PEMANFAATAN LIMBAH CAIR(SLUDGE) BIOGAS KELAPA SAWIT UNTUK PEMBUATAN KERAMIK KONTRUKSI
SKRIPSI
Khairunnisa 150801023
PROGRAM STUDI FISIKA S-1
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2019
PEMANFAATAN LIMBAH CAIR(SLUDGE) BIOGAS KELAPA SAWIT UNTUK PEMBUATAN KERAMIK KONTRUKSI
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains
Khairunnisa 150801023
PROGRAM STUDI FISIKA S-1
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2019
PERNYATAAN
PEMANFAATAN LIMBAH CAIR(SLUDGE) BIOGAS KELAPA SAWIT UNTUK PEMBUATAN KERAMIK KONTRUKSI
SKRIPSI
Saya menyatakan bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Oktober 2019
Khairunnisa 150801023
PEMANFAATAN LIMBAH CAIR(SLUDGE) BIOGAS KELAPA SAWIT UNTUK PEMBUATAN KERAMIK KONTRUKSI
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian pembuatan keramik kontruksi dengan bahan dasar serbuk sludge yang berasal dari limbah cair industri biogas kelapa sawit dan tanah liat sebagai bahan pengikat. Diayak dengan ayakan 100 mesh dengan metode die pressing . Variasi komposisi serbuk sludge antara lain: 0, 20, 40, 60, 80, 100 gram.
Penambahan tanah liat : 100, 80, 60, 40, 20, 0 gram Temperature sintering 10000C, dengan waktu penahanan selama 3 jam. Sampel diuji dalam bentuk silinder.
karakterisasi yang dilakukan meliputi densitas, porositas, susut massa, susut bakar, uji kekerasan dengan metode Vickers, kuat tekan, morfologi permukaan (SEM), kandungan unsure ( EDX), dan analisis fasa Kristal dengan (XRD). Hasil yang optimum diperoleh pada komposisi 20 gram serbuk sludge biogas dan 80 gram tanah liat, yang hasilnya Densitas: 1,496x103kg/m3, Porositas: 2,524%, Susut massa:
2,627%, Susut bakar 0,30% kekerasan 120,90MPa, Kekuatan: 1427,15 MPa. Hasil morfologi permukaan (SEM) menunjukan bahwa tidak banyaknya terjadi pori.
Kandungan unsur (EDX) yang dominan yaitu Si:34,33%. Hasil uji mikrostruktur dengan XRD menunjukan bahwa fasa dominan yang terbentuk adalah Hexagonal Kata kunci : sludge biogas, tanah liat, keramik kontruksi, Hexagonal
UTILIZATION OF PALM OIL BIOGAS LIQUID WASTE FOR FABRICATION OF CERAMICS CONTRUCTION
ABSTRACT
The Research has been fabrication of ceramics for contruction base on sludge powder from palm oil biogas industrial liquid waste and clay as a binding.
sludge powder and clay activated with 100 mesh size sieve had been done die pressing method Variations in the composition of the sludge biogas powder include:
0, 20, 40, 60, 80, 100 grams. As adding clay: 100, 80, 60, 40, 20, 0 grams with a temperature sintering of 1000oC, with a holding time for 3 hours. The sample is tested in the form of acylinder. Characterization performed includes density, porosity, mass loss, burn loss, hardness test using the Vickers method, compressive strength, surface morphology (SEM), elemental content (EDX), and crystal phase analysis with (XRD). Optimum result were obtained for the composition of 20 gram of sludge powder and 80 gram of clay, the result Density: 1,496 X 103kg/m3, Porosity: 2,524%, Shrinkage mass: 2,627%, Burnout 0,30 % hardness 120,09 MPa, Strength: 1427,15 MPa. The results of surface morphology (SEM) show that there are not many pores. The dominant element content (EDX) is Si: 34.33%.
Microstructure test results with XRD showed that the dominant phase formed was Hexagonal
Keywords : sludge clay , contruction ceramics, Hexagonal
PENGHARGAAN
Alhamdulillah, puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang Maha Pemurahdan Maha Penyayang, karena berkat rahmat dan karunia-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi yang berjudul:” PEMANFAATAN LIMBAH CAIR(SLUDGE) BIOGAS KELAPA SAWIT UNTUK PEMBUATAN KERAMIK KONTRUKSI” tepat pada waktunya. Salawat dan salam penulis persembahkan kepada Nabi besar Muhammad SAW sebagai suri tauladan dimuka bumi.
Terima kasih yang takter hingga penulis kepada pihak pihak yang telah banyak membantu serta mendukung penulis dalam menyelesaikan skripsi ini, yaitu:
1. Bapak Prof. Dr. Runtung Sitepu, SH.MH selaku Rektor Uniersitas Sumatera Utara. Atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan.
2. Bapak Prof. Dr. Kerista Sebayang MS selaku Dekan Fakultas Matematika &
Ilmu Pengetahuan Alam, atas kesempatan menjadi mahasiswa MIPA S-1 Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Dr. Perdinan Sinuhaji MS, selaku Ketua departemen Fisika S-1 dan Bapak Awan Maghfirah,MSi selaku Sekretaris departemen Fisika S-1 Fakultas matematika dan ilmu pengetahuan alam universitas sumatera utara, beserta Seluruh staf jurusan dan seluruh dosen yang mengajar di Fisika S-1.
Atas semua ilmu, bimbingan, fasilitas dan dukungan, yang telah diberikan kepada penulis.
4. Ibu Prof. Dr. Zuriah Sitorus, MS selaku dosen pembimbing yang telah bersedia meluangkan waktu dan arahan untuk membimbing penulis hingga selesai.
5. Bapak prof Dr. Eddy Marlianto, M.Sc. selaku ketua lab kristalografi yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk menjadi asisten di laboratorium kristalografi.
6. Seluruh staf dan asisten material tes PTKI (pak Warman, buk Fitri, pak Hery, bang Eman, bang Rama) yang telah membantu saya dalam proses penelitian.
7. Kepada ayahanda tersayang (ir.Jumingin) dan ibunda tercinta (Rubiani) yang selalu memberikan doa, perhatian, motivasi, materi dan moril, nasihat dan kasih saying yang tiada pernah henti mengiringi langkah penulis. Serta adinda yang kusayang (Bagas Prayoga) yang tiada henti mengusik penulis agar cepat selesai menyelesaikan skripsi ini.
8. Kepada partner asisten lab kristalografi (Ilmi Andanisa, Willy Arti, Asmaul Husna, Mutiara Walini, dan Anwar Syukri) yang telah memberikan semangat, motivasi dan nasehat kepada penulis. Walaupun sering bertolak belakang antara satu dan yang lainnya.
9. Kepada sahabatku terkece ( Lulu Lukita, Ilmi Andanisa, Willy Arti, Khoirul Rizal, Fitri Annisa, Dania Yusraisa A, Annisa Khairani, Ayu Gulo,sangkot riana, syamni nur khoir tarigan, novia mahdinda lubis) yang telah membantu, memberikan masukan serta semangat dan selalu ada disaat suka dan duka.
10. Kepada adik-adik kos 448A( Rahmi Tambunan , Dan Rama Sinaga) yang telah menjadi semangat serta memberikan dukungan kepada penulis.
11. Teman teman angkatan 2015 yang selalu memberikan motivasi dan nasehat untuk penulis
12. Seluruh teman-teman, rekan–rekan dan adik-adik di Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara. Semoga allah SWT memberikan kesehatan kepada kita semua.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih belum sempurna. Oleh karena itu, penulis akan menerima dengan baik kritik dan saran yang bersifat membangun dari pembaca agar skripsi ini lebih bermanfaat dan sempurna. Semoga Allah senantiasa membalas kebaikan rekan, dansaudara - saudarasemua. Akhir kata semoga penelitian ini bisa memberikan manfaatan dalam dunia pendidikan.
Medan,23September 2019 Penulis
Khairunnisa
DAFTAR ISI
PENGESAHAN SKRIPSI i
ABSTRAK ii
ABSTRACK iii
KATA PENGANTAR iv
DAFTAR ISI vi
DAFTAR TABEL viii
DAFTAR GAMBAR ix
DAFTAR LAMPIRAN x
DAFTAR SINGKATAN xi
BAB 1 PENDAHULUAN 1
1.1 Latar Belakang 1
1.2 Rumusan Masalah 2
1.3 Batasan Masalah 2
1.4 Tujuan Penelitian 3
1.5 Manfaat Penelitian 3
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 4
2.1 Limbah 4
2.1.1. Limbah Cair Industri 4
2.1.2. Logam 5
2.2 Tanah Liat 6
2.2.1 Macam-Macam Tanah Liat 7
2.2.2 Sifat-Sifat Tanah Liat 8
2.3 Keramik 9
2.3.1 keramik kontruksi 10
2.3.2 Klasifikasi Keramik 10
2.3.3 Sifat-Sifat Keramik 10
2.4. Metode Pembuatan Keramik 11
2.4.1. Proses pembentukan 11
2.4.2. Proses Pengeringan 12
2.4.3.Proses Sintering 12
2.5 Pengujian Fisis Dan Mekanik 13
2.5.1. Sifat Fisis 13
2.5.2. Sifat Mekanik 14
2.5.3. Pengujian Sifat Unsur 15
2.5.4. Karakterisasi Struktur Mikro 15
BAB 3 METODE PENELITIAN 17
3.1. Waktu danTempat 17
3.2 Peralatan dan Bahan
3.2.1 Peralatan 17
3.2.2 Bahan 18
3.3. Prosedur Penelitian 19
3.4 . Komposisi Perbandingan Bahan Pembuatan Keramik kontruksi 20 3.5. Diagram Alir Pembuatan Keramik kontruksi 21
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 22
4.1 Karakteristik Sifat Fisis 22
4.2 Karakteristik Sifat Mekanik 28
4.3 SEM-EDX (Scanning Electron Microscope Energy
Dispersive X-Ray Spectrometer) 30
4.4.Karakterisasi struktur mikro X- ray diffractometer (XRD) 35
BAB 5 KESIMPULAN 37
5.1 Kesimpulan 37
DAFTAR PUSTAKA 38
LAMPIRAN 39
DAFTAR TABEL
Nomor Tabel
Judul Halaman
2.1 Unsur kandungan serbuk sludge biogas kelapa sawit 5
2.2 Unsur kandungan pada tanah liat 7
3.1 Komposisi Bahan Dasar dan Bahan Campuran 20
4.1 Data Hasil Pengukuran Densitas 22
4.2 Data Hasil Pengukuran Porositas 24
4.3 Data Hasil Pengukuran Susut Massa 25
4.4 Data Hasil Pengukuran Susut Bakar 27
4.5 Data Hasil Pengukuran Kekerasan 28
4.6 Data Hasil Pengukuran Kuat Tekan 29
4.7 Fasa yang Terbentuk pada Keramik 37
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Gambar Judul Halaman
2.2 Tanah Liat 7
2.5 Proses Sinar – X 15
3.6 Gambar Diagram Alir Pembuatan Keramik 21
4.1 Grafik Pengukuran Densitas Vs Variasi Campuran 23 4.2 Grafik Serapan Porositas Vs Variasi Campuran 24
4.3 Grafik Susut Massa Vs Variasi Campuran 26
4.4 Grafik Susut Bakar Vs Variasi Campuran 27
4.5 Grafik Kekerasan Vs Variasi Campuran 28
4.6 Grafik Kuat Tekan Vs Variasi Campuran 30
4.8
Hasil SEM untuk permukaan tanah liat 100 gram dengan campuran 0 gram serbuk sludge biogas pada perbesaran 2500 kali
31
4.9 Hasil SEM untuk permukaan dengan campuran 40 gram
serbuk sludge biogas pada perbesaran 2500 kali 32 4.10 Hasil EDX untuk kandungan unsur dengan campuran 100
gramtanahdan 0 gram serbuk sludge biogas 33 4.11 hasil EDX untuk kandungan unsur dengan campuran 60
gram tanah liat dan 40 gram serbuk sludge 34 4.12 hasil EDX untuk Kandungan Unsur serbuk sludge biogas 35 4.13 Gambar 4.5 . pola difraksi sinar- x dengan keramik dengan
komposisi 80 gram tanah liat dan 20 serbuk sludge biogas
36
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor
Lampiran Judul Halaman
1 Lampiran 1 Gambar Peralatan 40
2 Lampiran 2 Tabel Dan Contoh Perhitungan 46
3 Lampiran 3 Gambar Hasil Pengujian 52
DAFTAR SINGKATAN
SEM – EDX = Scanning Elecron Microscopy - Energy Dispersive X-Ray Spectrometer
XRD = X- Ray diffractometer
ASTM = American Society for Testing and Material PTKI = PoliteknikTinggi Kimia Industri
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dalam masa pembangunan ini, tentu saja jumlah bahan yang dibutuhkan menjadi besar. Untuk mengatasi hal tersebut maka dapat diberikan suatu alternative untuk memanfaatkan limbah industri. Limbah industri dapat mengakibatkan terjadinya pencemara lingkungan dan memberikan efek yang buruk pada manusia.
Limbah dalam konotasi sederhana dapat diartikan sebagai sampah. Limbah atau dalam bahasa ilmianya disebut juga dengan polutan. Limbah dapat digolongkan berdasarkan jenis, sifat dan sumbernya. Berdasarkan pada jenis, limbah dikelompokan menjadi dua kelompok yaitu limbah padat dan limbah cair.
Berdasarkan sifat yang dibawahnya, limbah dikelompokan menjadi limbah organik dan limbah non-organi. Sedangkan bila berdasarkan pada sumbernya, limbah dikelompokan menjadi limbah rumah tangga atau limbah domestik dan limbah industri.Limbah industri adalah semua jenis bahan sisa atau bahan buangan yang berasal dari hasil suatu proses industry. Limbah padat dari suatu industri adalah semua bahan sisa atau bahan buangan yang tak berguna dan berbentuk padat.
Sedangkan limbah cair adalah semua jenis bahan sisa yang dibuang dalam bentuk larutan atau berupa zat cair. (Hendro, 2008)
Kebanyakan pemilik unit biogas hanya memanfaatkan produksi biogas sebagai hasil utamanya. Sedangkan limbahnya jarang yang memanfaatkan untuk kebutuhan lain. Pendapat yang demikian ini merupakan salah satu penghambat biogas khususnya dan kelestarian lingkungan umumnya. Biogas sebenarnya merupakan hasil sampingan dari perputaran rantai makanan yang terdapat di dalam kotoran ternak sisah-sisah organik yang nilainya lebih rendah bila dibandingkan dengan limbah biogas yang berupa pupuk organik. (Junus,1995) Pengolahan limbah cair pabrik kelapa sawit (PKS) saat ini adalah dengan memanfaatkan sebagai pupuk untuk perkebunan kelapa sawit atau yang sering disebut land application.
Salah satu pemanfaatan lain adalah untuk produksi biogas pembangkit tenaga listrik yang sudah dilakukan oleh PTPN V Tandun. Limbah cair biogas PKS mengandung
2
unsur hara makro yaitu N= 675 mg/L, P= 90-100 mg/L, K= 2.400 mg/L, Ca= 860 mg/L, dan Mg= 800 mg/L serta unsur hara mikro yaitu Fe= 126 mg/ L, Mn= 9,22 mg/L, Zn= 1,1 mg/L, dan B= 5,18 mg/L. (Yolanda, 2015) Berdasarkan latar belakang, penulis ingin mengetahui pengaruh kandungan yang terkandung dalam sludge biogas,untuk sebagai campuran pembuatan keramik kontruksi, apakah mempengaruhi kualitas kekerasan dan kuat tekan yang berstandart.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian latar belakang sebelumnya, maka penulis merumuskan beberapa hal yang akan menjadi masalah dalam penelitian ini diantaranya :
1. Bagaimana kandungan logam pada limbah sludge biogas kelapa sawit, serta memanfaatkan sebagai bahan campuran pembuatan keramik kontruksi?
2. Bagaimana pengaruh perbandingan komposisi serbuk sludge biogas kelapa sawit dan tanah liat terhadap karakteristik keramik kontruksi?
3. Bagaimana pengaruh waktu penahanan pada suhu sintering terhadap karakteristik keramik kontruksi tersebut?
1.3 Batasan Masalah
Mengingat keterbatasan waktu dan untuk menghindari topik yang diperlukan, maka penulis membatasi penelitian ini. Adapun permasalahan ini dibatasi pada:
1. Penelitian menggunakan sample sludge biogas PKS yang didapat di Kota Pekanbaru.
2. Penelitian dilaksanakan di PTKI.
3. Ukuran butiran tanah liat yang akan digunakan adalah 100 mesh.
4. Ukuran cetakan yang digunakan adalah diameter 50 mm dan tebal 30 mm 5. Sampel keramik dengan pembentukan cetak kering (dry press) serbuk
sludge biogas dan tanah liat dengan varian komposisi: 0:100, 20:80, 40:60, 60:40, 80:20, 100:0 ( dalam gram).
6. Suhu pembakaran yang digunakan yaitu 1000oC dengan waktu 3 jam.
7. Pengujian yang dilakukan adalah pengujian sifat fisis (Porositas, Densitas, Susut massa, Susut bakar) : sifat mekanik ( kekerasan dan kuat tekan) : morfologi dan kandungan unsur ( Scanning Electron Microscope- Energy Dispersive X-Ray), karakterisasi struktur mikro (X- ray diffractometer)
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah:
1. Untuk menentukan kandungan logam pada limbah sludge biogas kelapa sawit sekaligus memanfaatkan sebagai campuran dalam pembuatan keramik kontruksi.
2. Untuk mengetahui pengaruh perbandingan komposisi serbuk sludge biogas dan tanah liat terhadap karakteristik keramik kontruksi.
3. Untuk mengetahui waktu penahanan pada suhu sintering terhadap karakteristik keramik kontruksi.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat keberhasilan penelitian ini mencakup beberapa aspek manfaat, diantaranya:
1. Secara akademis, penelitian ini diharapkan memberikan sumbangsih pemikiran kepada masyarakat ilmiah maupun berbagai pihak yang berkepentingan.
2. Bagi masyarakat, penelitian ini diharapkan menjadi solusi dalam mensintering limbah sludge biogas kelapa sawit dapat diperoleh keramik yang keras dan kuat dengan kandungan yang stabil, sehingga layak dipergunakan sebagai bahan komponen kontruksi.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Limbah
Limbah adalah buangan yang dihasilkan dari suatu proses produksi baik industri maupun domestik (rumah tangga). Di mana masyarakat bermukim, di sanalah berbagai jenis limbah akan dihasilkan. Ada sampah, ada air kakus (black water), dan ada air buangan dari berbagai aktivitas domestik lainnya (grey water).Limbah padat lebih dikenal sebagai sampah, yang seringkali tidak dikehendaki kehadirannya karena tidak memiliki nilai ekonomis. Bila ditinjau secara kimiawi, limbah ini terdiri dari bahan kimia Senyawa organik dan Senyawa anorgani. Dengan konsentrasi dan kuantitas tertentu, kehadiran limbah dapat berdampak negatif terhadap lingkungan terutama bagi kesehatan manusia, sehingga perlu dilakukan penanganan terhadap limbah. Tingkat bahaya keracunan yang ditimbulkan oleh limbah tergantung pada jenis dan karakteristik limbah. Berdasarkan karakteristiknya, limbah industri dapat digolongkan menjadi 4 bagian:
1. Limbah cair.
2. Limbah padat.
3. Limbah gas dan partikel.
4. Limbah B3 (Bahan Berbahaya dan beracun)
2.1.1. Limbah Cair Industri
Limbah industri adalah semua jenis bahan sisa atau bahan buangan yang berasal dari hasil suatu proses industri. Limbah padat dari suatu industri adalah semua bahan sisa atau bahan buangan yang tak berguna dan berbentuk padat.
Sedangkan limbah cair adalah semua jenis bahan sisa yang dibuang dalam bentuk larutan atau berupa zat cair. (Hendro 2008). Limbah ini dihasilkan atau berasal dari hasil produksi oleh pabrik atau perusahaan tertentu. Limbah ini mengandung zat yang berbahaya diantaranya asam anorganik dan senyawa orgaik, zat-zat tersebut jika masuk ke perairan maka akan menimbulkan pencemaran yang dapat membahayakan makluk hidup pengguna air. Di samping itu ada pula bahan baku mengandung air sehingga dalam proses pengolahannya air harus dibuang. Air terikut
dalam proses pengolahan kemudian dibuang misalnya ketika dipergunakan untuk pencuci suatu bahan sebelum diproses lanjut. Air ditambah bahan kimia tertentu kemudian diproses dan setelah itu dibuang. Semua jenis perlakuan ini mengakibatkan buangan air. Berbagai teknik pengolahan air buangan untuk menyisihkan bahan polutannya telah dicoba dan dikembangkan selama ini.
Teknik-teknik pengolahan air buangan yang telah dikembangkan tersebut secara umum terbagi menjadi 3 metode pengolahan: pengolahan secara fisika, pengolahan secara kimia, pengolahan secara biologi. Untuk suatu jenis air buangan tertentu, ketiga metode pengolahan tersebut dapat diaplikasikan secara sendiri-sendiri atau secara kombinasi.(suryadia, 2019). Pengelolan limbah cair pabrik kelapa sawit (PKS) saat ini adalah dengan pupuk untuk perkebunan kelapa sawit atau yang sering disebut land application salah satu pemanfaatan lain adalah untuk produksi biogas pembangkit tanaga listrik.(Yolanda 2015).
Tabel 2.1 Unsur Kandungan Serbuk sludge biogas Kelapa Sawit Unsur Jumlah Berat (wt.%
C 40,05
O 38,40
N 4,61
Ca 3,96
Si 3,06
K 2,32
Al 1,54
P 1,52
Mg 1,25
S 1,22
I 1,06
Cl 1,00
2.1.2 Logam
Logam menurut pengertian orang awam adalah barang yang padat dan berat, biasanya digunakan orang untuk alat atau perhiasan yaitu besi, baja, emas, dan perak.
Padahal masih banyak logam lain yang penting dalam proses biologis mahluk hidup misalnya kobalt, mangan, dan lain-lain. Pada dasarnya logam dibagi menjadi 2 bagian yaitu logam esensial dan logam non esensial. Logam esensial adalah logam yang sangat membantu dalam proses fisiologis mahluk hidup yaitu membantu kerja
6
enzim atau pembentukan organ dari mahluk hidup itu sendiri. Sedangkan logam non esensial adalah logam yang peranannya dalam tubuh mahluk hidup belum diketahui, kandungannya dalam jaringan sangat kecil dan apabila kandungannya tinggi dapat merusak organ-organ tubuh mahluk hidup yang bersangkutan ( Darmono, 1995 ).
Berdasarkan densitas unsur-unsur dapat pula dibagi atas dua golongan yaitu golongan logam ringan dan golongan logam berat. Unsur logam ringan mempunyai densitas lebih kecil dari 5 sedangkan unsur logam berat mempunyai densitas lebih besar dari 5 ( Hutagalung, 1984). Logam Alkali membentuk basa kuat bila bereaksi dengan air. Apabila logam alkali makin reaktif, maka makin kuat pula sifat basanya yang terbentuk pada reaksi dengan air. Logam alkali juga bereaksi dengan halogen, belerang, hidrogen, dan oksigen bila dipanaskan. Ciri khas yang paling menonjol dari logam alkali adalah keaktifannya yang luar biasa besar. Mengapa kebanyakan orang tidak kenal baik rupa logam-logam yang sangat umum, natrium, kalium, dan kalsium, adalah karena logam - logam ini begitu aktif sehingga mereka tidak terdapat sebagai unsur, bila bersentuhan dengan udara atau air tak satu pun dari unsur- unsur IA terdapat didalam keadaan unsurnya. Semua unsur alkali terdapat dalam senyawaan alam sebagai ion unipositif (Asmadi, 2009).
2.2 Tanah Liat
Tanah liat adalah suatu zat yang terbentuk dari kristal-kristal yang berukuran kecil hingga tak dapat dilihat walaupun menggunakan mikroskop biasa yang bagaimana pun kuatnya. (Astuti. 1997). Tanah lempung merupakan partikel mineral tanah yang berukuran mikroskopis sampai dengan sub mikroskopis sekitar 0,002 mm yang berasal dari pelapukan unsur-unsur kimiaawi penyusun batuan. Tanah lempung sangat keras dalam keadaan kering dan bersifat flastis pada kadar air sedang. Pada kadar air lebih tinggi lempung bersifat lengket (kohesif) dan sangat lunak. Warnah pada tanah lempung tidak dipengaruhi oleh unsur kimia yang terkandung didalamnya karena tidak ada perbedaan yang dominan dimanasemuanya hanya dipengaruhi oleh unsur natrium saja yang paling mendominasi, semakin tinggi plastis, grafik yang dihasilkan pada masing masing unsur kimia belum tentu sama.
Disebabkan karena unsur-unsur warna tanah dipengaruhi oleh nilai liquid limit (LL) yang berbeda-beda(Subriyer, 2013)
Gambar 2.1 serbuk tanah liat
Tabel 2.1 Kandungan Unsur pada Tanah Liat Unsur Jumlah berat (wt.%)
O 49.65
Si 24.36
Al 13.63
Fe 8.09
K 1,94
C 1,64
Mg 0,70
2.2.1 Macam -Macam Tanah Liat
Beberapa macam- macam tanah liat, antara lain (Astuti1997):
a. Kaolin
Kaolin adalah tanah liat yang mengandung mineral koalinit sebagian bagian terbesar dan termasuk bagian jenis tanah liat primer, karena jenis kaolin tidaklah sangat plastis , maka taraf penyusutan dan kekuatan keringnya pun lebih rendah dan sangat tahan api.
b. Ball clay ( Tanah Bola)
Ball clay atau tanah bola adalah tanah liat yang plastis untuk keramik. Tanah ini termaksud tanah skunder. Ini umumnya dipakai pada keramik putih/ keramik halus.
c. Stonewere Clay (Tanah Benda Batu)
Stonewer adalah keramik yang tidak termaksud gerabah, karena barang gerabah menghisap air sedangkan stonewer bedanya sudah rapat, juga termasuk barang porselin karena tidak tembus cahaya, dan termasuk lempung sedimen.
8
d. Earthenware Clay ( Tanah Bata Merah)
Tanah bata merah sukar dibakar padat bila tidak dicampur dengan bahan lainnya, termasuk tanah sekunder dan juga mengandung oksida besi.
e. Fire Clay
Termasuk jenis tanah skunder. Dan sifat ketahanan api-annya disebabkan karena tanah ini tidak mengandung oksida besi.
f. Bentonite
Bahan ini merupakan mineral plastis yang tinggi, sebenarnya bukan tanah liat meskipun memilki pormula yang sama, ini berasal dari pelapukan batu vulkanis.(Astuti1997).
2.2.2 Sifat- Sifat Tanah Liat
Tanah liat mempunyai sifat-sifat fisis dan kimia yang penting, antara lain:
a. Plastisitas
Plastisitas atau keliatan tanah lempung ditentukan oleh kehalusan partikel-partikel tanah. Kandungan plastisitas tanah liat bervariasi. Tergantung kehalusan dan kandungan lapisan airnya. Plastisitas berfungsi sebagai pengikat dalam proses pembentukan tanah liat dengan plastisitas yang tinggi juga akan sukar dibentuk sehingga perlu ditambahkan bahan bahan lain.
b. Kemampuan Bentuk
Tanah liat yang digunakan untuk membuat keramik, batu bata dan genteng harus memiliki kemampuan bentuk agar dapat beerdiri tanpa mengalami perubahan bentuk baik pada waktu proses maupun setelah pembentukan. Tanah liat dikatakan memilki daya kerja apabila mempunyai plastisitas dan kemampuan bentuk yang baik sehingga mudah dibentuk dan tetap mempertahankan bentuknya.
c. Daya Suspensi
Daya suspensi adalah sifat yang memungkinkan suatu bahan tetap dalam cairan.
Flokulan merupakan suatu zat yang akan menyebabkan butiran- butiran tanah liat berkumpul menjadi butiran yang lebih besar dan cepat dan cepat mengendap, contohnya: magnesium sulfat. Deflokulan merupakan suatu zat yang akan mempertinggi daya suspense sehing butiran-butiran tanah liat tetap melayang
d. Penyusutan
Tanah liat mengalami dua kali penyusutan, yaini susut kering (setelah mengalami proses pengeringan) dan susut bakar(setelah mengalami proses pembakaran ).
Penyusutan terjadi karena menguapnya air selaput pada permukaan dan air pembentuk atau air mekanis sehingga butiran-butiran tanah liat menjadi rapat.
Pada dasarnya susut bakar dapat dianggap sebagai susut keseluruhan dari tanah liat sejak dibentuk, dikeringkan sampai dibakar
e. Suhu Bakar
Suhu bakar berkaitan langsung dengan suhu kematangan, yaitu kondisi benda yang telah mencapai kematangan pada suhu tertentu secara tepat tanpa mengalami perubahan bentuk, sehingga dapat dikatakan tanah liat tersebut memiliki kualitas kemampuan bakar. Dalam proses pembakaran tanah liat akan mengalami proses perubahan (ceramic change).
f. Warna Berikut
Warna bakar tanah liat dipengaruhi oleh zat/bahan yang terikat secara kimiawi pada kandungan tanah. Warna pada tanah liat disebabkan oleh zat yang mengotorinya, warna abu-abu sampai hitam mengandung zat arang dan sisa-sisa tumbuhan, warna merah disebabkan oleh oksida besi (Fe) perubahan warna batu bata merah dari keadaan mentah sampai setelah dibakar (Baiq,A. 2014)
2.3 Keramik
Keramik berasal dari bahasa yunani yaitu ”keromos” yang artinya bahan yang dibakar atau barang terbikar (Anderson et al. 1990). Tidak semua keramik berasal dari tanah liat. Defenisi pengertian keramik terbaru mencangkup semua bahan bukan logamdan inorgonikyang berbentuk padat yang merupakan campuran logam dan non logam yang terikat secara ionik atau kovalen (Sembiring, 1990), pada umumnya keramik memiliki sifat- sifat yang baik yaitu keras, kuat, dan stabil pada temperature tinggi. Tetapi keramik bersifa getas dan mudah patah seperti halnya pada porselin, keramik cina, ataupun gelas (Surdia dan Saito, 1984)
10
2.3.1 Keramik Kontruksi
Kegunaan keramik beragam disesuaikan dengan kemampuan dan daya tahannya keramik dengan daya properti elektrik dan magnetik dapat digunakan sebagai insulator, semikonduktor, konduktor dan magnet. Keramikdengan properti yang berbeda dapat digunakan pada aerospace, biomedis, kontruksi bangunan dan industry nuklir. Disebut keramik kontruksi karena jenis keramik ini ikut serta perperan didalam kontruksi suatu bangunan. Klasifikasi keramik tradisional yang digunakan dalam kontruksi didasarkan pada lingkup:
1. Keramik untuk lantai, dinding, maupun atap (bata) 2. Peralatan sanitasi (kesehatan)
3. Alat akut cairan dan pembuangan (pipa periuk) 4. Lantai dan dinding (ubin)
2.3.2 Klasifikasi Keramik
pada prinsipnya keramik dapat dikelompokan atas : a. Traditional ceramic (keramik tradisional)
Yaitu keramik yang dibuat dengan menggunakan bahan baku dari alam. Contoh bahan baku kuarsa ,kaolin, dan sebagainya. Yang termaksud kedalam jenis ini adalah bahan pecah bela , dan keperluan rumah tangga.
b. Fine keramik (keramik halus )
Yaitu keramik yang dibuat dengan menggunakan oksida- oksida logam atau logam contohnya: (Al2O3, ZrO2, ThO2, BeO, MgO, dan Mg Al2O4) , nitride dan barida (Si3N4, SiC, B4C, dan TiB). Penggunaannya misalnya dalam bidang elektronika (elemen panas, dielektrik semikonduktor ), bidang medis, bidang otomotif dan lain sebagainya.
2.3.3 Sifat- sifat Keramik
Keramik memiliki karakteristik yang memmungkinkan untuk digunakan dalam berbagai apliksasi yaitu:
a. Kapasitas panas yang baik dan konduktifitas panas yang rendah b. Tahan terhadap korosi
c. Dapat bersifat magnet dan non magnet
d. Keras dan kuat e. Rapuh
f. Sifat listriknya dapat menjadi isolator, semikonduktor, konduktor dan superkonduktor
2.4 Metode Pembuatan Keramik 2.4.1. Proses Pembentukan
Proses pembentukan keramik dapat dilakukan dengan berbagai cara antara lain : (aprilia, 2005)
a. Die Pressing
pada proses ini bahan keramik dihaluskan membentuk bubuk, lalu dicampur dengan pengikat (binder) organic, kemudian dimasukan dalam cetakan dan ditekan hiingga mencapai bentuk padat yang cukup kuat. Metode ini umumnya digunakan dalam pembuatan ubin, keramik elektronik atau produksi dalam cukup sederhana karena metode ini cukup murah.
b. Rubber Mold Pressing
metode ini dilakukan untuk menghasilkan bubuk padat yang tidak seragam dan disebut rubber mold pressing, karena dalam pembuatannya menggunakan sarung yang terbuat dari karet. Bubuk dimasukan dalam karet, kemudian dibentuk kedalam cetakan hidrostatis.
c. Extrusion molding
Pembentukan keramik pada meode ini melalui lubang cetakan. Metode ini bisa digunakan untuk membuat pipa saluran, pipa reactor, atau material lain yang memilki suhu penampang lintang tetap
d. slip casting
metode ini dilakukan untuk memperkeras suspense dengan air dari cairan lainya, dituang kedalam plaster berpori, air akan diserap dari daerah kontak kedalam cetakan dan lapisan yang kuat akan terbentuk
e. injection molding
bahan yang bersifat plastis diinjeksikan dan dicampur dengan bubuk pada cetakan. Metode ini banyak digunakan untuk memproduksi benda benda yang mempunyai bentuk yang kompleks .
12
2.4.2. Proses Pengeringan
Setiap proses pembuatan keramik dengan menggunakan tekanan, ditambah jumlah air atau cairan sebagai pengikat. Proses pengeringan berpungsi untuk menghilangkan kandungan air atau cairan tambahan. Air atau cairan terevaporasi partikel-partikel keramik menjadi lebih dekat satu sama lain dan menjadi menjadi penyusutan.
2.4.3. Proses Sintering
Proses sintering merupakan proses pemanasan pada temperatur tertentu pada produk hasil kompaksi berupa pellet sehingga terjadi penggabungan antar masing- masing partikel dan pada akhirnya membentuk suatu keramik. Proses sinter dapat dilakukan dua cara yaitu sinter padat (solid state sintering) dan sinter fasa cair (liquid phase sintering). Sinter padat adalah proses sinter yang dilakukan pada temperatur dibawah temperatur cair material tersebut (melring point) sedangkan sinter fasa cair adalah proses sinter yang dilakukan pada temperatur cair material, biasanya pada titik cair material.
Proses pemanasan saat sinter adalah proses pemberian panas kepada partikel yang menyusun komposit. Saat proses ini, dilokasi dari serbuk yang mengalami deformasi dan terjadinya proses difusi sehingga serbuk tersebut mengalami proses necking yang mengindikasikan penggabungan antara serbuk yang satu keserbuk lainnya. Dengan proses necking ini maka berbentuk produk sinter awal yang diindikasikan terdapat pori-pori berukuran besar. Proses pemanasan yang terus menerus saat sinter, menggabungkan partikel satu dengan partikel yang lain, sehingga pori-pori yang terjadi berukuran besar menjadi mengecil yang berakibat volume padatan menyusut pada tahab akhir sinter, pori-pori terisolasi. Dengan demikian, kerapatan bertambah besar dimana proses ini disebut densifikasi.(perdamean, 2009)
2.5 Pengujian Fisis dan Mekanik 2.5.1. Sifat Fisis
a. Densitas
Densitas atau kerapatan didefenisikan sebagai massa persatuan volume material.
Densitas tergantug pada masa atom, ukuran, cara penumpukannya. Keramik memilki densitas yang lebih rendah dibandingkan logam karena mengandung atom C, N ,O, polimer memilki densitas rendah karena terdiri dari untaian atom ringan.(Smallman, 2004) Pengukuran densitas menggunakan standart ASTM C 373-88. Untuk pengukur densitas sampel keramik yang telah disenteringkan dapat ditentukan dengan meggunakan persamaan berikut (Thornton, 1985)
(2.1)
Dengan :
ρ = Densitas (kg/m3) mk = Massa sampel (kg) vt = Volume total sampel (m3)
b. Porositas
Porositas merupakan banyak pori suatu material yang dihitung dengan mencari persentase (%) berdasarkan daya serap bahan terdapat air dan perbandingan volume yang diserap terhadap volume total sampel .untuk pengukuran porositas dari sampel keramik yang disenteringkan menggunakan persamaan ( Smallman, 2004):
% Porositas =
ρ
(2.2)
Dengan :
mb = Massa basa sampel (kg) mk = Massa kering sampel (kg)
= Densitas air (kg/m3) vt = volume total sampel (m3)
14
c. Susut Massa
Susut massa adalah presentase penyusutan massa sebelum dilakukan pembakaran dan sesudah dilakukan pembakaran. Susut massa dihitung menggunakan persamaan:
% susut massa =
(2.3)
Dengan :
msbl = Massa sebelum dibakar (kg) mbkr = Massa sesudah dibakar (kg)
d. Susut Bakar
Susut bakar adalah persentase penyusutan volume sebelum dilakukan pembakaran dan sesudah pembakaran. Susut bakar dihitung dengan menggunakan persamaan:
% Susut bakar =
x 100%
(2.4)Dengan :
do = Diameter sampel sebelum pembakaran (m3) di = Diameter sampel setelah bakar (m3)
2.5.2 Sifat Mekanik a. Uji Kekerasan
Kekerasan atau hardness test merupakan uji NDT ( Non Destructive Test) dimana pada pengujian ini dapat diketahui suatu nilai kekerasan pada sebuah material/specimen uji. Cara pengujian ini dilakukan dengan metode hardness Vickers, Rockwell dan brinell. Dengan metode Vickers memiliki persamaan:
H
V= 1,8544
(2. 5) Dengan :Hv = Kekerasan Vickers (MPa) F = Beban yang diberikan (N)
d = Panjang rata- rata garis diagonal bebas penekanan (mm2)
b. Uji Kuat Tekan
Uji kuat tekan adalah perbandingan besarnya beban gaya yang diberikan pada keramik persatuan luas. Untuk pengukuran kuat tekan dapat dihitung dengan persamaan berikut;
p =
(2. 6)Dengan :
P = Tekanan (Mpa) F = Gaya Maksimum (N)
A = Luas penampang bahan (m2)
2.5.2. Pengujian Sifat Unsur
SEM – EDX (Scanning Electron Microscope Dispersive X- Ray Spectrometer) SEM (Scanning Electron Microscope ) merupakan alat yang dapat membentuk bayangan permukaan suatu benda uji dapat dipelajari dengan microskop elektron pancaran karna jauh lebih mudah untuk mempelajari struktur permukaan ini secara langsung. Pada dasarnya SEM menggunakan sinyal yang dihasilkan oleh elektron yang kemudian dipantulkan atau yang disebut berkas sinar sekunder.
Prinsip utama SEM adalah berkas elektron diarahkan pada titik permukaan spesimen.
2.5.3. X-Ray Diffraction (XRD)
Difraksi sinar- x merupakan radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang (λ) yang pendek yaitu sekitar 10-5 Ᾰ hingga 100 Ᾰ ketika sinar –x dihamburkan oleh Kristal , terjadi Kristal, terjadi antara sinar yang dihamburkan.
Difraksi dihasilkan pada saat jarak atara pusat hamburan sama besar dengan panjang gelombang radiasi.
Ketika gelombang sinar-X mengenai permukaan Kristal pada sudut ϴ, sebagian akan dihamburkan oleh lapisan atom pada permukan. Sinar yang tidak dihamburkan akan menembuskan ke lapi san atom kedua yang nantinya akan dihamburkan kembali dan sisanya akan melewati lapisan ketiga. Prinsip ini dapat diamati pada gambar 2.2.
16
Gambar 2.2. Difraksi Sinar -X W.L. Bragg menyatakan bahwa:
nλ= 2d sin= θ (2.7)
Dengan n merupakan bilangan bulat, λ merupakan panjang gelombang, d merupakan jarak antar bidang dalam kristal sedangkan θmerupakan besarnya sudut hamburan (Hanke, L. D., 2000). Komponen instrumen difraktometer sinar-X sama dengan komponen instrumen spektroskopi optik, yaitu terdiri dari sumber cahaya, monokromator, wadah sampel, detektor atau transducer, dan signal processor serta read out. Teknik analisis XRD digunakan untuk menganalisis padata n kristalin seperti keramik, logam, material geologi, dan polimer. Material yang akan dianalisis dapat berupa serbuk, kristal, lapisan tipis, serat, atau amorf (Kartika, 2008).
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilakukan pada bulan Januari sampai Agustus 2019 di :
- Tepatnya di Laboratorium material (PTKI) Medan–Sumatera Utara, meliputi: Pencetakan sampel, dan pengujian sifat mekanik.
- Tepatnya di Laboratorium Fisika UNIMED, Medan –Sumatera Utara Meliputi: Pengujian SEM-EDX Material Bahan dan Sampel Keramik.
- Tepatnya di Laboratorium Fisika UNP, Padang –Sumatera Barat Meliputi: pengujian XRD pada sampel keramik.
- Tepatnya di Laboratorium Teknik mesin USU, Medan –Sumatera Utara Meliputi: pengujian kuat tekan pada sampel keramik.
3.2 Peralatan dan Bahan Penelitian 3.2.1 Peralatan
Peralatan yang digunakan pada penelitian ini adalah:
1. Mortar
Fungsi : Untuk menghaluskan sempel (tanah liat dan limbah sludge biogas kelapa sawit).
2. Saringan 100 Mess
Fungsi : Untuk mengayak tanah liat dan limbah sludge biogas kelapa sawit, agar tidak menggumpal dan didapatkan hasil yang halus.
3. Neraca Digital
Fungsi : Untuk menimbang masa tanah liat dan limbah sludge biogas kelapa sawit.
4. Talam / tampah
Fungsi : Untuk mengeringkan sampel tanah liat dan sludge biogas kelapa sawit.
5. Jangka Sorong
Fungsi : Untuk mengukur volume sampel.
6. Cetakan
18
Fungsi : Untuk mencetak sampel.
7. Lemari Pengering
Fungsi : Untuk mengeringkan sampel yang sudah dicetak sebelum proses pembakaran.
8. Tanur / Tungku Pembakaran
Fungsi : Untuk membakar sampel dengan suhu 1000 oC.
9. Kertas Label
Fungsi : Untuk memberikan label pada sampel yang telah dibuat.
10. Plastic Klip
Fungsi : Untuk menyimpan sampel yang telah dicetak dan dibakar.
11. Beker Glass
Fungsi : Sebagai wadah untuk proses aktivasi.
12. Hot Plate Stirrer
Fungsi : Alat untuk stirring sampel
13. Maekawa Testing Mechine Tokyo Japan Type MR-20-CT Fungsi : Sebagai alat cetak tekan sampel
14. Hardness Vickers Tester Matsuzawa Seiki Co, LTD No. 71C 4 Fungsi : Untuk menguji nilai kekerasan sampel
15. SEM – EDX ( Scanning Electron Microscopy Energy Dispersive X-Ray) Fungsi : Untuk menguji dan mengamati morfologi permukaan kandungan
unsur.
16. Universal Testing Machine RTF 1350 Tensilon Fungsi : Untuk menguji nilai tekan sampel.
17. X- ray diffractometer (XRD)
Fungsi : Untuk mengetahui fasa struktur kristal.
3.2.2 Bahan
1. limbah sludge biogas Asian Agri Ukui- Pekanbaru.
2. Tanah liat dari desa tambak rejo , langkat , sumatera utara 3. Aquadest
3.3 Prosedur Penelitian
1. Pengumpulan bahan- bahan ( sludge biogas dan tanah liat ).
2. Keringkan sludge biogas dibawah sinar matahari selama 4 hari hingga benar-benar kering sempurna.
3. Haluskan sludge biogas dengan mortar.
4. Disaring sludge biogas dengan saringan 100 mesh.
5. Keringkan tanah liat dibawah sinar matahari selama 4 hari hingga benar- benar kering sempurna.
6. Haluskan tanah liat dengan mortar dan diayak dengan saringan 100 mesh.
7. Penimbangan sampel dengan berat total 100 gram dengan variasi komposisi 100:0, 80:20, 60:40, 40:60, 20:80, 0:100 gram.
8. Bahan kedua dicampur menggunakan mortar hingga tercampur dengan homogen.
9. Pembentukan dilakukan dengan cetak (dry press) berbentuk silinder.
10 Cetakan silinder berukuran diameter 50 mm dan tebal 30 mm.
11 Pengeringan sampel selama 1 hari.
12 Pembakaran sampel pada suhu sintering 1000oC selama 3 jam.
13 Pendinginan sampel didalam tanur selama 24 jam.
14 Pengujian:
a. Sifat fisis (porositas, densitas, susut masa, susut bakar).
b. Sifat mekanik (kuat tekan, kekerasan )
c. Morfologi permukaan dan kandungan unsure dengan SEM – EDX d. karakterisasi struktur mikro X- ray diffractometer (XRD)
15 Adapun diagram alir pada penelitian ini sebagai berikut:
20
3.4 Komposisi Perbandingan Bahan Pembuatan Keramik kontruksi
Komposisi perbandingan antara tanah liat dan serbuk sludge biogas kelapa sawit adalah seperti pada tabel 3.1 dibawah ini :
Tabel 3.1 Komposisi Bahan Dasar dan Bahan Campuran No Kode Sampel Tanah liat
(garam)
Serbuk sludge biogas (gram)
1 2 3 4 5 6
A1 A2 A3 A4 A5 A6
100 80 60 40 20 0
0 20 40 60 80 100
3.5 Diagram Alir Pembuatan Keramik kontruksi
mulai
Tanah liat Limbah sludge biogas
Dikeringkan dibawah sinar matahari
selama 4 hari Dikeringkan dibawah sinar matahari
selama 4 hari
Dihaluskan denganukuran 100 mesh Dihaluskan denganukuran 100 mesh
Serbuk tanah liat Serbuk sludge biogas
PENIMBANGAN serbuk tanah liat dengan variasi 100,80,60,40,80,0 gr dan serbuk sludge biogas dengan variasi 0, 20, 40, 60, 80, 100 gr
PENCAMPURAN dengan mortar
PEMBENTUKAN CETAK dry press, beban 5000 Kg
SINTERING 1000oC (3) Jam
SAMPEL KERAMIK
KARAKTERISASI
SIFAT FISIS -DENSITAS -POROSITAS -SUSUT MASSA -SUSUT BAKAR
SIFAT MEKANIK -KEKERASAN -KUAT TEKAN
ANALISIS KUALITATIF - SEM- EDX - XRD
DATA dan HASIL
SELESAI
22
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada penelitian ini telah dilakukan pembuatan keramik kontruksi berbasis tanah liat dengan campuran serbuk sludge biogas kelapa sawit sebanyak 100:0, 80:20, 60:40 ,40:60 20:80 dan 0:100 (gram). Kedua bahan dijadikan sampel berbentuk silinder dengan ukuran cetakan diameter 50 mm 30 mm menggunakan metode dry pressing dan dibakar pada suhu 100ᴼC selama 3 jam. Pengujian yang dilakukan meliputi pengujian sifat fisis (densitas, porositas, susut bakar, dan susut massa), pengujian sifat mekanik (kuat tekan dan kekerasan), pengujian morfologi permukaan (SEM-EDX) pengujian fasa Kristal (XRD). Serbuk Sludge biogas yang digunakan sebagai bahan baku mengandung unsur C = 40,5 %; N=4,61%; O = 38,40%; Mg=1,25%; Al=1,54%; Si=3,06%; P=1,52%; S= 1,22%; Cl=1,00%; K=
2,32%; Ca= 3,96%; I= 1,06%. Dan tanah liat digunakan mengandung unsur Si=
24,36%; O = 49,65%; Al = 13,63%; Fe = 8,09%; K=1,94%; C= 1,64%; Mg= 0,70%.
4.1. Karakteristik Sifat Fisis 4.1.1. Densitas
Data hasil pengukuran terhadap densitas sampel setelah dibakar diperoleh dengan menggunkan persamaan (2.1) yaitu seperti yang tertera pada tabel 4.1
Tabel 4.1 Pengujian Densitas Keramik Kontruksi
No.
Variasi campuran
Massa kering ( 10 -3 kg)
Volume sampel ( x 10 -6 m3)
Densitas (x103kg/m3) Tanah liat
(gram)
Sludge biogas (gram)
1 100 0 61,7 31,79
2 80 20 50,7 33,88
3 60 40 37,3 28,78
4 40 60 27,4 24,39
5 20 80 - - -
6 0 100 - - -
Besar densitas sampel yang diukur berkisar antara 1,940-1,123x103 kg/m3. Setiap penambahan 20 gram serbuk sludge biogas kelapa sawit, terjadi penurunan. Grafik hubungan antara densitas dan penambahan persentase sludge biogas kelapa sawit ditunjukan dengan gambar 4.1
Gambar 4.1 Grafik Hubungan Densitas dengan Komposisi Serbuk Sludge Biogas Kelapa Sawit
Dari Gambar 4.1 ditunjukan bahwa densitas (rapat massa ) sampel relatif menurun, yang berarti bahwa semakin besar persentase sludge biogas kelapa sawit maka semakin menurun densitas yang diperoleh. Penurunan densitas ini dimulai dengan variasi campuran 20 gram hingga 60 gram. Hal ini diakibatkan adanya sebagian unsur yang menguap karena proses sintering sehingga meninggalkan bekas pori.
penurunan nilai densitas ini memperlihatkan bahwa semakin banyak penambahan sludge biogas terhadap tanah pada keramik menyebabkan nilai densitas semakin menurun atau berbanding terbalik dengan penambahan komposisi (Surdia dan saito 1985) menyatakan bahwa pada umumnya densitas keramik berkisar antara 2,1-5,3 kg/cm3. Keramik pada penelitian ini memiliki nilai densitas yang lebih rendah dari teori, karena kemungkinan kandungan unsur sebagian besar telah berkurang atau bereaksi membentuk senyawa baru pada proses sintering. Pada komposisi 80 dan
y = -0.0133x + 1.8614 R² = 0.9443
0 0.5 1 1.5 2 2.5
0 20 40 60 80 100 120
Densitas (x 103 kg/m3)
Komposisi Serbuk Sludge Biogas Kelapa Sawit (gram)
Grafik Densitas Vs Variasi Komposisi
24
100 gram sludge biogas, terjadinya hancur /rapuh pada saat pengangkatan didalam tanur setelah proses pembakaran.
4.1.2. Pengujian Porositas
Hasil pengujian porositas terhadap sampel diperoleh dengan menggunakan persamaan (2.2) yaitu seperti yang tertera pada tabel 4.2
Tabel 4.2 Pengujian porositas keramik kontruksi No
Variasi Campuran
Massa basah (×10-3 kg)
Massa kering (×10-3 kg)
Porositas (%) Tanah Liat
(gram)
Sludge biogas (gram)
1 100 0 67,3 61,1 1,953
2 80 20 53,3 45,8 2,524
3 60 40 45,2 34,5 3,759
4 40 60 41,5 27,9 5,105
5 20 80 - - -
6 0 100 - - -
Besar porositar sampel berkisar 1,953- 5,105% . terjadi peningkatan pada setiap penambahan 20 gram serbuk Sludge biogas . Grafik hubungan porositas terhadap penambahan serbuk sladge biogas kelapa sawit ditunjukan pada Gambar 4.2
Gambar 4.2 Grafik Hubungan Porositas dengan Komposisi Serbuk sludge Biogas Kelapa Sawit
y = 0.0535x + 1.7316 R² = 0.9719
0 2 4 6 8
0 20 40 60 80 100 120
Porositas(%)
Komposisi Serbuk Sludge Biogas Kelapa Sawit (gram)
Grafik Porositas Vs Variasi Komposisi
Dari hasil pengamatan terlihat bahwa penambahan serbuk sludge biogas diatas menunjukkan bahwa nilai porositas pada setiap variasi campuran keramik kontruksi cenderung meningkat dari porositas. berbasis tanah liat dan serbuk sludge biogas yang di bakar pada suhu sintering 10000C dengan holding time 3 jam mengalami kenaikan, kenaikan nilai porositas ini dimulai pada variasi campuran serbuk sludge biogas 20 gram hingga 60 gram. Hal ini disebabkan adanya sebagian unsur terurai menjadi gas pada saat pembakaran. kenaikan nilai porositas ini sebanding dengan kenaikan penambahan serbuk sludg biogas. Hal ini disebabkan karena kandungan Ca yang melebur ketika proses pembakaran pada suhu tinggi dan meninggalkan bekas pori dan meningkatkan kadar Oksigen di dalamnya. Pada komposisi 80 dan 100 gram sludge biogas ,terjadinya hancur /rapuh pada saat pengangkatan didalam tanur setelah proses pembakaran.
4.1.3. Pengujian Susut Massa
Penyusutan massa sebelum dilakukan pembakaran dan sesudah dilakukan pembakaran.
Susut massa menggunakan persamaan (2.3) yaitu seperti yang tertera pada tabel 4.3
Tabel 4.3 Pengujian Susut Massa Keramik Kontruksi No
Variasi campuran Massa basa sebelum bakar
(x kg )
Massa Kering sesudah bakar
(x kg) Susut massa(%) Tanah liat
(gram)
Sludge biogas ( gram)
1 100 0 73,1 65,3 1,067
2 80 20 69,8 51,1 2,679
3 60 40 54,1 34,8 3,555
4 40 60 48,1 26,9 4,407
5 20 80 43,1 - -
6 0 100 40,5 - -
Persentase susut massa berkisar antara 1,067- 4,407 % setiap penambahan 20 gram sludge biogas , terdapat peningkatan . Adapun grafik hubungan terhadap penambahan sludge biogas dan ditunjukan pada gambar 4.3
26
Gambar 4.3 Grafik hubungan Susut Massa dengan komposisi Serbuk sludge biogas Kelapa Sawit
Dari gambar diatas dapat dilihat bahwa pengaruh penambahan komposisi serbuk sludge biogas terhadap nilai susut massa mengalami penaikan. Penaikan ini terjadi dimulai pada penambahan 20 gram hingga 60 gram serbuk sludge biogas. dan kenaikan ini terjadi karena adanya pori pada keramik yang mengandung Ca yang melebur pada peroses pembakaran keramik dengan suhu sintering 1000ᵒC dengan holding time 3 jam. Disebabkan adanya sebagian unsur terurai menjadi gas. Pada komposisi 80 dan 100 gram sludge biogas, terjadinya hancur /rapuh pada saat pengangkatan didalam tanur setelah proses pembakaran.
4.1.4. Pengujian Susut Bakar
Pengujian susut bakar dilakukan dengan mengukur diameter sampel sebelum dibakar dan sesudah dibakar. Pengujian susut bakar dapat dihitung dengan
menggunakan persamaan (2.4) yaitu seperti yang tertera pada tabel 4.4
y = 0.0545x + 1.2926 R² = 0.9722
0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 20 40 60 80 100 120
Susut Massa (%)
Komposisi Serbuk Sludge Biogas Kelapa Sawit (gram)
Grafik Susut Massa Vs Variasi Komposisi
Tabel 4.4 Pengujian Susut Bakar keramik kontruksi
No
Variasi campuran Diameter Sebelum
bakar (x 10-6 m3)
Diameter sesudah di
bakar (x 10-6 m3)
Susut bakar(%) Tanah liat
(gram)
sludge biogas (gram)
1 100 0 49,20 49,15 0,10
2 80 20 49,20 49,05 0,30
3 60 40 49,30 48,50 1,62
4 40 60 49,40 47,80 3,23
5 20 80 49,70 - -
6 0 100 49,80 - -
Besarnya susut bakar yang diperoleh sekitar 0,10-3,23% setiap penambahan 20 gram sludge biogas terjadi kenaikan. Grafik hubungan penambahan sludge biogas terhadap susut bakar ditunjukan pada Gambar 4.4
Gambar 4.4 Grafik hubungan Susut Bakar dengan komposisi Serbuk sludge biogas Kelapa Sawit
Dari pengamatan diatas menunjukkan bahwa nilai susut bakar mengalami kenaikan pada setiap variasi campuran keramik berbahan tanah liat dan serbuk sludge biogas.
kenaikan terjadi pada campuran dengan penambahan 20 gram hingga 60 gram terjadi kenaikan nilai susut bakar keramik hal ini sama dengan kenaikan dalam penambahan serbuk sludge biogas. Semakin banyak serbuk sludge biogas yang di tambahkan maka nilai susut bakar semakin tinggi. Hal ini disebabkan karena kandungan Ca yang melebur ketika proses pembakaran pada suhu tinggi dan
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
0 20 40 60 80 100 120
Susut Bakar (%)
Komposisi Serbuk Sludge Biogas Kelapa Sawit (gram)
Grafik Susut Bakar Vs Variasi Komposisi
y= 0.0536x -0.294 R2 = 0.9152
28
meninggalkan bekas pori di dalamnya. Pada komposisi 80 dan 100 gram sludge biogas , terjadinya hancur /rapuh pada saat pengangkatan didalam tanur setelah proses pembakaran.
4.2. Karakteristik Sifat Mekanik 4.2.1. Pengujian Kekerasan
Hasil pengujian kekerasan terhadap sampel diperoleh dengan menggunakan persamaan (2.5) yaitu seperti yang tertera pada tabel 4.5
Tabel 4.5 Pengujian kekerasan keramik kontruksi
No.
Variasi campuran
Beban (N)
Panjang diagonal
(mm2)
Kekerasan (MPa) Tanah liat
(gram)
Sludge biogas (gram)
1 100 0 9.8 0,345 152,68
2 80 20 9,8 0,389 120,09
3 60 40 9,8 0,430 98,28
4 40 60 - - -
5 20 80 - - -
6 0 100 - - -
Besar nilai kekerasan sampel yang diperoleh sekitar 98,28 -152,63 MPa setiap penambahan 20 gram sludge biogas terjadi penurunan . grafik hubungan penambahan sludge biogas terhadap kekerasan ditunjukan pada gambar 4.5
Gambar 4.5 Grafik Hubungan Kekerasan dengan Komposisi Serbuk sludge biogas Kelapa Sawit
y = -1.36x + 150.88 R² = 0.9871
0 50 100 150 200
0 20 40 60 80 100 120
Kekerasan (MPa)
Komposisi Serbuk Sludge Biogas Kelapa Sawit (gram)
GRAFIK Kekerasan Vs Variasi Komposisi
Dari pengamatan diatas menunjukkan bahwa nilai kekerasan pada setiap variasi campuran keramik dengan bahan tanah liat dan serbuk sludge biogas yang di bakar pada suhu sintering 10000C dengan waktu penahanan 3 jam mengalami penurunan pada setiap variasi campuran. Penurunan mulai terjadi pada campuran penambahan 20 gram sampai 40 gram serbuk sludge biogas . Hal ini disebabkan karena kandungan Ca pada sampel keramik yang melebur pada suhu tinggi dan meninggalkan bekas pori sehingga nenurukan nilai kekerasannya. Pada komposisi 60 gram sludge biogas tidak terlihat garis diagonal. Dan Pada komposisi 80 dan 100 gram sludge biogas , terjadinya hancur /rapuh pada saat pengangkatan didalam tanur setelah proses pembakaran.
4.2.2 Pengujian Kuat Tekan
Hasil pengujian kuat tekan terhadap sampel diperoleh dengan menggunakan persamaan (2.6) yaitu seperti yang tertera pada tabel 4.6
Tabel 4.6 Pengujian Kuat Tekan keramik kontruksi
No
Variasi campuran
Luas penampang
(x10-4 m2 )
Gaya maksimum
(N)
Nilai Kekuatan
(Mpa) Tanah liat
(gram)
Sludge biogas (gram)
1 100 0 65,77 95999,526 1459,62
2 80 20 61,40 87626,856 1427,15
3 60 40 56,55 66726,142 1179,95
4 40 60 57,99 47282,256 815,35
5 20 80 - - -
6 0 100 - - -
Besar nilai kekuatan sampel yang diperoleh sekitar 815,35- 1459,62 MPa setiap penambahan 20 gram sludge biogas terjadi penurunan . Grafik hubungan
penambahan sludge biogas terhadap kekerasan ditunjukan pada Gambar 4.6
30
Gambar 4.6 Grafik Hubungan Kuat Tekan dengan Komposisi Serbuk Sludge Biogas Kelapa Sawit
Pada gambar 4.6 terlihat bahwa kuat tekan pada keramik dengan variasi 0-100 gram sludge biogas dicampur pada 100- 0 gram tanah liat dengan batas penambahan 20 gram serta dibakar pada suhu 1000 oc dengan penahanan selama 3 jam hasil pengamatan memperlihatkan bahwa penambahan serbuk sludge biogas menunjukan bahwa pengguna serbuk sludge biogas yang banyak dengan pengikat tanah liat yang sedikit akan berakibat lemahnya daya ikat antar partikel. Pada komposisi 80 dan 100 gram sludge biogas, terjadinya hancur /rapuh pada saat pengangkatan didalam tanur setelah proses pembakaran.
4.3 SEM-EDX (Scanning Electron Microscope Energy Dispersive X-Ray Spectrometer)
Pengujian keramik kontruksi dengan Scanning Electron Microscope – Energy Dispersive X-Ray (SEM-EDX) dilakukan untuk mengkarakterisasi morfologi permukaan serta kandungan unsur yang terdapat pada sampel.
4.3.1 Morfologi permukaan
Karakterisasi morpologi permukaan dilakukan dengan menggunakan Scaning Electron Microscope- Energy Dispersive X-Ray (SEM-EDX). Sampel yang diambil kurang lebih 5 gram. Karakterisasi morfologi permukaan keramik kontruksi dengan bahan tanah liat dan limbah sludge biogas kelapa sawit pada variasi campuran
y = -10.9x + 1547.5 R² = 0.8944
0 500 1000 1500 2000
0 20 40 60 80 100 120
Kuat Tekan (MPa)
Komposisi Serbuk Sludge Biogas Kelapa Sawit (gram)
Grafik Kuat Tekan Vs Variasi Komposisi
100:0 (gram) dan 60:40(gram) pengkarakterisasian dilakukan pembesaran sesuai dengan pembesaran yang dilakukan.
Gambar 4.8 Hasil SEM untuk Permukaan keramik pada Tanah Liat 100 gram dan 0 gram slugde biogas dengan Perbesaran 3000 Kali
Hasil analisis mikrostruktur keramik dengan komposisi 100 gram tanah liat dan 0 gram serbuk sludge pada perbesaran 3000 kali, terlihat pori-pori terbentuk, terdapat beberapa rongga. Pori yang terbentuk memiliki diameter dengan masing-masing diameter 13,11µm, 4,982µm, 5,461µm, 9,754µm, 7,558µm, 2,853µm
32
Gambar 4.9 Hasil SEM untuk Permukaan Keramik pada Tanah Liat 60 gram dan 40 gram sludge biogas dengan Perbesaran 3120 kali
Hasil analisis mikrostruktur keramik dengan komposisi 60 gram tanah liat dan 40 gram serbuk sludge pada perbesaran 3120 kali, terlihat pori-pori terbentuk, terdapat beberapa rongga. Pori yang terbentuk memiliki diameter dengan masing-masing diameter 153,3µm, 87,06µm, 15,29µm, 24,58µm, 81,03µm, 61,80µm
4.3.2 Kandungan Unsur
Pengkarakterisasian kandungan unsur yang terdapat pada keramik kontruksi dilakukan dengan menggunakan Energy Dispersive X- Ray (EDX). Sampel yang ditembakan dengan sinar-X akan memantulkan sinar dengan spectrum dan panjang gelombang tertentu yang kemudian yang akan dimasukan ke detector pada EDX yang akan dibaca kemudian keluarannya berupa puncak puncak gelombang dan dapat diketahui unsur-unsur yang terdapat pada sampel. Unsur yang telah terbaca kemudian menampilkan hasil konsentrasi pada keadaan tidak normal berdasarkan massa total (unn C [wt.%]). Kosentrasi pada keadaan normal berdasarkan massa total (nor.C[wt%]) serta konsentrasi unsur berdasarkan massa atomic (Atomic C[at.%]).
Gambar 4.10 Hasil EDX Kandungan Unsur dengan Campuran 100 Gram Tanah Liat dan 0 Gram Sludge Biogas
Gambar 4.11 Hasil EDX Kandungan Unsur dengan Campuran 40 Gram Tanah Liat dan 60 Gram Serbuk Sludge Biogas
34
Kedua gambar diatas menunjukan hasil kandungan unsur sampel pada dua variasi yaitu komposisi 100 gram tanah liat 0 gram serbuk sludge biogas, dimana kandungan unsur yang paling dominan adalah Oksigen. Sedangkan pada variasi 60 gram tanah liat 40 gram sludge biogas kandungan yang paling dominan adalah silikon
4.3.3. Kandungan Unsur serbuk sludge biogas
Gambar 4.12 Kandungan Unsur serbuk Sludge Biogas
4.4 Karakterisasi Struktur Mikro a. X- Ray Diffractometer (XRD)
Pada gambar 4.5.1 ditunjukan pola dipraksi sinar- x dari keramik dengan komposisi 80 gram tanah liat dan 20 gram serbuk sludge biogas setelah disinterring pada suhu 1000 °c selama 3 jam.
Gambar 4.5. Pola Difraksi Sinar- X dengan Komposisi 80 gram Tanah Liat dan 20 Serbuk sludge Biogas Setelah Disinterring pada Suhu 1000 °C Selama 3 Jam
Dari gambar 4.5.1 dan tabel 4.8 dapat menunjukan hasil uji struktur Kristal keramik dengan variasi 80 gram tanah liat dan 20 gram serbuk sludge. Struktur Kristal keramik pada hasil uji XRD dapat ditunjukan oleh tinggi rendahnya itensitas puncak, semakin tinggi intensitas puncak maka semakin meningkat struktur Kristal pada keramik. Dari hasil uji XRD dapat dilihat bahwa pembentukan puncak pada keramik merupakan hasil ikatan uncur –unsur yang terkandung dalam keramik. Dari gambar dapat dilihat ada 1 peak tertinggi dengan struktur Kristal pada tabel berikut Kandungan
unsur
d (Ᾰ ) struktur Parameter kisi (Ᾰ)
a b c
SiO2 26.600 3.34840 hexsagonal 4.9230 4.9230 5.4090
