Pourbaix Diagram Application: Pourbaix diagrams for the system copper-chlorine at 5100 C

Bahan bakar nuklir yang berasal dari Swedia akan dikemas ke dalam tabung komposit. Wadah terbuat dari duplex stainless steel yang sisi luarnya berupa tabung tembaga dan pada sisi dalam merupakan baja karbon. Tembaga dipilih karena ketahanan korosi yang sangat baik dan baja karbon karena sifat mekaniknya. Ketebalan lapisan tembaga adalah 5 cm. Tabung akan ditempatkan jauh di dalam batuan dasar granit (500 m) dan tertanam dalam penyangga bentonit. Suhu maksimum awal pada permukaan tabung mencapai 80 oC, karena panas yang dihasilkan oleh konsumsi bahan bakar nuklir.Air tanah pada batuan dasar di sekitar repositori atau tempat penyimpanan akan mengandung klorida dengan konsentrasi yang bervariasi. Dengan perhitungan termodinamika dapat diprediksi perilaku korosi logam pada spesies-spesies tertentu dengan komponen lingkungan. Tembaga memiliki afinitas yang kuat terhadap klorida dalam fasa padat maupun cair. Hal tersebut sangat penting dalam perhitungan termodinamika untuk menentukan ukuran daerah korosi pada diagram Pourbaix.Beberapa nama yang telah mempublikasikan diagram Pourbaix untuk sistem tembaga-klorin adalah Pourbaix (1945), Duby (1977), Mattsson (1962), Skrifvars (1993), Ahonen (1995), dan Nila dan Gonzlez (1996). Dari beberapa nama tersebut hanya Ahonen yang menyertakan diagram untuk suhu tinggi (100 OC). Tujuan dari penelitian ini adalah untuk merevisi diagram Pourbaix untuk sistem tembaga-klorin di suhu yang tinggi dan suhu rendah (yang belum dipublikasikan sebelumnya). Penelitian ini berdasarkan studi sebelumnya dari diagram Pourbaix untuk tembaga (Beverskog dan Puigdomenech, 1995). Perhitungan termodinamika untuk tembaga di air yang berbeda lingkungan juga akan digunakan untuk mensimulasikan perilaku korosi tabung tembaga pada sekitar penyimpanan akhir bahan bakar nuklir di Swedia.Spesies merupakan hal mendasar yang sangat penting dalam perhitungan termodinamika, apakah spesies tersebut berupa fase padat, cairan, ion aqua, dan kompleks aqua. Beberapa spesies tidak stabil di dalam larutan air, sedangkan spesies lain ada yang hanya dapat bertahan pada temperatur tinggi dan komposisi ekstrim. Maka diperlukan evaluasi secara kritis terhadap semua spesies tersebut agar sesuai dengan syarat dan perhitungan termodinamika. Beberapa spesies yang dikalkulasi dengan perhitungan termodinamika adalah klorin-air, tembaga-air, dan klorin-tembaga-air.

Melalui perhitungan termodinamika dapat disimpulkan faktor yang mempengaruhi besarnya daerah stabilitas pada diagram Pourbaix. Suhu dapat mempengaruhi besarnya area stabilitas yang berbeda yaitu daerah imunitas, pasif, dan korosi. Dengan kenaikan suhu maka area daerah imunitas akan menurun, daerah pasif independen, daerah korosi dengan pH bersifat asam sedikit menurun , sedangkan dengan pH bersifat alkaline akan meningkat. Hal tersebut disebabkan oleh ketergantungan suhu dari prduk ion air. Konsentrasi spesies logam terlarut juga dapat mempengaruhi daerah area stabilitas. Pada peningkatan suhu dan konsentrasi, daerah imunitas dan pasif akan meningkat, sedangkan daerah korosi akan menurun.Dari penelitian ini dapat disimpulkan bahwa diagram Pourbaix sistem tembaga-klorin pada suhu 5 oC untuk pertama kalinya dipublikasikan, stabilitas CuCl2 . 3Cu(OH)2(cr) menurun dengan kenaikan temperatur, daerah korosi terdapat diantara area imun dan pasif pada temperatur 100 oC saat konsentrasi [Cu(aq)]tot = 10-6 molal dan [Cl(aq)]tot = 0.2 molal, pada temperatur 5-100 oC [Cl(aq)] = 1.5 molal. Sehingga menurut kalkulasi dari penelitian ini tabung tembaga untuk penyimpanan bahan bakar nuklir tidak akan terkorosi pada konsentrasi tembaga 10-6 molal dan konsentrasi klorida 0.2 molal, namun di suhu 80-100 oC akan sangat mungkin terjadi korosi.The Pourbaix Diagram