PROTEKSI KOROSI DENGAN METODE PENGUBAHAN MATERIAL, PERANCANGAN, DAN PENGUBAHAN MEDIUM KOROSIF
2. Mahasiswa dapat memahami dan menjelaskanjenis=jenis inhibitor untuk pengubahan dalam suatu lingkungan,penggunaan inhibitor dalam sistem pendingin atau sistem
6.6. Penambahan Bahan Penghambat Korosif (Inhibitor)
Inhibitor adalah suatu zat yang dalam jumlah kecil ditambahkan dalam medium korosif untuk menurunkan laju korosi dengan cara memperlambat reaksi anodik atau katodik. Berdasarkan reaksi yang dihambat, maka inhibitor dibedakan menjadi:
inhibitor anodik, yaitu inhibitor yang dapat menaikkan polarisasi anodik atau menggerakkan potensial korosi ke arah negatif
inhibitor katodik, yaitu inhibitor yang dapat menggerakkan potensial korosi ke arah negatif
inhibitor campuran, yaitu suatu penggabungan inhibitor anodik dan katodik
Untuk memperjelas jenis inhibitor tersebut secara teoritis dapat ditunjukkan seperti gambar 6.12 berikut.
E
Log (i)
Gambar 6.12. Jenis inhibitor (a) Inhibitor Anodik, (b) Inhibitor Katodik, (c) Inhibitor Campuran
6.6.1. Inhibitor Anodik
Inhibitor anodik adalah suatu anion bermigrasi ke permukaan anodik dn membantu proses pasivasi selanjutnya dengan oksigen terlarut. Inhibitor anodik dapat merupakan inhibitor anorganik seperti ortofosfat, silikat, nitrit, kromat, dan benzoate. Inhibitor anorganik ini dapat dibedakan menjadi:
inhibitor oksidator, seperti kromat dan nitrit
inhibitor non oksidator, seperti boraks, fosfat dan silikat
Inhibitor oksidator dapat efektif tanpa oksigen, sedangkam inhibitor non oksidator hanya efektif dengan adanya oksigen terlarut.
Inhibitor anodik ini merupakan inhibitor yang sangat efektif dan secara luas digunakan, tetapi jenis inhibitor ini mempunyai sifat yang tidak diinginkan, yaitu bila kandungan atau konsentrasi inhibitor tidak cukup melapisi semua permukaan anodik, sehingga mengakibatkan terjadinya korosi sumuran (pitting). Dengan demikian, inhibitor anodik seringditunjuk sebagai inhibitor yang berbahaya. Pengaruh konsentrasi inhibitor terhadap korosinya dapat ditunjukkan seperti Gambar 6.13. berikut.
Gambar 6.13. Pengaruh Konsentrasi Inhibitor Anodik c. b.
besi oksida serta sedikit fosfat. Hal ini menjelaskan bahwa fosfat di dalam air lunak tidak berpengaruh jika tidak ada penambahan soda.
b. Benzoat
Benzoat merupakan inhibitor non oksidator dan dikelompokkan sebagai inhibitor anodik. Inhibitor in tidak termasuk berbahaya, karena dengan konsentrasi yang cukup kecil mempunyai pengaruh yang tidak merugikan. Inhibitor ini, biasanya digunakan bersama dengan natrium nitrit untuk memproteksi bagian mesin terhadap aliran air. c. Silikat
Natrium silikat mempunyai komposisi Na2O.2SiO2 dan digunakan sebagai inhibitor dalam air. Silikat berfungsi ganda,yaitu sebagian silikat bertindak sebagai alkali dan sebagian lagi berfungsi sebagai inhibitor anodik. Inhibitor ini dalam air berupa koloid dengan tipe (mSiO2.nSiO3)2n- yang terbentuk oleh hidrolisis dalam larutan aqueous. Kemungkinan anion ini bermigrasi secara elektroforetik menuju permukaan anoda, seperti fosfat untuk membentuk film protektif.
d. Kromat
Beberapa senyawa kromat seperti Na2CrO4 atau K2CrO4 merupakan inhibitor oksidator, sehingga penambahan inhibitor ini membentuk lapisan pasif, yang mengandung Cr2O3. Inhibitor kromat merupakan inhibitor yang sangat efektif dalam air dan sangat cocok untuk memproteksi logam baja dan tembaga (Cu).
e. Nitrit
Ortofosfat dan Silikat merupakan inhibitor yang efektif dalamair yang mengandung kesadahan kalsium (air sadah). Dalam air lunak, inhibitor yang efektif adalah inhibitor nitrit dan kromat. Nitrit merupakan oksidator, sehingga produk korosinya merupakan senyawa dengan bilangan oksidasi tinggi, karena senyaea ini mempunyai kelarutan lebih rendah dan membentuk film protektif lebih mudah. Biasanya, penggunaan inhibitor ini dicampur dengan inhibitor lain seperti benzoate dan fosfat.
Konsentrasi inhibitor untuk kebutuhan praktis adalah 1 gpl (gram per liter). Natrium benzoate memerlukan konsentrasi lebih tinggi yaitu 10-15 gpl. Pengaruh konsentrasi beberapa inhibitor dapat ditunjukkan pada gambar 6.14.
E
Gambar 6.14. Pengaruh Konsentrasi Inhibitor
6.6.2. Inhibitor Katodik
Inhibitor katodik merupakan kation yang bermigrasi ke permukaan katodik dan diendapkan secara kimia atau elektrokimia dan mengisolasi permukaan ini, sehingga menghalangi pembebasan gas hydrogen di permukaan katodik. Reaksi katodik di lingkungan netral, adalah:
2H2O + O2 + 4e = 4OH
-Pada reaksi ini, inhibitor bereaksi dengan ion hidroksil menghasilkan senyawa yang mengendap di permukaan katoda, sehingga menyelimutikatoda dari elektrolit dan mencegah masuknya oksigen. Inhibitor yang banyak digunakan untuk tipe ini adalah larutan garam seng dan magnesium yang membentuk hidroksida tidak larut, kalsium yang menghasilkan karbonat dan polifosfat.
Reaksi katodik di lingkungan asam: 2H+ +2e = H2
Pembentukan gas hydrogen dapat dikendalikan oleh peningkatan sistem seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6.15.
NH
R R
Garam logam seperti As, Bi, dan Sb ditambahkan untuk membentuk selaput hydrogen teradsorpsi pada permukaan katoda. Senyawa ini beracun, sehingga dikembangkan senyawa organic yang memungkinkan atom hydrogen terdifusi dalam baja dan menyebabkan penggetasan oleh hydrogen.
Beberapa contoh inhibitor katodik, adalah sebagai berikut: a. Arsen (As3+), antimon (Sb3+), dan fosfor (P)
Arsen sebagai inhibitor terjadi mekanisme sebagai berikut AsO+ + 2Hads + e = As + H2O
Hads dari H+ + e = H ads H ads + H+ + e = H2
As2O3 + 6 H ads = 2As + 3H2O
Apabila atom hydrogen adsorpsi terdifusi melalui kisi kristal akan menyebabkan korosi yang sering disebut kerusakan akibat serangan hydrogen (Hidrogen Induced Cracking = HIC).
b. Kation positif dari logam divalent seperti Zn2+, Pb2+, Fe2+
Ion seng (Zn2+) dengan anion akan membentuk endapan di daerah katodik yang berupa jelatin, sebagai seng hidroksida [Zn(OH)2]. Apabila lapisan ini kurang merata, maka akan menyebabkan korosi. Oleh karena itu untuk mendapatkan endapan yang lebih keras, merata dan tidak berbentuk jelatin, maka perlu ditambahkan zat yang berfungsi sebagai dispersan.
c. Air sadah mengandung kalsium bikarbonat [Ca(HCO3)2]. Apabila dalam air sadah ditambahkan seng sulfat (ZnSO4), maka akan terbentuk lapisan tipis yang protektif dari CaCO3 dan Zn(OH)2.
d. Soda
Air sadah adalah kurang korosif daripada air lunak. Hal ini diharapkan pengendapan (deposisi) dari air sadah meupakan campuran dari CaCO3 dan karat. Oleh karena itu, untuk air lunak perlu dialirkan melaui penyaring soda atau kapur dengan hati-hati, sehingga kation bermigrasi dan diendapan sebagai karbonat di permukaan logam katodik.
e. Polifosfat
Secara umum, air boiler mengandung polifosfat. Polifosfat ini dapat berfungsi sebagai inhibitor katodik. Senyawa polifosfat yang berupa kation berbentuk koloid sebagai (Na5CaP6O18)n+ dan di katodik membentuk lapisan yang tebal. Air yang mengandung kalsium (air sadah) ditambahkan inhibitor polifosfat untuk mencegah terbentuknya kerak karbonat yang tebal pada perpindahan panas permukaan.
6.6.3. Inhibitor Organik
Bekerjanya inhibitor organic umumnya teradsorpsi di permukaan logam dengan membentuk ikatan koordinasi antara senyawa inhibitor dengan ion logam yang dilindungi. Secara sederhana, peristiwa adsorpsi inhibitor dengan ion logam di permukaan logam dapat digambarkan pada Gambar6.16 berikut.
Gambar 6.16 Mekanisme Peristiwa Adsorpsi
Dengan demikian, inhibitor organic berfungsi ganda yaitu menghambat proses anodik dan katodik secara bersamaan. Inhibitor organic dapat dikelompokkan berdasarkan gugus aktifnya menjadi:
senyawa yang mengandung nitrogen seperti nitrit dan amina organic
senyawa yang mengandung belerang seperti HS- / S2- atau dalam bentuk lingkar senyawa yang mengandung S dan N, yaitu tio-karbonat
Kekuatan adsorpsi inhibitor organic bergantung pada: ikatan koordinasi (kerapatan electron)
kelarutan senyawa organic gugus fungsionil
Kekuatan inhibisi senyawa belerang (S) lebih besar daripada senyawa nitrogen (N). Hal ini disebabkan belerang merupakan donor sepasang electron yang lebih baik daripada nitrogen, sehingga kecenderungan membentuk ikatan koordinasi di permukaan logam lebih besar. Urutan kekuatan inhibisi senyawa organic adalah S>N>O.
Kekuatan inhibisi senyawa amina alifatik bertambah sesuai urutan: NH3 < R1NH2 < R2NH < R3N
R adalah gugus alkil (etil, propil, butyl, dst). Jika ke empat gugus alkil diperkenalkan, pengaruh inhibisi berkurang dengan kuat.
Apabila berat molekul senyawa bertambah, maka pengaruh inhibisinya bertambah. Untuk suatu deret inhibitor belerang (tiol dan sulfida) pengaruh inhibisinya bertambah sesuai urutan:
CH3< C2H5< C3H7< C4H9< C5H11
Beberapa contoh inhibitor organic, antara lain adalah metilamina, dimetilamina, alilamina, piridina, kuinolin, natrium benzoate, imidazolin, dan sebagainya. Gambar 5.17 merupakan struktur beberapa senyawa organic yang dapat digunakan sebagai inhibitor korosi.
Gambar 5.17. Rumus Struktur Beberapa Inhibitor Organik
6.6.4. Inhibitor Campuran
Inhibitor campuran, biasanya mengandung salah satu bahan oksidator seperti kromat, nitrit dan bahan non oksidator yang dapat menyebabkan terjadinya pengendapan seperti ortifosfat atau silikat. Sebagai contoh, inhibitor campuran adalah penggunaan senyawa nitrit dan benzoate untuk radiator automobile, senyawa kromat dan polifosfat sebagai inhibitor anodik dan katodik.
6.6.5. Latihan
Jawablah pertanyaan berikut.
1) Gambarkan perbedaan inhibitor anodik dengan katodik! 2) Berilah contoh penggunaan:
a. inhibitor anodik b. inhibitor katodik c. inhibitor campuran
3) Jelaskan mekanisme kerja inhibitor organic!
4) Jelaskan pengaruh konsentrasi inhibitor terhadap laju korosi logam! 5) Berilah contoh inhibitor organic dan penggunaannya di lapangan!
Untuk mencegah korosi logam di atmosfir dalam ruang tertutup seperti kotak selama penyimpanan atau perjalanan digunakan inhibitor fasa uap (VPI atau VCI dari inhibitor korosi volatile). Jenis inhibitor yang biasa digunakan adalah senyawa amina alifatik dan siklik serta nitrit dengan tekanan uap yang tinggi. Sebagai contoh: disikloheksilamonium nitrit dan disikloheksilamonium karbonat. Kertas yang dilapisi inhibitor fasa uap sering digunakan sebagai bungkus antikorosif. Etilen diamina dalam boiler dialirkan bersama uap panas (steam) untuk mencegah korosi dalam pipa pengembunan (tangki kondensasi) karena akan menetralkan gas karbon dioksida.
Mekanisme inhibitor fasa uap adalah sebagai berikut:
Inhbitor mengenai logam, terkondensasi dan terhidrolisis akibat kelembaban di permukaan logam, yang akhirnya mengendap atau melapisi di permukaan logam. Apabila ada oksigen, maka akan terjadi proses pasivasi pada logam.
Latihan
Jawablah pertanyaan berikut.
1) Berilah contoh inhibitor fasa uap dan penggunaannya! 2) Jelaskan mekanisme perlindungan inhibitor fasa uap! 3) Jelaskan pemakaian inhibitor tempat atau guang perkakas!
6.6.5. Pengendalian Korosi dalam Generator Uap dan Sistem Pendingin
Dalam sistem pendingin atau generator uap akan terjadi peningkatan laju korosi bila pH dalam sistem naik dan kandungan oksigen terlarut meningkat. Untuk sistem sekli pakai yang menggunakan air biasa pada temperatur rendah dapat menggunakan inhibitor yang murah atau pengaturan komposisi air untuk menghasilkan kerak pelindung yang tipis di permukaan logam.
Pada sistem air, biasanya kerak yang terbentuk adalah kalsium atau magnesium karbonat. Kerak dibentuk ini harus sangat tipis dan tidak boleh menghalangi aliran air. Kerak ini harus dipelihara, apabila rusak akan menyebabkan korosi di permukaan logam. Pemeliharaan kerak ini memerlukan keseimbangan kimia air, sebab kelarutan kalsium karbinat dalam air rendah. Karena itu, selaput tipis dari karbonat terjadi menurut reaksi:
CO2 + H2O = H2CO3
Apabila air mengandung garam kalsium, maka dalam sistem air akan terjadi reaksi: CaCO3 + H2O + CO2 = Ca(HCO3)2
Apabila air panas atau suhu naik, maka kandungan CO2 alam air berkurang, sehingga pH larutan naik dan raksi bergeser kea rah CaCO3. Untuk menjaga agar bikarbonat tetap dalam sistem air, maka kalsium karbonat segera mengendap di katoda, akibatnya kenaikan pH kecil. Pada instalasi pembangkit uap bersistem daur ulang yang menggunakan baja sebagai bahan konstruksi utama, air diproses untuk menjaga pH air > 11. Hal ini bertujuan untuk
Karbon dioksida mudah larut dalam air dingin dan membentuk asam karbonat dengan pH 5,5-6,0 dan ketika dipanaskan, gas keluar, masuk ke dalam sistem kemudian larut kembali dalam kondensat. Hal ini menyebabkan pH air kondensat lebih rendah dari yang diperlukan, sehingga dapat menyebabkan pengausan pada permukaan logam yang akhirnya menyebabkan korosi lokal.
Oksigen akan meningkatkan efisiensi reaksi katodik dan dapat menyebabkan korosi sumuran.
Garam magnesium dan kalsium yang terlarut mengendap dan membentuk selaput tipis di permukaan logam. Ketika selaput menebal, laju perpindahan panas menurun, sehingga efisiensinya menjadi menurun dan mengakibatkan panas berlebih (over heating) di daerah tersebut.
Pengendaliannya dapat dilakukan dengan cara:
penambahan amina, yaitu untuk mengendalikan pengaruh karbon dioksida
penambahan sulfit atau hidrazin yang berfungsi untuk mengurangi oksigen terlarut penambahan basa (NaOH) atau natrium ortofosfat atau metafosfat yang berfungsi
untuk mengendalikan pH larutan Latihan
1) Jelaskan penyebab korosi di dalam generator uap dan sistem pendingin! 2) Jelaskan cara memelihara kerak pada permukaan logam!
3) Mengapa pada sistem air biasa sering terjadi pemanasan lokal? 4) Jelaskan cara pengendalian pada sistem distribusi air!
6.6.6. Inhibtor yang Larut dalam Minyak Pelumas (Oil)
Peralatan atau konstruksi logam yang diproteksi dengan oil atau lemak pelumas (grease) memerlukan proteksi lebih efektif dari serangan korosi. Sebagai contoh:
pelumasan motor pompa hidrolik minyak lemak pelumas
Indikator yang ditambahkan dapat berupa:
oksidator (pasivator), misalnya garam nitrit ditaburkan dalam minyak pelumas (Oil) atau nitrit dan kromat organic.
inhibitor organic (adsorpsi), misalnya senyawa nitrogen dan belerang organic, misal senyawa amina.
Tabel 6.3. Daftar Inhibitor dan Kegunaannya
Nama Inhibitor Penggunaan dan Logam yang Dilindungi Konsentrasi
Larutan garam: baja Air laut: baja
Pendingin mesin: baja
> 5% 0,5% < 1% Natrium nitrat Mencegah instalasi peretakan kaustik: baja
Natrium hydrogen fosfat Air pendingin: baja Ketel: baja, tembaga, seng
Air laut (dengan natrium nitrit): baja
1% 10 ppm 10 ppm
Boraks Pendingin mesin: baja
Sistem pendingin glikol: baja
1% 1% Natrium silikat Air minum: baja, tembaga, seng
Air garam lading minyak: baja Air laut: baja
10-20 ppm 0,1% 10 ppm
Ion arsenat Kebanyakan asam pekat: baja 0,5%
Amina organic Kondensat uap ketel: baja Asam: baja
Air garam lading minyak: baja
Variasi
Hidrazin Pemakan oksigen (temp. tinggi): baja Sesuai kebutuhan Natrium sulfit Pemakan oksigen (temp. rendah): baja Sesuai kebutuhan Latihan
Kerjakan soal berikut pada buku tugas Anda.
1) Inhibtor yang bagaimana ditambahkan di lingkungan minyak? 2) Berilah contoh inhibitor dan penggunaannya!
3) Berilah salah satu jenis inhibitor yang dapat diterapkan di lapangan! 4) Jelaskan mekanisme proteksi inhibitor organic pada suatu logam! Contoh Soal
Suatu logam dalam larutan asam teraerasi. Koefisien tafel katodik (c)= - 120 mV/decade dan koefisien tafel anodik (a)= 60 mV/decade. Digunakan dua buah inhibitor organic, yang satu sebagai inhibitor anodik dan yang lainnya sebagai inhibitor katodik. Kedua inhibitor mampu mengubah potensial korosi logam dengan harga yang sama, yaitu 50 mV tanpa mengubah koefisien tafel. Jelaskan inhibitor yang lebih efektif (penjelasan disertai gambar)!
BAB VII
PROTEKSI KOROSI METODA COATING ORGANIK DAN ANORGANIK