Aisyah, Herlan Martono, Mirawaty

Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006 ISSN 0852 - 2979

KARAKTERISTIK HASIL IMOBILISASI LIMBAH RADIOAKTIF PADA T DARIINSTALASI RADIOMETALURGI

Aisyah, Herlan Martono, MirawatyPusat Teknologi Limbah Radioaktif, BAT AN

ABSTRAKKARAKTERISTIK HASIL IMOBILISASI LIMBAH RADIOAKTIF PADAT DARI

INSTALASI RADIOMET ALURGI. Pada pengujian bahan bakar paska iradiasi di InstalasiRadiometalurgi timbul Iimbah padat yang dikategorikan sebagai limbah transuranium. Limbah inimengandung radionuklida Np dengan waktu paro panjang yang memerlukan pengelolaan dengantingkat keselamatan yang tinggi. Imobilisasi limbah ini dilakukan dengan polimer. Telah dilakukanpenelitian penggunaan resin epoksi sebagai bahan matriks untuk imobilisasi Iimbah padat transuraniumsebagai fungsi kandungan Iimbah, yaitu 10, 20, 30, 40, 50, dan 60 % berat. Limbah padat transuraniumsimulasi dibuat berupa abu dari kertas yang mengandung radionuklida transuranium. Karakteristikpenting yang dipelajari adalah densitas, kuat tekan dan laju lindih dari blok polimer-Iimbah hasilimobilisasi. Pengukuran densitas dilakukan dengan mengukur berat spesifik, sedangkan kuat tekan danlaju Iindih masing-masing dilakukan dengan alat uji tekan Paul Weber dan alat uji lindih sokhlet. Hasilpenelitian menunjukkan bahwa kandungan limbah semakin tinggi, maka densitas dan laju lindih blokpolimer-limbah makin besar, tetapi kuat tekannya semakin turun. Kandungan limbah maksimum 30%berat akan menghasilkan karakteristik blok polimer-limbah yang terbaik

ABSTRACTTHE CHARACTERISTIC OF IMMOBILIZED SOLID RADIOACTIVE WASTE

FROM RADIOMET ALURGY INST ALLA TION. Testing of irradiated waste spent fuel in Radiometallurgy Installation generated transuranic solid waste which contain Np radio-nuclide which haslong half lives that needs to be managed with high safely level. The immobilization of this kind ofwaste is carried out by using polymer. Research using epoxy resin for matrix material forimmobilization of transuranic waste on the basis of waste loading has been done, i.e.: 10,20,30,40,50, and 60 weight percent. The simulated of trans uranium waste is made by ash form from paper thatcontaining transuranic radionuclide. The main characteristic of bulk product of immobilized polymerwaste was determined for its density, compressive strength and leaching rates was studied. The densitywas determined by measuring its specific weight, the compressive strength was measured with PaulWeber compactor and the leaching rates was determined by soxhlet apparatus. The research shows thatthe higher the waste loading, results in the higher the density and the leaching rates, and as well thelower the compressive strength. The maximum of 30 weigh percent of waste loading gives the bestcharacteristic of bulk of polymer waste

PENDAHULUAN

Pada saat ini teknologi nuklir telah dipakai secara luas dalam berbagai bidang, seperti

bidang kesehatan, pertanian, industri dan bahkan tidak lama lagi akan berdiri Pusat

Pembangkit Tenaga Nuklir (PLTN) di Indonesia. Sejalan dengan hal itu tentunya akan

ditimbulkan sejumlah limbah yang harus dikelola dengan baik, aman bagi manusia dan

lingkungan.Pada saat ini pula, strategi Indonesia dalam daur bahan bakar nuklir adalah daur

terbuka, yaitu bahan bakar bekas tidak diproses ulang (reprocessing), sehingga sebagai

limbah aktivitas tinggi adalah bahan bakar bekas itu sendiri. Selain itu di BAT AN terdapat

pula limbah yang dikategorikan sebagai limbah transuranium (TRU) yaitu limbah yang

berasal dari Instalasi Radiometalurgi baik berupa limbah padat maupun limbah cair, limbah

54

Hasil Penelitian oon Kegiatan PTLR Tahun 2006 ISSN 0852 - 2979

yang timbul dari produksi Mo-99 di Instalasi Produksi Radioisotop (IPR), dan limbah dari PT.

Batan Teknologi.

Di Instalasi Radiometalurgi (IRM), limbah padat TRU yang timbul mempunyai

aktivitas total 1,965 Bq/Ilg, dengan jumlah yang relatif sedikit dan sampai saat ini limbah

tersebut masih tersimpan dalam hot cell. Limbah padat TRU dari IRM berupa logam, kertas

merang dan kertas tisu yang terkontaminasi radionuklida TRU. Limbah ini timbul pada

pengujian bahan bakar paska iradiasi seperti proses pemotongan, pemolesan untuk keperJuan

metalografi. Untuk keperluan proses pengolahan, Iimbah TRU ini dipisahkan sesuai dengan

jenisnya. Limbah logam dapat diproses dengan melting process yang menghasilkan logam

non radioaktif dan radionuklida. Limbah padat terbakar yang berupa kertas dilakukan proses

reduksi volume dengan dibakar dalam insenerator, sehingga diperoleh abu dan kemudian abu

diimobilisasi dengan polimer.

Limbah padat transuranium dari IRM mempunyai karakteristik seperti yang disajikan

pada Tabel 1.

Tabel I. Komposisi Iimbah padat TRU dari IRM (hasil analisis laboratoriumIRM).

No Radionuklida Limbah PadatNoLimbah Padat

Aktivitas (Bq/Ilg)

RadionuklidaAktivitas (Bq/~)

1

CdlU'I 0.0330 7CoYI 0.02762

Cel44 0.0033 8NpLJI 0.00123

RUlUb - 9BaUl 0.01394

CSU4 0.0989 10Ra226 -5

Cs lJ7 1.6737 11EuD4 0.03926

CobU - 12Br~L 0.073

Aktivitas total

1,965 Bq/Ilg

Dalam Tabel 1 terJihat bahwa radionuklida TRU yang terdeteksi dalam limbah adalah

Neptunium, sedangkan radionuklida yang dominan adalah Cesium. Meskipun aktivitas

radionuklida Np relatif kecil dibandingkan dengan radionuklida yang lainnya, namun Np ini

mempunyai waktu paro yang cukup panjang yaitu 2,14 juta tahun [2]. Oleh karena itu Iimbah

ini perlu penanganan dengan tingkat keselamatan yang tinggi.

Sesuai dengan standar Intematioanl Atomic Energy Agency (IAEA) proses

imobilisasi limbah TRU dilakukan dengan polimer [3]. Gelas tidak dapat digunakan untuk

imobilisasi limbah TRU karena, jika kandungan PU02 melebihi 4% berat akan terjadi

pemisahan fase. Demikian pula semen tidak dapat digunakan karena umur semen lebih

pendek dibandingkan umur radionuklida dalam Iimbah TRU. Dari segi pembuatan polimer

yang eksotermis lebih sederhana dibandingkan gelas. Ada beberapa jenis polimer yang telah

dipelajari sebagai bahan matriks untuk imobilisasi limbah TRU seperti poliester stiren, epoksi

akrilat, stiren divinil benzena dan resin epoksi [4]

55

Has;1 Penelit;an don Kegiatan PTLR Tahun 2006 ISSN 0852 - 2979

Oalam penelitian ini digunakan polimer resin epoksi sebagai bahan matriks untuk

imobilisasi limbah TRU. Resin epoksi merupakan salah satu jenis polimer yang banyak

digunakan sebagai material struktur. Resin epoksi terbentuk dari reaksi antara epiklorohidrin

dengan biphenilpropana (bisphenol A) dengan reaksi sebagai berikut [5]:

CH3

-0-1-0-(n + 1) HO \ # ? \ # OH +CH3

bisfenol A

H(n + 2) H2C-C-CH2CI\/

oepiklorohidrin

~

Pembentukan epoksi oleh reaksi bisfenol A dan epiklorohidrin

Resin epoksi memiliki sifat yang unggul diantaranya kekuatan mekanik yang bagus,

tahan terhadap bahan kimia, adesif, mudah diproses dan proses curing berlangsung dengan

reaksi polimerisasi yang bersifat eksotermis. Berdasarkan pada keunggulan ini, maka resin

epoksi dipilih untuk imobilisasi limbah TRU.

Penelitian ini bertujuan untuk memperoleh komposisi polimer-limbah yang optimal

sehingga diperoleh karakteristik blok polimer-limbah yang baik. Karakteristik blok polimer

limbah yang dipelajari adalah densitas, kuat tekan dan laju pelindihan sebagai fungsi

kandungan limbah (waste loading). Sedangkan limbah padat TRU simulasi yang dipelajari

dalam bentuk abu yang mengandung radionuklida TRU simulasi, yaitu dengan mengganti

radionuklida Np dengan Ce [6].

Oensitas merupakan salah satu karakteristik untuk menentukan kualitas blok polimer

limbah. Oensitas dibutuhkan untuk memprediksi keselamatan transportasi, penyimpanan

sementara (interim storage), dan penyimpanan lestarinya [7].

Kuat tekan adalah gaya maksimum yang dibutuhkan untuk menghancurkan benda

dibagi dengan luas permukaan yang mendapat tekanan. Kuat tekan blok polimer-limbah

merupakan karakteristik penting untuk mengevaluasi besamya benturan agar menjamin

keselamatan penanganan, transportasi dan penyimpanan lestarinya [6].

Laju pelindihan merupakan salah satu karakteristik blok polimer-limbah yang penting

untuk mengevaluasi limbah hasil imobilisasi, karena tujuan akhir imobilisasi limbah adalah

meminimalkan potensi terlepasnya radionuklida yang ada dalam limbah ke lingkungan. Untuk

mengukur laju pelindihan dapat dilakukan dengan dua metode yaitu laju pelindihan

56

Hasil Pene/itian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006 ISSN 0852 - 2979

dipereepat dan laju pelindihan jangka panjang. Laju pelindihan dipereepat digunakan untuk

penelitian jangka pendek untuk meneliti pengaruh beberapa parameter dan mengevaluasi

kualitas hasil imobilisasi. Pengujian ini menggunakan suhu 100°C guna mempereepat

pelindihan dengan eara mengekstrak sampel dengan alat sokhlet. Pengujian laju pelindihan

jangka panjang dilakukan menggunakan ukuran polimer limbah yang sesungguhnya dan

simulasi kondisi lingkungan dalam penyimpanan lestari. [8,9].

TAT A KERJA

Bahan

Dalam penelitian ini digunakan bahan:

1. Polimer jenis resin epoksi, yang dibeli dari pasaran dengan merk dagang EPOSIR.

2. Limbah padat simulasi yang berupa kertas merang

3. Cesium Chloride (CsCl) dari Merck dan Cerium Oxide (Ce02) dari Sigma Chern. Co.

Metode

Limbah padat TRU simulasi dibuat dengan membakar kertas merang sampai

menjadi abu dan kemudian dieampur dengan CsCI dan Ce02. Proses imobilisasi dilakukan

dengan meneampur resin epoksi, pengeras (hardener) dengan limbah simulasi yang berbentuk

abu dengan kandungan limbah 0, 10 , 20, 30 , 40, 50 dan 60 % berat. Campuran polimer

limbah diaduk sampai homogen kemudian dimasukkan ke dalam eetakan yang berbentuk

silinder dengan diameter 29,5 mm dan tinggi 24,5 mm dan dibiarkan selama 8 jam untuk

proses curing. Karakterisasi dilakukan terhadap polimer-limbah yang telah mengeras dengan

mengukur densitas, kuat tekan dan laju pelindihannya.

Pengujian

1. Pengukuran densitas dilakukan dengan mengukur volume dan berat contoh polimer

limbah yang dibuat dengan ukuran 2x2x2 em. Densitas blok polimer-limbah dihitung

dengan persamaan:

mp=V

dimana: p = berat jenis (gram cm-\ m = massa contoh (gram), v = volume contoh

(em3) [7].

2. Uji Tekan dilakukan dengan alat tekan Paul Weber. Contoh polimer-Iimbah dibuat

dengan ukuran 2x2x2 cm dan dilakukan penekanan sampai pecah. Kekuatan tekan

polimer-Iimbah dihitung dengan persamaan:

p(j = maks

c ~-_.A

57


dimana O'c adalah kekuatan tekan (kN/em2); Pmaks: beban tekanan maksimum (kN);

dan A adalah luas penampang mula-mula (em2) [8]

3 Laju pelindihan dilakukan menurut Japan Industrial Standard (JIS) , yaitu laju

pelindihan dipereepat dalam medium air. Contoh gelas-limbah dengan ukuran 2x2x2

em dimasukkan dalam basket dan dipasang pada alat sokhlet untuk direfluks dengan

air suling pada suhu 100 °c selama 24 jam Laju pelindihan dihitung berdasarkan berat

eontoh yang hilang dengan persamaan [8,9]:

L _Wo-w,R - A.[

dimana: LR : laju pelindihan (g em-2 hari-I), A: luas permukaan eontoh

(em2 g-I), Wo : berat eontoh sebelum dilindih (g), WI : berat eontoh sesudah dilindih

(g) dan t : waktu pelindihan (hari)

HASIL DAN PEMBAHASAN

Gambar I menunjukkan pengaruh kandungan limbah terhadap densitas blok polimer

limbah hasil imobilisasi. Dari Gambar I tampak bahwa semakin besar kandungan limbah

maka akan memperbesar densitas blok polimer-limbah. Hal ini karena persentase unsur-unsur

dengan berat atom ysng besar meningkat, sehingga densitas blok polimer-limbah akan

semakin besar. Jadi dapat dikatakan bahwa dengan penambahan kandungan limbah akan

mengakibatkan pengurangan bahan polimer epoksi dalam proses imobilisasi, sehingga akan

dihasilkan suatu bentuk blok polimer-limbah yang mempunyai berat jenis tinggi. Hubungan

antara kandungan limbah dan densitas menurut persamaan y = 6E-05x2 + 0.0039x + 0.9262.

1,6

_ 1,4'?E 1,2uE 1IV•..E2 0,8I/)

~ 0,6I/)

g 0,4c0,2

o

o 10 20 30 40 50 60 70

Kandungan Limbah (% be rat)

Gambar 1. Pengaruh kandungan limbah terhadapdensitas polimer-limbah hasil imobilisasi

58


Gambar 2 menyajikan hubungan antara kandungan limbah dengan kuat tekan blok

polimer limbah hasil imobilisasi. Semakin besar kandungan limbah maka semakin kecil kuat

tekannya. Hal ini terjadi karena polimer epoksi mempunyai struktur linier. Adanya persentase

limbah yang semakin besar maka persentase polimemya semakin sedikit. Ini berarti rantai

polimer yang terbentuk semakin pendek. Dengan rantai polimer yang semakin pendek dan

volume blok polimer-limbah yang semakin besar maka tiap lapisan rantai polimer tidak cukup

mengungkung limbah, sehingga kekuatan tekannya semakin menurun. Hubungan antara

kandungan limbah dengan kuat tekan menurut persamaan y = 0.0004x2 - 0.0854x + 7.6048

8

7 ~ Y= 0.0004,{ - 0.0854x + 7.6048«76

E~ 5z=-c 4ns..If::

~ 3•..£I 2~ 10 0

10203040506070Kandungan Limbah (% berat)

Gambar 2. Pengaruh kandungan kimbah terhadap kuat tekanpolimer-limbah hasil imobilisasi

Gambar 3 menyajikan hubungan antara kandungan limbah dengan laju lindih.

Semakin besar kandungan limbah semakin besar pula laju pelindihan. Hal ini terjadi karena

adanya peningkatan kandungan limbah akan mengurangi kemampuan ikat polimer epoksi

terhadap radionuklida dalam limbah. Jumlah satuan volume tertentu dalam kerangka polimer

ditempati oleh radionuklida yang banyak jumlahnya sehingga ikatan polimer terhadap

radionuklida akan melemah. Ikatan radionuklida yang lemah dalam kerangka polimer akan

mengakibatkan radionuklida mudah terlepas ke luar pada saat uji pelindihan. Hal ini juga

disebabkan konsentrasi unsur-unsur dalam rongga antara ikatan polimer makin besar

sehingga perbedaan konsentrasi sebagai gaya dorong proses difusi menjadi lebih besar.

Hubungan antara kandungan limbah dengan laju lindih untuk limbah berbentuk abu sesuai

dengan persamaan y = 8E-05x2 - 0.0008x - 0.002

59


-- 0,3";"

'C~ 0,25~E

0,2u Ee 0,15.9J:0,1:s c:::i 005= ''Iii'...J

00

y = 8E-D5Jt - 0.0008x - 0.002 ••

10 20 30 40 50 60 70

Kandungan Limbah (% berat)

Gambar 3. Pengaruh kandungan limbah terhadap laju lindihpolimer-limbah hasil imobilisasi

Dalam suatu proses pengolahan limbah ada beberapa hal yang menjadi pertimbangan

yaitu hasil pengolahan yang memenuhi persyaratan, proses sederhana sehingga dapat

diterapkan di lnstalasi Pengolahan Limbah (IPLR) dan tentunya ekonomis. Kandungan

limbah yang besar sudah barang tentu akan lebih ekonomis, namun karakteristik polimer

limbah yang dihasilkan cenderung menurun. Demikian pula sebaliknya karakteristik polimer

limbah yang baik dapat diperoleh pada proses dengan kandungan limbah yang lebih rendah.

Tujuan pengolahan limbah radioaktif adalah mengungkung radionuklida dalam bahan matriks

tertentu sehingga meminimalkan potensi pelepasan radionuklida ke lingkungan, Pada

kandungan limbah lebih besar 30 % berat terjadi kenaikan nilai laju lindih yang cukup besar,

sehingga mempunyai potensi pelepasan radionuklida ke lingkungan yang lebih besar. Oleh

karena itu pengolahan limbah transuranium ini akan memberikan karakteristik hasil

imobilisasi yang optimal pada kandungan limbah maksimum 30 % berat.

KESIMPULAN

Dari hasil penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa reduksi volume

limbah padat TRU yang timbul dari pengujian bahan bakar paska iradiasi dari IRM lebih baik

dilakukan dengan membakar limbah tersebut sampai menjadi abu dan kemudian abu

diimobilisasi dengan polimer. Resin epoksi mempunyai kemampuan yang baik sebagai bahan

matriks untuk imobilisasi limbah padat TRU, karena karakteristik polimer limbah yang

dihasilkan cukup baik. Kandungan limbah maksimum 30 %berat akan memberikan

karakteristik hasil imobilisasi seperti densitas, kuat tekan dan laju lindih yang optimal dengan

proses cukup ekonomis.

60

Hasil Penelitian clan Kegiatan PTLR Tahun 2006 ISSN 0852 - 2979

DAFTAR PUSTAKA

1. AISYAH, Pengaruh Keasaman Dan Kandungan Limbah Pada Imobilisasi Limbah

TRU Dari Instalasi Radiometalurgi Dengan Polimer, Hasil Penelitian Pusat

Pengembangan Pengelolaan Limbah Radioaktif 2003, P2PLR, Jakarta, 2004

2. M.M.EL.W AKIL, Nuclear Power Engineering, McGraw-Hill Book Company, Inc,

USA, 1962

3. IAEA; Treatment of Alpha Bearing Waste, Technical Reports Series No.287, IAEA,

Viena, 1988

4. AISYAH, Penggunaan Beberapa Jenis Polimer Untuk Imobilisasi Limbah

Transuranium, Laporan Teknis, 2004

5. JOEL R. FRIED. "Polymer Science and Technology". Prentice-Hall Inc. USA, 1995

6. HERLAN MARTONO, AISYAH, Pengaruh Kandungan Radionuklida Hasil Belah

Terhadap Sifat Fisika Dan Kimia Gelas-Limbah, Prosiding Seminar Nasional Kimia

Dan Kongres Nasional Himpunan Kimia Indonesia, Pusat Penelitian Kimia - LIPI

Dan Himpunan Kimia Indonesia, Jakarta 22 Februari 2006.

7. AISYAH, HERLAN MARTONO, Pengaruh Kadar Silika Dalam Glass Frit Terhadap

Densitas, Titik Leleh Dan Koefisien Muai Panjang Gelas-Limbah, Prosiding Seminar

Nasional Kimia Dan Kongres Nasional Himpunan Kimia Indonesia, Pusat Penelitian

Kimia - LIPI Dan Himpunan Kimia Indonesia, Jakarta 22 Februari 2006.

8. HERLAN MARTONO, AISYAH, Pengaruh Kandungan Radionuklida Hasil Belah

Terhadap Sifat Fisika Dan Kimia Gelas-Limbah, Prosiding Seminar Nasional Kimia

Dan Kongres Nasional Himpunan Kimia Indonesia, Pusat Penelitian Kimia - LIPI

Dan Himpunan Kimia Indonesia, Jakarta 22 Februari 2006.

9. AISYAH, GUSTRI, MIRAWATY, Pengolahan Limbah Transuranium Dari Instalasi

Radiometalurgi Dengan Media Polimer Super Adsorben, Jumal Teknologi

Pengelolaan Limbah Volume 8 Nomor I Juni 2005, ISSN 1410-9565, P2PLR

BATAN.

61

Documents

Aisyah, Herlan Martono, Mirawaty