KONDISIONING KONSENTRAT LIMBAH RADIOAKTIFDENGAN BETON SILIKA

Bahdir Johan, Sugeng P, Tri Satya, Kuat H, Bambang S, ZulfiyandiPusat Pengembangan Pengelolaan Limbah Radioaktif

ABSTRAKKONDISIONING KONSENTRAT UMBAH RADIOAKTIF DENGAN BETON SlUKA.

Tefah dilakukan penelitian penggunaan pasir kuarsa pada proses pemadatan dan imobilisasilimbah radioaktif 137CS aktivitas 10 ppm, dengan diameter pasir rata-rata ~ 2.0 mm. Hasilpenelitian menunjukkan bahwa semakin besar rasio pasir dan semen, densitas dan kuat tekanblok beton semakin naik, kuat tekan maksimum 30,80 .t 0,004 N.mm-2 pada rasio PIS 0,75.Dengan nilai densitas 2,61 .t 0 005 g.cm-3. Pad a uji findi dengan variabel waktu 1 hari -48 haribelum menunjukkan adanya 137 Cs yang terlindih keluar. Proses pelindihan terjadi mulai hari ke

49, dengan nilai faju lindih 3,20-4 -1,90x10-5 g.cm-2.hari-1. Penggunaan pasir sifika pada prosespemadatan dan imobilisasi limbah radioaktif dapat meningkatkan kuat tekan 4,76%, densitas8,09% dan laju findih turun 68,0% dibanding pad a penggunaan pasir Cisadane yangmemberikan kuat tekan rata-rata 29,40 N.mm-2 dan densitas 2,41g.cm-3. Standar kualitas betonhasil pemadatan dan imobifisasi limbah radioaktif menurut rekomendasi fAEA adalah densitas1,70 -2,50 g.cmo3, kuat tekan beton fang telah berumur 28 hari 20 -50 N.mm-2 dan faju lindihunsur radioaktif 1,70 x 10-1 -2,50x1 0- g.cm-2.hari-1

ABSTRACTUTILIZA TION OF SILICA SAND FOR IMMOBILIZA TION AND SOLIDIFICA TION OF

RADIOACTIVE WASTE USING CEMENT METRIX. The research of utilization of silic? sandhaving the average grain diameter of .52,0 mm for solidification and immobilization prosses ofradioactive waste 1 7 Cs on the activity of 10 ppm has been carried out. The result of

experiments indicates that increasing of sand and cement ratio give the increasing ofcompressive strength and density of concrete, maximum compresieve strength reached 30,80 :!:0,004 N.mm-2 on density 2,61 :!: 0,005 g.cmo3forsand and cement ratio 75%. The leaching testduring 1 to 48 days indicates that there is no nuclides released by water penetration. Based onexperiment, leaching at the 137 Cs from kuarsa concrete accoured after 49 days the leaching rate

are 3,20x10-4-1,9x10.S g.cmo2.hari1. The utilization of silica sand can increase the compressivestrength 4,76%, the density increasing 8,29% and the leaching rate decreasing 68,0%comparing on the utilization of normal sand giving average compressive strength 29,40 N.mm-2and density 2,41g.cm-3. The IAEA standard values for the concrete quality resulting fromsolidification are 1,70 -2,50 g.cm-3 for densities, 20 -50 N.mmo2 for compressive strength ofconcrete after 28 days curing time, and 1,70x10-1- 2,50x10-4 g.cm-2.day-1 for leaching rate.

PENDAHULUANPemadatan dan imobilisasi limbah radioaktif bertujuan agar radionuklida

terfiksasi, terkungkung clan tertahan dalam rongga diantara kristal matriksbahan pemadat sehingga radionuklida tersebut tidak mudah lepas olehrembesan air yang merembes kedalam hasil pemadatan sehingga radiasinyatertahan. Limbah radioaktif aktivitas rendah dan sedang yang mengandungunsur radioaktif waktu paruh 30,17 tahun dan aktivitas maksimum aktivitas 1Ci.m-3 cocok diimobilisasi dengan matriks semen. Matriks semen yangmerupakan campuran dari material semen, pasir, aditif dan air bereaksi secara

Hasil Penelitian Tahun 2000

kimia dan mengeras, memberikan hasil pemadatan berupa beton yangmerupakan material komposit[1 ,2,3]. Penggunaan pasir di dalam matriks semenbertujuan untuk meningkatkan kekuatan dan densitas beton, karena pasirmempunyai kekerasan dan densitas yang lebih besar dari komponen lain darikomposit beton tersebut.Dalam pengelolaan hasil pemadatan, blok beton akan mengalami resiko antaralain:

*

Terjatuh, terlempar, terbanting dan terbakar selama operasional sebelumpenyimpananPembebanan, penekanan, fluktuasi suhu, perapuhan dan perembesan airdalam penyimpanan

Agar blok beton hasil pemadatan tidak rusak bila mengalami resiko tersebut,kualitas blok beton yang baik harus memenuhi standar IAEA (InternationalAtomic Energy Agency) sebagai berikut[4] :* Densitas: 1,70 -2,50 g.cm-3* Kuat tekan beton yang telah berumur 28 hari : 20,0 -50,0 N.mm-2* Laju lindi radionuklida terimmobilisasi dalam beton :

1,70x10-1 -2,50x10-4 g.cm-2.hari-1

Proses pemadatan dan immobilisasi limbah radioaktif dengan matrikssemen (campuran semen, pasir dan cairan) dilakukan agar unsur radioaktifterfiksasi, terimmobilisasi dan tertahan dalam komposit beton hasil pemadatan,sehingga tidak ada resiko radiasi bagi manusia dan lingkungan. Substitusi pasirCisadane dengan pasir silika dapat meningkatkan kuat tekan dan nilai densitasblok beton, serta menurunkan faktor pelindian unsur radioaktif da!am beton olehair yang merembes di dalamnya.

Pasir kuarsa dari pulau Bangka mempunyai komposisi SiOz 99,08%;FeZO3 0,13%; TiOz 0,01%; CaO 0,06%; MgO 0,01%; CrZO3 0,01%; KzO 0,01%;NazO 0,01 % dan MnOz 0,03% yang digunakan dalam pembentukan kompositbeton sangat mempengaruhi kualitas beton, densitas pasir yang lebih besarmeningkatkan harga densitas dan kuat tekan biok beton. Pada penelitian inidigunakan ukuran pasir kuarsa ~ 2,0 mm[5].

Densitas merupakan suatu besaran yang penting di dalam panahananradiasi sinar gamma, densitas yang semakin besar meningkatkan kemampuanpenahanan radiasi tersebut. Blok beton dengan densitas 3,6 kg!1 dengan tebal1 m mampu menahan radiasi dari bahan radioaktif yang beraktivitas lebih dari10+4 Ci[6]. Substitusi pasir cisadane dengan pasir kuarsa dapat meningkatkannilai densitas beton, dan pada perbandingan campuran yang baik terhadapsemen dan air kuat tekan beton akan meningkat sampai harga optimum danlaju lindi radionuklida menurun, yang berarti keselamatan pengolahan iimbahmeningkat. Penggunaan pasir cisadane dalam sementasi konsentrat hasilevaporasi limbah radioaktif di Instalasi Pengolahan Limbah Radioaktif, Serpong,memberikan beton hasil pemadatan setelah 28 hari: kuat tekan rata-rata29,40N.mm-2, densitas 2,41g.cm"3 dan laju lindih 1.20.x10"4 g.cm-2.hari-1[7].

Dengan maksud memanfaatkan bahan alam lokal, dilakukan studipemanfaatan pasir kuarsa pada proses pemadatan dan immobilisasi limbahradioaktif dengan matriks semen untuk meningkatkan kualitas hasil1

130Hasil Penelitian Tahun 2000

pemadatan. Pengaruh komposisi pasir kuarsa dalam metrik merupakan variabelyang diteliti dan ditunjukkan dalam kualitas beton antara lain meliputi parameterdensitas, kuat tekan dan laju pelindihan.

TATA KERJABahan

Bahan yang digunakan f}leliputi semen portland tipe 1 produksi PT.Semen Gibinong, pasir kuarsa yang diteliti berasal dari Pulau Bangkaberdiameter ~ 2,0 mm dan larutan limbah simulasi cesium klorida tidak aktif (10mg/i). Komposisi limbah 80% NaNO3, 18% Na2S04 dan 2% NaGI denganekstrak kering 250 g/i.

MetodePasir Cisadarie dan ~)asir kuarsa yang telah dicuci dan dikeringkan

masing-masing sebanyak 562,90 g. Semen dan pasir kuarsa masing-masing2251,60 9 dan 562,90 9 (rasio pasir dan semen 0,25%) dimasukkan dalamwadah lalu ditambah 788,04 ml larutan cesium konsentrasi 10 ppm yangekiva!en dengan aktivitas 1 Ci.m-3 dan diad uk dengan mixer hingga homogenselama 10 men it. Adonan semen tersebut dituangkan dalam cetakan betonberupa tabung polietilen IJkuran diameter 5 cm dan tinggi 5 cm. Setelah 28 haribeton dilepas dari cetakannya, kemudian ditimbang, diuji tekan dengan alat"Paul Weber" dan diuji lindih melalui perendaman statis dalam air bebasmineral. Contoh air pelindih djambil pada hari pertama sampai hari ke tujuh,hari ke 14, hari ke 21,28,49,64,99,114,129,144,159,174 dan hari ke 196,kemudian kadar cesiumnya dianalisis dengan alat SSA.

Percobaan diulangi untuk campuran beton dengan rasio pasir Cisadaneterhadap semen PIS 0,50; 0,75; dan 1

HASIL DAN PEMBAHASANPengamatan kuat tekan blok beton fungsi rasio air/semen (A/S) dan

fungsi pasir/semen (P/S) pada Gambar 1.

Gambar 1. kuat tekan (N.mm-2) fungsi rasio A/S dan rasio PIS

131Hasil Pene/itian Tahun 2000

Gambar 1, menunjukkan pasir kuarsa yang digunakan pada prosespemadatan memberikan kenaikan kuat tekan beton. I-lal ini disebabkan hargakuat tekan pasir kuarsa jauh lebih besar dibandingkan kuat tekan semen danair, sehingga adanya pasir kuarsa yang semakin banyak dalam beton membuatkuat tekan semakin basar dan fungsi jumlah semen dalam campuran yangmemberikan perekatan dan pengikatan komponen komposit yang baik akanmenghasilkan kuat tekan yang basar. Nilai kuat tekan optimum 30,80 N.mm-zterjadi pada perbandingan airlsemen (A/S) 0,35 dan perbandingan pasirlsemen(PIS) 0,75.

Pada kondisi optimum yait~ contoh blok beton-kuarsa denganperbandingan A/S 0,35 dan PIS 0,75 dilakukan pengamatan kuat densitas dankuat tekan untuk 1O benda uji. Oari Pengamatan 1O data diperoleh grafik 1, nilairata-rata densitas 2,605 dan kuat tekan 30,798 yang telah memenuhi kriteriastandar IAEA. Densitas komposit beton yang menggunakan pasir kuarsamencapai 2,605g.cm-3 pada rasio pasir kuarsa dengan semen 0,75 dengankualitas beton cukup baik, masih memenuhi standar yang dipersyaratkan.Densitas komposit beton dengan penggunaan pasir Cisadane hanyamemberikan densitas maksimum 2,41 g.cm-3, jadi densitas komposit betondengan pasir kuarsa dapat meningkatkan densitas lebih besar 8,09 %dibanding dengan penggunaan pasir Cisadane. Kenaikan densitas tersebuttidak menguntungkan pada jumlah semen yang tidak mencukupi untukmemberikan perekatan dan pengikatan komponen komposit yang baik,sehingga kuat tekan blok beton berharga rendah, contoh densitas pada PIS 1.

Dari hasil percobaan yang ditunjukkan pada Gambar 1 diketahui bahwasemakin banyak pasir yang digunakan memberikan kuat tekan beton hasilpemadatan semakin besar sampai harga kuat tekan maksimum 30,80 N.mm-zpada rasio pasir kuarsa dengan semen 0,75, pada penggunaan pasir lebihbesar dari rasio tersebut nilai kuat tekan turun kembali. Pasir kuarsamempunyai kekerasan yang lebih besar dari komponen lain dari komposit betonhasil pemadatan tersebut, sehingga semakin banyak pasir kuarsa yangdigunakan semakin besar nilai kuat tekan padajumlah semen tidak cukup untukperekatan dan pengikatan komponen komposit yang baik. Setelah komponenpasir kuarsa dengan semen lebih besar 0,75, penambahan jumlah pasir justrumenurunkan kuat tekan karena jumlah semen tidak cukup untuk memberikanperekatan dan pengikatan komponen komposit sehingga beton mudah hancuroleh tekanan. Kuat tekan komposit beton dengan penggunaan pasir kuarsadapat meningkatkan sampai nilai maksimum 4,76 % dibanding pad apenggunaan pasir Cisadane yang hanya memberikan kuat tekan 29,4 N.mm-z,hal ini karena densitasnya lebih kecil bila dibandingkan dengan densitas pasirkuarsa sehingga mengurangi porositas komposit beton yang dihasilkan, kadarsilikat dalam pasir kuarsa lebih besar dibanding kadarnya dalam pasirCisadane. Kadar silikat (SiOz) dalam pasir yang semakin besar, memberikankonversi reaksi hidrasi semen yang semakin besar, yang berarti kualitas betonsemakin baik.

132Hasil Penelitian Tahun 2000

Tabel 1. Data densitas .cm dan kat tekan jN.mm-1 funas~ktu (hari)No. Benda Uji Densitas (g.cm Kuat tekan (N.mm-L)

01020304050607080910

TotalRata-rata

2,602,622,592,592,622,60261,2,592,62

1~~~0,005

30.7930,8030,8030,7830,7930,8230,8030,7930,79

1~~~~30,798O,~

§impangan

baku

I;asil uji lindi fungsi waktu untuk 3 bend a uji blok beton-kuarsa dapatdilihat pad a Gambar 2.

_3.5...:-L.cu 3

.cN.'e 2.5u.9 2.-"C.S 1.5

=.CU" 1

-J

0.5

0

28 49 63 70 77 84 91

Waktu (hari)

154 168 180 196

Garnbar 2. Laju lindi (g.cm-2.hari-1)fungsi waktu (hari)

Pada Gambar 2 terlihat bahwa penggunaan pasir kuarsa dengan rasio pasirterhadap semen 0,75 dengan variabel waktu 1 hari sampai 48 hari tidak ada133CS yang terlindih keluar. Hal ini memberikan indikasi bahwa pada komposisimatriks yang digunakan dalam keadaan cukup baik sehingga 137 Cs dapat

terperangkap, terfiksasi dan tertahan dalam rongga diantara kristal matriksbahan pemadat. Proses pelindihan teramati pada hari ke 49 hingga hari ke 196.Hari ke 49 laju lindih maksimum dan selanjutnya turun hingga hari ke 77. Pada

133Hasil Penelitian Tahun 2000

hari ke 78 hingga hari ke 168 terjadi titik belok dan hari ke 169 hingga hari ke196 laju lindi konstan fungsi waktu.

Pada proses pemadatan limbah radioaktif dengan menggunakan pasirCisadane laju lindi 137 Cs 10-3 -10-4 g.cm-Z.hari-1, nilai ini memenuhi harga

standar yang diizinkan.Imobilisasi konsentrat menggunakan pasir kuarsa menghasilkan laju

lindih 3,2 x 10-4 -0,19 X 10-5 g.cm-z.harr1

KESIMPULANPenggunann pasir kuarsa dalam proses pemadatan dan immobilisasi

limbah radioaktif dicapai hasil optimum pad a rasio pasir kuarsa semen 0,75 danrasio air semen 0,35. Hasil yang diperoleh hasil kuat tekan maksimum sebesar30,80 :t 0,004 N.mm-2 , densitas 2,61 :t 0,005 g.cm-3 dan laju lindih 3,2 x 10-4 -0,19 X 10-5 g.cm-2.harr1 serta meningkatkan kuat tekan 4,76 %, densitas 8,09 %serta laju lindih .68,0 % dibandingkan pada penggunaan pasir Cisadane yangmemberikan kuat tekan rata-rata 29,40 N.mm-2 dan densitas 2,41 g.cm-3 sertalaju lindih 10-3 -10-4.

Oari hasil penelitian ini masih diperlukan evaluasi ekonomi, bila pasirkuarsa akan digunakan sebagai substitusi pasir Cisadane pada operasi rutinproses pengolahan limbah radioaktif di Instalasi P2PLR, BAT AN , Serpong,

Tangerang.

DAFT AR PU'ST AKA1. IAEA,"Characterization of Radioactve Waste Frorm and Packages",

Technical Report Series No. 383, International Atomic Energy Agency,Vienna, 1997, p.3-6, 18-39

2. Norme Internationals ISO 403. Laporan Kegiatan Non Penelitian Tahun 1990-2000,"Evaluasi Kualitas Blok

Beton Hasil Sementasi Konsentrat", BidangTeknologi Evaporasi/PLR, PusatPengelolaan Limbah Radioaktif, Batan, Jakarta

4. AEPPLI J,"Guideline for immobilization, Pachaging and storage of andIntermediate Level radioactive waste", Federal Office of Energy NuclearSafety Department, Waste management Section, Wirenlingen, Swizerland,'83.

5. DEPERINDAG, 'Balai Besar Litbang Industri Bahan dan Bahan Teknik',Palembang- Sumsel, 1998

6. P. VEJMELKA,"Solidification of Liquid Concentrated in Cement", IAEAInternational Training Course, KfK, Karlsruhe, 1987

7. Laporan Kegiatan Non Penelitian l'ahun 1993/1994, Evaluasi Kualitas blokbeton hasil sementasi Konsentrat",Bidang Teknologi Rvaporasi, PusatTeknologi Pengolahan Limbah Radioaktif BATAN, hal.4-5

134Hasil Penelitian Tahun 2000