KONSEP PENGELOLAAN LIMBAH TENORM PADA ...digilib.batan.go.id/e-prosiding/File...

Prosiding Seminar Nasional Teknologi Energi Nuklir 2014

Pontianak, 19 Juni 2014

379

ISSN: 2355-7524

KONSEP PENGELOLAAN LIMBAH TENORM PADA PROSES

PEMBUATAN ZIRKONIUM OKSIKLORID DARI PASIR ZIRKON

Herry Poernomo, Endro Kismolo, Elisabeth Supriyatni

Pusat Sains dan Teknologi Akselerator, Badan Tenaga Nuklir Nasional

Jalan Babarsari Kotak Pos 6101 Ykbb, Yogyakarta 55281

E-mail: [email protected]

ABSTRAK KONSEP PENGELOLAAN LIMBAH TENORM PADA PEMBUATAN ZIRKONIUM

OKSIKLORID DARI PASIR ZIRKON. Telah dilakukan konsep pengelolaan limbah

technologically enhanced natural occuring radiaoactive materials (TENORM) pada proses pembuatan

zirkonium oksiklorid dari pasir zirkon. Tujuan penelitian adalah melakukan kajian pengelolaan

limbah TENORM yang bisa digunakan sebagai data masukan pada rancangan dasar pabrik

pengolahan pasir zirkon menjadi zirkonium oksiklorid berbasis tes metalurgi. Penelitian dilakukan

dengan mengukur volume air limbah dan radioaktivitas gross dalam air limbah yang ditimbulkan

pada setiap tahapan tes metalurgi pada sintesis zirkonium oksiklorid (ZOC) dari pasir zirkon.

Pengukuran TENORM menggunakan alat cacah merk Technical Atomic. Hasil kajian

menunjukkan bahwa pada tes metalurgi sintesis ZOC dari pasir zirkon 500 gram dengan

radioaktivitas gross sekitar2,55 Bq/g dihasilkan ZOC sebesar 235 gram dengan radioaktivitas

gross sekitar0,27 Bq/g, ditimbulkan 43,5 liter air limbah dengan radioaktivitas gross sekitar

0,012 Bq/g, dan 420 gram gel silikat dengan radioaktivitas gross sekitar 1,15 Bq/g. Menurut

Peraturan Kepala Bapeten Nomor 9 Tahun 2009 dalam pasal 5 ayat (3) dan (4), pasal 7 ayat (1) butir

b.1, penghasil TENORM tidak perlu melakukan tindakan remedial jika konsentrasi aktivitas tiap

radionuklida anggota deret uranium dan thorium < 1 Bq/g. Namun demikian karena dengan volume

air limbah yang besar juga mengandung bahan kimia berbahaya, maka perlu pengolahan air limbah

menggunakan konsep instalasi pengolahan air limbah (IPAL) untuk diambil kembali kandungan

NaOH dan air murni dari air limbah.

Kata kunci: pengelolaan, air limbah, TENORM, zirkonium oksiklorid, pasir zirkon

ABSTRACT TENORM WASTE MANAGEMENT CONCEPT ON THE MAKING OF ZIRCONIUM

OXYCHLORIDE FROM ZIRCON SAND. Technologically enhanced natural occuring

radiaoactive materials (TENORM) waste management concept on the making of zirconium

oxychloride has been done. The purpose of the research is to study TENORM waste management

which can be used as input data to the basic design of zircon sand processing plant become zirconium

oxychloride based of metallurgical test work. The study was conducted by measuring the volume of

waste water and gross radioactivity in the wastewater generated at each stage metallurgical test on

zirconium oxychloride synthesis of zircon sand. Measurement of TENORM using alpha counter

equipment brand Technical Atomic. The results of the study showed that the metallurgical test ZOC

synthesis of zircon sand with 500 grams of gross radioactivity approximately 2.55 Bq/g produced

ZOC is 235 grams of gross radioactivity approximately 0.27 Bq/g, 43.5 liters of waste water

generated by approximately gross radioactivity of 0.012 Bq/g, and 420 grams of silicate gel with

gross radioactivity around 1.15 Bq/g. According to the Chief Rule of Nuclear Energy Regulatory

Agency No. 9 of 2009 in Article 5 paragraph (3) and (4), Article 7 paragraph (1) item b.1, producer

TENORM no remedial action is required if the activity of each radionuclide concentrations of

uranium and thorium series members < 1 Bq/g. However, due to the large volume of waste water also

contains harmful chemicals, it is necessary waste water treatment with the concept of the wastewater

treatment installation (WWTI) to take back the content of NaOH and clear water from waste water.

Keywords: management, waste water, TENORM, zirconium oxychloride, zircon sand

Konsep Pengolahan Limbah Tenorm Pada ...

Herry Poernomo, dkk.

380

ISSN: 2355-7524

1. PENDAHULUAN Sifat nuklir zirkonium (Zr) adalah mempunyai tampang lintang serapan neutron

termal yang rendah 1,8 x 10-29 m2 (0,185 barn). Sifat non nuklir Zr antara lain tahan korosi,

kekuatan dan keuletan pada suhu tinggi pada suhu operasi yang memadai dan ketahanan

yang tinggi terhadap distorsi termal, mampu difabrikasi dengan baik. Berdasarkan sifat

nuklir dan non nuklir tersebut menjadikan Zr banyak digunakan sebagai bahan struktur,

kelongsong, dan pelapis ZrC TRISO pada kernel bahan bakar high temperature reactor (HTR).

Mineral zirkonium umumnya mengandung naturally occuring radioactive materials

(NORM), yaitu bahan radioaktif yang terkandung di dalam mineral alam. NORM tersebut

antara lain seperti 238U dan anak luruhnya, 232Th dan anak luruhnya, serta 40K. Jika mineral

zirkon dilakukan proses pengolahan menjadi produk zirkon, maka terjadi distribusi dan

perubahan kadar NORM di beberapa produk zirkon dan limbah yang ditimbulkan.

Distribusi dan perubahan kadar NORM tersebut biasanya disebut dengan technologically

enhanced naturally occuring radioactive materials (TENORM).

Zirkonium baik sebagai pasir zirkon maupun zirconium chemicals mengandung unsur

radioaktif 238U beserta anak luruhnya dan 232Th beserta anak luruhnya. Substansi Peraturan

Kepala (Perka) Bapeten No. 9 Tahun 2009 tentang Intervensi terhadap Paparan yang Berasal

dari TENORM dalam pasal 5 ayat (3) dan (4) adalah intervensi terhadap paparan yang

berasal dari TENORM perlu dilaksanakan oleh penghasil TENORM melalui tindakan

remedial jika melampaui tingkat intervensi sebagaimana dalam pasal 7 sebagai berikut[1]:

(1) Tingkat intervensi sebagaimana dimaksud dalam pasal 5 ayat (3) Perka) Bapeten No. 9

Tahun 2009 dapat dinyatakan dalam:

a. jumlah atau kuantitas TENORM paling sedikit 2 (dua) ton; dan

b. tingkat kontaminasi sama dengan atau lebih kecil dari 1 Bq/cm2 (satu becquerel

persentimeter persegi) dan/atau konsentrasi aktivitas sebesar:

1. 1 Bq/gr (satu Becquerel pergram) untuk tiap radionuklida anggota deret

uranium dan thorium; atau

2. 10 Bq/gr (sepuluh Becquerel pergram) untuk kalium.

(2) Radionuklida sebagaimana dimaksud pada ayat (1) huruf b angka 1 paling kurang

meliputi: Pb-210, Ra-226, Ra-228, Th-228, Th-230, Th-234; dan/atau Po-210.

Jumlah sumber daya hipotetik deposit mineral zirkon yang terukur di sekitar daerah

aliran sungai (DAS) Kalimantan Tengah pada tahun 2008 sekitar 6,556 juta ton dengan

kandungan zirkonium silikat (ZrSiO4) sekitar 2,615 juta ton[2]. Dengan jumlah sumberdaya

hipotetik pasir zirkon sebesar 2,615 juta ton dan jika kapasitas ekonomis pengolahan setiap

pabrik sebesar 10.000 ton pasir zirkon/tahun, maka sumber daya hipotetik pasir zirkon 2,615

juta ton dapat memasok 8 buah pabrik pengolahan pasir zirkon selama 30 tahun.

Sumberdaya hipotetik ini adalah sumberdaya yang sifatnya minimal. Masih banyak

wilayah-wilayah di Kalimantan Tengah yang juga diketahui ada endapan zirkonnya tetapi

masih belum masuk dalam perhitungan ini. Bahkan menurut Sudarto (2008), cadangan

deposit zircon ore di provinsi Kalimantan Tengah diprediksi sekitar 5.410.484.720 ton[3]. Sumber daya hipotetik ZrSiO4 terukur tersebut cukup digunakan sebagai bahan baku

pada rencana pendirian pabrik pengolahan pasir zirkon menjadi beberapa produk

zirkonium selama lebih dari 30 tahun sebagaimana umur pabrik kimia pada umumnya.

Hasil analisis dengan menggunakan XRF di Laboratorium Pusat Survei Geologi

Bandung terhadap contoh pasir zirkon dari daerah Tumbangtiti Kalimantan Barat (Kalbar)

mengandung kadar U3O8 = 0,0447% dan ThO2 = 0,1140%. Untuk contoh pasir zirkon dari

daerah Landak Kalbar mengandung kadar U3O8 = 0,0844% dan ThO2 = 0,0940%. Kemudian

untuk contoh pasir zirkon dari daerah Katingan Kalimantan Tengah (Kalteng) yang

dianalisis di Australia mengandung kadar U3O8 = 267,5 ppm dan ThO2 = 138,5 ppm[4].



381

ISSN: 2355-7524

Berdasarkan data kadar (U3O8 dan ThO2) dari daerah Katingan Kalteng tersebut, maka

dapat diprediksi bahwa di daerah Kalimantan Tengah kemungkinan kadar (U3O8 dan ThO2)

sekitar 406 ppm atau 0,0406% berat atau sekitar 1.061 ton dari sumber daya hipotetik ZrSiO4

yang terukur sekitar 2,615 juta ton.

Apabila diasumsikan umur peralatan pabrik pengolahan konsentrat pasir zirkon

menjadi beberapa produk zirkonium dapat mencapai 30 tahun dalam melakukan

pengolahan ekonomis 10.000 ton pasir zirkon/tahun yang mengandung TENORM, maka

terdapat (U3O8 dan ThO2) sekitar 4 ton/tahun sebagai bahan sumber yang akan terbuang

percuma ke lingkungan bersama dengan limbah. Karena jumlah bahan nuklir (238U dan 232Th) melebihi 2 (dua) ton sebagaimana tercantum di dalam Peraturan Kepala BAPETEN

Nomor 09 tahun 2009 bab II pasal 7 ayat (1) a., maka pihak otoritas pabrik zirkonium wajib

melakukan tindakan remedial terhadap TENORM yang ditimbulkan.

Mineral zirkon (ZrSiO4) dapat diperoleh sebagai tailing padat dari proses

penambangan emas rakyat tanpa izin yang banyak terdapat di daerah Kalimantan Tengah

dan Barat. Disamping itu mineral zirkon juga berasal dari tailing padat dari proses

penambangan bijih timah di daerah Bangka-Belitung. Mineral zirkon mengandung bahan

radioaktif 232Th dan 238U dengan kadar yang tidak sama antara satu daerah dengan daerah

lain sebagaimana contoh yang ditunjukkan pada Tabel 1.

Tabel 1. TENORM pada Zirkon dari Beberapa Negara[5]

Mineral Negara 238U (Bq/kg) 232Th (Bq/kg) 40K (Bq/kg)

Afrika Selatan 4400 ± 210 610 ± 35 60 ± 8

Italia 3500 ± 170 550 ± 34 55 ± 7

Ukraina 2100 ± 120 460 ± 40 50 ± 7

Jerman 2700 ± 140 590 ± 37 65 ± 8

Zirkon

Belgia 3100 ± 150 570 ± 35 77 ± 9

Afrika Selatan 11500 ± 450 1800 ± 60 310 ± 20

Ukraina 4300 ± 180 425 ± 37 65 ± 8 Baddeleyit

Jerman 2240 ± 110 470 ± 30 74 ± 9

Setiap dihasilkan produk zirkon dan ditimbulkan limbah dari pengolahan pasir

zirkon, maka harus dapat diukur, dipantau, dan dikendalikan. Terkait dengan hal tersebut

dan untuk menjaga keselamatan lingkungan, maka yang harus diketahui adalah setiap

tahapan proses mulai dari proses peleburan pasir zirkon sampai dengan proses pengeringan

zirkonil klorida (ZrOCl2.8H2O) akan terjadi distribusi TENORM seperti 238U, 232Th, dan 40K.

Dengan demikian diperlukan sistem proteksi radiasi TENORM sebagai bagian dari

keselamatan kerja terhadap para pekerja dan lingkungan di sekitarnya. Nilai batas dosis

(NBD) berdasarkan ICRP (International Commission on Radiological Protection) No. 60 tahun

1990 untuk pekerja radiasi adalah 20 mSv/tahun, dan untuk lingkungan (masyarakat) 1

mSv/tahun.

Bahaya radiasi utama terjadi karena terkena partikel radioaktif alpha dengan

terhisapnya debu pasir zirkon dalam pernafasan. Tindakan pengontrolan debu yang

memadai harus dilakukan untuk memastikan bahwa tingkat pajanan (exposure) terhadap

debu dapat ditekan seminimal mungkin. Sebagai panduan, karyawan yang secara terus-

menerus pernafasannya terkena debu pada kadar di atas 1,5 mg/m3 bisa mengalami pajanan

di atas 1 mSv. Pajanan terus-menerus (2000 jam setiap tahun) dalam jarak 2 meter dari pasir

zirkon menghasilkan dosis di atas 1 mSv[6].



382

ISSN: 2355-7524

2. TEORI Percobaan pengolahan pasir zirkon di Vietnam yang dilakukan oleh TUYEN dkk.

(2007) [31] dapat menurunkan kandungan TENORM cukup signifikan dengan melalui tahap

pengendapan zirkonium basis sulfat (ZBS). Dengan demikian dapat diperoleh zirkonil

klorida atau zirkonium oksiklorid atau ZrOCl2.8H2O (ZOC) dengan kemurnian tinggi[7].

Untuk mengolah pasir zirkon menjadi ZOC yang terpisah dari beberapa pengotor

seperti Si, U, Th, Ti, Fe, Al, Na, Mg, Ca. dapat dilakukan melalui beberapa tahapan proses

seperti Gambar 1 [7].

Gambar 1. Diagram Alir Proses Pembuatan ZrOCl2.8H2O (ZOC) dari Pasir Zirkon

Zirkonil klorida (ZrOCl2) bebas silikat atau ZOC-1 yang terjadi dari proses pelindihan

natrium zirkonat dengan HCl diendapkan dengan H2SO4 atau (NH4)2SO4 menjadi

Zr5O8(SO4)2.15H2O yang biasa disebut zirkonium basis sulfat (ZBS) stabil yang tidak dapat

larut dalam air. Pada proses pelindian air, beberapa pengotor yang larut dalam air lindi

antara lain: Na2SiO3, sisa NaOH, Na2AlO2, Na6Th(CO3)5. Pada proses pencucian ZBS dengan

air, maka pengotor-pengotor seperti Fe+3, Th+4, U+6, Ti+4, sisa HCl akan larut dalam air

menjadi air limbah. Kemudian pada proses pencucian Zr(OH)4 dengan air, maka pengotor-

pengotor seperti sisa NH4OH dan SO42- akan larut dalam air menjadi air limbah[7].

Gambar 1 menunjukkan, bahwa air limbah mengandung bahan berbahaya seperti

(NaOH, HCl, NH4OH, SO42-), Na2SiO3, Na2AlO2, Na6Th(CO3)5, beberapa senyawa lain yang

terbentuk dari reaksi dengan beberapa pengotor (Fe+3, Ti+4, Na+, Mg+2, Ca+2, SO42-), dan

TENORM yang terlarut pada proses pelindian air, pelindian HCl, dan beberapa proses

pencucian. Jika air limbah tersebut tidak ditangani dengan metode yang benar, maka dapat

mencemari lingkungan di sekitarnya. Untuk itu, maka tujuan penelitian ini adalah

membuat konsep teknologi pengelolaan limbah pada proses pembuatan zirkonil klorida

dari pasir zirkon skala pabrik berbasis data teknis tes metalurgi pembuatan zirkonil klorida

dari pasir zirkon skala laboratorium.



383

ISSN: 2355-7524

3. METODOLOGI 3.1. Bahan:

Bahan yang digunakan meliputi bahan baku yaitu pasir zirkon (ZrSiO2) dari daerah

Landak-Kalimantan Barat; bahan pendukung yang terdiri dari: NaOH padat, HCl teknis,

(NH4)2SO4, NH4OH 10%, NH4OH pekat, HCl 6N, air bebas mineral (ABM).

3.2. Peralatan:

Peralatan yang digunakan antara lain: furnace, tangki berpengaduk, centrifuge,

evaporator vakum, labu leher tiga, unit filtrasi vakum, hot plate, oven, peralatan gelas,

immersion heater, waterbath, theristor, XRF, XRD, alat cacah merk Technical Atomic, alat

cacah .merk Ortec.

3.3. Metode:

Tes metalurgi sintesis zirkonil klorida (ZrOCl2.8H2O) dari pasir zirkon dengan

metode yang sebagian diadopsi dari metode yang dilakukan oleh TUYEN dkk. (2007)

seperti diagram alir proses pada Gambar 1. Tes metalurgi dilakukan secara proses batch

pada skala laboratorium di Pusat Sains Teknologi Akselerator (PSTA)-Batan Yogyakarta.

Dari sebagian hasil adopsi tersebut kemudian dibuat metode tes metalurgi pembuatan

zirkonil klorida secara proses batch skala laboratorium yang dikerjakan berdasarkan

diagram alir seperti ditunjukkan pada Gambar 2.

Gambar 2. Diagram Alir Tes Metalurgi Pembuatan ZrOCl2.8H2O (ZOC-2) dari ZrSiO4

4. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Sintesis ZrOCl2.8H2O dari Pasir Zirkon Landak-Kalbar

Mineral zirkon yang digunakan berasal dari tailing pendulangan emas rakyat di

daerah Mandor, Landak, Kalimantan Barat yang telah dibenefisiasi in situ menggunakan

spiral chute. Mineral zirkon dan pasir pasir zirkon hasil benefisiasi dengan shaking table dan

magnetic separator di Puslitbang Tekmira Bandung masing-masing dianalisis komposisi



384

ISSN: 2355-7524

kimianya menggunakan XRF di Laboratorium Pusat Survei Geologi Bandung dengan

komposisi kimia seperti ditunjukkan pada Tabel 2.

Tabel 2. Komposisi Kimia Mineral Zirkon dan Pasir Zirkon dari Daerah Mandor,

Landak, Kalimantan Barat

Mineral zirkon hasil benefisiasi

dengan Spiral Chute

Pasir zirkon hasil benefisiasi dengan

Shaking Table dan Magnetic Separator

Senyawa Kadar, % Senyawa Kadar, %

ZrO2 38,46 ZrO2 60,00

HfO2 0,85 HfO2 0,855

TiO2 20,00 TiO2 1,60

SiO2 22,23 SiO2 28,81

Fe2O3 10,11 Fe2O3 1,38

Al2O3 0,912 Al2O3 0,453

Na2O 0,703 Na2O 1,12

MgO 0,186 MgO 0,0751

CaO 0,090 CaO 0,0489

MnO 1,00 MnO 0,0116

Cr2O3 1,04 Cr2O3 0,0215

S 2,23 S 1,34

La2O3 0,292 La2O3 0,0163

Y2O3 0,161 Y2O3 0,230

ThO2 0,11 ThO2 0,0940

U3O8 0,0464 U3O8 0,0844

Beberapa tahapan proses pada Gambar 2 menimbulkan air limbah yang terbentuk

dari sisa bahan pendukung seperti NaOH, HCl, (NH4)2SO4, NH4OH yang telah digunakan

pada tes metalurgi dan hasil reaksi antara bahan pendukung dengan beberapa pengotor

yang terkandung di dalam pasir zirkon seperti: SiO2, TiO2, Fe2O3, Al2O3, Na2O, MgO, CaO,

dan TENORM (U3O8 dan ThO2).

Jika proses peleburan 1 mol konsentrat pasir zirkon diameter partikel 6 m dengan 4

mol atau 6 mol NaOH pada suhu 650 oC dan 850 oC, kemungkinan reaksi yang terjadi [8]:

650 oC

ZrSiO4 + 4NaOH Na2ZrO3 + Na2SiO3 + 2H2O .............................(1)

650 oC

ZrSiO4 + 6NaOH Na2ZrO3 + Na4SiO4 + 2H2O ............................. (2)

850 oC

ZrSiO4 + 4NaOH 2Na2ZrSiO5 2H2O .............................(3)

850 oC

ZrSiO4 + 4NaOH Na2ZrO3 + Na2SiO3 + Na2O + 2H2O ..........................(4)

Air limbah yang berasal dari proses settling-1 dan filtrasi 1 mengandung sisa NaOH

yang tidak bereaksi pada proses peleburan dan mengandung NaOH dari kemungkinan

reaksi yang terjadi antara air dengan Na2ZrO3, Na2SiO3, dan beberapa pengotor yang

terkandung di dalam pasir zirkon sebagai berikut:

Na2SiO3 + 2H2O H2SiO3 + 2 NaOH .....................................(5)



385

ISSN: 2355-7524

Na2ZrO3 + 2H2O ZrO(OH)2 + 2 NaOH ..........................................(6)

CaO + H2O Ca(OH)2 ......................................... (7)

MgO + H2O Mg(OH)2 ......................................... (8)

Na2O+ H2O 2NaOH ......................................... (9)

SiO2 + 2H2O H4SiO4 ....................................... (10)

Dengan demikian NaOH yang terbentuk dari reaksi (5), (6), (9) dan sisa NaOH yang

tidak bereaksi akan menyebabkan air limbah sebagai hasil settilng-1 dan filtrasi 1

mengandung NaOH dalam jumlah yang kemungkinan cukup besar. Kebutuhan optimum

NaOH untuk proses peleburan pasir zirkon sekitar 1,2 – 1,3 kali berat pasir zirkon. Untuk

menghemat pemakaian bahan pendukung NaOH, maka aliran air limbah dari proses

settling-1 dan filtrasi-1 perlu ditampung tersendiri dalam suatu kolam yang terpisah dari air

limbah dari unit proses lainnya. Selanjutnya air limbah dalam kolam tersebut dapat

dilakukan proses pengambilan kembali sisa NaOH (reused) untuk dapat digunakan sebagai

bahan pelebur pada proses disosiasi pasir zirkon menjadi natrium zirkonat dan natrium

silikat.

Untuk mengetahui keberhasilan proses sintesis ZOC-2 dengan metode seperti

ditunjukkan pada Gambar 3, maka komposisi kimia dalam ZOC-2 yang diperoleh dari

analisis dengan menggunakan XRF di Laboratorium Pusat Survei Geologi Bandung perlu

dikomparasi dengan ZOC produk ATI seperti ditunjukkan pada Tabel 3.

Tabel 3. Komparasi Komposisi Kimia ZOC Hasil Sintesis di PSTA dan Produk ATI

Komposisi kimia ZrOCl2.8H2O, % Senyawa

ZOC-2 PSTA ZOC ATI [9]

Zr(Hf)O2 38,39 Min. 35

TiO2 0,0033 Maks. 0,002

Fe2O3 0,0014 Maks. 0,005

Na2O 0,0002 Maks. 0,04

SiO2 0,0021 Maks. 0,01

Al2O3 0,0442 Maks. 0,02

MgO 0,0003

CaO 0,0111 Maks. 0,01

ThO2 0,5530 ppm

U3O8 0,7056 ppm

Jika dilihat hasil komparasi komposisi kimia zirkonil klorida dari Tabel 3, maka

zirkonil klorida hasil sintesis di PSTA-Batan mendekati komposisi kimia ZOC produk ATI.

Kemudian jika dilihat dari kadar Zr(Hf)O2 di dalam ZOC, maka hasil sintesis ZOC-2 di

PSTA-Batan lebih baik daripada ZOC produk ATI.

Selanjutnya jika dikomparasi kadar TENORM (ThO2 dan U3O8) di dalam ZOC-2 pada

Tabel 3 dan kadar TENORM di dalam pasir zirkon pada Tabel 2, menunjukkan bahwa

dengan melalui proses pengendapan ZBS ternyata penurunan kadar TENORM sangat

signifikan yaitu dari kadar TENORM dalam pasir zirkon sebesar 1784 ppm menjadi 1,2586

ppm dalam ZOC-2.

Penurunan kadar TENORM pada proses pengendapan ZBS dapat dijelaskan sebagai

berikut: Thorium mengendap sebagai Th(SO4)4 pada pH sekitar 2,8 – 5,2 dan Ti(SO4)4 pada

pH 3,55 – 4 dan feri/fero sulfat mengendap pada pH 8. Sedangkan ZBS mengendap pada

pH sekitar 1,9 – 2,0. Dengan demikian beberapa pengotor seperti Th(SO4)4, Th(SO4)4,



386

ISSN: 2355-7524

feri/fero sulfat yang menempel pada endapan ZBS akan larut oleh air pada saat proses

pencucian dan filtrasi-4.

Untuk mengetahui keberhasilan hasil sintesis ZOC-2 dapat dilakukan dengan

mengkomparasi pola difraksi ZOC-2 dan ZOC produk E-Merck menggunakan XRD di Pusat

Sains dan Teknologi Nuklir Terapan – Batan Bandung. Hasil komparasi pola difraksi ZOC

produk E-Merck dan ZOC-2 hasil sintesis di PSTA-Batan ditunjukkan pada Gambar 3.

ZOC E-Merck ZOC-2 Hasil Sintesis

Gambar 3. Komparasi Pola Difraksi ZOC E-Merck dan ZOC-2 Hasil Sintesis

Jika dilihat pola difraksi ZOC-2 dengan ZOC produk E-Merck pada Gambar 3, maka

hasil sintesis ZOC-2 mendekati ZOC produk E-Merck.

4.2. Konsep Teknologi Pengelolaan Limbah

Hasil pengukuran jumlah limbah yang ditimbulkan oleh sintesis ZOC-2 dari tes

metalurgi sintesis pasir zirkon secara proses kimia batch skala laboratorium seperti pada

Gambar 2 terdiri dari air limbah dan limbah padat yang ditunjukkan pada Tabel 4.

Tabel 4. Bahan Baku, Bahan Pendukung, Produk, dan Limbah pada Tes Metalurgi

No. Komponen Masuk , g Keluar

A Bahan Baku

Pasir zirkon 500 g

B Bahan pendukung

NaOH padat 700 g

HCl teknis 2.000 ml

(NH4)2SO4 50,22 g

NH4OH 10% 1.200 ml

NH4OH pekat 268 ml

HCl 6 N 1.300 ml

Air 49.500 ml

C Produk

ZrOCl2.8H2O (ZOC-2) 235 g

D Limbah

Air limbah dari settling-1 & filtrasi-1, settling-2 & filtrasi-2 25.000 ml

Air limbah dari pencucian dan filtrasi-4 ZBS 7.500 ml

Air limbah dari pencucian dan filtrasi-5 ZrO(OH)2 11.000 ml

Total air limbah 43.500 ml

Limbah gel silikat dari settling-3 & filtrasi-3 420 g

Limbah koloid (pasir tak terlebur) dari sentrifugasi 7 g

Total limbah padat/semi padat 427 g



387

ISSN: 2355-7524

Tabel 4 menunjukkan, bahwa air limbah dari tes metalurgi pengolahan 500 gram pasir

zirkon menjadi ZOC-2 ditimbulkan air limbah sebanyak 43.500 ml atau 43,5 liter. Sedangkan

kelayakan ekonomis pabrik pengolahan zirkonium yaitu apabila mengolah pasir zirkon

sebanyak minimum 10.000 ton/tahun. Berdasarkan air limbah data Tabel 4 yang

menunjukkan bahwa setiap dilakukan pengolahan pasir zirkon 500 gram ditimbulkan 43,5

liter air limbah. Dengan demikian jika pabrik mengolah 10.000 ton/tahun pasir zirkon

menjadi 2.350 ton ZOC-2 akan ditimbulkan air limbah sebanyak 870 juta liter/tahun.

Air limbah yang ditimbulkan dari proses settling-1 dan filtrasi-1, settling-2 dan filtrasi-

2, pencucian dan filtrasi-4 ZBS, pencucian dan filtrasi-5 ZrO(OH)2 pada tes metalurgi

pengolahan pasir zirkon menjadi ZOC-2 seperti pada Gambar 2 masing-masing dianalisis

radioaktivitasnya menggunakan alat cacah α, β dan γ Ortec di PSTA-Batan. Hasil analisis

air limbah tersebut ditunjukkan pada Tabel 5.

Tabel 5. NORM & TENORM pada Tes Metalurgi Pasir Zirkon

Radioaktivitas gross

Komponen β γ total

(Bq/g)

α total

(Bq/g)

A. Bahan Baku

Mineral zirkon 11,59 3,75

Pasir zirkon hasil benefisiasi 8,41 2,55

B. Produk

Natrium zirkonat (Na2ZrO3) 6,03 5,04

ZrOCl2.8H2O (ZOC) 0,072 0,270

C. Limbah Cair

Air limbah dari settling-1 & filtrasi-1, settling-2 & filtrasi-2 0,027 0,014

Air limbah dari pencucian dan filtrasi-4 ZBS 0,088 0,005

Air limbah dari pencucian dan filtrasi-5 ZrO(OH)2 0,016 0,014

D. Limbah Padat

Tailing dari benefisiasi 7,51 3,48

Limbah gel silikat & pasir tak lebur 3,12 1,15

Berdasarkan data jumlah volum air limbah dan volum air limbah yang dihasilkan dari

masing-masing proses settling-1 dan filtrasi-1, settling-2 dan filtrasi-2, pencucian dan filtrasi-

4 ZBS, pencucian dan filtrasi-5 ZrO(OH)2 pada Tabel 4 dan data radioaktivitasnya, jika

masing-masing air limbah tersebut ditampung dalam satu kolam penampung maka

diprediksi radioaktivitas α rerata dapat dihitung sebagai berikut:

Ar = V1/VT x A1 + V2/VT x A2 + V3/VT x A3 ..........................................(11)

dengan, Ar, A1, A2, A3 dengan satuan Bq/ml masing-masing adalah radioaktivitas α rerata

dalam air limbah total, radioaktivitas α dalam air limbah dari (settling-1 & filtrasi-1, settling-2

& filtrasi-2), radioaktivitas α dalam air limbah dari pencucian dan filtrasi-4 ZBS,

radioaktivitas α dalam air limbah dari pencucian dan filtrasi-5 ZrO(OH)2; V1, V2, V3 dengan

satuan ml adalah volum air limbah masing-masing dari (settling-1 & filtrasi-1, settling-2 &

filtrasi-2), dari pencucian dan filtrasi-4 ZBS, dari pencucian dan filtrasi-5 ZrO(OH)2; dan VT

dengan satuan ml adalah volum total air limbah.

Dengan memasukkan data V1, V2, V3, VT dari Tabel 4 dan data A1, A2, A3 dari Tabel 5,

maka dengan menggunakan persamaan (11) diperoleh radioaktivitas α rerata dalam air

limbah total,AT = 0,012 Bq/ml yang mengandung 238U dan 232Th.



388

ISSN: 2355-7524

Dengan kandungan radioaktivitas dalam air limbah total, AT = 0,012 Bq/g dan jika

dilihat dari Pasal 7 Perka Bapeten No. 9 Tahun 2009, maka penghasil TENORM tidak perlu

melakukan remedial karena radioaktivitas dalam air limbah < 1 Bq/g.

Berdasarkan Lampiran III Tabel 2 Baku Tingkat Radioaktivitas di Air pada Peraturan

Kepala Bapeten Nomor 7 Tahun 2013 tentang Nilai Batas Radioaktivitas Lingkungan yang

menyebutkan bahwa untuk nuklida 232Th dan 238U, maka baku tingkat radioaktivitas di

badan air adalah 7,3 x 102 Bq/m3 = 0,00073 Bq/ml untuk nuklida 232Th dan 2,0 x 104 Bq/m3 =

0,02 Bq/ml untuk nuklida 238U [10].

Berdasarkan Pasal 7 Perka Bapeten No. 9 Tahun 2009 dan Lampiran III Tabel 2 Baku

Tingkat Radioaktivitas di Air pada Peraturan Kepala Bapeten Nomor 7 Tahun 2013, maka

dimungkinkan penghasil TENORM dapat mendispersi air limbah dengan tingkat aktivitas

0,012 Bq/g ke badan sungai. Jika akan dibangun pabrik pengolahan pasir zirkon 10.000

ton/tahun menjadi 4.700 ton ZOC-2, maka jumlah air limbah yang ditimbulkan sekitar 870

juta liter/tahun. Air limbah ini selain mengandung TENORM juga mengandung bahan

kimia seperti (NaOH, HCl, NH4OH, SO42-), Na2SiO3, Na2AlO2, Na6Th(CO3)5, beberapa

senyawa lain yang terbentuk dari reaksi dengan beberapa pengotor (Fe+3, Ti+4, Na+, Mg+2,

Ca+2, SO42-) yang terlarut pada proses pelindian air, pelindian HCl, dan beberapa proses

pencucian. Kebutuhan air pelindi, air pencuci ZBS, dan air pencuci ZrO(OH)2 ternyata

cukup banyak, maka bisa direkomendasikan agar dapat dilakukan pengolahan air limbah

menggunakan instalasi pengolahan air limbah (IPAL) untuk mengambil kembali air bersih

dalam air limbah sebagai air proses dan mengambil kembali kandungan NaOH.

Konsep teknologi IPAL untuk dapat mengambil kembali kandungan NaOH dan air

bersih dalam air limbah ditunjukkan pada Gambar 4.

Gambar 4. Diagram Alir Konsep IPAL pada Pembuatan ZOC-2 dari Pasir Zirkon



389

ISSN: 2355-7524

5. KESIMPULAN Dari hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa kandungan TENORM dalam air

limbah yang ditimbulkan dari proses pembuatan zirkonil klorida dari pasir zirkon sebesar

0,012 Bq/ml yang lebih rendah dari batas minimal 1 Bq/g untuk intervensi terhadap paparan

yang berasal dari TENORM sebagaimana yang dipersyaratkan oleh Peraturan Kepala

Bapeten Nomor 9 Tahun 2009. Dengan demikian penimbul limbah yang mengandung

TENORM tidak diwajibkan meremediasi lingkungan dan tidak dilakukan intervensi

pemantauan TENORM oleh Bapeten. Namun demikian karena air limbah mengandung

bahan kimia berbahaya non radioaktif yang volumenya cukup besar, maka perlu

pengolahan air limbah menggunakan konsep IPAL. Sedangkan untuk limbah gel silikat dari

proses settling-3 dan filtrasi-3 pada tes metalurgi sintesis zirkonil klorida dari pasir zirkon

yang mengandung TENORM dengan radioaktivitas sebesar 1,15 Bq/g akan diteliti lebih

lanjut untuk dapat diambil kandungan silikanya sebagai produk samping.

DAFTAR PUSTAKA

[1]. (_______), Peraturan Kepala (Perka) Bapeten Nomor 9 Tahun 2009 tentang Intervensi

terhadap Paparan yang Berasal dari TENORM.

[2]. HERMAN, D.Z., Kemungkinan Sebaran Zirkon pada Endapan Placer di Pulau

Kalimantan, Jurnal Geologi Indonesia, Vol. 2 No. 2 Juni 2007: 87-96.

[3]. SUDARTO, KALLISTA, D., HERMAWAN, D., 2008, Kajian Teknis Aspek

Pengawasan Bahan Nuklir dalam Pasir Zirkon, Prosiding Seminar Nasional Sains dan

Teknologi-II 2008 Universitas Lampung, 17-18 November 2008.

[4]. HERMAWAN, D., DEWANTO, P., dan SUDARTO, Kajian Bahan Sumber (U dan Th)

pada Eksplorasi, Penambangan, Pemrosesan Pasir Zirkon di Kalteng, Prosiding

Seminar Keselamatan Nuklir 2011, BAPETEN, Jakarta, hal. 292 – 302.

[5]. FATHIVAND, A.A., AMIDI, J., HAFEZI, S., Natural Radioactivity Concentration in

Raw Materials Used for Manufacturing Refractory Products, Iran. J. Radiat. Res., 2007;

4 (4): 201-204.

[6]. ILUKA, Material Safety Data Sheet Zircon Sand Product, Desember 2008,

http://www.iluka.com/uploads/documents/Datasheets/Iluka%20Zircon%20MSDS%20

December%2008%20Aust.pdf.

[7]. TUYEN, N.V., QUANG, V.T., HUONG, T.G., and ANH, V.H., Preparation of High

Quality Ziconium Oxychloride from Zircon of Vietnam, The Annual Report for 2007,

VAEC, VAEC-AR 07 – 3, pp. 286 – 291.

[8]. KWELA, Z.N., (2006), Alkali-Fusion Processes for the Recovery of Zirconia and

Zirconium Chemical from Zircon Sand, Zirconia Extraction Processes, Chapter 5,

University of Pretoria.

[9]. http://www.atimetals.com/products/Pages/zirconium-oxychloride.aspx

[10]. (_______), Peraturan Kepala (Perka) Bapeten Nomor 7 Tahun 2013 tentang Nilai Batas

Radioaktivitas Lingkungan.

DISKUSI/TANYA JAWAB:

PERTANYAAN: Sajima (PSTA-BATAN)

Apakah konsep dapat diterapkan untuk pengolahan derivat lainnya, misal air hasil

cucian pembuatan opacifier dan ZBS?.

Bagaimana cara menangani jika radioaktivitas air limbah di bawah ketentuan yang

ditetapkan oleh Bapeten?



390

ISSN: 2355-7524

JAWABAN: Herry Poernomo (PSTA-BATAN)

Konsep tersebut dapat diterapkan untuk pengolahan air limbah dari pembuatan opacifier dan

ZBS.

Radioaktivitas air limbah yang ditimbulkan dari proses pembuatan ZOC dari pasir zirkon

sekitar 0,012 Bq/ml yang lebih rendah dari ketentuan Bapeten (yaitu < 1 Bq/ml), sehingga

memenuhi syarat jika didispersi ke badan sungai. Namun demikian karena air limbah

mengandung sisa bahan proses NaOH, HCl, H2SO4 yang merupakan bahan berbahaya dan

beracun (B3), maka air limbah perlu diolah menggunakan IPAL.

KONSEP PENGELOLAAN LIMBAH TENORM PADA ...digilib.batan.go.id/e-prosiding/File...

Documents

Transcript of KONSEP PENGELOLAAN LIMBAH TENORM PADA ...digilib.batan.go.id/e-prosiding/File...