Supardi

ISSN 1410.1998
ABSTRAK
Prosiding Presentasi llmiah Daur Bahan Bakor Nuklir
PEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
PENGOLAHAN LIMBAH RADIOAKTIF URANIUM CAIR
DENGAN RESIN PENUKAR ION CAMPURAN
Supardi, Busron Masduki
P\lsat Penelitian Nuklir Yogyakarta
PENGOLAHAN LlMBAH RADIOAKTIF URANIUM CAIR DENGAN RESIN PENUKAR ION CAMPURAN.
Limbah radioaktif uraniwn cair yang diolah berasal dari Instalasi Teknologi Proses PPNY yang aktivitasnya sekitar
1,6308 x 10-4 gCi/ml (pemancar a) don kandllngan uraniwnnya sekitar 480 ppm F. Metode pengolahan limbah
radioaktifuraniwn cair adalah pen\lkar ion cara terput\1S (batch) mengg\l1Iakan resin penukar kation m.-120 dan resin
penukar anion m.A-400. Par8lneter yang diteliti nntara lain variasi normalitas m-J03 untuk resin penukar ion (m. 120
dan m.A 400), kecepalan pengad\lkan, lama pengad\lkan, pH limbah, clan perbandingan herat dari campuran resin
penukar kation/anion. Hasil penelitian men\l1Ijukk8l1 bahwa proses pemisaJlan U dengan penukar kation maupun
anion diperoleh secara optimal padn kondisi konsentrasi m-JO) =0,5 N, pH=4, kecepalan pengadukan 225 rpm dalam
kurun waktu 90 menit clan mengg\l1Iukan perbandingnn herat resin terhadap volum limbah U terhesar 5 g : 50 ml,
dengan nilai efisiensi pemisaJlannyn (EF) sekitar 98.99 % dan faktor dekontaminasi (FD) untuk resin kation 100,01
dan resin anion 58,87. Pengg\lnaan campllran resin kation dan anion tertinggi yaitu 2 :1 dapat mengitasilkan efisiensi
tertinggi yaitu 98,94 % deng8l1 nilai FD 67,20. Pengg\lnaan campuran resin tersebut lebih baik daripada penggunaan
masing-masing jenis resin itu sendiri.
ABSTRACT
PENDAHULUAN.
LIQUID URANIUM RADIOACTIVE WASTE TREATMENT WITH MIXTURE ION EXCHANGE RESINS. Uranium
radioactive liquid waste which wa.f gemlrated from Process Technology Instalation in PPNY had the activity of
1.6308 x 10-4 ".ci/ml (a enlitter) and uranium concentration of 480 ppm F. The method used was batch ion
exchanger using cation exchanged resin (Amberlite IR-120), anion exchanged resin (lRA-400), and both of mixture
resin. The paranleter which wauld be im'e.ftigated was HNOJ concentration, speed and duration of agitation, pH af
waste solution and the ratio of specified (anion and cation exchanged) resin composition. The result revealed that the
optimal condition of U separation process using either cation or anion exchanged resin has been reached in the
HNO3 concentration of 0.5 N, the pH of 4, the speed of 225 rpm within 90 minutes of agitation, with the use of resin
to solution ratio 5 g ..50 mi. The separating efficiency factor (EF) obtained was abaout 98.99 % with the factor of
decontamination (FD) of each cation and anion exchanged resin respectively was 100.01 and 58.87. The use of both
cation and anion echanged resin mixture of 2.. I ratio showed the best efficiency i.e. EF dan JiD values of 98.94 %
and 67.20 respectively. The mixed resin usage pronlising to give better result then of each specified resin.
Limbah radioaktif cair yang ditilnbulkan
oleh InstaJasiTeknologi Proses PPNY jumlahnya
sekitar 200 liter per tahun pada kondisi kegiatan
puncak. Aktivitas limbah terscbut sekitar 1,6308
x 10-4 pCUml (pemancar 0.) daD kandungan
uraniumnya sekitar 480 ppm. Pada kondisi
nonnal jumlahnya kurang dari 200 liter tiap
tahunnya. Limbah tersebut di atas ditampung
dalam beberapa drum daD jerigen plastikl yang
ditempatkan digudang limbah sebelum diolah atau
digunakan untuk penelitian. Limbah radioaktif
uranium cair sangat berbahaya karena selain
beracun juga mengandung nuklida aktif yang
umur paronya sangat panjang, yaitu U-235
mempunyai umur paruh 7,13 x 108 tahun daD U-
238 mempunyai umur paruh 4,49 x 109 tahun.
Oleh karena itu limbah tersebut harus dikelola
dengan baik daD diolah dcngan cara yang tepaf
supaya pencemaran lingkungannya dapat ditckan
308
sekecil mungkin atau bahkan bila dapat
dihilangkan sarna sekali. Disampimg itu bila
kondisi laboratorium memungkinkan uranium
dapat dipungut kembali3.4 karena uranium
harganya mahal dan sangat banyak digunakan
dalam bahan bakar mtklir.
Berdasarkan uraian di atas maka dicari
pemecahan persoalan dengan tara penyerapan
limbah radioaktif uranium cair dengan resin
penukar ion buatan yaitu resin penukar anion daD
resin penukar kation atau campuran kedua resin
tersebut di alas. Dipilihnya resin penukar ion
sebagai bahan penyerap2.S.6 karena resin
mempunyai struktur daD sifat-sifat dasar yang
sangat baik untuk penyerapan. Kapasitas
penukaran ion2 merupakan sifat karak-teristik dari
zat penukar ion. Kapasitas penukaran ion ini
memmjukkan banyaknya gugus ion yang terikat
pada penukar ion tersebut untuk setiap harga
satuan berat. Dari percobaan laboratorium

koefisien selektivitas daD efisicllsi penukar ion6
dapat ditentukan.
Dalam proses penukar ion ada keuntungan
dan kerugian. Keuntungannya antara lain
a. mudah dioperasikan
b. harga faktor dekontaminasinya cukup tinggi
hila dibandingkan cara kimia biasa
c. dibandingkan dengan proses ekstraksi pelarut.
pertukaran ion lebih efisien
d. hila resin mengalami kejenuhan sementara
dapat diregenerasi, yaitu peng\lsiran kembali
ion-ion dalam gugus nmgsional dcngan aSc1m
basa yang lebih kuat
EI R + Ex + ~ Ex R + EI+
dengan : EI= ion lawan dari elektro
Ex = ion lawan dari penukar ion,
R penukar ion
e. pemungutan radionuklida lebih selektif daD
kuantitatif
Kerugiannya an tara lain:
a. harga mahal,
b. harga peralatan mahal. Hal ini d(lpal diimbangi
karena resin pemlkar ion d(lp(lI diregenerasi
sehingga dapat dipakai beber(lpa kali.
c. stabilitas terhadap sultu terbatas
Operasi pertukaran ion pada umumnya dilakukan
pada suhu kamar. Uranium d(llam larutan dapal
membentuk senyawa UO2++ dan UO2(SO4) 2,,-2
,dimana n = 2,3.
Berdasarkan latar belakang masalah, tujuan
serta pendekat.1n cara pemecahannya maka dibuat
hipotesis bahwa resin penukar ion campuran
dalam perbandingan berat tel1entu lebih baik hasil
serapannya dibandingkan dengan hasil serapan
dati masing-masing resin penukar ion.
TATA KERJA.
Bahan yang digtmakan anlara lain
a. larutan limbah dari ITP dcngan kandungan
uranium 480 ppm
b. larutan asam nilrat (HNO) 96%.
c. larutan NAOH 10 M
d. resin penukar anion (IRA-400).
e. resin penukar kation (IR-200)
Alat yang digunakan anlarc1 Iclin : gelc1s bekcr,
gelas erlenmeyer, planscl, Iclmpu pcngcring, daD
alai cacah a,p latar rcnd:1h. Sclanjutnya
menyiapkan resin (IRA 400) dan (IR 120) untuk
dikeringkan masing-masing scbanyclk 500 g pada
pengering. Untuk resin IRA 400 pc1dc1 suhu 70°C
selama:i: 18 jam,untuk IR 120 pada suhu 110°C
selama:i: 18 jam. Disamping ilu jugc1 mcnyiapkan
Pro.riding Pre.renta.ri Ilmiah Dour Bahan Bakar Nuklir
PEBN-BATAN. Jakarta 18-19 Maret 1996
larutan umpan ( 480 ppm kadar uraniumnya),
serta larutan HNO) 6 N yang telah divariasi dari
(0,5, I, 2,5, 4, dan 6) N. Berat resin penukar ion
kering masing-masing divariasi dari (1, 2, 3, 4,
dan 5)g. Dari masing-masing berat resin
dimasukkan kedalam erlenmeyer yang berisi 50
ml larutan limbah lalu diaduk yang divariasi dati
(10, 20, 30, 45, 60, 75, 90, 120, dan 150) menit.
Didapat lama pengadukan terbaik, yang
selanjutnya basil ini dicari pula kecepatan
pengadukan terbaik yang divariasi dari (50, 75,
100, 175,200,225,250,275,300,325,350, 375,
dan 400) rpm. Dengan cara yang sarna dapat
ditentukan variasi pH terbaik dari pH 1, 2, 3, 4, 5,
6, 7, 8, 9, dan 10. Perlakuan terakhir dengan cara
perbandingan berat resin kation terhadap resin
anion terbaik yang divariasi dari I: I, 1:2, 1 :3, 2: I,
3:I,dan4:I.
BASIL DAN BABASAN
Dan tata kerja daD perlakuan selanjutnya
didapat beberapa tabel sebagai basil, kemudian
dibahas seperti diterangkan dibawah ini.
Perlu diketahui bahwa faktor dekontaminasi
dising-kat FD (dalam satuan volum yang sarna)
dan efisiensi disingkat EP.
FO=
EP=
Aktivitas limbah sebelum diolah
Aktivitas limbah setelah diolah
(cacah mula-mula)-(cacah akhir)
(cacah mula-mula)
Resin yang digunakan disini yaitu resin IR-
120 kering yaitu resin dikeringkan pada suhu
110°C selama :i: 18 jam. Resin ini stabil pada
suhu 110°C untuk garamnya, tapi di atas 100°C
secara periahan-lahan akan bereaksi dengan air
dengan membcbaskan H2SO4.
Pengaruh FD daD EP terhadap berat resin
dalam berbagai konsentrasi HNO) dapat dilihat
pada t...bel I. Pada berat resin 5 g daD normaiitas
HN03 = 0,5 N memberikan FD = 5,17 daD EP =
88,11% yang terbaik. Kurang dari itu berarti ada
kotoran yang mengganggu proses pertukaran ion,
sedang di atas 0,5 N efisiensinya semakin kecil
karena adanya pengurangan kapasitas resin.
Baltkan kalau makin pekat larutan HNO) yang
digunakan daD akan mel1jadi rusak.
Resin yang digunakan resin IRA-400 kering
yaitu resin yang dikeringkan pada suhu 70°C
309

310
selama :t 18 jam. Resin anion dalam bcntuk basa
bebas mulai terurai pada suhu di alas 50°C,
sedang garamnya stabil hingga suhu 100°C.
Karena itu diambil suhu 70°C untuk
pengeringannya. Pada Tabel 2 ditunjukkan bahwa
berat resin 5 g daD nornlalitas HNO) 0,5 N
memberikan harga terbaik pada FD=5, I dan EP =
88,11 % .
Dan Tabel 3 dapat dilihat bahwa keccpatan
pengadukan terbaik dcngan sistim tcrplltus batch
pada kecepatan 225 rpm. lebih rcndah dari
kecepatan 225 rpm kontak yang terjadi belum
sempuma/merata. Di alas kcccpatan 225 rpm
basil penyerapan cendemng tumn karcna butiran
resin makin halus dan jllmlah pori-pori pada
permukaan butiran makin scdikit. sehingga
Prosiding Presentasi /lm;ah Daur Bahan Bakar Nuk/;r
PEBN-BATAN. Jakarta 18-19Maret 1996
Tabcl 2. Pengaruh konsentrasi HNO] (N) terhadap
faktor dekontaminasi (FD) dan efisiensi
pemisahan (EP) uranium dengan resin
penukar anion (IRA-400) pada berbagai
be rat (g) resin
N HNO3
0,00
0,50
1,00
2,50
4,00
6,00
0,00
0,50
1,00
2,50
4,00
6,00
0,00
0,50
1,00
2,50
4,00
6,00
0,00
0,50
1,00
2,50
4,00
6,00
0,00
0,50
1,00
2,50
4,00~Q-
--
FD EP %
1,46 70.74
2,39 70.91
2 07 70,95
1,72 70,84
1,63 70,82
1,55 70,77
1 59 70,81
3,10 8714
2,82 71 36
1,94 70,86
1,72 70,84
1,63 70,82
1,78 70,86
4,44 87,28
3,10 87,14
2,58 71,06
2,07 70,95
1,82 70,90
1,91 70,93
4,43 88,03
3,44 87,28
2,82 71,36
2,39 70,91
1,94 70,86
1,93 70,97
5,17 88,11
3,87 87,43
2,82 81,36
2,21 70,97
~,-~L_~0-,-85-
Tabcl 3. Data FD dan EP dari pemisahan U

tl
~ -k ~1
~,""I 12.~~ 94,89 :!..!.J.2 ~ >
Dari tabel 4 dapat dilihat bahwa lama pengadukan
terbaik adalah 90 menit dengan FD =
43,05 dan BP = 96,57% untuk resin anion, untuk
resin kation FD = 79,69 dan BP = 96,95%.
Kurang daTi 90 menit berarti kontak yang terjadi
belum sempuma. Di atas 90 menit daya serap
resin akan turnn karena butiran resin makin halus
daD pori-pori permuka.'ln blltiran makin kecil.
Apabila ter-laiu lama diadllk resin akan hancur
dan rnsak.
Tabel 4. Data FD dan EP dari ckstraksi U pada
kecenatan oen2adukan 225 rom
No. Waktu
{men it)
~
! 4
oS
6
10
20
30
4S
60
7S
90
~ ~ ~. ~.-
2dQ.
..
~ ~~
~~
~~~
r-88~48
I 92.41
I 93.02
94.27
95.16
95.82
I 96.57i
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakor Nuklir
PEBN-BA TAN. Jakarta /8- / 9 Maret /996
Senyawa uranium apabila dilamtkan dalam
asam (dalam hat ini asam nitrat) akan
membentuk ion komplek yang mempunyai ikatan
yang kuat. Apabila pH diperbesar lebih dari 4
maka ikatan didalam uranium bentuk komplek ini
akan makin kuat, sehingga akan mempersukar
proses per-tukaran ion yang menyebabkan
uranium yang terserap resin makin sedikit.
Apabila pH diperkecil maka suasana terlalu asam
akan dapat mengurangi kapasitas pertukaran
resin penukar ion, bahkan dapat memsakkan
resin seperti saat perendaman dengan lamtan
HNO) .Berdasarkan basil penyerapan ion tersebut
di atas maka untuk selanjutnya akan dicoba
dengan resin campuran kation : anion sekitar 2: 1
dengan variasi mulai dari 1:1, 1:2, 1:3,2:1,3:1,
4:1.
Pacta percobaan suhu kamar (280°C) didapat
hasil untuk resin kation IR 120 FD = 44,55 dan
EP = 96,07%, sedangkan untuk resin anion IRA
400 didapat FD = 23,63 dan EP = 94,27%.
Tabel 6. Pengaruh perbandingan berat dari
campur-an resin (Kation : Anion)
terhadaD FD dan EP.
75,21 ~
4hoS
95,16-
120
150
31,15
16.62
No.
I : I 15.25 I
2 1 :2
Tabel 5. Pengaruh pH limbah terlllldap
1 1 : 3 28.46
oenveran:tn re~in
2: 1
j-IRA-400 ~
;;
3: J.
6 67.25
Ja
9
94,47
--~
~,
1~.94 j 95.16
I 31:42 I 94:28
91,03
~9,79
Dan tabel 5 dapat dilihal bahwa pH limbah
terbaik terhadap penyerapan resin kalion IR-120
pada pH = 4 dimana FD = 47,23 dan BP =
97,89%. Untuk resin anion IRA-400 pH = 4,
FD=23,46 dan BP = 93,84cyo. Pada pH = 4
senyawa kompleks uranium akan me-ngalami
ionisasi sehingga memudahkan proses per-lukaran
ion dengan resin pemlkar ion.
Persamaan re.'\ksinya :
U02(No,n ~ U02 2, + 2 NO)'
2 If' + 2 R- + U02 2+ + 2 NO}-"
llOlRl + 2 IINO)
~
I EP (%)-
! 91,75
94,27
Ket : W = perbandingan berat kation : anion
Dapat dilihat pada label 6 bahwa pada
perbandingan berat resin kation terhadap anion =
2:1 memberikan hasil terbaik yaitu FD = 67,20
dan EP = 98,94%. ini disebabkan kedua resin
saling menguatkan/membantu.iika perbandingan
berat resin (kation : anion) < 2: 1 yaitu dari (I: I)
sampai dengan (1:3) maka FD dan EP cenderung
tetap yaitu EP sekitar 91 -94%. Ini disebabkan
oleh makin banyak resin anion yang ditambahkan,
makin banyak pula uranium yang terikat oleh
resin sehingga FD dan EP naik. Dalam hal ini
terdapat 2 hal yang berarti, yaitu (1) ion U dalam
bentuk anion sehingga erjadi pertukaran ion, daD
(2) terjadi penyerapan ion U oleh resin anion.
Karena uranium yang dipakai bermuatan positip,
maka scbetulnya hanya resin kation yang mampu
mempertukarkan ionnya. Reaksi pertukarannya
sebagai berikut :
2 fIR + UO2(NO3n

sedangkan resin anion tidak mampu
mempertukarkan ion dengan uranium. Jadi
diduga bahwa resin anion hanya mampu
menyerap uranium dipennukaan saja. Sehingga
banyaknya uranium yang diserap aJeh resin anion
ini tidak sebanyak resin kation. SeJain itu karena
penelitian teriadi pacta pH 4 maka resin kation
lebih reaktif bemlngsi sebagai pernukar ion jika
dibandingkan dengan resin anion yang biasanya
membutultkan pH lebih tinggi yainl pH = 9 -11.
Hal tersebut didukung oJeh dat.1 FD dan EP yang
tinggi dengan kenaikannya yang relatif keciJ jika
digunakan variasi resin kation dengan
perbandingan berat resin (kation : anion) > 2: I.
Jadi cukup perbandingan bernt = 2: I Sc1ja
berdasarkan tinjauan ekonomis.
SIMPULAN.
Resin campuran (kation. : an.ion.) den.gan.
perban-dingan berat (2: I) merupakan. penyerap
terbaik karena dicapainya nilai optimal dari FD =
67,20 daD EP 98,94%. Nilai terscbut Icbih baik
jika dj-bandingkan terlmdap nilai penycrapan
resin anion IRA-400, yang menllnjukkan nilai FD
= 23,46 dan EP = 93,84%. atallplln penyerapan
resin kation IR-120 dengan FD = 47,23 dan EP -
97,89%.
UCAPAN TERIMA KASIH.
Terima kasih diucnpknn oleh penulis kepndn
Sc1udara Tri Suyatno atns bnntunnnyn mulni dnri
awal hingga selesainya penelilinn ini. Demikinn
pula ucapan sernpa kepndn Sc1udnra yang bertugns
dibagian analisis.
DAFTAR PUSTAKA.
1. BAT AN," Ketentuan-ketentllan Keselamatan
Kerja Terhadap Radiasi", Badan Tenaga Atom
Nasional, Jakarta, 1958.
2. Robert Kumin & J. Myers, "Ion Exchange
Resin",John Welly Sons, Inc, New York, 1958.
312
Pro.riding Pre.fenla.fi llmiah Dour Bahan Bakar Nuklir
PEBN-BATAN. Jakarta /8-/9 Maret /996
3. Galkin, N.P and Sudarikov, B.N, "Technology
of Uranium", Israel Program for Scientific
Translation, Yerusalem, 1966.
4. Fischer S.A., "Effect of Gamma Radiation on
Ion Exchange Resins", USAEC Report RMD-
2528, Research Laboratory Rohm and Haas Co,
Feb. 1954.
5. Rukihati, "PemiSc'lhan Uranium dengan Resin
Penukar Anion dan Penentuannya secara
Spektrometri", MIPA U.G.M 1974.
6. "Operation and Control of Ion Exchange
Processes for Treatment of Radioactive Waste",
Technical Report Series no. 74, Vienna, 1968.
7. Soeroto R, "Diktat Kuliah Pengolahan Limbah
Radioaktif', BAT AN, 1985.
TANYAjAWAB
1. Siti Amini
.Bagaimana menurut pendapat Saudara, bila
variasi perbandingan resin kation/anion
dilakukan terlehuh dabulu, kemudian barn
dilakukan optimasi kondisinya.
Supardi
.Saya menyatakan kurang sependapat dengan
pernyataan dari penaya tersebut di atas. Hal
ini, karena apabila dilakukan variasi
perbandingan resin kation/anion terlebih
dahulu, kemudian barn dilakukan optimasi
kondisinya, maka dengan perlakuan seperti itu
akan mengakibatkan terlalu banyak
perbandingan resin kation/anion yang harus
dilakukan/dicoba. Dengan demikian akan
semakin sulit untuk menentukan optimasinya.
Saya berpendapat bahwa apabila variasi
perbandingan berat resin kation/anion
dilakukan paling akhir, maka kondisi yang
dilakukan seperti ini akan dapat
memperlihatkan hasil dari masing-masing ion
daD sifat kecenderungannya, sehingga untuk
menentukan perbandingan berat resin
kat ion/anion cenderung lebih cepat dan
tepat/akurat.