KINETIKA PROSES LEACHING ION LOGAM ALUMINIUM (III) DARI SPENT CATALYST Co- -
Al
2O
3DENGAN LARUTAN ASAM SULFAT (H
2SO
4)
Laporan Penelitian
Disusun untuk memenuhi tugas akhir guna mencapai gelar sarjana di bidang ilmu Teknik Kimia
oleh:
Meiriza Andriani (2015620067)
Pembimbing:
Ratna Frida Susanti, Ph.D.
Kevin Cleary Wanta, S.T., M.Eng.
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS KATOLIK PARAHYANGAN
2020
i
KINETIKA PROSES LEACHING ION LOGAM ALUMINIUM (III) DARI SPENT CATALYST Co- -
Al
2O
3DENGAN LARUTAN ASAM SULFAT (H
2SO
4)
Laporan Penelitian
Disusun untuk memenuhi tugas akhir guna mencapai gelar sarjana di bidang ilmu Teknik Kimia
oleh:
Meiriza Andriani (2015620067)
Pembimbing:
Ratna Frida Susanti, Ph.D.
Kevin Cleary Wanta, S.T., M.Eng.
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS KATOLIK PARAHYANGAN
2020
iii
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
UNIVERSITAS KATOLIK PARAHYANGAN
SURAT PERNYATAAN
Saya yang bertanda tangan di bawah ini:
Nama : Meiriza Andriani NPM : 2015620067
dengan ini menyatakan bahwa laporan penelitian dengan judul:
KINETIKA PROSES LEACHING ION LOGAM ALUMINIUM (III) DARI SPENT CATALYST Co- -Al2O3 DENGAN LARUTAN ASAM SULFAT (H2SO4) adalah hasil pekerjaan saya dan seluruh ide, pendapat, atau materi dari sumber lain telah dikutip dengan cara penulisan referensi yang sesuai.
Pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya dan jika pernyataan ini tidak sesuai dengan kenyataan, maka saya bersedia menanggung sanksi sesuai dengan peraturan yang berlaku.
Bandung, 7 Januari 2020
Meiriza Andriani (2015620067)
iv
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkat dan penyertaan-Nya, penulis dapat menyelesaikan laporan Kinetika Proses Leaching Ion Logam Aluminium (III) dari Spent Catalyst Co-M -Al2O3 dengan Larutan Asam Sulfat (H2SO4) Laporan penelitian ini disusun sebagai salah satu syarat yang harus ditempuh untuk dapat mencapai gelar sarjana Strata-1 Program Studi Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Katolik Parahyangan.
Dalam penyusunan laporan penelitian ini, penulis telah mendapatkan banyak bimbingan, bantuan, serta dukungan dari berbagai pihak. Oleh sebab itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Ratna Frida Susanti, Ph.D. selaku pembimbing utama dan Kevin Cleary Wanta, S.T., M.Eng. selaku ko-pembimbing yang telah senantiasa memberikan ilmu, bimbingan, masukan, arahan, saran, dan waktu kepada penulis selama proses penyelesaian laporan penelitian ini;
2. Orang tua penulis yang selalu memberikan dukungan dan doa agar penulis dapat menyelesaikan laporan penelitian ini;
3. Sahabat dan rekan-rekan penulis yang telah mendampingi, membantu, memberi dukungan, dan semangat selama proses penyelesaian laporan penelitian ini; serta
4. Semua pihak lain yang telah membantu dalam penyelesaian laporan penelitian ini yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu.
Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan dari laporan penelitian ini. Oleh karena itu, penulis sangat terbuka dalam menerima kritik dan saran dari semua pihak untuk perbaikan laporan penelitian yang akan disusun selanjutnya. Akhir kata, penulis berharap laporan penelitian ini dapat memberikan manfaat khususnya bagi penulis, bagi pihak yang berkepentingan di bidang penelitian ini, serta semua pihak yang telah membaca laporan penelitian ini.
Bandung, 7 Januari 2020
Penulis
v DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN ... ii
SURAT PERNYATAAN ... iii
KATA PENGANTAR ... iv
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR GAMBAR ... vii
DAFTAR TABEL ... viii
INTISARI ... ix
ABSTRACT ... x
BAB 1 PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2. Tema Sentral Masalah ... 2
1.3. Identifikasi Masalah ... 2
1.4. Premis ... 3
1.5. Hipotesis ... 3
1.6. Tujuan Penelitian ... 3
1.7. Manfaat Penelitian ... 3
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ... 7
2.1. Spent Catalyst ... 7
2.2. Aluminium (Al) ... 8
2.3. Kelarutan Logam ... 9
2.4. Asam Sulfat (H2SO4) ... 9
2.4.1. Sifat Fisik H2SO4 ... 9
2.4.2. Sifat Kimia H2SO4 ... 10
2.4.3. Disosiasi H2SO4 ... 11
2.5. Ekstraksi Padat-Cair ... 11
2.5.1. Mekanisme Leaching ... 12
2.5.2. Faktor Pengaruh Leaching ... 13
2.5.3. Leaching Logam ... 15
2.5.4. Proses Leaching Spent Catalyst dengan Menggunakan Pelarut H2SO4 ... 15
2.6. Kinetika Proses Leaching ... 16
BAB 3 METODE PENELITIAN ... 24
3.1. Gambaran Umum Penelitian ... 24
3.2. Bahan ... 24
3.3. Alat ... 24
vi
3.3.1. Alat Utama ... 24
3.3.2. Alat Pendukung ... 24
3.3.3. Rangkaian Alat ... 25
3.4. Prosedur Penelitian ... 25
3.4.1. Persiapan Awal Bahan Baku ... 26
3.4.1.1. Pembuatan Larutan H2SO4 ... 26
3.4.2. Proses Leaching Spent Catalyst ... 28
3.5. Metode Analisis Proses Leaching Spent Catalyst... 28
3.5.1. Perhitungan Konsentrasi Recovery Ion Logam dalam Sampel ... 28
3.6. Lokasi dan Jadwal Kerja Penelitian... 33
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN ... 34
4.1. Karakteristik Spent Catalyst ... 34
4.2. Pengaruh Suhu terhadap Persentase Recovery Ion Logam Aluminium ... 35
4.3. Kinetika Proses Leaching Spent Catalyst ... 36
4.3.1. Model Shrinking Core ... 36
4.3.2. Evaluasi Model Shrinking Core ... 38
4.3.3. Penentuan Energi Aktivasi ... 40
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ... 42
5.1. Kesimpulan ... 42
5.2. Saran ... 42
DAFTAR PUSTAKA ... 43
LAMPIRAN A LEMBAR DATA KESELAMATAN BAHAN ... 45
LAMPIRAN B PROSEDUR ANALISIS... 52
LAMPIRAN C DATA PERCOBAAN DAN HASIL ANTARA ... 54
LAMPIRAN D CONTOH PERHITUNGAN ... 68
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Mekanisme Leaching (Dawood, 2009)... 12
Gambar 3.1. Rangkaian Alat Proses Leaching Spent Catalyst .
Gambar 3.2. Diagram Alir Proses Pembuatan Larutan H2SO4. ... ....22 Gambar 3.3. Diagram Alir Proses Pengayakan Spent Catalyst ... .23 Gambar 3.4. Padatan Spent Catalyst Sebelum Ditumbuk...23
Gambar 3.6. Tahap Proses Leaching Spent Catalyst 25
Gambar 3.7. Rangkaian Alat Proses Leaching Spent Catalyst...26
viii
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1. Premis Perolehan Ion Logam dari Proses Leaching Spent Catalyst... 5
Tabel 2.1. Aplikasi Katalis dalam Industri Kimia (Jeletic, et al., 2013) (Mason, 2015) ... 7
Tabel 2.2. Nilai Kelarutan Senyawa ... 11
Tabel 2.3. Sifat Fisik H2SO4 ... 12
Tabel 3.1. Tabel Kerja Penelitian . Tabel 4.1. Hasil Uji Kandungan Spent Catalyst dengan Metode SQX...28
ix INTISARI
Katalis telah banyak digunakan pada berbagai industri di Indonesia. Seiring dengan pemakaian katalis yang berkala, katalis perlu diregenerasi. Jika katalis sudah tidak dapat diregenerasi, maka katalis tersebut akan menjadi limbah industri yang disebut spent catalyst.
Kandungan logam berat yang terdapat pada katalis membuat spent catalyst perlu diolah sebelum dibuang langsung ke lingkungan. Pengolahan ini selain bertujuan untuk mencegah terjadinya pencemaran lingkungan oleh logam berat, juga bertujuan untuk mengambil kembali logam berat yang masih terkandung di dalam spent catalyst. Pengolahan ini disebut sebagai proses recovery. Proses recovery dapat dilakukan dengan berbagai cara, salah satunya adalah leaching dengan menggunakan pelarut asam. Proses leaching dengan menggunakan asam telah dilakukan oleh beberapa peneliti sebelumnya dengan menggunakan berbagai jenis asam dengan tujuan untuk mengetahui konsentrasi recovery ion logam tertentu di dalam katalis.
Pada penelitian ini, proses recovery dilakukan dengan cara proses leaching spent catalyst Co- -Al2O3 yang berasal dari PT Pertamina Balongan dengan menggunakan pelarut asam sulfat (H2SO4). Tahapan awal proses leaching spent catalyst dilakukan dengan penggerusan dan penyesuaian ukuran sehingga diperoleh ukuran partikel < 2,9 µm. Proses leaching ini berlangsung dengan konsentrasi larutan H2SO4 1,5 M, pada variasi kecepatan pengadukan, serta dengan suhu 30, 50, 70 dan 90°C selama 2 jam. Pengambilan sampel dilakukan pada menit ke-15, 30, 60, 90, dan 120 dan sampel dianalisis dengan menggunakan Spektrofotometer UV-Vis.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa leaching spent catalyst Co- -Al2O3 dengan pelarut H2SO4 1,5 M selama 120 menit dengan variasi suhu operasi menghasilkan nilai persentase recovery aluminium sebesar 24,66% pada suhu 30oC, 39,01% pada suhu 50oC, 44,84% pada suhu 70oC, dan 78,42% pada suhu 90oC. Selain itu, hasil penelitian menunjukan bahwa proses leaching spent catalyst dengan model shrinking core dikontrol oleh tahap difusi melalui lapisan abu.
Kata kunci: Leaching, Spent Catalyst, Asam Sulfat, Shrinking Core
x ABSTRACT
Catalysts have been widely used in many industries in Indonesia. Catalysts have to be regenerated after being used. Catalysts will turn to spent catalyst if it already can not be regenerated. As it contains toxic heavy metals, spent catalysts have to be treated well. This treatment is also used to recover the metal that still can be used. Recovery can be done in many ways. One of them is leaching with acid solution as the solvent.
In this study, recovery was done by leaching the spent Co- -Al2O3 catalyst from PT Pertamina Balongan with sulfuric acid as a solvent. The first step is to make the spent catalyst into the smaller size and obtain the particle size < 2.9 µm. Then, the spent catalyst leached by 1.5 M H2SO4 in temperature 30, 50, 70, and 90oC for 2 hours. Sampling is done at 15, 30, 60, 90, and 120 minutes and analyzed by UV-Vis spectrophotometer.
The result of this experiment showed that leaching spent Co- -Al2O3 catalyst with H2SO4 as the solvent during 120 minutes with various temperature could recover 24.66% at 30oC, 39.01% at 50oC, 44.84% at 70oC, and 78.42% at 90oC. In addition, the result showed that the leaching process spent catalyst with shrinking core model was controlled by diffusion step through the ash layer.
Keywords: Leaching, Spent Catalyst, Sulfuric Acid, Shrinking Core
1
BAB 1 PENDAHULUAN
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Katalis merupakan komponen yang dapat mempercepat laju re aksi tanpa ikut bereaksi (Fogler, 2006). Di Indonesia, katalis sudah umum digunakan pada berbagai industri, misalnya pada industri plastik, industri polimer, industri minyak bumi, industri petrokimia, dan lain-lain (Jeletic, et al., 2013). Katalis yang biasa digunakan di industri adalah katalis padat yang pada umumnya mengandung logam berat, seperti molibdenum (Mo), kobalt (Co), aluminium (Al), dan lain-lain (Marafi & Stanislaus, 2008). Jong, dkk (1989) dalam Mohapatra & Park (2007) mengatakan bahwa umur katalis berkisar antara 3 bulan sampai 6 tahun, bergantung pada seberapa sering katalis itu dipakai. Seiring dengan pemakaian yang berkala, aktivitas katalis mulai menurun sehingga harus diregenerasi. Akan tetapi, jika katalis tidak dapat diregenerasi kembali, maka katalis akan terdeaktivasi. Katalis yang telah terdeaktivasi akan menjadi limbah industri berbahaya yang disebut sebagai spent catalyst (Vuyyuru, et al., 2010).
Spent catalyst perlu diolah kembali sebelum dibuang langsung ke lingkungan. Selain bertujuan untuk mencegah tercemarnya lingkungan, pengolahan spent catalyst ini juga dilakukan untuk memanfaatkan kembali logam berat yang terkandu ng di dalam katalis (Vuyyuru, et al., 2010). Logam berat tersebut dapat digunakan kembali sebagai bahan baku dalam berbagai industri. Menurut Marafi, dkk (2010), logam yang diperoleh dari spent catalyst menunjukkan angka yang lebih besar daripada kandungan logam pada bijihnya.
Di Indonesia, pengolahan spent catalyst tersedia dalam jumlah yang sangat besar.
Pada tahun 2009, PT Pertamina Balongan melaksanakan penjualan atau pelepasan spent catalyst dari Unit Refinery VI sebanyak 800 ton. Akibat dari melimpahnya jumlah limbah spent catalyst, pengolahan dan pemanfaatan limbah berupa spent catalyst perlu ditingkatkan.
Pengolahan spent catalyst atau yang biasa disebut proses recovery dapat dilakukan dengan beberapa metode, misalnya dengan proses leaching menggunakan pelarut asam atau bioleaching dengan menggunakan bakteri (Vuyyuru, et al., 2010).
Pada tahun 2008-2013, beberapa peneliti, seperti Mishra, dkk (2008), Beolchini, dkk (2010), Gholami, dkk (2011), dan Pradhan, dkk (2013) melakukan penelitian bioleaching dengan menggunakan mikroorganisme A. ferrooxidans selama 1,5-30 hari pada suhu operasi
2
30-35oC. Persentase recovery dari metode bioleaching ini sebesar 40-84%. Penelitian lain dilakukan oleh Kim, dkk (2009). Kim, dkk (2009) melakukan proses leaching dengan menggunakan pelarut 2%v/v H2SO4 selama 1 jam pada suhu operasi 80oC dan menghasilkan persentase recovery sebesar 96%. Proses leaching yang dilakukan oleh Banda, dkk (2013) menggunakan pelarut 10%v/v HCl selama 1 jam pada suhu operasi 90oC menghasilkan persentase recovery sebesar 97%. Dari hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa proses bioleaching membutuhkan waktu yang cukup lama, yaitu sekitar 1,5-30 hari dan persentase recovery yang dihasilkan hanya mencapai 84%, sehingga proses bioleaching dapat dikatakan tidak efisien. Hasil dari proses leaching menggunakan HCl menunjukkan angka yang lebih besar, yaitu 97%, tetapi untuk mendapatkan hasil tersebut, dibutuhkan konsentrasi HCl yang cukup besar, yaitu 10%v/v HCl, sedangkan untuk memperoleh persentase recoverysebesar 96%, hanya membutuhkan konsentrasi H2SO4 sebesar 2%v/v, sehingga dapat dikatakan bahwa proses leaching dengan pelarut H2SO4 lebih baik jika dibandingkan dengan pelarut HCl.
Pada penelitian ini, spent catalyst diperoleh dari Unit Refinery VI PT Pertamina Balongan. Proses recovery dilakukan dengan metode leaching menggunakan pelarut asam, yaitu H2SO4 dengan konsentrasi 1,5 M pada suhu operasi 30, 50, 70, dan 90oC. Proses leaching dilakukan pada spent catalyst dengan ukuran < 2,9 µm selama 120 menit.
1.2. Tema Sentral Masalah
Penelitian ini akan mempelajari pengaruh suhu operasi terhadap persentase recovery ion logam, khususnya ion logam aluminium (Al) dalam proses leaching spent catalyst menggunakan pelarut H2SO4.
1.3. Identifikasi Masalah
Berdasarkan studi pustaka dan tema sentral masalah yang telah dirumuskan sebelumnya, beberapa masalah yang dapat diidentifikasi pada penelitian ini, antara lain:
1. Bagaimana pengaruh suhu operasi terhadap persentase recovery ion logam Al pada proses leaching spent catalystdengan menggunakan pelarut H2SO4?
2. Bagaimana kinetika proses leaching spent catalyst dengan menggunakan pelarut H2SO4?
3
1.4. Premis
Berdasarkan studi pustaka, diperoleh berbagai parameter yang berkaitan dengan proses leaching spent catalyst. Beberapa premis dari penelitian lainnya disajikan pada Tabel 1.1.
1.5. Hipotesis
Hipotesis awal yang disusun berdasarkan studi pustaka, yaitu:
1. Suhu operasi yang lebih tinggi akan menghasilkan konsentrasi recovery ion logam yang lebih tinggi.
2. Kinetika yang menggambarkan proses leaching spent catalyst dengan
menggunakan pelarut H2SO4 adalah model shrinking core dengan tahapan yang mengontrol adalah tahap difusi lapisan abu.
1.6. Tujuan Penelitian
Tujuan dilakukannya penelitian ini adalah:
1. Mempelajari pengaruh suhu operasi terhadap persentase recovery ion logam Al pada proses leaching spent catalystdengan menggunakan pelarut H2SO4.
2. Mempelajari model kinetika yang sesuai dengan proses leaching spent catalyst dengan menggunakan pelarut H2SO4.
1.7. Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan dapat bermanfaat bagi beberapa pihak, antara lain:
1. Bagi Lembaga Pendidikan Indonesia
Hasil penelitian ini diharapkan dapat menambah wawasan mengenai bidang pengolahan mineral, khususnya mengenai proses leaching spent catalyst menggunakan pelarut H2SO4.
2. Bagi Industri dan Pemerintah Indonesia
Hasil penelitian ini diharapkan dapat menambah pengetahuan tentang pembuangan dan pemanfaatan limbah spent catalyst dengan proses leaching menggunakan pelarut H2SO4, sehingga pencemaran lingkungan dapat berkurang. Selain itu, hasil penelitian ini juga diharapkan dapat membantu perekonomian Indonesia dengan memanfaatkan kembali logam yang terdapat di spent catalyst.
4
3. Bagi Mahasiswa
Hasil penelitian ini diharapkan dapat memahami proses leaching spent catalyst menggunakan pelarut H2SO4 serta dapat memahami pengaruh suhu operasi terhadap persentase recovery ion logam, terutama ion logam Al.
