PENGOLAHAN RED MUD SEBAGAI KATALIS
PENCAIRAN BATUBARA
SARIMAN, DESSY AMALIA DAN AGUS WAHYUDI
Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Mineral dan Batubara
Jalan Jenderal Sudirman 623 Bandung 40211, Telp. (022) 6030483, Fax. (022) 6003373
e-mail: [email protected]; [email protected]; [email protected] Naskah masuk : 18 Maret 2008, revisi pertama : 29 Juli 2008, revisi kedua : 10 September 2008,
revisi terakhir : September 2008
SARI
Usaha diversifikasi katalis berbasis besi untuk proses pencairan batubara telah dilakukan, salah satunya adalah red mud yang telah diaktivasi. Red mud adalah produk samping dari proses Bayer pembuatan alumina dari bijih bauksit. Katalis tersebut diperoleh melalui aktivasi red mud dengan asam (HCl atau H3PO4), masing masing dengan variasi pH yaitu 5, 8 dan 11. Red mud aktif ditunjukkan dengan menurunnya kandungan natrium. Kinerja katalis yang dihasilkan diuji melalui proses sulfidasi, yang ditunjukkan dengan terbentuknya senyawa aktif pirotit, dan proses pencairan batubara dengan menghitung persen konversi batubara cair yang dapat dihasilkan.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa kandungan natrium dalam red mud dapat diturunkan sebesar 88,25% dan 88,74% dari 4,34% menjadi 0,51% dan 0,49% setelah mengalami perlakukan dengan asam HCl 35% pada pH 8. Sedangkan bila menggunakan asam H3PO4 35%, kandungan natrium dalam red mud tidak mengalami penurunan yang berarti. Hasil uji sulfidasi terhadap red mud tanpa aktivasi diperoleh ukuran kristal pirotit sangat kecil, hal ini disebutkan karena belum sempurnanya pembentukan kristal pirotit. Sedangkan dari red mud yang diaktivasi dengan HCl pada pH 8 dan H3PO4 pada pH 11 berturut-turut menghasilkan ukuran kristal pirotit sebesar 35 nm dan 30 nm; syarat ukuran kristal pirotit yang baik untuk katalis pencairan batubara adalah <40 nm. Persen konversi produk batubara cair dengan menggunakan katalis red mud tanpa aktivasi dan red mud aktivasi HCl pada pH 8 berturut-turut menghasilkan 72,34% dan 84,76% batubara cair. Hasil ini belum optimal dibandingkan terhadap jenis katalis yang telah dikenal seperti limonit. Sehingga masih diperlukan pengoptimalan proses aktivasi red mud.
Kata Kunci : red mud, aktivasi, katalis, konversi
ABSTRACT
Terms of finding new ferrous-based catalyst for coal liquefaction was carried out by red mud activation. Red mud is a Bayer process by-product of alumina production from bauxite. The catalyst was gained from the activated red mud by acid solution (HCl or H3PO4) in various pH of 5; 8 and 11. Activated red mud is indicated by the decreasing of sodium content. Catalyst performance was tested through sulfidation process, which should be produced pyrrhotite, and coal liquefaction process determined by liquid coal conversion resulted.
Results show that sodium content in the red mud can be decreased to be 95.48% from 4.34% become 0.49% after acid activation of HCl 35% at pH of 5 and 8. While, by using H3PO4 35% sodium content could not be
decreased significantly. Pyrrhotite crystal size resulted from sulfidation by non-activated red mud was very small, because the formation of the crystal was not complete yet. While using activated red mud of HCl at pH 8 and H3PO4 at pH 11 resulting pyrrhotite crystals of 35 nm and 30 nm respectively; the pyrrhotite crystal size required for coal liquefaction is < 40 nm. Liquid coal conversion by using non-activated red mud was 72.34% and by using the activated red mud with HCl at pH 8 was 84.76%. This result is not as good as the result of liquid conversion using well-known catalyst such as limonite, so that the optimization of red mud activation is necessary.
Keywords: red mud, activation, catalyst, conversion
1. PENDAHULUAN
Salah satu cara untuk meningkatkan pemanfaatan batubara adalah dengan mengubah batubara menjadi bahan bakar cair melalui proses pencairan batubara. Produk cair dari batubara tersebut memiliki karakteristik yang mirip dengan minyak bumi, sebagai bahan bakar minyak (BBM) sintetis yang dapat menggantikan sebagian peranan BBM untuk transportasi. Proses pencairan batubara yang banyak mendapat perhatian untuk dikaji saat ini adalah proses pencairan batubara secara langsung (Hirano and Kanda 2001, BPPT dan Kobe Steel, 2000) melalui proses perengkahan batubara pada suhu tinggi. Proses tersebut dilakukan dengan melarutkan batubara dalam pelarut tertentu dan dipanaskan pada tekanan tinggi. Dalam proses ini, katalis sangat dibutuhkan agar diperoleh hasil batubara cair (yield) yang tinggi dengan kondisi reaksi yang optimum (tekanan 100 bar dan suhu d” 400 °C). Katalis yang umum dipakai pada proses pencairan batubara adalah katalis berbasis besi seperti limonit, laterit, goetit dan molibden (Sariman, dkk 2006). Katalis berbasis besi ini banyak digunakan karena harganya relatif murah dan mudah diperoleh.
Peranan katalis dalam pencairan batubara adalah untuk membantu memasukkan atom hidrogen yang berasal dari disosiasi molekul hidrogen ke dalam batubara atau campuran batubara pelarut sehingga menaikkan ketersediaan hidrogen aktif. Kriteria pemilihan katalis antara lain adalah kereaktifannya tinggi, harganya murah dan mudah diproduksi. Beberapa katalis yang termasuk kriteria tersebut adalah katalis berbasis besi seperti pirit (FeS2), limonit (FeOOH) dan hematit (Fe2O3). Katalis ini bila bereaksi dengan sulfur pada kondisi tertentu, berubah menjadi pirotit (Fe1-xS) senyawa aktif yang berperan pada proses pencairan batubara (Cugini et. Al, 1994, Ikenaga, et.Al., 2000). Kandungan besi total dalam senyawa besi tersebut hendaknya >30%. Selain kadar besi dan kemudahan membentuk senyawa pirotit, ukuran kristal pirotit juga sangat
menentukan kereaktifan katalis. Semakin besar ukuran kristal pirotit semakin rendah kereaktifannya, sehingga jumlah batubara yang dapat dicairkan kecil. Batas maksimum ukuran kristal pirotit agar dapat berperan dalam proses pencairan batubara adalah 40 nm. Beberapa katalis berbasis besi yang telah diuji sulfidasi adalah limonit Soroako, goetit sintetis, dan besi oksida (Fe2O3) yang menghasilkan ukuran kristal pirotit di bawah 40 nm (Sariman dkk, 2006). Selain katalis berbasis besi yang disebutkan di atas, red mud juga dapat digunakan sebagai katalis pencairan batubara. Red mud adalah produk samping dari pembuatan alumina dengan bahan baku bauksit melalui proses Bayer. Kandungan utama red mud adalah oksida besi, silikon, aluminium, natrium, dan kalsium.
Bauksit umumnya memiliki kandungan Al2O3 yang cukup tinggi, sehingga bauksit dipakai sebagai bahan baku pembuatan logam aluminium, bahan refraktori, semen, dan juga sebagai bahan baku pembuatan bahan kimia lainnya seperti koagulan, berupa produk-produk: tawas, fero sulfat, besi klorida, poli aluminium klorida (PAC), maupun poli aluminium silikat sulfat.
Cadangan bauksit banyak terdapat di daerah Bukit Galang dan Pari (Bintan, Pulau Bintan) serta Tayan dan Toba (Kabupaten Sanggau, Kalimantan Barat). Endapan bijih bauksit yang terdapat di wilayah Kalimantan Barat sampai saat ini belum dieksploitasi. Sedangkan endapan bauksit di Bintan telah ditambang dan diolah sejak tahun 1935 oleh PT. Aneka Tambang (Antam). Bauksit dengan kadar Al2O3 yang tinggi (± 50%) diekspor ke Jepang untuk diekstraksi aluminanya melalui proses Bayer. PT. Antam saat ini sedang membangun industri alu- mina dari bijih bauksit kapasitas 330.000 ton per tahun dengan menggunakan proses Bayer di Tayan Kalimantan Barat. Proses Bayer akan menghasilkan limbah berupa lumpur halus berwarna merah
kecoklatan yang disebut Red mud. Diperkirakan jumlah red mud yang dihasilkan dari proses Bayer sekitar 50% dari bauksit yang diolah. Jumlah red mud yang cukup besar ini perlu mendapat perhatian serius agar tidak menjadi masalah di kemudian hari, salah satunya adalah dimanfaatkan sebagai katalis. Katalis red mud ini tidak sereaktif katalis berbasis besi lainnya (Hirano dan Kanda, 2001). Kelemahan katalis red mud terletak pada luas permukaan yang cepat turun dan waktu pakainya yang singkat. Oleh karena itu, diperlukan aktivasi red mud.
Beberapa metode telah dikembangkan untuk menghilangkan kelemahan ini, salah satu yang terpopuler adalah metode presipitasi dan disolusi yang diperkenalkan oleh Pratt dan Christoverson (1982). Metode ini digunakan untuk menurunkan kandungan natrium serta kalsium dan meningkatkan luas permukaan katalis (BET – Brunauer Emmett Teller). Metode yang lain adalah metode pencucian dengan asam fosfat (Alvarez dkk, 1999). Fosfor dikenal sebagai promotor yang efektif untuk katalis non karbon.
Pada penelitian ini telah dilakukan aktivasi red mud dengan menggunakan asam yaitu HCl atau H3PO4 dengan variasi pH. Red mud yang telah diaktivasi dikarakterisasi dengan difraksi sinar-x, dan setelah sulfidasi dicoba sebagai katalis pencairan batubara. Proses sulfidasi berfungsi untuk mengetahui terbentuknya senyawa aktif pirotit, dilakukan melalui sulfidasi katalis dengan penambahan unsur sulfur dan tanpa umpan batubara pada kondisi pencairan. Proses pencairan batubara dilakukan sama seperti dengan proses sulfidasi namun dengan penambahan batubara. Proses sulfidasi dan pencairan batubara ini mengikuti prosedur Nining dan Prijono (2003).
2. METODOLOGI
Kegiatan penelitian dilakukan di laboratorium pengolahan mineral dan laboratorium pencairan batubara Puslitbang Teknologi Mineral dan Batubara. Sedangkan contoh bauksit didatangkan dari daerah Tayan, Kalimantan Barat. Red mud yang digunakan pada penelitian ini diperoleh dengan melakukan proses Bayer di laboratorium pengolahan Puslitbang Puslitbang Teknologi Mineral dan Batubara. Percobaan pembuatan katalis pencairan batubara dari red mud meliputi :
1. Penyiapan red mud melalui proses Bayer Bauksit sebelum digunakan, dipreparasi dengan
dicuci dan digiling hingga mencapai kehalusan -200 mesh dan dikeringkan pada suhu 105°C. Kemudian bauksit direaksikan dengan NaOH dengan konsentrasi 129g/L di dalam autoclave berpengaduk pada 150°C selama 2 jam. Setelah itu dilakukan penyaringan untuk memperoleh residu berupa red mud.
2. Aktivasi red mud melalui penurunan kandungan kalsium dan natrium yang terdapat dalam red mud.
Red mud diaktivasi dengan asam (HCl atau H 3PO 4) m engikuti prosedur Pratt dan Christoverson (1982) serta Shiao Shing-Jen, (1977). Sebanyak 20 gram red mud dengan persen solid 15% dicampur dengan HCl 35% atau H3PO4 35%. Campuran dipanaskan sambil di aduk pada suhu didih asam yang digunakan selama 20 menit dan ditambahkan dengan air (H2O) sebanyak 4 x volume asam tersebut. Kemudian pH campuran diatur pada pH 5, 8, dan 11 menggunakan amoniak dan diaduk selama 10 menit. Setelah itu, dilakukan penyaringan untuk memperoleh residu dan dicuci dengan air hangat hingga bebas dari HCl yang diuji dengan menggunakan larutan AgNO3 atau analisis spektrofotometri untuk bebas H3PO4. Residu dikeringkan pada suhu 110ºC selama 1 hari lalu digerus dengan agate kemudian dilakukan kalsinasi pada 500 ºC selama 2 jam. 3. Karakterisasi senyawa pirotit yang terbentuk dari
red mud
Untuk mengetahui karakteristik red mud yang belum dan sudah diaktivasi, maka dilakukan uji sulfidasi dan pencairan batubara. Pada prinsipnya proses sulfidasi dan pencairan batubara adalah sama, perbedaannya hanyalah pada proses sulfidasi tanpa menggunakan batubara. Proses sulfidasi dilakukan dengan mencampurkan bahan katalis, pelarut, dan sul- fur ke dalam reaktor pada kodisi reaksi pencairan batubara yaitu 400 ºC dan tekanan parsial hidrogen pH2 100 bar. Mengingat proses pembentukan pirotit dan proses pencairan batubara terjadi dalam satu reaktor yang sama, maka pada proses pencairan batubara tetap dibutuhkan sulfur untuk pembentukan senyawa aktif pirotit. Gambar 1 adalah diagram alir proses pencairan batubara. Pada uji sulfidasi, katalis diharapkan berubah menjadi senyawa pirotit. Hal ini dapat diketahui dengan analisis XRD. Kinerja pirotit diketahui melalui ukuran kristal yang terbentuk. Ukuran Kristal dapat dihitung
Oksida Tayan(%) SiO2 1,56 TiO2 1,11 Al2O3 33,70 Fe2O3 15,76 MnO 0,0214 CaO 0,168 MgO 0,0135 Na2O 0,223 K2O 0,0037 P2O5 0,112 SO3 -dengan menggunakan data hasil analisis XRD
yang diperlukan dalam rumus Scherrer (Klug dan Alexander, 1978):
d =
0,9 x λ x 57,3
βx cosθ
Keterangan :
d = ukuran kristal (nm) pada bidang kristal tertentu (hkl)
λ = panjang gelombang sinar x = 1,542 °A
β = lebar puncak pada setengah intensitas maksimum
θ = sudut difraksi
57,3 = faktor konversi derajat ke radian
3. HASIL PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN
3.1. Karakterisasi Bauksit
Komposisi oksida dari bauksit yang dipakai sebagai bahan baku tercantum pada Tabel 1. Komposisi mineral secara mikroskopi tampak adanya sayatan batuan berwarna coklat terang kemerahan, tekstur granular (halus) dan terdapat komponen-komponen berwarna terang, coklat tua dan hitam (Gambar 2). Mineral gibsit tampak tak berwarna, berbutir halus, belahan satu arah, pemadaman miring, tersebar relatif merata, sebagian bersama mineral lempung, hidroksida dan oksida besi, yang berbutir lebih kasar terdapat di sekeliling rongga-rongga. Mineral lempung bentuk tidak beraturan, warna coklat kekuningan keruh, berbutir sangat halus, tersebar tidak merata bersama hidroksida besi maupun mengisi ruang antar butir gibsit. Magnetit, limonit, dan hematit warna hitam - coklat tua, bentuk kristalin
Sulfur
Katalis (besi oksida) Batubara Pelarut
Ball Milling Slurry autoclave
Gas Hidrogen
Batubara cair
Gambar 1. Diagram alir percobaan pencairan batubara
Tabel 1. Komposisi kimia bauksit Tayan
Gambar 2. Fotomikrograf sayatan tipis bauksit Tayan
tidak beraturan, terdapat bersama mineral lempung m aupun m em bentuk kelom pok -kelom pok . Komposisi mineralnya tertera pada Tabel 2.
Identifikasi dengan difraksi sinar x terlihat gibsit sebagai mineral dominan (Gambar 3). Senyawa yang terdapat dalam bauksit terdiri atas hematit, kuarsa, kaolin, haloisit, gibsit. Atas dasar itu, maka bauksit Tayan dapat diproses dengan proses Bayer untuk mendapatkan bahan dasar aluminium.
Jenis Mineral Komposisi (%) Gibsit
Lempung
Besi hidroksida & oksida Kuarsa
45,95 29,77 18,82 5,46
Tabel 2. Komposisi mineral secara mikroskopi terhadap bauksit Tayan dilakukan dengan melakukan digesting bauksit sebanyak dua kali. Namun, dari hasil tersebut belum terlihat peningkatan kadar besi dalam red mud (RM Tayan-2).
Kandungan natrium dan kalsium pada bahan baku bauksit Tayan (Tabel 1) sangat rendah, dan setelah bauksit tersebut mengalami proses Bayer, kandungan
G G
G
Keterangan : Gibsit (G) sebagai senyawa AlUmina yang dominan
Gambar 3. Difraktogram bauksit Tayan
Komposisi kimia red mud yang dihasilkan dalam percobaan tercantum pada Tabel 3. Terlihat bahwa kandungan besi dalam red mud yang dihasilkan dari bauksit Tayan lebih rendah dibandingkan dengan besi yang terdapat dalam red mud umum, sedangkan kandungan aluminium dalam red mud dari bauksit Tayan sangat tinggi dibandingkan dengan aluminium yang terdapat dalam red mud umum. Hal ini menunjukkan bahwa proses Bayer yang dilakukan belum optimal. Untuk itu perlu optimasi proses Bayer agar diperoleh kondisi yang tepat untuk bauksit Tayan. Usaha peningkatan efektifitas proses Bayer
Tabel 3. Komposisi kimia red mud umum dan
red mud hasil percobaan
Elemen RM Tayan-1 (%) RM Tayan-2 (%) Red mud umum (%) Si Ti Al Fe Mn Ca Na Mg -1,13 31,13 16,75 -0,0272 4,34 0,0158 -1,38 25,16 19,49 0,03 0,03 10,30 0,02 1,4 – 23 Trace - 15 5,3 – 10,6 21 - 42 -1,4 – 5,7 1,5 – 7,4 -Keterangan : red mud umum (International
aluminium Institute)
natrium dalam red mud yang dihasilkan meningkat. Hal ini karena pada proses Bayer membutuhkan konsentrasi NaOH yang tinggi, untuk men-digest bauksit (Burkin, 1987). Dengan meningkatnya kandungan natrium dalam red mud, mengakibatkan red mud menjadi tidak reaktif bila digunakan sebagai katalis. Oleh karena itu untuk mengurangi kandungan natrium tersebut dilakukan aktivasi sesuai prosedur yang dikem bangkan oleh Pratt K.C. dan Christoverson V. (1982). Komposisi kimia red mud yang telah diaktivasi tertera pada Tabel 4.
Dari Tabel 4 terlihat penurunan kandungan natrium setelah proses aktivasi. Dengan menggunakan HCl 35% pada pH 5 dan 8, kandungan natrium dapat diturunkan berturut-turut sebesar 88,25% dan 88,74% dari 4,34% (Tabel 3) menjadi 0,51 % dan 0,49% (Tabel 4). Besar penurunan ini sudah mendekati sasaran yaitu 90%. Sedangkan aktivasi dengan H3PO4, kandungan natrium melebihi hasil natrium dalam red mud pada umumnya. Berdasarkan data tersebut di atas, kandungan natrium yang mendekati nilai memenuhi spesifikasi natrium, dapat diperoleh pada contoh dengan kode RMAC-5 dan RMAC-8. Kandungan kalsium sudah sangat kecil sehingga dapat diabaikan.
Terdapat perubahan kandungan besi dalam red mud, baik aktivasi dengan HCl maupun dengan H3PO4. Pola perubahan kandungan besi terhadap pH ditunjukkan pada Gambar 4. Untuk aktivasi dengan
F e d an A l (% ) 40
Tabel 4. Komposisi kimia red mud yang telah diaktivasi dengan HCl atau H3PO4
Unsur RMAC 5 (%) RMAC 8 (%) RMAC 11 (%) RMAP 5 (%) RMAP 8 (%) RMAP 11 (%) Red mud umum (%) Si Ti Al Fe Mn Ca Na Mg P -4,09 9,00 48,11 0,071 0,033 0,51 0,018 0,35 -1,63 30,69 22,42 0,004 0,0211 0,49 0,012 0,1 -4,11 8,57 48,71 0,070 0,095 0,75 0,035 -2,45 8,16 27,49 0,052 0,068 3,54 0,084 19,34 -1,23 21,87 16,91 0,03 0,035 4,45 0,008 18,47 -1,28 23,64 17,32 0,027 0,04 5,56 0,03 -2,7 11,6 9,3 28,9 -4,1 0,4 -0,7 Keterangan : RMAC = red mud diaktivasi dengan HCl;
RMAP = red mud diaktivasi dengan H3PO4;
5,8,11 = pH
HCl, bila pH campuran pada kondisi asam atau basa, kandungan besi meningkat drastis sedangkan alu- minium menurun tajam. Hal ini diperkirakan pada pH netral (7), aluminium yang terlarut mengalami pengendapan kembali. Sedangkan pada pH asam atau basa, aluminium yang terlarut tidak mengalami proses pengendapan, melainkan tetap berada dalam larutan sebagai komponen terlarut. Kandungan Al yang tinggi bepengaruh negatif terhadap kinerja katalis pencairan batubara berbasis besi (Sariman dkk, 2005). Peningkatan kandungan besi hanya terjadi pada pH asam bila diaktivasi menggunakan H3PO4, dan kandungan aluminium masih relatif tinggi, sehingga masih perlu penelitian lebih lanjut. Berdasarkan hasil percobaan sebagaimana terlihat pada Tabel 4, dapat disimpulkan bahwa proses
60 Fe, HCl Fe, H3 PO4 Al, HCl Al, H3PO4 20 0 4 5 6 7 8 9 10 11 12 pH Ca mpur an
Gambar 4. Pengaruh pH terhadap kadar Fe dan Al dalam red mud
aktivasi yang dapat menghasilkan spesifikasi alu- minium dan besi dalam red mud yang mirip dengan spesifikasi red mud yang terdapat pada umumnya adalah: RMAC-5, RMAC-11 dan R MAP-5.
Sedangkan untuk memenuhi spesifikasi natrium, dapat diperoleh pada RMAC-5 dan RMAC-8. Dengan demikian, perlakuan yang dapat memenuhi spesifikasi ketiga unsur tersebut adalah RMAC-5.
3.3. Karakterisasi katalis red mud
Gambar 5 menunjukkan pengaruh aktivasi dan sulfidasi pada salah satu contoh red mud yang diaktivasi (RMAC 8), tampak kristal pirotit telah terbentuk. Senyawa yang terdapat pada red mud tanpa aktivasi, selain pirotit terlihat juga boehmit (alu- mina), namun setelah aktivasi dengan HCl senyawa tersebut tidak teridentifikasi. Selain itu kristal pirotit yang muncul sangat kuat (lihat difraktogram). Hal ini berarti proses aktivasi dapat menurunkan kandungan kristal aluminium. Hal yang sama juga diperoleh oleh Alvarez dkk (1998).
Hal yang perlu dikaji lebih lanjut adalah hasil identifikasi difraksi sinar x bauksit yang digunakan adalah gibsit (gambar 3). Namun senyawa alumina yang terdeteksi pada red mud adalah boehmit. Kedua senyawa tersebut memiliki sudut difraksi yang cukup berbeda, yaitu 14º dan 18º masing masing untuk boehmit dan gibsit (Gambar 3 dan 5.a). Hal ini kemungkinan pada proses Bayer terjadi perubahan fasa gibsit. Kemungkinan lain perubahan fasa terjadi pada proses sulfidasi. Untuk membuktikan hal ini perlu dilakukan analisis XRD terhadap contoh red mud yang telah diaktivasi namun belum dikenakan proses sulfidasi, sehingga dapat diperoleh informasi terjadinya pembentukan fasa boehmit.
Untuk melihat kereaktifan dari katalis red mud ini, dilakukan pengukuran ukuran kristal pirotit yang
Jenis red mud
Ukuran Kristal Pirotit (nm) Diameter (29,9º) Tinggi (43,88º) RM tanpa aktivasi RMAC- 5 RMAC- 8 RMAP-11 20,58 30,95 35,47 30,12 20,89 26,11 30,44 27,46 P P B Q P B P
(a)
P P P P Q 2 Theta(b)
Gambar 5. Gambar Difraktogram red mud a) tanpa aktifasi dan b) dengan aktivasi HCl , pH =8. Terlihat pada boehmit (B) belum terekstraksi sempurna. Q = kuarsa, P=pirotit
terbentuk pada proses sulfidasi. Dengan menggunakan persamaan Scherer, ukuran kristal pirotit dapat diketahui. Tabel 5 menunjukkan pengaruh aktivasi terhadap ukuran kristal pirotit. Ukuran kristal pirotit dari red mud tanpa aktivasi cukup kecil, hal ini menunjukkan bahwa pertumbuhan kristal tersebut belum sempurna. Difraktogram pada Gambar 5.b menunjukkan puncak-puncak kristal pirotit masih lemah dan lebar puncak agak melebar. Melebarnya puncak merupakan salah satu indikasi pertumbuhan kristal belum sempurna. Sedangkan ukuran kristal pirotit dari red mud yang diaktivasi dengan HCl dan H3PO4 secara berturut-turut memberikan nilai 35,47 nm dan 30,12 nm (<40 nm). Selain itu, lebar puncak yang sangat sempit menunjukkan bahwa pirotit sudah terbentuk sempurna. Oleh karena itu red mud dengan aktivasi ini akan memberikan kinerja katalis yang lebih baik dibandingkan dengan red mud tanpa aktivasi. Dari ketiga hasil uji sulfidasi, dua diantaranya yaitu RM tanpa aktivasi dan RMAC-8 diuji pencairan batubara. Batubara yang digunakan adalah batubara peringkat rendah dari Berau, Kalimantan Timur.
Untuk RM tanpa aktivasi menghasilkan konversi batubara cair sebesar 72,34% sedangkan RMAC-8 84,76%. Kedua konversi tersebut lebih kecil dibandingkan dengan konversi yang dihasilkan oleh katalis pencairan batubara limonit Evita 99,58% (Sariman dkk, 2007). Untuk meningkatkan nilai konversi pencairan batubara dengan menggunakan red mud, maka perlu dilakukan optimasi proses aktivasi.
4. KESIMPULAN DAN SARAN
Tabel 5. Pengaruh aktivasi terhadap ukuran kristal pirotit
4.1. Kesimpulan
1. Hasil identifikasi bauksit Tayan dengan difraksi sinar x, Gibsit merupakan mineral dominan sehingga dapat dipakai sebagai bahan baku proses Bayer untuk mendapatkan bahan dasar aluminium.
2. Red mud yang dihasilkan dari bauksit Tayan memiliki kandungan Fe dan Al yang tinggi, hampir mendekati red mud yang umum tercantum dalam literatur.
3. Kandungan natrium dalam red mud dapat diturunkan sebesar 88,25% dan 88,74% dari 4,34% menjadi 0,51% dan 0,49% dengan menggunakan HCl 35% pada pH 5 dan 8, untuk aktivas i red m ud . Sedangkan aktivas i menggunakan H3PO4 35%, tidak terjadi penurunan kandungan natrium yang berarti. 4. Dari hasil uji sulfidasi diperoleh ukuran kristal
pirotit dari red mud tanpa aktivasi cukup kecil, hal ini disebabkan pertumbuhan kristal belum sempurna. Sedangkan ukuran kristal pirotit dari red mud yang diaktivasi dengan HCl pada pH 8 dan H 3 PO 4 pada pH 11 berturut-turut memberikan nilai 35,47 nm dan 30,12 nm (<40 nm). Ini berarti red mud hasil aktivasi dengan HCl dan H3PO4 telah memenuhi persyaratan ukuran kristal untuk katalis proses pencairan batubara.
5. Konversi hasil uji pencairan batubara dengan red mud tanpa aktivasi dan red mud aktivasi HCl pada pH 8 berturut-turut menghasilkan 72,34% dan 84,76%. Nilai ini lebih kecil dari pada menggunakan limonit Evita sebagai katalis yaitu sebesar 99,58%. Sehingga perlu pengoptimalan proses aktivasi red mud.
4.2. Saran
Perlu dilakukan percobaan lebih lanjut untuk memperoleh kondisi optimum proses Bayer yang baik untuk mengestrak kandungan aluminium dalam bauksit lebih banyak sehingga kandungan aluminium dalam red mud hanya 9,3%. Hal ini perlu dilakukan karena kandungan alum inium yang tinggi berpengaruh negatif terhadap kinerja katalis berbasis besi. Selain itu diperlukan pengoptimalan proses aktivasi red mud untuk mencapai konversi pencairan batubara sebanding dengan katalis limonit evita.
DAFTAR PUSTAKA
Alvarez, J., Rosal, R., Sastre, H. and Diez, F.V., 1998. Characterization and deactivation stud- ies of an activated sulfided red mud used as hydrogenation catalyst. Applied Catalyst A: General 167, p. 215-223.
Alvarez, J., Ordonez, S., Rosal, R., Sastre, H. and Diez, F.V., 1999. A new method for enhanc- ing the peformanceof red mud as hydrogena- tion catalyst. Applied Catalyst A: General 180, p. 399-409.
BPPT dan Kobe Steel, 2000. Research Cooperation on Coal Liquefaction Technology, Report. Burkin, A.R., 1987. Production of aluminium and
alumina. Critical reports on Applied Chemis- try Vol 20, John wiley&Sons, Singapore. Cugini-Prieto, A., Reyes-Felipe, A.A. and Siles-
Dotor, M.G., 1998. Synthesis and character- ization of nanophasic goethite. Nanostructural 10, p. 311-326.
Hirano, K. and Kanda, Y., 2001. Study on industrial catalyst for bituminous coal liquefaction. Fuel Processing Technology 72, p. 35-45.
Ikenaga, N., Taniguchi, H., Watanabe, A. and Suzuki, T., 2000. Sulfiding behaviour of iron based coal liquefaction catalyst. Fuel 79, p. 273-283.
International Aluminium Institute. Red Mud Project, Characteristic. www.redmud.org. Diakses pada 12 Februari 2007 jam 10.14 WIB.
Klug, H.P. and Alexander, L.E., 1978. X-ray Diffrac- tion Procedures for Polycrystalline and Amor- phous Materials, New York, Jhon Wiley & Sons Inc., p. 491-535.
Nining, S.N. dan Prijono, H., 2003. Transformasi Katalis Besi Menjadi Pirotit pada Proses Pencairan Batubara, Prosiding ESDM, p. 166-177.
Pratt, K.C. and Christoverson, V., 1982. Hydroge- nation of a model hydrogen-donor system us- ing activated red mud catalyst. Fuel 61, p. 460. Sariman, Pramusanto, Muta’alim, Rochani, S.,
2005. Pemanfaatan katalis limonit untuk proses pencairan batubara. Laporan internal Puslitbang Teknologi Mineral dan Batubara.
Sariman, Pramusanto, Muta’alim, Rochani, S., Prijono, H., Manik, W.A., Dahlan, Y., dan Amalia, D., 2006. Pembuatan katalis pencairan batubara berbasis besi dari mineral. Laporan internal Puslitbang Teknologi Mineral dan Batubara.
Sariman, Pramusanto, Muta’alim, Rochani, S., Prijono, H., Manik, W.A., Tahli, L., Amalia, D., Wahyudi, A., dan Sulistiani, L., 2007. Pembuatan katalis pencairan batubara dari red mud Tayan Kalimantan Barat. Laporan internal Puslitbang Teknologi Mineral dan Batubara.
Shiao, shing-Jen, 1977. Method of activation of red m ud . United States Patent 4017425, www.freepatentsonline.com diakses tanggAl 4
