BAB II TINJAUAN PUSTAKA - Solidifikasi/Stabilisasi Limbah Slag Yang Mengandung Chrom (Cr) dan Timbal (Pb) dari Industri Baja Sebagai Campuran Dalam Pembuatan Concrete (Beton)

6

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 LIMBAH INDUSTRI BAJA

Dunia industri akhir-akhir ini berkembang cukup pesat seiring dengan perkembangan zaman. Seperti kita ketahui bahwa suatu industri seringkali menghasilkan limbah yang merupakan sisa hasil pengolahan produk industri. Dengan meningkatnya industri berarti meningkat pula limbah buangan dari pabrik tersebut. Limbah yang dihasilkan jika tidak dikelola secara baik akan menimbulkan dampak buruk bagi lingkungan, yang pada akhirnya berimbas pada kesehatan masyarakat yang tinggal di lingkungan tersebut. Oleh karena itu dibutuhkan pengadaaan sarana pengolahan limbah yang dibutuhkan guna mengurangi dampak limbah tersebut. Namun demikian bagi pihak industri, penanganan limbah masih terbentur faktor biaya, disamping terbatasnya penyediaan lahan di daerah perkotaan.

Salah satu bidang industri yang saat ini makin maju perkembangannya adalah industri pengolahan baja. Seiring dengan berkembangnya industri pengolahan baja tersebut maka limbah yang dihasilkan akan meningkat pula. Limbah tersebut berupa limbah B3 bahan berbahaya dan beracun (B3) padat yang secara fisik menyerupai agregat kasar yang disebut slag. Dalam perkembangannya, limbah baja padat (slag) yang dihasilkan oleh industri peleburan baja semakin menumpuk hingga mencapai 10 – 15 ton per hari dan perlu dilakukan penanganan yang serius karena dapat merusak lingkungan [15].

2.2 SLAG BAJA

7

dan berlubang disebabkan terperangkapnya gas ketika slag panas mengalami proses pendinginan [12].

Gambar 2.1 Limbah Slag Industri Baja

Slag dihasilkan selama proses pemisahan cairan baja dari bahan pengotornya pada tungku-tungku baja. Pada peleburan baja, bijih besi atau besi bekas dicairkan dengan kombinasi batu gamping, dolomite atau kapur. Pembuatan baja dimulai dengan penghilangan ion-ion pengotor baja, diantaranya aluminium, silikon, dan phosphor. Ion-ion tersebut dapat menyebabkan baja menjadi tidak keras dan rapuh atau sulit untuk dibentuk menjadi lembaran – lembaran baja . Untuk penghilangan ion pengotor tersebut diperlukan kalsium yang terdapat pada batu kapur. Campuran kalsium dan aluminium, silika dan phosphor membentuk slag. Slag mengambang pada permukaan cairan baja, kemudian dibuang. Slag terbentuk pada suhu 1580oC, berbentuk tidak beraturan dan mengeras ketika dingin slag juga mengandung logam berat yang tinggi [12].

Slag yang semakin hari semakin menumpuk juga menimbulkan permasalahan lingkungan, sehingga tidak salah apabila slag mulai digunakan sebagai material alternatif pembuatan jalan, pondasi, produksi semen, stabilisasi tanah, pertanian, media pengolahan air limbah, dan sebagainya. Hal ini membuktikan bahwa slag

8

Secara umum sifat fisik dari slag adalah sebagai berikut : tidak mudah terbakar, mempunyai pH 7,9 (tidak korosif), tidak bersifat reaktif dan bersifat racun yaitu mengandung sianida atau sulfide [14]. Kandungan logam berat yang terdapat pada slag dapat dilihat pada tabel 2.1.

Tabel 2.1 Kandungan Logam Berat pada Slag [12] No Logam Berat Rumus kimia Kandungan (mg/kg)

1

9 2.3 LOGAM CHROM (Cr)

Logam berat kromium (Cr) merupakan logam berat dengan berat atom 51,996 g/mol ; berwarna abu-abu ; tahan terhadap oksidasi meskipun pada suhu tinggi, mengkilat, keras, memiliki titik cair 1,8570C dan titik didih 2,6720C, bersifat paramagnetik (sedikit tertarik oleh magnet), membentuk senyawa-senyawa berwarna, memiliki beberapa bilangan oksidasi , yaitu +2, +3, +6 dan stabil pada bilangan oksidasi +3. Bilangan oksidasi +4 dan +5 jarang ditemukan pada logam ini. Senyawa kromium pada bilangan oksidasi +6 merupakan oksidan yang kuat. Kromium bisa membentuk berbagai macam ion kompleks yang berfungsi sebagai katalisator [18]

Semua spesi ion kromium banyak krom trivalen (Cr3+) dan krom heksavalen (Cr6+) yang mempunyai implikasi biologis yang signifikan. Proses perubahan spesi ion dari trivalen menjadi heksavalen dapat terjadi di dalam tubuh organisme, spesi ion dari heksavalen menjadi trivalen tidak pernah terjadi di dalam tubuh organisme. Selanjutnya diuraikan, kromium bervalensi 3 merupakan unsur esensial pada makhluk hidup, karena berperan dalam metabolisme glukosa dan lipida. Kromium dalam jumlah sedikit sangat dibutuhkan makhluk hidup sebagai unsur mikro [20].

Dengan terjadinya pencemaran lingkungan, kadar unsur krom yang masuk ke dalam tubuh manusia dapat meningkat melebihi kadar normal (kadar normal : 0,05 mg/kg berat badan), baik melalui makanan maupun air minum, mencerna makanan yang mengandung kadar kromium tinggi bisa menyebabkan gangguan pencernaan, berupa sakit lambung, muntah, dan pendarahan, luka pada lambung, konvulsi, kerusakan ginjal, dan hepatitis, bahkan dapat menyebabkan kematian [23].

10

dengan kadar yang sama yakni 0,05mg/L, sedang baku mutu logam Cr untuk biota laut adalah 0,05 mg/Kg [16].

2.4 LOGAM TIMBAL (Pb)

Timbal atau dalam keseharian lebih dikenal dengan nama timah hitam, dalam bahasa ilmiahnya dinamakan plumbum dan disimbolkan dengan Pb. Mempunyai nomor atom (NA) 82 dengan berat atom (BA) 207,2 [18]. Logam timbal Pb adalah jenis logam lunak berwarna coklat kehitaman dan mudah dimurnikan. Logam Pb lebih tersebar luas dibanding kebanyakan logam toksik lainnya dan secara alamiah terdapat pada batu-batuan serta lapisan kerak bumi. Dalam pertambangan, logam ini berbentuk sulfida logam (PbS) yang sering disebut galena [20].

Timbal menunjukkan gangguan pada system syaraf, hometologic, dan mempengaruhi kinerja ginjal. Pencemaran lingkungan oleh kontaminan logam berat ini seperti cadmium, chromium, mercuri, timbal dan lainnya, masuk ke lingkungan melalui limbah industri, pertambangan, buangan dari proses electroplating, pembakaran bahan bakar minyak dan sebagainya. Ion-ion logam berat tersebut mencemari lingkungan, sebagian besar terbawa melalui jalur air. Proses ini akan lebih cepat bila memasuki tubuh manusia melalui rantai makanan, sangatlah sukar membersihkan lingkungan yang telah tercemar oleh logam.

Efek Pb terhadap kesehatan terutama terhadap sistem haemotopoetic (sistem pembentukan darah), adalah menghambat sintesis hemoglobin dan memperpendek umur sel darah merah sehingga akan menyebabkan anemia. . Anak yang terpapar Pb akan mengalami degradasi kecerdasan alias idiot. Kebersihan suatu industri akan mengurangi jumlah dan besarnya komplikasi renal pekerja yang keracunan [7].

11

Pb telah dilaporkan sejak abad 19, walaupun demikian data mengenai dosis dan efek Pb terhadap fungsi reproduksi perempuan, sampai sekarang masih sedikit [26].

2.5 SOLIDIFIKASI/STABILISASI

Pencemaran tanah oleh logam berat seperti Chrom (Cr) Dan Timbal (Pb) adalah mobilitas dan pelepasan logam berat ke dalam tanah. Mobilitas logam berat berkaitan dengan gerakan senyawa-senyawa berbahaya dalam tanah ke aliran air tanah dan efeknya bila terjadi kontak dengan material biologi. Pelepasan logam berat berkaitan dengan efek kontak fisik dengan kontaminan, termasuk kemungkinan masuknya kontaminan ke dalam material. Salah satu pengolahan limbah logam berat seperti merkuri dapat diatasi dengan proses stabilisasi/solidifikasi, Stabilisasi/solidifikasi diyakini dapat membatasi pergerakan unsur dan senyawa B-3 dengan membentuk ikatan massa monolit dengan struktur yang kekar [1]

Stabilisasi/solidifikasi (S/S) adalah proses yang melibatkan pencampuran limbah dengan zat pengikat untuk mengurangi pelepasan kontaminan baik secara fisik maupun kimia dan mengkonversi atau mengubah limbah berbahaya ke dalam bentuk yang bersahabat dengan lingkungan untuk keperluan konstruksi atau penimbunan tanah [5]. Proses solidifikasi/stabilisasi telah digunakan dalam penanganan limbah lebih dari 20 tahun, dan beberapa istilah diberikan pada langkah penanganan yang berbeda yang termasuk dalam proses solidifikasi/stabilisasi.

12

reaktif dan toksik. Prosedur Peluluhan Karakteristik Toksisitas (TCLP,

Toxicity Characteristic Leaching Procedure) merupakan uji untuk limbah beracun. Proses solidifikasi/stabilisasi biasanya dipakai untuk menguji limbah beracun [9].

2. Solidifikasi adalah suatu penanganan yang menghasilkan padatan limbah yang memiliki identitas struktural yang tinggi. Proses solidifikasi menyebabkan kontaminan tidak dapat berinteraksi dengan reagen solidifikasi. Hal ini terjadi karena secara mekanik, kontaminandikunci atau dijebak dalam padatan yang terbentuk dari proses solidifikasi [19].

3. Stabilisasi adalah suatu teknik yang didesain untuk meminimalkan mobilitas atau kelarutan kontaminan baik dengan atau tanpa terjadi perubahan sifat fisik dari limbah. Proses stabilisasi biasanya melibatkan penambahan material ke dalam limbah berbahayadan menciptakan produk yang lebih tidak berbahaya [19].

4. Pengikat (binder), biasanya semen atau material seperti semen, atau resin yang digunakan untuk mengikat partikel secara bersama-sama. Penambahan air atau bahan aditif lain sangat dimungkinkan. Pengikat akan menciptakan bentuk limbah yang terstabilkan. Semen Portland merupakan pengikat yang paling umum digunakan dalam proses solidifikasi/stabilisasi [20].

5. Bahan aditif adalah material yang ditambahkan ke dalam binder untuk meningkatkan keberhasilan proses solidifikasi/stabilisasi. Bahan aditif, seperti silika dapat memperlambat proses pengerasan, lempung dapat meningkatkan ketahanan terhadap air atau kontaminan, dan surfaktan dapat meningkatkan penyatuan senyawa organik. Bahan aditif biasanyaditambahkan hanya dalam jumlah kecil [24].

2.6 TUJUAN PROSES SOLIDIFIKASI/STABILISASI

Proses Solidifikasi/Stabilisasi (S/S) didesain untuk mengakomodasikan salah satu ataulebih dari tujuan berikut [24]:

13

2. Meningkatkan penanganan dan karakteristik fisik limbah dengan cara menciptakan suatumatrik padatan yang tidak bebas air.

3. Menurunkan luas muka limbah dengan cara mentransfer kontaminan yang mungkin terdapat dalam padatan limbah.

Untuk mengetahui keberhasilan tujuan dari proses solidifikasi/stabilisasi dilakukan dengan cara melakukan uji standard dan uji termodifikasi. Tiga hal yang umumnya dilakukan dalam pengujian proses solidifikasi/stabilisasi adalah [19]:

1. Fisik, mencakup kelembaban, kerapatan, kepadatan, kekuatan dan daya tahan.

2. Kimiawi, mencakup pH, reaksi redoks, kapasitas penetralan asam, kebasaan, dan kandungan senyawa organik.

3. Peluluhan, mencakup TCLP, prosedur ekstraksi bertingkat, peluluhan dinamis prosedur peluluhan pengendapan asam sintetis (SPLP, Synthetic Acid Precipitation Leaching Procedure) dan ekstraksi berurutan.

Penanganan dengan proses solidifikasi/stabilisasi dikatakan berhasil bila dihasilkan produk limbah yang kuat dan tahan lama yang tidak akan meluluhkan logam dalam jangka waktu pendek maupun panjang. Bentuk limbah yang tidak kuat dan padat akan mudah berkurang seiring dengan berjalannya waktu, mudah hancur menjadi bagian-bagian yang lebih kecil, sehingga akanmeningkatkan resiko peluluhan. Bentuk limbah harus tahan lama dalam lingkungan yang selalu berubah dan mempunyai tingkat ketahanan terhadap siklus kering/basah dan pembekuan/pencairan.

2.7 BETON

14

jika pengolahan akhir dilakukan dengan cara khusus, misalnya diekspose agregatnya (agregat yang mempunyai bentuk yang bertekstur seni tinggi diletakkan dibagian luar, sehingga nampak jelas pada permukaan betonnya). Selain tahab terhadap serangan api, beton juga tahan terhadap serangan korosi [24].

Beton mempunyai beberapa kelebihan, antara lain yaitu [24]: 1. Dapat dengan mudah dibentuk sesuai dengan kebutuhan konstruksi. 2. Mampu memikul beban yang berat.

3. Tahan terhadap temperatur yang tinggi.

4. Nilai kekuatan dan daya tahan (durability) beton adalah relatif tinggi. 5. Biaya pemeliharaan yang kecil.

Selain kelebihan, beton juga mempunyai beberapa kekurangan antara lain yaitu [24] :

1. Bentuk yang telah dibuat sulit untuk dirubah.

2. Pelaksanaan pekerjaan membutuhkan ketelitian yang tinggi. 3. Kekuatan tarik beton relatif rendah.

4. Daya pantul suara yang besar.

2.7.1. Material Penyusun Beton

1. Agregat

15

Sifat yang paling penting dari suatu agregat (batu-batuan, kerikil, pasir dan lain- lain) ialah kekuatan hancur dan ketahanan terhadap benturan, yang dapat mempengaruhi ikatannya dengan pasta semen, porositas dan karakteristik penyerapan air yang mempengaruhi daya tahan terhadap proses pembekuan waktu musim dingin dan agresi kimia, serta ketahanan terhadap penyusutan [24]

2. Semen Portland

Semen portland atau biasa disebut semen adalah bahan pengikat hidrolis berupa bubuk halus yang dihasilkan dengan cara menghaluskan klinker ( bahan ini tertuma terdiri dari silika-silika kalsium yang bersifat hidrolis), dengan batu gips sebagai bahan tambahan [24]. Semen portland adalah bahan konstruksi yang paling banyak digunakan dalam pembuatan beton. Semen portland didefinisikan sebagai semen hidrolik yang dihasilkan dengan menggiling klinker yang terdiri dari kalsium silikat hidrolik, yang umumnya mengandung satu atau lebih bentuk kalsium sulfat sebagai bahan tambahan yang digiling bersama-sama dengan bahan utamanya [20].

Semen portland yang digunakan di Indonesia harus memenuhi syarat SII.0013-8 1 atau Standar Uji Bahan Bangunan Indonesia 1986 dan harus memenuhi persyaratan yang ditetapkan dalam standar tersebut [22]. Sifat Sifat Semen Portland

Semen portland memiliki beberapa sifat yang diantaranya dijelaskan sebagai berikut [24]:

1) Kehalusan Butir

16

semen. Cara yang paling sederhana dan mudah dilakukan ialah dengan mengayaknya.

2) Kekekalan Bentuk

Yang dimaksud dengan kekekalan bentuk adalah sifat dari bubur semen yang telah mengeras, dimana bila adukan semen dibuat suatu bentuk tertentu bentuk itu tidak berubah. Buka benda dari adukan semen yang telah mengeras. Apabila benda menunjukkan adanya cacat (retak, melengkung, membesar atau menyusut), berarti semen itu tidak baik atau tidak memiliki sifat tetap bentuk.

3) Kekuatan Semen

Kekuatan mekanis dari semen yang mengeras merupakan sifat yang perlu diketahui di dalam pemakaian. Kekuatan semen ini merupakan gambaran mengenai daya rekatnya sebagai bahan perekat/pengikat. Pada umumnya, pengukuran kekuatan daya rekat ini dilakukan dengan menentukan kuat lentur, kuat tarik atau kuat tekan (desak) dari campuran semen dengan pasir.

a. Klasifikasi Semen Portland

Sesuai dengan tujuan pemakaiannya semen Portland dibagi menjadi 5 (lima) tipe, yaitu :

1) Tipe I : Semen Portland untuk penggunaan umum yang tidak memerlukan persyaratan-persyaratan khusus.

2) Tipe II : Semen Portland yang dalam penggunaannya memerlukan ketahanan terhadap sulfat dan panas hidrasi sedang.

3) Tipe III : Semen Portland yang dalam penggunaannya menuntut kekuatan awal yang tinggi.

4) Tipe IV : Semen Portland yang dalam penggunaannya menuntut persyaratan panas hidrasi rendah.

17

Tabel 2.2 Karakteristik Fisika dan Kimia Semen Portland [2]

Komposisi Tipe Semen Portland

I II III IV V

Silikon dioksid (SiO2) Min, % Aluminium oksid (Al2O) Max, % Feri oksid (Fe2O) Max, %

Magnesium oksid (MgO) Max, % Sulfur trioksid (SO3) Max, % Trikalsium silikat (3CaO.SiO2), %

b. Bahan Penyusun Semen Portland

Bahan utama pembentuk semen portland adalah kapur (CaO), silica (SiO3), alumina (Al2O3), sedikit magnesia (MgO), dan terkadang sedikit alkali. Untuk mengontrol komposisinya, terkadang ditambahkan oksida besi, sedangkan gipsum (CaSO4.2H2O) ditambahkan untuk mengatur waktu ikat semen. [20]. Komposisi senyawa utama dan senyawa pembentuk dalam semen portland dapat dilihat pada tabel berikut ini:

Tabel 2.3 Komposisi Senyawa Utama Semen Portland [14]

Nama Kimia Rumus Kimia Persen Berat

18

Tabel 2.4 Komposisi Senyawa Pembentuk Semen Portland [14]

Oksida Nama Senyawa Persen Berat

CaO

Air diperlukan pada pembuatan beton beton untuk memicu proses kimiawi semen, membasahi agregat dan memberikan kemudahan dalam pekerjaan beton. Air yang dapat diminum umumnya dapat digunakan sebagai campuran beton. Air yang mengandung senyawa-senyawa yang berbahaya, yang tercemar garam, minyak, gula atau bahan kimia lainnya , bila dipakai dalam campuran beton akan menurunkan kualitas beton, bahkan dapat mengubah sifat-sifat beton yang dihasilkan [20]

19

Adanya garam-garam, mangan, timah, seng, tembaga, dan timah hitam dengan jumlah cukup besar pada air adukan akan menyebabkan pengurangan kekuatan beton. Beberapa garam seperti sodium iodium, sodium posphate, sodium arsenat, dan sodium borat mengurangi kuat awal beton menjadi sangat rendah. Sodium karbonat dan potasium dapat menyebabkan ikatan sangat cepat dan dalam konsentrasi yang besar akan mengurangi kekuatan beton. Adanya kalsium khlorida mempercepat ikatan dan pengerasan. Air laut umumnya mengandung 3,5 persen larutan garam, sekitar 78 persennya adalah magnesium sulfat. Adanya garam-garam dalam air laut ini dapat mengurangi kekuatan beton sampai 20 persen [20].

Dalam pemakaian air untuk beton itu sebaiknya air memenuhi syarat sebagai berikut:

a. Tidak mengandung lumpur lebih dari 2 gram/liter.

b. Tidak mengandung garam-garam yang dapat merusak beton lebih dari 15 gram.

c. Tidak mengandung khlorida (Cl) lebih dari 0,5 gram/liter. d. Tidak mengandung senyawa sulfat lebih dari 1 gram/liter

Kandungan zat-zat tersebut apabila terlalu banyak dapat berpengaruh jelek terhadap beton, antara lain:

a. Mempengaruhi proses reaksi kimia dari semennya.

b. Mempengaruhi lekatan antara pasta semen dan butiran batuan. c. Mengurangi kekuatan atau keawetan beton.

d. Dapat juga membuat beton mengembang, sehingga terjadi retak-retak Secara umum air yang dapat dipakai untuk bahan pencampur beton ialah air yang bila dipakai akan dapat menghasilkan beton dengan kekuatan lebih dari 90% kekuatan beton yang memakai air suling.

20

Workability adukan beton plastis dapat diusahakan dengan menggunakan gradasi agregat yang baik. Tetapi gradasi untuk mobilitas yang baik memerlukan butir-butir berlapis pasta semen untuk dapat memudahkan gerak adukan betonnya, sehingga butir-butir tidak dapat saling bersinggungan.

4. Pengaruh agregat kasar terhadap kualitas beton

Selain kekuatan pasta semen, hal ini yang perlu menjadi perhatian adalah agregat. Seperti yang telah dijelaskan, proporsi campuran agregat dalam beton 70-80%, sehingga pengaruh agregat akan menjadi besar, baik dari sisi ekonomi maupun dari sisi tekniknya. Semakin baik mutu agregat yang digunakan, secara linier dan tidak langsung akan menyebabkan mutu beton menjadi baik, begitu juga sebaliknya.

Agregat yang digunakan dalam beton berfungsi sebagai bahan pengisi, namun karena prosentase agregat yang besar dalam volume campuran, maka agregat memberikan kontribusi terhadap kekuatan beton [20].

Faktor-faktor yang mempengaruhi kekuatan beton terhadap agregat adalah sebagai berikut [24]):

a. Perbandingan agregat dan semen campuran. b. Kekuatan agregat

c. Bentuk dan ukuran d. Tekstur permukaan e. Gradasi

f. Reaksi kimia