BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik
Indonesia memiliki potensi bauksit yang relatif besar terutama di Pulau Bintan dan Kalimantan Barat. Berdasarkan data Booklet Bauksit 2020 Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral (ESDM), jumlah cadangan bauksit Indonesia mencapai 1,2 miliar ton atau 4% dari cadangan bijih bauksit dunia yang sebesar 30,39 miliar ton.
Pada tahun 2020, Pemerintah Republik Indonesia mengesahkan kebijakan larangan ekspor bauksit dan timah dalam wujud bahan mentah. Hal tersebut tertuang dalam Undang-Undang No.3 tahun 2020 tentang Pertambangan Mineral dan Batu Bara (UU Minerba). Larangan tersebut merupakan salah satu upaya untuk mendorong hilirisasi yang memberikan nilai tambah maksimal dalam negri.
Salah satu contoh dari produk turunan bauksit adalah aluminium sulfat.
Aluminium sulfat (Al2(SO4)3) merupakan suatu senyawa anorganik yang larut dalam air dan banyak dimanfaatkan sebagai bahan flokulasi dalam penjernihan air minum dan pengolahan air limbah. Air, baik air limbah maupun air minum cenderung mengandung partikel tersuspensi kecil yang sangat sulit ditangkap oleh filter, Aluminium sulfat (Al2(SO4)3) menyebabkan penggumpalan partikel tersuspensi sehingga dapat mengendap di air atau mudah terperangkap oleh filter.
Aluminium sulfat (Al2(SO4)3) atau yang lebih dikenal dengan tawas merupakan salah satu bahan kimia yang sangat diperlukan dalam industri pengolahan air. Industri yang menggunakan aluminium sulfat diantaranya adalah industri kertas, industri kulit, industri batik, industri tekstil, industri kosmetik dan industri bahan pemadam api (Kirk&Othmer,1997). Perkembangan penduduk dunia yang semakin pesat dan penggunaan air semakin banyak, penggunaan aluminium sulfat juga semakin banyak, oleh karena itu produksi aluminium sulfat sangat penting untuk mengatasi kekurangan produk aluminium sulfat.
1.2 Penentuan Kapasitas Rancangan Pabrik
Pabrik aluminium sulfat ini direncanakan memiliki kapasitas 30.000 ton/tahun. Penentuan kapasitas produksi tersebut berdasarkan pada beberapa pertimbangan, seperti kebutuhan dalam negri, kebutuhan luar negri, ketersediaan bahan baku, dan kapasitas pabrik yang sudah berdiri.
1.2.1 Kebutuhan Aluminium Sulfat di Indonesia
Kebutuhan impor aluminium sulfat (Al2(SO4)3) di indonesia berdasarkan data yang diperoleh dari Badan Pusat Statistik dapat dilihat pada Tabel 1.1
Tabel 1. 1 Data Impor Aluminium Sulfat di Indonesia
Tahun Impor (kg) Kenaikan (%)
2013 241.356,00
2014 201.436,00 -16,54%
2015 545.412,00 170,76%
2016 329.311,00 -39,62%
2017 320.867,00 -2,56%
Rata-rata 28,01%
(UN Data) 1.2.2 Kebutuhan Aluminium Sulfat di Luar Negri
Kebutuhan aluminium sulfat di beberapa negara lain (Jepang, Malaysia, Singapura, Myanmar, Filipina, dan USA) diproyeksikan akan terus bertambah sesuai dengan data impor dari negara tersebut pada tahun 2013-2017 yang tersaji dalam Tabel 1.2
Tabel 1. 2 Data Impor Aluminium Sulfat di Luar Negeri
(UN Data)
Tahun Kebutuhan Import (ton)
Total %
Japan Malaysia Myanmar Singapura Filipina USA
2013 1.125 3.347 74 16.142 9.121 8.766 38.577
2014 1.743 7.658 734 16.836 9.279 12.058 48.309 25,23
2015 1.493 5.859 735 15.448 10.968.991 12.122 46.628 -3,48
2016 1.261 8.728 704 13.624 6.871 12.769 43.961 -5,72
2017 2.090 2.789 1.562 15.280 10.640 17.614 49.977 13,69
Rata-rata 7,43
Kebutuhan aluminium sulfat negara lain seperti di Jepang, Malaysia, Myanmar, Singapura, Filipina, dan USA fluktuatif namun cenderung mengalami peningkatan. Aluminium sulfat yang akan diproduksi selain unuk memenuhi kebutuhan dalam negri, dapat pula di ekspor ke negara-negara tersebut untuk menambah devisa negara.
1.2.3 Ketersediaan Bahan Baku
Bahan baku yang digunakan untuk memproduksi aluminium sulfat (Al2(SO4)3) adalah bauksit dan asam sulfat (H2SO4). Kebutuhan bahan baku tersebut dapat diperoleh dari produsen-produsen dalam negri. Ketersediaan bahan baku dapat dilihat pada Tabel 1.3
Tabel 1. 3 Sumber Bahan Baku Utama Bahan Baku Produsen Kapasitas
(ton/tahun)
Sumber
Bauksit Harita Prima Abadi Mineral
4.000.000 www.haritamineral.com
PT. Well Harvest Winning
1.000.000 www.whwalumina.com
PT. Aneka Tambang Tbk
1.000.000 www.antam.com
Citra Mineral Investindo
4.600.000 www.citramineral.com
H2SO4 Petrokimia Gresik
585.000 www.petrokimia- gresik.com Indonesia Acid
Industry
82.500 www.indoacid.com
1.2.4 Kapasitas Produksi Aluminium Sulfat di Dunia
Dalam pendirian pabrik aluminium sulfat perlu mempertimbangkan kapasitas pabrik yang telah berdiri untuk mengetahui kisaran kapasitas pabrik yang menguntungkan. Kapasitas pabrik yang telah berdiri dapat dilihat pada Tabel 1.4
Tabel 1. 4 Pabrik Aluminium Sulfat di Dunia
No Pabrik Lokasi Kapasitas (ton/tahun)
1 PT Dunia Kimia Utama Palembang 30.000 2 PT Indonesia Acid Industry Bekasi 44.600
4 PT Mahkota Indonesia Bekasi 20.868
6 PT Hongkong Vilia Chemical Hongkong 12.000 7 PT Total Link Coorp. Bangladesh 200.000
8 PT Yucheng Jinhe Malaysia 134.500
9 PT Sanghai Yixin China 1.000.000
Produksi minimum sintesis aluminium sulfat sebesar 12.000 ton/tahun dan produksi maksimum sebesar 1.000.000 ton/tahun. Hal ini dapat dijadikan pertimbangan dalam pemilihan kapasitas prarancangan pabrik yang dinilai menguntungkan.
1.2.5 Perhitungan Kapasitas Produksi Aluminium Sulfat
Perhitungan kapasitas pabrik aluminium sulfat yang direncanakan berdiri pada tahun 2025 menggunakan persamaan sebagai berikut (Sinnot, 2005).
m1+ m2+ m3= m4+ m5 (1.1) Dengan
m1 : Nilai impor tahun 2025 (ton/tahun) m2 : Produksi pabrik dalam negri (ton/tahun)
m3 : Kapasitas pabrik yang akan didirikan (ton/tahun) m4 : Nilai ekspor tahun 2025 (ton/tahun)
m5 : Nilai konsumsi dalam negri tahun 2025 (ton/tahun)
Perhitungan jumlah produksi pada tahun 2025 menggunakan metode discounteddengan persamaan sebagai berikut (Sinnot, 2005):
m = P (1+ i)n (1.2)
Dengan
m : Jumlah produksi tahun terahir (ton/tahun) P : Jumlah produksi tahun pertama (ton/tahun) i : Pertumbuhan rata-rata per tahun
n : Selisih tahun yang diperhitungkan Perkiraan konsumsi dalam negri pada tahun 2025:
m5 = P (1+ i)n
= 320.867 (1+28,01%)8
= 2.313.402,03 kg/tahun
= 2.313 ton/tahun
Perkiraan nilai ekspor pada tahun 2025:
m4 = P (1+ i)n
= 49.977 (1+7,43%)8
= 88.659 ton/tahun
Pabrik aluminium sulfat direncanakan memenuhi 30% dari total kebutuhan beberapa negara tersebut. Hal tersebut dipilih dengan pertimbangan untuk menghindari risiko produk tidak laku karena adanya persaingan perdagangan dari negara pengekspor aluminium sulfat.
Karena alasan ini, maka nilai ekspor pada tahun 2025 menjadi:
m4 = 88.659 ton/tahun x 30%
= 26.598 ton/tahun
Jumlah produksi pabrik dalam negri diasumsikan habis untuk memenuhi kebutuhan aluminium sulfat dalam negeri, sehingga dapat dinyatakan sebagai berikut:
m1 = m2
Perhitungan kapasitas pabrik aluminium sulfat tahun 2025:
m3 = m4+ m5- (m1+ m2)
= (26.598 + 2.313 ton/tahun) - (0)
= 28.911 ton/tahun
Dari hasil perhitungan peluang kapasitas dan pertimbangan kebutuhan aluminium sulfat dalam negri serta kapasitas minimal pabrik yang sudah berdiri, maka dipilih kapasitas pabrik 30.000 ton/tahun dengan mempertimbangkan beberapa aspek berikut:
1. Dapat mencukupi kebutuhan aluminium sulfat dalam negeri.
2. Dapat merangsang berdirinya industri-industri lain yang menggunakan aluminium sulfat sebagai bahan baku.
3. Menambah devisa negara dengan melakukan ekspor produk ke luar negeri.
4. Cadangan produk ketika ada produk yang rusak atau berjaga-jaga apabila terjadi permintaan yang berlebih.
5. Membuka lapangan kerja baru sehingga menurunkan tingkat pengangguran.
1.3 Penentuan Lokasi Pabrik
Letak geografis suatu pabrik memiliki pengaruh besar terhadap keberhasilan perusahaan. Beberapa faktor dapat menjadi acuan dalam penentuan lokasi pabrik antara lain penyediaan bahan baku, pemasaran produk, transportasi, dan tenaga kerja. Lokasi pabrik aluminium sulfat ini dipilih berada di desa Kayu Ara, Kawasan Industri Ketapang, Kalimantan Barat dengan pertimbangan sebagai berikut:
a. Ketersediaan bahan baku
Lokasi pabrik yang dekat dengan ketersediaan bahan baku dapat menekan biaya transportasi dan penyimpanan. Bahan baku yang digunakan adalah bauksit dari PT. Cita Mineral Investindo Tbk Indonesia dengan kapasitas 4,6 juta ton/tahun yang berada di Kabupaten Sandai, Kalimantan Barat dengan jarak tempuh 64 km. Sedangkan bahan baku asam sulfat 98% diperoleh dari PT Indonesian Acid Industry dengan kapasitas 82.500 ton/tahun yang berada di Jakarta Timur dengan jarak tempuh 1224 km.
Gambar 1. 1 Jarak dan Waktu Tempuh Bahan Aluminium Sulfat b. Letak pabrik terhadap daerah pemasaran
Aluminium sulfat merupakan produk akhir dan produk antara (intermediate) sehingga pemilihan lokasi pabrik di kawasan industri sangat tepat
karena dapat memperpendek jarak antara pabrik yang memproduksi dengan pabrik yang membutuhkan aluminium sulfat.
c. Transportasi
Daerah Industri Ketapang merupakan kawasan industri yang dekat dengan jalan raya dan pelabuhan sehingga akan memudahkan dalam pengiriman bahan baku dan juga pemasaran produk. Menurut laporan Kementrian Perindustrian Republik Indonesia tahun 2016, telah dilakukan pembangunan akses jalan industri menuju pelabuhan sejauh 20 km serta pengembangan Pelabuhan Ketapang yang mempermudah akses masuk ke kawasan industri dan bongkar muat industri.
d. Tenaga kerja
Sumber tenaga kerja di lokasi pendirian pabrik ini cukup banyak karena lokasi nya merupakan kawasan industri. Diharapkan dengan adanya lowongan pekerjaan di pabrik ini dapat memanfaatkan tenaga kerja yang belum mendapat pekerjaan, baik itu yang terdidik maupun non terdidik. Dilansir dari Badan Pusat Statistik 2020, jumlah angkatan kerja pada tahun 2020 di Ketapang, Kalimantan Barat adalah 233.434 jiwa dari 384.224 penduduk usia kerja. Angka ini menunjukkan besarnya partisipasi angkatan kerja (TPAK) yang berarti sekitar 60,75% penduduk usia kerja aktif secara ekonomi.
e. Utilitas
Utilitas yang diperlukan seperti air, bahan baku, dan tenaga listrik dapat dipenuhi karena lokasinya terletak di kawasan industri. Kebutuhan air dapat dipenuhi dengan mengolah air dari Sungai Pawan yang mengalir dekat dengan lokasi pabrik aluminium sulfat dan kebutuhan listrik dapat bersumber dari PLN dan sumber listrik cadangan (Generator Set). Daya mampu sistem di Ketapang saat ini adalah 70 MW dengan beban puncak yang diserap oleh masyarakat saat ini baru mencapai 31 MW, sehingga, masih terdapat reserve margin sekitar 55,71% yang menjamin ketersediaan listrik untuk pabrik aluminium sulfat.
f. Kebijakan Pemerintah
Dilansir dari Program Kerja Ditjen PPI tahun 2016, Kawasan Industri Ketapang, Kalimantan Barat akan difokuskan untuk pertumbuhan industri alumina dan produk turunannya.
Gambar 1. 2 Peta Lokasi Industri di Ketapang, Kalimantan Barat
1.4 Tinjauan Pustaka 1.4.1 Macam-macam Proses
Bahan baku pembuatan aluminium sulfat dapat digolongkan dari bahan galian dan bahan kimia industri, diantara hasil galian yang bisa digunakan sebagai bahan baku pembuatan aluminium sulfat adalah bauksit, clay, dan kaolin (US Patent 2844439) dan bahan kimia industri yang dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan aluminium sulfat adalah aluminium hidroksida dan aluminium oksida. Menurut berbagai sumber bahan baku tersebut metode pembuatan aluminium sulfat dapat diproduksi dengan proses sebagai berikut:
1. Proses Dorr
Proses ini dilakukan dengan melarutkan bahan baku yang mengandung aluminium oksida (Al2O3) dengan asam sulfat 60% didalam reaktor alir tangki berpengaduk dengan suhu 120°C dan tekanan 2 atm dengan konversi 96%
(Hussain, 1995). Bahan baku yang dapat digunakan dalam proses ini antara lain adalah bauksit dan asam sulfat. Pemilihan bakan baku sangat berperan terhadap kemurnian produk akhir yang didapatkan.
Bauksit atau kaolin yang sudah melewati prosesgrindingdiangkut dengan conveyor dan diumpankan ke dalam reaktor. Di dalam reaktor, terjadi reaksi sebagai berikut yang berlangsung selama 6,5 jam:
Al2O3 (s)+ 3 H2SO4 (aq) Al2(SO4)3 (aq)+ 3 H2O(l)
Produk yang keluar dari reaktor kemudian dipisahkan dari padatannya.
Fitrat yang diperoleh diktristalisasi menggunakan kristalizer dengan suhu 40°C, lalu kristal aluminium sulfat yang terbentuk dipisahkan dari mother liquor menggunakan centrifuge. Selanjutnya dilakukan penguapan dengan rotary dryer untuk mengurangi kadar air dalam produk akhir yang akan ditampung dalam silo.
2. Proses Giullini
Proses giullini menggunakan bahan baku aluminium hidroksida dan asam sulfat. Berikut reaksi kimia aluminium hidroksida dan asam sulfat:
2 Al(OH)3 (s)+ 3 H2SO4 (aq) 2 Al2(SO4)3 (aq)+ 6 H2O(l)
Aluminium hidroksida dan asam sulfat diumpankan dalam reaktor dengan suhu operasi reaktor 170°C dan tekanan 5-6 atm (US Patent 3226188). Selanjutnya produk aluminium sulfat yang sudah didinginkan secara vacuum diumpankan ke dalam mixer dengan menambahkan serbuk aluminium sulfat 1-2% sampai terbentuk kristal aluminium sulfat (Ullmann, 2005).
1.4.2 Alasan Pemilihan Proses
Tabel 1. 5 Perbandingan Proses Sintesis Aluminium Sulfat No. Tinjauan Proses yang dibandingkan
Proses Dorr Proses Giullini 1. Konversi Konversi sebesar 96% (Hussain,
1995) Konversi sebesar 80%
(US Patent 3226188) 2. Kondisi
Operasi Tekanan : 2 atm Suhu : 120°C (Hussain, 1995)
Tekanan : 5-6 atm Suhu : 170°C (US Patent 3226188) 3. Tipe Reactor Continuous Stirred Tank Reactor Continuous Stirred Tank
Reactor
4. Bahan Baku Kaolin Bauksit Aluminium Hidroksida 5. Harga bahan
baku US$ 200/ ton
(alibaba.com) US$ 300/ ton
(alibaba.com) US$ 800/ ton (alibaba.com) 6. Kandungan
Al2O3
36,73% 56,22% -
Berdasarkan beberapa macam proses diatas, dalam perancangan pabrik aluminium sulfat, dipilih proses Dorr dengan bahan baku bauksit. Alasan pemilihan proses dan bahan baku tersebut adalah memiliki konversi yang cukup tinggi yaitu mencapai 96%, bahan baku yang dipilih berupa bauksit karena ketersediaannya yang melimpah dan harga lebih murah serta memiliki kondisi operasi yang tidak terlalu tinggi (tekanan 2 atm dan suhu 120°C) sehingga lebih hemat energi.
1.4.3 Kegunaan Produk
Aluminium Sulfat dimanfaatkan secara luas dalam pengolahan air, pembuatan kertas, dan berbagai kegunaan lain dalam industri petrokimia, zat warna, makanan dan obat-obatan.
1. Pembuatan kertas
Aluminium sulfat dimanfaatkan sebagai pelekat kertas yang digunakan pada proses pembuatan pulp dan kertas untuk mengendapkan damar yang larut dalam kanji pada serat kertas, mengontrol pH pada bubur kertas, setting ukuran kertas dan membantu mengolah air pulp dengan cara menambahkan aluminium sulfat ke dalam pulp kertas sebelum masuk kedalam mesin pembuat kertas.
2. Penjernih air
Aluminium sulfat dimanfaatkan untuk menjernihkan air, mengontrol pH air dan membantu mengolah air buangan yaitu sebagai koagulan yang dapat mengendapkan bermacam-macam kotoran dan bakteri sehingga air itu menjadi bersih terbebas dari pencemaran dan memenuhi standar air minum yang diijinkan.
3. Kegunaan lain
Sebagai bahan baku pembuatan kaleng untuk mengawetkan makanan, sebagai koagulan pada industri karet sintesis, sebagai isolasi atau penyekat selulosa, sebagai bahan pembantu pada proses pencelupan batik (tekstil), pembuatan bahan-bahan kimia, katalis pencegah api pada bahan penyekat, kosmetik, obat-obatan, alat pemadam api, bahan cat, penyamakan kulit, semen, plastik.
(Mc.Ketta, 1997 dan Kirk-Othmer, 1994) 1.4.4 Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku dan Produk
1.4.4.1 Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku a. Bauksit
Sifat fisis:
Bentuk : Granular
Specific Gravity : 2,55
Warna : kemerahan
Komponen
Al2O3 : 56,02%
SiO2 : 13,5 %
FeO : 5,23%
TiO2 : 0,8%
(Wulansari, 2016) Aluminium sulfat dibuat dengan mereaksikan aluminium oksida yang terkandung dalam bauksit dengan asam sulfat, adapun sifat fisis dan kimia aluminium oksida adalah sebagai berikut:
Aluminium Oksida Sifat fisis
Rumus molekul : Al2O3
Nama lain : Alumina
Berat molekul, g/mol : 101,94
Kenampakan : Serbuk berwarna putih
Surface Area : 85 – 115 m2/g
Densitas, g/cm : 3,95
Spesific gravity : 3,99
Titik lebur : 1999 - 2032oC
Titik didih : 2980oC
(Perry, 2008) Sifat kimia
Al2O3+ 6HCl 2 AlCl3+ 3 H2O
Larut dalam basa membentuk sodium aluminat
Al2O3+ 2NaOH + 3H2O 2 NaAl(OH4) b. Asam Sulfat
Sifat fisis
Rumus molekul : H2SO4
Bentuk : Cair
Densitas : 1,83 g/cm3
Berat Molekul : 98,073 g/mol
Titik lebur : 10oC
Titik didih : 337oC
Tekanan Uap : < 10 Pa ( pada 20oC)
(Perry, 2008) Sifat kimia
Dengan basa membentuk garam dan air Reaksi:
H2SO4+ 2 NaOH Na2SO4+ H2O
Dengan alkohol membentuk eter dan air Reaksi:
2C2H5OH + H2SO4 C2H5OC2H5+ H2O + H2SO4
1.4.4.2 Sifat Fisis dan Kimia Produk a. Aluminium Sulfat Hidrat
Sifat fisis
Rumus Kimia : Al2(SO)4. 14H2O
Bentuk : Kristal
Warna : Putih
Ukuran : 1,5-3 mm
Melting Point : 770 ⁰C
Specific gravity : 2,71
Berat Molekul : 342,13 g/mol
pH 1% larutan : 3,4
(Nikolic, 1971) Sifat kimia
Kandungan Al2O3 : 17-18%
Terjadi proses kristalisasi apabila dipanaskan
Korosif terhadap carbon steel, aluminium, dan zinc
(Faith, 1950) b. Air
Sifat fisis
Rumus molekul : H2O
Densitas (g/cm3) : 998 ( pada 293 K)
Berat Molekul : 18,015 g/mol
Titik Beku : 0oC
Titik Didih : 100oC
Temperatur Kritis : 647,3oC
Tekanan Kritis : 218, 3074 atm
(Perry, 1999) Sifat kimia
Merupakan kovalen polar
Elektrolit lemah, mampu menghantarkan listrik karena terionisasi
H2O (l) H+(aq) + OH-(aq)
Dapat menguraikan garam menjadi asam dan basa
Bereaksi dengan oksida logam membentuk hidroksida yang bersifat ion (basa)
Bereaksi dengan oksida non logam membentuk asam
(Pudjaatmaka, 1984) 1.4.5 Tinjauan Proses
Aluminium sulfat diperoleh dengan melarutkan aluminium oksida (Al2O3) yang terkandung dalam bauksit dengan asam sulfat (H2SO4) didalam reaktor alir tangki berpengaduk (RATB) dalam kondisi operasi suhu 120°C dan tekanan 1 atm.
aluminium oksida dan asam sulfat sesuai dengan perbandingan stoikiometrik, yaitu 1 : 3.
Reaksi yang terjadi dalam reaktor adalah sebagai berikut:
Al2O3 (s)+ 3 H2SO4 (aq) Al2(SO4)3 (aq)+ 3 H2O(l)
(Zafar, 2008) Asam sulfat 98% berat yang diperoleh dari PT. Indonesian Acid Industry diencerkan menjadi 60% berat terlebih dahulu dalam mixer dengan penambahan air. Asam sulfat 60% berat kemudian direaksikan dengan bauksit yang mengandung aluminium oksida (Al2O3). Aluminium oksida larut dalam asam sulfat dan bereaksi sehingga menghasilkan aluminium sulfat (Al2(SO4)3) dan padatan tidak larut air yaitu FeO, SiO2 dan TiO2. Slurry kemudian dialirkan menuju rotary drum vacuum filter (RDVF) untuk dipisahkan larutan aluminium sulfat dan padatannya. Padatan tidak larut air selanjutnya dipindahkan menuju Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) dan larutan aluminium sulfat dikristalisasi dalam kristalizer I dengan suhu 40°C untuk menghasilkan kristal aluminium sulfat (Al2SO4.14H2O). Slurry hasil kristalizer I kemudian dipisahkan kritstal dan mother liquor-nya dalam centrifuge. Mother liquor yang tidak terkristalisasi dialirkan menuju kristalizer II untuk dikristalisasi kembali pada suhu 20°C. Slurry kemudian menuju centrifuge II untuk dipisahkan kristal dengan mother liquor-nya. Selanjutnya, kristal hasil kristalizer I dan kristalizer II dikeringkan dalam rotary dryer sehingga produk aluminium sulfat hidrat yang dihasilkan memenuhi klasifikasi pasar
