melalui proses kalsinasi (oksidasi)/ reduksi terhadap gagalan pelet U02 sinter. Proses ini dipengaruhi oleh beberapa faktor yang perlu dioptimasi dan divalidasi. Dari kegiatan ini, diharapkan diperoleh suatu dokumen standar proses kering olah ulang gaga Ian pelet yang baku dan ekonomis. Kata Kunci : olah ulang, gagalan pelet U02 sinter, kalsinasi/reduksi PENDAHULUAN Salah satu tugas Bidang Bahan Bakar Nuklir - Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir (BBBN":'PTBN) adalah pengembangan teknologi produksi bahan bakar reaktor daya untuk berbagai tipe. Pengembangan terse but harus mendukung program energi nasional dan program landmark BATAN, khususnya bidang energi. Program energi tersebut memberikan dampak pad a program pengembangan teknologi produksi bahan bakar tersebut. Sama seperti program energi, program pengembangan bahan bakar sampai tahun 2010 adalah berfungsinya science and technology base. Hal ini berarti seluruh fasilitas yang berkaitan dengan pengembangan teknologi produksi berfungsi dan teknologi dasar untuk produksi dikuasai. Salah satu pengembangan teknologi produksi bahan bakar adalah pengembangan teknologi peletisasi yang mengarah pada mutu pelet dan ekonomi bahan bakar. Terkandung dalam program tersebut upaya dilakukan untuk memperkecil kegagalan produksi. Namun bagaimanapun, peluang terbentuknya gagalan tetap ada, yang mana gaga Ian tersebut masih tetap mempunyai nilai ekonomis. Oleh karena itu, perlu dilakukan olah ulang gaga Ian tersebut. Gagalan tersebut dapat terjadi pada saat pembuatan pelet meritah dan setelah penyinteran. Untuk gagalan pelet mentah, gagalan pelet dapat langsung diolah melalui proses penghancuran dan pengayakan yang selanjutnya dapat digunakan sebagai serbuk awal. Sedangkan, untuk gagalan pelet sinter, perlu dilakukan beberapa tahapan sebelum digunakan sebagai serbuk awal. Tahapan tersebut meliputi identifikasi gaga Ian pelet yaitu memilah jenis pelet berdasarkan aditif yang ditambahkan. Tahapan selanjutnya adalah proses oksidasi dan reduksi. Proses oksidasi gaga Ian pelet sinter dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu suhu dan waktu pemanasan serta laju alir udara. Hal ini dapat dilihat pada diagram fasa uranium oksigen pad a Gambar 1. Secara umum, makin tinggi suhu, proses oksidasisemakin cepat. Demikian pula, dengan 280

Upload: hacong

Post on 12-Mar-2019

234 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: OPTIMASI PROSES REDUKSI HASIL OKSIDASI GAGALAN …digilib.batan.go.id/ppin/katalog/file/0854-5561-2009-280.pdfpenghancuran dan pengayakan yang selanjutnya dapat digunakan sebagai serbuk

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009 ISSN 0854 - 5561

OPTIMASI PROSES REDUKSI HASIL OKSIDASIGAGALAN PELET SINTER UOz

Ratih Langenati, Ngatijo, Lilis Windaryati, Agus Sartono,Banawa Sri Galuh, Mahpudin

ABSTRAK

OPTIMASI PROSES REDUKSI HASIL OKSIDASI GAGALAN PELET SINTER U02.

Program pengembangan teknologi produksi bahan bakar reaktor daya harus mendukungrenstra BATAN (Bidang Kompetensi BATAN) yaitu Daur Bahan Bakar Nuklir (DBBN) danlandmark BATAN bidang energi yaitu berfungsinya science and technology base dibidang energi nuklir tahun 2010 serta PLTN I beroperasi pad a tahun 2016.Pengembangan produksi bahan bakar reaktor daya ke depan dititikberatkan padapengembangan teknologi produksi bahan bakar nuklir untuk tipe PWR dan PHWR.Salah satu pengembangan teknologi produksi bahan bakar adalah pengembanganteknologi peletisasi yang mengarah pad a mutu pelet dan ekonomi bahan bakar.Berkaitan dengan program tersebut upaya untuk memperkecil kegagalan produksi terusdilakukan. Namun bagaimanapun, peluang terbentuknya gagalan tetap ada, yang managagalan tersebut masih tetap mempunyai nilai ekonomis. Oleh karena itu, perlu dilakukanolah ulang gagalan tersebut. Proses olah ulang gagalan yang akan dilakukan adalah carakering melalui proses kalsinasi (oksidasi)/ reduksi terhadap gagalan pelet U02 sinter.Proses ini dipengaruhi oleh beberapa faktor yang perlu dioptimasi dan divalidasi. Darikegiatan ini, diharapkan diperoleh suatu dokumen standar proses kering olah ulanggaga Ian pelet yang baku dan ekonomis.

Kata Kunci : olah ulang, gagalan pelet U02 sinter, kalsinasi/reduksi

PENDAHULUAN

Salah satu tugas Bidang Bahan Bakar Nuklir - Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir(BBBN":'PTBN) adalah pengembangan teknologi produksi bahan bakar reaktor daya untuk berbagaitipe. Pengembangan terse but harus mendukung program energi nasional dan program landmarkBATAN, khususnya bidang energi. Program energi tersebut memberikan dampak pad a programpengembangan teknologi produksi bahan bakar tersebut.

Sama seperti program energi, program pengembangan bahan bakar sampai tahun 2010adalah berfungsinya science and technology base. Hal ini berarti seluruh fasilitas yang berkaitandengan pengembangan teknologi produksi berfungsi dan teknologi dasar untuk produksi dikuasai.Salah satu pengembangan teknologi produksi bahan bakar adalah pengembangan teknologipeletisasi yang mengarah pada mutu pelet dan ekonomi bahan bakar. Terkandung dalam programtersebut upaya dilakukan untuk memperkecil kegagalan produksi. Namun bagaimanapun, peluangterbentuknya gagalan tetap ada, yang mana gaga Ian tersebut masih tetap mempunyai nilaiekonomis. Oleh karena itu, perlu dilakukan olah ulang gaga Ian tersebut.

Gagalan tersebut dapat terjadi pada saat pembuatan pelet meritah dan setelahpenyinteran. Untuk gagalan pelet mentah, gagalan pelet dapat langsung diolah melalui prosespenghancuran dan pengayakan yang selanjutnya dapat digunakan sebagai serbuk awal.Sedangkan, untuk gagalan pelet sinter, perlu dilakukan beberapa tahapan sebelum digunakansebagai serbuk awal. Tahapan tersebut meliputi identifikasi gaga Ian pelet yaitu memilah jenis peletberdasarkan aditif yang ditambahkan. Tahapan selanjutnya adalah proses oksidasi dan reduksi.

Proses oksidasi gaga Ian pelet sinter dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu suhu dan waktupemanasan serta laju alir udara. Hal ini dapat dilihat pada diagram fasa uranium oksigen pad aGambar 1. Secara umum, makin tinggi suhu, proses oksidasisemakin cepat. Demikian pula, dengan

280

Page 2: OPTIMASI PROSES REDUKSI HASIL OKSIDASI GAGALAN …digilib.batan.go.id/ppin/katalog/file/0854-5561-2009-280.pdfpenghancuran dan pengayakan yang selanjutnya dapat digunakan sebagai serbuk

ISSN 0854 - 5561 Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009

KESIMPULAN

Perbaikan dan uji fungsi sub sistem seksi 1200 telah dilakukan. Hasil menunjukkan subsistem seksi 1200 telah siap untuk dioperasikan.

DAFT AR PUST AKA

[1] Dokumen NIRA, PCP, Seksi 1200 - Penyerapan Gas, Italia[2] Dokumen PCP, "Prosedur Pre-test Instalasi PCP", PT. Hanang Gema Instrument, Serpong, 2009[3] Dokumen PCP, "Prosedur Perbaikan Instalasi PCP", PT. Hanang Gema Instrument, Serpong,

2009.

[4] Dokumen PCP, "Prosedur Ganti Unit Instalasi PCP" , PT. Hanang Gema Instrument Serpong,2009.

[5] Dokumen PCP, "Prosedur Kalibrasi Instalasi PCP" , PT. Hanang Gema Instrument Serpong,2009.

[6] Dokumen PCP, "Prosedur Test Individu Instalasi PCP" , PT. Hanang Gema Instrument. Serpong,2009

[7] Dokumen PCP, "Prosedur Test Sub Sistem Instalasi PCP" , PT. Hanang Gema Instrument,Serpong, 2009

279

Page 3: OPTIMASI PROSES REDUKSI HASIL OKSIDASI GAGALAN …digilib.batan.go.id/ppin/katalog/file/0854-5561-2009-280.pdfpenghancuran dan pengayakan yang selanjutnya dapat digunakan sebagai serbuk

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009 ISSN 0854 - 5561

waktu pemanasan. Namun, kondisi tersebut akan dibatasi oleh biaya operasi untuk hal tersebut,sehingga perlu dilakukan optimasi proses yang memberikan hasil oksidasi yang memenuhipersyaratan namun masih ekonomis. Hasil proses oksidasi dapat digunakan langsung sebagai aditif(poreformer) pad a saat serbuk U02 dikompakan, dan dapat pula diproses lanjut melalui prosesreduksi sebagai serbuk U02 awal.

Sama dengan proses oksidasi gaga Ian pelet, proses reduksi serbuk hasil oksidasidipengaruhi pula oleh suhu dan waktu pemanasan serta laju alir gas hidrogen. Oemikian puladengan proses reduksi, kondisi-kondisi tersebut juga dibatasi oleh biaya operasi, sehingga perludilakukan optimasi proses.

Pad a tahun 2007 telah dilakukan proses oksidasi gagalan pelet sinter, U02 dan U02+ aditif(Ti02' Gd203 dan lainnya), secara terpisah dan menghasilkan serbuk U30a dan U30a+adiatif. SerbukU30a dapat digunakan sebagai campuran serbuk awal dan berfungsi sebagai pembentuk pori padasaat disintering. Sedangkan serbuk U30a+aditif perlu dipisahkan secara kimia terlebih dahulusebelum digunakan sebagai campuran atau direduksi.

Pada penelitian ini dilakukan proses oksidasi menggunakan tungku Thermolyne yang adadi HR 16 IEBE, variasi suhu pemanasan adalah 300°, 400°, dan 500°C serta lama pemanasan(soaking time) adalah 1,3,4,5 dan 6 jam. Reaksi oksidasi U02 menjadi U30a adalah sebagai berikut

3 U02 + 02? U30a (1)

Oari kegiatan tersebut diperoleh data bahwa uranium oksida (U30a ) dapat diperoleh padasuhu sekitar 400°C dengan waktu oksidasi > 4jam.

Pada tahun 2008,' serbuk U30a tersebut direduksi agar dapat digunakan sebagaiserbuk umpan. Oari penjelasan di atas, diketahui bahwa yang mempengaruhi proses reduksi antaralainadalah suhu dan waktu reduksi. Suhu reduksi mempenga'ruhi kebolehjadian U30a berubahmenjadi U02, hal ini nampak pula pad a Gambar 1. Oari diagram fasa tersebut diketahui bahwadengan meningkatnya suhu kemungkinan terjadi perubahan fasa U30a menjadi U02 memungkinkan.Oleh karena itu, pada penelitian ini dilakukan variasi suhu yaitu 600 dan 700°C menggunakan tungkuoksidasi reduksi yang ada di Gd. 65. Oemikian pula dengan waktu reduksi, dari reaksi 2 diketahuibahwa diperlukan sejumlah hidrogen untuk mengikat oksigen agar U30a dapat berubah menjadi U02,oleh karena itu perlu sejumlah waktu untuk memberikan kesempatan hidrogen kontak deDganoksigen yang pad a penelitian ini divariasikan mulai dari 1, 2, 3,4, 5 sampai dengan 6 jam.

Sedangkan proses reduksi untuk mengembalikan U30a menjadi U02 reaksinya adalahsebagai berikut:

U30a + 2 H2? 3 U02 + 2 H20 (2)

Oari kegiatan tersebut diperoleh data bahwa reduksi serbuk hasil oksidasi gagalan peletsinter tipe Cirene dengan rasio O/U sekitar 2 dan secara visual diketahui bahwa distribusi ukuranserbuk lebih merata maka dipilih suhu sekitar 600°C dengan waktu sekitar 7 jam.

Selanjutnya dari data optimasi proses oksidasi reduksi tersebut dilakukan pembakuanmetode atau validasi metode, yaitu suatu proses untuk mengkonfirmasikan bahwa metode tersebutmempunyai unjuk kerja yang konsisten, sesuai dengan yang dikehendaki dalam penerapan metodetersebut.

281

Page 4: OPTIMASI PROSES REDUKSI HASIL OKSIDASI GAGALAN …digilib.batan.go.id/ppin/katalog/file/0854-5561-2009-280.pdfpenghancuran dan pengayakan yang selanjutnya dapat digunakan sebagai serbuk

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009

1500.,

ISSN 0854 - 5561

u!....

..... " ... 1......

....... "'5,' .

" .. ;41: , .. .~ .•~. >.~ U. +'.,

. " "'7, :.. ''':

.<':;o~8t"''''..···t>'·\· -)~ '11' ..............•.•~ .".:~<\ - - - - - - - . -.' .'-:,'" \ •••• 00 • __ •• _ ••• • •• __;. ~.•.

t ~•• ~ HHHO 0' •••••••• ' .••••.• < , ••••

.\'~ ~ + UsOn

\ <.«> •••••••• w~·..«··i·~·..~·· ( -.I ~?:--~<l .. U:Jo., .

i-U,,~

2.1 2.3 21.Oju ratio

Gambar 1. Diagaram fasa Uranium-Oksigen 1

METODA PENELITIAN

Bahan yang digunakan adalah serbuk hasil oksidasi gagalan pelet sinter U02, Serbuktersebut ditimbang kurang lebih 500 gram dan diletakkan dalam f}ampan siap untu~ di oksidasi danreduksi. Tungku oksidasi yang digunakan adalah tungku oksidasi reduksi Degussa di HR-05 gedung65 pada suhu 700DC selama 7 jam dengan pengulangan proses oksidasi dilakukan sebanyak 4 kali.Laju kenaikan suhu sekitar 400DC/jam dan laju alir gas hidrogen 0,0027 kg/jam. Selanjutnya serbukhasil oksidasi tersebut dilakukan proses reduksi menggunakan tungku kalsinasi reduksi milik PTBATAN Teknologi yang ada di gedung 60, karena kondisi sistem VAC dan kompresor pad a HR-05Gd. 65 tidak berfungsi dengan benar. Proses reduksi dilakukan pada suhu 800DC selama 2 jamsecara kontinyu.

Selanjutnya hasil yang diperoleh diperiksa rasio O/U menggunakan metoda gravimetri,mikrostruktur menggunakan Scanning Electron Microscopy/SEM dan densitas ketuk.

HASIL DAN PEM BAHASAN

Pada kegiatan penelitian tahun ini dilakukan proses oksidasi menggunakan tungkukalsinasi reduksi ME-11 pada suhu 700DC selama 7 jam dengan pengulangan proses oksidasidilakukan sebanyak 4 kali. Hasil kegiatan ini kemudian dilakukan karakterisasi rasio O/U. dandiperoleh data sekitar 2,68. Selanjutnya dilakukan pemeriksaan morfologi serbuk menggunakanScanning Electron Microscopy (SEM) dan diperoleh hasil bahwa serbuk berbentuk bongkahan danberukuran sekitar 0,5 - 1 mikron seperti nampak pad a Gambar 2.

Selanjutnya serbuk hasil oksidasi tersebut dilakukan proses reduksi menggunakan tungkukalsinasi reduksi milik PT BATAN Teknologi yang ada di gedung 60, hal ini dikarenakan kondisisistem VAC dan kompresor tidak berfungsi dengan benar. Proses reduksi dilakukan pad a suhu800DC selama 2 jam dan hasil karakterisasi rasio O/U diperoleh data sekitar 2,014. Menurut bataskeberterimaan yang ditetapkan oleh kendali kualitas-IEBE rasio O/U berada dalam kisaran 2,00 -

282

Page 5: OPTIMASI PROSES REDUKSI HASIL OKSIDASI GAGALAN …digilib.batan.go.id/ppin/katalog/file/0854-5561-2009-280.pdfpenghancuran dan pengayakan yang selanjutnya dapat digunakan sebagai serbuk

ISSN 0854 - 5561 Hasil-hasil Penelitian ESN Tahun 2009

2,13. Oleh karena itu dapat dikatakan bahwa serbuk U02 yang dihasilkan memenuhi persyaratandan dapat digunakan sebagai bahan umpan pembuatan pelet U02.

Sedangkan dari hasil pemeriksaan morfologi diperoleh data bahwa serbuk berukuransekitar 1,5 - 5 mikron dan berbentuk seperti bongkahan seperti nampak pada Gambar 3.

Gb 2a . Gagalan pelet sinter Gb 2b. Serbuk hasil oksidasi Gb 2c. Serbuk hasil reduksi

Gambar 2. Pengamatan visual sebelum dan sesudah proses oksidasi reduksi

Hasil pengamatan mikrostruktur (Gambar 4) menunjukkan mempunyaimikrostruktur menggunakan SEM diperoleh data sebagai berikut :

dan pemeriksaan

Gambar 3. Serbuk hasil oksidasi pad a suhu700°C selama 7 jam

Gambar 4. Serbuk hasil reduksi pada suhu800°C selama 2 jam

Oari hasil kegiatan pengujian densitas ketuk diperoleh data densitas ketuk serbuk hasiloksidasi reduksi sekitar 3,93. Menurut batas keberterimaan yang ditetapkan oleh kendali kualitas­lESE adalah 2,0 gr/cm3, besarnya densitas ketuk serbuk hasil oksidasi reduksi dikarenakan serbukyang diperoleh mempunyai bentuk seperti bongkahan lihat Gambar 4. Oleh karena itu serbuk olahulang ini sebaiknya digunakan sebagai campuran serbuk umpan.

KESIMPULAN

Proses olah ulang gagalan pelet sinter secara kering menggunakan metoda oksidasi padasuhu 700°C selama 7 jam dan reduksi pada suhu 800°C selama 2 jam menghasilkan rasio O/U 2,014 dan densitas ketuk sekitar 3,93.

283

Page 6: OPTIMASI PROSES REDUKSI HASIL OKSIDASI GAGALAN …digilib.batan.go.id/ppin/katalog/file/0854-5561-2009-280.pdfpenghancuran dan pengayakan yang selanjutnya dapat digunakan sebagai serbuk

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009

DAFT AR PUST AKA

ISSN 0854 - 5561

[1] Meniek R dan Tata TS, Olah Ulang Gagalan: Kalsinasi dan Reduksi Pelet U02 Menggunakan TG­DTA, Laporan Teknis P2TBDU, 2006.

[2] Sigit dan Noor Yudhi, Karakterisasi Hasil Proses Oksidasi-Reduksi Siklus I Uranium Oksida,Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan TeknologiNuklir, Yogyakarta, 12 Juli 2005

[3] Peter Taylor, Thermodynamic and Kinetic Aspects of U02 Fuel Oxidation in Air at 400-2000K, JNuclear Materials 344(2005)206-212.

284