PENGOLAHAN LIMBAH REFLEKTOR HASIL …digilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/HSL PENEL P2PLR TH... · Hasil Penelitian P2PLR Tahun 2002 PENGOLAHAN LIMBAH REFLEKTOR HASIL REFURBISHMENT

Hasil Penelitian P2PLR Tahun 2002

PENGOLAHAN LIMBAH REFLEKTOR HASIL REFURBISHMENT REAKTORTRIGA MARK II DENGAN METODA ELEKTROLISA

Muly:>no DaryokoF'usat Pengembangan Pengelolaan limbah Radioaktif

ABSTRAKPENGOLAHAN LIMBAH REFLEKTOR HASIL REFURBISHMENT REAKTOR TRIGA

MARK II DENGAN METODA ELEKTROLISA. Telah dilakukan studi untuk mempelajaripengolahan limbah reflektor (grafit) hasil refurbishment dengan cara elektrolisa. Metode yangdigunakan adalah dengan mengadopsi pen9!it:an-penelitian relevan yang telah dilakukansebellJl;lnya. Oari studi ini didapat kesimpulan bahwa kecepatan peruraian bahan-bahanorganik dengan cara elektrolisa tergantung pad a berat molekuillya. Kecepatan peruraian grafitpada sel elektrolisa dengan media 3M HNO3.O,5 A~NO3 dengan tegangan 3V dan suhu 27°Cadalah 0,54 mI/Amp.jam. Kecepatan peruraian grafit £emakin besar dengan kenaikan suhu,arus elektrolitik serta konsentrasi dari larutan medianya ( asam nitrat dan perak nitrat).

ABSTRACTSTUDY TREATMENT OF REFLECTOR WASTE BY ELECTROLYTIC OXIDATION

METHODS. The treatment of reflector by electrolytic oxidation methods has been studied. Themethods of study used by adoption some relevant experiment before. The results show thatthe destruction rates of the organic material dcpend of his molecular weight. The destructionrate of graphite of the electrolytic cell 3M HNO3,O.5 AgNO3 at temperature 27'C, 3V Voltage is0.54 ml/Amp-hr. The destruction of graphite increase with an increase of temperature,electrolytic current and the media of nitric acid and silver nitric concentration.

PENDAHULUANReflektor bekas hasil refurbishment Reaktor Triga mark II Bandung

terbuat dari bahan grafit yang dilapisi dengan logam paduan AI (AI 60-61- T651),mempunyai dosis radiasi di permukaan dalam 28 rad/jam[1J. Radiasi ini dapatberasal dari hasil aktivasi maupun kontaminasi paduan AI atau baut-baut bajatahan karat yang tertinggal di dalam reflektor(1), sedangkan radiasi yang berasaldari aktivasi grafitnya sendiri diperkirakan kecil. Nuklida dominan yang terjadidari hasil aktivasi AI maupun baja tahan karat adalah Co-60, sedangkan nuklidadominan yang terjadi dari hasil fisi dan tertinggal pada permukaan luar ataucrud pad a reflektor adalah Cs-137[1]. Nuklida hasil aktivasi dari grafitnyaadalah H-3 Jan C-14.

Reflektor bekas ini adalah limbah radioaktif yang harus diamankan. Untukmendekontaminasi permukaan reflektor bisa dengan dekontaminasi kimiamenggunakan larutan NaOH yang dikombinasi dengan senyawa pengompleksatau asam. Badan reflektor atau grafit yang mempunyai komponen utamakarbon dan sedikit hydrogen, menurut studi Van Aisenoy dan Rahier[2J, bisadiperlakukan seperti limbah organik.

Secara konvensional limbah organik dapat diproses dengan carainsenerasi. Namun untuk beberapa jenis limbah organik, metode ini memilikimasalah-masalah yang berkaitan dengan emisi gas dan korosivitas terhadap

Hasil Penelitian P2PLR Tahun 2002

bahan[3]. Banyak jenis limbah organik yang mempunyai emisi gas yang sangatberacun, sehingga pada pengolahan limban jenis ini harus rr.emerlukan sistempenanganan gas buang _yang sangat memadai. Demikian pula untuk beberapajenis limbah organik, dapat menimbulkan gas atau cairan yang sangat korosif,sehingga akan memperpendek umur peralatan/sistem yang digunakan. Hal-haldi atas akan semakin berbahaya, jika limbah organik tersebut adalah limbahradioaktif. Limbah organik jenis ini, lebih-lebih yang pemancar a, pengolahandengan cara insenerasi akan menyulitkan, baik pengamanan gas buangmaupun penangan limbah pada saat dilakukan dekomisioning. Sebagaipenggantinya sekarang dikembangkan pengolahan limbah organik dengan caraelektrolitik atau elektrokimia.

Dibanding dengan cara insenerasi, pengolahan limbah organik denganmetode elektrokimia £:~r:gat menguntungkan. Disamping dengan akanterhindarkannya masalah-masalah yang disebutkan di atas, keuntungan-keuntungan lain yang dlperoleh dari teknik ini adalah limbah sekunder yangterj,adi relatif kecil, dapat dioperasikan pad a suhu rendah, cocok dikembangkandengan menggunakan ~roses kontinyu dan dapat divariasikan pad a daerah pHyang besar (0 sId 14) 4]. Metode ini terus dikembangkan, se:ring denganperkembangan ditemukannya beberapa bahan elektroda dan bahan membranserta inovasi-inovasi metode teknik kimia. Sebagai contoh saat ini semakinbanyak ditemukan bahan elektrode yang mempunyai stabilitas kimia maupunfisika yang sangat tinggi, konduktivitas listrik yang tinggi, non fouling, elektrodepotensial tinggi dan mempunyai tegangan lebih yang rendah, yangkesemuannya merupakan sifat-sifat yang baik terhadap efisiensi dari reaksielektrolisisnya.

T eknik elektrokimia ini didasarkan pada perpindahan elektrori yangdikendalikan oleh perbedaan potensial listrik. Teknis pelaksanaannya dapatdilaksanakan dengan metode oksidasi secara langsung dan secara tidaklangsung. Yang dimaksud secara langsung ialah apabila bahan yangdioksidasi, langsung diberlakukan sebagai salah satu elektroda (disebute/ectropolishing) , sedangkan disebut tidak langsung, jika pada oksidas: inimenggunakan media sebagai katalisator,

Dilihat hasil akhir dari metode ini ada 2, yakni peruraian/perusakan(destruct) dan dekontaminasi. Untuk pengolahan limbah organik katagorinyaadalah peruraian/perusakan. Bahan organik limbah dapat diuraikan/dirusakdengan proses ini, yang pada umumnya akan menjadi air, karbondioksida,karbor,t~onoksida dan bahan-bahan anorganik[2,4,S]. Reaksi-reaksi yang terjadipada sel e!ektrokimia dengan larutan media AgNO3 adalah sebagai berikut :

Ag+ ~ Ag+2 + e- (anode)

1

2H+ + NO3- + e- -j. NO2 + H2O (katode) (2)

4H+ + NO3- + 3e- -')- NOx + 2H2O (katode) (3)

Jika pada larutan anolyte (Iarutan yang terdapat pada anode) diberikan bahanorganik, maka akan terjadi reaksi sebagai berikut :

126

HasiJ Penelitian P2PLR Tahun 2002

(5)

2Ag+ ~ 2Ag+2 + 2e-

2Ag+2 + H2O ~ 2Ag+ + 2H+ + (0)

Organik + (0) ~ CO2 + CO + H2O + anorganik(6)

Pada gel elektrolisis ini H+ akan bermigrasi melewati membran ke ruang katode,

sedangkan Ag+2 selalu akan diperbarui. Reaksi keseluruhannya adalah :

Ag++ + Organik + H2O~ Ag+ + CO2 + CO + anorganik (7)

Untuk grafit, bilamana diproses secara elektrokimia kemungkinan reaksi yangterjadi adalah sebagai berikut :

C + H2O + Ag++ ~ CO2 + CO + Ag+ + anorganik (8)

Gas karbonmonoksida dan karbondioksida yang keluar dalam bentuk gas dapat

ditangkap dengan HEPA filter, sedangkan cairan anorganik yang terjadi yangmempunyai kandungan zat radioaktif yang rendah dapat diperlakukan sebagailimbah radioaktif cair aktivitas rendah.

Optimasi dari reaksi ini tergantung kepada suhu, arus elektrolisis,konsentrasi dari larutan media maupun larutan penyangganya dan kecepatan

pengadukannya (untuk proses batch). Pada studi ini, yang mengacu padapenelitian sebelumnya[t] dipelajari kemungkinan pengaruh-pengaruh tersebutterhadap parameter-parameter di alas.

METODOLOGITujua!:l studi ini adalah mempelajari sejauh mungkin pengolahan limbah

reflektor (grafit) dengan cara elektrokimia. Metode yang digunakan adalahstudi pustaka, me:1gadopsi pernyataan-pernyataan dan data-data yang relevanuntuk kemudian dikaitkan dan dibahas dengan sifat-sifat dari limbah tersebut.Untuk kecenderungan sifat-sifat peruraian grafit (karbon), diadopsi dari sifat-sifat. peruraian beberapa bahan organik, sedangkan kecenderungan sifat-sifatpengaruh dari parameter-parameter, dibandingkan dengan sifat-sifat bahanTBP.

PEMBAHASANOari penelitian Almon dan Buchanan[6], didapatkan sifat-sifat peruraian

beberapa bahan organik menggunakan metode elektrokimia. Pada penelitiantersebut digunakan larutan media 3M HNO3, O.5M AgNO3r suhu 27°C dantegangan 3V (Tabel 1).

127

Hasil Penelitian P2PLR Tahun 2002

Tabel1. t\.eCeDatan Deruraian dari beberaDa bahan orqanik[6]

mUAm0;0,270,490,44Q31

1.2.3-

4.5.

BenzenaTn' butyi phosphate (TBP)

Metanol

PropanolCvcloooxana

Mengacu dari Tabel tersebut menunjukkan bahwa kecepatan peruraiandari bahan-bahan organik tergantung pad a berat molekul dari masing-masingbahan. Hal ini bisa difahami karena semakin tinggi berat molekul dari suatubahan, maka energi aktivasi yang dibutuhkan untuk reaksi tersebut jugasemakin tinggi. Oari Tabel ini perkiraan kecepatan peruraian bahan grafitdidapat dari ekstrapolasi bahan-bahan tersebut berdasarkan berat molekulnya

(Gambar 1).

0$

0,,6

o~i.("1i..I.."!;1.~

OJ

02

OJ

i)

0 54 100 1r,o ~ 2" )00

Gambar 1. Berat Molekul beberapa senyawa organik lawan

kecepatan peruraiannya

Oari Gambar ini didapatkan kecepatan peruraian bahan grafit adalahO,54ml/Amp.jam. Oisamping itu juga didapat suatu faktor, yang jika mengacupada penelitian[71. dapat digunakan untuk memperkirakan pengaruh daribeberapa parameter terhadap kecepatan peruraian limbah reflektor.

128

Hasil Penelitian P2PLR Tahun 2002

Pada Gambar 2 menunjukkan bahwa kenaikan suhu akan memperbesarkecepatan peruraian grafit. Hal ini disebabkan karena faktor keseimbangan (k)pada reaksi (4), (5) maupun (8), semua tergantung pada suhu, dan semakintinggi, harga k akan semakin tinggi pula.

Mengacu pada Gambar 3, semakin tinggi arus elektroHtik makakecepatan peruraian akan semal<in besar. Semakin tinggi arus elektrolitik,konsentrasi Ag+2 akan semakin besar, dan berikutnya reaksi (5) maupun (8)akan semakin cepat pula.

'.2

0,.

~t <>,-

I. 0.'-I

0.2

0

-0.2

Gambar 3. Pengaruh Arus ElektrolitikKecepatan Peruraian Grafit

Terhadap

129

Hasil Penelitian P2PLR Tahun 2002

Pada Gambar 4 dapat dilihat bahwa kenaikan konsentrasi asam nitratakan meningkatkan besarnya peruraian grafit. Pengaruh ini dapat difahami,karena jika asam nitrat di dalam larutan berlebihan, maka akan menurunkanafinitas antara ion-ion Ag+ dengan N03-, sehingga seolah-olah di dalam larutan

banyak terdapat Ag+, d.a,.n sudah tentu Ag+2 yang terbangkitkan juga semakinbesar. Dan berikutnya radikal bebas (0) yang terjadi dari reaksi Ag+2 dengan air

(reaksi 5) jugct akan semakin besar. Disamping itu reaksi peruraian grafit tidakhanya terjadi karena radikal (0) yang berasal dari reaksi antara Ag+2 dengan airsa!a, tetapi juga karena oksidasi dari asam nitra!nya sendiri.

1..2

1

0..8

0e"~""'.;.,

~~:2

8..u.,x

0.6

0.4

0.2

0

0 50 150 200'tOO,~...+" "~'

tW"",,,u... m..«

Gambar 4. Pengaruh konsentrasi HNO3 terhadap

kecepatan peruraian grafit

Mengacu pada G~mbar 5 pengaruh larutan media perak nitrat, sudahientiJ semakin tinggi konsentrasi pera!< nitrat, maka semakin tinggi konsentrasiAg+2, dan berikutnya akan semakin besar laju peruraian terhadap grafit. Hal ini

selanjutnya dapat difahami seperti yang telah diuraikan untuk Gambar 3.

130

HasH Penelitian P2PLR Tahun 2002

"-2

0.8

0.$

0_-4

~cE

.~

&I.tf~

O,;Z

D

Gambar E;. Pengaruh konsentrasi AgNO3

kecepatan peruraian grafitterhadap

KESIMPULANOar! f13sit studi ini didapatkan kesimpulan bahwa limbah reflektor dengan

komponen utamanya grafit bisa diuraii<an dengan metode elektrokimia.Berpijak dari studi ini, penelitian-penelitian pengelolaan limbah reflektor dapatdikembangkar,. Kecepatan peruraian bahan grafit adalah 0,54 mI/Amp.jam.Semakin tinggi suhu reaksi, arus elektrolitik dan konsentrasi larutan makasemakin besar pula kecepatan peruraian grafitnya.

DAFTAR PUSTAKA1. ALFA, T., YAZID, P. I., SALEH, C., "Status Peningkatan Daya Reaktor

Triga Mark II", Procceeding Seminar Sa ins dan Teknologi Nuklir, PPTN,Bandung, 1997.

2. ALSENOY, V. V., and RAHIEF<, A., '" he Electrochemical Oxidation of

Organic Waste and Activated Graphite by l\.g+2 in Nitric Acid: a LiteratureStudy", SCK-CEN, Belgium (1996).

3. WISNUBROTO, D. S., "Pengolahan Limbah Radioaktif Cair denganDestruksi Termal", Hasil Penelitic:n dan Kegiatan Pengelolaan LimbahRadioaktif Tahun 2001, ISSN 0852-2979.

4. SUKIGAWA, S., UMEDA. M., "Alpha Bearing Waste Treatment byElectrochemical Oxidation Technique", Safewaste 2000 (2000).

5. STEELE, D. F., "Electrochemical Destruction of Toxic Organic IndustrialWaste", Platinum Metals Rev., 1990,34, (1),10-14 (1990).

6. ALMON, A.C., and BUCHANAN, B. R., "Electrolytic Des~ruction of SpentOrganic Using Silver Catalyzed Electrochemical Oxidation (U)",Westinghouse Savannah River Site, Aiken, Soutt-. Carolina (1990).

7. DARYOKO, M., "Pengolahan Limbah TBP dengan Cara Elektrokimia"

(belum diseminarkan).

131