Prosiding Seminar Nasional Teknologi Energi Nuklir 2014 Pontianak, 19 Juni 2014 379 ISSN: 2355-7524 KONSEP PENGELOLAAN LIMBAH TENORM PADA PROSES PEMBUATAN ZIRKONIUM OKSIKLORID DARI PASIR ZIRKON Herry Poernomo, Endro Kismolo, Elisabeth Supriyatni Pusat Sains dan Teknologi Akselerator, Badan Tenaga Nuklir Nasional Jalan Babarsari Kotak Pos 6101 Ykbb, Yogyakarta 55281 E-mail: [email protected]ABSTRAK KONSEP PENGELOLAAN LIMBAH TENORM PADA PEMBUATAN ZIRKONIUM OKSIKLORID DARI PASIR ZIRKON. Telah dilakukan konsep pengelolaan limbah technologically enhanced natural occuring radiaoactive materials (TENORM) pada proses pembuatan zirkonium oksiklorid dari pasir zirkon. Tujuan penelitian adalah melakukan kajian pengelolaan limbah TENORM yang bisa digunakan sebagai data masukan pada rancangan dasar pabrik pengolahan pasir zirkon menjadi zirkonium oksiklorid berbasis tes metalurgi. Penelitian dilakukan dengan mengukur volume air limbah dan radioaktivitas gross dalam air limbah yang ditimbulkan pada setiap tahapan tes metalurgi pada sintesis zirkonium oksiklorid (ZOC) dari pasir zirkon. Pengukuran TENORM menggunakan alat cacah merk Technical Atomic. Hasil kajian menunjukkan bahwa pada tes metalurgi sintesis ZOC dari pasir zirkon 500 gram dengan radioaktivitas gross sekitar 2,55 Bq/g dihasilkan ZOC sebesar 235 gram dengan radioaktivitas gross sekitar 0,27 Bq/g, ditimbulkan 43,5 liter air limbah dengan radioaktivitas gross sekitar 0,012 Bq/g, dan 420 gram gel silikat dengan radioaktivitas gross sekitar 1,15 Bq/g. Menurut Peraturan Kepala Bapeten Nomor 9 Tahun 2009 dalam pasal 5 ayat (3) dan (4), pasal 7 ayat (1) butir b.1, penghasil TENORM tidak perlu melakukan tindakan remedial jika konsentrasi aktivitas tiap radionuklida anggota deret uranium dan thorium < 1 Bq/g. Namun demikian karena dengan volume air limbah yang besar juga mengandung bahan kimia berbahaya, maka perlu pengolahan air limbah menggunakan konsep instalasi pengolahan air limbah (IPAL) untuk diambil kembali kandungan NaOH dan air murni dari air limbah. Kata kunci: pengelolaan, air limbah, TENORM, zirkonium oksiklorid, pasir zirkon ABSTRACT TENORM WASTE MANAGEMENT CONCEPT ON THE MAKING OF ZIRCONIUM OXYCHLORIDE FROM ZIRCON SAND. Technologically enhanced natural occuring radiaoactive materials (TENORM) waste management concept on the making of zirconium oxychloride has been done. The purpose of the research is to study TENORM waste management which can be used as input data to the basic design of zircon sand processing plant become zirconium oxychloride based of metallurgical test work. The study was conducted by measuring the volume of waste water and gross radioactivity in the wastewater generated at each stage metallurgical test on zirconium oxychloride synthesis of zircon sand. Measurement of TENORM using alpha counter equipment brand Technical Atomic. The results of the study showed that the metallurgical test ZOC synthesis of zircon sand with 500 grams of gross radioactivity approximately 2.55 Bq/g produced ZOC is 235 grams of gross radioactivity approximately 0.27 Bq/g, 43.5 liters of waste water generated by approximately gross radioactivity of 0.012 Bq/g, and 420 grams of silicate gel with gross radioactivity around 1.15 Bq/g. According to the Chief Rule of Nuclear Energy Regulatory Agency No. 9 of 2009 in Article 5 paragraph (3) and (4), Article 7 paragraph (1) item b.1, producer TENORM no remedial action is required if the activity of each radionuclide concentrations of uranium and thorium series members < 1 Bq/g. However, due to the large volume of waste water also contains harmful chemicals, it is necessary waste water treatment with the concept of the wastewater treatment installation (WWTI) to take back the content of NaOH and clear water from waste water. Keywords: management, waste water, TENORM, zirconium oxychloride, zircon sand
12
Embed
KONSEP PENGELOLAAN LIMBAH TENORM PADA ...digilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Iptek...menggunakan konsep instalasi pengolahan air limbah (IPAL) untuk diambil kembali kandungan
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Prosiding Seminar Nasional Teknologi Energi Nuklir 2014
Pontianak, 19 Juni 2014
379
ISSN: 2355-7524
KONSEP PENGELOLAAN LIMBAH TENORM PADA PROSES
PEMBUATAN ZIRKONIUM OKSIKLORID DARI PASIR ZIRKON
Herry Poernomo, Endro Kismolo, Elisabeth Supriyatni
Pusat Sains dan Teknologi Akselerator, Badan Tenaga Nuklir Nasional
Jalan Babarsari Kotak Pos 6101 Ykbb, Yogyakarta 55281
Jumlah sumber daya hipotetik deposit mineral zirkon yang terukur di sekitar daerah
aliran sungai (DAS) Kalimantan Tengah pada tahun 2008 sekitar 6,556 juta ton dengan
kandungan zirkonium silikat (ZrSiO4) sekitar 2,615 juta ton[2]. Dengan jumlah sumberdaya
hipotetik pasir zirkon sebesar 2,615 juta ton dan jika kapasitas ekonomis pengolahan setiap
pabrik sebesar 10.000 ton pasir zirkon/tahun, maka sumber daya hipotetik pasir zirkon 2,615
juta ton dapat memasok 8 buah pabrik pengolahan pasir zirkon selama 30 tahun.
Sumberdaya hipotetik ini adalah sumberdaya yang sifatnya minimal. Masih banyak
wilayah-wilayah di Kalimantan Tengah yang juga diketahui ada endapan zirkonnya tetapi
masih belum masuk dalam perhitungan ini. Bahkan menurut Sudarto (2008), cadangan
deposit zircon ore di provinsi Kalimantan Tengah diprediksi sekitar 5.410.484.720 ton[3]. Sumber daya hipotetik ZrSiO4 terukur tersebut cukup digunakan sebagai bahan baku
pada rencana pendirian pabrik pengolahan pasir zirkon menjadi beberapa produk
zirkonium selama lebih dari 30 tahun sebagaimana umur pabrik kimia pada umumnya.
Hasil analisis dengan menggunakan XRF di Laboratorium Pusat Survei Geologi
Bandung terhadap contoh pasir zirkon dari daerah Tumbangtiti Kalimantan Barat (Kalbar)
mengandung kadar U3O8 = 0,0447% dan ThO2 = 0,1140%. Untuk contoh pasir zirkon dari
daerah Landak Kalbar mengandung kadar U3O8 = 0,0844% dan ThO2 = 0,0940%. Kemudian
untuk contoh pasir zirkon dari daerah Katingan Kalimantan Tengah (Kalteng) yang
dianalisis di Australia mengandung kadar U3O8 = 267,5 ppm dan ThO2 = 138,5 ppm[4].
Prosiding Seminar Nasional Teknologi Energi Nuklir 2014
Pontianak, 19 Juni 2014
381
ISSN: 2355-7524
Berdasarkan data kadar (U3O8 dan ThO2) dari daerah Katingan Kalteng tersebut, maka
dapat diprediksi bahwa di daerah Kalimantan Tengah kemungkinan kadar (U3O8 dan ThO2)
sekitar 406 ppm atau 0,0406% berat atau sekitar 1.061 ton dari sumber daya hipotetik ZrSiO4
yang terukur sekitar 2,615 juta ton.
Apabila diasumsikan umur peralatan pabrik pengolahan konsentrat pasir zirkon
menjadi beberapa produk zirkonium dapat mencapai 30 tahun dalam melakukan
pengolahan ekonomis 10.000 ton pasir zirkon/tahun yang mengandung TENORM, maka
terdapat (U3O8 dan ThO2) sekitar 4 ton/tahun sebagai bahan sumber yang akan terbuang
percuma ke lingkungan bersama dengan limbah. Karena jumlah bahan nuklir (238U dan 232Th) melebihi 2 (dua) ton sebagaimana tercantum di dalam Peraturan Kepala BAPETEN
Nomor 09 tahun 2009 bab II pasal 7 ayat (1) a., maka pihak otoritas pabrik zirkonium wajib
melakukan tindakan remedial terhadap TENORM yang ditimbulkan.
Mineral zirkon (ZrSiO4) dapat diperoleh sebagai tailing padat dari proses
penambangan emas rakyat tanpa izin yang banyak terdapat di daerah Kalimantan Tengah
dan Barat. Disamping itu mineral zirkon juga berasal dari tailing padat dari proses
penambangan bijih timah di daerah Bangka-Belitung. Mineral zirkon mengandung bahan
radioaktif 232Th dan 238U dengan kadar yang tidak sama antara satu daerah dengan daerah
lain sebagaimana contoh yang ditunjukkan pada Tabel 1.
Tabel 1. TENORM pada Zirkon dari Beberapa Negara[5]
Mineral Negara 238U (Bq/kg) 232Th (Bq/kg) 40K (Bq/kg)
Afrika Selatan 4400 ± 210 610 ± 35 60 ± 8
Italia 3500 ± 170 550 ± 34 55 ± 7
Ukraina 2100 ± 120 460 ± 40 50 ± 7
Jerman 2700 ± 140 590 ± 37 65 ± 8
Zirkon
Belgia 3100 ± 150 570 ± 35 77 ± 9
Afrika Selatan 11500 ± 450 1800 ± 60 310 ± 20
Ukraina 4300 ± 180 425 ± 37 65 ± 8 Baddeleyit
Jerman 2240 ± 110 470 ± 30 74 ± 9
Setiap dihasilkan produk zirkon dan ditimbulkan limbah dari pengolahan pasir
zirkon, maka harus dapat diukur, dipantau, dan dikendalikan. Terkait dengan hal tersebut
dan untuk menjaga keselamatan lingkungan, maka yang harus diketahui adalah setiap
tahapan proses mulai dari proses peleburan pasir zirkon sampai dengan proses pengeringan
zirkonil klorida (ZrOCl2.8H2O) akan terjadi distribusi TENORM seperti 238U, 232Th, dan 40K.
Dengan demikian diperlukan sistem proteksi radiasi TENORM sebagai bagian dari
keselamatan kerja terhadap para pekerja dan lingkungan di sekitarnya. Nilai batas dosis
(NBD) berdasarkan ICRP (International Commission on Radiological Protection) No. 60 tahun
1990 untuk pekerja radiasi adalah 20 mSv/tahun, dan untuk lingkungan (masyarakat) 1
mSv/tahun.
Bahaya radiasi utama terjadi karena terkena partikel radioaktif alpha dengan
terhisapnya debu pasir zirkon dalam pernafasan. Tindakan pengontrolan debu yang
memadai harus dilakukan untuk memastikan bahwa tingkat pajanan (exposure) terhadap
debu dapat ditekan seminimal mungkin. Sebagai panduan, karyawan yang secara terus-
menerus pernafasannya terkena debu pada kadar di atas 1,5 mg/m3 bisa mengalami pajanan
di atas 1 mSv. Pajanan terus-menerus (2000 jam setiap tahun) dalam jarak 2 meter dari pasir
zirkon menghasilkan dosis di atas 1 mSv[6].
Konsep Pengolahan Limbah Tenorm Pada ...
Herry Poernomo, dkk.
382
ISSN: 2355-7524
2. TEORI Percobaan pengolahan pasir zirkon di Vietnam yang dilakukan oleh TUYEN dkk.
(2007) [31] dapat menurunkan kandungan TENORM cukup signifikan dengan melalui tahap
pengendapan zirkonium basis sulfat (ZBS). Dengan demikian dapat diperoleh zirkonil
klorida atau zirkonium oksiklorid atau ZrOCl2.8H2O (ZOC) dengan kemurnian tinggi[7].
Untuk mengolah pasir zirkon menjadi ZOC yang terpisah dari beberapa pengotor
seperti Si, U, Th, Ti, Fe, Al, Na, Mg, Ca. dapat dilakukan melalui beberapa tahapan proses
seperti Gambar 1 [7].
Gambar 1. Diagram Alir Proses Pembuatan ZrOCl2.8H2O (ZOC) dari Pasir Zirkon
Zirkonil klorida (ZrOCl2) bebas silikat atau ZOC-1 yang terjadi dari proses pelindihan
natrium zirkonat dengan HCl diendapkan dengan H2SO4 atau (NH4)2SO4 menjadi
Zr5O8(SO4)2.15H2O yang biasa disebut zirkonium basis sulfat (ZBS) stabil yang tidak dapat
larut dalam air. Pada proses pelindian air, beberapa pengotor yang larut dalam air lindi
antara lain: Na2SiO3, sisa NaOH, Na2AlO2, Na6Th(CO3)5. Pada proses pencucian ZBS dengan
air, maka pengotor-pengotor seperti Fe+3, Th+4, U+6, Ti+4, sisa HCl akan larut dalam air
menjadi air limbah. Kemudian pada proses pencucian Zr(OH)4 dengan air, maka pengotor-
pengotor seperti sisa NH4OH dan SO42- akan larut dalam air menjadi air limbah[7].
Gambar 1 menunjukkan, bahwa air limbah mengandung bahan berbahaya seperti
(NaOH, HCl, NH4OH, SO42-), Na2SiO3, Na2AlO2, Na6Th(CO3)5, beberapa senyawa lain yang
terbentuk dari reaksi dengan beberapa pengotor (Fe+3, Ti+4, Na+, Mg+2, Ca+2, SO42-), dan
TENORM yang terlarut pada proses pelindian air, pelindian HCl, dan beberapa proses
pencucian. Jika air limbah tersebut tidak ditangani dengan metode yang benar, maka dapat
mencemari lingkungan di sekitarnya. Untuk itu, maka tujuan penelitian ini adalah
membuat konsep teknologi pengelolaan limbah pada proses pembuatan zirkonil klorida
dari pasir zirkon skala pabrik berbasis data teknis tes metalurgi pembuatan zirkonil klorida
dari pasir zirkon skala laboratorium.
Prosiding Seminar Nasional Teknologi Energi Nuklir 2014
Pontianak, 19 Juni 2014
383
ISSN: 2355-7524
3. METODOLOGI 3.1. Bahan:
Bahan yang digunakan meliputi bahan baku yaitu pasir zirkon (ZrSiO2) dari daerah
Landak-Kalimantan Barat; bahan pendukung yang terdiri dari: NaOH padat, HCl teknis,
(NH4)2SO4, NH4OH 10%, NH4OH pekat, HCl 6N, air bebas mineral (ABM).
3.2. Peralatan:
Peralatan yang digunakan antara lain: furnace, tangki berpengaduk, centrifuge,
evaporator vakum, labu leher tiga, unit filtrasi vakum, hot plate, oven, peralatan gelas,
immersion heater, waterbath, theristor, XRF, XRD, alat cacah merk Technical Atomic, alat
cacah .merk Ortec.
3.3. Metode:
Tes metalurgi sintesis zirkonil klorida (ZrOCl2.8H2O) dari pasir zirkon dengan
metode yang sebagian diadopsi dari metode yang dilakukan oleh TUYEN dkk. (2007)
seperti diagram alir proses pada Gambar 1. Tes metalurgi dilakukan secara proses batch
pada skala laboratorium di Pusat Sains Teknologi Akselerator (PSTA)-Batan Yogyakarta.
Dari sebagian hasil adopsi tersebut kemudian dibuat metode tes metalurgi pembuatan
zirkonil klorida secara proses batch skala laboratorium yang dikerjakan berdasarkan
diagram alir seperti ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar 2. Diagram Alir Tes Metalurgi Pembuatan ZrOCl2.8H2O (ZOC-2) dari ZrSiO4
4. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Sintesis ZrOCl2.8H2O dari Pasir Zirkon Landak-Kalbar
Mineral zirkon yang digunakan berasal dari tailing pendulangan emas rakyat di
daerah Mandor, Landak, Kalimantan Barat yang telah dibenefisiasi in situ menggunakan
spiral chute. Mineral zirkon dan pasir pasir zirkon hasil benefisiasi dengan shaking table dan
magnetic separator di Puslitbang Tekmira Bandung masing-masing dianalisis komposisi
Konsep Pengolahan Limbah Tenorm Pada ...
Herry Poernomo, dkk.
384
ISSN: 2355-7524
kimianya menggunakan XRF di Laboratorium Pusat Survei Geologi Bandung dengan
komposisi kimia seperti ditunjukkan pada Tabel 2.
Tabel 2. Komposisi Kimia Mineral Zirkon dan Pasir Zirkon dari Daerah Mandor,
Landak, Kalimantan Barat
Mineral zirkon hasil benefisiasi
dengan Spiral Chute
Pasir zirkon hasil benefisiasi dengan
Shaking Table dan Magnetic Separator
Senyawa Kadar, % Senyawa Kadar, %
ZrO2 38,46 ZrO2 60,00
HfO2 0,85 HfO2 0,855
TiO2 20,00 TiO2 1,60
SiO2 22,23 SiO2 28,81
Fe2O3 10,11 Fe2O3 1,38
Al2O3 0,912 Al2O3 0,453
Na2O 0,703 Na2O 1,12
MgO 0,186 MgO 0,0751
CaO 0,090 CaO 0,0489
MnO 1,00 MnO 0,0116
Cr2O3 1,04 Cr2O3 0,0215
S 2,23 S 1,34
La2O3 0,292 La2O3 0,0163
Y2O3 0,161 Y2O3 0,230
ThO2 0,11 ThO2 0,0940
U3O8 0,0464 U3O8 0,0844
Beberapa tahapan proses pada Gambar 2 menimbulkan air limbah yang terbentuk
dari sisa bahan pendukung seperti NaOH, HCl, (NH4)2SO4, NH4OH yang telah digunakan
pada tes metalurgi dan hasil reaksi antara bahan pendukung dengan beberapa pengotor
yang terkandung di dalam pasir zirkon seperti: SiO2, TiO2, Fe2O3, Al2O3, Na2O, MgO, CaO,
dan TENORM (U3O8 dan ThO2).
Jika proses peleburan 1 mol konsentrat pasir zirkon diameter partikel 6 m dengan 4
mol atau 6 mol NaOH pada suhu 650 oC dan 850 oC, kemungkinan reaksi yang terjadi [8]: