Karakterisasi Kandungan Bijih Besi Alam Sebagai Bahan Baku Magnetit Nanopartikel

Karakterisasi Kandungan Bijih Besi Alam Sebagai Bahan Baku Magnetit

Nanopartikel

Sadang Husain1) ,*, Eka Suarso1), Akhiruddin Maddu2), Sugianto3) 1 _{Prodi Fisika, FMIPA Universitas Lambung Mangkurat}

2 _{Departemen Fisika, FMIPA, Institut Pertanian Bogor} 3 _{Prodi Pendidikan Fisika, Universitas Muhammadiyah Jakarta}

*_{email: sadanghusain@yahoo.com}

Abstrak

Telah dilakukan karakterisasi kandungan bijih besi di daerah Tanah Laut Kalimantan Selatan. Bijih besi merupakan sumber daya alam yang cukup melimpah di Indonesia, salah satunya di Pulau Kalimantan. Kalimantan Selatan merupakan salah satu daerah penghasil bijih besi terbesar di Indonesia. Bijih besi

mengandung material magnetik berbasis besi (Fe) dalam bentuk mineral oksida besi yaitu Magnetit (Fe3O4),

Maghemit (γ-Fe2O3), dan Hematit (α-Fe2O3). Karakterisasi bijih besi menggunakan XRF dan XRD. Hasil

karakterisasi bijih besi dari Tanah Laut Kal-Sel adalah jenis Hematit (α-Fe2O3) yang didukung oleh warna

merah kecoklatan. Bijih besi memiliki kandungan rata-rata Silikon (Si) 0.3%, Fosfor (P) 0.1%, Kalsium (Ca)

0.15%, Krom (Cr) 0.09%, Mangan (Mn) 0.26%, Besi (Fe) 98.23%, Nikel (Ni) 0.1%, Tembaga (Cu) 0.1%, Brom (Br) 0.17%, Lantanum (La) 0.07%, Iterbium (Yb) 0.02%, Seng (Zn) 0.04%, Renium (Re) 0.05%, Rubidium (Rb) 0.21%, Vanadium (V) 0.01%, Europium (Eu) 0.17%.

Kata kunci: Bijih Besi, XRF, Tanah Laut, XRD

Abstract

Characterization of iron ore deposits in the Tanah Laut, South Kalimantan. Iron ore is a natural resource that is abundant in Indonesia, one of them on the island of Borneo. South Kalimantan is one of the largest iron ore producer in Indonesia. Iron ore-based magnetic material containing iron (Fe) in mineral form of iron oxide that is Magnetite (Fe3O4), Maghemit (γ-Fe2O3) and Hematite (α-Fe2O3). Characterization of iron ore using XRF and XRD. The results of iron ore characterization of Tanah Laut Sout Kalimantan is a type of Hematite (α-Fe2O3) which is supported by a brownish-red color. Iron ore contains an average of Silicon (Si) 0.3%, Phosphorus (P) 0.1%, Calcium (Ca) 12:15%, chromium (Cr) 12:09%, manganese (Mn) 12:26% Iron (Fe) 98.23%, Nickel (Ni) 0.1% Copper (Cu) 0.1%, bromine (Br) 12:17%, Lanthanum (La) 12:07%, ytterbium (Yb) of 0.02%, Zinc (Zn) 12:04%, Rhenium (Re) of 0.05%, Rubidium ( rb) 0:21%, Vanadium (V) a 0.01%, Europium (Eu) 12:17%.

Keywords: Iron Ore, XRF, Tanah Laut, XRD

1. PENDAHULUAN

Bijih Besi merupakan salah satu

komoditas tambang yang cukup memadai di Indonesia. Berdasarkan data Neraca Sumber Daya Mineral Logam dan Non Logam, Pusat Sumber Daya Geologi 2008 didapatkan bahwa sumber daya bijih besi Indonesia sebesar

381.107206,95 ton dengan cadangan mencapai 2.216.005 ton [1]. Ini menunjukkan potensi yang cukup besar sebagai bahan baku besi baja. Salah satu daerah penghasil besi terbesar di Indonesia yaitu Kalimantan Selatan. Di

Kalimantan Selatan,cadangan bijih besi

mencapai 7,472,600 ton [2].

TABEL 1. Komposisi kimia (%) bijih besi Kalimantan Selatan

Tipe bijih Fe Tot SiO2 CaO MgO Al2O3 Cr2O3 P S Ni LOI

Lateritic 40-56 3-12 0,5-2 0,5-2 5-13 1-2,5 0,05-0,1 0,05-0,1 0,15-0,25 5-15 Metasomatic

(Magnetite&Hematit)

30-63 3-15 0,5-2 0,5-2 2-15 <0,1 <0,1 <0,1 - <2 Sumber: [2]

Daerah Tanah Laut merupakan salah satu Daerah di Kalimantan Selatan yang memiliki

sumber daya bijih besi yang cukup melimpah. Namun, bijih besi yang terkandung yang ada

memiliki tingkat pengotor (zat lainnya) yang cukup beragam. Untuk itu perlu dilakukan uji terlebih dahulu sebelum sintesis lebih lanjut

Bijih besi secara umum memiliki

komposisi utama besi oksida (Fe2O3 dan

Fe3O4), silikon oksida (SiO2) serta unsur-unsur

lain seperti Ni, Mg, Ca, Si, Cr dan Zn dengan

kadar rendah [3]. Bijih Besi dengan

kandungan Fe2O3 dapat didistribusikan secara

luas dan merupakan sumber terpenting besi pada kondisi murni mengandung 70% besi dan sisanya mengandung silika dan aluminium serta sulfur dan fosfor dengan kandungan yang sangat rendah. Namun ada juga bijih besi kelas rendah dengan kandungan besi 20% - 40% berkadar silika tinggi, beberapa diantaranya telah berhasil ditambang [4].

Magnetit

Magnetit adalah salah satu senyawa oksida besi dalam bentuk Fe2O3.FeO atau

Fe3O4. Magnetit memiliki banyak manfaat

terutama jika memiliki ukuran nanometer di antaranya:

1. Memiliki separasi gradien magnet yang

tinggi

2. Sebagai teknologi Resonansi magnetik

3. Sebagai drug delivery

4. Sebagai agen reaktif pada biomolekul

membran [5].

5. Sebagai adsorben [6]

GAMBAR 1. Struktur Magnetit [5]

Penelitian tentang magnetit telah banyak dilakukan. Pembuatan nanopartikel magnetit dari pasir besi telah berhasil membuat superparamagnetik magnetit dengan rata-rata ukuran 12,6 nm dan magnetisasi saturasi 36,68 emu/g [7]. Sintesis magnetit Fe3O4 juga telah

dilakukan untuk penghilang zat warna pada larutan. Magnetit yang dihasilkan memiliki ukuran rata-rata 5-20 nm dan magnetisasi saturasi sebesar 89,46 emu/g. Penelitian

tersebut mampu mereduksi zat warna 24,40% dengan kondisi awal zat warna 100 mg/L pada pH larutan 6 dengan jumlah magnetit 0,8 g/L selama 30 menit [8].

GAMBAR 2. Pola difraksi XRD pada magnetit [7,8]

2. METODE PENELITIAN

Penelitian dilakukan di laboratorium material Fisika FMIPA ULM, dengan analisis XRD dan XRF dilakukan di laboratorium Material dan Laboratorium Mineral dan Material Maju FMIPA UM. Bahan yang dipakai adalah biji besi daerah Tanah Laut. Adapun alat-alat yang digunakan antara lain SEM dan EDX, palu, magnet permanen, dan ayakan mesh.

(a)

(b)

GAMBAR 3. Sampel bijih besi (a) sebelum digerus, dan (b) setelah digerus

Penelitian diawali dengan studi pustaka,

pengambilan sampel, diteruskan dengan

besi ditunjukkan seperti pada Gambar 3. Bijih tersebut dibersihkan dari pengotor yang menempel dengan menggunakan aquades. Setelah dicuci, dilanjutkan dengan mebuat serbuk besi dengan menggunakan palu dan mortar dan pastel. Bijih besi digerus hingga lewat ayakan 230 mesh.Selanjutnya sampel dikarakterisasi. Uji karakterisasi bijih besi menggunakan XRF untuk melihat komposisi.

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil karakterisasi dengan XRF pada bijih besi ditunjukkan seperti pada Tabel 2. Berdasarkan tabel tersebut, dapat dilihat nilai unsur Fe yang mencapai 99,04% dengan rata-rata 98,23%. Kandungan unsur Fe yang ada

pada bijih besi tersebut cukup besar

dibandingkan dengan unsur logam lainnya.

Biasanya keberadaan besi pada bijih besi berupa senyawa oksida. Bijih besi yang diuji juga mengandung unsur-unsur logam yang lain.

Sebagai pembanding, kandungan besi yang ada di daerah Solok Selatan Sumatera Barat memiliki kandungan besi 87,5% [9], penelitian yang dilakukan oleh Septityana, dkk mendapatkan bahwa kandungan besi pada bijih besi sebesar 75,5% [10][11]. Penelitian Kumari, et al. (2010), bijih besi yang berasal dari Karnataka, India mengandung kadar besi

sebesar Fe 63,84% [12], sedangkan

Kecamatan Batu Licin, Kalimantan Selatan mengandung kadar Fe 56,6% [13]. Untuk Kabupaten Trenggalek Provinsi Jawa Timur mengandung kadar besi sebesar Fe total 22,28 s.d 51,26 % [14].

TABEL 2. Kandungan unsur bijih besi

Unsur Persentase atom (%)

Sampel 1 Sampel 2 Sampel 3 Sampel 4 Sampel 5 Sampel 6 Rerata

Si 0.82 0.38 0.3 0.3 - - 0.30 P 0.1 - 0.1 - 0.18 0.19 0.10 Ca 0.13 0.25 0.11 0.12 0.18 0.13 0.15 Cr 0.091 0.088 0.095 0.094 0.095 0.092 0.09 Mn 0.13 0.21 0.19 0.2 0.095 0.74 0.26 Fe 98.02 98.77 98.94 99.04 98 96.59 98.23 Ni 0.089 0.11 0.11 0.12 0.1 0.081 0.10 Cu 0.15 0.071 0.097 - 0.1 0.17 0.10 Br 0.52 - - - 0.47 - 0.17 La 0.06 0.06 0.09 0.08 0.08 0.02 0.07 Yb 0.08 0.05 0.02 Zn - 0.058 - - 0.098 0.08 0.04 Re - 0.2 - - 0.1 - 0.05 Rb - - - - 0.62 0.63 0.21 V - - - 0.039 0.01 Eu - - - 1 0.17

Sampel bijih besi yang dikarakterisasi masih banyak mengandung unsur lain selain besi. ada silikon (Si), fhosfor (P), kalsium (Ca), krom (Cr), mangan (Mn), nikel (Ni), tembaga (Cu), Brom (Br), lantanum (La), iterbium (Yb), seng (Zn), renium (Re), rubidium (Rb), vanadium (V), dan europium (Eu). Unsur silikon memiliki kandungan terbanyak dibanding unsur lain yang mencapai 0,82%.

Banyaknya unsur logam lain dalam bijih

besi menjadi kendala tersendiri untuk

menghasilkan nanopartikel magnetik yang murni. Unsur-unsur tersebut bisa mengotori sifat nanopartikel magnetik yang dihasilkan. Namun, unsur-unsur logam lainnya memiliki kandungan yang sangat kecil sehingga bisa diabaikan.

Jenis oksida besi yang terdapat pada bijih

6 menunjukkan pola difraksi XRD pada bijih besi sebagai fase hematit dengan ukuran kristal 60.12 nm. Ini juga didukung warna yang ada pada sampel bijih besi merah kecoklatan. Pernyataan ini juga didukung oleh hasil sintesis bijih besi tersebut. Bijih besi yang diberikan asam klorida (HCL) dan

Sodium hidroksida (NaOH) akan

menghasilkan warna merah kecoklatan yang merupakan ciri dari hematit Fe2O3. Bijih besi

yang diberikan HCL dan besi Fe2+ _akan

menghasilkan Fe3O4 [15].

GAMBAR 4. Pola difrasi XRD pada bijih besi

GAMBAR 5. Sintesis bijih besi

4. KESIMPULAN

Karakterisasi kandungan bijih besi

berhasil dilakukan dengan unsur besi

mencapai 99,04% dengan fase dominan hematit. Sampel bijih besi bisa dijadikan sebagai bahan baku magnetit nanopartikel dengan unsur pengotor kurang dari 1%.

5. UCAPAN TERIMA KASIH

Terima kasih kami ucapkan kepada Kementerian Riset, Teknologi dan Perguruan Tinggi yang telah mendanai penelitian ini.

Penelitian ini masih dalam proses

penyelesaian.

6. REFERENSI

1. T. Ishlah, “POTENSI BIJIH BESI

Indonesia Dalam Kerangka

Pengembangan Klaster Industri Baja”, 2009.

2. B. Pardiarto, “Tinjauan Rencana

Pembangunan Industri Besi-Baja di

Kalimantan Selatan”, 2009.

3. R. Cornell and U. Schwertmann, Less

Common or Rare Iron Oxides in Iron Oxides in the Laboratory, Extended. Wiley VCH, 2000.

4. E. Harianto, “Studi Pemanfaatan Bijih

Besi (Hematit dan magnetit Low Grade dan Grade di Indonesia Sebagai Bahan Baku Pembuatan Besi Co.,” in Prosiding Pertemuan Ilmiah Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Bahan, (2008).

5. L. Blaney, “Magnetite (Fe3O4):

Properties, Synthesis, and Applications”,

Lehigh Rev., vol. 15, pp. 32–81 (2007).

6. P. L. Hariani, M. Faizal, and D.

Setiabudidaya, “Synthesis and Properties

of Fe3O4 Nanoparticles by

Co-precipitation Method to Removal Procion Dye”, Int. J. Environ. Sci. Dev., vol. 4, no. 3, pp. 336–340 (2013).

7. T. Rusianto, M. W. Wildan, K. Abraha,

and K. Kusmono, “Iron Sand as Renewable Resource for Production Magnetic Nano Particles Materials”, in

Engineering International Conference 2013 Proceeding, (2013).

8. H. El Ghandoor, H. M. Zidan, M. M. H. Khalil, and M. I. M. Ismail, “Synthesis

and Some Physical Properties of

Magnetite (Fe3O4) Nanoparticles”, Int. J.

Electrochem. Sci., vol. 7, pp. 5734–5745 (2012).

9. R. Rantawulan, “Karakterisasi Bijih Besi Alam Sebagai Bahan Baku Magnetit Pada Tinta Kering”, 2010.

10. K. D. Septityana, T. P. Rahman, W.

Nugroho, R. Ikono, N. N. Maulana, and

N. T. Rochman, “Sintesis dan

Karakterisasi Pigmen Hematit (α - Fe2O3)

dari Bijih Besi Alam Melalui Metode

Presipitasi”, in Prosiding Semirata

FMIPA Universitas Lampung, pp. 451– 455 (2013).

11. K. D. Septityana, P. Priyono, N. T.

Rochman, Yuswono, T. P. Rahman, D. W. Nugroho, R. Ikono, Nofrizal, and N. N. Maulana, “Sintesis Dan Karakterisasi Bijih besi+HCL+NaOH

Bijih besi+FeSO4 +HCL+NaOH

012 104 110 006 113 024 116 018 214 300 208 119 220 ₂₂₃ 128 02 1 0

Pigmen Hematit (Α - Fe2O3) Dari Bijih

Besi Alam Melalui Metode Presipitasi”,

Youngster Phys. J., vol. 1, no. 4, pp. 95– 100 (2013).

12. N. Kumari, A. Vidyadhar, J. Konar, and R. . Bhagat, “Beneficiation Of Iron Ore

Slimes From Karnataka Though

Dispersion And Selective Flocculation”, in Proceedings of the XI International seminar on Mineral Processing Technology (MPT-2010), pp. 564–571 (2010).

13. N. S. Ningrum, “Uji Sulfidasi Biji Besi

Kalimantan Selatan dan Ampas

Pengolahan Tembaga PT. Freeport

Indonesia Untuk Katalis Pencair Batu

Bara”, in Seminar Rekayasa Kimia dan

Proses, pp. 1411–4216 (2010).

14. W. Widodo, P. Bambang, and Sari,

“Model Keterdapatan Bijih Besi Di Kabupaten Trenggalek Provinsi Jawa

Timur”, www.psdg.bgl.esdm.go.id, 2012.

15. T. A. Kusumawati, “Sintesis Nanopartikel

Pigmen Oksida Besi Hitam (Fe3O4),

Merah (Fe2O3) dan Kuning (FeOOH)

Berbasis Pasir Besi Tulungagung,” Universitas Negeri Malang, 2013.