ABSTRAK

pemakaiana bahan mineral lokal sebagai bahan altematif pengolahan limbah cair yang mengandung unsur radioaktif khususnya uranium. Percobaan dilakukan ...

0 downloads 9 Views 1MB Size
386

ISSN0216-3128

KAJIAN PENGARUH PENGAKTIFAN ZEOLIT PENGUNGKUNGAN LIMBAH URANIUM.

Ign. Djoko Sardjono.dkk

SECARA

KIMIA

UNTUK

Ign.Djoko Sardjono, Prayitno, Herry Poernomo, Nurimaniwathy, Sukosrono Puslilbang. Teknologi MC!jll Yogyclkclrla-BA7"AN.JI.Babarsari Kolak Pas 1008 Yogyakarla 55010

ABSTRAK KAJIAN PENGARUH PENGAKTIFAN ZEOL/T SECARA KIMIA UNTUK PENGUNGKUNGAN LIMBAH URANIUM. Telah dilakukan penelitian pengaktifan bahan minerallokal leolit dengan H2SO4 dengan variasi kadar 0, 5, 10 dan 15 % dan pemanasan dengan tungku pemanas pads suhu 100 -400 Q C untuk mengkaji keefektifannya dalam pengungkungan limbah uranium dengan kadar 100 ppm. Secara eksperimental penelitian ini merupakan tahap awal dari studi pemakaiana bahan mineral lokal sebagai bahan altematif pengolahan limbah cair yang mengandung unsur radioaktif khususnya uranium. Percobaan dilakukan dengan melewatkan umpan larutan uranium berkadar 100 ppm dengan pH = 4 ke dalam suatu kolom yang diisi zeolit yang sudah diaktifkan dengan ukuran butir -100/+200, -80/+100 dan -60/+80 mesh. Hasil dari percobaan dengan mempertahankan kecepatan alir umpan = 2.5 ml/menit, pH = 4 dicapai kondisi proses dimana fraksi uranium yang terkungkung dalam kolom zeolit yang dinyatakan dengan nilai FDU=70. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa pengaktifan yang paling efektif dicapai dengan H2SO4 sebagai bahan pengaktif yang berkadar 5%. Untuk ukuran butir zeolit -100/+200 mesh dan waktu kejenuhan yang dicapai untuk ukuran butir zeolit -100/+200 mesh = 3030 menit.

ABSTRACT EVALUA TION OF CHEMICALL Y ACTIVA TED ZEOLITE FOR IMMOBILIZING THE URANIUM WASTE. The experimental investigation on the chemically activated local mineral material of zeolite using H2SO4 with its various concentration of 0, 5, 10 and 15 % and heating them by a fumace at the temperature of 100 -400 0 C for evaluating their effectiveness on the immobilization of uranium waste with the concentration of 100 ppm. Experimentally, this investigation is the first step of local mineral material usage as an altemative material for the treatment of liquid waste containing radioactive element especially uranium. This investigation was petformed by passing uranium solution feed with the concentration of 100 ppm , pH=4 through the glass column containing activated zeolite with the grain size of -100/+200, 80/+100 and -60/+80 mesh. The experimental resulted by maintaining the feed flow rate of2.5 ml/min.,pH=4 obtaining the process condition in which uranium fraction contained in the zeolite column is given by DFU = 70 .Therefore ,it could be concluded that the most effective activation was obtained with H2SO4 as an activation material of the concentration = 5%., for the zeolite grain size of -100/+200 mesh and the saturating time gained for the zeolite grain size of -1 00/+200 mesh = 3030 menit.

PENDAHULUAN M

enurut SARNO HARYANTOIIJ zeolit merupakan suatu bahan lokal yang tclah dikenal dimasyarakat sebagai bahan karena karakteristik mineralnya dengan porositas yang besar, bentuk tak teratur dan mcmpunyai sifat scrap yang tinggi. Di dalam masyarakat mcnurut MURSI SUTARTI dan MINTA RACHMAWATII2J zcolit telah merambah di segala bidang pcnggunaan di antaranya di bidang peternakan scbagai bahan

penggemukan, kesehatan kandang, penambah ketahanan penyakit clan penyerap kontaminan. Di bidang pertanian sebagai pupuk, peningkatan produksi, penyerap logam berat dalam tanah, per,mtara herbisida dal1 fungisida. Di '.bidang kedokteran/kesehatan sebagai bahan tapal gigi, semen gigi dan mahkota gigi. Di bidang bangunan scbagai semen, agregal ringan, pcnyerap air/zat pengotor. Di bidang industri sebagai bahan pengisi, bahan pcnycrap tinla dan meningkatkan ketahanan terhadap panas, sinar dan asam (pada industri

Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan P3TM-BATAN Yogyakarta, 25 -26 Juli 2000

dan Teknologi Nuklir

19n.Djoko sardjono. dkk

ISSN0216-3128

kertas), sebagai bahan yang berfungsi lIntuk meningkatkan modulus elastistisitas, mencegah polimerisasi pada proses vulkanisasi (pada industri ban),sebagai penyusun detergen dan penurun kesadahan air (pad a industri sabun), sebagai penyerap CO2, H2O dan H2S dalam gas slam, katalisator proses alkilasi,isomcrisasi dan pemecahan serfs pengeringan (pada industri minyak bumi /gas alam). Dan di bidang lingkungan zeolit bisa difungsikan sebagai bahan pengolah air /penyerap kotoran, penyerap limbah radioaktif dan

polutan udara selia pengayaan O2 di ruangan. Rumus kimia dari zeolit menurut MICHAEL F.ASHBY & DAVID RH JONES!]] dapat dituliskan sebagai M2nO.AI2O].xSi02.yH2O dengan M=kation alkali/alkali tanah, n= valensi dari logam alkali dan x = bilangan tertentu(2-IO) selia y = bilangan tertentu(2.7). Dengan melihat komposisi mineralnya zeolit yang dominan ialah klipnoptilolit dengan rumus kimia (Na4K4)AlsSi4oO% .24 H2O dan Nas (AlsSi4oO96 ).24 H2O mineral ini merupakan zeolit tipe Si sedang dengan perbandingan Si/ AI=5 dimana sifat mineral ini ditentukan aleh perbandingan Si dan AI nya. Fungsi dari zeolit ini bisa ditingkatkan dengan memodifikasi sifat alaminya dengan proses pengaktifan baik secara fisis maupun kimia. Secara fisis dengan pemanasan pad a suhu 300 -~C yang berdampak pacta penambahan luas permukaan pori karena tcrjadi penguapan air dalam kristal. Secara kimia dengan larutan 1-l:S04 encer menjadi zeolit yang kaya H atau NaOI-luntukmen1bcrsihkan permukaan pori, menghilangkan senyawa pengotor dan mengatur kembali letak atom yang dapat dipertukarkan. Menurut PC.SumardiI4J, zeolit merupakan mineral yang mempunyai sifat magis, mempunyai sifat penl1ukaan negatif paling besar, mempunyai struktur kristal yang unik yakni sifat fisis zeolit dapat diubah sesuai kebutuhan asalkan sifat alaminya (permukaan negatifnya) tidak hilang. Zeolit tersusun dari mineral yang terdiri dari unit kristal aluminium silikat hidrat yang mengandung alkali/alkali tanah. Scmakin kccil ukuran butir (pecahnya ikatan menyebabKai, i11uatan~egatipnya bertambah bcsar) scmakill besar kemampuan serapnya. Dari rumus kimia zeolit M2nO.AI2O].xSi02.yH2O, M2nO merupakan gugus yang mengandung kation yang dapat dipertukarkan, AI2O].xSi02 adalah unit tetrahedral dan yH2O adalah air hidratnya. Jenis zeolit alam pada umumnya ditandai oleh jenis kation yang dapat dipertukarkan, [NaK][AI2Si024].6H2O,

sepcrti sehingga

klinoptilolit mahalnya zeolit

ditentukan dari kandungan klinoptilolit;Kemudian jenis zeolit yang lain ialah modernit [Na][AISisOIJ.3H2O merupak~~~ng sifat

387

karakteristiknya ialah mempunyai struktur rongga sehingga kapasitas serap molekulemya besar dan mempunyai sifat muatan elektrostatik negatip pada permukaan unit kristal. Pada pemakaiannya sebagai bahan pcnukar/penyerap ion, zeolit dapat aktifkan secarakimia dengan mengubahnya menjadi zeolit H (zeolit yang kaya H) bila pengaktifannya menggunakan larutan asam encer (asam pekat akan merusak struktur kristalnya karena" proses dealuminasi) dan menjadi zeolit Na/ zeolit NH4 bila pengaktifannya menggunakan larutan NaOH atau NH4OH encer. Pengaktifan zeolit sendiri secara fisis bertujuan untuk mem~~;-ronjgga daD secara khemis menghilangkan logam-:ro-gam~ng tidak bermanfaat untuk pertukaran ion. Dari penjelasan di atas, maka penelitian ini ditujukan untuk melakukan kajian terhadap kemampuan zeolit sebagai mineral lokal yang telah diaktifkan secara khemis maupun fisis untuk mengungkung !imbah uranium dengan melihat kemampuannya dalam menyerap/mengikat unsur uranium yang ada dalam limbah. Secara sederhana

proses

kimia

penyerapan/pengikatan

unsur uranium dalam zeolit yang telah mellgalami aktifasi secarakimia adalah sebagaiberikut: Zeoli! (Ze) + H+-+ Ze H

(1)

le H + U6+~ leU + H

(2)

TATA KERJA Bahan Bahan limbah cair yakni larutan uranium dengan kadar awal = 100 ppm, zeolit seberat 10 gr. dengan ukuran

butir

-100/+200,

-80/+100

clan -

60/+80 mesh, larutan asam encer H2SO4 dengan kadar 0,5,10 clan 15%, arzenazo dengan kadar 4% sebanyak 4 mI. Sebagai pengompleks pada analisis kadar umpan pra olah dan residu pascaolah.

Alat

Penelitian

a. Alat Prosesscpcrti Kolom gelas dengan diameter kolom 1 cm, pompa dosis Masterflex diatur dengan debit 2,5 ml/men. Rangkaian skematis dari alat proses yang dipakai dalam percobaan ini dapat dilihat pada gambar I. b. Alat Analisis/Alat Cacah seperti: Alat analisis spektrofotometer, merk Spcctronic 20, timbangan elektrik Sartorius dengan ketelitian lO~g, kertas pH universal c. Peralatan gelas "

Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir P3TM-BATAN Yogyakarta, 25 -26 Juli 2000 .

m-u-Timen\To fu

388

ISSN0216-3128

Pompa

~

dosis

kcmbali kemudian direndam da\am larutan H2SO4 d~llgan kadar 5 dan 10% kcmudian dimasukkan ke dalam kolom gelas dengan ukuran diameter kolom 1 cm d.m sclanjulnya dialiri dcngan larutan lJranium b~rkadar 100 ppm. K~c~patan aliran larutan U ke

dalam kolom dengan bantuan pompa masterflex

'i

tcrscbut diatur !iupaya tetap = 2,5 ml/menit.

.'.':.~:~~.'

Setiap

30 menit keluaran larlltan llranium dari kolom (clluen) ditampung dan dianalisis kadar U nya untuk menghitung fraksi yang terkungkung dalam

Wadah umpan

Bahan -penyangga

kolom yang dinyatakan dalam nilai FDu Untuk mcnentukan waktu kejenuhan dari zeolit tersebut, dicvaluasi kadar U dari elluen sampai dengan nilai

(ge/as wool)

FOt;=

Penampung Larutan

Gambar/. Skemaa/,,/proses Metode

Ign. Djoko Sardjono.dkk

Penelitian

Penyiapan larutan limbah Larutan limbah uranium yang digunakan dalam penelitian ini limbah simulasi menggunakan serbuk uranil nitrat UO2.(NOJ.6H2O. yang dilarutkan dengan akuades sehingga kadarnya = 100

ppm.

I.

HASIL

DAN PEMBAHASAN

Pl'rcobaall pcngarull pclIgaktifall dcngan H2SO. Ukuran butir sangat bcrpcngaruh pacta kemampuan kllngkung dan waktu kejcnuhan dari Zeolit, ctengan scmakin kecilnya ukural1 butir zeolit kemampuan kungkung zeolit (yang dinyatakan ctengan nilai fOll) scmakin besar scpcrti tcrlihat pacta hasil pcrcobaan berikut (Tabel I): Tabell,

Hubungall ukurall butir dengan fraksi U (FDu) dan waktu kejenuhan (men)

QkQr~~~t~~eolit,m~_sh -80/+100 -100/+200 -60/+80 .4,"1. 'I FD UI limen) U -t (me;:;) 42 930 525 510 14 360 70 3030 35 1770 3.82 1230 1230 10 600 10 600 7 540 540 110 1.83 330 ~~ 300 ~.~~o300 ~-~ M2S0

Percobaan pengaruh pengaktifan dengan HzSO" Zeolit seberat 10 gram, dengan ukuran butir masing-masing -100/+200, -80/+ 100 dan -

I

25

510

35

60/+80

mesh

diaktitkan

dengan

merendamnya

dalam larutan H2SO4 dengan kadar 5 dan 10% kemudian dimasukkan ke dalam kolom gelas dengan ukuran diameter kolom 1 cm dan selanjutnya 100 ppm.

dialiri dengan larutan urallium bcrkadar Kecepatan aliran larutan U ke dalam

kolom dengan bantuan pompa masterflex tersebut diatur supaya tetap = 2,5 ml/mcnit. Sctiap 30 menit keluaran larutan uranium dari kolom (efluen) ditampung dan dianalisis kadar U nya untuk menghitung fraksi yang terkungkung dalam kolom yang dinyatakan dalam nilai FDu Untuk menentukan waktu kejenuhan dari zeolit tersebut, dievaluasi kadar U dari efluen sampai dengan nilai

0%

5% KadarH2SO410%

15%

FDu= I. Percobaan

Pengaruh

Pengaktifan

dcngan

Pemanasan Zeolit seberat 10 gram, dengan ukuran butir masing-masing -100/+200, -80/+ I 00 dan 60/+80 mesh diaktifkan dengan memanaskanya di dalam tungku pemanas dengan suhu pemanasan dari 100 -5000 C selama I jam dan setelah didinginkan

Gailibar 2. Pengaruh kadar H2SO4 terhadap FDu Percobaan Pcngaruh Pcngaktifan dengan Pcmanasan Pada Suhu Tertentu. Suhu pemanasan sangat berpengaruh pacta kemampuan kungkung dan waktu kejenuhan dari Zeolit, dengan semakin tinggi suhu pemanasan,

Prosiding Pertemuan dan Presell.tasi Ilmiah Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan P3TM-BATAN Yogyakarta, 25 -26 Juli 2000

dan Teknologi

Nuklir

kemampuan kungkung zeoli! (yang dinyatakan dengan nilai FDu) semakin besar seperti terlihat pada hasil percobaan berikut ('FaBel2): Tabel 2. Hubungan Ukuran butir dengan fraksi U (FDu) dan waktu kejenuhan (menit) Uku~!!rzeolit,

!Suhu, OC

.1QQ/.:'"~~ ---~-~I_EQY~II

mesh

~O!+100

(men}

'100__1 23.331

~

I~~-

21 70 21

80,

240~

-l.§Q. 3030

2520

10,5 35 14

.60/~ FDU II (men) 1.4 I 150 630 32 I 1230 1140

FDU

70. 60

50] 40 ~ 30. 20

DAFTAR

PUSTAKA

1. SARNO HARJANTO, Lempung, zeolit, dolomit dan magnesit, Publikasi Khusus Direktorat Sumber Daya Mineral, Direktorat Jenderal Geologi dan Sumber Daya Minera, Departemen Pel1ambangandan Energi Republik Indonesia, No.29, Khus., Januari 1987. 2. MURSI SUTARTI & RACHMAWATI, Zeolit: Tinjauan Literatur, Pusat Dokumentasi dan Illformasi Ilmiah, Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia, (1994). 3. MICHAEL F.ASHBY & DAVID RH JONES, Engineering Materials 2 : An Introduction to Micro Structures, Processing and Design, International Series on Materials Science and Technology, Vol.39, Pergamon Press, Headington Hill Hall,Oxford, England (1986). 4. PC.SUMARDI, Komunikasi Pribadi Tentang Kegunaan Zeolit Dalam Pengolahan Limbah Radioaktif, di P3TM Yogyakal1a (1999).

10 '-

0 .100C

200C

Suhu, C

300C

400C

Gambar 3. Kul"Va hubu/1gansuhu (OC)versus FDu

TANYA

KESIMPULAN

Murdani S. »

Kesimpulan yang dapat ditarik dari hasil penelitian ini ialah bahwa: a. Fraksi uranium yang tcrkungkung dalam 7.colit

bertambah

besar dengan

UCAPAN

TERIMA

KASIH

Pcnclitian ini bisa disclcsaikan alas jcrih payah dan dukungan dari Sdr. Sunardi, Ajun Pranata Nuklir Sub £3idang PLKL, £3idang K3. Untuk Sdr. Sunardi kami mengucapkan Icrima kasih atas bantuannya.

Prosiding Pertemuan

Zeolit yang Bapak gunakan berasal dari mana?

» Berapa % efisiensi pengungkungan dengan Zeolit? » Apab11adibandingkan dengan bahan lain mana

semakin kecilnya

ukuran butir 7.colit l,aik tanl,a rcngaktifan asam, maupun dcngan pcng-aktiran a5am 5 dan 100/1) dengan data yang dinyatakan dalam nilai rD. b. Waktu kcjcnullan uari 7.colil l,crlamhah ucngan semakin kecilnya ukuran butir zeolit . c. Fraksi uranium yang terkungkung dalam zeolit clan Waktu kejenuhan dari zeolit bertambah bcsar dengan semakin tingginya suhu pcmanasan dari IOO°C sampai dengan 300°C.

JAWAB

~

yang lebih baik ? (bahan lain yang setara) Apa kelebihan Zeolit dan kelemahannya sebaga bahan pengungkung limbah cair ?

Ign. DJoko S. ~ ZeD/it yang kami pakai, Zeolit /oka/ yang herasaldari DIY ~ Ejisiensipengungkunganterhesardiuji pada pengaruh dengan H2SO4 5% dan pemanasan300 DC. ~ Dibandingkan dengan hahan /oktll lain misa/nya hentonit, zeD/it lehih haik dalam kapasitaspen,l;'lingkungannya. ~ Ke/ehihannyazeD/it re/katif mudah didapat dan mura, di Indonesia,mempunyaipotensi pe/1ggul1oon yang Ilia.\' misalnya di bidang industri, pertanian, perumahan dan /ingklmgan. Kekurangannya ia/ah zeolit nI~//1punyaipotensi yang besar tergantung

dan Presentasi Hmiah Penelitian Dasar Hmu Pengetahuan P3TM-BATAN Yogyakarta, 25 -26 Juli 2000

dan Teknologi Nuklir

390

ISSN0216-3128

pada lokasi pengambilannya dan komposisi mineralnya yang sangat bervaria.\'[

koll/ponen yang bida dipertukarkan yakni MZn-O dengan H+, Dan komponen H+ inilah yang diperlukarkan dengan U6+ dari fill/ball uraniu/IIn) 'a, ~ Pada pell/anasan > 400 °C kapasilas zeD/it lI/e./1U/'lmkarena terjadinya kerusaka" pada struktur krista//nya. Benar pendapat anda.

Dwi Wahini N. ~

Faktor-faktor apa saja yang bisa mempcllgaruhi masuknya uranium ke dalam zeoli! ?

Ign. DjokoS. .t;.. Faktor-faktor yang bi.\'a mempengaruhi ma,s'uknya uranium ke cia/am zeo/it ia/ah ukuran butir potensiu/ t~rtukar ionnya. Dungeon mengaktifkan zeolit a/am baik secara kimia dan fisiko maw potensial pertukaran ion dan kel/lal/lpuCJ/1serap dari zeD/it bertambah. Sukirno }-o Pada pertukaran ion, ion apa yang dipl:rlukan untuk mengikat U6+. Dan apakah ion yallg aktif tidak ditingkatkan konsentrasinya, misalnya dengan penambahan atau direndam dengan asam. }-o Pad a pemanasan > 400 °c kapasitas menUrlln berarti

struktur

zeolit

teljadi

kematian

?

bagaimana pendapat bapak.

Igll. Djoko Sardjono, dkk

Fathurrachman ~

Apakah proses ini sudah dilihat dari sisi ckonomisnya (Zeolit diaktivasi dengan H2SO4) hanya untuk mengungkung U -100 ppm dalam limbah puluhan mJ ?

/gn. Djoko S. -'? Me/lgiI1g(/t bahan zeolit lI/erupakan mineral /oka/ yang terdapat hall/pir seluruh wi/O}Iah Indonesia, sehingga secara ekonomis bisa dipertill/bangkan dibandingkan dengan ballal1 /ail1 yang beljimgsi sarna misalnya resin yal7g me/'llpakan bahan non-iokal (iII/porI). Zeolil i/li bisa difungsikan juga sebagai bahan lI/inera/ untuk pemungutan (recovery Ural1i/ill/) sehingga mempunyai ni/ai eko/loll/is.

Ign. Djoko S. -Q- Sebelum difun,~.\'ikan sehagai penukar iO11, zeolit alam yang kami teJiti lebih dahulu diaktijkan secara kimi(1 dal1 jisika. Secara kimia denga/1 H2SO4 untuk mengaktiJkal1

Prosiding Pertemuan

dan Presentasi Ilmiah Penelitian Dasar Ilmu Pellgetahuan P3TM-BATAN Yogyakarta. 25 -26 Juli 2000

dan Teknologi Nuklir