uranium resourses

Physics Study ProgramFaculty of Mathematics and Natural SciencesInstitut Teknologi Bandung

FI-4241Topik Khusus Fisika Reaktor

Sumberdaya UraniumAbdul Waris, Ph.D

PHYSI S

Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung

PHYSI S

Earth Resources

Sumber daya Alam di Bumi


PHYSI S

Sumberdaya Mineral Building

Stone, Sand, Gravel, Limestone

Non-metallic MineralsSulfur, Gypsum, Coal,

Barite, Salt, Clay, Feldspar, Gem Minerals, Abrasives, Borax, Lime, Magnesia, Potash, Phosphates, Silica, Fluorite, Asbestos, Mica

Metallic Minerals Ferrous: Iron and Steel,

Cobalt, Nickel

Metallic Minerals Non-ferrous: Copper,

Zinc, Tin, Lead, Aluminum, Titanium, Manganese, Magnesium, Mercury, Vanadium, Molybdenum, Tungsten, Silver, Gold, Platinum

Energy Resources Fossil Fuels: Coal, Oil,

Natural Gas Uranium Geothermal Energy


PHYSI S

Tipe lapisan bijih (Ore Deposits)

Magmatic Pt, Cr, Fe, Ni, Ti,

Diamond Pegmatite Li, Be, U, Rare Earths,

Feldspar, Mica, Gems Hydrothermal 600 C: W, Sn 400 C: Au, U, Ag, Co,

Mo 200 C: Cu, Zn, Cd, Pb Cool: Hg, As

Sedimentary Rocks Fe, Cu, U, Mn, MgWeathering (pengaruh

iklim) Secondary Enrichment:

Cu, Ni Soils

Al, NiPlacer Pt, Au, Sn, Ti, W, Th,

Rare Earths U (Fossil), Gems


PHYSI S

Daur suatu pertambangan

Exploration (Pencarian) Development (Pembangunan) Active Mining (Penambangan aktif)

Excavation (penggalian) Crushing, Milling (penggilingan),

Flotation, Chemical Separation Smelting (peleburan)and Refining Disposal of Waste (Tailings)

Shut-down (Penutupan)


PHYSI S

Persoalan dalam Pertambangan

Safety Mine Wastes Pollution Dust Noise Sulfur (H2SO4) Acid Rain Acid Runoff Dissolved Metals

(Fe, Cu, Zn, As...)

Environmental Problems

Exploration Construction and

OperationEconomic Impact "Boom and Bust"

Cycles


PHYSI S

Sumberdaya Uranium


PHYSI S

Crustal Abundance of Uranium

Element Abundance (g/ton)

Gold 0.004

Silver 0.07

Tungsten 1.5

Mo 1.5

U 1.8

Th 7

Pb 13

Copper 55

Zinc 70

Iron 50,000

Aluminium 81,300


PHYSI S

Crustal Abundance of Uranium…

Elemen U ditemukan oleh Klaporthe (1789) yg memberi nama “uranium” setelah penemuan planet “Uranus” (Ref.1)

Uranium terdistribusi secara luas dalam kerak bumi (earth’s crust) dan selalu bersenyawa dengan oksigen dengan kandungan rata-rata 2 – 3 ppm (~2g/ton). (Ref.2)

Lebih banyak terdapat pada mineral dengan warna cerah seperti granit (4-5 ppm), sedangkan dalam mineral berwarna gelap, seperti basal, kandungan rata-rata U adalah sekitar 1 ppm. (Ref.2)


PHYSI S


Uranium alam terdiri dari 3 isotop: U-234 : 0.005%

U-235 : 0.720% U-238 : 99.275% Uranium terkandung secara esensial dalam

sekitar 200 mineral (Ref. 3) dengan berbagai tingkat kompleksitas, tapi bongkahan uranium ditambang hanya dalam 12 senyawa, 7 senyawa primer dan 5 senyawa sekunder (Ref. 2).


PHYSI S


Senyawa primer (Ref. 2) adalah: Uraninite (UO2)

Coffinite (USiO4)1-x(OH)x

Brannerite (U,Y,Ca,Fe,Th)3 Ti5 O16

Betafite (U,Ca) (Nb, Ta, Ti)3 O9 nH2O;

Davidite (Fe,Ce,U) (Ti,Fe)3 (O, OH)7;

Uranothorite (Th,U) SiO4; dan

Uranothorianite (Th, U) O2


PHYSI S


Senyawa sekunder (Ref. 2) adalah: Carnotite K2(UO2) 2 (VO4) 2. nH2O;

Tyuyamunite Ca (UO2) 2 (VO4) 2. 9H2O;

Torbernite Cu (UO2) 2 (PO4) 2. 12H2O;

Uranophane Ca (UO2) 2 Si2O7. 6H2O;

Autunite Ca (UO2) 2 (PO4). 12H2O


PHYSI S

Teknik Pencarian Cadangan Uranium

Studi Geologi (Geological Studies) Metode ini didasarkan pada interpretasi

subyektif dari geologist terhadap kombinasi data geologi yang ada dari suatu wilayah yang luas. Sebagai contoh, USA oleh NURE (National Uranium Resources Evaluation) dibagi ke dalam 612 daerah evaluasi geologi.


PHYSI S

Teknik Pencarian Cadangan Uranium…

Survei Udara (Airborne Surveys: Satellites or Aircraft)

Tahun 1972 NASA meluncurkan Earth Resources Technology Satellite (Lansat-I). Dengan memancarkan gel. EM ke permukaan bumi dan menerima sinyal pantulnya, Lansat dengan bantuan analisis komputer canggih dapat memberikan informasi tentang mineral di bumi.

Dasar untuk survei udara dalam pencarian kandungan uranium adalah sinar gamma yang ada dalam bijih (ore) yang mengandung uranium. Detektor yang biasa digunakan adalah detektor NaI (Tl), yang besar, dengan ukuran bervariasi sampai 5000 cm3.


PHYSI S


Survei permukaan (Surface Surveys, radiation counter on foot using e.g. GM Counter, NaI scintillation counter)

Yang dideteksi adalah gas radon dari lapisan Uranium atau thorium. Karena uranium dalam ore secara esensi adalah U-238, 1001 KeV sinar gamma dari Th-234 dapat dideteksi di bawah level 50 ppm.


PHYSI S


Metode hidrokimia (Hydrochemical Methods , radioactive analysis on water samples taken from stream, wells, etc.)

Adanya radon pada konsentrasi > 1000 pCi/l atau > 5 pCi/l dalam air mengindikasikan bahwa air tersebut telah melewati lapisan yang mengandung uranium


PHYSI S


Metode Penggalian Sumur (Well logging) Didasarkan pada pengeboran sumur untuk

mencari temuan permukaan secara lebih detail. Kenyataannya metode ini dipakai untuk menentukan lapisan bijih (ore deposits) secara lebih presisi. Setelah digali beberapa ratus meter, kemudian detektor (biasanya germanium) diturunkan untuk mengukur radioaktivitas.


PHYSI S


Botanical Methods (uranium compound absorption of plant).

Metode ini mengambil manfaat dari kemampuan tumbuhan untuk menyerap senyawa uranium dari tanah. Sebagai contoh, astrofilus pattersons membutuhkan selenium untuk tumbuh, dan selenium adalah indikator adanya uranium dan thorium.


PHYSI S

Uranium dalam air laut

Uranium dari air laut (rata-rata. 3 x 10-3 ppm)

Dalam lumpur laut konsentrasi uranium ~ 1 ppm

Diprediksi terdapat 4000 juta ton uranium di lautan

Saat ini hydrogen titanium oxide (HTiO) digunakan untuk menyerap uranium dari air laut, dan kemudian larutan ammonium carbonate (NH4CO3H2O)


PHYSI S

Uranium dalam air laut… Ketika harga uranium tampaknya

akan meroket di awal 1970an, Jepang memulai pilot plant untuk mengekstrak uranium dari air laut. Plant ini memproduksi 5.3 kg U di tahun pertama operasi 1986, dan 7.5 kg di than 1987. Tetapi karena biaya produksi saat itu adalah $1940 /kg U dan harga di pasaran jauh lebih murah yaitu $44 /kg U, plant tersebut akhirnya ditutup.


PHYSI S

Metode Penambangan Uranium

Metode yang digunakan untuk penambangan uranium bergantung pada ukuran dan lokasi bijih. Ada 3 metode penambangan uranium yang digunakan saat ini.

Penambangan terowongan terbuka (open pit mining)

Penambangan bawah tanah (underground mining)

In situ leaching (solution mining)


PHYSI S

Penambangan Terowongan Terbuka

Perencanaan yang matang dan penggunaan alat-alat berat diperlukan untuk menangani permasalahan-permasalahan yang muncul dalam penambangan tipe ini.

Penambangan jenis ini akan mencakup areal yang sangat luas.


PHYSI S

Penambangan bawah tanah Penambangan bawah tanah dilakukan mirip

dengan penambangan batu bara atau penambangan mineral lainnya. Penggalian tempat penambangan bisa mendekati kedalaman mendekati 1 mil.

Limbah penambangan ditumpuk dalam terowongan kosong dan air di lokasi dipompa ke permukaan.

Dalam penambangan tipe ini, tidak semua bijih dapat diekstrak karena harus ditinggalkan untuk mendukung atap dari tempat penambangan.

Kelebihan jenis penambangan ini adalah sedikitnya areal permukaan yang diganggu, tetapi karena terowongan, masalah subsidance mungkin terjadi.


PHYSI S

Penambangan bawah tanah… Ada beberapa bahaya bagi manusia

dalam tambang bawah tanah. Yang sering terjadi adalah lokasi tambang yang ambruk.

Bahaya lain adalah gas Radon (Rn-222). Untuk menjaga agar konsentrasi gas radon di bawah ambang, sejumlah ventilasi diperlukan.


PHYSI S

In situ leaching (solution mining)

Jenis penambangan ini masih dalam taraf eksperimen karena potensi masalah lingkungan, tetapi kelihatannya akan menjadi alternatif dibanding dua jenis penambangan yang lain karena dua keuntungan:

Mengurangi stripping, penambangan, dan penggilingan bijih dan tempat penyimpanan limbah pada permukaan dari area pertambangan

Memungkinkan untuk mengambil uranium dengan kadar lebih rendah dari yang dapat dicapai oleh 2 metode yang lain.


PHYSI S

In situ leaching (solution mining)…

Seringkali dalam penambangan larutan, 5 lobang dibor dengan jarak ~50 kaki. Lobang ditengah digunakan untuk meninjeksi larutan ke dalam bijih.

Larutan yang digunakan dirancang untuk memobilisasi dan melarutkan uranium. Biasanya kombinasi dari air, oxidant, dan ionic complex agent.

Empat lobang lain digunakan untuk memompa larutan ke fasilitas di permukaan, dimana dengan menggunakan proses kimia tertentu yang pas U3O8 dapat dipisahkan


PHYSI S

In situ leaching (solution mining)…

Untuk recovery dan pembersihan yang lengkap, lobang injeksi-produksi bisa saja dibuat.

Keuntungan dari in-situ leaching adalah: Mengurangi tempat penyimpanan bijih Mengurangi crushing, grinding, dan proses

milling yang lain. Mengurangi eskavasi skala besar Mengurangi resiko bagi pekerja tambang Sedikit sekali fraksi (~5%) radioaktivitas

bijih yang sampai permukaan,


PHYSI S

Uranium Milling (Penggilingan Uranium)

Setelah bijih uranium ditambang, ia harus dibersihkan dan dipadatkan dalam senyawa U3O8, bahan yang secara populer dikenal sebagi yellow cake

Proses ini berlangsung dalam tempat penggilingan uranium (uranium milling)


PHYSI S

Penambangan dan Penggilingan Bijih Uranium


PHYSI S

Proses-proses dalam suatu penggilingan uranium


PHYSI S

Uranium Deposit and Production

Istilah “cadangan” uranium memiliki konotasi ekonomi, dan terbatas pada cadangan uranium yang dapat diproduksi dengan biaya dibawah $80/kg ($30/lb U3O8)

1). Sekitar 90% cadangan uranium di World

outside Communist Areas (WOCA) ada di tujuh (7) negara yaitu, Australia, Brazil, Kanada, Namibia, Nigeria, Afrika Selatan dan USA. Secara rinci dapat dilihat pada Tabel 1.berikut.


PHYSI S

Tabel 1 Cadangan Uranium dengan Biaya Produksi < $80/kg

Negara Cadangan (kt U)

Australia 290

Brazil 74

Canada 215

Prancis 40

Gabon 37

India 30

Nigeria 160

Afrika Selatan (termasuk Namibia)

364

USA 531

Negara-negara lain 109

TOTAL 1850


PHYSI S

Referensi

R. G. Cochran and N. Tsoulfanidis, “The Nuclear Fuel Cycle: Analysis and Management”, ANS, 1999

W. Marshall, “Nuclear Power Technology Vol. 2 Fuel Cycle”, Clarendon Press Oxford, 1983

P.D. Wilson, “The Nuclear Fuel Cycle: From Ore to Waste”, Oxford, 2001

uranium resourses

Documents

rare earths u fossil

u sio4 dan uranothorianite

asphysi s sedimentary

yang besar

th3 ti5 o16 betafite

nh2o tyuyamunite ca

12h2o uranophane ca

kev sinar gamma dari