PEMODELAN PEMISAHAN ZIRKONIUM DAN HAFNIUM MENGGUNAKAN KROMATOGRAFI ANULAR

Sari

ABSTRAK

PEMODELAN PEMISAHAN ZIRKONIUM DAN HAFNIUM MENGGUNAKAN KROMATOGRAFI ANULAR. Zirkonium derajat nuklir  dalam bentuk paduan logam merupakan material utama untuk kelongsong bahan bakar PLTN. Zirkonium juga digunakan sebagai bahan pelapis kernel UO₂ dalam bentuk ZrC  sebagai pengganti SiC  pada elemen bahan bakar Reaktor Suhu Tinggi (RST). Hafnium sulit dipisahkan dari zirkonium karena mempunyai banyak kemiripan dalam sifat kimianya. Kromatografi anular adalah suatu alat yang dapat digunakan untuk pemisahan zirkonium dan hafnium hingga diperoleh zirkonium derajat nuklir. Oleh karena itu diperlukan pemodelan matematis yang dapat mendiskripsikan pemisahan zirkonium dan hafnium pada kromatografi anular yang berisi bahan isian resin anion dowex-1X8. Tujuan penulisan ini adalah melakukan simulasi pemisahan menggunakan model kesetimbangan dan koefisien perpindahan massa hasil penelitian. Pada penelitian ini digunakan Zr dan Hf dalam umpan, masing-masing  26 dan 1 g/l. Parameter tinggi resin (L), kecepatan sudut (ω) dan laju alir aksial (u_z) divariasi untuk mengetahui pengaruh masing-masing parameter terhadap pemisahan Zr dan Hf. Hasil simulasi menunjukkan bahwa zirkonium dan hafnium dapat dipisahkan menggunakan  kromatografi anular dengan tinggi resin (panjang bed) 50 cm, kecepatan alir superfisial 0,001 cm/det, kecepatan  putaran 0,006 rad/menit dan  diameter anular  20 cm. Pada kondisi tersebut diperoleh hasil zirkonium 10.303,226 g/m³ dan hafnium 12,324 g/m³ (ppm).

Kata kunci: zirkonium, hafnium, resin anion dowex-1X8, kromatografi anular.

ABSTRACT

MODELLING OF zirconium and hafnium separation  using CONTINUOUS annular chromatography. Nuclear degrees of zirconium in the form of a metal alloy is the main material for fuel cladding of NPP. Zirconium is also used as sheathing UO2 kernel in the form of ZrC as a substitute of SiC in the fuel elements of High Temperature Reactor (HTR). Difficulty separating hafnium from zirconium because it has a lot of similarities in the chemical properties of Zr and Hf. Annular chromatography is a device that can be used for separating of zirconium and hafnium to obtain zirconium nuclear grade. Therefore, it is necessary to construct the mathematical modelling that can describe the separation of zirconium and hafnium in the annular chromatography containing anion resin dowex-1X8. The aim of research is to perform separation simulation by using the equilibrium model and mass transfer coefficient resulted from research. Zr and Hf feed used in this research were 26 and 1 g/l, respectively. Height of resin (L), angular velocity (ω) and the superficial flow rate (uz) was varied to determine the effect of each parameter on the separation of Zr and Hf. By using Kd and ​​Dv values resulted previous research. Simulation results showed that zirconium and hafnium can be  separated using a continuous annular chromatography with high resin (long bed) 50 cm, superficial flow rate of 0.001 cm/s, the rotation speed of 0.006 rad/min and 20 cm diameter annular. In these conditions the results obtained zirconium concentration of 10,303.226 g/m³ and hafnium concentration of 12.324 g/m³ (ppm).

Keywords: zirconium, hafnium, dowex-1X8 anion resin, annular chromatography