ISSN: 1978-1520 1
ANALISIS SIFAT FISIS KERAMIK BERPORI BERBAHAN DEBU
VULKANIK GUNUNG SINABUNG
Moraida Hasanah1, Tengku Jukdin Saktisahdan2, Mulyono3
1,2,3Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik UNA, Kisaran Sumatera Utara
e-mail: *1 moraidahasanah@yahoo.com , 2 jukdin saktisahdan@yahoo.co.id , 3
muly13013001@yahoo.com
Abstrak : Telah dilakukan penelitian untuk pembuatan keramik berpori yang memanfaatkan bentonit, debu vulkanik Gunung Sinabung dan karbon aktif. Pembuatan sampel dilakukan dengan tahap pengayakan masing masing bahan dengan ukuran 100 mesh dan pencampuran dengan menggunakan metode dry press dengan beban 5 ton selama 10 menit. Perbandingan komposisi bentonit, debu vulkanik Gunung Sinabung dan karbon aktif yaitu (80:0:20), (75:5:20), (70:10:20), (65:15:20) dan (60:20:20). Karakterisasi sifat fisis keramik berpori yang telah diuji yaitu densitas 1,43 - 1,53 gr/cm3; porositas 22,4 – 29,77 %; susut massa 26,04 –
32,05 %;dan susut bakar 21,54 – 29,69 %.
Kata kunci : Debu Vulkanik Gunung Sinabung, Keramik Berpori, Sifat Fisis
1. PENDAHULUAN
Keramik adalah sebuah bidang utama yang khusus dengan perlakuan mineral non logam oleh berbagai proses, termasuk panas, untuk menghasilkan sifat estetika atau berfaedah (Norton,1974). Salah satu jenis keramik yang sering digunakan untuk filter gas buang adalah keramik berpori.
Keramik berpori adalah keramik yang sengaja dibuat mempunyai rongga-rongga kecil yang dapat dirembesi oleh fluida dan berfungsi sebagai media filter. Keramik berpori ini relatif lebih tahan terhadap perubahan suhu tinggi, korosi dan kontaminasi bahan lain, sehingga dapat digunakan sebagai media filter, antara lain air limbah, gas buang, penuangan logam cair (seperti timah) dan lainnya (Sebayang, 2009).
Bahan baku yang biasa digunakan untuk membuat keramik seperti kaolin, clay, feldspar dan kuarsa. Tetapi sekarang bahan baku keramik dapat diganti dengan bahan yang lain seperti bahan-bahan oksida dan juga dengan pemanfaatan limbah padat. Salah satunya yaitu debu vulkanik gunung Sinabung yang berada di Kabupaten Karo Provinsi Sumatera Utara. Akibat dari letusan gunung Sinabung ini banyak material yang dikeluarkan salah satunya debu vulkanik.
Penelitian yang telah dilakukan Nain Felix Sinuhaji (2011), debu vulkanik gunung Sinabung mengandung silika (SiO2) sebanyak 59,92%. Oleh karena itu debu vulkanik gunung Sinabung dapat
digunakan untuk bahan baku keramik sebagai pengganti dari kuarsa. Oleh karena itu pada penelitian ini diupayakan pembuatan keramik berpori dengan memanfaatkan debu vulkanik Gunung Sinabung, bentonit dan karbon aktif.
2. METODE PENELITIAN 2.1 Peralatan dan Bahan
Serbuk bentonit, serbuk debu vulkanik gunung Sinabung diambil dari desa Berastepu Kecamatan Simpang Empat Kabupaten Karo dan serbuk karbon aktif,ayakan 100 mesh, neraca, jangka sorong, High Temperature Furnance, Cetakan Sampel, Universal Testing Machine. 2. 2.Prosedur Penelitian
Bahan bentonit, debu vulkanik dan karbon aktif diayak masing-masing 100 mesh serta aquadest. Selanjutnya masing-masing bahan ditimbang, kemudian dibuat perbandingan komposisi bentonit, debu vulkanik dan karbon aktif seperti pada tabel 1 berikut.
Tabel 1. Perbandingan Komposisi Bahan Keramik Berpori No. Bentonit (%berat) Debu Vulkanik Gunung Sinabung (% berat) Karbon Aktif (% berat) 1 80 0 20 2 75 5 20 3 70 10 20 4 65 15 20 5 60 20 20
Serbuk bentonit,debu vulkanik dan karbon aktif diayak menggunakan ayakan ukuran 100 mesh. Kemudian campuran bahan baku tersebut diaduk hingga homogen dengan menambahan aquadest. Setelah campuran bahan baku merata, selanjutnya dimasukkan kecetakan.
Cetakan berbentuk pelet dengan diameter 3 cm dengan tinggi 4 cm, tebal 2,3 cm, lalu di press sebesar 5 ton selama 5 menit, kemudian cetakan dibuka sampel dikeluarkan dan dikondisikan di ruang terbuka selama 7 hari. Kemudian semua sampel dibakar dalam furnace pada suhu 1100 oC selama 2 jam, furnace dimatikan dan ditunggu selama 24 jam, sampel
dikeluarkan siap untuk diuji sifat fisis : densitas, porositas, susut massa dan susut bakar. 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Densitas
Densitas adalah ukuran kerapatan suatu zat yang dinyatakan banyaknya zat (massa) per satuan volume. Pengukuran densitas menggunakan standart ASTM C 373-88. Untuk mengukur densitas : (1) Dimana: ρ : Densitas (gr/cm3), mk : Massa sampel (gr) V : Volume sampel (cm3)
Hubungan densitas keramik berpori terhadap komposisi debu vulkanik Gunung Sinabung ditunjukkan seperti gambar 1.
Gambar 1.Grafik Hubungan Densitas KeramikBerpori dengan Debu Vulkanik Gunung Sinabung
Gambar 1 menunjukkan hubungan antara densitas keramik berpori terhadap penambahan debu vulkanik Gunung Sinabung. Terlihat bahwa densitas meningkat seiring dengan penambahan debu vulkanik Gunung Sinabung. Semakin bertambah komposisi debu vulkanik Gunung Sinabung maka nilai densitasnya juga semakin berkurang. Nilai densitas pada keadaan maksimum terjadi pada 20% debu vulkanik Gunung Sinabung yaitu 1,53 gr/cm3 dan minimum
pada penambahan 0% karbon aktif yaitu 1,43 gr/cm3.
3.2 Porositas
Porositas merupakan banyak pori suatu material yang dihitung dengan mencari persentase (%) berdasarkan daya serap bahan terhadap air dan perbandingan volume yang diserap terhadap volume total sampel. Pengukuran densitas menggunakan ASTM C 373-88.Untuk mengukur porositas :
(2) Dimana :
mb : Massa basah sampel (gr)
mk : Massa kering sampel (gr)
ρair : Densitas air (gr/cm3)
Vt : Volume total sampel (cm3)
Hubungan porositas keramik berpori terhadap komposisi debu vulkanik Gunung Sinabung ditunjukkan sepert gambar 2.
Gambar 2.Grafik Hubungan Porositas Keramik Berpori dengan Debu Vulkanik Gunung Sinabung
Dari gambar 2 terlihat bahwa pengaruh penambahan debu vulkanik Gunung Sinabung terhadap nilai porositas keramik berpori. Nilai porositas dari keramik berpori 22,40 % - 29,77 %. Pada komposisi penambahan 0 – 10 % debu vulkanik Gunung Sinabung terjadi penurunan nilai porositas kemudian terjadi peningkatan kembali pada komposisi 15 % - 20% penambahan debu vulkanik Gunung Sinabung. Nilai porositas maksimal berada pada komposisi 0 % penambahan keramik berpori yaitu sebesar 29,77 %. Pori yang terbentuk dikarenakan karbon aktif yang menjadi bahan baku keramik menguap dengan meningkatnya suhu pembakaran dan meninggalkan jejak-jejak pori.
3.3 Susut Massa
Susut massa adalah presentase penyusutan massa sebelum dilakukan pembakaran dan sesudah dilakukan pembakaran. Susut massa dihitung menggunkan persamaan:
(3) Dimana :
msbl : massa sebelum dibakar (gr)
mbkr : massa sesudah dibakar (gr)
Hubungan susut massa keramik terhadap komposisi debu vulkanik Gunung Sinabung di tunjukkan seperti gambar 3.
Gambar 3.Grafik Hubungan Susut Massa Keramik Berpori dengan Debu Vulkanik Gunung Sinabung
Dari gambar 3 menunjukkan pengaruh penambahan debu vulkanik Gunung Sinabung terhadap susut massa keramik berpori. Nilai susut massa mengalami penurunan pada komposisi 0 % - 15 % penambahan debu vulkanik Gunung Sinabung kemudian pada komposisi 20 % mengalami kenaikan. Nilai susut massa maksimal pada komposisi 20 % penambahan debu vulkanik Gunung Sinabung yaitu 32,05 %. Terjadinya perubahan massa keramik berpori setelah proses pembakaran dikarena karbon aktif menguap pada saat proses sintering berlangsung. 3.4 Susut Volume
Susut bakar adalah persentase penyusutan volume sebelum dilakukan pembakaran dan sudah dilakukan pembakaran. Susut bakar dihitung dengan menggunakan persamaan:
(4) Dimana :
Vsbl : Volume sebelum pembakaran (cm3)
Vbkr : Volume setelah pembakaran (cm3)
Hubungan susut volume keramik terhadap komposisi debu vulkanik Gunung Sinabung ditunjukkan seperti gambar 4.
Gambar 4. Hubungan Susut Volume Keramik Berpori dengan Debu Vulkanik Gunung Sinabung Dari gambar 4 menunjukkan pengaruh penambahan debu vulkanik Gunung Sinabung terhadap nilai susut volume keramik berpori. Nilai susut volume berbanding lurus dengan susut massa. Nilai susut volume mengalami penurunan pada komposisi 0 % - 15 % penamabahan debu vulkanik Gunung Sinabung kemudian mengalami peningkatan pada penambahan 20 % debu vulkanik Gunung Sinabung. Perubahan susut volume terjadi karena pada saat proses sintering atom-atom penyusun dalam bahan baku saling berikatan.
4. KESIMPULAN
Dari hasil-hasil uji keramik berpori yang telah dilakukan dapat disimpulkan sebagai berikut : 1. Dengan penambahan komposisi debu vulkanik Gunung Sinabung nilai susut massa serta
susut volume cenderung menurun. Hal ini dikarenakan atom-atom debu vulkanik Gunung Sinabung mengisi pori-pori yang ditimbulkan akibat suhu sintering 1100 oC selama 2 jam.
Nilai susut massa maksimum pada 20 % sebesar 32,05% dan susut volume pada pada 20 % sebesar 29,69 %.
2. Penambahan debu vulkanik Gunung Sinabung dalam pembuatan keramik berpori berpengaruh terhadap sifat fisis. Nilai densitas maksimum berada pada komposisi 20 % sebesar 1,53 gr/cm3 sedangkan porositas maksismum pada komposisi 0% sebesar 29,77%.
5. SARAN
Pada penelitian ini disarankan agar pada cetakan sampel sering dilumasi pelumas agar pada proses pencetakan sampel tidak mudah pecah.
6. DAFTAR PUSTAKA
[1] Daniel, A. 2012. Pengaruh Variasi Tekanan Terhadap Konstanta Kisi Debu Vulkanik Gunung Sinabung. Skripsi. Universitas Sumatera Utara. Medan
[2] Norton, F. H. 1974. Elements of Ceramics. Reading. Addison-Wesley Publishing Company [3] Pari, G. 2012. Teknologi Pembuatan Arang, Briket Arang Dan Arang Aktif Serta
Pemanfaatannya. Semarang : Kementrian Kehutanan Badan Penelitian Dan Pengembangan Kehutanan.
[4] Putri, Endang M. 2013. Pemanfaatan Bentonit Alam Sebagai Bahan Pengisi Pada Komposit Polipropilena Untuk Bahan Teknik. Tesis. Universitas Sumatera Utara. Medan. [5] Sebayang, P. Dkk.2009. Pengaruh Penambahan Serbuk Kayu Terhadap
Karakteristik Keramik Cordirite Berpori Sebagai Bahan Filter Gas Buang. Jurnal Fisika Himpunan Fisika Indonesia.Volume 7 No. 1.ISSN No. 0854-3046 : 25-38.
[6] Sinuhaji, N.F. 2011. Analisis Logam Berat dan Unsur Hara Debu Vulkanik Gunung Sinabung Kabupaten Karo-Sumatera Utara. Skripsi. Universitas Sumatera Utara. Medan.
