aisyah, herlan martono, mirawaty
TRANSCRIPT
Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006 ISSN 0852 - 2979
KARAKTERISTIK HASIL IMOBILISASI LIMBAH RADIOAKTIF PADA T DARIINSTALASI RADIOMETALURGI
Aisyah, Herlan Martono, MirawatyPusat Teknologi Limbah Radioaktif, BAT AN
ABSTRAKKARAKTERISTIK HASIL IMOBILISASI LIMBAH RADIOAKTIF PADAT DARI
INSTALASI RADIOMET ALURGI. Pada pengujian bahan bakar paska iradiasi di InstalasiRadiometalurgi timbul Iimbah padat yang dikategorikan sebagai limbah transuranium. Limbah inimengandung radionuklida Np dengan waktu paro panjang yang memerlukan pengelolaan dengantingkat keselamatan yang tinggi. Imobilisasi limbah ini dilakukan dengan polimer. Telah dilakukanpenelitian penggunaan resin epoksi sebagai bahan matriks untuk imobilisasi Iimbah padat transuraniumsebagai fungsi kandungan Iimbah, yaitu 10, 20, 30, 40, 50, dan 60 % berat. Limbah padat transuraniumsimulasi dibuat berupa abu dari kertas yang mengandung radionuklida transuranium. Karakteristikpenting yang dipelajari adalah densitas, kuat tekan dan laju lindih dari blok polimer-Iimbah hasilimobilisasi. Pengukuran densitas dilakukan dengan mengukur berat spesifik, sedangkan kuat tekan danlaju Iindih masing-masing dilakukan dengan alat uji tekan Paul Weber dan alat uji lindih sokhlet. Hasilpenelitian menunjukkan bahwa kandungan limbah semakin tinggi, maka densitas dan laju lindih blokpolimer-limbah makin besar, tetapi kuat tekannya semakin turun. Kandungan limbah maksimum 30%berat akan menghasilkan karakteristik blok polimer-limbah yang terbaik
ABSTRACTTHE CHARACTERISTIC OF IMMOBILIZED SOLID RADIOACTIVE WASTE
FROM RADIOMET ALURGY INST ALLA TION. Testing of irradiated waste spent fuel in Radiometallurgy Installation generated transuranic solid waste which contain Np radio-nuclide which haslong half lives that needs to be managed with high safely level. The immobilization of this kind ofwaste is carried out by using polymer. Research using epoxy resin for matrix material forimmobilization of transuranic waste on the basis of waste loading has been done, i.e.: 10,20,30,40,50, and 60 weight percent. The simulated of trans uranium waste is made by ash form from paper thatcontaining transuranic radionuclide. The main characteristic of bulk product of immobilized polymerwaste was determined for its density, compressive strength and leaching rates was studied. The densitywas determined by measuring its specific weight, the compressive strength was measured with PaulWeber compactor and the leaching rates was determined by soxhlet apparatus. The research shows thatthe higher the waste loading, results in the higher the density and the leaching rates, and as well thelower the compressive strength. The maximum of 30 weigh percent of waste loading gives the bestcharacteristic of bulk of polymer waste
PENDAHULUAN
Pada saat ini teknologi nuklir telah dipakai secara luas dalam berbagai bidang, seperti
bidang kesehatan, pertanian, industri dan bahkan tidak lama lagi akan berdiri Pusat
Pembangkit Tenaga Nuklir (PLTN) di Indonesia. Sejalan dengan hal itu tentunya akan
ditimbulkan sejumlah limbah yang harus dikelola dengan baik, aman bagi manusia dan
lingkungan.Pada saat ini pula, strategi Indonesia dalam daur bahan bakar nuklir adalah daur
terbuka, yaitu bahan bakar bekas tidak diproses ulang (reprocessing), sehingga sebagai
limbah aktivitas tinggi adalah bahan bakar bekas itu sendiri. Selain itu di BAT AN terdapat
pula limbah yang dikategorikan sebagai limbah transuranium (TRU) yaitu limbah yang
berasal dari Instalasi Radiometalurgi baik berupa limbah padat maupun limbah cair, limbah
54
Hasil Penelitian oon Kegiatan PTLR Tahun 2006 ISSN 0852 - 2979
yang timbul dari produksi Mo-99 di Instalasi Produksi Radioisotop (IPR), dan limbah dari PT.
Batan Teknologi.
Di Instalasi Radiometalurgi (IRM), limbah padat TRU yang timbul mempunyai
aktivitas total 1,965 Bq/Ilg, dengan jumlah yang relatif sedikit dan sampai saat ini limbah
tersebut masih tersimpan dalam hot cell. Limbah padat TRU dari IRM berupa logam, kertas
merang dan kertas tisu yang terkontaminasi radionuklida TRU. Limbah ini timbul pada
pengujian bahan bakar paska iradiasi seperti proses pemotongan, pemolesan untuk keperJuan
metalografi. Untuk keperluan proses pengolahan, Iimbah TRU ini dipisahkan sesuai dengan
jenisnya. Limbah logam dapat diproses dengan melting process yang menghasilkan logam
non radioaktif dan radionuklida. Limbah padat terbakar yang berupa kertas dilakukan proses
reduksi volume dengan dibakar dalam insenerator, sehingga diperoleh abu dan kemudian abu
diimobilisasi dengan polimer.
Limbah padat transuranium dari IRM mempunyai karakteristik seperti yang disajikan
pada Tabel 1.
Tabel I. Komposisi Iimbah padat TRU dari IRM (hasil analisis laboratoriumIRM).
No Radionuklida Limbah PadatNoLimbah Padat
Aktivitas (Bq/Ilg)
RadionuklidaAktivitas (Bq/~)
1
CdlU'I 0.0330 7CoYI 0.02762
Cel44 0.0033 8NpLJI 0.00123
RUlUb - 9BaUl 0.01394
CSU4 0.0989 10Ra226 -5
Cs lJ7 1.6737 11EuD4 0.03926
CobU - 12Br~L 0.073
Aktivitas total
1,965 Bq/Ilg
Dalam Tabel 1 terJihat bahwa radionuklida TRU yang terdeteksi dalam limbah adalah
Neptunium, sedangkan radionuklida yang dominan adalah Cesium. Meskipun aktivitas
radionuklida Np relatif kecil dibandingkan dengan radionuklida yang lainnya, namun Np ini
mempunyai waktu paro yang cukup panjang yaitu 2,14 juta tahun [2]. Oleh karena itu Iimbah
ini perlu penanganan dengan tingkat keselamatan yang tinggi.
Sesuai dengan standar Intematioanl Atomic Energy Agency (IAEA) proses
imobilisasi limbah TRU dilakukan dengan polimer [3]. Gelas tidak dapat digunakan untuk
imobilisasi limbah TRU karena, jika kandungan PU02 melebihi 4% berat akan terjadi
pemisahan fase. Demikian pula semen tidak dapat digunakan karena umur semen lebih
pendek dibandingkan umur radionuklida dalam Iimbah TRU. Dari segi pembuatan polimer
yang eksotermis lebih sederhana dibandingkan gelas. Ada beberapa jenis polimer yang telah
dipelajari sebagai bahan matriks untuk imobilisasi limbah TRU seperti poliester stiren, epoksi
akrilat, stiren divinil benzena dan resin epoksi [4]
55
Has;1 Penelit;an don Kegiatan PTLR Tahun 2006 ISSN 0852 - 2979
Oalam penelitian ini digunakan polimer resin epoksi sebagai bahan matriks untuk
imobilisasi limbah TRU. Resin epoksi merupakan salah satu jenis polimer yang banyak
digunakan sebagai material struktur. Resin epoksi terbentuk dari reaksi antara epiklorohidrin
dengan biphenilpropana (bisphenol A) dengan reaksi sebagai berikut [5]:
CH3
-0-1-0-(n + 1) HO \ # ? \ # OH +CH3
bisfenol A
H(n + 2) H2C-C-CH2CI\/
oepiklorohidrin
~
Pembentukan epoksi oleh reaksi bisfenol A dan epiklorohidrin
Resin epoksi memiliki sifat yang unggul diantaranya kekuatan mekanik yang bagus,
tahan terhadap bahan kimia, adesif, mudah diproses dan proses curing berlangsung dengan
reaksi polimerisasi yang bersifat eksotermis. Berdasarkan pada keunggulan ini, maka resin
epoksi dipilih untuk imobilisasi limbah TRU.
Penelitian ini bertujuan untuk memperoleh komposisi polimer-limbah yang optimal
sehingga diperoleh karakteristik blok polimer-limbah yang baik. Karakteristik blok polimer
limbah yang dipelajari adalah densitas, kuat tekan dan laju pelindihan sebagai fungsi
kandungan limbah (waste loading). Sedangkan limbah padat TRU simulasi yang dipelajari
dalam bentuk abu yang mengandung radionuklida TRU simulasi, yaitu dengan mengganti
radionuklida Np dengan Ce [6].
Oensitas merupakan salah satu karakteristik untuk menentukan kualitas blok polimer
limbah. Oensitas dibutuhkan untuk memprediksi keselamatan transportasi, penyimpanan
sementara (interim storage), dan penyimpanan lestarinya [7].
Kuat tekan adalah gaya maksimum yang dibutuhkan untuk menghancurkan benda
dibagi dengan luas permukaan yang mendapat tekanan. Kuat tekan blok polimer-limbah
merupakan karakteristik penting untuk mengevaluasi besamya benturan agar menjamin
keselamatan penanganan, transportasi dan penyimpanan lestarinya [6].
Laju pelindihan merupakan salah satu karakteristik blok polimer-limbah yang penting
untuk mengevaluasi limbah hasil imobilisasi, karena tujuan akhir imobilisasi limbah adalah
meminimalkan potensi terlepasnya radionuklida yang ada dalam limbah ke lingkungan. Untuk
mengukur laju pelindihan dapat dilakukan dengan dua metode yaitu laju pelindihan
56
Hasil Pene/itian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006 ISSN 0852 - 2979
dipereepat dan laju pelindihan jangka panjang. Laju pelindihan dipereepat digunakan untuk
penelitian jangka pendek untuk meneliti pengaruh beberapa parameter dan mengevaluasi
kualitas hasil imobilisasi. Pengujian ini menggunakan suhu 100°C guna mempereepat
pelindihan dengan eara mengekstrak sampel dengan alat sokhlet. Pengujian laju pelindihan
jangka panjang dilakukan menggunakan ukuran polimer limbah yang sesungguhnya dan
simulasi kondisi lingkungan dalam penyimpanan lestari. [8,9].
TAT A KERJA
Bahan
Dalam penelitian ini digunakan bahan:
1. Polimer jenis resin epoksi, yang dibeli dari pasaran dengan merk dagang EPOSIR.
2. Limbah padat simulasi yang berupa kertas merang
3. Cesium Chloride (CsCl) dari Merck dan Cerium Oxide (Ce02) dari Sigma Chern. Co.
Metode
Limbah padat TRU simulasi dibuat dengan membakar kertas merang sampai
menjadi abu dan kemudian dieampur dengan CsCI dan Ce02. Proses imobilisasi dilakukan
dengan meneampur resin epoksi, pengeras (hardener) dengan limbah simulasi yang berbentuk
abu dengan kandungan limbah 0, 10 , 20, 30 , 40, 50 dan 60 % berat. Campuran polimer
limbah diaduk sampai homogen kemudian dimasukkan ke dalam eetakan yang berbentuk
silinder dengan diameter 29,5 mm dan tinggi 24,5 mm dan dibiarkan selama 8 jam untuk
proses curing. Karakterisasi dilakukan terhadap polimer-limbah yang telah mengeras dengan
mengukur densitas, kuat tekan dan laju pelindihannya.
Pengujian
1. Pengukuran densitas dilakukan dengan mengukur volume dan berat contoh polimer
limbah yang dibuat dengan ukuran 2x2x2 em. Densitas blok polimer-limbah dihitung
dengan persamaan:
mp=V
dimana: p = berat jenis (gram cm-\ m = massa contoh (gram), v = volume contoh
(em3) [7].
2. Uji Tekan dilakukan dengan alat tekan Paul Weber. Contoh polimer-Iimbah dibuat
dengan ukuran 2x2x2 cm dan dilakukan penekanan sampai pecah. Kekuatan tekan
polimer-Iimbah dihitung dengan persamaan:
p(j = maks
c ~-_.A
57
Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006 ISSN 0852 - 2979
dimana O'c adalah kekuatan tekan (kN/em2); Pmaks: beban tekanan maksimum (kN);
dan A adalah luas penampang mula-mula (em2) [8]
3 Laju pelindihan dilakukan menurut Japan Industrial Standard (JIS) , yaitu laju
pelindihan dipereepat dalam medium air. Contoh gelas-limbah dengan ukuran 2x2x2
em dimasukkan dalam basket dan dipasang pada alat sokhlet untuk direfluks dengan
air suling pada suhu 100 °c selama 24 jam Laju pelindihan dihitung berdasarkan berat
eontoh yang hilang dengan persamaan [8,9]:
L _Wo-w,R - A.[
dimana: LR : laju pelindihan (g em-2 hari-I), A: luas permukaan eontoh
(em2 g-I), Wo : berat eontoh sebelum dilindih (g), WI : berat eontoh sesudah dilindih
(g) dan t : waktu pelindihan (hari)
HASIL DAN PEMBAHASAN
Gambar I menunjukkan pengaruh kandungan limbah terhadap densitas blok polimer
limbah hasil imobilisasi. Dari Gambar I tampak bahwa semakin besar kandungan limbah
maka akan memperbesar densitas blok polimer-limbah. Hal ini karena persentase unsur-unsur
dengan berat atom ysng besar meningkat, sehingga densitas blok polimer-limbah akan
semakin besar. Jadi dapat dikatakan bahwa dengan penambahan kandungan limbah akan
mengakibatkan pengurangan bahan polimer epoksi dalam proses imobilisasi, sehingga akan
dihasilkan suatu bentuk blok polimer-limbah yang mempunyai berat jenis tinggi. Hubungan
antara kandungan limbah dan densitas menurut persamaan y = 6E-05x2 + 0.0039x + 0.9262.
1,6
_ 1,4'?E 1,2uE 1IV•..E2 0,8I/)
~ 0,6I/)
g 0,4c0,2
o
o 10 20 30 40 50 60 70
Kandungan Limbah (% be rat)
Gambar 1. Pengaruh kandungan limbah terhadapdensitas polimer-limbah hasil imobilisasi
58
Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006 ISSN 0852 - 2979
Gambar 2 menyajikan hubungan antara kandungan limbah dengan kuat tekan blok
polimer limbah hasil imobilisasi. Semakin besar kandungan limbah maka semakin kecil kuat
tekannya. Hal ini terjadi karena polimer epoksi mempunyai struktur linier. Adanya persentase
limbah yang semakin besar maka persentase polimemya semakin sedikit. Ini berarti rantai
polimer yang terbentuk semakin pendek. Dengan rantai polimer yang semakin pendek dan
volume blok polimer-limbah yang semakin besar maka tiap lapisan rantai polimer tidak cukup
mengungkung limbah, sehingga kekuatan tekannya semakin menurun. Hubungan antara
kandungan limbah dengan kuat tekan menurut persamaan y = 0.0004x2 - 0.0854x + 7.6048
8
7 ~ Y= 0.0004,{ - 0.0854x + 7.6048«76
E~ 5z=-c 4ns..If::
~ 3•..£I 2~ 10 0
10203040506070Kandungan Limbah (% berat)
Gambar 2. Pengaruh kandungan kimbah terhadap kuat tekanpolimer-limbah hasil imobilisasi
Gambar 3 menyajikan hubungan antara kandungan limbah dengan laju lindih.
Semakin besar kandungan limbah semakin besar pula laju pelindihan. Hal ini terjadi karena
adanya peningkatan kandungan limbah akan mengurangi kemampuan ikat polimer epoksi
terhadap radionuklida dalam limbah. Jumlah satuan volume tertentu dalam kerangka polimer
ditempati oleh radionuklida yang banyak jumlahnya sehingga ikatan polimer terhadap
radionuklida akan melemah. Ikatan radionuklida yang lemah dalam kerangka polimer akan
mengakibatkan radionuklida mudah terlepas ke luar pada saat uji pelindihan. Hal ini juga
disebabkan konsentrasi unsur-unsur dalam rongga antara ikatan polimer makin besar
sehingga perbedaan konsentrasi sebagai gaya dorong proses difusi menjadi lebih besar.
Hubungan antara kandungan limbah dengan laju lindih untuk limbah berbentuk abu sesuai
dengan persamaan y = 8E-05x2 - 0.0008x - 0.002
59
Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006 ISSN 0852 - 2979
-- 0,3";"
'C~ 0,25~E
0,2u Ee 0,15.9J:0,1:s c:::i 005= ''Iii'...J
00
y = 8E-D5Jt - 0.0008x - 0.002 ••
10 20 30 40 50 60 70
Kandungan Limbah (% berat)
Gambar 3. Pengaruh kandungan limbah terhadap laju lindihpolimer-limbah hasil imobilisasi
Dalam suatu proses pengolahan limbah ada beberapa hal yang menjadi pertimbangan
yaitu hasil pengolahan yang memenuhi persyaratan, proses sederhana sehingga dapat
diterapkan di lnstalasi Pengolahan Limbah (IPLR) dan tentunya ekonomis. Kandungan
limbah yang besar sudah barang tentu akan lebih ekonomis, namun karakteristik polimer
limbah yang dihasilkan cenderung menurun. Demikian pula sebaliknya karakteristik polimer
limbah yang baik dapat diperoleh pada proses dengan kandungan limbah yang lebih rendah.
Tujuan pengolahan limbah radioaktif adalah mengungkung radionuklida dalam bahan matriks
tertentu sehingga meminimalkan potensi pelepasan radionuklida ke lingkungan, Pada
kandungan limbah lebih besar 30 % berat terjadi kenaikan nilai laju lindih yang cukup besar,
sehingga mempunyai potensi pelepasan radionuklida ke lingkungan yang lebih besar. Oleh
karena itu pengolahan limbah transuranium ini akan memberikan karakteristik hasil
imobilisasi yang optimal pada kandungan limbah maksimum 30 % berat.
KESIMPULAN
Dari hasil penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa reduksi volume
limbah padat TRU yang timbul dari pengujian bahan bakar paska iradiasi dari IRM lebih baik
dilakukan dengan membakar limbah tersebut sampai menjadi abu dan kemudian abu
diimobilisasi dengan polimer. Resin epoksi mempunyai kemampuan yang baik sebagai bahan
matriks untuk imobilisasi limbah padat TRU, karena karakteristik polimer limbah yang
dihasilkan cukup baik. Kandungan limbah maksimum 30 %berat akan memberikan
karakteristik hasil imobilisasi seperti densitas, kuat tekan dan laju lindih yang optimal dengan
proses cukup ekonomis.
60
Hasil Penelitian clan Kegiatan PTLR Tahun 2006 ISSN 0852 - 2979
DAFTAR PUSTAKA
1. AISYAH, Pengaruh Keasaman Dan Kandungan Limbah Pada Imobilisasi Limbah
TRU Dari Instalasi Radiometalurgi Dengan Polimer, Hasil Penelitian Pusat
Pengembangan Pengelolaan Limbah Radioaktif 2003, P2PLR, Jakarta, 2004
2. M.M.EL.W AKIL, Nuclear Power Engineering, McGraw-Hill Book Company, Inc,
USA, 1962
3. IAEA; Treatment of Alpha Bearing Waste, Technical Reports Series No.287, IAEA,
Viena, 1988
4. AISYAH, Penggunaan Beberapa Jenis Polimer Untuk Imobilisasi Limbah
Transuranium, Laporan Teknis, 2004
5. JOEL R. FRIED. "Polymer Science and Technology". Prentice-Hall Inc. USA, 1995
6. HERLAN MARTONO, AISYAH, Pengaruh Kandungan Radionuklida Hasil Belah
Terhadap Sifat Fisika Dan Kimia Gelas-Limbah, Prosiding Seminar Nasional Kimia
Dan Kongres Nasional Himpunan Kimia Indonesia, Pusat Penelitian Kimia - LIPI
Dan Himpunan Kimia Indonesia, Jakarta 22 Februari 2006.
7. AISYAH, HERLAN MARTONO, Pengaruh Kadar Silika Dalam Glass Frit Terhadap
Densitas, Titik Leleh Dan Koefisien Muai Panjang Gelas-Limbah, Prosiding Seminar
Nasional Kimia Dan Kongres Nasional Himpunan Kimia Indonesia, Pusat Penelitian
Kimia - LIPI Dan Himpunan Kimia Indonesia, Jakarta 22 Februari 2006.
8. HERLAN MARTONO, AISYAH, Pengaruh Kandungan Radionuklida Hasil Belah
Terhadap Sifat Fisika Dan Kimia Gelas-Limbah, Prosiding Seminar Nasional Kimia
Dan Kongres Nasional Himpunan Kimia Indonesia, Pusat Penelitian Kimia - LIPI
Dan Himpunan Kimia Indonesia, Jakarta 22 Februari 2006.
9. AISYAH, GUSTRI, MIRAWATY, Pengolahan Limbah Transuranium Dari Instalasi
Radiometalurgi Dengan Media Polimer Super Adsorben, Jumal Teknologi
Pengelolaan Limbah Volume 8 Nomor I Juni 2005, ISSN 1410-9565, P2PLR
BATAN.
61