Mineral Lempung (Kaolin dan Bentonit)
2. Penyajian 1. Materi
2.1. a. Mineral Lempung
Istilah mineral lempung mengacu pada mineral
mineral yang memiliki perilaku khusus, di antaranya adalah mengembang (swelling) dan menyusut (shrinkage). Perilaku tersebut berhubungan langsung dengan perubahan kadar air pada suatu material yang mengandung mineral lempung (Wesley, 2010).
Mineral lempung adalah salah satu mineral industri yang banyak digunakan dalam berbagai industri, misalnya industri keramik, penjernihan minyak goreng, industri farmasi dan kosmetik, refraktori, serta sebagai bahan lumpur dalam pengeboran minyak bumi. Pada pokok bahasan ini akan dibahas dua jenis mineral lempung yang keberadaannya melimpah dan banyak digunakan dalam berbagai industri, yaitu kaolin dan bentonit.
2.1.b. Kaolin
Kaolin adalah salah satu jenis mineral lempung yang berwarna putih atau mendekati putih, yang terutama tersusun oleh mineral kaolinit (Gambar 9.1). Nama kaolin berasal dari bahasa China “kauling” yang berarti “pegunungan tinggi”, yaitu nama gunung dekat Jauchau Fa, China, yang tanah lempungnya telah diambil sejak beberapa abad yang lampau. Kaolin mempunyai komposisi hidrous alumunium silikat (2H2O Al2O3 2SiO2), dengan disertai beberapa material penyerta (Suhala dan Arifin, 1997).
Kaolin merupakan mineral industri yang penting dan berharga, dan digunakan dalam banyak bidang industri seperti kertas, plastik, keramik dan cat.
Gambar 9.1 Kaolin
(https://www.mindat.org/min-2156.html)
1. Karakteristik Kaolin
Berikut adalah sifat-sifat penting dari kaolin (Velde, 1992):
- Berwarna putih atau mendekati putih
- Secara kimia bersifat inert dan mempunyai pH berkisar 4-9
- Berukuran halus
- Lunak dan bersifat non-abrasif
- Konduktivitas listrik dan panas rendah - Kapasitas tukar kation rendah
- Luas permuakaan rendah jika dibanding mineral lempung yang lain
2. Mineralogi Kaolin
Berikut adalah ciri mineralogi dari kaolin (Giese Jr., 2013):
- Kaolin merupakan mineral lempung tipe 1:1 (terdiri dari
lembar atom silikon yang berikatan tetrahedral dengan empat atom oksigen dan satu lembar atom aluminium yang berikatan oktahedral dengan dua atom oksigen dan empat molekul hidroksida.
Gambar 9.2 Struktur kaolin bertipe 1:1 (Varga, 2007)
- Kaolin merupakan kelompok mineral lempung yang terdiri dari mineral: kaolinit, dickit, nakrit dan haloisit.
- Perbedaan antara kaolinit, dickit, dan nakrit berkaitan dengan perbedaan susunan unit layer/
lapisan.
- Kaolinit mempunyai satu lapis tetrahedral-oktahedral (TO); dickite mempunyai dua unit lapisan TO dengan struktur yang lebih tinggi dari kaolinit, dan nacrite mempunyai enam unit lapisan TO dan distribusi arah lapisan oktahedral yang membentuk kristal berbentuk rhombohedral.
- Haloisit mempunyai dua lapis air di antara tiap lapis TO.
- Kaolinit mempunyai rumus struktur Al4Si4O10(OH)8 dan komposisi kimia SiO2 (46,54%), Al2O3 (39,5%) dan H2O (13,96%).
3. Genesis Pembentukan Kaolin
Ada dua proses geologi pembentukan kaolin, yaitu proses pelapukan dan proses hidrotermal (Suhala dan Arifin, 1997).
Sumbernya terutama dari batuan beku yang kaya mineral feldspar seperti granit, granodiorit, dasit dan lain-lain. Mineral-mineral potas aluminium silika dan feldspar akan diubah menjadi kaolin.
Gambaran proses ini seperti dalam persamaan berikut:
2KAlSi3O8 + 2H2O Al2 (OH)4(Si2O5) + K2O+4SiO2
Proses pelapukan terjadi pada permukaan atau sangat dekat dengan permukaan tanah. Sedangkan proses hidrotermal terjadi pada retakan, patahan dan daerah permeabel lainnya.
Kaolin tersebar luas di permukaan bumi, terutama sebagai komponen utama soil pada daerah subtropis yang lembab dan tropis. Endapan kaolin yang dijumpai ada 2 macam, yaitu kaolin residu dan kaolin sedimen.
Kaolin residu terbentuk di tempat asalnya. di Indonesia,
Kaolin sedimen terjadi dari proses pengendapan kembali kaolin, baik yang berasal dari erosi endapan kaolin yang telah ada maupun pengendapan terpilih mineral kaolinit yang berasal dari lapisan pembawa mineral tersebut. Biasanya endapan kaolin sedimen terendapkan jauh dari batuan sumbernya dan menempati daerah yang relatif lebih rendah seperti daerah rawa atau sungai.
Ciri endapan kaolin sedimen antara lain penyebaran endapan yang tidak meluas (setempat-setempat), menunjukkan struktur sedimen berlapis dan secara vertikal dijumpai berselang-seling atau sebagai sisipan pada batuan sedimen lain.
4. Manfaat Kaolin
Kaolin mempunyai banyak manfaat dan telah digunakan dalam berbagai industri (Suhala dan Arifin, 1997).
a. Industri kertas: dalam industri kertas, kaolin terutama digunakan sebagai bahan pelapis (coating) dan pengisi (filler).
b. Industri cat: dalam industri cat, kaolin juga digunakan sebagai bahan pelapis dan pengisi, meskipun tidak sebanyak dalam industri kertas.
c. Industri keramik: dalam industri keramik, kaolin digunakan dalam banyak bidang seperti peralatan makan, peralatan sanitasi, ubin, keramik hias, sekat elektronik dan refraktori.
d. Industri karet: dalam industri karet, keramik digunakan terutama untuk karet berwarna selain hitam, karena kaolin dapt menguatkan karet.
e. Industri lain seperti plastik, tinta, fiberglass, semen, sabun, kosmetik, farmasi dll, kaolin merupakan bahan baku pembantu/imbuhan.
2.1.b. Bentonit
Bentonit adalah sebutan untuk mineral lempung yang terutama tersusun oleh mineral smektit yang dominan, yang terbentuk karena ubahan dari abu vulkanik (Manning, 1995). Nama bentonit pertama kali digunakan pada tahun 1890 untuk menyebut mineral bersifat plastis yang ditemukan di Fort Benton, Wyoming, Amerika Serikat.
Bentonit adalah bahan galian yang cukup banyak dibutuhkan oleh sektor industri, antara lain sebagai bahan pemucat, bahan penjernih, bahan pengisi, ataupun sebagai lumpur pemboran.
1. Karakteristik Bentonit
Berikut adalah sifat-sifat penting dari bentonit (Manning, 1995):
- Berwarna abu-abu, kadang dijumpai dalam warna hijau olive, coklat, atau bahkan putih (Gambar 9.3)
- Mempunyai daya kembang (swelling) yang tinggi - Mempunyai nilai kapasitas tukar kation yang tinggi - Mempunyai luas permukaan yang tinggi
- Mempunyai daya serap yang tinggi
Gambar 9.3 Bentonit
(https://the-earth-story.com/image/168996281742)
2. Mineralogi Bentonit
Berikut adalah karakteristik mineralogi bentonit (Grim, 1959):
- Bentonit termasuk ke dalam mineral lempung tipe 2:1, yang tersusun atas dua lapis oktahedral dan satu lapis tetrahedral (Gambar 9.4).
- Bentonit mempunyai rumus (Mg, Ca) xAl2O3. ySiO2. nH2O - Bentonit tersusun oleh mineral lempung kelompok smektit - Mineral smektit terdiri atas: Na-Ca montmorilonit, saponit
(Mg), beidelit (Al), nontronit (Fe), hektorit (Li), volkonskoit (Cr), dan saukonit (Zn).
- Yang paling umum dijumpai dalam bentonit adalah Na- montmorilonit (dikenal sebagai bentonit Na) dan Ca- montmorilonit (dikenal sebagai bentonit Ca).
- Na-Montmorilonit (Tipe Wyoming), mempunyai kemampuan mengembang hingga 8x jika direndam dalam air sehingga baik untuk lumpur pemboran. Na-
montmorillonite dalam keadaan kering berwarna putih atau krem, sebaliknya dalam keadaan basah dan terkena sinar matahari akan berwarna mengkilap. perbandingan soda dan kapur tinggi, suspensi koloidal bentonit wyoming mempunyai pH :8,5-9,8 tidak dapat diaktivasi, posisi pertukaran ion sama-sama diduduki oleh ion Na+ (Suhala dan Arifin, 1997).
- Ca-montmorilonit adalah mineral smektit yang paling dominan dan dijumpai di banyak tempat di dunia, termasuk Indonesia. Mempunyai kemampuan mengembang yang lebih kecil, tetapi mempunyai kemampuan menyerap yang baik. Ca-montmorilonit mempunyai pH :4 -7, posisi pertukaran ion lebih banyak diduduki oleh ion-ion kalsium dan magnsium, warna abu-abu,biru,kuning,merah dan cokelat (Suhala dan Arifin, 1997).
3. Genesis Pembentukan Bentonit
Bentonit terbentuk sebagai hasil ubahan dari gelas vulkanik oleh fluida, sehingga umumnya dapat terbentuk di lingkungan air seperti laut dangkal atau danau, atau pada tempat dimana sirkulasi airtanah berjalan dengan baik. Genesis pembentukan bentonit pada umunya dapat dibagi menjadi empat proses, yaitu (Manning, 1995):
a. Proses hidrotermal
Pada alterasi lemah, kehadiran unsur logam alkali dan alkali tanah pada batuan (kecuali kalium), mineral mika, feromagnesian dan feldspar plagioklas akan terubah menjadi montmorilonit, terutama karena adanya magnesium.
b. Proses pelapukan
Pelapukan merupakan proses utama yang menyebabkan pembentukan bentonit di dunia. Secara umum faktor yang mempengaruhi pelapukan yang membentuk bentonit adalah iklim, jenis batuan, relief dan jenis tumbuhan yang ada di atas batuan tersebut. Pembentukan endapan bentonit hasil pelapukan tergantung pada kombinasi dari sejumlah faktor geologi:
• harus ada sumber abu vulkanik
• harus ada cekungan pengendapan di mana abu dapat menumpuk dan terkonsentrasi oleh proses alami pemilahan sedimen
• abu harus diubah melalui reaksi dengan air untuk menghasilkan smektit
• endapan harus dilindungi dari erosi setelah pengendapan
• tidak boleh ada perubahan lebih lanjut dalam kumpulan mineral lempung tersebut
c. Proses devitrifikasi abu vulkanik di dalam cekungan (lakustrin sampai neritik)
Proses transformasi/ ubahan abu vulkanik menjadi bentonit terjadi melalui proses devitrifikasi pada cekungan sedimentasi seperti danau dan laut. Bentonit yang dihasilkan oleh proses devitrifikasi di dalam lingkungan laut akan bercampur dengan sedimen laut lainnya yang berasal dari darat seperti batupasir dan batulanau.
d. Proses pengendapan kimia dalam suasana basa/ alkali Proses pembentukan bentonit secara kimia dapat terbentuk bukan saja dari abu vulkanik namun juga batuan lain yang kaya silika, dengan syarat lingkungannya bersifat basa/
alkali dan sangat silikaan (authigenic neoformation). Pada cekungan sedimen yang bersifat basa tersebut, unsur pembentukan bentonit berasal dari karbonat, silika pipih, fosfat laut dan unsur lainnya yang bersenyawa dengan unsur aluminium dan magnesium.
4. Manfaat Bentonit
Bentonit banyak digunakan dalam berbagai industri, seperti (Suhala dan Arifin, 1997):
- Sebagai bahan penyerap debu dan kelembaban udara.
- Sebagai bahan pengisi dalam industri kertas.
- Sebagai bahan tambahan dalam industri kosmetik dan obat- obatan.
2.2. Latihan
Kerjakan latihan di bawah ini sesuai:
1. Jelaskan perbedaan mineral lempung dan material berukuran lempung!
2. Jelaskan perbedaan karakteristik antara kaolin dan bentonit!
3. Jelaskan kegunaan utama mineral kaolin dan bentonit dalam industri!.
3. Penutup