ISSN 0854 - 5561 Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009

PENGARUH KONSENTRASI URANIUM DALAM PROSES

ELEKTRODEPOSISI HASIL EKSTRAKSI DENGAN TBPjOK

Yanlinastuti, Noviarty, Sutri Indaryati

ABSTRAK

PENGARUH KONSENTRASI URANIUM OALAM PROSES ELEKTROOEPOSISI HASIL

EKSTRAKSI OENGAN TBP/OK. Proses elektrodeposisi uranium dari hasil ekstraksidengan TBP/OK telah dilakukan untuk penentuan isotop uranium dengan menelitipengaruh konsentrasi uraniumnya. Hasil elektrodeposisi dianalisis menggunakanspektrometer alpha. Pengukuran ini bertujuan untuk menentukan konsentrasi yangoptimal dan mengembangkan suatu metoda yang cepat dan sederhana sehingga dapatmenentukan kandungan isotop uranium. Variasi konsentrasi dilakukan karenamerupakan salah satu parameter yang berpengaruh dalam proses elektrodeposisi,variasi konsentrasi uranium dilakukan terhadap larutan yang belum diektraksi dansesudah ektraksi dengan tujuan untuk membandingkan perbedaan proseselektrodeposisi antara kedua fasa larutan (yaitu fasa asam dan fasa TBP/OK) dalammedia elektrolit (NH4)S04 1 M pad a pH 3,5 selama dua jam. Oari hasil percobaan

ditunjukkan bahwa uranium dalam alikot sebelum diektrasi konsentrasi yang opotimalberkisar antara 0,095-0,189 mg dengan persentase rekoveri berkisar 95-96%sedangkan pada larutan hasil ektraksi konsentrasi dalam alikot optimum adalah 0,046mg dengan persentase rekoveri 98,05%. Oari konsentrasi dan rekoverinya diketahuibahwa dengan metoda elektrodeposisi dan pengukuran dengan spektrometer alpha,kandungan uranium sesudah ekstraksi (fasa organik) lebih baik dari pad a sebelumekstraksi sehingga untuk pekerjaan selanjutnya dapat dilakukan dalam fasa organikdengan konsentrasi uranium dalam alikot sekitar 0,046 mg.

Kata kunci : ekstraksi, uranium, elektrodeposisi, spektrometer alpha., .

PENDAHULUAN

Reaktor penelitian nuklir serbaguna G.A. Siwabessy di Serpong saat ini telah semuanyamenggunakan elemen bakar tipe dispersi silisida (U3Si2-AI). Oalam penggunaan elemen bakar nuklir,terdapat dua komponen bahan yaitu bahan fisil dan bahan fertil. Bahan fisil adalah suatu komponenyang jika berinteraksi dengan partikel radioaktif dapat mengadakan reaksi inti dan terpecah menjadibeberapa inti atom baru serta partikel radioaktif. Umumnya isotop tersebut pemancar radiasi alpha,beta dan gamma sehingga untuk menentukan komposisi atom-atom isotop tersebut dapat digunakancara spektrometri alpha, beta dan gamma. Pengembangan metoda analisis kimia pad a tahapan inimeliputi aspek-aspek analisis dalam penentuan burn-up mutlak dari bahan bakar nuklir setelah ujiirradiasi dengan metoda analisis yang cepat dan sederhana serta untuk mengetahui unjuk kerjaelemen bakar nuklir di dalam reaktor, sehingga dapat digunakan untuk menentukan kandunganuranium dalam larutan hasil pelarutan dengan peralatan yang terdapat di laboratorium bidangpengembangan radiometalurgi. Bahan yang dianalisis dalam bentuk larutan hasil pelarutan pelatelemen bakar. Pad a penelitian ini, analisis isotop uranium (U) dilakukan dengan cara elektrodeposisi(EO). Hasil optimasi proses EO dengan bermacam-macam jenis elektrolit telah diperoleh larutanelektrolit yang baik adalah (NH4hS04 1M. Namun, konsentrasi uranium awal yang diproses EOdalam fasa yang berbeda (asam dan TBP/OK), diduga akan mempengaruhi hasil analisis. Olehsebab itu analisis dilakukan dengan dua tahap yaitu sebelum ektraksi dan setelah ekstraksi uraniumdengan Tri Butyl Posphate/Odourless Kerosin (TBP/OK) yang kadar U totalnya dianalisis dengancara potensiometri, kemudian dengan variasi konsentrasi U awal, dilakukan analisis uraniummenggunakan elektrodeposisi dalam media larutan elektrolit (NH4hS04 1 M pada pH 3,5 selama duajam, hasil elektrodeposisi dilakukan pengukuran dengan spectrometer alpha untuk mengetahuijumlah isotop-U yang dikandungnya. Tujuan dari penelitian ini untuk mengetahui rentang

175

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009 ISSN 0854 - 5561

konsentrasi uranium awal yang optimum yang dapat dianalisis melalui elektrodeposisi danpengukuran menggunakan spektrometer alpha. Pengendapan uranium secara elektrokimia dipilihkarena memiliki banyak kelebihan antara lain prosesnya cepat, dan sederhana serta efisiensi yangtinggi sehingga diperoleh uranium dengan tingkat kemurnian yang tinggi. Beberapa parameter telahdilakukan penelitian sebelumnya. Dalam penelitian ini akan dilakukan variasi konsentrasi uraniumuntuk memperoleh cara penentuan U secara ED pada konsentrasi yang optimal.

TEORI

Prinsip metode elektrodeposisi adalah pembentukan endapan logam (isotop uranium) padakatoda dengan menggunakan bantuan energi listrik melalui suatu elektrolit. Hasil elektrodeposisidipengaruhi beberapa hal antara lain, pemilihan bahan elektroda, elektrolit, arus, waktu dankonsentrasi. Pada sistim tersebut sangat bergantung pada potensial reduksi dari ion-ion yangterdapat dalam larutan media terhadap potensial reduksi ion log am yang akan dianalisisnya(uranium). Bilamana sejumlah arus tetap dialirkan ke dalam larutan (dalam sistim elektrokimia) padarapat arus sekitar 0,01A/cm2, maka akan dihasilkan potensial-Iebih dan timbul gas O2 atau H2•

Kenaikan potensial-Iebih dari katoda dan anoda semakin tinggi hingga jika temperatur bertambah,dan rapat arus akan menurun secara kontinu proses reduksi-oksidasi tersebut berlangsung sambilterjadi perubahan konsentrasi hingga dicapai kesetimbangan, sampai ion logam terendapkan pad akatoda secara sempurna atau tidak terdapat lagi dalam campuran larutannya.

Pada elektroda (katoda dan anoda) misalnya dalam elektrolisa larutan uranium nitrat,sesuai dengan hukum Faraday yang menyatakan bahwa massa zat yang terjadi akibat reaksi kimiapad a elektroda berbanding lurus dengan jumlah listrik yang melalui larutan selama elektrolisis.Perbandingan berat endapan secara praktek dan teoritis menghasilkan efisiensi pengendapanuranium, efisiensi uranium memiliki nilai yang besar (100%) karena pada potensial tersebut energilistrik yang mengalir hanya digunakan untuk mengendapkan ion logam uranium. Pada konsentrasibesar, nilai efisiensi uranium menurun dikarenakan pad a rapat arus ini potensial yang terpasangtelah melampaui potensial kerja, sehingga energi tertentu tidak cukup digunakan untukmengendapkan logam uranium. Hasil endapan logam pada katoda dapat diukur dengan carapenimbangan (jika non-radioaktif) atau dalam hal ini terbentuk logam uranium yang mudahteroksidasi dan- merupakan bahan radioaktif, maka pengukuran kuantitatif jumlah uranium dilakukansecara cepat pad a suatu planset (uranium kemurnian tinggi), dicacah dengan spektrometer alphauntuk menentukan 234U, 235U, dan 238U kemudian ditentukan aktivitasnya.

Spektrometer alpha yang digunakan adalah EG & G Orteg Tennesse yang dihubungkandengan detektor Silikon-Surface Barrier. Bila radiasi alpha mengenai jendela sintilasi maka terbentukion yang kemudian diperkuat oleh tabung multiplier pada detektor dan diproses menjadi sinyal-sinyallistrik yang sebanding dengan besarnya cacahan, besar cacahan sebanding dengan aktifitasuranium yang diperoleh dari hasil elektrodeposisi atau sebanding dengan jumlah uranium. Metodayang dikembangkan dalam makalah ini mempunyai sensitivitas yang cukup tinggi. Sensitivitas inimemungkinkan pengukuran konsentrasi uranium dalam larutan hasil pelarutan pelet elemen bakarketepatan yang diperoleh adalah sangat baik untuk berbagai sam pel dengan konsentrasi uraniumyang sangat rendah. Puncak-puncak yang terukur dapat ditentukan yaitu pada energi tertentu yangspesifik dengan luas puncak cacahan yang ditentukan berdasarkan Peak Area Analysis, kemudiandihitung keaktifan dan jumlah isotop serta total uranium menggunakan rumus sebagai berikut :

lajllcacah(cps)

AkJivitas( dps) Yield (E)xEfisiensi................................................................... (1 )

w = dpsxBAAxN"

....................................................................... (2)

176

ISSN 0854 - 5561

dimana

W = berat cuplikan

BA = berat atom

? = 0,693/T

NA = 6,02 x 1023 = bilangan avogadro

A = aktivitas

T = waktu paroh

cps = cacah per second

TATA KERJA

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009

Bahan yang digunakan dalam percobaan ini adalah :

Larutan sam pel dari hasil pelarutan pelat elemen bakar U3SirAI dengan konsentrasi 0.947 g/I danlarutan dalam fasa organik dengan konsentrasi 1.824 g/I, larutan elektrolit (NH4)S04 1 M, NH40Hpekat, aseton, air bebas mineral.

Alat yang digunakan meliputi :

Spektrometer alpha, sistim elektrodeposisi, pH meter, peralatan gelas yang presisi termasukappendorf pipet, timbangan analitik dan alat Titroprosesor untuk penentuan uranium total.

Cara kerja :

Cara Kerja Sebelum Ekstraksi

Larutan hasil pelarutan dari larutan induk dipipet sebanyak 1,5 ml dimasukkan kedalam labu 50 ml,kemudian tepatkan hingga tanda batas, setelah itu dipipet sabanyak 2 mlla~utan dan dianalisis kadaruraniumnya dengan Titroprose~or.

Cara Kerja Ekstraksi

Larutan sam pel dipipet 10 ml kemudian masukan kedalam tabung reaksi, tambahkan 4 ml TBP/Ok(3:7) dikocok selama 10 menit, lalu diamkan selama 5 menit. Pisahkan fasa organik kedalam labu 10ml, ulangi ekstraksi seperti diatas sebanyak dua kali dengan 3 ml TBP/OK sehingga fasa organikmenjadi 10 ml, kandungan uranium didalamnya dilakukan proses elektrodeposisi dan hasilnyadiukur dengan spektrometer alpha.

Cara Kerja Dengan Elektrodeposisi

Disiapkan dua buah gelas piala, pipet larutan uranium sebelum diekstraki dengan konsentrasi 0,947g/I sebanyak 50 IJI dan ditimbang beratnya, kemudian tuangkan larutan kedalam sel/tabungelektrodeposisi dan bilas hingga bersih dengan larutan elektrolit dengan total volumenya 10 ml.Masukkan platina (anoda) kedalam larutan, kemudian hubungkan elektroda dengan sumber arusarus 1,2 A. Tekan tombol power sumber arus ke posisi "ON". Biarkan proses elektrodeposisiberlangsung selama dua jam, setelah itu tambahkan 1 ml NH40H pekat kedalam sel dan diamkanselama 10 men it, kemudian matikan sumber arusnya biarkan hingga dingin. Larutan dari dalam seldituangkan ketempat khusus limbah bekas elektrodeposisi dan sel dibilas tiga kali dengan larutan0,15M NH40H. Rangkaian sel dibongkar dan dicuci, planset dibilas dengan larutan aseton kemudiandikeringkan di udara. Planset siap untuk diukur cacahannya dengan spektrometer alpha. Dengancara yang sama dilakukan pemipetan 100, 150, 200, 250, 300, dan 350 IJI. Untuk larutan U dalamTBP/OK setelah diekstraksi dilakukan dengan cara yang sama pipet 25, 50, 75, 100, dan 160 IJI

177

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009

HASIL DAN PEMBAHASAN

ISSN 0854 - 5561

Elektrodeposisi dilakukan dengan menggunakan anoda platina dan katoda. Proses iniberlangsung selama dua jam dalam berbagai variasi konsentrasi. Kandungan uranium hasilelektrodeposisi pad a planset dapat diketahui melalui analisis spektrometer alpha. Hasil pengukuranisotop yang dihasilkan dari cacahan spektormeter alpha dengan metoda elektrodeposisi dalamlarutan secara langsung ditunjukkan dalam Tabel 1 dan Gambar 1 sedangkan untuk larutan hasilekstraksi dengan TBP/OK (3:7) ditunjukkan dalam Tabel 2 serta Gambar 2, dengan masing-masingmenggunakan media elektrolit (NH4hS04 waktu elektrodeposisi selama dua jam dan waktu cacah5000 detik dengan spektrometer alpha.

Dari Tabel 1 dan Gambar 1 menunjukkan kandungan uranium semakin besar konsentrasiyang digunakan, uranium yang mengendap pada katoda akan semakin ban yak. Hal tersebut sesuaidengan hukum Faraday yang menyatakan bahwa massa zat yang terjadi akibat reaksi kimia padaelektroda berbanding lurus dengan jumlah listrik yang melalui larutan selama elektrolisis, namundemikian konsentrasi yang optimal berkisar antara 0,095-0,189 mg uranium dalam alikot denganpersentase rekoverinya 95,14 - 96,35%, hal ini diduga sebagai akibat pengaruh adanya unsurpengotor dari matrik bahan elemen bakar dan konsentrasi uranium dalam sistim elektrodeposisi yangtinggi sehingga dapat mempengaruhi pada pelapisan hasil elektrodedeposisi logam uraniumpengukuran radioaktifitas sinar alpha dari isotop uranium sehingga hasil analisa isotop uraniummenggunakan spektrometer alpha tidak menunjukkan daya resolusi yang tinggi.

Sedangkan terhadap larutan pada sam pel setelah diekstraksi dengan TBP/OK didapatkanpad a konsentrasi optimal 0,046 mg uranium dalam alikot dengan persentase rekoverinya 98,05%

hal ini terlihat bahwa unsur pengotor yang ada dalam larutan sebelum diekstraksi sang~t,mempengaruhi proses elektrodeposisi dalam pengukuran spektrometri 'alpha, yang ditunjukkan padaTabel 2 dan Gambar 2, bahwa untuk larutan hasil ekstraksi dengan t~npa adanya pengotor setelahdilakukan pencacahan diperoleh puncak spektrum yang cukup baik, hal ini disebabkan spektrumisotop terpisah dengan baik. Untuk itu dalam pekerjaan elektrodeposisi terhadap suatu sam pel perludilakukan pemisahan.

Tabel1. Has]1pengukuran cacahan dengan spektrometer alpha dari hasil EDlarutan sebelum diekstraksi

Jumlah U-

Cacahan-rerata dengan alat

spektrometer-a cps puncak Ea

Jumlah URekoveriNo awal, dim238U:4,039235U:4,679234U:4,856total (mg)(%)alikot (mg) MeVMeVMeV

10,047 0,10870,25473,45620,052109,11

20,0950,19150,42586,15480,09095,14

30,1420,29130,64309,08380,13796,35

40,1890,38850,827511,75620,18195,72

50,2370,45301,065013,96630,21591,03

60,2840,56751,117715,74930,26191,89

70,3310,61051,423519,33770.29054,62

178

ISSN 0854 - 5561

120.000

100.000't:

80.000(\> >0 60.000.:t:.

(\>Q:~40.000..

20.0000.000

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009

Grafik Total U (mg) vs % Rekoveri

0.047 0.095 0.142 0.189 0.237 0.284 0.331

TotalU (mg)

Gambar 1. Grafik hubungan total uranium dalam larutan sebelum diekstraksi versus % Rekoveri

Tabel 2. Hasil pengukuran cacahan dengan spektrometer alpha dari hasil ED setelahDiekstraksi

Jumlah U-

Cacahan-rerata dengan alat

spektrometer-a cPs Duncak EaJumlah UNo awal, dim

238U: 4,039L.,,,U: 4,679234U: 4,856total (mg)Rekoveri (%)

alikot (mg)MeV

MeVMeV

1

,0,046 0,09390,23132,75330,045198,05

2

0,0910,11740,27083,85920,055661,14

3

0,1370,15250,37194,95750,07353,36

4

0,1820,16580,39685,46440,079243,50

5

0,2920,17040,39645,46220,080927,70

179

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009

Grafik U (mg) Total vs % Rekoveri

ISSN 0854 - 5561

120

1001:

SO~ 0 60.:x: <IiIX~

40.,20

00.046

0.091 0.137 0.182

Total U (l11g)

0.292

Gambar 2. Grafik hubungan total uranium sesudah diekstraksi versus % Rekoveri

KESIMPULAN

Dari hasil pembahasan dan analisis penentuan konsentrasi uranium dalam lar.utan sebelumdiekstraksi dan sesudah diekstrasi dengan TBP/OK dalam proses elektrodeposisi serta pengukurandengan spektrometer alpha dapat disimpulkan bahwakonsentrasi uranium dalam alikot yangoptimum sebelum diekstraksi didapat antara 0,095-0,189 mg dengan persentase rekoveri 95,14­96,35% sedangkan uranium dalam alikot pada fasa organik yaitu sebesar 0,046 mg denganpersentase rekoveri 98,05%. Dari konsentrasi ini, dapat diketahui bahwa dengan metodaelektrodeposisi dan pengukuran menggunakan spektrometer alpha untuk uranium sebelumdiekstraksi persentase rekoverinya lebih rendah dibandingkan uranium setelah diekstraksi sehinggauntuk pekerjaan selanjutnya dapat digunakan hasil sesudah diekstraksi atau uranium dalam fasaorganik.

UCAPAN TERIMA KASIH

Pad a kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada Ibu Dr. Siti Amini, atas saran dankoreksi yang diberikan sehingga tulisan ini dapat terwujud. Terima kasih juga disampaikan kepadateman-teman atas segala bantuan dan saran-sarannya yang bermanfaat dalam mendukungkesempurnaan tulisan ini.

DAFT AR PUST AKA

[1] AMINI SITI, Laporan Teknis Hasil-hasil Penelitian Th 2008. Pengembangan TeknologiPengujian Elemen Bahan Bakar Nuklir dan Daur Ulang, PTBN-BA TAN, Jakarta 2009

[2] ANONIM, Manual Spectrometer-alpha EG & G, ORTEC, Tennesse, USA, 1988

[3] ELiN HURIYATI, dkk, Pengaruh Rapat Arus dan Asam Borat terhadap Kualitas dan MorfologiHasil Elektrodeposisi Kobal pad a Substrat Tembaga, Laboratorium Kimia Analitik, JurusanKimia, Fakultas MIPA, Universitas Diponegoro, Semarang, 2008

[4] NOVIARTY, Pengaruh Kuat Arus Pada Analisis Limbah Cair Uranium Menggunakan MetodaElektrodeposisi, Majalah IImiah, Pengelolaan Instalasi Nuklir, ISSN 1979-2409, PTBN-BATAN,Oktober 2008

[5] YANLINASTUTI dkk, Penentuan Rekoveri Ekstraksi Uranium Dalam TBP/OK Dengan MetodaElektrodeposisi, Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2008, Hal 365-371, ISSN 0854 - 5561

180