FABRIKASI MIKROSFIR UO2 MENGGUNAKAN TEKNIK AERASI

Sari

ABSTRAK

FABRIKASI MIKROSFIR UO₂ MENGGUNAKAN TEKNIK AERASI. Telah dikembangkan proses fabrikasi mikrosfir UO₂ berdensitas rendah untuk umpan langsung proses peletisasi bahan bakar reaktor PHWR maju. Fabrikasi mikrosfir UO₂ berdensitas rendah dilakukan dengan cara sol-gel menggunakan teknik aerasi pada sol/broth dengan metode eksternal dan tiga variasi cara gelasi. Pada teknik aerasi, broth disiapkan langsung digelasi tanpa didiamkan selama satu malam. Teknik aerasi merupakan kebalikan dari teknik deaerasi yang digunakan pada fabrikasi mikrosfir bahan bakar HTGR. Broth yang telah disiapkan dengan perbandingan mol NO3⁻/U antara 1,5 hingga 1,7 dengan pH larutan 1,6 dan viskositas antara 630-660cP langsung digelasi dengan tiga cara gelasi. Proses gelasi cara 1 dan cara 2 dilakukan dengan melewatkan broth pada dispersion nozzle berdiameter 1mm yang digetarkan dengan electromagnetic vibrator pada 150 Hz dengan media untuk droplet jatuh bebas yang berbeda sebelum masuk ke dalam larutan NH₄OH, sedangkan gelasi dengan cara 3 dilakukan secara manual. Mikrosfir UO₂ basah yang diperoleh dari ketiga cara gelasi di atas mendapat perlakuan panas yang sama yaitu dikeringkan pada temperatur 85 ºC dan 220 ºC masing-masing selama selama 1jam, dilanjutkan dengan proses kalsinasi mikrosfir UO₂ selama 1 jam pada temperatur 500 ºC dalam media gas O₂ dan direduksi pada temperatur 600 ºC dalam media campuran gas N₂ dan H₂ selama 1 jam. Mikrosfir UO₂ hasil gelasi dengan cara 3 dipilih untuk disortir dan dikarakterisasi. Hasil karakterisasi memberikan data karakteristik mikrosfir UO₂ berupa data diameter mikrosfir sebesar 900 µm, tap density 1,90 g/cm³ dan luas muka spesifik sebesar 6 m²/g. Hasil analisis dan hasil karakterisasi kemudian dibandingkan dengan data penelitian lain sehingga dapat disimpulkan bahwa penggunaan teknik aerasi pada broth menghasilkan mikrosfir UO₂ berdensitas rendah yang memenuhi kriteria sebagai umpan langsung proses peletisasi bahan bakar PHWR maju dan PWR maju. Fabrikasi menggunakan teknik aerasi dengan gelasi cara 2 mempunyai peluang yang paling besar untuk menghasilkan mikrosfir UO₂ dengan laju produksi yang tinggi dan karakteristik tertentu jika dilakukan pengaturan ulang pada laju dispersi dan durasi droplet jatuh bebas.

Kata kunci: UO₂, bahan bakar, sol-gel, mikrosfir, aerasi.

ABSTRACT

UO₂ MICROSPHERE FABRICATION USING AERATION TECHNIQUE. It has been developed a fabrication process of low density UO₂ microspheres for direct feed in pelletization process of PHWR advanced reactor fuel. The fabrication has been implemented by a sol-gel method using aeration technique on the sol / broth with external methods and three variations of gelation. In the aeration technique, broth is directly prepared in gelation mode without one night settling time. The aeration technique is the opposite of the deaeration technique, which is used in fabricating microspheres HTGR fuel. The broth which has been prepared with a mole ratio of NO₃ / U between 1.5 to 1.7 with pH solution of 1.6 and viscosity between 630-660 cP directly to be gelated in three ways of gelation. The process of both gelation method 1 and method 2 is implemented by passing through the broth to a dispersion nozzle with 1 mm of diameter which is vibrated by an electromagnetic vibrator at 150 Hz with medium for free fall droplet differently before entering into a solution of NH₄OH, while the gelation method 3 implemented manually. The wet UO₂ microspheres derived from the three ways of gelation above are treated by heating process at the same way that is dried at a temperature of 85 ºC and 220 ºC each respectively for 1 hour, followed by a calcination process of microspheres UO₂ for 1 hour at a temperature of 500 ºC in gaseous medium of O₂ and a reduction process at a temperature of 600 ºC in gaseous mixture of N₂ and H₂ medium for 1 hour. The UO₂ microspheres gelation of method 3 are chosen to be sorted and characterized. The characterization results provide the characteristics data of UO₂ microspheres in the form of microspheres diameter of 900 μm, tap density of 1.90 g/cm³ and specific surface area of 6 m²/g. The results of the analysis and characterization are then compared to other data of other research so that it can be concluded that the use of such an aeration technique on the broth can produce low density UO₂ microspheres that qualify as direct feed for fuel pelletization process of the advanced PHWR and advanced PWR. The fabrication using the aeration technique with gelation method 2 has the greatest opportunity to produce UO₂ microspheres with a high production rate and certain characteristics if it is implemented by resetting the rate of dispersion and the free fall droplet duration.

Keywords: UO₂ , fuel, sol-gel, microsphere, aeration.