Isman M1; dkk ISSN 0216-3128 35

PENENTUAN KOMPOSISI BAHAN MINERAL PENYUSUNKERAMIK UNTUK IMMOBILISASI LIMBAH RADIOAKTIF

Isman MT, Ign. Djoko Sardjono, Sukosrono, Endro KismoloP3TM-BATAN, JI. Babarsari Kalak Pas 1008, Yagyakarla 55010

ABSTRAK

PENENTUAN KOMPOSISI BAHAN MINERAL PENYUSUN KERAMIK UNTUKIMMOBIL/SASI L/MBAH RADIOAKTIF. Telah dilakukan penelitian untuk menentukankomposisi bahan mineral sebagai penyusun keramik untuk immobilisasi limbah radioaktif.Penelitian dilakukan dengan cara mencampur mineral kaolin, feldspar, dan clay kemudianditambahkan air dan dicetak. Hasil cetakan dipanaskan dengan tungku bakar sampai suhu1000 °c. Blok monolit keramik yang teljadi dihitung be rat jenisnya serfa dilakukan uji serapterhadap air dan uji kuat tekan. Variabel yang diteliti adalah persen perbandingan beret antaramineral kaolin terhadap feldspar dan antara mineral kaolin terhadap clay. Hasil yang diperolehmenunjukkan bahwa monolit keramik dengan komposisi mineral penyusun kaolin, feldspar(dengan komposisi feldspar mulai dati 5 % sampai 75%) den kaolin, clay (dengan komposisiclay mulai dati 2,5 % sampai 10 %) make karakteristik monolit yang diperoleh tidakmenunjukkan beda yang' signifikan ditinjau dati sifat serap terhadap air, beret jenis serfskekuatan tekan.

ABSTRACT

THE DETERMINA TION OF THE SUBTANCE MINERAL OF CERAMIC COMPOSER FORIMMOBILIZA TION RADIOACTIVE WASTE. The investigated of the of the mineral substancesas ceramic composer for immobilization radioactive wastes has been done. The research waspetfonned by mixing kaolin, feldspar clay mineral, and water, and then pressed. The resulted ofthe monolith block was heated on the fumace bumer until 1000 °c temperature. The ceramicmonolith block that formed was calculated its den.c;ity & then examined for water absotption andtension strength. The investigated variables are the percentage of weight between kaolin tomineral feldspar and between kaolin to clay mineral. The result shown that the ceramic monolithwith mineral composition of kaolin feldspar (from 5 % to 75 %) and kaolin, clay (from 2.5 % to10 %) has monolith characteristic that no significant difference of its waters absotption anddensity and tension strength.

PENDAHULUAN

P emadatan limbah radioaktif dilakukan untukmerubah bentuk fisik limbah menjadi bentuk

padatan yang monolit (satu kesatuan) agar supayakemampuan pindah unsur radioaktifyang ada dalamlimbah menjadi berkurang. Hal ini dapat dilakukandengan mencampur limbah dengan bahan semen,bitumen, gelas ataupun keramik.(1.2.3} Keramiksebagai media pengungkung limbah terbuat darikombinasi beberapa mineral alam melalui prosespemanasan pada temperatur tinggi. Prosespemanasan dilakukan serendah-rendahnya padatemperatur 700 °c clan setinggi-tingginya 2000 °C.Kaolin (AI2O3.2SiO2.2H2O) sebagai .salah satubahan dasar pembuatan keramik merupakan salahsatu jenis dari tipe mineral clay yang mempunyaisifat:

a. plastis dan mudah dicetak untuk butir yang sertapad a waktu basah, sifat plastisitas & work abilitykebanyakan dipengaruhi oleh kondisi fisiko

b. kaku setelah dikeringkanc. vitreous (bersifat kaca ) setelah dipanaskan pada

temperatur yang sesuai.Bahan keramik yang telah dibentuk

(dikompakkan) terdiri dari butiran individu masihmenonjolkan sifat komponen penyusunnya, belummembentuk ikatan kimia, sehingga mudah terlepassatu sarna lain. Untuk memperoleh sifat yangdiperlukan, bahan yang telah dibentuk tersebutdipanaskan sampai temperatur tertentu sehinggadiperoleh bahan keramik yang kuat dan parlatoSelama pemanasan menyebabkan terjadi reaksi yangsederhana ataupun yang komplek, seperti :a. dehidrasi, terjadi pada temperatur antara 150 DC

sampai 650 DC

Prosiding Per1emuan dan Presentasi Ilmiah Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi NuklirP3TM-BATAN Yogyakar1a, 25 -26 Juli 2000

36 ISSN 0216-3128 /sman MT. dkk

b. kalsinasi (misal CaCO3) terjadi pada temperatur600 °C sampai 900 °c.

c. oksidasi dari Fe dan materi organik terjadi padatemperatur 900 °c dan di atasnya.

Beberapa perubahan yang terjadi selamaproses pemanasan dari keadaan awal sampaidiperoleh produk keramik yang kuat dan mampatadalah perubahan bentuk dan ukuran pori,perubahan bentuk pori serta perubahan ukuranporr(4. S)

secukupnya (persiapan untuk dicetak dengan sistemtekan dan sistem cetak) diaduk sampai homogenkemudian dicetak dengan sistem tuang dan. tekan.Hasil cetakan yang telah kering dipanaskan pad asuhu 1000 °C selama 3 jam, setelah dingin hasilcetakan dikeluarkan dan diamati bentuk visual sertadiuji kemampuan serap terhadap air, kuat tekannya,dihitung beret jenisnya serta perubahan berat &tinggi blok monolit sebelum dan sesudah dilakukanpemanasan. .

Perubahan berat dihitung dengan rum us (%

WO-WIperubahan) = Wo x 100%

Wo= berat monolit sebelum dipanaskanWI = berat monolit setelah dipanaskan

Perubahan tinggi monolit dihitung dengan rum us (%

to -tl

Untuk memperbaiki sifat-sifat keramikyang dihasilkan dalam proses maka perluditambahkan aditif. Aditif yang digunakandikatergorikan dalam tiga jenis, yaitu berfungsisebagai bahan perekat untuk memperolefIKekuatanyang cukup pada barang mentah agar dapat diprosessebelum pembakaran, bahan pelumas yangberfungsi untuk membantu distribusi butir selamaproses pembentukan dengan cetak tekan daDmengurangi lekatnya bahan pada cetakan sertabahan pelebur yang berfungsi untuk membantu

proses sintering agar proses sintering dapatberlangsung pada suhu yang lebih rendah.

Beberapa sifat keramik adalah tahanterhadap temperatur tinggi, bahan kimia daD kerasserta kaku. Oari sifat-sifat yang menonjol inidiharapkan keramik dapat digunakan sebagai mediapemadat limbah radioaktif. Adapun tujuan daripenelitian ini adalah untuk menentukan komposisibahan mineral penyusun keramik yang tepat/baiksebagai bahan matrik immobilisasi limbahradioaktif.(S}

perubahan tinggi) = -x 100 %to

10 = tinggi monolit sebelum dilakukan pemanasanI} = tinggi mono lit sesudah dilakukan pemanasan

3. Penentuan komposisi mineral blok monolitkeramik.

Untuk mcncntukan komposisi mineralmonolit keramik maka dibuat monolit keramikdengan campuran kaolin, feldspar dan kaolil:J, clay.Pcrbandingan bcrat campurun kaolin tcrhadapfeldspar dibuat mulai dari 95 % : 5 % sampai 75 % :25 %. Perbandingan beret campuran kaolin terhadapclay dibuat mulai dari 97,5 % : 2,5 % sampai 90 % :10%.

HASIL DAN PEMBAHA.SANTATA KERJA

Karakteristik blok monolit yang dihasilkandapat dilihat dalam Tabel 1 dan Tabel2. Dari Tabel1. tampak bahwa perubahan komposisi mineral

penyusun mempengaruhi penyusutan tinggi tetapitidak begitu berpengaruh terhadap penyusutan beret.Semakin tinggi kandungan kaolin yang acta dalammonolit keramik semakin besar susut tingginyasetelah dilakukan pemanasan. Dengan terjadinyapenyusutan tinggi maka secara otomatis akan terjadipenyusutan volume blok monolit. Penyusutan initerjadi kemungkinan disebabkan selama prosespemanasan dari keadaan awal sampai diperolehproduk keramik yang kuat dan mampat adalahadanya perubahan bentuk dan ukuran pori.Kaitannya dengan akan digunakan', untukimmobilsasi limbah maka penyusutan volume tidakbegitu berpengaruh terhadap hasil immobilisasi.Penyusutan volume hanya digunakan untukmenentukan ukuran mono lit.

Bahan yang digunakan

Kaolin dari Semin Gunungkidu.I, feldspar,air, tanah lempung dari Kasongan, Yogyakarta

Alat yang digunakan

Cetakan, ayakan, tungku bakar,pres/tekan, peralatan gelas, lumpang dan martil

alat

Cara Kerja1. Preparasi bahan adonan

Mineral kaolin, felspar clan claydimasukkan ke dalam lumpang kemudiandihancurkan Idihaluskan memakai martil. Hasilmineral yang telah dihaluskan kemudian diayakdengan ukuran ayakan 10 sid 200 mesh.

2. Pembuatan blok monolit keramikDiambil beberapa gram mineral yang telah

disiapkan dengan ukuran butir tertentu denganperbandingan berat mineral tertentu ditambahkan air

Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi NuklirP3TM-BATAN Yogyakarta, 25 -26 Juli 2000

Tabell. Karakter monolit keramik ditinjau daTi

penyusutan berat, penyusutan tinggimonolit keramik setelah dilakukanpemanasan dan kemampuan monolitkeramik terhadap serap air untuk berbagai

komposisi (kode sampel).

sehingga proses difusi radionuklida ke lingkunganmenjadi rendah.

Kekuatan tekan monolit keramik dapatdilihat pada tabel 2. Dari tabel terse but tampakbahwa komposisi belum begitu berpengaruhterhadap kekuatan tekan yang diperoJeh. Kekuatantekan monolit sebelum dan sesudah menyerap airseperti yang yang tertera dalam tabel 2, juga tidakmenunjukkan bed a yang signifikan. H;aJ inimembuktikan bahwa monolit keramik cukup stabil.Dalam immobilisasi limbah, semakin besarkekuatan tekan mono lit yang diperoleh makasemakin baik hasil immobilisasi. Prayitno., dkk(1988) telah mengadakan penelitian limbahkonsentrat evaporator dan diperoleh hasil bahwakuat tekan blok monolit hasil sementasi sebesar36,235 N/mm2 pada kondisi perbandingan airterhadap semen = 0,4 (W/S=0,4) dan belum diberi

beban limbah. Setelah diberi beban limbahkonsentrat evaporator sebanyak 14 % kuat tekannyaturun menjadi 15,399 N/mm2. Dari keadaan inimaka kuat hasil sementasi sedikit lebih baik ditinjaudari kuat tekan yang dihasilkan.

KESIMPULAN

Keterangan :KF.75 = 75 % kaolin, 25 % FeldsparKF.80 = 80 % kaolin, 20 % FeldsparKF.85 = 85 % kaolin, 15 % FeldsparKF.90 = 90 % kaolin, 10 % FeldsparKF.95 = 95 % kaolin, 5 % FeldsparKG-90 = 90 % Kaolin; 10 % ClayKG-92,5 = 92,5 % Kaolin; 7,5 % ClayKG-95 = 95 % Kaolin; 5 % ClayKG-97,5 = 97,5 % Kaolin; 2,5 % Clay

Tabel 2. Karakteristik monolit keramik ditinjaudari berat jenis, kuat tekan sebelum dansesudah monolit menyerap air.

Dari basil dan pembahasan dapatdisimpulkan bahwa monolit keramik dengankomposisi mineral penyusun kaolin, feldspar(dengan komposisi feldspar mulai dari 5 % sampai75%) clan kaolin, clay ( dengan komposisi claymulai dari 2,5 % sampai 10 %) maka karakteristikmonolit yang diperoleh tidak menunjukkan bedayang signiflkan ditinjau dari sifat serap terhadap air,beratjenis serta kekuatan tekan.

_Kt,!~~(~)Berat Jenis

(gram/cm3)Setetah

MenveraD AirSebelum

Menverao Air

1,96081,79781,90011,9639j~Z~1

20,38216,30615,79615,62618,344

17,93616,30617,83417,83418,344 DAFTAR PUSTAKA1,7658

1,78211,8961

14;94712,90913.588

16.306

Kemampuan serap monolit terhadap airdapat dilihat dalam Tabel I. Kemampuan serapmonolit keramik terhadap air, sangat besarkemungkinan berkaitan dengan porositas darimonolit. Monol!!~g mempunyai porositas yangsemakin besar maka~n mempunyai berat jenisyang semakin rend'aTi-~ias berbanding terbalikdengan berat jen-is); -Apabila kemampuan serap inidikaitkan dengan berat jenisnya (Tabel 2.) maka adasuatu korelasi, yaitu semakin besar kemampuanserap terhadap air maka semakin kecil berat jenismonolit. Dalam mengimobilisasi limbah, matrikpengungkungnya dipilih yang mempunyai sifatkemampuan serap terhadap air harus rendah

I. MANAGEMENT OF RADIOACTIVEWASTES FROM THE NUCLEAR CYCLE,Proceeding of Symposium, Vienna, 22-226March 1976, IAEA, 1976

2. SUROTO, R., Diktat Kuliah pengolahanSampah Radioaktif, Bagian Teknik Nuklir,UGM

3. Petunjuk Teknik Pengelolaan Limbah RadioaktifOleh Pemakai, BATAN, 1988

4. Razak, R.,A., lndustri Keramik, Balai Pustaka,1978

5. AUSTIN, G.T.,Shreve's Chemical ProcessIndustries, 5 ed., Mc. Graw-Hill InternationalEdition, New York, 1984.

Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi NuklirP3TM-BATAN Yogyakarta. 25 -26 Juli 2000

14;2M14,26810,191

16,815

38 ISSN 0116-3118 Isman M~ dkk

radioakJif, mengingat titik /ebur unsurradioakJif adayang kurang dari 1000 °C.

'*" Cora mengatasi gas sudah barang tentudibutuhkan/diper/ukan insta/asi untukpenanganan gas tersebut.

TANYA JAWAB

Dwi Retnani~ Pada waktu pemanasan sampai suhu 1000 oCt

apakah tidak ada kemungkinan terjadi pelepasanzat radioaktif dalam bentuk gas?

~ Bagaimana tara mengatasinya.

Isman M. T.-9- Pada waktu pemanasan sampai 1000 °C,

sangat mungkin terjadi pe/epasan gas/zat

Prosiding Pertemuan dan Pfesentasi Ilmiah Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir

P3TM-BATAN Yogyakarta, 25 -26 Juli 2000