METODE PENGENDAPAN DAN PENUKAR KATION UNTUK PEMISAHAN CESIUM DALAM BAHAN BAKAR U3Si2-Al

Sari

ABSTRAK

METODE PENGENDAPAN DAN PENUKAR KATION PADA PROSES PEMISAHAN CESIUM DALAM BAHAN BAKAR U₃Si₂-Al. Isotop ¹³⁷Cs salah satu hasil fisi yang dapat digunakan sebagai monitor burn up untuk mempelajari kinerja bahan bakar selama iradiasi dalam reaktor. Untuk menganalisis isotop ¹³⁷Cs dalam pelat elemen bakar (PEB) U₃Si₂-Al pasca iradiasi diperlukan metode yang valid agar diperoleh data yang akurat. Beberapa metode dapat digunakan untuk pemisahan ¹³⁷Cs dalam PEB U₃Si₂-Al, antara lain adalah metode pengendapan dalam bentuk garam CsClO₄ sesuai dengan ASTM E 320-79 dan metode penukar kation menggunakan zeolit Lampung. Proses pengendapan dilakukan dengan menggunakan serbuk CsNO₃ sebagai senyawa pembawa (carier) dan pereaksi HClO₄, sedangkan proses penukar kation dilakukan dengan penambahan zeolit Lampung. Tujuan penelitian adalah mendapatkan metode valid untuk pemisahan ¹³⁷Cs dalam PEB U₃Si₂-Al pasca iradiasi, khususnya aspek pengaruh berat serbuk CsNO₃ dan berat zeolit Lampung yang ditambahkan. Proses pengendapan isotop ¹³⁷Cs dilakukan dengan memipet larutan PEB U₃Si₂-Al sebanyak 150 µL kemudian ditambahkan serbuk CsNO₃ dengan variasi berat 500; 625; 700 ; dan 1000 mg serta 4 mL HClO₄ dalam pengangas es selama 1 jam. Hasil proses pengendapan diperoleh endapan ¹³⁷CsClO₄yang terpisah dengan supernatan sebagai fasa cair.Sementara itu, proses penukar kation dilakukan dengan menambahkan zeolit Lampung variasi berat 700; 900; 1000 ; dan 1200 mg dengan pengadukan selama 1 jam. Hasil proses penukar kation diperoleh padatan ¹³⁷Cs-zeolit dalam fasa padat dan isotop lainnya dalam fasa cair. Endapan ¹³⁷CsClO₄ dan padatan¹³⁷Cs-zeolit serta supernatan diukur kandungan ¹³⁷Cs menggunakan spektrometer-g. Hasil analisis menunjukkan bahwa berat CsNO₃ yang paling banyak mengikat ¹³⁷Cs terjadi pada penambahan CsNO₃ seberat 700 mg yaitu sebesar 0,0472 µg, sedangkan penambahan zeolit Lampung yang optimal diperoleh pada berat 1000 mg hingga 1200 mg dengan kandungan isotop ¹³⁷Cs dalam padatan ¹³⁷Cs-zeolit diperoleh sebesar 0,0557 µg. Pemisahan isotop ¹³⁷Cs menggunakan metode penukar kation dengan penambahan zeolit Lampung 1000 mg hingga 1200 mg mempunyai hasil lebih baik bila dibandingkan dengan metode pengendapan. Selain itu, pengerjaan dengan metode penukar kation lebih mudah serta lebih aman bila dibandingkan dengan metode pengendapan yang pengerjaannya harus dalam penggangas es (-4 ºC), menggunakan bahan kimia HClO₄ dengan aceton dan etanol yang bersifat volatil dan eksotermik.

Kata kunci: isotop ¹³⁷Cs, zeolit, serbuk CsNO₃, metode penukar kation dan pengendapan

ABSTRACT

PRECIPITATION METHOD AND KATION EXCHANGE METHOD FOR CESIUM SEPARATION OF U₃Si₂-Al FUEL ELEMENT. ¹³⁷Cs isotope was one of the fission products which could be used as a burn up monitor to study the performance of the fuel during irradiation in a reactor. For analyzed ¹³⁷Cs isotope in post-irradiation U₃Si₂-Al fuel element plate (PEB), it was needed a valid method to obtain accurate data. Several methods could be used for ¹³⁷Cs separation from U₃Si₂-Al PEB solution were precipitation method in CsClO₄ salt form according to ASTM E 320-79 and cation exchange method using Lampung zeolite. The precipitation process was done using CsNO₃ powder as a carrier substance and HClO₄ reagent, while the cation exchange process was done by the addition of Lampung zeolite. The objective research was getting a valid method for ¹³⁷Cs separation in post-irradiation U₃Si₂-Al PEB, especially for the aspects of CsNO₃ powder weight influence and weight of zeolite Lampung was added. ¹³⁷Cs isotope precipitation process was done by pipetting 150 mL U₃Si₂-Al PEB solution which was added to the 500; 625; 700; and 1000 mg weight variation CsNO₃ powder and 4 mL HClO₄ in ice media for 1 hour. The precipitation process results was obtained CsClO₄ precipitate separated from the supernatant as a liquid phase. Mean while, the cation exchange process was done by adding 700; 900; 1000 and 1200 mg weight variation Lampung zeolite by shaking for 1 hour. The cation exchange process results was obtained ¹³⁷Cs-zeolite in the solid phase and the other isotopes in the liquid phase. The¹³⁷Cs content in ¹³⁷CsClO₄ precipitate,¹³⁷Cs-zeolite solid phase and supernatant was measured using spectrometre-g. The analysis showed that the optimum weight of CsNO₃ addition when most binding of ¹³⁷Cs occurred was 700 mg equal to 0.0472 g ¹³⁷Cs isotope, while the optimum weight addition of Lampung zeolite was 1000 mg until 1200 mg equal to ¹³⁷Cs isotope content in¹³⁷Cs-zeolite obtained was 0.0557 g. The ¹³⁷Cs isotope separation process using both methods could be concluded that the cation exchange method using zeolite by the addition of 1000 mg Lampung zeolite until 1200 mg had better result than the precipitation method. The other advantages of this method were easier and saver than precipitation methods that the process should be in ice batch (-4^oC), using chemicals HClO₄, acetone and ethanol which had volatile and exothermic character.

Keywords: ¹³⁷Cs isotope, zeolite, CsNO₃ powder, cation exchange and precipitation method.