PROSIDING SEMINAR NASIONALPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akslerator dan Proses BahanYogyakarta, 28 Agustus 2008

PENGARUH PERUBAHAN KADAR IIN03 DAN % VOLUMEIIN03/HzO PELARUTAN U30S TERHADAP BASIL LARUTAN

UOz(N03)Z UNTUK UMP AN GELASI EKTERNAL

Indra SuryawanPusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan

ABSTRAK

PENGARUH PERUBAHAN KADAR HN03 DAN % VOLUME HNO:/H20PELARUTAN U30B TERHADAP HASIL LARUTAN U02(N03h UNTUK UMPANGELASI EKTERNAL. Telah dilakukan pembuatan larutan UOlN03h dari U30aterhadap perubahan kadar HN03 dan % volume HNO:IH20 untuk umpan gelasiekternal. Variabel kadar HN03 adalah 5, 6, 7, 8, 9 dan 10 N. Variabel % volumeHNO:IH20 adalah 50, 60, 70, 75, 80 dan 85 %. Dengan menggunakan HN03 8 Ndihasilkan larutan U02(N03l2 dengan kadar U 451,97 g/l dan keasaman 2,87 N. Pada% volume HNO:/H20 75 % dihasilkan larutan U02(N03l2 dengan kadar U 457 g/l dankeasaman 2,98 N. Pada proses gelasi ektemal larutan U02(N03h yang dihasilkandapat terbentuk butiran-butiran bola.

ABSTRACT

THE INFLUENCE OF HN03 CONCENTRA TION AND % VOLUME HNO:/HzO OFU30B SOLUBLE ON THE U02(N03h SOLUTION RESUL T FOR EXTERNALGELA TION. The UOlN03h solution has been prepared from U30a on the HN03concentration and % volume HNO:IH20 variables for external gelation feed. Thevariables HN03 concentration were 5, 6, 7, 8, 9 and 10 N. The variables % volumeHNO:IH20 were 50, 60, 70, 75, 80 and 85 %. The HN03 8 N ware resulted U02(N03hsolution with U concentration of 451.97 g/l and acid of 2.87 N. The % volumeHNO:IH20 75 % were resulted U02(N03l2 solution with U concentration of 457 g/l andacid of 2.98 N. The extemal gelation process were shaped of microsphere useU02(N03h solutian result.

PENDAHULUAN

Sebagai bahan dasar pembuatan kernel oksidauranium, diperlukan larutan uranil nitrat[U02(N03hJ dengan kadar uranium dan tingkatkeasaman tertentu sebagai urn pan proses gelasi.Penelitian ini bertujuan untuk menentukan kadarasam nitrat dan % volume HNOiH20 dalam prosespelarutan serbuk U30g dan menghasilkan larutanuranil nitrat yang memenuhi spesifikasi untukumpan gelasi. Larutan U02(N03h dibuat denganmelarutkan serb uk U30g ke dalam asam nitrat

sambil diaduk dan dipanaskan pada suhu didihlarutan. Uranium akan bereaksi dengan asam nitratmembentuk uranil nitrat. Sifat fisis, kimia dan

kualitas kernel UOz yang dibuat dari be be rap atahapan proses sangat tergantung dari bahan bakularutan uranil nitrat sebagai senyawa induk. Proses

yang dilakukan pada pembuatan umpan uranil nitratdari serbuk U30g adalah proses pelarutan danpenguapan yang menghasilkan gas NOz yang toksissehingga diperlukan pengamanan yang memadaibagi penelitinya.

Dalam proses pelarutan oksida uranium,variabel yang berpengaruh adalah jenis padatanuranium, temperatur, kadar uranium, kemurnianasam nitrat dan kecepatan pengadukan. Reaksinyadalam pelarutan pembuatan uranil nitrat sebagaiberikut :

U30g + 8HN03 ~ 3U02(N03)2 + 2N02 + 4H20 (1)

Larutan uranil nitrat (UOZ(N03h) yangdihasilkan berwarna kuning, pad a volume yang

sarna makin tinggi kadar uraniumnya beratnyamakin besar, jika kondisi jenuh pada suhu kamarlarutan akan mengkristal. Asam nitrat digunakan

InorQ SuryCJwan ISSN 1410 - 8178 259

PRO SIDING SEMINAR NASIONALPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator don Proses BahanYogyakarta, 28 Agustus 2008

TATA KERJA

Bahan yang digunakan

Serbuk UJOg, HNOJ 13,5 N, HzO, NaOH,

phenol ptealin (PP), katalisator FeCIJ, KZCrZ07,HZS04, asam amino sulfonat (HzN40JH), reduktorTiCIJ, Polivinil alkohol, NH40H, Span-80

sebagai pelarut karena mempunyai keunggulanseperti dapat melarutkan uranium dengan efisiensiyang tinggi dibandingkan dengan asam sulfat.Larutan uranil nitrat yang diperoleh dari pelarutandi atas perlu diketahui kadar uranium sertakeasaman dan nitrat totalnya. Penentuan kadaruranium dalam larutan dilakukan denganoksidasimetri menggunakan oksidator KZCrZ07,reduktor TiCIJ dalam medium eampuran amidosulfonat I M, NazCOJ I M dan HZS04 I M.

Indikator yang digunakan adalah barium pheniIsulfamat dan katalisator yang digunakan adalahFeCIJ. Titik ekivalen ditentukan dari perubahanwarna indikator dari biru menjadi ungu atauperubahan pena pada puneak potensiografl).Metode titrasimetri kadar uranium dalam larutan

uranil nitrat dianalisa yaitu menggunakanoksidasimetri modifikasi titan, uranium (IV)

dioksidasi dengan kalium bikarbonat. Persamaanreaksinya sebagai berikut,

3U'" + Cr20r2 + 2H+ --+ 3U02+2 + 2Cr+3+ H20 (2)

Sedangkan keasaman (nitrat total) dalamlarutan uranium nitrat ditentukan dengan metodenetralisasi yaitu ion uranil dalam larutandikomplekskan dengan ion oksalat sehinggamelepaskan ion NOJ·. Selanjutnya ion nitrat totalyang terdapat dalam larutan dinetralkan denganNaOH menggunakan indikator phenolphtalin (pp)atau indikator perubahan pena pada puneakpotensiograf.

Larutan uranil nitrat selanjutnya digunakanuntuk umpan sol dengan proses peptisasi yaitunetralsasi mengunakan NH40H dan membuatlarutan mempunyai viskositas tertentumenambahkan aditif polivinil alcohol. Reaksi yangterjadi pada proses sol :

U03 + 3(C2H30H)n ~ U03.3(C2H30H)nso

Untuk mendapatkan gel berbentuk bola,larutan sol diteteskan ke dalam medium amonium

hidroksida pada suhu kamarz.J). Sol bereaksidengan NHJ dan membentuk butiran gel. Reaksipada proses gelasi sebagai berikut :

[(U03)(C2H30H)n] + 4 NH40H

[(U03).3(C2H20H)n].3(NH3)] + H20

butiran gel

(3)

(4)

Alat yang digunakan

Buret, erlenmeyer, labu takar, gelas ukur,gelas piala, mikro pipet, neraea metler, termometer,eawan porselin, kertas saring, magnetik stirer,lemari asam.

Cara kerja :

Pelarutan dengan variabel kadar asam nitrat(HNO))a. Serbuk UJOg ditimbang 100 g, larutan HNOJ

13,5 N sebagai pelarut dibuat kadarnya 5 N.b. Lakukan pelarutan serbuk UJOg dengan eara

yang sarna dengan menggunakan kadar HNOJ 6,7,8,9 dan 10 N.

e. Larutan dipanaskan pada suhu 80°C dan diaduk.d. Pelarutan dengan variable % volume HNOiHzO

e. Asam nitrat kadar 13,5 N sebanyak 400 mldieneerkan dengan HzO sampai diperolehperbandingan (% volume) 50 %, selanjutnyadigunakan untuk melarutkan 100 g serbuk UJOgsampai dihasilkan larutan UOz(NOJh.

f. Dengan eara sarna dilakukan pelarutan UJOgmenggunkan % volume HNOiHzO 60, 70, 75,80 dan 85 %.

g. Analisis kadar uranium dan tingkat keasamandalam larutan UOz{NOJh yang dihasilkandengan eara :

h. Untuk analisis kadar uranium, dititrasi denganlarutan KZCrZ07 0, I N sampai dieapai titikekivalen.

i. Untuk analiasa tingkat keasaman, dititrasidengan larutan NaOH 0, I N sampai dieapai titikekivalen.

j. Kadar uranium dapat dihitung dengan rumus :

U = Vk .Nk .119Vs

Dengan :U = Kadar uranium (g/I)119 = Berat ekivalen (BE) dari uranium = 238/2Vk = Volume KzCrz07yang digunakanNk = Normalitas KZCrZ07 yang digunakanVs = Volume sampel yang digunakan

k. Asam bebas larutan UOz(NOJh dihitung denganpersamaan,

A = N(V - Vb)Vs

A = Tingkat keasaman (mol/I)V = Volume titrasi untuk euplikanVb = Volume titrasi untuk blanko

N = Normalitas larutan KZCrZ07 dan NaOH

Vs = Volume Cuplikan

260 ISSN 1410 - 8178 Indra Suryawan

PRO SIDING SEMINAR NASIONALPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akslerator dan Proses BahanYogyakarta, 28 Agustus 2008

Butiran bola uranium

,-~-trau-- .tUdf.k..••_T~Irna••l

Larutan UnmD ""'1

Laru13n sol

Proses gelasi

Gambar 1. Proses pelarutan serbuk U30g menjadi larutan uranil nitrat [U02(N03hJ dan digunakan untuklamtan sol sampai membentuk butiran-butiran bola.

Tabel 1. Hubungan kadar pelarut HN03 terhadap kadar uranium dan keasaman larutan U02(N03h.

Kadar HN03Kadar U dalam larutanpH larutan U02(N03h

Spesifikasi umpan sol

larutan U02(N03h :(N)U02(N03h gJml NIt ~ 400 g/I dan H+ ::; 3

5

211,60 2,33U+ ( 400 gJl, H+ ( 3 N6

290,32 2,51U+ ( 400 gJl, H+ ( 3 N7

362,78 2,70U+ ( 400 gJl, H+ ( 3 N8

451,97 2,87U+ > 400 g/l, y+ ( 3 N9

473,02 3,44U+ ) 400 gJl, H+ ) 3 N10

510,74 4,67U+ > 400 g/I, H+ ) 3 N

Keterangan : U+ = Kadar uranium, H+ = Keasaman

Tabel 2. Hubungan % volume HN03/H20 terhadap kadar uranium dan keasaman lamtan U02(N03h-

% volumeKadar U dalamKeasamanSpesifikasi umpan sol

HNOiH2O

Larutan U02(N03h gJmlLarutan U02(N03h Nlamtan U02(N03h:

U+ ~ 400 g/I dan H+::; 350

176 2,28U < 400 gJl, H+ < 3 N60

235 2,34U < 400 gJl, H+ < 3 N70

393 2,70U < 400 gJl, H+ < 3 N75

457 2,98U > 400 g/l, y+ < 3 N80

482 3,34U > 250 gJl, H+ > 3 N85

510 5,70U > 250 g/I, H+ > 3 N

Indra Suryawan ISSN 1410 - 8178 261

PRO SIDING SEMINAR NASIONALPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator don ProsesBahanVogyakarta, 28 Agustus 2008

HASIL DAN PEMBAHASAN

Dalam penelitian ini telah dilakukanpercobaan dengan variabel perubahan kadar asamnitrat dan % volume HN03/H20 untuk melarutkan

masing-masing 100 g serbuk U30g• Larutan uranilnitrat [U02(N03h] yang dihasilkan digunakanbahan baku pembuatan kernel. Larutan U02(N03h]yang dihasilkan setelah menjadi sol pada prosesgelasi membentuk butiran-butiran bola, kemudiansetelah dilakukan pemanasan bentuk butiran tetapstabil.

Hasil pelarutan serbuk U30g yang telahdilakukan dengan perubahan kadar asam nitrat(HN03) dan % volume HNOiH20 terhadap kadaruranium dan tingkat keasaman hasil larutanU02(N03h seperti ditunjukkan pada Tabel I dan 2.Perubahan kadar pelarut asam nitrat untukmelarutkan masing-masing 100 g serbuk U30g

memberikan perubahan kadar uranium dan tingkatkeasaman (asam bebas) larutan UOiN03h yangdihasilkan. Larutan UOiN03h untuk bahan bakupembuatan butiran bola yang sudah dilakukan danberbentuk bulat adalah dengan kadar uraniumminimum 400 gli dengan asam bebas lebih kecil 3N. Umpan larutan U02(N03h pada kondisi tersebutsetelah dilakukan proses sol dengan aditif polivinilalkohol, pada proses gelasi ektemal butiran yangterbentuk bulat dan bila dipanaskan pada suhutinggi bentuknya tetap stabil (tidak pecah).

Proses pelarutan serbuk U30gmenggunakan larutan HN03 kadar 5 N dihasilkanlarutan U02(N03h dengan kadar 211,60 g U/I dankeasaman 2,33 N. Hasillarutan U02(N03h tersebutjika digunakan pembuatan larutan sol dan dilakukangelasi butiran-butiran yang terbentuk tidak bulatseperti bola tetapi berupa gum pal an-gum pal an(agromerat) seperti ditunjukkan Gambar 2.

Gambar 2. Bentuk butiran hasil proses gelasi yangdibuat mengunakan larutan U02(N03hkadar 211,60 g U/I dan keasaman 2,33N.

Pelarutan serb uk U30g menggunakanlarutan HN03 kadar 6 N, larutan U02(N03h yang

dihasilkan kadarnya 290,32 g U/I dan keasaman

2,51 N, hasil pelarutan tersebut belum mencapaistandar spesifikasi seperti ditunjukkan dalam TabelI. Hal tersebut terjadi karena asam nitrat sebagaipelarut jumlahnya belum cukup untuk melarutakanserbuk U30g secara sempurna. Demikian juga untukpelarutan menggunakan kadar HN03 7 N larutanuranil nitrat yang dihasilkan kadar uraniumnyamasih dibawah 400 gll. Larutan dengan asam bebasrendah karena kadar air yang terakumulasi tinggisehingga menurunkan tingkat keasaman, sedangkansenyawa nitrat yang ada telah bereaksi sebagiandengan serbuk U30g sehingga sebagian serbuk yangtidak larut akan membentuk endapan ..

Pelarutan serbuk U30g menggunakanlarutan HN03 kadar 8 N, larutan U02(N03h yangdihasilkan kadarnya 451,32 g U/I dan keasaman2,87 N, larutan U02(N03h pada kondisi tersebutmemenuhi spesifikasi untuk digunakan membuatlarutan sol. Dengan menggunakan larutan uranil

nitrat yang mempunyai kadar uranium ~ 400 gI1 dan

keasaman ::; 3 N untuk pembuatan larutan sol padaproses gelasi butiran-butiran yang dihasilkan bulatdan setelah dikeringkan bentuknya tetap stabilseperti ditunjukkan Gambar 3.

Gambar 3. Bentuk butiran-butiran bola hasil prosesgelasi yang dibuat menggunakanlarutan U02(N03h kadar uranium

451,97 gll dengan keasaman 2,87 N

Pelarutan menggunakan HN03 9 Ndihasilkan larutan U02(N03h dengan kadaruranium 473,02 gli dan keasaman 3,44 N, semakinbesar kadar pelarut efisiensi makin tinggi sehinggakadar uranium dalam uranil nitrat makin besar,

tetapi sisa asam yang tidak bereaksi basih banyak.Akibat dari tingginya kadar asam pelarut sisa asam(asam bebas) dalam larutan U02(N03h yangdihasilkan juga tinggi. Jika larutan U02(N03hdengan as am bebas tinggi digunakan untukmembuat larutan sol, kemudian diteteskan dalamkolom gelasi butiran bulat tidak terbentuk karena

262 ISSN 1410 - 8178 Indra Suryawan

PROSIDING SEMINAR NASIONALPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusot Teknologi Akslerotor don Proses BahanYogyakarta, 28 Agustus 2008

spesifikasi sebagai "Acid Deficien Uranil Nitrate"tidak terpenuhi.

Pelarutan serbuk U30g dengan perubahan% volume HNOiHzO, larutan UOZ(N03h yang

dihasilkan ditunjukkan dalam Tabel 2. PelarutanDengan % volume HN03/HzO 50 % diperolehlarutan uranil nitrat dengan kadar uranium 176 glldan keasaman 2,28 N. Larutan UOZ(N03)z yangdihasilkan jika digunakan umpan gelasi untukpembuatan butiran bola, bentuknya tidak bulatseperti bola tetapi berupa gumpalan-gumpalan(agromerat Hal tersebut terjadi karena asam nitratsebagai pelarut utama jumlahnya belum cukupuntuk melarutakan serbuk U30g secara sempurna.

Sehingga larutan UOZ(N03h yang dihasilkan kadaruraniumnya kurang dari 400 gll dengan asam bebaslebih kecil 3 N karena kadar air yang terakumulasi

tinggi sehingga menurunkan tingkat keasaman.Pelarutan dengan % volume HNOiHzO 60

dan 70 % larutan UOz(N03h yang dihasilkan kadaruranium dalam larutan 235 dan 393 gll dengankeasaman 2,34 N dan 2,70, menunjukkan kadar

uranium makin tinggi sedangkan keasaman lebihkecil 3 tetapi pada proses gelasi butiran bola yangterbentuk tidak bulat. Pada % volume HNOiHzO 75

% dihasilkan larutan UOZ(N03h dengan kadaruranium 457 gll dan keasaman 2,98 N, larutan padakondisi tersebut jika digunakan umpan pada prosesgelasi akan terbentuk butiran-butiran bola dan tetapstabil setelah dilakukan pemanasan sampai 750°C.

Pelarutan dengan % volume HN03/HzO 80% dihasilkan larutan UOz(N03h dengan kadaruranium yang lebih tinggi tetapi keasamannya lebihbesar dari 3 N, jika digunakan sebagai umpan gelasibutiran bola dapat terbentuk, tetapi mudah pecahwaktu pengeringan atau pemanasan.

KESIMPULAN

Telah dilakukan pelarutan denganperubahan kadar pelarut HN03 dan % volumeHNOiHzO untuk melarutkan masing-masing 100 g

serbuk U30g menjadi larutan uranil nitrat

[UOZ(N03hJ sampai diperoleh kadar uranium ~ 400

gll dengan asam bebas $; 3 N sesuai denganspesifikasi untuk umpan gelasi ekternaI. Daripenelitian yang telah dilakukan pada kadar HN03 8N dihasilkan larutan UOZ(N03h dengan kadar U451,97 gll dan keasaman 2,87 N. Untuk % volume

HNOiHi) pada persentase 75 % dihasilkan larutanUOz(N03h dengan kadar U 457 gll dan keasaman2,987N. Larutan UOZ(N03h yang dihasilkan

tersebut pada proses gelasi dapat membentukbutiranbutiran bola dan tetap stabil setelahdilakukan pemanasan.

DAFT AR PUST AKA

1. LONG, J.T, "Engineering For Nuclear FuelReprocessing", 1978.

2. TURNER, C.W, "Coloid chemistry and

Aplication to the Production of Recycled Fuelby Sol-Gel Process", AECL-8062, Ontario1986.

3. URBANEK, V, "Preparation of UOz Dense

Spherical particles by Sol-Gel Technique",Czechoslovakia, 1977.

TANYA JAWAB

Sri Sukmajaya~ Sudah dicoba penggunaan HCl dalam pelarutan

U30g, sebab bisa mendukung reduksi TiCh~ Apa kelebihan binder PV A?

Indra Suryawan~ HCl tidak dapat melarutkan serbuk V30li

~ Kelebihan binder PVA adalah dapat

menghasilkan butiran va} dengan e300 - 500J.Dn

Indra Suryawan ISSN 1410 - 8178 263