Limbah Cair 1

ANALISIS KONSENTRASI URANIUM DALAM LIMBAH CAIR DENGAN METODE TITRIMETRI UNTUK MEMINIMASIKAN MUF DI MBA RI-E. Oleh : Noor Yudhi dan V. Samiyoto. Pusat Pengembangan Teknologi Bahan Bakar Nuklir dan Daur Ulang

ABSTRAK Analisis Konsentrasi Uranium dalam limbah cair dengan metode Titrimetri untuk meminimasikan MUF di MBA RI-E telah dilakukan di Laboratorium Kendali Kualitas di Instalasi Elemen Bakar Eksperimental (IEBE), yang merupakan salah satu bagian wilayah di MBA RI-E, yang ditempatkan pada KMP inventori dengan kode KMP.G. Pada pelaksanaan kegiatan penelitian, telah dilakukan beberapa analisis yang menimbulkan limbah cair. Dalam rangka meminimasikan harga bahan nuklir yang tidak dapat dipertanggungjawabkan (Material Unaccounted For / MUF), telah dilakukan perhitungan kadar uranium di dalam limbah cair jenis fase air dengan metode Titrimetri dengan alat Potensiometer yang memakai pereduksi FeSO4 (ASTM C696). Analisis ini sangat perlu dilakukan untuk mendapatkan data kandungan uranium terhadap limbah dengan teliti. Metode titrimetri ini berdasar pada reaksi oksidasi - reduksi. Untuk mereduksi U (VI) menjadi U (IV) digunakan Fe (II) sulfat di dalam larutan asam phospat pekat yang mengandung asam sulfamat, sementara kelebihan Fe (II) dioksidasi oleh asam nitrat menjadi Fe

(III) dengan katalisator Mo dengan penambahan air (H2O) dan

Vanadium (IV), untuk penentuan keseluruhan U (IV) ditentukan dengan titrasi untuk standart Kalium dichromat secara potensiometrik menggunakan elektroda platinum. Untuk menentukan faktor koreksi alat yang digunakan dipakai larutan UNH standart. Dari hasil pengamatan diperoleh hasil sebagai berikut : untuk konsentrasi uranium 1 gram/ltr diperoleh faktor koreksi 0,9447 dengan standart deviasi relatif 0,051%.

Halaman 1 / 10

I. PENDAHULUAN Instalasi Elemen Bakar Eksperimental adalah salah satu instalasi nuklir di Pusat Teknologi Pengembangan Bahan Bakar Nuklir dan Daur Ulang (P2TBDU) yang berfungsi sebagai sarana penelitian dan pengembangan pembuatan elemen bakar reaktor daya yang meliputi fasilitas untuk konversi yellow cake menjadi UO2 serbuk, fasilitas peletisasi dan perakitan elemen bakar serta laboratorium Kendali Kualitas. Dalam pelaksanaan kegiatan penelitian dan pengembangan pembuatan elemen bakar reaktor daya, laboratorium Kendali Kualitas menimbulkan limbah cair jenis fase air. Sesuai dengan peraturan yang ada, inspeksi oleh pihak IAEA dilakukan setahun sekali dengan periode sekitar 12 bulan, yang didahului oleh inspeksi yang dilakukan oleh BAPETEN. Untuk membuat neraca bahan nuklir di fasilitas IEBE perlu melakukan penutupan buku dan penghitungan fisik bahan nuklir yang ada (Physical Inventory Taking / PIT) di fasilitas IEBE. Perbedaan jumlah bahan nuklir hasil penutupan buku dan jumlah fisik bahan nuklir hasil PIT disebut MUF. Perhitungan neraca bahan dilakukan dengan rumus sebagai berikut : MUF = B + I – O – E MUF = bahan nuklir yang tidak dapat dipertanggungjawabkan. B

= inventori awal

I

= masukan (misal penerimaan)

O

= keluaran (misal pengiriman)

E

= inventori fisik akhir (hasil PIT)

Inventori Buku = jumlah bahan nuklir yang semestinya ada menurut catatan buku yaitu inventori awal ditambah penerimaan, dikurangi pengeluaran. Inventori Fisik = jumlah bahan nuklir menurut kenyataan yang berdasarkan PIT yaitu inventori akhir. Dengan demikian harga MUF dapat diketahui : MUF = Inventori buku – Inventori Fisik Akhir Dari beberapa faktor yang dapat mempengaruhi MUF salah satunya adalah ketelitian perhitungan jumlah uranium yang ada dalam limbah. Halaman 2 / 10

Dalam

rangka

meminimasikan

harga

bahan

nuklir

yang

tidak

dapat

dipertanggungjawabkan (Material Unaccounted For/MUF), perlu dilakukan perhitungan kadar uranium di dalam limbah cair. Penentuan kadar uranium dapat dilakukan dengan metode

potensiometri,

gravimetri,

fluorimetri,

spektrofotometri,

polarografi,

konduktometri, spektrometri emisi, spektrometri massa dan sebagainya. Cara gravimetri dan polarografi cukup teliti tapi kurang cepat, cara konduktometri cukup cepat tetapi ketelitiannya kurang sedangkan spektrometri membutuhkan waktu lama untuk preparasi sampel. Metode Titrimetri dipilih karena mempunyai ketelitian yang tinggi dan lebih cepat. Namun perlu diketahui bahwa dengan menggunakan alat Potensiometer, ketelitian dan ketepatan metode ini dapat dipengaruhi oleh jenis reduktor, oksidator , konsentrasi titran dan media yang digunakan. Analisis uranium dengan metode titrimetri ada dua cara, yang pertama dengan pereduksi titan dan yang kedua dengan pereduksi ferro sulfat. Analisis yang dilakukan ini menggunakan pereduksi ferro sulfat sesuai prosedur ASTM C 696, ISO 7097-1983 dan Davies Gray. Metoda ini dapat untuk menganalisis uranium sampai konsentrasi 0,1 gram /ltr ( 100 ppm ).

II. TEORI

Analisis uranium secara potensiometrik sesuai prosedur ASTMC696 dan ISO 7097-1983. Analisis ini tidak dipengaruhi oleh florid, perklorat, nitrat, peroxid, Al, Si, Zn, Nb, Fe, Cr, Co, Ni, W, Cu, Pb, Pu, Th, logam alkali, dan logam alkali tanah. Penentuan konsentrasi uranium didasarkan atas perubahan potensial pada reaksi reduksi i uranium valensi (VI) menjadi uranium valensi (IV) dengan ferro sulfat di dalam larutan asam phosphat pekat yang mengandung asam sulfamat sebagai pereduksi, kelebihan besi (II) sulfat akan dioksidasi oleh asam nitrat dengan katalisator Mo (VI) . Penentuan jumlah U (IV) dilakukan dengan titrasi sampel yang sudah diencerkan dengan air, sebagai standart dipakai larutan kalium dikromat dengan menambahkan Vanadium sebagai katalisator. Perubahan potensial diukur dengan potensiometer dengan menggunakan platina sebagai elektrode. Halaman 3 / 10

Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut : Di dalam larutan asam phosphat pekat. U02 2 + + 2Fe2+ + 4 H +

U4+ + 2Fe3+ + 2H20

3Fe2+ + N03- + 4H+

Mo

3Fe3+ + N0 + 2H20

Fe2+ + N03- + 2H+

Mo

Fe3+ + N02 + H20

Kesetaraan reaksi antara U4+ dengan larutan dikromat Cr2072- + 3U4+ + 2H+

2Cr3+ + 3U022+ + 2H20

Rumus yang digunakan dalam analisis ini Konsentrasi U (Gram/ltr) = Vt x Nt 238/2 Vc Vt = volume titran kalium dikromat Vc = volume cuplikan yang dianalisis Nt = normalitas titran (0.025) Jumlah U didalam limbah cair = Fk x Vl x Konsentrasi U limbah. Fk = faktor koreksi Vl = Volume limbah

Titrasi potensiometrik dilakukan dengan mengukur perubahan potensial elektroda yang dicelupkan ke dalam larutan pada saat pereaksi ditambahkan, dan titik akhir dicapai bila tejadi perubahan potensial yang cepat pada 400-600 mV kemudian titrasi dihentikan dan hasilnya diperoleh dari pencatatan alat dalam unit gr/liter uranium.

III.

BAHAN, ALAT DAN TATA KERJA

III.1. Bahan Yang digunakan dalam percobaan. •

FeS04.7H20 (ferro sulfat) 1 M

•

H2S04 (asam sulfat) 96% (1.84) gr/ml

•

HN03 (asam nitrat) 65% (1.42) gr/ml

•

H3P04 (asam phosphat) 1.74 gr/ml

•

Larutan ammonium molibdat 0.4 %

•

Larutan kalium dikromat 0.02 M. Halaman 4 / 10

•

Larutan titer kalium dikromat 0.025 N

•

Asam sulfamat 1.5 M

•

Vanadil sulfat 0.100%

Alat yang dipakai. •

Potensiometer - Titroprocessor Metrohm 672 - Buret dosimat Metrohm 655 - Pengaduk magnit Metrohm 649

•

Peralatan gelas

•

Timbangan analitik Sartoius

•

Ependorff 50,100,250 dan 500 mikro liter

III.2. Tata kerja. Pada pelaksanaan ini diuraikan urutan cara melakukan percobaan yang dilakukan di laboratorium, urutannya sebagai berikut : •

Dibuat larutan Asam sulfat 50% dengan mencampur Asam sulfat 96% dengan air dengan perbandingan 1 : 1

•

Dibuat larutan ferro sulfat 1 M dengan melarutkan Ferro sultat 280 gr dalam 100 ml H2S04 96% dan diencerkan dengan air sampai volume 1 liter.

•

Dibuat larutan Ammonium molibdat 0.4% dengan melarutkan 4 gr ammonium molibdat dalam 500 ml HN03 65%, 100 ml asam sulfamat dan 400 ml air, dan selanjutnya disebut larutan A.

•

Dibuat larutan Asam sulfamat 150 gr/l

dengan melarutkan 150 gr Asam

sulfamat 1 liter air. •

Dibuat larutan Vanadium sulfat 1.00 gr/l dengan melarutkan 1.00 gr dalam 25 ml asam sulfat 50% dan diencerkan dengan air sampai volume 1 liter.

•

Dibuat larutan titer Kalium dikromat 0.025 N dengan melarutkan 1.226 gr dalam 1 liter air.

•

Dibuat larutan kalium dikromat 0.02 M dengan melarutkan 0.981 gr dalam 1l air. Halaman 5 / 10

•

Dibuat larutan induk UO2 (NO3).6H2O dengan kadar 1 gr U/liter, dengan cara menimbang uranil nitrat sebanyak 2,110 gram dilarutkan dalam 1000ml.

•

Dari larutan induk dibuat larutan standar U dengan konsentrasi 100, 300, 500dan 1000 ppm dan dimasukkan untuk masing-masing konsentrasi sebanyak 10 ml dalam gelas beker 40 ml dan masing-masing konsentrasi dibuat 10 cuplikan, panaskan sampai volume 1 ml.

•

Tambahkan kedalam masing-masing cuplikan 0.5 ml H2S04 50%, 0.5 ml Asam sulfamat, 4 ml Asam phosphat, 0.5 ml Ferro sulfat, 0.2 ml Kalium dikromat 0.02 M, 1 ml lart. A, aduk selama 3 menit dan tambahkan lart. Vanadium sulfat 0.100% 10 ml dan tambah air sampai volume 50 ml.

•

Elektoda platina dimasukkan kedalam larutan yang akan dititrasi.

•

Titrasi potensiometrik dimulai dengan menjalankan titroprocessor dan titrasi dihentikan apabila titik ekivalen telah dicapai yaitu dengan ditandai perubahan potensial yang sangat cepat dan hasilnya terbaca pada alat dalam unit gr/liter.

Halaman 6 / 10

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil : •

Tabel 1

: Data hasil analisis dan perhitungan untuk UNH standar.

•

Tabel 2

: Data hasil analisis dan perhitungan untuk limbah uranium.

•

Gambar 1 : Grafik hasil analisis uranium dengan UNH standar.

TABEL 1 : DATA HASIL ANALISIS DAN PERHITUNGAN UNTUK UNH STANDAR No.

Uranium awal (gram/liter)

Konsentrasi U hsl analisis, (mg/ml)

1.

1,0

1.052 1.068 1.056 1.057 1.054 1.066 1.058 1.052 1.058 1.064

2.

3.

4.

0,5

0,3

0,1

0.550 0.551 0.546 0.566 0.565 0.555 0.565 0.556 0.573 0.563 0.371 0.359 0.358 0.368 0.350 0.356 0.362 0.364 0.362 0.361 0.152 0.153 0.151 0.140 0.150 0.149 0.144 0.154 0.145 0.141

Faktor koreksi rerata

Kons r rt = 1.0585 Fk r rt = 0.9447

Konsentrasi U Terkoreksi (mg/ml) 0.9938 1.0089 0.9976 0.9985 0.9957 1.0070 0.9995 0.9938 0.9995 1.0052

Kons r rt = 0.5590 Fk r rt = 0.8945

0.4919 0.4928 0.4884 0.5063 0.5054 0.4964 0.5054 0.4973 0.5125 0.5036

Kons r rt = 0.3611 Fk r rt = 0.8308

0.3082 0.2983 0.2974 0.3057 0.2908 0.2958 0.3007 0.3024 0.3007 0.2999

Kons r rt = 0.1479 Fk r rt = 0.6761

0.1028 0.1034 0.1021 0.0947 0.1014 0.1007 0.0974 0.1041 0.0980 0.0953

Konsentrasi U rerata (mg/ml)

Kons r rt = 1.0000 SD = 0.0051 RSD = 0.051%

Kons r rt = 0.5000 SD = 0.00734 RSD = 0.146%

Kons r rt = 0.3000 SD = 0.00467 RSD = 0.156%

Kons r rt = 0.1000 SD = 0.00322 RSD = 0.322%

Halaman 7 / 10

TABEL 2 : DATA HASIL ANALISIS DAN PERHITUNGAN UNTUK LIMBAH U. No.

Konsentrasi U hsl analisis, mg/ml

1.

0.493 0.482 0.483 0.484 0.493

2.

0.733 0.788 0.794 0.787 0.789

Faktor koreksi rerata

Konsentrasi U terkoreksi, mg/ml

Konsentrasi U rerata mg/ml

Fk = 0.8945

0.4410 0.4311 0.4320 0.4329 0.4410

0.4356

Fk = 0.8945

0.6557 0.7049 0.7102 0.7040 0.7058

0.6961

Keterangan

Uranium hasil analisis Vs Uranium awal 1.2 Uranium hasil analisis, mgr

y = 0.0504x + 0.0025 R2 = 0.9998

1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Uranium awal, mgr

GAMBAR 1 : Grafik hasil analisis Uranium dengan UNH standar Halaman 8 / 10

V. Pembahasan :

Pada tabel 1 kolom 4 terbaca bahwa terjadi penyimpangan hasil analisis, sehingga perlu dikoreksi dengan faktor koreksi. Penyimpangan ini terutama disebabkan oleh adanya matrik/unsur pengotor di dalam limbah uranium. Pada tabel 1 kolom 6 terbaca bahwa Standar Deviasi relatif berkisar antara 0,051% s/d 0,322% dan masih cukup teliti jika dibanding dengan SDR secara teoritis yaitu 0,1%. Pada kolom 6 tersebut juga terbaca bahwa makin kecil konsentrasi uranium yang dianalisis SDR makin besar ini menunjukkan bahwa ketelitian semakin berkurang. Dengan ketelitian yang didapat dari hasil analisis limbah di atas akan didapatkan perhitungan kadar uranium yang teliti, sehinnga dengan hasil itu jumlah bahan nuklir dari hasil PIT mendekati jumlah bahan nuklir dari pembukuan, sehingga memperkecil harga MUF. Pada gambar 1 menunjukkan hubungan antara konsentrasi uranium awal dengan konsentrasi uranium hasil analisis dengan persamaan garis Y = 0,0504 X + 0,0025.

VI. Kesimpulan : • Perhitungan MUF dapat terkoreksi dengan ketelitian analisis kadar uranium dalam limbah cair pase air. • Alat Potensiometer dapat digunakan untuk perhitungan kadar uranium di dalam limbah cair jenis fase air untuk meminimasikan MUF.

Halaman 9 / 10

VII. DAFTAR PUSTAKA

1. ASTM STANDARD , Designation C799-83,” Standard Methods for Chemical, Mass Spectrometric, Spectrochemical, Nuclear, and Radiochemical Analysis of NuclearGrade Uranyl Nitrate Solution “, American National Standard Institute, (1983), p.5152. 2. ASTM STANDARD , Designation C696-80,” Standard Methods for Chemical, Mass Spectrometric, and Spectrochemical Analysis of Nuclear-Grade Uranium Dioxide Powders and Pellets “, American National Standard Institute, (1980), p.51-52. 3. A.R. EBERLE, and M.W. LERNER , et al, “ Determination of uranium in reactor fuel solutions and in uranium product solutions-iron (II) sulfate reduction / potassium dichromate oxidation titrimetric methode “, International Standard Organization “, No 7097-1983, p1-5.

Halaman 10 / 10