2.1. Koloid Anorganik
2.2.5. Kegunaan (Pemanfaatan) Bentonit
Pemanfaatan bentonit dalam bidang industri, sangat erat kaitannya
dengan sifat yang dimiliki oleh bentonit itu sendiri, yaitu:
a. Komposisi dan jenis mineral
Untuk mengetahui komposisi dan jenis mineral yang terkandung
dalam bentonit, dilakukan pengujian dengan menggunakan Difraksi Sinar–X.
Tujuannya adalah untuk mengetahui secara kualitatif komposisi mineral yang
terkandung di dalamnya.
b. Sifat Kimia
Pengujian terhadap beberapa sifat kimia yang terkandung di dalam
bentonit perlu dilakukan untuk mengetahui kualitas (mutu) yang dimilikinya.
c. Sifat Teknologi
Pemanfaatan bentonit berkaitan dengan sifat teknologi yang
dimiliki bentonit tersebut, yaitu antara lain: sifat pemucatan, sifat bagian
suspensi yang dapat digunakan untuk pengerasan semen, sifat mengikat dan
melapisi untuk pembuatan makanan ternak dan industri logam.
d. Sifat Pertukaran Ion
Pengujian terhadap sifat pertukaran ion bertujuan untuk
mengetahui seberapa besar jumlah air (uap air) yang dapat diserap oleh
untuk proses selanjutnya. Hal ini sangat penting diketahui karena bentonit
diharapkan dapat membentuk dinding diafragma yang mencegah terjadinya
rembesan air.
e. Daya Serap
Sifat daya serap yang dimiliki bentonit terjadi karena adanya ruang
pori-pori antar ikatan mineral lempung, serta ketidakseimbangan antara
muatan listrik dalam ion-ionnya. Daya serap tersebut pada umumnya berada
pada ujung permukaan kristal, serta diameter ikatan mineral lempung. Hal ini
disebabkan karena bentonit dapat digunakan sebagai bahan penyerap dalam
berbagai keperluan, baik dalam keadaan basah (suspensi) maupun kering
(tepung).
f. Luas Permukaan
Luas permukaan bentonit dinyatakan dalam jumlah total luas
permukaan kristal atau butir kristal bentonit yang berbentuk tepung dalam
setiap gram massa bentonit tersebut (m2/g). Semakin tinggi luas
permukaannya maka semakin banyak pula zat-zat yang terbawa atau melekat
pada bentonit. Sifat ini dimanfaatkan sebagai bahan pembawa (carrier) dalam
insektisida dan pestisida serta sebahai bahan pengisi (filler) dalam industri
kertas (pulp), dan bahan pengembang industri makanan dan plastik.
g. Kekentalan dan Suspensi
Sifat kekentalan dan daya serap yang tinggi sangat diharapkan
terutama untuk pengeboran minyak, eksplorasi, industri cat, dan industri
Sebelum digunakan dalam berbagai aplikasi, bentonit harus diaktifkan
dan diolah terlebih dahulu. Ada 2 (dua) cara yang dapat dilakukukan untuk
aktivasi bentonit, yaitu:
1. Secara Pemanasan (heat activation and extrusion)
Pada proses ini, bentonit dipanaskan pada temperatur 300 – 350°C untuk
memperluas permukaan butiran bentonit.
2. Secara Kontak Asam
Tujuan dari aktivasi kontak asam adalah untuk menukar kation Ca+ yang ada
dalam Ca-bentonit menjadi ion H+ dan melepaskan ion Al, Fe, dan Mg dan
pengotor-pengotor lainnya dari kisi-kisi struktur, sehingga secara fisik
bentonit tersebut menjadi lebih aktif. Untuk keperluan tersebut asam sulfat dan
asam klorida adalah zat kimia yang umum digunakan. Selama proses
bleaching tersebut, Al, Fe, dan Mg larut dalam larutan, kemudian terjadi
penyerapan asam ke dalam struktur bentonit, sehingga rangkaian struktur
(framework) mempunyai area yang lebih luas. Proses pelepasan Al dari
bentonit disajikan dalam persamaan berikut ini:
(Al4)(Si8)O20(OH)4 + 3 H+ (Al3)(Si8)O20(OH)2 + Al3+ + 2 H2O
(Al4)(Si8)O20(OH)4 + 6 H+ (Al2)(Si8)O20(OH)2 + 2 Al3+ + 4 H2O
Pada kondisi di atas, separuh dari atom Al berpindah dari struktur bersama
dengan gugus hidroksida. Menurut Thomas, Hickey, dan Stecker, atom-atom
Al yang tersisa masih terkoordinasi dalam rangkaian tetrahedral dengan 4
Perubahan dari gugus oktahedral menjadi tetrahedral membuat kisi kristal
bermuatan negatif pada permukaan kristal, sehingga dapat dinetralisir oleh ion
hidrogen. Pada proses aktivasi selanjutnya terjadi pelarutan lebih banyak lagi.
Persamaan reaksinya dapat dituliskan sebagai berikut ini:
(Al2)(Si8)O20(OH)4 + 3 H+ Al3+ + (Al)(Si8H4)O20
(Al2)(Si8)O20(OH)4 + 6 H+ 2 Al3+ + (Si8H8)O20
Sementara proses pengolahan bentonit dapat dilihat secara skematis berikut:
Bentonit Alam Basa - Soda abu - Soda api Asam - Asam sulfat - Asam klorida Bentonit aktif - Bahan penyerap (Bleaching earth) Bentonit aktif - Bahan perekat - Bahan pengisi - Bahan lumpur bor
Gambar 2.5. Skematis Proses Pengolahan Bentonit
Setelah bentonit selesai diaktivasi dan diolah, maka bentonit tersebut
siap untuk digunakan untuk beberapa aplikasi selanjutnya, yaitu:
1. Bentonit sebagai Bahan Penyerap (Adsorben) atau Bahan Pemucat pada
Proses penyerapan zat warna (pigmen) merupakan proses yang
sering digunakan, seperti penyerapan zat warna pada minyak hewani, minyak
nabati, minyak bumi, dan lain-lain. Untuk keperluan tersebut dibutuhkan suatu
bahan penyerap yang tepat dan murah.
Dalam keadaan awal, bentonit mempunyai kemampuan tinggi
untuk menjernihkan warna. Kemampuan penyerapan warna ini dapat
ditingkatkan melalui proses pengolahan dan pemanasan.
Berdasarkan kandungan alumino silikat hidrat yang terdapat dalam
bentonit, maka bentonit tersebut dapat dibagi atas 2 (dua) golongan, yaitu:
a. Activated clay, merupakan lempung yang mempunyai daya pemucatan
yang rendah,
b. Fuller’s earth, biasanya digunakan sebagai bahan pembersih bahan wool
dari lemak.
Fuller’s earth adalah sejenis lempung yang secara alami
mempunyai sifat daya serap terhadap zat warna pada minyak, lemak, dan
pelumas. Karakteristik dari lempung jenis ini adalah mempunyai kandungan
air yang tinggi, plastisitas yang rendah, dan struktur yang berlapis-lapis.
Sebagian besar fuller’s earth menunjukkan perbandingan silika terhadap
alumina antara 4 – 6. Sifat alami lain adalah pH antara 6,5 – 7,5, dengan
porositas 60 – 70 %, dan luas permukaan butiran 170 – 200 Å. Mineral ini
pada umumnya didominasi oleh mineral montmorilonit, atapulgit, dengan
Proses penyerapan zat warna organik yang terdapat dalam minyak,
lemak, dan pelumas terdiri atas penyerapan fisika dan kimia. Peyerapan secara
kimia pada prinsipnya adalah merusak zat warna dengan penambahan
oksidator, misalnya hidrogen peroksida. Penyerapan secara fisika adalah
karena kontak antara permukaan butiran pada kondisi tertentu, yang meliputi
temperatur, waktu kontak, pengadukan, dan konsentrasi yang dinyatakan oleh
Frieundlich.
Proses pemucatan kelapa sawit dengan menggunakan adsorben
pada prinsipnya adalah merupakan proses adsorbsi, di mana pada umumnya
minyak kelapa sawit dipucatkan dengan kombinasi antara adsorben dengan
pemanasan. Hal ini disebabkan karena minyak kelapa sawit adalah salah satu
minyak nabati yang sulit untuk dipucatkan karena mengandung pigmen –
karotenoid yang tinggi dibandingkan dengan minyak biji-bijian lainnya.
Penggunaan adsorben dengan pemanasan yang dilakukan dalam
proses pemucatan ini tidak selalu sama untuk semua produk pengolahan
minyak kelapa sawit, tetapi tergantung kepada kondisi minyak kelapa sawit,
proses pabrik, dan sifat adsorben yang digunakan.
Pada umumnya, penggunaan adsorben adalah 1 – 5 % dari massa
minyak dengan pemanasan pada suhu 120°C selama ± 1 jam. Dalam hal ini, adsorben yang sering digunakan adalah bentonit (dalam hal ini berfungsi
sebagai bleaching earth/ tanah pemucat) dan arang aktif (activated charcoal).
Bahan pemucat ini merupakan sejenis tanah dengan komposisi
besi oksida. Daya pemucatan bleaching earth ditimbulkan oleh adanya ion-ion
Al3+ pada permukaan partikel adsorben yang dapat mengasorbsi partikel zat
warna (pigmen). Sementara daya pemucatan tersebut tergantung pada
perbandingan antara komponen SiO2 dan AlO2 yang terdapat dalam bleaching
earth tersebut.
Aktivasi adsorben dengan asam mineral (misalnya HCl/ H2SO4)
akan mempertinggi daya pemucatan, karena asam mineral tersebut akan
bereaksi dan melarutkan komponen berupa tar, garam Ca dan Mg yang
menutupi pori-pori adsorben. Di samping itu, asam mineral melarutkan Al2O3
sehingga menaikkan perbandingan jumlah SiO2 dan Al2O3 dari (2 – 3) : 1
menjadi (5 – 6) : 1.
Bentonit yang telah ditambang diangkut ke tempat penampungan
sementara (stock pile). Bentonit dalam bentuk bongkahan atau lepas, baik
dalam kondisi basah maupun kering, dilakukan penirisan dan pengeringan.
Kemudian dimasukkan ke dalam reaktor (aktivasi) dengan menambahkan air
dan asam sulfat. Langkah selanjutnya adalah pencucian untuk menghilangkan
kotoran-kotoran yang melekat pada mineral montmorilonit untuk selanjutnya
akan masuk ke dalam thickener. Media pemisahannya adalah air. Setelah itu,
akan masuk ke dalam proses penyaringan dan dilakukan pengeringan.
Bentonit yang telah kering dimasukkan ke proses penggerusan
untuk mendapatkan ukuran butiran kurang lebih 200 mesh.
Penggunaan lempung sebagai katalis telah lama diperkenalkan,
yaitu pada proses perengkahan minyak bumi dengan menggunakan mineral
montmorillonit yang telah diasamkan. Namun, penggunaan lempung sebagai
katalis memiliki kelemahan, yaitu tidak tahan terhadap suhu tinggi. Oleh
karena itu diperkenalkan jenis material baru lempung terpilar yang memiliki
stabilitas termal relatif lebih tinggi dari material asal.
3. Bentonit sebagai Bahan Penukar Ion
Pemanfaatan bentonit sebagai bahan penukar ion didasarkan pada
sifat permukaan bentonit yang bermuatan negatif, sehingga kation-kation
dapat terikat secara elektrostatik pada permukaan bentonit. Sifat ini juga
merupakan hal yang penting dalam pengubahan Ca–bentonit menjadi Na–
bentonit. Bentonit di Indonesia memiliki daya penukar kation dengan ukuran
kapasitas tukar kation (KTK) yang berbeda-beda untuk masing-masing daerah,
yaitu berkisar antara 50–100 meq/ 100 g. Hal ini disebabkan karena perbedaan
komposisi kandungan kimianya.
4. Bentonit sebagai Lumpur Bor
Penggunaan utama mineral lempung adalah pada industri lumpur
bor, yaitu sebagai lumpur pemilar dalam pengeboran minyak bumi, gas bumi,
serta uap panas bumi.
Bentonit yang telah ditambang, dipersiapkan untuk proses
pengolahan, di mana jika kondisinya masih basah, harus ditiriskan terlebih
dahulu sedangkan jika kondisinya telah kering maka dapat langsung dilakukan
pengeringan kembali, di mana sumber panas untuk pengeringan tersebut
berasal dari energi listrik. Setelah butiran bentonit sesuai dengan ukuran
tertentu maka dimasukkan ke dalam reaktor untuk proses aktivasinya. Dalam
hal ini, fraksi pasir harus dihilangkan untuk mempertinggi kualitas bentonit
sebagai lumpur pengeboran. Ke dalam reaktor aktivasi dimasukkan sejumlah
air dan H2SO4. Setelah proses ini selesai maka dilakukan pengeringan kembali
dengan sumber panas dari energi listrik. Tahap berikutnya adalah penggerusan
untuk mencapai ukuran butiran halus bentonit (200 mesh) sebelum
dimasukkan ke dalam siklon. Hasil siklon berupa produk dicampur dengan
karbosil metil selulosa (CMC) dan ditampung di silo.
Aktivasi bentonit untuk lumpur bor adalah merupakan suatu
perlakuan untuk mengubah Ca–bentonit menjadi Na–bentonit dengan
penambahan bahan alkali. Bahan alkali yang umum digunakan adalah natrium
karbonat dan natrium hidroksida. Dengan perubahan tersebut diharapkan sifat
hidrasi, dispersi, reologi, swelling, dan lain-lain akan berubah, sehingga dapat
dimanfaatkan sebagai bahan lumpur bor.
Persyaratan bentonit untuk lumpur bor menurut API (American
Petroleum Institute) adalah sebagai berikut:
• Kekentalan suspensi bentonit untuk 10 g dalam 350 ml air adalah 15. • Dapat lewat melalui penyaringan melalui kertas saring (filter), yakni untuk
larutan 10 g dalam 350 ml air harus lebih kecil dari 15 ml. • Sisa tertampung oleh ayakan 200 mesh adalah < 2,5 %. • Kandungan uap air (kelembaban) adalah < 12 %.
Sementara persyaratan bentonit untuk lumpur bor menurut OCMA
(Oil Companies Materials Association) adalah sebagai berikut:
• Kekentalan suspensi bentonit untuk 6,5 g dalam 100 ml air adalah 15. • Dapat lewat melalui penyaringan melalui kertas saring (filter), yakni untuk
larutan 6,5 g dalam 100 ml air harus lebih kecil dari 15 ml. • Sisa tertampung oleh ayakan 200 mesh adalah <15 %.
• Sisa tertampung oleh ayakan 100 mesh (keadaan basah) adalah <2,5 %. • Sisa tertampung oleh ayakan 100 mesh (keadaan kering) adalah >98 %. • Kandungan uap air (kelembaban) adalah <15 %.
5. Bentonit sebagai Bahan Konstruksi Bangunan
Kepulauan Indonesia sebagaimana pada umumnya berada di
daerah tropis, mempunyai bermacam–macam jenis tanah, di antaranya
mempuyai sifat yang kurang baik. Di antaranya sifat fisik, seperti
plastisitasnya tinggi, degradasi kurang baik, akibatnya sifat teknik yang
dimiliki juga menjadi kurang baik, seperti daya dukungnya yang rendah.
Seperti yang telah diketahui, tanah merupakan bahan konstruksi dalam
bangunan sipil. Namun yang tersedia tidak terlalu seperti yang diharapkan.
Bentonit merupakan salah satu jenis lempung yang banyak terdapat di
beberapa wilayah di Indonesia. Bentonit mempunyai sifat fisik dan sifat teknik
yang buruk jika digunakan sebagai bahan konstruksi. Bentonit juga bersifat
ekspansif, yaitu mempunyai kemampuan mengembang cukup besar bila
memadatkannya, sehingga bentonit jenuh ini tidak akan mampu memukul
gaya-gaya yang bekerja padanya.
Pemakaian bentonit sebagai bahan konstruksi bangunan haruslah
dikombinasikan dengan suatu bahan tertentu untuk memperbaiki sifat-sifat
bentonit tersebut sebelum digunakan. Salah astu bahan yang dapat digunakan
adalah kapur yang merupakan sisa atau limbah industri gas asetilen. Limbah
pada proses pengolahan asetilen berbentuk butiran halus yang masih
mengandung air. Secara fisik, limbah ini menyerupai kapur sedangkan secara
kimia, limbah ini mengandung oksida-oksida logam dan persenyawaan kimia
lainnya.
Berdasarkan sifat fisik dan komposisi kimianya, limbah ini dapat
digunakan sebagai bahan aditif kimia dalam stabilitas tanah. Karena dengan
kandungan: 70,90 % kalsium hidrat; 0,31 % magnesium oksida; 0,66 % silika;
2,56 % alumina; 1,76 % besi oksida; pH 12,5; dan kadar air 3,76 %, maka
limbah ini memenuhi syarat untuk dapat digunakan sebagai bahan alternatif
pengganti kapur yang merupakan salah satu bahan aditif kimia yang
digunakan untuk stabilisasi tanah.
6. Bentonit sebagai Bahan Perekat Pasir Cetak
Untuk keperluan pasir cetak, teknik pengolahannya cukup
sederhana, yaitu:
Bentonit yang telah ditambang, dipersiapkan untuk proses pengolahan, di
mana jika kondisinya masih basah, maka perlu dilalukan penirisan untuk
siap untuk dilakukan pengeringan selanjutnya di mana sumber panas berasal
dari energi listrik.
Tahap berikutnya adalah penggerusan untuk memperkecil ukuran butiran
sampai 200 mesh. Hasil penggerusan ini diproses lebih lanjut di dalam siklon.
Setelah proses siklon selesai maka bentonit sebagai bahan perekat pada
pembuatan pasir cetak disimpan di silo.
7. Bentonit untuk Pembuatan Tambahan Makanan Ternak (Urea Mollases Block)
Untuk dapat digunakan dalam pembuatan tambahan makanan
ternak, bentonit harus memenuhi persyaratan sebagai berikut:
• Kandungan bentonit yang digunakan dalam pembuatan tambahan makanan ternak < 30 %.
• Ukuran butiran bentonit adalah 200 mesh. • Memiliki daya serap >60 %.
• Memiliki kandungan mineral montmorilonit sebesar 70 %. 8. Bentonit untuk Industri Kosmetik
Untuk dapat digunakan dalam industri kosmetik, bentonit harus
memenuhi persyaratan sebagai berikut:
• Mengandung mineral magnesium silikat (Ca–bentonit). • Mempunyai pH netral.
• Kandungan air dalam bentonit adalah <5 %.
• Tidak mengalami perubahan panas selama dan setelah pemanasan. • Ukuran butiran bentonit adalah 325 mesh.
Secara umum dapat dikemukakan bahwa mineral montmorilonit
termasuk ke dalam kelompok smektit. Beberapa mineral yang termasuk ke dalam
kelompok ini adalah beidelit, hektorit, dan stevensit.
Pada praktiknya, komposisi montmorilonit itu sendiri adalah berbeda
dari bentonit yang satu dengan bentonit yang lain dan kandungan elemennya
bervariasi tergantung pada proses pembentukannya di alam. Setiap struktur kristal
montmorilonit mempunyai 3 (tiga) lapisan utama, yaitu lapisan oktahedral dari
lapisan aluminium dan oksigen yang terletak di antara 2 (dua) lapisan silikon dan
oksigen. Kandungan air kristalnya juga bervariasi sehingga jarak antar partikelnya
dapat berubah-ubah, sehingga dapat mengembang (swelling). Adapun rumus
umum kimia dari montmorilonit itu sendiri, yaitu: [Al2O3.4SiO2.xH2O]. Molekul
montmorilonit terdiri dari lapisan-lapisan yang berjarak beberapa Amstrong. Salah
satu lapisan berbentuk silika terkoordinasi dan dikombinasikan dengan lapisan
alumina dan magnesia yang oktahedral.
Partikel montmorilonit sangatlah kecil sehinngga strukturnya hanya
dapat disimpulkan melalui penelitian menggunakan Difraksi Sinar-X (X-Ray
Difraction).
Gambar 2.6 di bawah ini menunjukkan sketsa diagram dari struktur
montmorilonit. Kation yang dapat dipertukarkan dapat terjadi di antara lapisan
silika dan ruang sumbu alumino silikat dari montmorilonit tersebut yang terhidrasi
Gambar 2.6. Sketsa Diagram Struktur Montmorilonit (Cool, P., 2002)