KINETIKA KALSINASI SERIA ZIRKONIA DARI PROSES GELASI EKSTERNAL

FERA WAHYUNINGSIH, Prof. Ir. Wahyudi Budi Sediawan, S.U., Ph.D.; Dr. Ir. Mohammad Dhandhang Purwadi, M.T.

2018 | Tesis | S2 Teknik Kimia

Proses kalsinasi merupakan salah satu tahap penting dalam pembuatan inti bahan bakar reaktor nuklir suhu tinggi (HTR). Penelitian mengenai proses kalsinasi seria zirkonia (CSZ) sudah banyak dilakukan, namun lebih ditekankan pada pengamatan sifat fisik dan mekanik. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari model kinetika proses kalsinasi kernel CSZ dan mencari kondisi operasi yang cocok untuk proses tersebut. Kalsinasi dilakukan dengan bahan baku yang berasal dari proses gelasi eksternal berdiameter 0,89 mm dan berat per butir rata-rata 0,67 mg, serta telah dikeringkan dengan suhu 120oC. Bahan baku tersebut dikalsinasi pada berbagai suhu hingga suhu 500oC dengan laju pemanasan 1oC/menit dan 2oC/menit. Penimbangan berat dan pengukuran diameter per butir kernel CSZ setelah proses kalsinasi dilakukan untuk mengetahui berat yang hilang dan penyusutan butir selama proses tersebut. Pada penelitian ini terjadi penurunan berat butir kernel terhadap waktu seiring dengan kenaikan suhu kalsinasi. Pada saat berat butir mencapai kestabilan, proses kalsinasi dapat dianggap berakhir untuk menegah kerusakan pada butir kernel. Sebaiknya laju pemanasan dilakukan sekecil mungkin (di bawah 1oC/menit) pada suhu 200-300oC, agar dekomposisi PVA dapat berlangsung sempurna. Dari hasil simulasi, produk oksida berupa ZrO8 dan ZrO5,5 terbentuk pada akhir proses kalsinasi dengan kecepatan reaksi pembentukan oksida . Selanjutnya proses dapat dilanjutkan ke tahap reduksi agar dapat terbentuk oksida ZrO2.

Calcination process is one of the important steps in the process of making nuclear fuel particles for High Temperature Reactor (HTR). In this work, the calcination process of Ceria Stabilized Zirconia (CSZ) was carried out. The aims of the study are to study the kinetic modelling of calcination process of CSZ kernel, to determine the suitable operation condition for the process, and to observe of physical character of material produced. The calcination was conducted using material from the process of external gelation with diameter of 0,89 mm and average weight per grain of 0,67 mg. Before calcination, feed material was dried in an oven at temperature of 1200C. Then, the material was calcinated from room temperature up to 5000C with ramp rate of 1 and 2°C/min. Weighing the CSZ kernel per grain and measuring the diameter during calcination process were conducted to determine the weight loss and size change, respectively. In this research, there was a weight loss of kernel per time along with the raising of calcination temperature. When the weight of grain reached constant, the process of calcination was considered complete. It is suggested that the heating rate is set as low as possible (under 10C/minutes) in temperature 200-3000C so that the decomposition of PVA will occur completely. From the simulation results, the oxide product of ZrO8 dan ZrO5,5 is formed at the end of the calcination process with the reaction rate of oxide formation . Furthermore the process can be continued to the reduction stage in the order to form ZrO2.

Kata Kunci : kalsinasi CSZ, model kinetika, gelasi eksternal, laju pemanasan, dekomposisi PVA, ZrO2