JU RN AL GEO FISIKA 2006/1
2
Kajian tentang Sifat Magnetik Pasir Besi dari Pantai Sunur,
Pariaman, Sumatera Barat
Fatni Mufit1, Fadhillah2, Harman Amir1, Satria Bijaksana3
1
Jurusan Fisika FMIPA, Universitas Negeri Padang, Jl. Prof. Dr. Hamka, Padang 25131
2
Jurusan Teknik Pertambangan, FT, Universitas Negeri Padang, Jl. Prof. Dr. Hamka, Padang 25131
3
FMIPA, Institut Teknologi Bandung Jl. Ganesa 10, Bandung 40132
Abstrak
Telah dilakukan serangkaian pengukuran magnetik dan non-magnetik terhadap sepuluh sampel pasir besi dari pantai Sunur, Pariaman, Sumatera Barat. Penelitian ini dilakukan untuk melihat sifat dan karakter mineral magnetik penyusun pasir besi. Beberapa metoda magnetik yang dilakukan adalah pengukuran suseptibilitas magnetik, pemberian dan peluruhan ARM, pemberian saturasi IRM, serta pengukuran suseptibilitas magnetik sebagai fungsi dari temperatur rendah. Selain pengukuran magnetik, dilakukan pula difraksi sinar X dan analisa photomineralogy untuk melihat komposisi mineral pasir besi. Hasil-hasil pengukuran menunjukkan bahwa mineral utama penyusun pasir besi adalah magnetit (Fe3O4), sebagaimana ditunjukkan tidak saja melalui
suseptibilitas magnetik yang tinggi (hingga 2,58 × 10-4 m3/kg) tetapi juga dari medan saturasi IRM yang relatif rendah. Pengukuran-pengukuran lain menunjukkan bahwa selain magnetit, terdapat pula mineral-mineral magnetik lain seperti hematit (α-Fe2O3) dan ilmenit (FeTiO3). Tingginya kandungan mineral magnetik dari pasir
besi Pantai Sunur memberikan harapan untuk pemanfaatan pasir besi ini secara lebih ekonomis, selektif dan ramah lingkungan. Untuk itu diperlukan kajian-kajian yang lebih rinci.
Abstract
Magnetic as well as non-magnetic measurements had been done on ten iron sand samples from Sunur Beach, Pariaman, West Sumatra. This research is intended to seek the properties of magnetic minerals in the iron sand. Magnetic methods include magnetic susceptibility measurement, ARM decay, IRM saturation, and measurement of low temperature magnetic susceptibility. Apart from magnetic methods, an X-ray diffraction and photomineralogy analyses were also carried out to observe the mineral composition of iron sand. Results show that the main magnetic mineral in iron sand is magnetite (Fe3O4), as indicated by not only high magnetic
susceptibility (up to 2.58 × 10-4 m3/kg) but also by the low field requited to saturate the IRM. Other measurements and analyses show that apart from magnetite there are also other magnetic minerals notably hematite (α-Fe2O3) dan ilmenite (FeTiO3). The high magnetic mineral content of iron sand from Sunur Beach
provides hope that this deposit of iron sand can be exploited not only in more economical and selective fashions, but also environmentaly friendlier. More analytical works are to be done.
1. Pendahuluan
Pasir besi merupakan salah satu sumber daya alam di Sumatera Barat yang belum dimanfaatkan secara optimal. Pasir besi ini tersebar di beberapa lokasi pesisir pantai, diantaranya di Pantai Sunur, Kota Pariaman, Propinsi Sumatera Barat. Industri semen setempat, PT Semen Padang, pernah mencoba memanfaatkan pasir besi ini, dalam bentuk bahan mentah atau raw material, sebagai bahan campuran semen. Namun demikian, pemanfaatan ini mendapat tanggapan negatif dari masyarakat setempat karena eksploitasi pasir besi secara besar-besaran dikhawatirkan akan mengakibatkan terjadinya pada kerusakan lingkungan.
Pada penelitian ini akan dikaji sifat magnetik dari endapan pasir besi di pantai Sunur dengan harapan bahwa melalui sifat magnetiknya, pasir besi ini
dapat dimanfaatkan dengan nilai ekonomi yang lebih tinggi dan secara ramah lingkungan. Telah diketahui sebelumnya (Yulianto dkk, 2002), bahwa endapan pasir besi, dapat memiliki mineral-mineral magnetik seperti magnetit (Fe3O4), hematit (α-Fe2O3), dan
maghemit (γ-Fe2O3). Mineral-mineral tersebut
JU RN AL GEO FISIKA 2006/1
3
2. Metodologi
Sampel-sampel pasi besi diambil dari sepuluh lokasi di sepanjang Pantai Sunur, Pariaman, Sumater Barat dan diberi label PSNR 1 hingga PSNR 10. Masing-masing lokasi terpisah pada jarak beberapa ratus meter. Lokasi sampel ke 9 dan 10 sebelumnya merupakan lokasi penambangan pasir besi untuk keperluan PT Semen Padang.
Proses preparasi dan pengukuran sampel dilakukan di Laboratorium Kemagnetan Batuan FMIPA ITB. Pasir besi yang akan diukur sifat magnetiknya dikemas dalam sample holder (wadah) yang terbuat dari plastik berbentuk silinder berukuran tinggi 2.2 cm dan diameter 2.54 cm. Setiap wadah mengandung pasir besi dengan massa sekitar 1 gram dicampur dengan silicon glass sealant yang bersifat non magnetik sebanyak kurang-lebih sekitar 6 gram. Campuran pasir besi dengan silicon glass sealant diaduk rata dan dimasukkan ke dalam wadah sampai penuh. Massa total sampel dihitung, setelah dikurangi dengan massa sample holder kosong sebagai koreksi. Gambar 1 memperlihatkan alat-alat yang digunakan untuk membentuk sampel pengukuran pada penelitian ini.
Gambar 1.
Peralatan untuk pembuatan sampel yang akan digunakan untuk metoda-metoda magnetik.
Kesepuluh sampel kemudian diukur suseptibilitas magnetiknya dengan Bartington magnetic susceptibility meter model MS2. Alat ini memiliki selang pengukuran 1 × 10-6 hingga 9999 × 10-6 dalam cgs atau 1,26 × 10-5 hingga 1,26 × 10-1 dalam SI. Pengukuran suseptibilitas magnetik dilakukan pada tiga arah yang saling tegak lurus dan kemudian ditentukan nilai rata-ratanya. Tinggi rendahnya nilai suseptibilitas magnetik dapat memberikan informasi tentang kandungan mineral magnetik pada sampel.
Sampel-sampel tersebut kemudian diberi magnetisasi artifisial dalam bentuk ARM (anhysteretic remanent magnetization) dan
kemudian diukur nilai dan stabilitas peluruhannya. Intensitas ARM dapat memberikan indikasi tentang kandungan mineral magnetik yang ada pada sampel, sementara peluruhan ARM dapat memberikan informasi tentang ukuran bulir magnetik serta domain-domainnya. Pemberian ARM dilakukan dengan Molspin AF demagnetizer yang dilengkapi dengan alat PARM, sementara pengukuran intensitas ARM dilakukan dengan menggunakan Minispin magnetometer. Peluruhan ARM dilakukan dengan memberikan medan demagnetisasi secara bertahap mulai dari 2,5 mT hingga ARM yang tersisa hanya tinggal 1 sampai 5% dari ARM semula.
Kesepuluh sampel, selanjutnya dikenai magnetisasi artifisial lainnya dalam bentuk IRM atau isotermal remanent magnetization. IRM ini dikenakan pada sampel melalui pemberian medan magnetik yang tinggi hingga diperoleh keadaan saturasi. Tinggi rendahnya medan magnetik yang diperlukan untuk mencapai keadaan saturasi merupakan indikator dari jenis mineral magnetik pada sampel. IRM diberikan dengan sebuah elektromagnet yang dapat memberikan medan amagnetik hingga 1 T. Besarnya IRM pada setiap langkah diukur dengan Minispin magnetometer.
Pada tahap berikutnya, kesepuluh sampel juga diukur suseptibilitas magnetiknya sebagai fungsi dari temperatur rendah. Masing-masing mineral magnetik mempunyai transisi fasa yang merupakan ciri khasnya. Karena itu diharapkan bahwa, melalui pengukurn suseptibilitas versus temperatur rendah, akan diketahui mineral magnetik yang dominan pada pasir besi. Pengukuran suseptibilitas sebagai fungsi temperatur rendah masih dilakukan dengan Bartington magnetic susceptibility meter, namun kumparan yang digunakan adalah tipe MS2W. Kumparan ini dilengkapi dengan sebuah wadah khusus yang terbuat dari styrofoam untuk menampung nitrogen cair. Sampel ditempatkan pada wadah tersebut dan direndam dalam nitrogen cair yang bertemperatur 77K. Suseptibilitas sampel kemudian diukur seiring dengan naiknya temperatur menuju temperatur ruang. Proses naiknya temperatur dari 77K ke temperatur ruang biasanya ditempuh dalam waktu kira-kira 30 menit.
JU RN AL GEO FISIKA 2006/1
4
3. Hasil dan Diskusi
Hasil pengukuran menunjukkan bahwa mineral utama penyusun pasir besi pantai Sunur adalah magnetit (Fe3O4). Hal ini terlihat dari sebaran nilai
suseptibilitas magnetik yang berkisar antara 0,67 hingga 2,58 × 10-4 m3/kg (Hunt dkk, 1995). Nilai suseptibilitas tertinggi tidak berbeda jauh dengan nilai suseptibilitas magnetik dari pasir besi Cilacap yang bernilai 2,85 × 10-4 m3/kg (Yulianto dkk, 2002). Hal ini juga diperkuat dengan hasil saturasi IRM yang memperlihatkan bahwa sampel memperoleh saturasi magnetik pada medan di bawah 300 mT (Gambar 2) yang merupakan ciri mineral magnetit. Tergantung pada ukuran bulirnya mineral magnetit akan mencapai saturasi pada medan ≤ 300 mT (Moskowitz, 1991).
Gambar 2
Kurva saturasi IRM untuk PSNR 10.
Sementara itu, hasil pengukuran suseptibilitas sebagai fungsi temperatur rendah menunjukkan bahwa terdapat adanya transisi fasa pada temperatur sekitar –100ºC (Gambar 3). Transisi ini tidak sepenuhnya identik dengan transisi Verwey untuk magnetit yang seharusnya terjadi pada temperatur sekitar 120K atau –153ºC (Dunlop dan Ozdemir, 1997). Perbedaan ini sangat mungkin disebabkan akibat adanya ketidakmurnian pada pasir besi. Ini berarti bahwa selain magnetit, juga terdapat mineral-mineral magnetik lainnya.
Gambar 4 memperlihatkan kurva peluruhan ARM pada sampel pasir besi. Terlihat bahwa, ARM meluruh dengan cukup cepat pada medan magnetik yang relatif rendah. Pada medan demagnetisasi sebesar 12,5 mT, intensitas ARM sudah meluruh hingga kurang dari 20% intensitas mula-mula. Hal ini menunjukkan bahwa pasir besi yang mayoritas berupa magnetit mempunyai bulir-bulir magnetik (magnetic grains) berukuran besar dan bersifat domain jamak atau multidomain (MD) (Moskowitz, 1991).
Adanya ketidakmurnian mineral magnetik pada pasir besi juga terlihat dari analisa photomineralogy (Gambar 5) Selain magnetit, terdapat pula hematit (H), ilmenit (I, FeTiO3) serta mineral-mineral yang
lain (gauge minerals atau GM). Mineral-mineral ini terbentuk bersama, lazimnya dalam bentul lamellae antara magnetit, misalnya dengan ilmenit. Analisa ini juga memperlihatkan bahwa konsentrasi magnetit, hematit, dan ilmenit masing-masing adalah 54.6%, 7.2%, dan 3.5%.
Terakhir, hasil analisa difraksi sinar X (Gambar 6) memperlihatkan bahwa pasir besi memang mengandung magnetit dan hematit disamping mineral-mineral lainnya, seperti kuarsa dan anapait. Hasil difraksi sinar X tidak memperlihatkan adanya maghemit. Hal ini serupa dengan apa yang dilaporkan oleh Yulianto dkk (2002) pada pasir besi Cilacap.
Gambar 3.
Kurva suseptibilitas magnetik sebagai fungsi temperature rendah (PSNR 10).
Gambar 4.
JU RN AL GEO FISIKA 2006/1
5 Gambar 5.
Hasil analisa photomineralogy untuk PSNR 10.
Gambar 6.
Kurva analisa difraksi sinar-X (PSNR 10).
4. Kesimpulan
Pada penelitian ini telah ditunjukkan bahwa pasir besi dari Pantai Sunur, Pariaman, Sumatera Barat mempunyai kandungan mineral magnetik berupa magnetit dan hematit yang cukup tinggi. Karakteristik magnetik dari pasir besi ini mendekati karakteristik pasir besi yang telah ditambang secara besar-besaran di Cilacap, Jawa Tengah. Seperti juga mineral magnetik dari pasir besi di Cilacap, mineral magnetik dari pasie besi Pantai Sunur juga memperlihatkan ukuran bulir magnetik yang cukup besar serta moda perumbuhan mineral yang
membentuk lamellae. Tingginya nilai suseptibilitas magnetik serta tingginya kandungan mineral magnetik pada sejumlah lokasi memberikan peluang untuk pemanfaatan pasir besi lebih jauh setelah melalui kajian yang lebih rinci.
Ucapan Terima kasih
Ucapan terima kasih disampaikan pada Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi yang membantu pendanaan projek penelitian ini melalui Hibah Pekerti Angkatan III. Terima kasih juga disampaikan pada Dr. La Ode Ngkoimani, Dr. Siti Zulaikah, Hamdi Rifai, Khumaedi, dan Agus Yulianto atas bantuan-bantuan teknis yang diberikan selama penelitian ini berlangsung. Sebagian pengukuran dilakukan oleh mahasiswa dan mahasiswi Jurusan Fisika FMIPA Universitas Negeri Padang.
Daftar Pustaka
Bijaksana, S, (2002), Kajian Sifat Magnetik Pada Endapan Pasir Besi di Wilayah Cilacap dan Upaya Pemanfaatannya untuk Bahan Industri, Laporan Penelitian Hibah Bersaing, ITB.
Dunlop, D., Ö. Özdemir, (1997), Rock Magnetism, Cambridge University Press, Cambridge.
Hunt, C. P., B. Moskowitz, S. K. Banerjee, (1995), Magnetic properties of rocks and minerals, in T. J. Ahrens, ed., Rock Physics & Phase Relation, A Handbook of Physical Constants, American Geophyical Union, Washington, pp. 189-204.
Moskowitz, B.M, (1991), Hitchhiker’s guide to magnetism in Enviromental Magnetism Workshop, University of Minnesota, 5-8 June 1991.
