BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Zirkonium merupakan

BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Zirkonium merupakan bahan yang mempunyai peran yang sangat
strategis dalam berbagai industri. Dalam industri nuklir, bahan ini dapat
dimanfaatkan sebagai bahan struktur reaktor nuklir yang baik sehingga
reaktor nuklir menjadi aman. Selain itu bahan ini dapat digunakan sebagai
bahan kelongsong bahan bakar nuklir karena mempunyai sifat yang unggul,
antara lain tahan terhadap suhu tinggi, tahan terhadap korosi, mempunyai
serapan neutron yang kecil (0,18 - 0,2 barn) dan dapat menaikkan sifat fisik
terhadap logam paduannya (Sajima, 2007:73).
Dewasa ini, dalam penambangan pasir zirkon banyak terdapat
kandungan bahan nuklir seperti uranium dan thorium di bawah 2000 ppm.
Persebaran zirkonium sangat luas, terutama banyak diperoleh di daerah
Kalimantan. Zirkon di Kalimantan ini mempunyai nilai ekonomis
dikarenakan kadarnya cukup tinggi. Bahan mineral zirkon merupakan
campuran silikat zirkonium yang terjadi secara alami yang digunakan dalam
jumlah besar (1 juta ton per tahun) (Sudarto, 2008:IV-31). Pembuatan logam
zirkonium dari pengembangan pemisahan zirkonium sebagai bahan struktur
reaktor nuklir untuk pembangkit tenaga listrik, dilakukan guna mengantisipasi
adanya kebutuhan bahan struktur reaktor nuklir secara terus menerus
digunakan untuk memenuhi kebutuhan energi listrik dari PLTN yang ada di
dunia
saat
ini.
Zirkonium
merupakan
1
logam
yang
penting
yang
2
dikembangkan khusus untuk aplikasi industri nuklir maupun non nuklir. Pada
industri non nuklir PSZ (partially stabilized-zirconia) merupakan komponen
penting yang dapat mewujudkan berbagai fungsi advanced ceramics yaitu
fungsi mekanik, elektrik, kimia maupun biologi.
Zirkonium di alam biasanya ditemukan dalam keadaan tidak murni
yaitu sebagai mineral yang tercampur dengan mineral ringan yaitu: kuarsa,
lempung, material-material organik dan mineral berat yaitu: magnetit, ilmenit,
hematite dan rutil. Komposisi maupun senyawa-senyawa yang terikut dalam
pasir zirkon berbeda-beda tergantung dari asal daerah zirkon itu didapat.
Untuk dapat menjadi bahan yang berdaya guna tinggi, pasir zirkon harus
dimurnikan dari pengotor-pengotor ataupun dari campuran-campuran
senyawa lain. Salah satu tahapan pemurnian adalah pemisahan zirkonium dari
silikat. Untuk memisahkan zirkonium dari silikat melalui beberapa tahapan
yaitu:
1.
Peleburan dengan NaOH yang berfungsi memecah ikatan antara ZrO 2
dan SiO 2 .
2.
Pelindian (leaching) dengan air untuk melarutkan Na 2 SiO 3 yang
dihasilkan dari peleburan.
3.
Pengeringan untuk menstabilkan silikat yang ada menjadi polimer
parasilikat.
4.
Pelindian (leaching) dengan asam klorida untuk mengambil zirkonium
dalam padatan dan memisahkan dari pasir zirkon yang belum bereaksi
3
pada waktu reaksi peleburan sehingga terbentuk ZOC dengan kemurnian
rendah.
5.
Pembuatan ZBS (zirconium basic sulfate), pada proses ini akan
dipisahkan zirkon dari pengotor-pengotornya terutama U,Th, Ti,Fe, dll.
6.
Pembentukan ZrO(OH) 2 dengan cara mengkonversikan dari ZBS.
7.
Kristalisasi sampai terjadi zirkon oksiklorid, dalam kondisi ini kristal
yang dihasilkan sudah mempunyai kemurnian tinggi dan memenuhi
standard industri.
8.
Kalsinasi sehingga menghasilkan zirkonia ZrO 2 .
Sehubungan dengan hal tersebut, maka dalam penelitian ini dilakukan proses
pembuatan ZBS (zirkonium berbasis sulfat) dari hasil proses kristal
zirkonium oksiklorid. Zirkonium basis sulfat (ZBS) merupakan tahapan
proses yang sangat krusial karena dapat meminimalkan pengotor-pengotor
seperti Fe+3, Th+4, U+6, dan Ti+4.
Tujuan pembentukan zirkonium berbasis sulfat ini adalah untuk
menghilangkan senyawa–senyawa
yang termasuk NORM
(Naturally
Occurring Radioactive Material) dan TENORM ( Technologically Enhanced
Naturally Occurring Radioactive Material) seperti Fe, Ti, Al, U, Th, dan lainlain yang didapatkan dari hasil proses dari zirkonium oksiklorid. NORM
merupakan bahan radioaktif yang sudah ada di alam sebagai bagian dari
kehidupan manusia. NORM ada di mana-mana, karena semua bahan di udara,
air, tanah, tanaman bahkan tubuh kita mengandung bahan radioaktif alam.
TENORM dapat diartikan sebagai bahan radioaktif alam yang terkonsentrasi
4
atau naik kandungannya yang merupakan by product dari kegiatan industri
non nuklir yang menggunakan bahan baku dari (dalam) kulit bumi. TENORM
sering juga disebut LSA (Low Spesific Activity). Kegiatan beberapa industri
non nuklir yang menghasilkan TENORM akan berpotensi memberikan
dampak radiologi terhadap pekerja dan lingkungan, apabila tidak dikelola
dangan benar. (Bunawas dan Syarbaini, 2005)
Pembentukan zirkonium berbasis sulfat diendapkan dari zirkonium
oksiklorid dan asam sulfat. Pada percobaan pembuatan ZBS di Switzerland
dengan menggunakan continues stirred tank reaktor (CSTR) untuk
mereaksikan ZrOCl 2 (ZOC) dengan H 2 SO 4 dilakukan pada perbandingan
mol Zr/SO 4 = 5/2, temperatur 90 oC, pH pengendapan ZBS 1,1 – 1,5;
kecepatan pengadukan 1300 rpm dan densitas slurry ZBS sekitar 1,009 g/ml.
Pembentukan zirkonium berbasis sulfat ini dipengaruhi oleh perbandingan
mol Zr/SO 4 , kecepatan pengadukan, pH, waktu pengendapan, dan suhu
reaksi.
Pada penelitian kali ini akan mengkaji konversi kadar zirkonium (Zr)
dari pembentukan zirkonium berbasis sulfat yang dihasilkan dari mereaksikan
zirkonium oksiklorid (zirkonil klorida) dengan asam sulfat yang ditinjau dari
berbagai macam variasi konsentrasi dari zirkonium oksiklorid dan asam sulfat
serta waktu proses pengendapan reaksi. Konversi adalah jumlah zirkonium
yang berubah menjadi zirkonium berbasis sulfat dibandingkan dengan jumlah
zirkonium dalam zirkonium oksiklorid, atau diartikan sebagai sejumlah
tertentu zirkonium (Zr) dalam zirkonium oksiklorid (ZOC) yang berhasil
5
diubah menjadi zirkonium (Zr) dalam zirkonium berbasis sulfat (ZBS) pada
reaksi pengendapan.
Metoda analisis yang digunakan untuk mengetahui kadar zirkonium
dalam zirkonium berbasis sulfat adalah spektrometer X-ray karena metode
analisis ini dapat digunakan untuk analisis kualitatif maupun kuantitatif dari
unsur–unsur yang ada dalam cuplikan secara serentak dengan seksama, baik
dalam cuplikan bentuk cair, padat, maupun lumpur. Keuntungan dari analisis
ini adalah kemampuannya dalam menganalisis unsur–unsur dalam bentuk
campuran yang sulit dipisahkan dengan cara analisis biasa, serta dapat
menampilkan hasilnya secara serentak dalam layar MCA (Multi Chanel
Analyser), dan juga tidak merusak sampel, untuk analisis hanya
membutuhkan sedikit cuplikan.
Berdasarkan uraian di atas maka akan diteliti Pengaruh konsentrasi
zirkonium oksiklorid, konsentrasi asam sulfat, dan waktu pengendapan
terhadap konversi pembentukan zirkonium berbasis sulfat. Dengan
alasan bahwa jumlah permintaan bahan bakar nuklir dengan penggunaannya
secara terus mererus karena adanya laju pembangunan PLTN yang semakin
meningkat. Selain itu juga mahasiswa dapat memperoleh gambaran tentang
aplikasi dari ilmu yang selama ini dipelajari di universitas.
B. Identifikasi Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan diatas, permasalahan yang
dapat diidentifikasikan adalah sebagai berikut :
6
1.
Jenis umpan yang digunakan.
2.
Konsentrasi H 2 SO 4 yang digunakan.
3.
Konsentrasi zirkonium oksiklorid (ZOC) yang digunakan.
4.
Waktu Pengendapan yang digunakan.
5.
Metode analisis yang digunakan.
A. Pembatasan Masalah
Berdasarkan identifikasi masalah maka dibatasi masalah yang akan diteliti
yaitu sebagai berikut :
1.
Jenis
umpan
yang
digunakan
adalah
zirkonium
oksiklorid
(ZrOCl 2 .8H 2 O) hasil proses dari PT APB-BATAN.
2.
Variasi konsentrasi H 2 SO 4 yang digunakan adalah 0,06; 0,07; 0,08; 0,09;
dan 0,10 M.
3.
Variasi konsentrasi ZOC yang digunakan adalah 0,15; 0,175; 0,2; 0,225;
dan 0,25 M.
4.
Variasi waktu pengendapan yang digunakan adalah 40; 50; 60; 70; dan
80 menit.
5.
Metode analisis yang digunakan XRF untuk menganalisis kadar
zirkonium dalam sampel.
7
B.
Perumusan Masalah
Berdasarkan pembatasan masalah maka dirumuskan masalah yang akan
diteliti yaitu sebagai berikut :
1. Bagaimanakah pengaruh konsentrasi zirkonium oksiklorid terhadap
konversi pembentukan zirkonium berbasis sulfat?
2. Bagaimanakah pengaruh konsentrasi asam sulfat terhadap konversi
pembentukan zirkonium berbasis sulfat?
3. Bagaimanakah
pengaruh
waktu
pengendapan
terhadap
konversi
pembentukan zirkonium berbasis sulfat?
C. Tujuan Penelitian
Penelitian ini mempunyai tujuan sebagai berikut ;
1. Mengetahui pengaruh konsentrasi zirkonium oksiklorid terhadap
konversi pembentukan zirkonium berbasis sulfat.
2. Mengetahui pengaruh konsentrasi asam sulfat terhadap konversi
pembentukan zirkonium berbasis sulfat.
3. Mengetahui
pengaruh
waktu
pengendapan
terhadap
konversi
pembentukan zirkonium berbasis sulfat.
D. Manfaat Penelitian
Penelitian diharapkan bermanfaat bagi :
1. Peneliti bahan struktur reaktor nuklir yaitu dapat mengetahui kadar dari
zirkonium dalam pembentukan zirkonium berbasis sulfat.
8
2. Peneliti, yaitu meningkatkan keilmuan peneliti dalam bidang kimia
analisis dan meningkatkan ketrampilan dalam menggunakan alat
laboratorium.