ISSN 0854 - 5561 HasH-hasH Penelitian EBN Tahun 2005

PENCiARUH WAKTU SINTER TERHADAP RAPAT MASSAPELET SENTER DARI SERBUK KASAR U02

HASIL "PRE-PRESSING"

Taufik Usman, Tata Terbit Saputra

ABSTRAK

PENGARUH WAKTU SINTER TERHADAP RAPAT MASSA PELET SINTER DARI

SERBUK KASAR U02 HASIL "PRE-PRESSING." Telah dilakukan penelitian mengenai

pembesaran dan perataan distribusi pori dalam pelet sinter melalui pemakaian serbuk

kasar U02 dengan ukuran yang hampir sama yaitu 800 - 1000 11m, yang diperoleh dari

proses "Pre-Pressing." Pelet sinter berdensitas rendah yang berasal dari serbuk kasar

tersebut diperoleh dengan penyinteran pada suhu rendah (1200°C) dengan waktu

tertentu. Mula-mula serbuk awal U02 jenis CAMECO (ADU) dicampur hingga homogen

dengan 0,2% (berat) Zn - stearat, lalu dikompakkan ("Pre-Pressing"). Pelet yang

diperoleh kemudian dihancurkan, digranulasi dan diayak, sehingga diperoleh serbuk

kasar, 800 - 1000 11m. Serbuk ini dicampur lagi dengan 0,2% (berat) Zn-Stearat hingga

homogen, lalu dikompakkan ("final-pressing") dengan tekanan 5800 kg/cm2, sehingga

diperoleh pelet mentah berdensitas, 54,11 % DT. Pelet mentah mi kemudian disinter pada

suhu 1200°C dalam media gas Argon dengan variasi waktu sinter 3, 4, 5, 6 dan 7 jam.

Pelet sinter yang dihasilkan temyata dapat meningkatkan densitasnya dari 65,10 , 72,50 ,

77,60 ,85,10 hingga 92,07% DT. Meskipun pelet dari serbuk kasar sulit disinter, namun

dengan memperpanjang waktu sinter hingga 7 jam, maka pelet sinter dengan rapat

mass a (92,07% DT) yang sesuai sasaran dapat diperoleh.

PENDAHULUAN

"Bum-Up" atau nilai bakar dari suatu

bahan bakar reaktor daya (bbrd) dapat

ditingkatkan melalui perpanjangan waktu

iradiasi dalam reaktor. Selain dapat

meningkatkan "burn-up" bbrd atau pelet sinter

U02, perpanjangan waktu iradiasi juga akan

menambah produk fisi dalam pori-pori pelet

sinter U02. Produk fisi yang berupa gas xenon,

krypton dan sebagainya akan meningkat

tekanannya dalam pori-pori bila perpanjanganwaktu iradiasi berlanjut. Akibatnya, gas

tersebut bisa lepas dari pori-pori pelet sinter,

bahkan dapat lolos dari kelongsong menuju

"cooling vvater" atau air pendingin, sehingga

mencemari lingkungan dengan zat radioaktif.

Untuk mengatasi kesulitan tersebut,

pembesaran pori dan perataan distribusi pori

, dalam pelet sinter perlu dilakukan guna

meningkatkan daya serapnya terhadap gas

produk fisi. Dengan kata lain, pelet sinter yang

39

semula mempunyai rapat massa cukup tinggi

(97% DT) perlu diperendah menjadi 92% DT.Pori atau makro-pori dalam pelet sinter

sebenarnya berasal dari rongga antar partikel

serbuk dalam pelet mentah. Makin tinggi

ukuran partikel serbuk, makin besar rongga

tersebut dan makin besar pula pori yang

terbentuk dalam pelet sinter. Selanjutnya,

makin seragam ukuran partikel serbuk makin

merata distribusi rongga tersebut dan makin

merata pula distribusi pori pelet sinter.

Berdasarkan asumsi tersebut maka dipilih

serbuk kasar U02 berukuran hampir sama (800

- 1000 11m) dalam penelitian ini. Serbuk

tersebut dibuat melalui proses "pre-pressing"

(pengompakan - awal) serbuk awal (38 - 60011m). Selain berukuran besar, serbuk ini

berbentuk "sphericaf' (menyerupai bola) dan

berdensitas lebih tinggi sehingga lebih mudahdikompakkan.

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005

Umumnya serbuk kasar mudah

dikompakkan ("final pressing"), tetapi agak sulit

disinter karena rapat massa yang dicapai relatifrendah, terutama pada penyinteran suhu

rendah (1200°C). Salah satu variabel yang

dapat mempengaruhi rapat massa pelet sinter

adalah' waktu sinter, yaitu lamanya pelet

berada pada suhu (1200°C). Biasanya, makin

lama waktu sintemya, makin meningkat rapat

massa pelet sinter. Massalahnya adalah

berapa lama waktu sintemya agar diperoleh

pelet sinter dengan rapat massa yang

diinginkan (92% OT). Untuk mengetahuinya

diperlukan beberapa eksperimen. Penelitian ini

bertujuan untuk mengetahui pengaruh waktu

sinter terhadap rapat massa yang

dihasilkannya. Oalam hal ini peletnya berasal

dari serbuk kasar U02 hasil "pre-pressing" danpenyinterannya pada suhu relatif rendah

(1200°C). Media yang digunakan dalam

penyinteran ini adalah gas Argon.

TAT A KERJA

Sejumlah tertentu serbuk awal U02

jenis CAMECO (AOU) dengan ukuran 38 - 600

/-lm dicampur dengan 0,25% (berat) Zn-stearat

hingga homogen, lalu dikompakkan ("pre­

pressing"), kemudian dihancurkan, digranulasi

dan diayak, sehingga diperoleh 3 jenis serbuk

U02 yaitu serbuk halus (dibawah 150 /-lm),

menengah (150 - 800 /-lm) dan kasar (800 ­

1000 /-lm). Serbuk kasar kemudian dicampurlagi dengan 0,2% (berat) Zn-stearat, lalu

dikompakkan ("final pressing") dengan tekanan

optimal 5800 kg/cm2. Pelet mentah yang

dihasilkan kemudian diukur rapat massanya,

lalu disinter pada suhu tetap, 1200°C denganmemvariasikan waktu sinter tertentu 3, 4, 5, 6

hingga 7 jam. Pelet sinter yang dihasilkan

kemudian diukur rapat massanya.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Pengompakan dan Penyinteran

Serbuk kasar U02 yang diperoleh dari

pro~es "pre-pressing" ternyata dapat

dikompakkan dengan mudah menjadi pelet

mentah atau "green pelet" dengan rapat massa

40

ISSN 0854 - 5561

54,11 % OT. Kondisi pelet tersebut dalam

keadaan baik. Pelet mentah tersebut temyata

dapat disinter pada suhu relatif rendah yaitu

1200°C. Namun, sebagiannya mengalami

retak dan sebagian lagi dalam kondisi baik. Hal

ini terjadi pad a setiap variasi waktu sinter (3, 4,

5, 6 dan 7 jam). Keretakan pelet sinter yang

dihasilkan mungkin berasal dari alat sinternya.

Penurunan suhu dari suhu sinter (1200°C)

hanya bisa dilakukan dengan cara mematikan

"powernya'. Suhu sinter turun dengan cepat

dan 1200°C hingga 800°C. Hal ini

menyebabkan gas media (Argon) atau gas lain

akan terperangkap dalam pori. Pada saat

"shringkage" atau pengkerutan pelet sinter,

gas tersebut meningkat tekanannya akibat

pengecilan pori. Peningkatan. tekananselanjutnya menyebabkan gas tersebut

terdesak keluar pori menuju permukaan pelet.

Akibatnya pelet menjadi retak.

Rapat Massa

Penyinteran pelet dari serbuk kasar

U02 hasil "pre-pressing" dengan variasi waktu

sinter dari 3, 4, 5, 6 hingga 7 jam pada suhu

tetap 1200°C, telah menghasilkan pelet sinter

dengan rapat massa yang meningkat pula.

Jadi, kenaikan waktu sinter temyata dapat

memperbesar rapat massa pelet sinter.

Hubungan antara waktu sinter dengan rapat

massa dapat dilihat pad a tabel-1.

Tabel-1. Hubungan waktu sinter dan rapat

illassa pelet sinter pada penyinteran dengan

suhu 1200°C. (media gas Argon)No Waktu SinterRapat Massa Pelet

(Jam)Sinter (% OT)

1

365,10

2

472,50

3

577,604

685,105

792,07

Oari tabel 1 dapat dibuat kurva antara

waktu sinter dan rapat massa pelet sinterseperti yang tertera pada gambar 1. Oari

gambar 1 ditunjukkan bahwa rapat massa

pelet sinter naik secara linier dengan

ISSN 0854 - 5531

bertambahnya waktu sinter. Umumnya rapat

massanya naik sekitar 11,5%DT pad a setiap

penambahanan waktu sinter 1 jam. Dengan

waktu sinter 3 jam, diperoleh pelet sinter

dengan rapat massa 65,1 O%DT (densitas

teoritis). Rapat pada massa tertinggi yaitu

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005

92,07%DT diperoleh pad a penyinteran dengan

waktu sinter yang cukup lama yaitu 7 jam.

Dari tabel 1 dapat pula dihitung

persentase kenaikan densitas pelet mentah

setelah disinter pad a berbagai waktu sinter,

yaitu seperti yang tertera pada tabel-2.

Tabel-2. Hubungan waktu sinter dan persentase kenaikan rapat massa pelet mentah setelah

disinter pad a suhu 1200°C.

NoRapat Massa PeletWaktu SinterRapat Massa PeletPersentase Kenaikan

Mentah (%DT)

(Jam)Sinter (%DT)Rapat Massa ()

1

54,11 365,1020,31

2

54,11 472,5030,98

3

54,11 577.6043,41

4

54,11 685,1057,27

5

54,11 792,0770,00

Gambar-1. Pengaruh Waktu Sinter terhadap rapat massa pelet sinter

41

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005 ISSN 0854 - 5561

Gambar-2. Grafik hubungan antara presentase kenaikan rapat massa pelet mentah setelah disinter

dengan waktu sinter

Berdasarkan Tabel 2 dapat dibuat

kurva antara waktu sinter dan persentase

kenaikan rapat massa pelet mentah setelah

disinter pad a suhu 1200°C. Seperti yang

tertera pada gambar-2. Persentase kenaikan

densitasnya meningkat secara linier dengan

bertambahnya waktu sinter. Data ini penting

dalam proses produksi karena pelet mentah

dengan densitas tertentu dapat disinter

menjadi pelet sinter dengan densitas yang

diinginkan melalui pengaturan waktu sinter.

KESIMPULAN DAN SARAN

Kesimpulan

1.Bahan Bakar Reaktor Daya atau pelet sinter

U02 dengan densitas relatif rendah (92,07%

DT) dapat diperoleh dari serbuk kasar U02

hasil "pre-pressing", melalui penyinteran

peletnya dengan waktu sinter 7 jam, pada

suhu sinter 1200°C, dalam media gas Argon.

2. Waktu sinter dapat meningkatkan densitas

pelet sinter U02, meskipun pelet sintemya

berasal dari serbuk kasar U02.

42

Saran

Serbuk kasar temyata agak sulit disinter

karena memerlukan waktu sinter yang lama

dalam mencapai densitas yang diinginkan.

Oleh karenanya disarankan untuk

menggunakan serbuk halus dengan ukuran

serbuk yang hampir sama.

Alat sinter yang digunakan memerlukan

"setting" penurunan suhu.

Daftar Pustaka

1. Lenel F, V "Powder Mentallurgy", Metal

Powder Industry Federation, Princeton, New

,Jersey 1980.

2. M. Samir Abdel - Azim, "Contribution to Fuel

Element Fabrication ofU02 Pellet Using

Lower Sintering Temperature", Cairo, Egipt,1Juli 1994.

3. Kingery W. D, Inroduction to Ceramics, 2

John Wiley & Sons - Inc, 1997.