PENGARUH TEMPERATUR DAN PENAMBAHAN Na2CO3 TERHADAP PROSES PELEPASAN lkatan KIMIA SiOrAI203 DALAM PASIR KUARSA. Eko Sulistiyono dad Djusman Sajuti

Prosiding Pertemuan Ilmiah Sains Materi /II

Serpong,

20 -21 Oktober 1998

ISSN 1410-2897

PENGARUH

TEMPERATUR

DAN PENAMBAHAN

Na2CO3 TERHADAP

PROSES PELEPASAN

lKATAN

KIMIA

SiOrAI203 DALAM

PASIR KUARSA

-S 3-6

Eko Sulistiyono daD Djusman Sajuti

Puslitbang Metalurgi -LIPI

ABSTRAK

PENGARUH TEMPERATUR DAN PENAMBAHAN Na2CO3 TERHADAP PROSES PELEPASAN lKATAN

KIMlA SiO2.A~O3 DALAM PASIR KUARSA. Telah dilakukan percobaan pelepasan ikatan kimia antara AI2O) dan SiO2 pada pasir kuarsa dari daerah Pantai Bedagai (Sumatera Utara), sebagai suatu langkah awal dari penelitian pembuatan mineral silika sintetis dari sumber daya mineral domestik. Tujuan penelitian adalah membuat silika murni dari pasir kuarsa dengan proses basah, untuk bahan baku industri kimia berbasis white carbon sebagai substitusi impor. Hasil penelitian terbaik dicapai pada kondisi penambahan 60 % berat natrium karbon at, temperatur roasting 11 OOoC, dalam dua tahap pencucian yang dilakukan dengan HCI 2 N selama 5jam. Produk yang diperoleh berupa silika murni berkadar SiO2 89,20 % dengan kandungan komponen pengotor TiO2 0,01 %. Fe2O) 0,06 %, LO! 10,73 %, dan praktis telah bersih dari komponen A12O), CaO, Na20, dan ~O. Produk dengan komposisi demikian sesuai untuk bahan baku industri kimia pertanian, cat, tinta cetak, plastik, kertas, pasta gigi, obat-obatan, dan kosmetik.

ABSTRACT

EFFECT OF TEMPERATURE AND Na2CO3 ADDITION ON THE BREAKING OFTHE SiO2-A~O3 CHEMICAL BOND IN THE STRUCTURE OF QUARTZ SAND. The experiments for breaking the chemical bond between AI o and SiO

2 3 2

in the structure of quartz sand from Pantai Bedagai areas have been carried out, as a preliminary stage of synthetic silicas productIon from domestic minerals. The aimed of the investigation was making pure silicas from quartz sand by wet process fo' chemical industries raw material as an import substitution. The best result has been obtained is pure silicas with 89.20 % SiO , 0.01 % TiO2' 0.06 % FeP3' 10.73 % LOI, and practice free of AI2O3' CaO, Na20, and K20 components. This produ~t composition has in the market specification for the some products which can be used for agricultural chemical, paints, printing inks, plastics, paper, toothpaste, medicines, and cosmetics. The process conditions to achieve it are 60 % additional weight of Na2CO" roasting temperature of 1,100 °C and through two steps of washing by 2 N HCI for 5 hours.

PENDAHULUAN

_{Tabel 1 : Data impor produk pasir kuarsa Tabun 1994}

Data daTi Departemen Pertambangan daD Energi [ 1-3 J menunjukkan jumlah produksi pasir kuarsa yang dipasa!kan di dalam negeri cenderung meningkat dari tabunketabun(1989: 167.200 too, 1991: 190.500too,dan

1993: 300.000 ton). Sampai saat ini pemanfaatannya untuk

pabrik semen portland (77,80 %), botol pecah belah ( 10,90

%), kaca lembaran (9,10 %), daD bahan refraktori (2,20 %). Produsen utama pasir kuarsa tersebut adalah daerah Belitung/Bangka.

Penggunaan pasir kuarsa tidak hanya terbatas untuk kepentingan tersebut namun dapat dimanfaatkan pada berbagai keperluan lain misalnya sebagai bahan baku proses peleburan reduksi yang menghasilkan

silikon metalurgi, pasir cetak, daD white carbon. Sampai saat ini bahan baku industri tersebut umumnya belum dapat dihasilkan dari sumber daya mineral kuarsa yang ada di Indonesia, daD kebanyakan masih tergantung daTi impor. Menurut data statistik tabun 1994 [ 4 J , total impor produk pasir kuarsa telah mencapai 35 juta US$.

Sumber daya pasir kuarsa alam di Indonesia cukup melimpah. Di daerah Kalimantan saja, jumlah cadangan

tidak kurnng dari satu miliar ton yang masih membutuhkan peningkatan mutu. Untuk diversifikasi pemanfaatan pasir kuarsa ill agar dapat memberikan nilai tarnbah maka diperlukan upaya untuk mengubah pasir kuarsa menjadi beberapa produk barn yang memenuhi persyaratan tertentu, daD umurnnya memerlukan kemurnian SiO2 di atas 98 %.

Kadar silika dari pasir kuarsa yang ada di Indonesia sangat bervariasi, berkisar antara 60 -98 %

213

Eko Sulistiyono don Djusman Sajuti

Prosiding Pertemuan Ilmiah Sains Materi III

Serpong, 20 -21 Oktoher1998

_{ISSN1410-2897}

sehingga reaksi dapat berlangsung dengan lebih

sempurna nantinya. Penggerusan dilakukan secara kering

dalam suatu jar-mill selama 4 jam daD hasilnya

ditunjukkan pada Tabel 3.

Jmnlah komponen yang terdeteksi berkisar sekitar 93 % saja, sehingga masih perlu ditentukan kandungan komponen-komponen lainnya seperti unsur natrium atau

kalium. Melihat komposisi kimia tersebut, ada

kecendemngan bahwa Al2O3 bukan mempakan suatu komponen bebas, tetapi terikat dengan SiO 2 membentuk suatu senyawa alumina silikat.

Untuk menentukan mineral pengotor yang

terkandung di dalam pasir kuarsa tersebut telah dilakukan

pengamatan dengan difraksi sinar-X yang dilakukan di Puslitbang Metaiurgi.LIPI.

Dari analisis pola difraksi sinar-X yang

ditunjukkan pada gambar 1, diketahui bahwa mineral pengotor yang dominan di dalam pasir kuarsa yang digunakan pada penelitian ini adalah bempa plagioklas jenis albit dengan mmus kimia(Na, Ca)AlS~O8

SiO2 dengan beberapa pengotor antara lain Al2O3' Fe2O3' CaD, TiO2' Na2O, atau K20. Pengotor-pengotor tersebut pada umumnya bernpa oksida logam yang membentuk ikatan kimia kompleks.

Pada penelitian terdahulu telah dilakukan proses pencucian asam terhadap pasir kuarsa dari Pantai Bedagai (Sumatera Utara) [5] , dan basil yang diperoleh hanya dapat melarntkan pengotor besi saja. Hal ini menunjukkan indikasi bahwa pengotor selain besi membentuk ikatan senyawa kompleks yang stabil. Untuk memecah ikatan yang stabil dalam senyawa kompleks tersebut diperlukan bahan aditif tertentu yang mampu menarik ikatan kompleks menjadi suatu senyawa barn yang mudah dilepas ikatannya. Hasil analisis XRD memperlihatkan ikatan kompleks tersebut didominasi oleh

senyawaantara SiO2 dan Al2O3 bempa mineral plagioklas

jenis albit [6].

Ikatan antara SiO2 yang bernpa unsur asam dan Al2 o 3 bersifat amfoter, maka di perlukan bahan aditif yang mempunyai sifat basa tinggi [7]. Oksida dengan sitar basa tinggi yang diperkirakan sesuai adalah Na2O, karena di samping pertimbangan faktor harga yang lebih murah dibanding ~ o juga temperatur proses akan lebih rendah dibandingjika menggunakan CaO. Ikatan yang telbentuk akan lebih mudah diuraikan [8] dibanding dengan pemakaian CaD yang membentuk CaSiO3 yang stabil.

Dalam tulisan ini akan dipaparkan basil penelitian

diversifikasi produk untuk substitusi impor, yaitu

pembuatan white carbon (senyawa kimia silikat dan silika

hidrat) sebagai bahan bakU dalam industri kimia [9].

METODOLOGI

Citra EPMA yang dilakukan di Puslitbang Metalurgi-LIPI, serta distribusi dari unsur-unsur Na, Ca, AI, dan Si dari contoh pasir kuarsa yang digunakan daIam penelitian ini ditunjukkan pada gambar 2 dan 3. Dari

Bahan Baku

Pasir kuarsa yang dipakai dalam percobaan ini berasal dati daerah Pantai Bedagai (Sumatera Utara) dengan komposisi kimia seperti ditunjukkan pacta Tabel 2. Analisis kimia dilakukan dengan menggunakan XRF di Puslitbang Metalurgi-LIPI. Di samping itu, dari anaJisis ayak diketahui lebih dati 92 % berat SiO2 berada pacta fraksi yang cukup kasar (-12+40 mesh). Tetapi pada fraksi tersebut diikuti juga denganjumlah kandungan pengotor yang cukup besar.

Tabel 2. Komposisi klmia bahan baku pasir kuarsa per frak.~i ukuran

',.

-Pasir kuarsa perIn dihaluskan terlebih dahulu

Prosiding Pertemuan Ilmiah Sains Materi III

Serpong, 20 -21 Oktober 1998 ISSN 1410-2897

Komposisi kimia pasir kuarsa setelah digerus selama 4 jam Tabel 3. Fraksl % I (mesh) Berat Si F 0 Si +40 5,49 82,12 8,74 1,90 0,20 5,61 4,71 4,45 4,16 -40+70 50,44 81,81 9,25 2,14 0,23 51,36 45,78 46,08 45,25 -70+140 24,82 79,57 10,80 2,54 0,28 24,58 26,31 26,85 27,07 -140 1925 7702 1228 276 032 1845 2320 2262 2352 Urn an 100 8035 10 19 235 026 100 100 100 100

pemetaan unsur-unsur tersebut dapat disimpulkan bahwa contoh adalah berupa plagioklas (gambar 2) dan kuarsa (gambar 3).

gas COJ yang dapat menumpahkan lelehan.

-Setelah proses roasting selesai, krusibel segera

dikeluarkan dan didinginkan secara mendadak dengan air dingin atau diletakkan di atas batu es.

-Produk roasting dikeluarkan dari krusibel dan digerus, untuk selanjutnya dilakukan pencucian dengan 200 rnl HCI 2 N selama lima jam pada temperatur sekitar 95°C (mendidih).

-Setelah proses pencucian selesai, kemudian residu

disaring.

-Residu yang diperoleh ditimbang dan dilakukaIi

karakterisasi.

Adapun diagram aim ditunjukkan pada gambar 4 p..lr Ko.r..

Gambar 3. Distribusi dari unsur-unsur Na, Ca, AI, dan Si di dalam contoh pasir kuarsa

Gambar 4. Diagram alur percobaan pembuatan silika mumi dati pa.o:ir ku~ dengan proses basah

Mineral pengotor yang dominan adalab

plagioklas jenis albit (Na,Ca)AlSi)Os' Untuk dapat

memisahkan/melepaskan ikatan kimia SiO2-AI2O) yang

ada di dalam mineral plagioklas ini, maka terbadap pasir kuarsa tersebut perlu dilakukan suatu proses perlakuan awal terlebih dabulu,

BASIL DAN PEMBABASAN

Proses Roasting pada Temperatur 900°C

Hasil percobaan pada kondisi temperatur 900°C menunjukkan reaksi peruraian berlangsung bam sampai

Prosedur

Percobaan

Urutan pengerjaan

percobaan

ini adalah

sebagai

Tabel 4. Hasil Roasting dan Pelarutan

Berat Bahan Baku (eram)

Berat Produk (gram) No Setelah Pelarutan 34,97 28,76 24,25 18,97 Na1CO3 Pasir Kuarsa 34 28 22 16 Setetah

~

~8.45

33,14

~

29,12 berikut.

-Pasir kuarsa yang telah dihaluskan ditambah NazCO) dengan perbandingan tertentu (15, 30, 45, dan 60 %bemt), kemudian dicampur sampai homogen.

-Campuran homogen tersebut dimasukkan ke dalam

krusibel platina, selanjutnya diletakkan di dalam muffle .furnace daD dipanaskan pada temperatur 900-1 100°C

selama dua jam. Kenaikan temperatur di jaga sedemikian sehingga tidak menimbulkan gejolak (yang berasal dari

6 12 18 24 2 3 4

215

Eko Sulistiyono dan Djusman Sajuti

Prosiding Perlemuan Ilmiah Sains Materi III

Serpong,

20 -21 Oktober 1998

ISSN1410-2897

Tabel 8. Hasil Roasting dan Pelarutan

Berat Bahan Baku (gram)

Berat Produk (gram}

No tahap dissosiasi natrium karbonat, dengan terbentuknya

gelembung gas CO2, daD ini ditandai oleh meng-gelembungnya sampel. Produk yang dihasilkan berupa

suatu serbuk putih yang ringan.

Hasil analisis terhadap produk setelah pelarutan menunjukkan bahwa kandungan komponen SiO2 dan Al2O) tidak mengalarni perubahan yang berarti. Hal ini memberi indikasi bahwa reaksi peruraian silikat dan alumina belum berlangsung. Penambahan natrium karbonat belum berpengaruh terhadap proses peruraian.

Set"'"

Pelanltanl

N..co,

Pair Kuarsa Ssebh Roal1ing

Sot"'"

Pdandan W 6 12 18 24 34 28 22 16

~

~

~

27.49

~

~

~

23,67

~

~

~

14.78 2 3 4

.Umpan pada pelarutan tahap II adaIah 20 gram sampel produk pelarutan tahap I.

Tabel 5. Hasil Analisis Kimia untuk Produk Setelah Pelarutan

Tabel 9. Hasil Analisis Kimia untuk Produk Setelah PelarutanTahap I

Tabe\ 6. Hasil Roasting dan Pelarutan

Berat Bahan Baku

(~m)

Berat Produk (gram) No Setelah Roasting 37,98

~

~

28,78 Setelah Pelarutan 35,88 29,26 24,15 23,97 Na,CO) Pasir Kuarsa 34 28 22 16

Na Kampa,l,l Ok,ldo / % be.o!}

SIO AI.O. No 0 CoO K.O TIO. Fe O. LOI

74'3 III' '.31 2" 2.04 ND 01' '13

! "84 '74 1141 2'2 1-'5 ND .15 4" 7. 15 ".3. 8.35 257 .81 2. 7.3

"82 2. 7.32 .52 022 ND ND 2271

TabelO. Hasil Analisis Kimia untuk Produk Setelah Pelarutan Tahap II

No K_oslslOk,l'o/~'.o!}

110 AJ.O. N..O CoO K 0 TIO. P..O. LOI

I 7'.2' ",55 7.1' 2" 2." 1.03 124 .."

-71.1 '.13 172 2." 1.35 115 1.2' 5.'3

74' ".2' 2,53 2 " 1,55 1,17 I' 1,'4

I 4 1'.1' NO NO NO NO 001 I." II 73 I

pada lOOOOC

belum terjadi proses peruraian maka

percobaan selanjutnya dilakukan pada temperatur

llOOOC. 6 12 1& 24 2 3 4

Proses Roasting pad a Temperatur lOOOoC

Pada kondisi temperntur lOOOoC reaksi peruraian

CO2 telah berlangsung dengan cukup sempurna, hat ini ditandai oleh adanya penyusutan volume daTi sampel. Produk yang dihasilkan dari proses roasting adalah padatan berwarna putih. Setelah dilakukan proses pelarutan, diperoleh serbuk putih dengan kandungan Na2O yang lebih tinggi dibandingkan terhadap produk pada temperntur 900°C.

Kadar Al2O3 yang diperoleh masih cukup tinggi.

Hal ini menunjukkan bahwa pada temJx:rntur lOOOOC telah

terjadi proses pengikatan Na2O dalam SiO2 daD SiO2.AI2O3. Reaksi peruraian daTi senyawa SiO2oAl2O3 belum berlangsung sempurna, atau dengan perkataan lain, penambahan natrium karbonat belum membeTikan pengaruh secara berarti terhadap proses peruraian.

Karena pada kondisi temperatur 900°C maupun

Tabel 7. Hasil Analisis Kimia uotuk Produk Setelah Pelarutao

Komnosi..i Oksida ( % beta! )

SiD. AI.O. Na.O CaD K,o TiO. Fo.O. WI I n,S3 10,29 S,97 277 0,51 0,17 0,51 3,95 I 2 68,78 9,96 14,38 2,47 1,90 0,12 042 1,97 3 7005 9,13 II,S3 1,971,490,24 lIS 4,07 4 57,89 9,62 19,68 2,36 I,SO O,IS 1,42 6,SI

Proses Roasting pada Temperatur ll00oC

Hasil percobaan pada kondisi temperatur 11 ()()oC menunjukkan bahwa jumlah penambahan natrium karbonat sangat berpengaruh terhadap proses pelepasan ikatan SiO2-Al2O3.

Selama proses pelarutan, ada kecendernngan bahwa konsentrasi Na2O berperan dalam proses pelepasan ikatan, dimana N~O pada konsentrasi yang rendah berikatan dengan unsur yang ada membentuk ikatan yang stabil dan pada konsentrasi yang tinggi N~O dapat melepas ikatan SiO2-AI2O3 membentuk suatu senyawa barn yang mudah dilepas ikatannya. Hal ini ditunjukkan dari masih banyaknya unsur natrium pada produk setelah pencucian tahap kedua terhadap penambahan natrium karbonat sebesar 15 %, 30 0/0, clan 45 %. Sementara itu dengan penambahan natrium karbonat 60 % maka praktis tidak terdapat unsur natrium dalam produk setelah pencucian tahap krona.

Pada penambahan natrium karbonat 150/0, 30 %, dan 45 % menunjukkan bahwa reaksi pelepasan ikatan antara SiO2 dan Al2O3 tidak tercapai. Hal ini dapat diamati dari kandungan Al2O) dalam produk pencucian yang masih tinggi, betbeda jika dilakukan dengan penambahan natrium karbonat 60 % dimana produk pencucian praktis telah bebas dari kandungan Al2O3.

Prosiding Pertemuan llmiah Sains Materi III

.\'erpong,

20- 21 Oktober 1998

ISSN 1410-2897

daTi penelitian irn, setelah dilakukan kalsinasi pada

temperatur 800°C selama 2 jam, ditunjukkan pada

gambar 5.

2 e ( deg.

Gambar 5. PoJa difraksi sinar-X dari produk Keterangan: IX adaJah SiO,

13 adalah NaCaAl,Si,O" y adalah Na.Al.Si,O,.. 12 H10

DAFTARPUSTAKA

Dari pola difraksi sinar -x terlihat bahwa masih terdapat sejumlah kecil unsur tidak terdeteksi analisa kimia dengan XRF yaitu AI, Na dan Ca yang berikatan membentuk senyawa yang kompleks. Rendahnya puncak-puncak SiO2 ' menunjukkan bahwa belum sempurnanya pembentukan kristal SiO2 .Hal ini disebabkan oleh kemungkinan proses plarutan asam daD kalsinasi belum optimal. Oleh karena itu dilakukan penelitian yang lebih Ian jut tentang pengaruh senyawa kompleks terhadap sifat bahan.

KESIMPULAN

[ 1 ]. Bunga Rampai Bahan Galian dan Air Bawah Tanah, Kanwil DPE Prop. Swnatern Ufam. Edisi ll, Medan, (1992)

[2]. Pert am bang an dan Energi Indonesia, Buku Tahunan, (1993)

[3]. Pertambangan dan Energi, No.4, tIm. 18, 1993. [4]. Anonim , "Statistik Perdagangan Luar Negeri

Indonesia", Impor, Jilid I, Biro Pusat Statistik, Jakarta, (1994)

[5]. DJUSMANSAJundanRUSTlADIPURAWIARDI, "Percobaan Pemumian dan Peningkatan Motu Pasir

Kuarsa", Proseding, Seminar Material '97,

Puslitbang Metalurgi -LIPI, Serpong, Agustus,

(1997)

[6]. Anonim,"JCPDS",International Centre for

Diffraction Data, 1601 Parklone , Swarthmore, PA 1~81, USA, (1986)

[7] KIRK OTHMER, "Encyclopedia of Chemical Technology", 4th editions, John Wiley and Sons, Inc., Canada.

[8] QUENEAU, P.B. and BERTHOLD, C.E., "Silica in Hydrometallurgy: an overview", Can. Met. Quart.,

25 (3), (1986) 201

[9] HASEGAWA, H. (Editor)," Filler Book", Shiraishi KogyoKaisha,Ltd., (1972) 19

Telah dipelajari pengaruh temperatur dan

penambahan N~CO3 terhadap proses pelepasan ikatan kimia SiOrAl2O3 dalam pasir kuarsa. Dari serangkaian percobaan yang dilakukan dapat disimpulkan sebagai berikut.

-Temperatur daD jumlah penambahan natrium

karbonat merupakan dua faktoryang perin diperhatikan untuk berlangsungnya proses pelepasan ikatan kimia SiOrAl2O3 dalam pasirkuarsa.

-Pada kondisi temperatur 900°C proses yang terjadi

barn berupa reaksi pelepasan gas CO2, pada lOOOoC berlangsung reaksi penggabungan Na2O dalam senyawa

SiO2 daD SiOrAI2O3' Hal ini ditandai dengan adanya

217

Eko Sulistiyono dan Djusman Sajuti