294 ISSN 0216.3128 Moch. Setyadji dun Endang S.----'- -~ ~ -

PENGARUH PROSEN TBP DAN PERBANDINGAN UMPANDAN PELARUT PADA EKSTRAKSI URANIUM-TORIUMPROSESTHOREX

Moch. Setyadji daD Endang SusiantiniPuslitbang TeklJologi Maju BATAN, Yogyakarta

ABSTRAKPENGARUH PROSEN TRIBUTIL POSFAT DAN PERBANDINGAN UMPAN DAN PELARUT PADAEKSTRAKSI URANIUM-TORIUM PROSES THOREX. Telah dilakukan penelitian ekstraksi uranium dantorium dalam lase air siklus satu proses thorex menggunakan pelarut tributil postal yang diencerkan dalamdiluen organik (kerosin). Alat yang digunakan adalah ekstraktor satu stage. Dipelajari pengaruh prosentributil postal sebagai pelarut dan perbandingan wnpan dan pelarut terhadap efisiensi ekstraksi dankoefisien distribusi uranium dan torium. Hasil percobaan menunjukkan bahwa prosen tributil postal nlaupunperbandingan umpan dan pelarut sangat berpengaruh terhadap efisiensi ekstraksi dan koefisien distribusiuranium dan laTium. Hasil yang relatif paling baik diperoleh pada penggunaan TBP 50-60% danperbandingan umpan dan pelarut J.. 3. Pada kondisi tersebut di alas diperoleh efisiensi ekstraksi uraniumdan torium sekitar 90 % dan 90,4%, koefisien distribusi uranium dan koefisien distribusi torium, masing-//lasing 9,0 dan 9,4.

ABSTRACTTHE INFLUENCES OF PERCENT OF TRIBUTYL PHOSPHATE AND RATIO OF FEED ANDSOLVENT ON THE URANIUM-THORIUM EXTRACTION OF THOREX PROCESS. The investigationof uranium and thorium exctraction in water phase of thorex process first cycle using tributhyl phosphatediluted ill kerosine as extractant has been done. The one stage extractor was used. The effects of percent oftributyl phosphate and ratio of feed and solvent on the extraction efficiency and distribution coefficients ofuranium and thorium were studied. The result of experiment showed tlzat percent of triburyl phosphate andratio of feed and solvent vel)' influence on the extraction efficiency and disrribution coefficients of uraniumand tlwriuln. The best results were reached at about 55% of triburyl phosphate and ratio of feed and solventwas J.. 3. The extraction efficiencies of uranium and thorium and distribution coefficients of uranium andthorium at the condition above were 90%. 90,4%. 9.0 and 9.4.

rase organik, yang telah bebas dari pengotor-pengotor hasil belah dipindahkan kembali ke dalamrase air dengan proses re-ekstraksi menggunakanpelarut ABM (air bebas mineral) atau asam nitratkeasaman rendah. (1.2)

PENDAHULUAN

P roses Thorex (thorium recovery by extraction)adalah salah satu proses pemungutan kembali

torium dan uranium dalam bahan bakar bekasReaktor Suhu Tinggi (bahan bakar berbasis Th).Komposisi bahan bakar pada reaktor jenis inibervariasi, antara lain 14% U-235. 1 % U-238 dan85% Th-232 (1.2) Pada proses thorex, torium dan

uranium dikoekstraksi dan kostriping pada sikluspertama dan dipartisi pada siklus kedua. Sebagaipelarut pada proses ini digunakan tri-n-butil fosfat(TBP) yang diencerkan dalam diluen organik.Pemilihan pelarut tergantung dari jenis umpan danhasil yang diinginkan, sehingga pelarut pada prosesekstraksi U dan Th diperlukan beberapapersyaratan, diantaranya kemampuan pelarut untukmengekstraksi U dan Th, kemantapan pelarutketika kontak dengan asam nitrat dan sifat-sifatfisis yang menguntungkan, misalnya berat jenis dankekentalan yang rendah. Untuk menghilangkan(mengurangi) kemungkinan masih terikutnya hasilbelah .dalam fa~e o~~anik, maka ~ilakukanpencuclan (scrubbing). ( .-) Pada thorex slklus dua,

plutonium, uranium dan torium yang berada dalam

Proses ekstraksi dan scrubbing (thorexsiklus I) terjadi perpindahan massa komponenterlarut (dalam hal ini uranium dan torium) darirase air ke dalam rase organik. sehingga diperolehekstrak berupa senyawa UO2(NO3h.2TBP danTh(NO3)4.4TBP yang telah bebas dari pengotorhasil belah. Kemampuan pelarut TBP dalammengekstraksi uranium dan torium akan menurunselama ekstraksi berlangsung. pacta suatu saat TBPtidak mampu lagi memungut uranium dan toriumkarena sudah jenuh. Ekstraksi uraniummenggunakan TBP 30%-n dodccanc sebagaipelarut akan mengalami kejenuhan sampaimaksimal 120 gram uranium per liter pelarut" (31

Disamping variabel operasi. keberhasilan

dalam pcmungulan kcmbali lorium dan uranium

Prosldlng Pertemuan dan Presentasl IImlah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl NukllrP3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 2002

ISSN 0216.3128Mach. Setyadji dan Endang S. 295

Cara kerja

I..

Penyiapan umpan daD pelarut

dari bahan bakar bekas, sangat dipengaruhi olehvariabel proses, antara lain kepekatan TBP sebagaisolven, penggunaan garam sebagai "salting outagent", perbandingan mol umpan dan pelarut dan

keasaman umpan itu sendirio Pacta penelitian ini,

diteliti variabel proses yaitu pengaruh kepekatanpelarut (prosen TBP) dalam diluen organik dan

perbandingan mol umpan dan pelarut terhadapefisiensi ekstraksi dan koefisien distribusi uranium

dan torium

Reaksi ekstraksi torium-uranium dapatd o 10 k b 0 b Ok (4,5,6)ItU IS an se agal en ut:

2.

Umpan (campuran larutan uranil nitrat clantorium nitrat) dibuat dengan mencampurlarutan uranil nitrat kadar 30 gil keasaman 3 Nclan larutan torium nitrat kadar 270 g/l.Sedangkan pelarut dibuat denganmengencerkan tributil posfat dalam diluen

organik (kerosin).

Ekstraksi pelarut

Larutan umpan dan pelarut denganperbandingan tertentu dimasukkan kedalam

beker gelas, diaduk menggunakan pengadukmagnit pada kecepatan putaran tertentu (tetap).Ekstraksi pelarut dihentikan setelah terjadikesetimbangan (waktu kesetimbangan ditentu-kan melalui penelitian pendahuluan). Fase airdan rase organik dipisahkan kemudiandilakukan analisis kadar uranium dantoriumnya, untuk menentukan efisiensiekstraksi uranium torium dan koefisiendistribusi uranium torium. Ekstraksi pelarut

dilakukan sesuai dengan rancangan penelitian

(variabel proses).

UO2(NO3)2 fa + Th(NO3)4 fa + 4TBP --+

UO2(NO3)22TBP fo + Th(NO3)44TBP

Atau dapat pula ditulis :UO2 2+ + 2 NO3- + 2TBP --+

UO2(NO3)22TBP Th4+ + 4NO3- + 4TBP ~ Th(NO3)44TBP

Koefisien distribusi :

~U == [UO2(NO3)22TBP]/[ UO1+] ~Th = [Th(NO3)44TBP]/[ Th4+]

fo

,(1)

.(2)

.(3)

.(4)

.(5)

TATA KERJAHASIL DAN PEMBAHASAN

Pengaruh prosen TBP dalam diluen organikpada ekstraksi U- Th terhadap efisiensi ekstraksi U-Th dan koefisien distribusi U- Th. dapat dilihat padalabel 1 dan 2.

BahanLarutan uranil nitrat dengan kadar uranium 30g/1 keasaman 3 N dan larutan torium nitrat

dengan kadar 270 g/1

2. Pe\arut TBP-kerosin \0%, 20%, 30%, 40%,

50%, 60% dan 70%

3. Reagen-reagen yang diperlukan untuk analisiskadar uranium dan torium, seperti larutan asamsulfonitrat, asam sulfamat, titan klorida, feriklorida, kalium bikromat dan indikator barium

dipenil sulfamat, natrium asetat, xylenol orange

dan ABM.

Dari label I dan 2 atau gambar I dan 2,terlihat prosentase TBP dalam diluen organiksangat besar pengaruhnya terhadap hasil prosesekstraksi. Makin besar prosentase TBP dalamdiluen organik, maka proses ekstraksi semakinbaik, hal ini ditandai dengan meningkatnyaefisiensi ekstraksi baik untuk uranium maupununtuk torium. Demikian pula dengan angkakoefisien distribusi uranium dan torium semakinbesar dengan bertambahnya prosentase TBP dalam

diluen organik.

Hal ini dapat dipahami karena semakinbesar prosentase TBP dalam diluen organik, makajumlah mol TBP dalam larutan semakin banyak,sehingga peluang terjadinya reaksi antara uraniumdan torium dengan TBP dalam larutan semakin

besar, apalagi didukung dengan adanyapengadukan yang sempurna yang menjadikankontak antar kedua rase semakin sempurna.

AlatI. Gelas beker, gelas ukur. pipet. labu ukur.

erlenmeyer, buret clan corong pemisah.

2. Potentiograph Metrohm E-536 dengan

perlengkapannya

3. Pengaduk magnit KAMAG

Proslding Pertemuan dan Presentasillmiah Penelitlan Dasar limu Pengetahuan dan Teknologl NukllrP3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl2002

296 ISSN 0216 -3128 Mock. Setyadji dan Endang S.

Tabel 1 Hubungan prosen TBP dalam diluen organik pada ekstraksi U-Th terhadap efisiensiekstraksi U dan koefisien distribusi U untuk umpan campuran torium nitrat kadar 268,586 gfldan uranil nitrat kadar 29.750 gll, perbandingan volume umpan dan pelarut 1:2 dan waktukontak 20 menit.

No % TBP dalamdiluen organik

Kadar U dalamrafinat (g/l)

Kadar U dalamekstrak(g/l)

Efisiensi ekstraksiU,%

~u

10 17,850 11,900 40,0 0,666

2 20 11,900 17,850 60,0 1,500

3 30 9.817 19.932 67.0 2,030

4 40 6,545 23,205 78,0 3,545

5 50 5,355 24.395 82,0 4,555

6 60 4,760 24,990 84,0 5,250

7 70 6,545 23.205 78,0 3,545

8 80 7,735 22,015 74,0 2,847

100

~-:===:=:::::::_-,80

~0"0~ro'-"'ii3~Q)

II)c:Q)

:~w

60

40

-+- Uranium-Torium

20

0

a 10 20 30 40 50 60

TBP dalam diluen organik, %

70 80 90

Gambar 1. Hubungan aI/tara % TBP dalam diluen organik dengan efisiensi ekstraksi urani'lm dan laTium

.Prosldlng Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi Nukllr

P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 2002

Tabel 2. Hubungan prosen TBP dalam diluen organik pada ekstraksi U-Th terhadapefisiensi ekstraksi Th dan koefisien distribusi Th untuk umpan campuran torium nitrat kadar268.586 gfl dan uranil nitrat kadar 29,750 gfl, perbandingan volume umpan dan pelarut 1:2dan waktu kontak 20 menit.

No.

% TBP dalamdiluen organik

Kadar Th dalamrafinat (g/l)

Efisiensi ekstraksiTh,%

~Th

10 80,054

Kadar Th dalamekstrak (g/l)

188,532 70,190 2,355

2 20 62,651 205,935 76,670 3.287

3 30 45,248 223,338 83.153 4,936

4 40 24,944 243,642 90,713 9,767

5 50 16,243 252.343 93,952 15.356

60() 31,615 236,971 88,229 7,495

7 70

'Vi:J

..g00'6ca>

:~"OJ0~

Gambar 2. Hubungan anlara % TBP dalam diluen organik dengan koefisien dislriblisi uranium daft laTium

Prosldlng Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl NuklirP3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 2002

298 Mock. Setyadji dan Endang S.OJ-J" -..~'.~';5:~;

Tabel3. Hubungan perbandingan umpan dan pelarut pada ekstraksi U-Th terhadap efisiensi ,ekstraksi U dan koefisien distribusi U untuk umpan campuran laTium nitrat kadar 268,586.:1i,g/l dan uranil nitrat kadar 29,750 g/i. pelarut 55% TBP dalam diluen organik dan waktukontak 20 menit.

ISSN 0216 -3128

100

90

80

~0

~cu'-]

Q)

"incQ)

"'in;;::w

70

60

50

40

30

20

10

0

0 0.5 1 2.5 3 3.51.5 2

Perbandingan umpan dan pelarut

Gambar 3. Hubungan anlara perbandingan umpan don pelarul dengan efisiensi ekstraksi uranum dunlaTium

Prosldlng Pertemuan dan Presentasilimiah Penelitlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl NukllrP3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 2002

Moch. Setyadji dan Endang S. ISSN 0216 -3128 299

Tabel 4. Hubungan perbandingan umpan dan pelarut pada ekstraksi U-Th terhadapefisiensi ekstraksi Th dan koefisien distribusi Th untuk umpan campuran torium nitrat kadar268.586 gll dan uranil nitrat kadar 29.750 gll. pelarut 55% TBP dalam diluen organik danwaktu kontak 20 menit.

10

9

8

"(j)::J

..c"'::-<n

'6cQ)

"(j)'+=Q)0~

7

6

5

4

3

2

1

0

0 0.5 1 1.5 2 2.5

Perbandingan umpan dan pelarut

3 3.5

Gambar 4. Hubungan antara perbandingan umpan dan pe/arut dengan koefisien distribusi Uranium dun

torium

Proslding Pertemuan den Presentasilimiah Penelitlan Dasar limu Pengetahuan den Teknologl NuklirP3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl2002

300 ISSN 0216.3128 Mach. Setyadji dan Endang S.

uranium dan torium, masing-masing sebesar 9,0dan 9,404.

Disamping itu pada pemakaian prosentase TBPdalam diluen organik yang semakin besar,menyebabkan kekentalan pelarut semakin besar,sehingga mengakibatkan tegangan muka Caseorganik semakin besar. Hal ini menyebabkanterganggunya perpindahan massa solut dari Case airke Case organik, sehingga efisiensi ekstraksi U clanTh semakin menurun. Hal yang sarna untuk hargakoefisien distribusi uranium clan torium. Darifenomena di atas diperoleh prosentase TBP dalam

diluen organik yang terbaik antara 50% sampai

dengan 60%. Sedangkan pengaruh perbandinganmol umpan clan pelarut dapat dilihat pada tabel 3clan tabel 4 atau pada gambar 3 clan 4. Dari tabel

clan gambar tersebut terlihat bahwa perbandinganmol umpan clan pelarut sangat besar pengaruhnyaterhadap efisiensi U- Th maupun koefisien distribusiuranium clan torium. Semakin besar perbandingan

mol umpan clan pelarut menyebabkan penurunanefisiensi ekstraksi maupun koefisien distribusi

uranium clan torium. Hal ini dapat dimengertikarena dengan menaikkan harga perbandingan molumpan clan pelarut berarti menurunkan jumlan molTBP dalam larutan sehingga proses ekstraksi tidaksempurna. Dari tabet 3 dan tabel 4 terlihat bahwaperbandingan mol umpan dan pelarut terbaikditunjukkan pada perbandingan volume umpan clan

pelarut 1:3. Pada kondisi tersebut di atas diperolehefisiensi ekstraksi uranium clan torium sebesar 90%clan 90,38%, sedangkan harga koefisien distribusiuranium clan torium, masing-masing sebesar 9,0

clan 9,404.

U CAP AN TERIMAKASIH

Penulis menyampaikan ucapan terima-kasihyang sebesar-besarnya kepada semua pihak,khususnya kepada Sdr. Nanang Asmanto danBambang Rochmat Sunarto yang telah banyakmembantu melakukan penelitian hingga terse-lesaikannya penulisan makalah ini.

DAFTARPUSTAKA

1. DmIEK HERHADY, BUSRON MASDUKI,SIGIT, "Tinjauan Proses Pemungutan BahanBakar Dari Elemen Bakar Bekas ReaktorTemperatur Tinggi", Prosiding SeminarReaktor Temperatur Tinggi dan TeknologiNuklir, Jakarta Pebruari 1999.

2. BENY AM IN, M, "Nuclear Reactor MaterialsAnd Applications", Iowa State University,New York, 1983.

3. ZIMMER, E, "Crud Formation in the PUREXand THOREX process", Institut fur ChemischeTechnologie der Nuklearen Entsorgung derKernforschungsanalage Julich, West Germany

4. FLAGG, jF., "Chemical Processing ofReactor Fuels", Academic Press, New York,

(1961).

5. BENEDICT M., PIGFORD AND LEVI,"Nuclear Chemical Engineering", McGraw-Hill Book Company, New York, (1981).

6. GALKIN, NP AND SUDARIKOV, BN,"Technology of Uranium", U.S. Department of

Commerce, Springfield, (1966).KESIMPULAN

TANYAJAWAB

Sutjipto...Mohon penjelasan efisiensi ekstraksi U dan Th

justru menurun setelah % TBP dialas 50%,sementara prosen TBP dibawah 50%cenderung naik.

Dari data dan uraian pada pembahasan di alas dapatdisimpulkan sebagai berikut :

I. Prosentase TBP dalam diluen organik danperbandingan mol umpan dan pelarut sangatberpengaruh terhadap efisiensi ekstraksi dankoefisien distribusi uranium dan torium.

2. Kondisi yang relatif paling baik diperoleh pad apemakaian pelarut 50% TBP dalam diluenorganik untuk pemungutuan uranium dan 60%TBP dalam diluen organik untuk pemungutantorium. Sedangkan untuk perbandingan molumpan dan pelarut, kondisi yang relatif palingbaikdiperoleh padaperbandingan 1:3.

3. Pada kondisi terse but di alas diperoleh efisiensiekstraksi uranium dan torium sebesar 90% dan90.38%. sedangkan harga koefisien distribusi

M. Setiadji.Pada dasarnya seriap penambahan mol

TBP .maka sesuai persamaan reaksi 2datI 3 kesetimbangan bergeser kekanandengan kata lain makin besar % TBP

Prosldlng Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan Clan TeKnologl NuKlirP3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl2002

maka U dan Th yang terekstrak ke laseorganik semakin besar ( efisiensi ekstraksibertambah ) .Namun demikian semakinbesar % TBP yang digunakan makaviskositas larutan lase kotinyu semakintinggi, yang berakibat bertambahnyategangan muka antar lase. Hal ini akanmenghambat terjadi perpindahan massasolut dari lase dispers ke lase kontinyu.

pemungutan kembali thorium dan uraniumdalam bahan bakar bekas berbasisthorium ( bahan bakar bekas reaktor suhutinggi). Sedangkan Purex adalah salahsatu proses pemungutan kembaliplutonium dan uranium dalam bahanbakar bekas berbasis uranium.

Bodi Solistyo

...Apa yang membedakan pacta gambar 2 antaragrafik Kd dan Ksp .

Sunardjo~ Apakah keunggulan proses Thorex

dibandingkan dengan proses Purex mohondijelaskan.

M. Setiadji

.Pertanyaan serupa oleh saudara Sutjiptotelah dijawab pada lembar yang lain.

M. Setiadji.Proses Thorex berbeda dengan proses

Purex .Thorex adalah salah satu proses

Proslding Pertemuan dan Presentasi IImlah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi NukllrP3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl2002