Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006

DEKONTAMINASI BAJA TAHAN KARAT TIPE 304DENGAN MEDIATOR PERAK (II)

SuwardiyonoPusat Teknologi Limbah Radioaktif, BATAN

ISSN 0852 - 2979

ABSTRAKDEKONTAMINASI BAJA TAHAN KARAT TIPE 304 DENGAN MEDIATOR PERAK

(II). Telah dilakukan dekontaminasi baja tahan karat tipe304 menggunakan sel oksidasielektrokimia berskala laboratorium dengan kondisi anolit 0,05 M AgNO:J4 M HN03, katolit 13M HN03, temperatur 20, 30 dan 40 DC, arus 10 amper dan kecepatan pengadukan 1000 rpm.Faktor dekontaminasi (FO) 240 pada suhu 20 DC waktu elektrolisis 60 men it, FO >4000 padasuhu 30 DC waktu elektrolisis 60 menit dan FO >4000 pada suhu 40 DC waktu elektrolisis 60menit. Oapat disimpulkan bahwa pada temperatur 30 DC sampai dengan 40 DC waktuelektrolisis 60 menit adalah kondisi elektrolitik yang optimum untuk melakukan dekontaminasibaja tahan karat tipe304.

ABSTRACTDECONTAMINATION OF STAINLESS STEEL TYPE 304 USING MEDIATOR OF

SILVER (II) ION. The decontamination of stainless steel type 304 using a laboratory scaleelectrochemical oxidation cell were carried out under the condition of anolyte of 0,05 MAgNO:J4 M HN03, catholyte of 13 M HN03, temperature of 20,30 and 40 DC, current of 10 Aand stirring speed of 1000 rpm. The decontamination factor (OF) was 240 at temperature 20DC electrolysis time of 60 minutes, DF was >4000 at temperature 30 DC electrolysis time of60 minutes and OF was >4000 at temperature 40 DC electrolysis time of 60 minutes. Theconclusion that the temperature between 30 DC and temperature 40 DC electrolysis time of60 minutes is the optimum condition of electrolytic for decontamination of stainless steel type304.

PENDAHULUAN

Berbagai jenis limbah padat terkontaminasi radionuklida pemancar a seperti :

baja tahan karat bekas wadah uranium-plutonium MOX dU., ditimbulkan oleh industri

nuklir yang menggunakan bahan baku uranium, plutonium, amerisium dan turunan­

turunannya untuk penelitian, pembuatan bahan bakar dan keperluan lainnya. Limbah

padat terkontaminasi a perlu didekontaminasi sampai mencapai batas aman untuk

dibuang ke lingkungan atau didaur ulang[1 ,2].

Dekontaminasi dengan metode oksidasi elektrokimia menggunakan mediator

larutan ion perak (II) atau disebut mediator Ag2+, memiliki beberapa keuntungan

sebagai berikut: peralatannya sangat kompak dan dapat diinstal di dalam glove box,

kondisi pengoperasian yang ringan di bawah tekanan normal dan suhu kamar, dan

material radioaktif berada di dalam fase cair [1]. Untuk itu dekontaminasi dengan

metode oksidasi elektrokimia menggunakan mediator Ag2+ telah banyak digunakan

untuk dekontaminasi limbah terkontaminasi a.

Pada anode, larutan perak nitrat dalam bentuk Ag+ teroksidasi menjadi Ag2+

dengan potensial redok 1,98 volt [3,4].

Ag+ ~ Ag2+ + eO (1)

128

Hasi/ Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006ISSN 0852 - 2979

Pada temperatur kamar Ag2+ perlahan-Iahan tereduksi dan H20 terdekomposisi

dengan lepasnya oksigen [5].

4 Ag2+ + 2 H20 ~ 4 Ag+ + O2 + 4 W (2)

Mediator Ag2+ adalah sangat reaktif dan dapat melarutkan berbagai jenis komponen

radioaktif, yang sangat sukar larut sekalipun. Seperti contoh, plutonium dioksida

yang sangat sulit dilarutkan, kecuali di dalam larutan asam kuat dan asam

hidrofluorida. Namun demikian Ag2+ melarutkan plutonium dioksida dengan mudah

dan dikonversi menjadi ion plutonil (Pu022+) [3]:

PU02(S) + 2 Ag2+ -+ PU022+ + 2 Ag+ (3)

Amerisium dioksida teroksidasi oleh Ag2+ menjadi larutan ion amerisil (Am022+ ):

Am02(S) + 2 Ag2+ ~ AmO/+ + 2 Ag+ (4)

Uranium dioksida teroksidasi oleh Ag2+ menjadi larutan ion uranil (UO/+):

U02(s) + 2 Ag2+ ~ UO/+ + 2 Ag+ (5)

Stainless steel teroksidasi oleh Ag2+ menjadi larutan Fe, Ni dan Cr:

Stainless steel (Fe, Ni, Cr) + Ag2+ ~ Fe3+, Ni2+, Cr6+ + Ag+ (6)

Dalam penelitian ini akan dilakukan dekontaminasi baja tahan karat tipe 304

menggunakan sel oksidasi elektrokimia skala laboratorium. dengan kondisi anolit

0,05 M AgN03/4 M HN03, katolit 13 M HN03, temperatur 20, 30 dan 40°C, arus 1°amper dan kecepatan pengadukan 1000 rpm.

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui kondisi optimum elektrolitik

untuk dekontaminasi baja tahan karat tipe 304.

TAT A KERJA

Peralatan

(1). Alat yang digunakan untuk percobaan adalah sel oksidasi elektrokimia berskala

laboratorium yang dibuat dari bahan gelas dan teflon seperti yang ditunjukkan

pada Gambar 1. Sel ini terdiri dari kompartemen anode kapasitas 4 liter dan

kompartemen katode kapasitas 0,15 liter, dimana keduanya dipisahkan oleh

membran keramik. Anode terbuat dari bahan platina berbentuk anyaman

keranjang yang memiliki luasan 181 cm2 dan juga katode dibuat dari bahan dan

bentuk yang sama dengan luasan 93 cm2. Pengaduk terbuat dari teflon di

tempatkan di dalam kompartemen anode. Kompartemen anode diisi dengan

dengan anolit 0,05 M AgN03/4 M HN03 dan kompatermen katode diisi dengan

katolit 13 M HN03. Temperatur anolit dikontrol dengan air pendingin yang

disirkulasikan di dalam jaket pendinginan.

129

HasH Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahlln 2006

(2). Furnace

(3). Pecacah scitilator 0

Bahan

(1). Larutan perak nitrat, dengan konsentrasi 0,05 M AgN03/4 M HN03.

(2). Larutan asam nitrat, dengan konsentrasi 13 M HN03.

(3). Baja tahan karat tipe 304, dengan ukuran 15 mm x 15 mm x 0,3 mm.

(4). Larutan asam osalat 10 %-wt

katode

ISSN 0852 - 2979

air pendinginke\uar

mcmbran kcramik

jaket air

air pcndingin

masuk 1+

stircr

Gambar 1. Sel oksidasi elektrokimia skala laboratorium

Preparasi Sampel

Sampel - sampel baja tahan karat tipe 304 dikontaminasi dengan uranium

dengan tujuan untuk membuat simulasi limbah padat terkonyaminasi o. Sebagian

besar metode penetrasi kontaminansi ini telah digunakan untuk mengkondisikan

sample [3]. Baja tahan karat tipe 304 (ukuran 15 mm x 15 mm x 0,3 mm) dibersihkan

dengan larutan deterjen di dalam bak ultrasonic. Setelah dibilas denga air bebas

mineral dan dikeringkan, sample-sam pel tersebut disensitifikasi dengan proses

pemanasan pad a suhu 677°C selama satu jam. Berikutnya setelah proses

130

Hasi/ Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006 ISSN 0852 - 2979

pemanasan, untuk membuat korosi pada sekitar butiran kristal dilakukan pengetsaan

dengan elektrolitik menggunakam elektrolit asam osalat 10 %-wt dengan densitas

arus 1 mA/cm2. Kemudian sample-sal tersebut dibesihkan dengan air bebas mineral

dan dikeringkan pada suhu kamar. Setelah sample-sam pel terse but disensitifikasi

dan dietsa, kontaminasi diaplikasikan ke permukaan. Sam pel-sam pel tersebut di

panaskan dengan lampu inframerah pad a suhu 80 DC, kemudian 100 IJI larutan

uranium nitrat 1.16 gull diteteskan pada permukaan sample dan dikeringkan. Untuk

memperkuat adhesivitas oksida uranium, sample-sam pel tersebut dipanaskan pada

suhu 200 DC selama 10 men it, kemudian dipanaskan pada suhu 700 DC selama 8

jam.

Dekontaminasi baja tahan karat tipe 304

Sam pel baja tahan karat tipe 304 sebanyak 60 buah, ukuran 15 mm x 15 mm

x 0,3 mm yang telah dikontaminasi dengan uranium digantung dengan kawat baja

tahan karat secara vertical dimasukkan kedalam larutan anolite. Sel elektrokimia

dioperasikan pada kondisi elektrolisis dengan temperatur 20 DC, 30 DC dan 40 DC,

dengan arus 10 amper, dan kecepatan pengadukan 1000 rpm. Selama proses

elektrolisis dilakukan pengambilan sample, kemudian masing-masing sample

dicelup sebentar kedalam air bebas minerat untuk megeliminasi jatuhnya kontaminan

yang tidak lengket, dan dikeringkan pada suhu kamar. Radioaktivitas sample­

sam pel tersebut sebelum dan sesudah dilakukan elektrolisis untuk dekontaminasi

dilakukan pengukutan dengan menggunakan alat pencacah scintilator o.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Dekontaminasi baja tahan karat tipe 304

Oekontaminasi dilakukan untuk mengetahui kondisi optimum dan karakteristik

dari kondisi anolit 0,05 M AgN03/4 M HN03 dan katolit 13 M HN03 pada temperatur

elektrolisis 20 DC, 30 DC dan 40 DC, dengan arus 10 amper dan kecepatan

pengadukan 1000 rpm. Hasil percobaan dapat ditunjukkan pad a Gambar 2, yaitu

pengaruh temperature terhadap factor dekontaminasi. Faktor dekontaminasi telah

mengalami kenaikan dengan naikknya temperatut. Faktor dekontaminasi pada

waktu elektrolisis 60 menit, antara temperatur 30 DC dan 40 DC FO >4000.

131

Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Ta/Illn 2006 ISSN 0852 - 2979

5000

00

64000 I

<)----

0{..I...'-':~ 3000E

C\jE0u~ 2000•...

0•.....:.:C\j

10. 20 deg. C{..I... 1000 ~6 30 dcg. CQ

10 : 40 dcg. C

A

<)

00

20406080100120140160180200

Waktu (men it)

Gambar 2. Pengaruh temperatur terhadao fuktor decontaminasi di dalam

0.05AgN03/4M HN03, 13M HN03 at lOA and 1000 rpm

DAFT AR PUT AKA

1. S. SUGIKAWA, M. UMEDA, "Alpha Bearing Waste Treatment byElectrochemical Oxidation Technique", Conference on Safewaste 2000,October 2 - 4, 2000.

2. Y. SUZUKI, A MAEDA, S. SGIKAWA, I. TAKESHITA, "Waste Management inNUCEF ", Conference on Atlanta 2000, Avignon, France, October 24 - 26, 2000.

3. C. MERTZ, D.B. CHAMBERLAIN, L. CHEN, C. CORNER, G. F. VANDERGRIFT,"Decontamination of Actinide and Fission Products from Stainless SteelSurfaces", ANL, Argonne Illinois,Chicago, USA, April 14 - 17,1996.

4. AP.TOLBOYS, S. S. COOP, "Radioactive Contamination andDecontaminationTests on Rubber Gloves", Johns Hopkins University, USA,December 15, 1952.

5. V. VAN ALSENOY, A RAHIER, "The Electrochemical Oxidation of OrganicWastes and Activated Graphite by Ag+2 in Nitric Acid ": a literaturestudy, SCK-CEN, Mol, Belgium, August 1996.

6. D. F. STEELE, D. RICHARDSON, J. D. CAMBELL, D. R. CRAIG and J. D.QUINN, "The low Temperature Destruction of Organic Waste byElectrochemical Oxidation", Technology Division, AEA Technology, Dunray,UK, Trans IchemE, Vo1.68, Part B, May 1990.

132