PENINGKATAN KEMURNIAN SILIKON DARI PASIR KUARSA SECARA MAGNESIOTERMIK DENGAN VARIASI WAKTU SKRIPSI SABAM MIKEL SITORUS 090802029

(1)

PENINGKATAN KEMURNIAN SILIKON DARI PASIR KUARSA SECARA MAGNESIOTERMIK DENGAN VARIASI WAKTU

SKRIPSI

SABAM MIKEL SITORUS 090802029

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(2)

PENINGKAKAN KEMURNIAN SILIKON DARI PASIR KUARSA SECARA MAGNESIOTERMIK DENGAN VARIASI WAKTU

SKRIPSI

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains

SABAM MIKEL SITORUS 090802029

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(3)

PERSETUJUAN

Judul : Peningkatan Kemurnian Silikon dari Pasir Kuarsa Secara Magnesiotermik Dengan Variasi Waktu

Kategori : Skripsi

Nama : Sabam Mikel Sitorus NomorIndukMahasiswa : 090802029

Program Studi : Sarjana (S1) Kimia Departemen : Kimia

Fakultas : Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara

Disetujui di

Medan, Agustus 2014

Komisi Pembimbing :

Pembimbing 2 Pembimbing 1

Dra. Saur Lumban Raja. M.Si Dr. Andriayani, M.Si NIP 195506231986011002 NIP 196903051999032001

Diketahui/Disetujui oleh:

Departemen Kimia FMIPA USU Ketua,

(4)

PERNYATAAN

PENINGKATKAN KEMURNIAN SILIKON DARI PASIR KUARSA SECARA MAGNESIOTERMIK DENGAN VARIASI WAKTU

SKRIPSI

S

aya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.

Medan, Agustus 2014

(5)

PENGHARGAAN

Segala puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala berkat dan kasih karunia yang dilimpahkan-Nya sehingga penulis diberikan kesanggupan dalam menyelesaikan penelitian dan penyusunan skripsi ini dalam waktu yang telah ditetapkan-Nya.

Pertama, tiada kata yang indah selain ucapan syukur penulis kepada Tuhan Yesus Kristus yang telah memberikan ibunda yang terbaik, Nurbaya Lubis, S.Pd dan ayahanda terhebat, Rosen Sitorus yang telah mendidik penulis dengan penuh kasih dan sayang dan memberikan dukungan yang tiada taranya, adinda tersayang, Laura Jesiska Sitorus dan seluruh keluarga terkhususnya alm. Oppung H. Sitorus yang selalu mendukung melalui doa kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan skripsi ini.

Kedua, penulis mengucapkan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada ibu Dr. Andriayani, S.Pd,M.Si selaku dosen pembimbing I dan ibu Dra. Saur Lumban Raja, M.Si selaku dosen pembimbing II yang selalu dengan sabar dan ikhlas memberikan bimbingan, saran, pengertian, bahkan bantuan dana kepada penulis dalam melaksanakan penelitian hingga penyelesaian skipsi ini. Begitu juga dengan ibu Dr. Rumondang Bulan, MS dan Bapak Albert Pasaribu, M.Sc selaku ketua dan sekretaris Departemen Kimia FMIPA USU, ibu Dra. Emma Zaidar Nasution, M.Si selaku dosen pembimbing akademik, bapak Dr. Nimpan Bangun, M.Sc selaku Kepala laboratorium Kimia Anorganik FMIPA USU serta seluruh staf dosen yang telah memberikan motivasi dan ilmu yang berguna bagi penulis selama menjadi mahasiswa di FMIPA USU.

Dan yang terakhir, penulis mengucapkan rasa terima kasih kepada Laboran Laboratorium Ilmu Dasar USU: K’ Ayu, asisten Laboratorium Kimia Anorganik, asisten Laboratorium Kimia Organik, asisten Laboratorium Kimia Analitik, Parry, Despita, Naomi, Junita, Iwan, Emilia, Reh Malem, Melda, Sheyla, Nora, Sudirman, dan Royman, Monica G. Samosir, Julfi, Ester, Ruben dan Monica Pangaribuan, Swandy, Swardy, Hardy, Geofry, Randy, Novi Triana, Jessy, Lina, teman-teman seperjuangan 2009 serta adik-adik stambuk 2010, 2011, dan 2012.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan karena keterbatasan yang dimiliki penulis. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi penelitian selanjutnya dan kemajuan ilmu pengetahuan.

Penulis,

(6)

ABSTRAK

Telah dilakukan penelitian tentang peningkatan kemurnian silikon dari pasir kuarsa secara magnesiotermik dengan variasi waktu. Pasir kuarsa diambil dari pantai Kecamatan Tanjung Tiram, Kabupaten Asahan, Sumatera Utara kemudian dicuci berulang kali sambil digosok-gosok dan dikeringkan. Lalu dihaluskan dan diayak menggunakan ayakan 100 mesh. Pasir kuarsa yang telah dihaluskan ditambahkan HCl dan H2SO4 sambil dipanaskan untuk

melarutkan zat-zat pengotor berupa oksida-oksida logam dan senyawa-senyawa organik sehingga menghasilkan silika (SiO2) berupa padatan berwarna putih kemudian

dikarakterisasi dengan XRD dan SEM. Lalu silika direduksi menjadi silikon secara magnesiotermik dengan perbandingan SiO2 : Mg adalah 1 : 2, pada suhu 800oC dengan

variasi waktu 4 jam, 5 jam, dan 6 jam. Campuran hasil reduksi dimurnikan melalui tiga tahap menggunakan HCl, CH3COOH, dan HF dengan pemanasan pada suhu 80oC selama 3

jam sehingga menghasilkan silikon yang kemudian dianalisa menggunakan XRD, dimana kemurnian silikon pada suhu 800oC selama 4 jam, 5 jam, dan 6 jam adalah 84,0%; 90,4%; dan 94,3%

(7)

THE IMPROVEMENT OF PURITY SILICON FROM QUARTZ BY MAGNESIOTERMIC METHOD WITH TIME VARIATION

ABSTRACT

The improvement of purity silicon from quartz by magnesiotermic method with time variation has been researched. Quartz sand was taken from the district of Tanjung Tiram beach, regency of Asahan, North Sumatera and then washed repeatedly with a rubbed and dried. Then it mashed and sieved using a 100 mesh sieve. The quartz sand that had been mashed was added HCl and H2SO4 while heated to dissolve the impurities in the form of

metal oxides and organic compounds to produce silica (SiO2) in the form of white solid and

then characterized by XRD. Then silica reduced to silicon by magnesiotermic method with ratio between silica : magnesium powder was 1 : 2 at the temperature of 800oC with time variation of 4 hours, 5 hours, and 6 hours. The resulting mixture of reduction was purified through three stages using HCl, CH3COOH, and HF by heating at the temperature of 80oC for

(8)

DAFTAR ISI

1. Reduksi Aluminotermik 10

2. Reduksi Karbotermik 11

3. Reduksi Kalsiotermik 11

(9)

2.5. Pengaruh Suhu dan Waktu Terhadap Laju Reaksi 13

2.6. Difraksi Sinar X 15

2.7. Metode Kuantitatif dari Difraksi Sinar X 17

1. Metode Kalibrasi Sederhana 17

3.2. Prosedur Penelitian 21

3.2.1. Preparasi Pasir Kuarsa 21

3.2.2. Pemurnian Silika dari Pasir Kuarsa 21

3.2.3. Reduksi Silikon dari Silika 22

3.2.4. Tahap Pemurnian Silikon 22

3.2.4.1. Pemurnian Tahap I 22

3.2.4.2. Pemurnian Tahap II 22

3.2.4.3. Pemurnian Tahap III 22

3.3. Bagan Penelitian 23

(10)

BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Preparasi Pasir Kuarsa 28

4.2. Pemurnian Silika dari Pasir Kuarsa 28

4.3. Reduksi Silika Menjadi Silikon 32

4.4. Tahap Pemurnian Silikon 33

4.4.1. Difraktogram Sinar X dari Silikon Suhu 800oC Selama 4 jam 34

BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan 43

5.2. Saran 43

DAFTAR PUSTAKA 44

(11)

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Sifat-sifat Pasir Kuarsa 8

Tabel 4.1. Peak Difraktogram XRD Silika Ukuran 100 mesh dari Pasir Alam 29

Tabel 4.2. Komposisi Tingkat Kemurnian Silika Ukuran 100 Mesh dari Pasir

Alam Menggunakan Metode RIR 31

Tabel 4.3. Peak Difraktogram XRD Silikon Suhu 800oC Selama 4 jam 35

Tabel 4.4. Komposisi Tingkat Kemurnian Silikon Pada Suhu 8000C Selama

4 jam Menggunakan Metode RIR 35

5 jam Menggunakan Metode RIR 38

(12)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Pasir Kuarsa 6

Gambar 2.2. Perubahan Polimorf dari Silika 8

Gambar 2.3. Kurva Konsentrasi Sebagai Fungsi Waktu Pada Suhu Tetap 14

Gambar 4.1. Campuran Silika Dengan Zat-Zat Pengotornya 29

Gambar 4.2. Silika Hasil Pemurnian 29

Gambar 4.3. Difraktogram XRD Silika Ukuran 100 mesh dari Pasir Alam 29

Gambar 4.4. Difraktogram XRD Tingkat Kemurnian Silika (SiO2) dari Pasir Alam

Tanjung Tiram dengan Metode RIR 32

Gambar 4.5. Campuran Hasil Reduksi Silika 33

Gambar 4.6. Campuran Hasil Reduksi Pada Pemurnian Tahap III 34

Gambar 4.7. Silikon Hasil Pemurnian 34

Gambar 4.8. Difraktogram XRD Silikon Suhu 800oC Selama 4 jam 34

Gambar 4.9. Difraktogram XRD Tingkat Kemurnian Silikon Pada Suhu 8000C Selama

4 jam dengan Metode RIR 36

5 jam dengan Metode RIR 39

(13)

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Data Difraktogram Sinar X Standar Silika (Jorgensen,J.D.,1978) 47