5. Penelitian Perbandingan Analisa (semi kwantitatif)

PENELITIAN PERBANDINGAN ANALISA (SEMI KWANTITATIP) BIJIH URANIUMDENGAN METODA-METODA KIMIA, FLUORESENSI DAN SPEKTROMETRISINAR GAMMA.

Oleh

Soedyartomo

BATAN - PUSAT PENELITIAN GAMA

ABSTRAK.

Dilakukan percobaan-percobaan metoda analisa semi kwantitatip terhadap berba­gai macam bijih uranium.

Metoda-metoda analisa yang dicoba meliputi metoda-metoda kimia, fluoresensidan spektrometri sinar gamma. Pada percobaan dengan metoda kimia dipilih pereaksiyang dianggap baik, mudah diperoh:h dan dapat dikembangkan untuk pereaksi analisakolorimctri dan spektrofotometri. Berbagai modifikasi metoda fluoresensi juga dicoba,Terlihat bahwa kemampuan metoda-metoda tersebut sangat dipengaruhi oleh perlaku­an-perlakuan kimia pendahuluan yang harus dikerjakan. Oleh sebab itu dicoba metodaspektrometri sinar gamma, menggunakan sintilator kristal NaI dan penganalisa radiasi.

Dapat disimpulkan bahwa metoda spektrometri sinar gamma lebih memuaskanwalaupun membutuhkan perlengkapan yang lebih rumit dan mahal.

PENDAHULUAN.

Dalam suatu program tenaga atom terlihat sangat penting artinya pengadaan ura­nium. Oleh sebab itu menjadi penting pula artinya analisa uranium dalam suatu bijihKebutuhan manusia akan uranium sedemikian rupa sehingga bijih-bijih yang mengan­dung uranium dengan kadar lebih kecil dari l(satu) % juga diolah, dan bijih-bijih ini­pun disebut bijih uranium. Scbagai akibatnya haruslah dikembangkan metoda analisa

.uranium yang sangat peka. Sudah barang tentu untukkeperluan-keperluan rutin me­~toda tersebut juga harus bersifat mudah, cepat dan murah. Tidak bisa dihindari justruanalisa rutinlah yang akan sangat penting artinya pad a pengolahan bijih uranium.

Metoda-metoda analisa uranium sudah lama dipelajari, diteliti dan dikembangkanorang. Banyak sekali publikasi-publikasi dalam bidang terse but yang telah diterbitkan,meliputi metoda-metoda kimia, kimia fisika dan fisika. Metoda-metoda tersebut mem­punyai keunggulan-keunggulan khusus untuk keperluan-keperluan tertentu.

Dalam kertas karya ini diuraikan secara singkat metoda-metoda yang mempunyaikeunggulan-keunggulan dalam analisa rutin yang bersifat semikwantitatip dan juga dila­kukan percobaan-percobaan terhadap metoda-metoda tersebut: Percobaan-percobaan ter­hadap metoda-metoda meliputi kepekaan, pengaruh gangguan dan beberapa modifikasiyang dimaksudkan untuk memperbesar kemampuan metoda. Hasil-hasil percobaan di­tinjau dan dibandingkan.

1. ANALISA DENGAN METODA KIMIA.

Berdasarkan sifat-sifat kimianya (reaksi-reaksi pembentukan warna dan pengendap­an), uranium dapat dianalisa dengan metoda-metoda kimia. Banyak sekali pereaksi-pere­aksi yang telah pernah dipakai, dapat bersifat kwalitatip dan atau kwantitatip. Dari ba­nyak hasil-hasil percobaan yang telah dipublikasikan terlihat adanya kecenderungan un­tuk mengembangkan metoda-metoda menggunakan pereaksi-pereaksi kimia dengan kepe-

.kaan yang semakin tinggi. Oleh karena itu walaupun metoda-metoda gravimetri dan vo­lumetri juga dikembangkan analisa yang bersifat kwantitatip hanya + 10-2%, metoda-.metoda tersebut mulai dan atau telah ditinggalkan. Kemudian berkembanglah metoda­metoda yang menggunakan sifat-sifat fisika untuk penentuan kwantitatipnya, tetapi ma­sih tetap diperlukan pereaksi-pereaksi kimia karena sifat-sifat fisika diukur untuk senya-

19

wa-senyawa uranium tertentu. Metoda-metoda semacam ini dapat disebut metoda-meto-

~~ tlm/J rmtl mm1lJrJlWJ ]~mlr~~lJm~mri, mm~mmtrmmilllWi ~il~tmmimmnJspeKtrofotometri telah pernah dicoba orang untuk analisa uranium. Selanjutnya hanyaakan dibicarakan pereaksi kimia yang dapat dipakai pada metoda kolorimetri/spektrofo­tometri karena dianggap sesuai untuk keperluan analisa rutin (lebih mudah, cepat dankepekaan analisa yang masih bersifat kwantitatip :!: lO-5%). Sedangkan metoda fluorime­tri akan dibicarakan kemudian.

Pada analisa dengan metoda kimia selalu dibutuhkan cuplikan dalam bentuk larut­an. Oleh sebab itu persoalan pertama adalah pembuatan c.uplikan larutan uranium dariLbijih. Kesulitan dalam persoalan ini adalah tidak samanya senyawa-senyawa kimia padamineral-mineral (bijih) yang mengandung uranium. Sehingga untuk tiap-tiap macam bi­jih diperlukan metoda pelarutan yang berbeda. Walaupun demikian dari percobaan-per­cobaan yang dikerjakan metoda pelarutan yang berikut dapat dianggap cukup kwantitatip untuk berbagai macam bijih uranium.

I. Bijih ditumbuk, kemudian digerus sampai halus (seperti tepup.g). Dibagi menjadibeberapa bagian, masing-masing 500 mg.

2. Tiap-tiap bagian gerusan dipanggang sampai temperatur 6000C selama 1,5 jam, ke­mudian dibiarkan mendingin sampai temperatur kamar (untuk merusakkan zat-zatorganik yang dapat mengganggu pelarutan.)

3. Tiap-tiap bagian hasil panggangan masing-masing digerus lagi sampai kembali halusseperti tepung.

4. Kepada tiap-tiap bagian gerusan yang telah dipanggang terse but ditambahkan 20ml HF pekat dan 20 ml HN03 pekat didalam tabung gelas bervolum :!: 150 mlyang berdinding tebal dan tertutup lengkap dengan pengaduk listrik (tabung gelaslengkap dengan pengaduk dibuat sendiri).

5. Panaskan tabung gelas yang berisi campuran tersebut dengan pemanas air dan di­aduk selama 1,5 jam.

6. Kemudian tuangkan campuran tersebut kedalam cawan porselin, juga bilasan daritabung gelas tersebut dengan 20 ml air suling. Panaskan cawan beserta isinya dia­tas kompor listrik sampai kering dan tidak berasap.Biarkan mendingin sampai temperatur kamar.

7. Larutkan residu dalam cawan dengan 10 ml larutan HN03 pekat, kemudian tam­bahkan 55 ml air suling. Larutan disaring dicuci berkali-kali dengan larutan HN03I % yang volum totalnya 35 m!. Tapisan sebanyak :!: 100 ml kemudian dipakai se­bagai cuplikan.

Sudah barang tentu larutan cuplikan ini masih bercampur dengan kation-kation la­in yang akan mengganggu pada analisa penetapan uranium. Semua metoda analisa yangmenggunakan pereaksi-pereaksi kimia selalu diganggu oleh adanya ion-ion logam tcrtentuyang bersifat khusus untuk percaksi-pereaksi tertentu. J elas bahwa diperlukan isolasi ter­hadap ion-ion logam, makin baik apabila dapat terisolasi dari scmua ion logam yang ada.Telah banyak metoda-metoda isolasi yang dicoba dan dikembangkan. Metoda yang seder­hana. mudah, cepat, ekonomis dan cukup bersih adalah isolasi dengan extraksi pelarut.Pada umumnya kecffisien distribusi uranium pada berbagai sistem extraksi pelarut ter­sebut belum cukup besar sehingga belum cukup kwantitatip. Dapat dibuat kwantita­tip dengan pengaturan faktor-faktor yang mcmpengaruhi besarnya koeffisien distribusiyaitu konsentrasi-konsentrasi uranium itu sendiri, asam, anion, yang sejenis, anion-aniondan kation-kation lainnya, juga temperatur dan waktu kesetimbangan serta macam dankonsentrasi extraktan dan kalau ada pelarut lain (medium) yang ditam bahkan.Banyak hasil-hasil penelitian yang telah dipublikasikan dalam hal metoda pengaturan fak­tor-faktor terse but sehingga diperoleh koeffisien distribusi uranium yang sang at besar.Tetapi terlihat bahwa metoda-metoda tersebut masih cukup rumit untuk keperluan ana­lisa rutin. Oleh sebab itu dalam percobaan yang' dilakukan, extraksi dibuat kwantitatip.dengan metoda extraksi kontinyu, menggunakan alat yang dibuat sendiri seperti terlihatpada gambar I.

20

Gambar I.

1. Larutan cuplikan :!::. 100 ml dimasukkandalam tabung gclas II

2. Dipakai extraktan dietil-eter 100 ml di­masukkan dalam labu didih 1.

3. Labu didih dipanaskan dengan pemanasair sampai tajadi extraksi kontinyu pa­da tabung II.

4. Extraksi dikerjakan selama 1,5 jam.

Setelah akhir extraksi dapat dianggapuranium secara kwantitatip terambiloleh dietil eter.

(larutan cuplikan}.

I. (dietil eter)

Walaupun mungkin koeffisien distribusi uranium pad a sistem tersebut tidak begitu besar,tetapi karena extraksi kontinyu dan sctiap kali ·dietil-eter yang berkontak adalah mumi,maka setelah akhir cxtraksi dapat dianggap uranium secara kwantitatip terambil oleh die­til-eter. Extraktan dictil-eter bcrsifat sangat selektif schingga logam-Iogam lain tidak akanikut terambil pad a extraksi tcrsebut.

Uranium harus dikembalikan dalam bcntuk larutan air karena kebanyakan metoda­metoda kimia mutlak memerlukan air sebagai pelarutnya. Oleh sebab itu kcmudiandilakukan extraksi kcmbali tcrhadap uranium dalam dietil-eter dengan air suling. Meto­da extraksi yang dipakai juga extraksi dengan sistem kontinyu agar uranium terambHsecara kwantitatip. Untuk keperluan ini digunakan alat yang dibuat sendiri seperti ter­~ihat pada gambar-2.

21

1. Larutan uranium dalam dietil-eter+ 100 011dimasukkan dalam ta­bung H.

2. Air suling 100 ml dimasukkan da­lam labu didih I.

3. Labu didih dipanaskan dengan pe­manas listrik sampai terjadi extrak­si kontinyu.

4. Extraksi dikerjakan selama 1 jam.

II. (larutan uranium dalam dietel eter)

I. (air suling).

Larutan uranium dalam air hasil extraksi inilah yang kemudian dianalisa dengan meto­da-metoda kimia.

Pereaksi-pereaksi kimia yang dipergunakan pada umumnya akan bertambah ke­mampuannya apabila dipakai metoda kolorimetri/spektrofotometri. Pereaksi-pereaksi pe-

o ngendapan pada metoda gravimetri yang menimbulkan warna apabila bersenyawa de­ngan uranium (misalnya: hidroksida-hidroksida alkali dan amonium, oksin, dU) dapatdipergunakan sebagai pereaksi warna. Dalam hal ini kepekaan yang bersifat kwantitatipakan sangat bertambah, sudah barang tentu hanya dapat dipergunakan apabila konsen­trasi, baik pereaksi maupun uranium, cukup kecil sehingga tidak terjadi pengendapan,Pereaksi-pereaksi lain yang juga menimbulkan warna tetapi bukan pereaksi pengendap­an pada analisa gravimetri telah ban yak diteliti dan dikembangkan, pada umumnya pe­reaksi-pereaksi ini adalah senyawa-senyawa organik (misalnya: senyawa-senyawa salisilat,asam askorbat, cacoteline, asam chromotropat dl1.). Pereaksi-pereaksi semacam ini yangbukan senyawa organik juga ada misalnya: K4 [Fe(CN)6]' tiosianat dU.

Dari bacaan pustaka dan percobaan-percobaan yang dilakukan dapat disimpulkanbahwa pereaksi warn a K4[Fe(CN)6] sangat menguntungkan karena:

1. Mempunyai kepekaan yang sangat baik.2. Dengan pengaturan kondisi pH, konsentrasi pereaksi dan waktu bisa didapatkan war­

na yang cukup stabil.3. Ion-ion lain yang mengganggu dapat dihilangkan dengan cara isolasi seperti tersebut

dia tas .. 4 Pereaksi mudah diperoleh dan relatip tidak mahal.

22

Pereaksi ini mempunyai sifat-sifat yang tidak menguntungkan yaitu:

1. Pembentukan warna dipengaruhi oleh pH, sehingga perlu penambahan larutan buffer(tetapi hal ini juga berlaku untuk hampir semua pereaksi warna). Warna akan baikpada pH = 5.

2. Pembentukan warna juga dipengaruhi oleh konsentrasi pereaksi, sehingga harus sela­lu dipakai pereaksi yang baru dibuat dengan konsentrasi tertentu (juga hal ini ber­laku untuk hampir semua pereaksi warna).Konsentrasi pereaksi harus sedemikian sehingga hanya terjadi warna dan tidak terja­di pengendapan.

3. Perlu ditentukan selang waktu tertentu pada saat mana warna stabil.

Pada percobaan pendahuluan yang dilakukan pada pH = 5, menggunakan larutanbuffer Na-asetat dan asam asetat, dengan konsentrasi K.d Fe( CN)6] 3% sebanyak 0,5ml, warna akan stabil setelah 15 menit sampai ± 24 jam. Sedangkan konsentrasi uraniumdari larutan standar yang dapat diamati secara kwantitatip mulai dari 0,5 x 10-2 gram/ce,grafik rapat optis vs konsentrasi uranium berbentuk garis lurus. Percobaan dikeriakandengan alat kolorimeter type Du-Bosq (KLETTOP READER MEG ~o, New Y<?rk,U~A).Jadi metoda analisa terhadap larutan uranium dalam air hasil extraksi adalah sebagaiberikut :

1. Ambil 4 ml larutan uranium dalam air hasil extraksi kedua, masukkan kedalamtabung kolorimetri.

2. Tambahkan HN03 pekat at au NH40H pekat sedemikian hingga pH = 5 (diukurdengan pH meter).3. Tambahkan 1 ml larutan buffer Na-asetat dan asam asetat yang mempunyai pH=

4,99 (dibuat dengan mencampur 3 ml larutan 0,2 N asam asetat dan 7 ml larutan0,2 N Na-asetat

4. fambahkan 0,5 ml larutan K4[Fe(CN)6] 3%.5. Campuran dibiarkan selama 15 menit, aiamati pembacaan .skala kolorimeter untukwarna yang sarna dengan larutan standar.

Kemudian dihitung konsentrasi uranium dalam euplikan dengan rumus sbh.:

: Konsentrasi uranium dalam cuplikan.

Pembacaan skala kolorimeter untuk larutan cuplikan.Pembacaan skala kolorimeter untuk larutan standar.

Konsentrasi uranium dalam larutan standar.

Dengan ·metoda analisa seperti tersebut diatas dilakukan penentuan konsentrasiuranium dari berbagai macam cuplikan bijih uranium yang telah diketahui konsentra­sinya (Reference sample low grade uranium ore dari I. A. E. A.), dan juga se­

buah cuplikan bijih uranium kadar rendah yang tak dikenal. DaTi hasH-hasH percoba­an dapat diketahui kemampuan metoda anaIisa tersebut Data-data percobaan adalahsebagai berikut:

23

CUPLIKANI KONSENTRASI URANIUM RAT A-RATA

~J. KODE

KETERANGANHASIL I.A.E.A.i HASIL PERCOBAAN

I.

SI Torbernite ber-0.399%0.381 %asal dari Austra- lia.2

IS2

Torbernite ber-I0.265%I0.250%asal dari Spanyol. 3.

IS3

Carnotite berasal I0.354%I0.338%dari USA 4.

IS4

Uraninite berasal I0.318%

I0.302%dari Australia 5.

IX ITidak dikenal I--I0.028%

II. ANA LISA DENGAN METODA FLUORESENSI.

Sudah lan:a diketahui bahwa apabila uranium' dikenai sinar ultra violet akantimh~l fluoresensi. Sifat i"ni cukup peka dan akan sangat peka apabil<J senyawa urani­um (terutama uranil) yang dikenai sinar ultra violet terse but dIm. bentuk leburandengan garam-garam alkali fluorida (terutama NaF) atau borax. Intensitas fluorcsensi ,ternyata berbanding lurus dengan konsentrasi uranium dalam daerah konsentrasi ura­nium yang cukup luas. Oleh scbab itu sangatlah mcnguntungkan apabila sifat ini da­pat dipakai sebagai metoda analisa.Analisa uranium dengan metoda fluoresensi (= fluorimetri, menggunakan alat fluoro­meter) telah lama dikembangkan dan telah banyak hasil-hasil penelitian dalam bidangini dipublikasikan. Dapat diketahuikepekaan mdoda ini sampai 10-11 gram uranium.Pcngganggu dari metoda ini adalah adanya ion-ion logam lain, yang pacta umumnyaakan meredam intensitas fluoresensi. Peredam-peredam tersebut pada umumnya ada­lah: Fe, Cr, Cu, Ca dan Si. Sedangkan yang jarang dan scdikit mercdam adalah: Mo,Ca, V, Zn, Ni, Sn, AI, Rb, Mg, Ti. Juga anion-anion: SO=4' cr dan PO=4 akan sedikitmcredam pada fluoresensi leburan senyawa uranium. Bebcrapa logam tanah jarangjustru menambah intensitas fluoresensi, yaitu: Cohimbium, Neodynium dan Tantalum ..Tetapi perbandingan intensitas fluoresensi uranium dcngan unsur-unsur tersebut sa­ngat kecil, sebagai contoh: 500 ugram Columbium = 0,3 'Y uranium dan 500 'Y Tanta­lum = 0,6 'Y uranium. Selain itu A eksitasinya berlainan dengan A eksitasi urani­um, sehingga pengaruhnya tidak begitu besar.Sangat menguntungkan bahwa ternyata redaman intcnsitas fluoresensi yang disebabkanoleh peredam-peredam tidak bergantung pada perbandingan konsentrasi peredam danuranium tetapi hanya bergantung pada konsentrasi peredam. Sehingga untukpenentuankonsentrasi uranium dengan metoda ini bisa tanpa pemisahan terhadap. peredam, cu­kup dengan mengerjakan salah satu at au kedua perlakuan yang berikut:

I. Cara penambahan (addition method atau spiking method).Cuplikan diukur intensitas fluoresensinya kemudian bcrulang-ulang ditambahkanuranium dengan konsentrasi yang diketahui. Diukur lagi berapa besar intensitasfluoresensi yang diamati untuk masing-masing penambah uranium. Bandingkan be­rapa seharusnya intensitas fluoresensi yang diamati. Sehingga akhirnya dapat diper­oleh koreksi intensitasfluoresensiyang ditimbulkan ,oleh ion-ion pengganggu .

. 2. Cara pengenceran (dilution method)

24

Cuplikan diencerkan sedemikian rupa sampai konsentrasi percdam scdemikian ke~cilnya schingga redaman tidak terasa lagi. Cara ini terbatas hanya apabila perban­dingan konsentrasi uranium dcngan ion-ion pengganggu tidak lebih dari 1 : 1000.

Baik cara 1 maupun eara 2 hanya akan memuaskan apabila konsentrasi urani­um relatip cukup bcsar. Olch scbab itu untuk analisa bijih uranium kadar rendah se­baiknya juga dilakukan isolasi terhadap peredam terlebih dahulu.Metoda pelarutan bijih dipakai metoda seperti yang disebutkan pada analisa dengan .metoda kimia. Kemudian metoda isolasinya adalah sebagai berikut:

1. Ambil 10 ml larutan uranium hasil pelarutan bijih (lihat metoda pelarutan bijihpada analisa dengan metoda kimia), masukkan kedalam tabung extraktor, yaitu"tabung gelas dengan volum 150 ml yang tertutup dan lengkap dengan pengaduklistrik.

2. Kedalam larutan uranium tersebut tambahkan 9,5 gram AI(N03)39H20.Dipanasi dengan pemanas air sambil diaduk sehingga larut semua. Pada keadaandingin harus tetap tidak ada endapan yang terjadi.

3. Kedalam larutan tersebut kemudian ditambahkan 10mi etil-asetat, Diaduk selama5 menit. Diamkan sampai kedua fasa terpisah sempurna.

4. Pisahkan fasa eti asetat. Larutan uranium dalam etil asetat ini dipakai sebagai cup­likan.

Metoda isolasi seperti ini cukup dapat dipertanggung jawabkan karena padakondisi terscbut etil asetat dapat mengextrak uranium secara kwantitatip. Walaupunisolasi terhadap ion-ion logam lain tidak begitu baik, tctapi karena kemudian digu­nakan' cara penambahan untuk penentuan konsentrasi uranium maka hasil yang di­peroleh akan cukup baik.Terlihat metoda isolasi ini jauh Icbih cepat dibandin~kan dcngan metoda isolasi'menggunakan dietil-eter.

Intensitas fluorescnsi dapat diukur baik pada cuplikan yang berbentuk larutanmaupun padatan. Sudah diketahui bahwa dalam bcntuk padaUin akan sangat kuatintensitas fluoresensinya apabila terlebur b~rsama garam f1uorida. Garam atau eam­puran garam-garam yang dilebur bersama cuplikan selanjutnya disebut pelebur(flux). Sudah banyak ditcliti dan dipublikasikan bermacam-maeam eampuran peleburbeserta sifat-sifatnya baik yang menguntungkan maupun merugikan. Berbagai maeamcampuran pelebur yang tclah pernah dieoba adalah sebagai berikut:1. Pelebur NaF murni.

Keuntungan : menghasilkan kepekaan yang tertinggi.

Kerugian : a. temperatur pelcburan tinggi, yaitu 992oC.b. pada tcmperatur + 900°C sedikit Pt (dipakai sebagai eawan

untuk tempat pelcburan) akan larut yang kemudian menjadiperedam.

c. Hasil leburan bersifat deliquesent.d. Sukar diambil dari eawan.

2. Pelebur eampuran garam-garam: 48,3% K2C03; 49,9% Na2C03 dan 1,8% NaF.Keuntungan : a. Temperatur peleburan relatip rendah : 600 • 7000C. b. Tidak ada Pt terJarut.

c. Hasil leburan tidak deliquesent.d. Mudah diambil dari eawan.

Kerugian : kepekaan lebih rendah dari pelebur I.

3. Pelebur campuran garam-garam: 55% Na2C03; 42,5%K2C03 dan 2,5% KF.Sifat-sifat seperti pelebur 2..

25

4. Pl'lcbur eampuran garam-garam: 9% NaF dan 91% NaKCO

M~]]wunYJi mJr'~ifar Yim~ mcnruntun~Klm ~~rmr11~I~fi~lr ~ yaO ~I JUOQ mcm~.punyai kepckaan yang tinggi. Titik lebur ~ 750°C. Pelebur jenis ini disarankanuntuk dipakai.

S. Pelcbur eampuran garam-garam: 2% UF dan 98% NaF.Sifat-sifat seperti pelebur 4. Titik lebur + 850°C. Pelebur ini juga disarankan un-tuk dipakai. -

6. Pelebur eampuran garam-garam: 45,5% Na")C03; 45,5% K2C03 dan 9% NaF.Sifat-sifat diantara pclebur 2 dan 4. MempWunyaititik lebur 65UoC.

Terlihat akan menguntungkan untuk analisa rutin apabila dipakai pelebur 6.Dengan menggunakan peJebur ini ditentukan konsentrasi uranium dalam euplikanmenggunakan Fluorometer Turner mouel 110 lengkap. Metoda analisa yang dikerja­kan adalah sebagai brikut :I. Ambil dengan mikropipet 100 A.larutan uranium dalam etil-aseta[ (hasil isolasi).

Eneerkan dengan etil esetat sampai volum menjadi 50 ml.

2. Ambil dari larutan yang telah dieneerkan 500 A. dengan mikropipet. Tuangkan da-lam eawan Pt khusus untuk pembuat tablet yang sesuai dengan alat Fluorome-ter Turner model 110. Kemudian dibiarkan sampai mengering.

3. Tambahkan kedalam cawan Pt tersebut 0,5 gram eampuran 45,5% Na2C03 +45,5% K2C03 + 9% NaF yang tclah dilebur pada temperatur 650°C selama 25menit dan ditumbuk halus. Cawan beserta isinya kemuuian dilebur pada tempera­tur 650°C selama 25 menit.

4. Setelah eawan mendingin hasil leburan diambil, berbentuk tablet uranium yang si­ap untuk dia mati intensitas Ouoresensinya pada fluorometer.

5. Keljakan perlakuan yang sarna untuk masing-maiing cuplikan bijih uranium danuntuk tablet standar. Juga terhadap cuplikan dengan penambahan uranium yang telahdiketahui konsentrasinya.

6. Pada pembaeaan fluorometer gunakan eelah dan filter yang sesuai. Hasil-hasil pem­bacaan cuplikan dibandingkan dengan tablet-tablet standard dan tablet-tablet yangtelah ditambahi uranium dengan konsentrasi te: ~ntu . Tentukan konsentrasi urani­um dalam euplikan dengan menggunakan rumus-rumus yang berikut:

dan

konsentrasi uranium dalam euplikan.

konsentrasi uranium dalam standar.

pembacaan skala fluorometer untuk euplikan.

pembaeaan skala fluorometer untuk uranium dengan konsentrasi tertentu yangditambahkan.

pembaeaan skala fluorometer untuk standar.

pembaeaan skala fluorometer untuk euplikan yang telah ditambahi uraniumdengan konsentrasi uranium tertentu.

Diperoleh data-data perboeaan sebagai berikut:

26

CUPLIKANKONSENTRASI URANIUM RATA-RATA

No. KODEKETERANGANHASIL I.A.E.A.HASIL PERCOBAAN

I.

SITorbcrnite berasal da-0.399%0.388%ri Australia. 2.

82Torbemite berasal da-0.265%0.273%ri 8panyol. 3.

S3Carnotite berasal dari0.354%0.365%U.S.A. 4.

84Uraninite berasal dari0.318%0.310%Australia. 5.

XTidak dikenal --0.040%

III. ANALISA DENGAN METODA SPEKTROMETRI SINAR GAMMA.

Seperti halnya sifat fluoresensi senyawa uranium, juga sudah lama diketahuibahwa uranium bersifat radioaktip. Uranium alam (bijih uranium) adalah campuran

U238 dan + 0,72% U235. Baik U238 maupun U235 akan mengalami peluruhanyang dikeniii sebagai deret peluruhan alam A-4N + 2 dan A - 4N + 3. Uranium be­serta radionuklida-radionuklida anaknya akan memancarkan sinar-sinar radioaktip baikalpha beta maupun gamma. Sifat radioaktip ini dapat digunakan sebagai metoda ana­lisa baik kwalitatip maupun kwantitatip. Telah pernah dicoba orang analisa uraniumdengan metoda:

1.' spektrometri sinar gamma.2. Spektrometri sinar alpha.3. Pengukuran radiasi sinar beta gamma.

Pada uraian selanjutnya hanya akan dibicarakan analisa uranium dengan metodaspektrometri sin~1rgamma. Dasar analisa kwantitatip dari metoda ini adalah sinar gam­ma yang dipancarkan mempunyai kwantitas yang berbeda-beda untuk masing-masingtenaga tertentu sehingga apabila diamati cacah permenit vs tenaga akan terlihat spek­trum yang berbentuk karakteristik dengan puncak-puncak tertentu (puncak-puncaktertcntu ini sangat khas untuk sesuatu radionuklida tertentu). Sedangkan analisa kwan­titatip dapat dilakukan dengan membandingkan aktivitas (yang diamati cacah permenit) sesuatu cuplikan dengan cuplikan standar.Apabila diamati spektrum sinar gamma bijih uranium (uranium alam) yang dalamkeadaan setimbang radioaktip akan terlihat puncak-puncak pada tenaga-tenaga dalamsatuan MeV sekitar: 0,080; 0,180;0.340; 0,610; 0,760; 0,940, 1,120; 1,240; 1,380;1,760; 2,190 dan 2,400. Puncak-puncak ini berasal dari sinar-sinar gamma yang di­pencarkan oleh seluruh radionuklida yang ada pada bijih uranium tersebut (radio­

nuklida anak). Karena U235 dalam bijih hanya ±. 0,72%. boleh dianggap b.ahwa si­nar gamma hanya herasal dari peluruhan U238 beserta seluruh radionuklida anaknya.Kala\l dilihiit deret peluruhiin iiliim A - 4N t , be~erta ~kema peluruhan untuk ma­sing-masing,radionuklida anak yang terbentuk akan didapatkan d~ta-data sebagai be­rikut:

27

fi~mv TIVfiwlPfi

..

~QMQ~-NOMORTENAGA SINARWAKTU

III

MASSAATOMGAMMA YANG, PARUH

SIMBOLSIMBOL LAIN'AZDIPANCARKAN

(dalam MeV)

(U)

UI238920,045; 0,048 4,4 x 109 thn

(Th)

UX1234900,092; 0,063 atau24,5 hari0,029(Pa)

UX2234910,803; 0,143; 0,043568,4 detik

(U)Ull234920,174; 0,053 3 x 105 thn

(Th)

10230900,445; 0,416; 0,3208 x 104 thn

0,253; 0,210; 0,068(~a)

Ra226880,61; 0,447; 0,18715,904thn '" (Rn) Rn222860,510 ' 3,82 hari

(Po)

RaA21884 ----3,05 hari

(Pb)

RaB214820,534; 0,352; 0,29526,8 mnt0,259; 0,053(Bi)

RaC214832,117; 1,847; 1,76419,7 mnt1,729; 1,461; 1,378; 0,609(Po)

RaC'21484 --- ---(TI)

RaC"21481 --- ---(Pb)

RaD210820,047 22 tahun

(Bi)

RaE21083 ---'5 hari

(Pb)

RaF210840,803 140 hari

(Pb)

RaG20682 ---stabil

Dari data-data tetsebut dapat difahami mengapa spektrum bijih uranium akan sangatmirip dengan spektrum Ra226 yang mempunyai puncak-puncak pada teriaga-tenagadalam satuan MeV sekitar: 0,610; 0,770; 0,910; 1,130; 1,390; 1,760; 2,200 dan2,430; bahkan juga mempunyai puncak-puncak pada tenaga-tenaga dalam satuan MeVsekitar: 0,340; 0,180; dan 0,080. Tetapi hal ini tidak menyulitkan hasll analisa kire­na puncak-puncak yang disebut terakhir ini akan mempunyai perbandingan yang ber­bed a terhadap puncak-puncak lainnya (misalnya dengan puncak 0,610 MeV), pada bi~jih uranium'danpada Ra226. Hal ini jugadapatuntuk mengetahui apakah bijih ura­nium berada dilaIh kesetimbangan radioaktip atau tidak. Pcrbandingan 'puncak 0.080MeV dan 0,610 MeV pada bijih uranium yang berada d:ilam kesetimbangan radi~aktip adalah-:!:. 13/11. Spektrum sinar gamma bijih uranium dapat diperoleh dengan,perlengkapan sebagai berikut:

1. Detektor kristal Na I (sensitip untuk sinar gamma) lengkap dengan pelipat gandafoton dan penguat. awal yang mendapatkan tegangan tinggi dari,suatu sumber te-gangan tinggi. ' '• ,"

2. Penganalisa radiasi, baik saluran tunggal maupun saluran ganda.

28

3, Pencacah (termasuk rangkaian penguat) lengkap dengan alat pengatur waktu.

Sudah barang tentu detektor juga akan mentcksi sinar-sinar radioaktip selain sinargamma walaupun hanya sedikit, terutama sinar beta.Hal ini akan mengacaukan gambar spektrum yang diperoleh. Oleh sebab itu pcrlu di· .gunakan suatu absorber supaya sinar beta ini tidak ikut terdeteksi. Oalam percobaanyang dilakukan dengan dctektor G.M. tangkap ujung., absorber Al dengan tcbal1273,54 mg/cm2 (absorber no.22 buatan Technical Associates,Burbank, California)dapat menyerap hampir seluruh sinar beta. Absorber ini kemudian selalu dipakaidalam percobaan-percobaan yang dilakukan, Sclain dari pada itu juga adanya latarbelakang harus diperkedl. Untuk keperluan ini, pengukuran dilakukan didalam peri-·sai timbal (Lead Shield model LC.9 serial 124 buatan Technical Associates. Burbank,California). Oleh karena Kadar uranium dalam bijih yang akan dilihat spektru.mnyasangat kedl (radiasi yang dipancarkan scdikit) maka perlu mengadakan pengamatandalam selang waktu yang cukup lama. Pada pengamatan dengan waktu 300 detik(5 menit). mulai dapat dilihat spektrum cukup baik (menggunakan vertical sensitifi­ty (fuII scale) 1000 cpm). Perbandingan puncak tertinggi (0,080 MeV) dengan pun­cak terendah (2,400 MeV) kira-kira 135 : 1, jadi untuk dapat melihat seluruh pun­cak-puncak haruslah diadakan pengamatan yang cukup lama (lebi.h dari 5 menit).Percobaan dilakukan dengan menggunakan alat-alat sebagi berikut:

1. Oetektor sintilator NaI buatan Intertechnique, Quartz & Silice Type 44 S 51,, NaI-TI, PM 9656 No. A 790 (lengkap dcngan pelipat ganda foton dan penguat

awal), mendapat tegangan 750 Volt, dengan swith gain pada 0,1.

2. Pcnganalisa saluran ganda buatan Intertechnique, Multichannel Analyzer Oidac800 lengkap.

3. Mesin tik listrik I.B.M. Machine Imprimante RG-221.

Setelah alat-alat tersebut dirangkai dengan benar dan~diberi tcgangan yang sesuai,kcmudian dilakukan percobaan pengukuran terhadap cuplikan-cuplikan bijih uraniumyang telah digerus sehalus tepung, dilctakkan pada planchet-planchet yang sama geo­metrinya dan juga terbuat dari bahan yang sarna. Masing·masing cuplikan dibuat sa­rna berat yaitu 3 gram, dan diletakkan pad a planchet sedemikian hingga mempunyaisistem geometri yang sama. Pada keadaan ini cuplikan-cuplikanmempunyai tebalmelebihi tebal maximumnya (infinetly thickness), sehingga aktivitas masing-masingcuplikan dapat dibandingkan secara relatip.Kemudian dilakukan metoda analisa sebagai berikut:

1. Hidupkan alat-alat dengan memberikan tegangan yang sesuai. Biarkan beberapa sa­at, dan test apakah alat sudah bekerja dengan baik.

2. Berikan tegangan kepada detektor (dari penganalisa saluran ganda) sebesar 750 Volt,pada switch high voltage.

3. Letakkan cuplikan dalam perisai timbal dengan sistem geometri tertentu yang di­buat sama setiap kali pengukuran aktivitas cuplikan yang berbeda-beda.

4. Oilakukan pengamatan terhadap seluruh saluran (800 saluran), subgroup selectionpad a 800, intensification switch pada zone AB.

5. Atur gain penguat (amplifier pada penganalisa saluran ganda), sedemikian sehinggadapat diamati untuk tenaga 3200 KeV pad a saluran ke 800. Ini diperoleh denganmengatur coarse gain switch pada ~ dan fine gain switch pada ± 0,65. Sehinggapuncak 2,430 MeV bisa terlihat.

6. Atur smitch mode pada PHA dan timed. Kemudian pada presets atur stop modepad a time dan PHA mode time pada 300. Sehingga pengamatan akan berhentipada selang waktu 5 menit.

7. Atur pada switch horizontal expansion pada I dan sensitivity (channels/! 0 div)pada 800. Sedangkan pada vertikal· scale switch atur pada linear (sebetulnya bttikpada logarthmis, tetapi belum ada rangkaiannya) dan sensitivity (full scale) padalK.

29

8. Pada 7,cro threshold atur baik coarse maupun fine switch pada off. Sedangkanpada window atur upper level switch pada 10 dan lower level sedemikian sehing­ga tidak ada bisingan (noise) yang ikut terdeteksi.

9. Untuk memudahkan pembacaan skala pada layar atur switch conversion gain chivolt pada 100.

10.Pada amplifier atur switch input untuk negatip input.11. Atur pad a read out switch pada erase dan subgroup.12. Pada PHA mode repetition atur switch pada single cycle.13. Sekarang barulah tekan switch stock yang berarti mulai diadakan pengukuran.14. Setelah pengukuran berhenti tekanlah digital mode switch pada serie A dan pad a

out put tekan switch digit. Maka akan diperolch angka-angka cacah per menitpada mesin tik listrik untuk seluruh saluran (800 saluran).

Gambar spektrum sinar gamma dari cuplikan yang diukur akan terlihat pada layar.Dari sini sudah dapat dilihat apakah cuplikan mengandung uranium atau tidak. Ke­mudian untuk perhitungan kwantitatipnya, pertama kali harus dilihat apakah bijih be­rada dim. kesetlmbangan radioaktip at au tidak dengan melihat perbandingan puncak0,080 MeV dan 0,610 MeV seperti telah diuraikan dimuka. Unuk penentuan konsen­trasi uranium dengan metoda ini bijih haruslah dalam keadaan kesetimbangan radioak­tip. Kemudian dengan membandingkan cuplikan-cuplikan dengan cuplikan yang telahdiketahui konsentrasinya dapat diketahui konsentrasi cuplikan. Perbandingan konsen­trasi didapat dengan membandingkan cacah per menit dari sinar gamma yang berte­naga sarna yang dipancarkan dari cuplikan-cuplikan yang diukur. Dapat difahami bah­wa lebih baik membandingkan cacah per menit dari puncak-puncak spektrum. Untukmemudahkan perhitungan cukup dirata-ratakan hasil-hasH perbandingan puncak-puncakpada tenaga 0,610 MeV, 1,120 MeV dan 1,760 MeV saja (puncak-puncak ini palingmudah diamati dan sangat menonjol dibandingkan puncak-puncak yang lain). Karenapcrbandingan cacah per mcnit pada tenaga yang sarna adalah juga perbandingan ak­tivitas relatip (karena diukur pada tebal cuplikan y~ng telah melebihi tebal maximum·)maka juga berarti perlTImdingan konsentrasi uranium pada cuplikan-cuplikan tersebutDengan metoda ini diperolehd data-data percobaaan sebagai berikut:

No.

CUPLI KANKONSENTRASI URANIUMRATA2

KODE

KETERANGANHASIL I.A E'A'I4ASIL PERCOBAAN

1

51Torbernite berasal dari Australia0,399 %0,399 %

dipakai sebagai standar. 2.52Torbernite berasal dari 5panyol 0,265 %0,241 %

3.

53Carnotite berasal dari U.S.A. 0,354 %0,370 %

4.

54Uraninite berasal dari Australia 0,318 %0,300 %

5.

XTidak dikenal ---0.030 %

IV. KESIMPULAN

Apabila diadakan perbandingan terhadap metoda-metoda analisa bijih uraniumyang telah diuraikan dimuka dapat dibuat kesimpulan sebagai berikut:

30

KETERANGANMETODAMETODA

METODA .1

KIMIA

FLUORESENSISPEKTROMETRJ ISINAR GAMMA I'

1. PerJaKuan

Kimia. eukup rumitleblh sederhanatidaK memerlu-walaupun telah

kan perlaKuansangat dlsederha

Kimia.naKan.2. WaKtu yang dlperlukan untuK

lamalebih sing Katsangat slngKatanallsa.

3.

Kepekaan dapat sampaidapat sampaiteoritis dapat

10.5 %10.9 % ,sampai tak ter-

hingga.4.

Ralat bisa sangatlebih besarpaling besarkeeil.5.

Biaya anaiisa relatif mahallebih murahmurah

6.

Perlengkapan sederhanalebih rumitsangat rumit

7.

Harga PerlengKapan muraheuKup murahmahalsediKlt lebih mahal.

Oleh sebab itu dapatlah dikatakan sebagai analisa rutin terhadap bijih uranium, kalauhanya diperlukan hasilsemi kwantitatip saja sangatlah memuaskan apabila dipakaimetoda spektrometri sinar gamma. Ralat yang besar dari hasil analisa dapat diperkecitdengan menggunakan detektor 4 7r dan juga dengan menyamakan self absorption,tetapi ini berarti memerlukan perlakuan kimia.

DAFTAR PUSTAKA

1. Clegg, J.W. and Polley D.D. "Uranium Ore Processing Addison Wesley Publish­ing Company, Inc 1958.

2. Rodden, Clement J "Analysis of Essential Nuclear Reactor Materials. Divisionof technical information. U:S. Atomic Energy Commision 1964.

3. Reviews of Modern physics Volum 30. Number 2. Two Part II April 1958.American Institute of Physics Lancaster. PA, and New York, N.Y.

4. Heath, R.L. ,"Scintillation Spectrometry Gamma-Ray Spectrum Catalog" 2 NDEdition Vol 2 of IDO-16880-1. 1964.

5. Heath; R.L. "Scintillation Spectrometry Gamma-Ray Spectrum Catalog" 2 NDEdition Vol 2 of 2 IDO-16880-2. 1964.

31

DISKUSI

HARJOTO:'

Saya mempunyai dua pertanyaan. Pertama, dikatakan bahwa ralat dalam caraanalisa kimia mempunyai ralat yang kecil. Apakah ralat ini tidak tergantung padakonsentrasi dan methode analisa?Kedua, dalam paper Saudara dikatakan bahwa kepekaan metode spektrometri sinargamma adalah teoritis dapat sampai tak terhingga. Apakah hal ini benar ?

SOEDY ARTOMO:

Pertama, memang benar ralat tergantung pada konsentrasi dan methode analisa,juga pada orang yang mcngerjakan. Ralat dalam analisa dengan methode kimia terha­dap bijih uranium apabila dibandingkan dengan ralat pada analisa dengan methode-me­thode lainnya (fluoresensi dan spektrometer sinar gamma) pada konsentrasi yang sarnaakan lebih keci!. Dalam kertas karya saya hal ini kurang dapat dilihat, tetapi denganmethode kimia yang sarna oleh analis yang berpengalaman pada tabel terlihat sangatdipcrkecil ralatnya. Pada umumnya suatu methode analisa yang mempunyai kepekaanyang tinggi akan mempunyai ralat yang besar.

Kedua, memang pernyataan tersebut tidak bcrsifat mutlak, Yang dimaksudkantak terhingga disitu dengan sendirinya masih dalam batas-batas dimana adanya emisisinar gamma dari Cuplikan masih dapat diamati dan sudah barang tentu hal ini tergan­tung dari yang kita pakai, kepekaan akan sangat bertambah apabila kita pergunakan pc­ralatan yang memberikan latar belakang rendah, detektor dengan efisiensi yang tinggiatau juga dengan mengadakan pengamatan yang sangat lama terhadap emisi sinar gammaoleh Cuplikan.

SOFJAN T.NOERSJAMSI:

Pertama, pada cara analisa dengan methode kimia/kolorimetri apakah dilakukanpemilihan A dimana percobaan dilakukan?

Kedua, secara teoritis berapa harga A maksimum ini?

SOEDY ARTOMO:

Pertama, saya tidak melakukan pemilihan A. karena alat yang saya pakai tidak mem­pergunakan filter-filter yang dapat diganti-ganti (alat sangat sederhana). Alat ini hanyamenggunakan sebuah filter umum yang saya tidak ketahui berapa besar nya.-

Kedua, secara teoritis harga A maksimum apabila digunakan pereaksi--

K4 [Fe(CN)6] dan juga pereaksi-pereaksi warna lainnya dapat saudara baca pad a buku­buku:

Rodden, Clement Y "Analysis of Essential Nuclear Reactor Materials" U.S.A.E.C1964.

Rodden, Clement Y et al "Analytical Chemistry of the Manhattan Project" McHiel Book Company, Inc.

,F.P. SAGALA :

, Pertama, berapakah besar butiran (grain sizes) yang paling baik untuk menganalisabijih uranium (dalam Mesh) ..

Kedua, dalam methode Fluorescensi, bagaimana dengan Thorium (Th), karena unsurtersebut tidak tercantum dalam paper Saudara, pad a hal unsur tersebut sering terdapatbersama bijih uranium.

Ketiga, dapatkah Saudaramemberikanbesar biaya yang diperlukan untuk menga.nalisabijih uraniummenurut, ketiga methode yang Saudara kemukakan.

32

SOEDY ARTOMO:

Pertama,grain size memang berpengaruh pada analisa bijih uranium. Pada umumnyadapat dikatakan bahwa makin kecil grain size akan makin menguntungkan untuk keperlu­an analisa. Sayang sekali saya tidak dapat menjawab bcrapakah grain size yang paling baikuntuk keperluan analisa karena belum mengadakan experiment dalam hal ini dan juga be­lum pernah mendapatkan data dari literature-literature.

Kedua, saya belum mengetahui secara pasti pengaruh Th pada intensitas fluoresensi.Tetapi dengan melakukan isolasi U dengan cara sepcrti disebut dalam kertas karya dankemudian mengerjakan salah satu at au kedua-duanya. Cara penambahan dan cara pengen­ceran bentuk gangguan Th pada intensitas fluoresensi (baik rekaman atau penguatan) sudahdapat terkoreksi.

Ketiga, sayang sckali saya belum pernah menghitung berapakah biaya analisa untuksatu cuplikan pada masing-masing methode tersebut. Tetapi jelas bahwa dapat dibandingaknbiaya analisa dengan methode kimia akan paling mahal (membutuhkan perlakuan kimiayang cukup berbelit-belit) kemudian methode fluoresensi dan termurah adalah methodespektrometri sinar gamma.

PRATIWI A.S.:

Pertama, ekstraksi satu jam dianggap sudah melarutkan semua U. Apakahsisanya juga dicek dengan ekstraksi yang lebih lama?

Kedua, perbandingan pada tabel pertama dan tabel terakhir sebelum kesim­pulan tidak dapat menyimpulkan bahwa cara non destructive (analisa sinar gam­ma) lebih baik atau buruk.

SOEDY ARTOMO:

Pcrtama, pada percobaan-pcrcobaan ekstraksi y:mg lebih lama dari satu jam,memberikan hasH harga konsentrasi U yang sama, sehingga dapat dianggap eks­traksi I jam sudah kwantitatip.

Kedua, dengan methode yang sama, seorang analiser yang berpengalamandapat memperoleh ralat yang lebih kecil daripada dalam tabel. Selain itu penen­tuan lebih baik atau buruknya tidak hanya dipandang dari segi ralatnya saja, te­tapi juga hal-hal seperti tersebut dalam halaman terakhir.

SUTARYO SUPADI:

Pertama, pad a methode-methode fluoresensi dan spektrometri sinar gammahasH-hasH yang saudara dapat lebih besar atau lebih kecil dari harga-harga reference.Tetapi pada methode kimia hasH-hasH Saudara selalu 5 -6% dibawah harga referen- .ceo Apakah ini inherent dari methode analisa kimia atau soal lain?

Kedua, bagaimana pendapat Saudara tentang analisa bijih uranium dengancara "delayed neutron technique" dibanding dengan cara-cara yang saudara sebuttadi?

SOEDY ARTOMO:

Pertama, sebenarnya setiap methode analisa yang memerlukan suatu perlaku­an kimia' selalu akan memberikan hasil yang lebih rendah dari harga yang sebenar­nya. Hal ini disebabkan tidak ada proses kimia yang bersifat kwantitatip 100%,walaupun sclalu diadakan usaha-usaha pendekatan semaximal mungkin. Tetapidalam hal harga-harga reference yang dibcrikan oleh I.A.E.A. harga I tcrscbutjuga ditentukan dengan metoda-metoda kimia, sehingga seharusnya bisa diperolehharga yang tepat. Menurut pendapat saya adanya hasil-hasil analisa- metoda kimiayaag saya lakukan selalu lebih kecil dari harga sebenarnya disebabkan adanyapendekatan-pendekatan kearah kwantitatip 100% kurang berhasil terutama pada .sistem pelarutan bijih. Oleh sebab itu sebenarnya harga-harga pad a metoda fIuore-

33

sensl Juga akan selalu lebih kccil, tetapi karcna metoda ini mempunyai ralat yanglcbih bcsar (scbab pcrlakuan-perlakuan kimia yang dikerjakan pada metoda ini

!crpaksa !erhaJap konscn!ta~i-k6~~JAlmi m~~ium~nn~louill [Q[iI) /lUll ju~]oilperoleh harga-harga yang lebih besar dan harga-harga reference. Saya berpendapatbahwa harga-harga pada metoda-metoda kimia dan fluorecensi akan dapat lebihkedl ralatnya seandainya dikerjakan oleh seorang analis yang berpcngalaman wa­laupun mcnggunakan metoda yang sama.

Kedua, sayang sekali saya tidak bisa memberikan jawaban yang mcmuaskanuntuk pertanyaan-pertanyaan no.2 ini karena saya belum begitu ban yak tahu ten­tang "delayed neutron technique", juga sarna sekali belum pernah memikirkan ex­penmen dengan metoda ini.

34·