ISSN 0854 - 5561 Hasil-hasil Penelitian ESN Tahun 2005

PEMUNCUTAN U3Si2 OARI CACALAN PROOUKSI PEBOISPERSI BERISI U3Si2 - AI MENCCUNAKAN

TEKNIK ELEKTROLISIS

Ghaib Widodo, Rahmiati, dan Ag'us Sartono DS.

ABSTRAK

PEMUNGUTAN U3Si2 DARI GAGALAN PRODUKSI PES DISPERSI SERISI U3Si2 - AI

MENGGUNAKAN TEKNIK ELEKTROLISIS. Percobaan pemungutan U3Si2 telah dilakukan

secara elektrolisis. Dalam percobaan elektrolisis elektroda yang digunakan tembaga (Cu)

sebagai katoda dan anodanya gaga Ian PES. Tiga parameter yaitu asam nitrat sebagai

elektrolit, waktu proses elektrolisis, dan voltage digunakan selama proses elektrolisis.

Percobaan dimulai dengan parameter larutan elektrolit 1 N sementara waktu dan voltage

dibuat tetap. Kenaikan kepekatan larutan setiap titik percobaan 0,5 N hingga berakhir 4 N.

Percobaan berikutnya larutan elektrolit tertentu dan voltage dibuattetap, sedang waktu

proses elektrolisis diubah-ubah dimulai dari 30 menit hingga 180 menit (range ubahan 30

men it). Percobaan diakhiri dengan parameter voltage 3 hingga 5,5 volt dengan ubahan 0,5

volt dan larutan elektrolit dan waktu proses sudah tertentu. Dari hasil percobaan diperoleh

kondisi proses pemungutan U3Si2 dari gagalan produk PES U3Si2-AI terbaik dengan

konsentrasi elektrolit 1 N, waktu elektrolisis 90 menit, dan voltage 4 volt dan ditandai dengan

banyaknya AI men empel pada elektroda Cu banyaknya serbuk U3Si2terkumpul sebanyak2,1585 gr dan mengenap di dasar larutan elektrolit asam nitrat.

LATAR BELAKANG :

Teknologi produksi bahan bakar nuklir di

Indonesia telah menjadi milik Pusat

Pengembangan Teknologi Sahan Sakar Nuklir

dan Daur Ulang - Satan, Kawasan PUSPIPTEK,

Serpong[1J• Produk pelat elemen bakar (PES)

dispersi kedua setelah bahan bakar bentuk

serbuk U30e - AI adalah bahan bakar bentuk

logam yaitu uranium silisida, U3Si2. Uranium

silisida telah teruji kendalan sebagai bahan

bakar dan menjadi konsumsi tetap reaktor

RSG - G. A. Siwabessy, Serpong.

Produk serbuk U3Si2 sebagai PES

merupakan penyusun bahan bakar dengan

senantiasa harus memenuhi spesifikasi yang

diizinkan sebagai bahan bakar. Selama

belangsungnya proses produksi PES terse but

harus melewati uji yang sangat keta~2J,artinya

pada setiap titik menuju produk PES

memungkinkan terjadi kegagalan, yang

tentunya tak dapat dielakkan lagi. Karena

kandungan U3Si2 di dalam PES dispersi berisi

U3Si2 - AI masih cukup tinggi, maka U3Si2 harus

15

dipungut kembali agar segi akuntabilitas bahan

nuklir dan keselamatan dapat terpenuhi.

Fasilitas pemungutan gagalan produksi

skala pabrik untuk proses panjang telah tersedia

dan dapat dioperasikan dengan baik di PT.

Satan Teknologi Serpong. Untuk itu diharapkan

kemungkinan gagalnya proses yang termasuk

percobaan elektrolisis ini dapat juga diantisipasi

dengan fasilitas pemungutan gagalan produksitersebut.

TEORI

Teknologi Jerman yang diaplikasikan ke

PT. Satan Teknologi Serpong yaitu gagalan

produk PES dispersi berisi U3Si2 - AI pertamakali dilarutkan lebih dahulu ke dalam soda,

NaOH 20% berlebih dimungkinkan semua AI

baik sebagai kelongsong maupun matriks akan

larut. Uranium silisida, U3Si2 berimpuritas yang

diperoleh dipisahkan, kemudian dipanggang

pada suhu 800°C selama 3 jam agar berubah

menjadi bentuk oksida yang mudah dilarutkan

dalam asam nitrat dan proses berikutnya

Hasil-hasH Penelitian EBN Tahun 2005

dimurnikan dan dipekatkan(3] dan proses ini

merupakan pemungutan uranium proses

panjang dan hasil bukan U3Si2 siap umpan

melainkan uranil nitrat, U02(N03h kotor,

seperti ditunjukan pad a reaksi (1) sampai dengan (3)

H20U3Si2- AI + NaOH ~ U3Si2 + NaAI02 + 1,5 H2 (1)

U3Si2 + 6 O2 ~ U30a + Si02 (2)

U30a + 8 HN03 ~ 3 U02(N03h + 2 N02 + 4 H20 (3)

ISSN 0854 - 5561

Untuk merubah U02(N03h ke bentuk

U3Si2 memerlukan proses eukup panjang yaitu

U02(N03h diubah ke bentuk bahan induk antara

lain bahan induk berupa amonium uranil

karbonat , (NH4)4UOiC03h , atau uranium

diuranat, (NH4hU207, atau uranium peroksida,

U04 2H20, dan atau U02(N03h , karena

U02(N03h sendiri sebetulnya sudah merupakan

bahan induk. Segenap bahan induk diubah ke

bentuk intermediate product, U03. Kemudian di

proses hidrofourinasi dengan gas HF didapat

garam hijau, UF4 selanjutnya diubah ke bentuk

U logam baru kemudian dilebur bersama

dengan silikon, maka diperoleh U3Si2•

Sebagai alternatif untuk mengatasi

kasus tersebut, maka akan diterapkan teknologi

elektrolisis. Dalam teknologi ini mengadopsi

proses elektrolisis yang menggunakan teoriDeret Volta[4], dikatakan dalam teori volta

tersebut bahwa, aluminium baik ia bertindak

sebagai kelongsong maupun matriks akan

mudah ditarikljerat dengan baik oleh logam yang

berada di kanannya dan logam yang beradasemakin kanan dari atom H, maka akan

serna kin kuat menarik logam aluminium di dalam

bahan bakar silisida. Adapun logam penjeratnya

yang akan digunakan sebagai elektroda adalah

karbon (C), tembaga (Cu), platina (Pt), stainless

Steel (SS), atau emas (Au). Di samping itu,

harus juga memperhatikan konsentrasi elektrolit,

waktu, voltage, kuat arus dll. Estimasi sementara

bahwa hasil yang diperoleh nantinya pada

proses eleltrolisis ini adalah serbuk U3Si2 dan

untuk memastikan tingkat kadar impuritasnya

perlu dilakukan analisis, agar U3Si2 hasil dapat

umpan kembali sebagai bahan bakar.

16

Sementara pada AI pada elektroda dilakukan

analisis terhadap kadar kontaminannya, apabila

angka kontaminan uranium di bawah < 5 ppmsudah diizinkan untuk dilimbahkan[1J. Skala

proses pereobaan pemungutan U3Si2 dapat

diperlihatan pada Gambar 1 (Iampiran).

TATA CARA

1. Bahan : Gagalan PEB dispersi berisi U3Si2 ­

AI, elektroda tembaga, Cu, HN03, Air

demin (ABM)

2. Alat : satu unit DC power, jam digital,

segenap alat pendukung proses elektrolisis

3. Tata kerja :

a. Merakit alat elektrolisis diatur dengan alat

dukung DC power, pemasangan jarak

elektroda yang tepat, sehingga didapat

kan kinerja proses elektrolisis lebih efektif.

b. Uji fungsi alat elektrolisis menggunakan air

bebas mineral (ABM).

e. Dalam pereobaan proses pemungutan

U3Si2 menggunakan elektrode tembagaCu konsentrasi

elektrolit HN03 : 1; 1,5; 2; 2,5; 3; 3,5 N,

dan 4 N dengan voltage: 3; 3,5; 4;

4,5; 5, dan 5,5 V,

sedang waktu proses elektrolisisi diambil

180 menit (30, 60, 90, 120, 150, dan

180 menit).

Selama pereobaan elektrolisis gagalan

U3Si2 dipakai sebagai anoda dengan

ukuran ditetapkan 1

X 4 em, sementara katoda tembaga Cu

tetap. HasH yang diperoleh serbuk

U3Si2kemudian

ISSN 0854 - 5561

ditimbang bersama dengan PEB U3Si2-AI

Sisa dan Cu-nya.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil percobaan proses elektrolisis

masing dapat diperlihatkan pada Tabel 1, 2, dan

-~. Dalam Tabel1 merupakan hasil penimbanganserbuk U3Si2 hasil proses elektrolisis terlihat di

sana bahwa pada konsentrasi 1N dengan waktu

90 menit dan voltage 4 volt tetap, diperoleh

serbuk U3Si2 enap 2,1585 gr dengan elektrode

Cu bertambah 0,0217 gr. Selama

berlangsungnya proses elektrolisis kenaikan

.normalitas elektrolit berat serbuk U3Si2 semakinmenurun. Hal tersebut dikarenakan elektroda

Cu sedikit larut ke asam nitrat sebagai

elektrolit, sehingga proses elektrolisis gagal

sebagai akibatnya berat serbuk U3Si2 yang

diperoleh menurun. Namun apabila konsentrasi

ditambahkan lagi hingga 4 N hasil serbuk U3Si2

semakin menurun. Hal tersebut dapat diamati

dengan adanya perubahan larutan elektrolit

semakin berwarna biru karena dimungkinkan

karena fungsi dari elektrode Cu larut dalam

elektrolit membentuk tembaga nitrat, Cu(N03h.

Mestinya elektroda Cu mengikat aluminiumnya

sudah mulai melarut akhirnya proses

pengikatan gagal, akibatnya U3Si 2 yang

diperoleh menu run.

Sementara dalam Tabel 2 merupakan

hasil penimbangan U3Si2 hasil proses elektrolisis

terlihat di sana bahwa pada waktu 90 menit

dengan konsentrasi 1N dan voltage 4 volt tetap,

diperoleh sama dengan Tabel 1 yaitu serbuk

U3Si2 enap 2,1585 gr dengan elektrode Cu

bertambah 0,0217 gr hanya perolehan serbuk

U3Si2 parameter sedikit berbeda. Namun

apabila waktu ditambahkan hingga 180 menit

hasil penimbangan semakin menurun. Hal

tersebut dimungkinkan karena fungsi dari

elektrode Cu yang mestinya mengikat

aluminiumnya sudah mulai melarut. akhirnya

proses pengikatan gagal, akibatnya serbuk

U3Si2 yang diperoleh menurun.

Dalam Tabel 3 merupakan hasH

penimbangan serbuk U3Si2 hasH proses

elektrolisis terlihat di sana bahwa pada voltage 4

volt dengan konsentrasi 1N dan waktu 90 menit

17

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005

tetap, hasil sama dengan Tabel 1 dan 2

diperoleh serbuk U3Si2 enap 2,1585 gr dengan

elektrode Cu bertambah 0,0217 gr. Namun

apabila voltage ditambahnaikan hingga 5,5 Volt

hasil penimbangan sedikit menurun. Hal

tersebut dimungkinkan karena fungsi dari

elektrode Cu yang mestinya mengikat

aluminiumnya sudah mulai melarut hingga

akhirnya proses pengikatan gagal, akibatnya

serbuk U3Si2 yang diperoleh menurun.

KESIMPULAN

Dari percobaan pemungutan U3Si2 dari

gagalan produksi PEB dapat disimpulkan

sebagai berikut :

Kondisi proses elektrolisis terbaik konsentrasi

elektrolit 1 N, waktu elektrolisis 90 menit, dan

voltage 4 volt ditandai dengan banyaknya AI

menempel pada elektroda Cu banyaknya serbuk

U3Si2 terkumpul sebanyak 2,1585 gram dan

mengenap di dasar larutan elektrolit.

DAFTAR PUSTAKA

1. Anonim :"Informasi Internal Pusat Elemen

Bakar Nuklir", Bidang Produksi Elemen

Bakar Reaktor Riset, Pusat Elemen Bakar

Nuklir, BATAN , Serpong (1988)

2. Nukem,"Basic and Detail EngineeringProcess Element Fabrication Plant for

BATAN", Vol. 4 Nukem VT­

No. 2.0080 , Hanau (1983)

3. Fathurrachman,"Penggunaan Membran

Tukar Kation dalam Teknologi KimiaNuklir", URANIA NO.4 Thn. I

(1995), hal. 30.

4. Gilizeath, E.S.,:"Fundamental Concepts of

Inorganic Chemistry", International Student

Edition, McGraw-Hili Book Company

Inc, Kogakusha Company, LTO, Tokyo,

(1958), pag. 294 - 310

ISSN 0854 - 5561

Lampiran

Penimbangan

( :

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005

Gambar 1 : Diagram Proses pemungutan U3Si2 Menggunakan Teknik Elektrolisis

Tabel1 : Hasil Penimbangan Enapan U3Si2 Dari Hasil Proses Elektrolisis Parameter

Konsentrasi Elektrolit dengan Waktu 90 menit dan Voltage 4 Volt Tetap

No.KonsentrasiBerat EnapanCu

EleKtrolit, NU3Si2, grTerkikis, gr

10,5 1,5764+0,03675

2

1 2,1585+ 0,0217

3

1,5 2,0943+ 0,0176

4

2 1,7582+0,0092

4

2,5c.0,9869 - 0,1208

5

3 0,4637-0,3753

6

3,5 0,0974-0,9634

7

4 0,0163-0,4770

18

ISSN 0854 - 5561 HasH-hasii Penelitian EBN Tahun 2005

Tabel 2: Hasil Penimbangan Enapan U3Si2 Dari HasHProses Elektrolisis Parameter Waktu 9q

menit dengan Konsentrasi Elektrolit 1 N dan Voltage 4 Volt Tetap :.'

Waktu Proses,Berat EnapanCuNo. menit

U3Si2, grPenambahan/Pengurangan, gr

1

301,5782 +0,0176

2

602,0964 +0,0208

3

902,1585 + 0,0217

4

1202,0598 -0,0185

5

1501,8672 -0,4595

6

1801,2928 -0,0467

Tabel 3 : HasH Penimbangan Enapan U3Si2 Dari Hasil Proses Elektrolisis Parameter Voltage 4Volt dengan Konsentrasi Elektrolit 1 N dan Waktu 90 menit Tetap

No. Voltage, VoltBerat EnapanCu

U3Si2, grPenambahan/Pengurangan, gr

1

30,8793 +0,00976

2

3,51,7964 +0,01869

3

42,1585 + 0,0217

4

4,52,1357 +0,0204

5

52,1464 -0,0068

6

5,51,9783 -0,0057

19