elektrodeposisi dan elektrokoagulasi

PROSES
ELEKTRODEPOSISI
PENGERTIAN ELEKTRODEPOSISI




Pada dasarnya = elektroplating
Mrp proses pengendapan secara elektrokimia
Termasuk : elektroforming, elektrorefining,
elektrowining
Biasanya diperlukan untuk finishing logam:
- memperbaiki daya hantar
- meningkatkan ketahanan korosi
- dekoratif
PRINSIP KERJA




Mengalirkan arus searah melalui elektroda ke dalam
larutan elektrolit
Reaksi redoks
Banyak berhubungan dengan konduktor elektrolitik : mobilitas ion,
konduktivits ion, difusi ion dan bilangan transpor
Dasarnya Hukum Faraday :
- Jumlah perubahan kimia oleh satuan arus listrik sebanding
dengan banyaknya arus yang mengalir
- Jumlah aneka bahan berbeda yang dibebaskan oleh sejumlah
tertentu listrik sebanding dengan berat ekivalennya
OVERPOTENSIAL



Potensial yang diperlukan untuk mengatasi
hambatan elektrolitnya
Potensial yang timbul akibat adanya selisih
konsentrasi ion di dekat elektroda
Potensial yang diperlukan untuk merusak/
menguraikan air membentuk hidrogen dan
oksigen
OVERPOTENSIAL





Besarnya tgt sifat permukaan katoda
Pada katoda : timah, seng, timbel, besarnya sampai
1 Volt. Di platina dan grafit paling kecil.
Besi tuang yang mengandung grafit sulit diplat dg
seng krn arusnya dipakai untuk deposisi hidrogen,
shg perlu dilapis dulu dg timah/kadmium
Pengotor memperbesar overpotensial
Pada lar sianida pot dep logam berdekatan dg pot.
Pengeluaran hidrogen shg akan menurunkan
efisiensi katoda.
BAK PLATING/ ELEKTRODEPOSISI
Berisi larutan plating
 Kandungan bak tergantung tujuannya, yang a.l :
- sumber logam yang dideposisikan
- membentuk kompleks dengan ion logam
deposisinya
- stabilisasi larutan ( terhadap hidrolisis)
- Buffer ( stabilisasi pH/keasaman )
- mengubah/mengatur bentuk fisik deposit
- membantu pelarutan anoda

JENIS BAK PLATING



Bak asam : tdr dr garam sederhana
Bak alkali : lebih komplek, krn logamnya juga
terdapat sebagai anion.
Bak Netral : pH 5 – 8 ( bisa garam
sederhana/ kompleks)
BAK PLATING






Harus relatif pekat ion logamnya
Diperlukan garam larut ( nitrat jarang dipakai)
Untuk mencegah pasivasi anoda diperlukan ion
klorida ( plating: nikel, besi dan seng )
Jarang digunakan anion organik (umumnya asam
lemah)
Banyak digunakan kompleks-siano dalam bak alkali
(daya lontar > bak asam)
Biasanya ada wetting agen (surfaktan)
BAHAN BAK PLATING



Bahan bak mampu menampung total larutan
elektrolit
Bahan bak harus tahan terhadap
pengkaratan dan tahan pada suhu tertentu.
Biasanya bak terbuat dari baja yang
dalamnya dilapisi dengan karet, plastik,
Fiber, atau PVC ( polyvinyl chloride resin )
Instalasi Komponen dasar PLATING
A
C
D
B
A.
B.
C.
D.
Rectifier
Bak Proses
Anoda
Katoda (benda
Kerja)
Rectifier/ penyearah arus
Adalah alat yang bisa menurunkan dan
mengubah tegangan AC (dari PLN) menjadi
DC (searah).
Rectifier yang digunakan dalam lapis logam
secara umum adalah rectifier yang bisa
mengeluarkan tegangan antara 1 – 12 Volt.
ANODA
Bentuk : logam pejal (masif) dan potongan
(oval, persegi,bulat, gerigi atau lekuk-lekuk)
 Sifat : ada anoda inert dan anoda aktif (larut)
 Bahan : logam murni atau alloy

KATODA




Merupakan bahan yang akan diplating/dilapis
Bahan : logam atau non logam ( harus dibuat
bersifat konduktor)
Bahan non logam : kayu, plastik, kulit, daun,
dll)
Cara metalisasi bahan non konduktor :
vakum, sputtering, semprot, dll
PROSES PENGENDAPAN
• hal penting :
potensial elektroda dan anoda terpolarisasi
Contoh : potensial reduksi Cu (+2) menjadi Cu(0) = 0,345 V
Bila potensial diturunkan menjadi 0,340 V maka laju reaksi anodik/
pelarutan anoda akan turun, sehingga reaksi pengendapan lebih cepat
dari pada reaksi pelarutan.
Bila potensial dinaikkan sampai 0,350 V efeknya terbalik. Meskipun
selisih 5 mV belum mampu menopang proses deposisi secara
memadai. Ion hidrogen selalu ada dalam larutan berair.
ANODA TERPOLARISASI


Anoda yang diharapkan larut, terlapisi film
oksida shg proses pelarutan terganggu
hingga berhenti melarut, ia terpolarisasi dan
menjadi pasif
Film yang terbentuk bisa menjadi isolator spt
pada anodisasi aluminium, atau menjadi
konduktor (anoda inert, namun reaksi
berlanjut dg mengeluarkan oksigen)
TERBENTUKNYA ION KOMPLEKS


Ion Cu dalam air selalu dalam keadaan ion
terhidrat, begitu pula ion logam yang lain.
Namun ion kompleks yang terbentuk tidak
begitu mempengaruhi potensial elektroda,
karena ligannya tidak terikat kuat.
Bila dalam larutan ada ion sianida maka
akan terbentuk ion komplek Cu-sianida yang
dpt merubah Cu(+2) menjadi Cu (+1). Shg
potensialnya akan merosot
yg semula
elektropositif menjadi elektronegatif
EFISIENSI KATODA



Rasio berat logam terendapkan terhadap nilai
teoritisnya x 100%
Efisiensi < 100% karena adanya reaksi samping
biasanya pengeluaran hidrogen (peruraian air)
Ion-ion yang dapat direduksi lainnya bisa
menurunkan efisiensi tanpa pengeluaran hidrogen,
contoh : ion nitrat yang mudah direduksi menjadi
nitrit, nitrogen atau amonia
MEKANISME PENGENDAPAN


ION LOGAM BERSAMA LIGANNYA MELEKATKAN
DIRI KE BEBERAPA KEDUDUKAN MEMBENTUK
IKATAN DG PERMUKAAN KATODA DAN
SEBAGIAN
MUATANNYA
TERNETRALKAN
( ADION)
Adion menyebar di permukaan dan tumbuh mengisi
cacat-cacat scr lateral sampai kisi-kisi bertetangga
saling bertemu membentuk batas butiran dan terus
tumbuh menjadi deposit tebal.
STRESS PADA DEPOSIT




Menyebabkan retakan dan terkelupasnya deposit
Penyebab: tidak tepatnya perhitungan parameter
kisi
Pengotor dari luar (oksida, air, belerang,
karbon,hidrogen, ion logam lain, dll)
Kisi tidak normal dan getas
PERSIAPAN ELEKTRODEPOSISI



Pembersihan:
- pelarut organik (penghilangan lemak)
- pembersihan alkali
- pembersihan asam ( pickling asam)
Pembersihan tergantung pada: jenis bahan yang
akan dibersihkan dan jenis kotoran yang akan
dihilangkan (organik/anorganik) dan ditentukan oleh
proses finishing berikutnya.
Standar pembersihan : ASTM B 322
TAHAPAN UMUM PEMBERSIHAN





Pembersihan secara mekanis
Bilas air bersih
Alkaline degreasing
Bilas 2 – 3 kali
Pickling ( cuci asam )
- Besi, Baja, SS: Konsentrasi HCl 3 - 12 % x
Volume, selama 5 – 15 menit
ANEKA LOGAM PLATING
Dikelompokkkan 5 golongan
 Coating tumbal
 Coating dekoratif-protektif
 Coating logam rekayasa
 Coataing logam jarang pakai
 Coating alloy
COATING TUMBAL





Digunakan untuk melindungi logam dasar
Disebut pula sebagai proses anodik (relatif thd
substrat)
Seng dan Kadmium sebagai pelapis besi/baja
Kadmium lebih baik dr seng, tetapi > mahal
Cara coating : elektroplating, celup panas atau
semprot
COATING DEKORATIF-PROTEKTIF




Yang paling populer : vernikel dan verckrom
Logam pelapis : tembaga, nikel dan krom
Per tahun : Cu > 50.000 ton, Ni > 100.000
ton dan Cr > 120.000 ton
Produk : barang rumah tangga, alat sport,
alat tulis, konstruksi dan kendaraan
COATING REKAYASA




Menggunakan logam-logam mulia : Pt,Au,Ag
Ditambah logam : timah dan timbel
Logam kel. Pt : rutenium,rhodium,paladium,
osmium, iridium dan platina ( rhodium
biasanya dipakai untuk dekoratif)
Timah dan timbel untuk pelapis industri (alloy
timah-timbel untuk elektronika)
LOGAM JARANG PAKAI
Golongan yang mudah diplatingkan :
 Fe : mudah terkorosi
 Co : mahal, diganti Ni
 In : mahal
Golongan sukar diplatingkan:
 Mo : faktor termodinamik dan
kinetik(mekanisme rakasi)
 W : s.d.a
 Al, Mg, Be
PLATING ALLOY



Alloy Cu,Sn dan Zn paling populer
Keunggulan : sifat fisik, warna, sifat
magnetik dan ketahan korosi
Alloy nikel-fosfor : sifat magnetik hebat
(untuk teknologi komputer)
Alloy Co-W : > bagus dr “hard-chrom”
Contoh coating tumbal : COATING
SENG
1.Bak Seng Sianida ( Seng=0,125;NaOH=0,445;
NaCN=0,374; Na2CO3 =0,096)
2. Bak Sianida Encer (Seng= 0,08, NaOH = 0,65
,NaCN =0,27dan pencerah)
3.Bak Non Sianida (seng=0,06; NaOH=0,65;
NaCN=0,08 dan pencerah)
4.Bak Klorida netral (seng=0,77; klorida=100-165
;pengkhelat =45-90%w/v;
(satuan % w)
COATING SENG





Hidroksida berperan sebagai pembawa arus
utama, membantu pelarutan anoda,
mengatur daya lontar dan efisiensinya
Karbonat berperan menyerap karbon
dioksida dr udara atau oksidasi sianidanya
Rentang suhu lebar: 20-65 der.celsius
Ketebalan: GS(25 mikron), LS(13 mikron)
dan RS (3,8 mikron)
Pasca lakuan : celup-cerahan dlm asam
nitrat 1%(1 menit), bromat atau khromat
CONTOH COATING DEK-PROT:
1. COATING TEMBAGA ( Cu)




Dlm bentuk Cu(I) dan Cu(II)
Cu(I) hanya larut dlm bentuk kompleks:
sianida, amonia, khlorida dan asetonitril
Mudah diplatkan, hindari deposit celup ( tidak
melekat dengan baik/membubuk), UNTUK
ITU perlu dikomplekskan dengan sianida
atau mengurangi aktivitasnya
Bagus sebagai lapisan dasar sebelum
diplating logam lain
BAK COATING TEMBAGA





Tembaga Sulfat ( CuSO4.5H2O =188g/l; H2SO4
=74g/l)
Tembaga Fluoroborat ( Cu(BF4)2 = 224 g/l; HBF4 =
15g/l; H3BO3 =15g/l ). Ini untuk konsentrasi rendah.
Untuk kons tinggi 2x lipat
Keduanya termasuk jenis bak asam
Agent pencerah : thiourea= 0,002-0,005 g/l
Temperatur : 18 - 60 der celsius ( bak asam baik
<30 der)
2. COATING NIKEL




Bersifat feromagnetik, > 353 der. Paramagnetik
Nikel dapat digunakan sebagai katalis dlm elektro
palting
Garam : karbonat,klorida,sulfamat,sulfat dan
fluoroborat .
Bak plating yang terkenal : WATTS
BAK NIKEL SULFAT WATTS
(rapat arus 500 A/m2, t=60,pH=3-4)
Nikel sulfat = 0,46 %berat
 Nikel Klorida = 0,10
 Nikel total sebagai logam = 0,31
 Asam borat = 0,13
 Anti pitting ( krn efisiensi < 100%, terbentuk gel
hidrogen)
 Pencerah : yang mengandung
1. asam sulfonal aromatik,sulfonamida, sulfinat
2. kumarin, formaldehid, olefin

3. COATING KHROM
( 3,1 – 15,5 A/dm2 pada 45 der )





Mrp finishing plating dek-prot
Jarang diplatkan langsung, kec. Plating SS
Umumnya ketebalan hanya 1- 1,5 mikron
Ada 2 jenis Bak : konvensional dengan
katalis sulfat, dan katalis tercampur ( katalis
dengan kandungan fluorida/fluosilikat)
Komposisi bak : asam khromat = 250g/l dan
sulfat 2,5 g/l
CONTOH COATING REKAYASA
1. COATING PERAK





Sifat Ag lunak dan biasanya diperkeras dg Cu
Perak dpt membentuk senyawa tak larut dan komplek stabil
dengan ligan organik dan anorganik
Perak membentuk kompleks halida,sianida,amonia dan
thiosulfat. Senyawa tak larutnya umumnya larut dalam
larutan yang mengandung pengompleknya
Perak bila tidak dikomplekskan, depositnya kasar, butiran
besar dan distribusi kurang baik.
Perak dalam elektrolit sianida tinggi lebih mulia dari emas
dan cenderung mengendap pada aneka logam, sehingga
diperlukan larutan “Strike sianida”
LANJUTAN COATING PERAK





Sianida kalium lebih baik dari natrium (kond. >)
Karbonat dan hidroksil dpt meningkatkan daya
hantar,membantu kerja pencerah, menjaga pH tetap alkali
dan menyerap CO2 dr udara agar tidak bereaksi dg sianida
membentuk asam.
Untuk meningkatkan daya lontar dibuat kons.perak rendah (
1,5-3,5 g/l) dan sianidanya tinggi ( 90g/l) = lar.strike
Untuk pengeras/anti aus dpt diberi antimon
Anoda yang digunakan harus murni. Dlm lar.strike
digunakan anoda SS, dan dlm keadaan tertentu dipakai
karbon atau platina.
PASCA LAKUAN COATING PERAK



Perak mudah mengalami tarnish dan membentuk
sulfida di atmosfer. Selain berwarna gelap juga
mengurangi daya solder.
Cara menghindari: melapis emas/rhodium atau
lakuan passivasi dengan oksida berilium atau
kromatisasi atau dg cara pembersihan berkala
menggunakan alkali panas seperti: trinatrium fosfat
Penggunaan: industri listrik dan elektronika
2. COATING EMAS





Sifat emas: mulia, tahan asam, tdk bereaksi dg
O2,S,N2, Se atau C, tahan alkali hidroksida dan
karbonat pd semua suhu, larut dalam aqua regia (
campuan as.nitrat dan as. Klorida), tidak terdapat
senyawa emas sederhana
Kompleks KAu(CN)2 banyak digunakan
Kompleks sianida emas stabil pada pH asam pH 3
Senyawa organo-emas membentuk dasar dekoratif,
disemprotkan dan dilapiskan ke keramik, gelas, dll
Penerapan : dekoratif dan industri: elektronika
,dirgantara dan komunikasi)
JENIS BAK PLATING EMAS
Bak alkali : daya lontar baik dan tidak mudah
mengalami kodeposisi
 Bak netral: pH netral menjamin tidak terjadi
gangguan atas subtrat yang peka/halus ,
mungkin tjd kodeposisi
 Bak asam : tidak merusak substrat, dpt
menghasilkan plat emas murni

BAK SIANIDA- EMAS (I)





Baik untuk industri maupun dekoratif
Mengandung kompleks [Au(CN)2]Bak alkali tidak dibufer pada pH 8,5 -13
Bak netral dibuffer pada pH 6 -8,5
Bak asam pada pH 3-6
BAK PLATING EMAS
Bak emas netral :
Kalium emas sianida
Emas sbg logam
Alkali (fosfat)
Pengkhelat (g/l)
Pencerah (g/l)
pH
0,031%
0,048%
0,920%
50-150
0,1 – 30
6-8
JENIS ANODA






Tergantung atas jenis bak dan pertimbangan
ekonomis
Anoda emas : mahal, baik untuk bak alkali
Anoda platina : mahal, dapat digunakan untuk
semua bak
Anoda titanium terplatinasi : baik untuk bak asam
atau netral
Anoda SS : dipakai dlm bak netral dan alkali
Anoda karbon : hanya pada bak asam
BAK NON SIANIDA –EMAS (III)


Emas (III) terkomplekskan dalam larutan
sebagai anion, contoh : AuCI3OH- dan juga
dpt sebagai kation koordinat empat, contoh
dengan piridin, fenantrolin dietilentriamin,dll
Bak plating ini lebih ramah lingkungan
LARUTAN STRIKE EMAS




Ada 2 macam : sianida alkali dan asam
Strike asam : pH pada 3-7, untuk bahan
berbasis plastik, Kandungan logam rendah
(0,5-4 g/l), suhu 30-60 der, 4-12 Volt, anoda
Pt/titan lapis Pt/karbon
Strike alkali : pH pada 8-13, suhu 40-60 der,
3-8 Volt, anoda SS
Waktu strike : 5 detik – 5 menit
PLATING EMAS DEKORATIF






Pemberian warna diatur dengan logam aditif.
Warna emas 24 karat (kuning muda) hanya
ditambahkan nikel dan tembaga sianida pada
bak sianida
Warna hijau diberi perak
“bayangan” warna hijau diberi kadmium
Warna emas antik diberi timbel
Ketebalan emas dekoratif cukup 0,2 mikron,
kec. Yang potensi aus, ketebalan bisa 40 mikron
3. COATING PLATINA




Bak plating logam-logam platina dan kelompok
platina agak berbeda dengan logam yang
lain,karena sangat mulia dan cenderung
membentuk kompleks
Konsentrasinya cukup 2 g/l
Meskipun mulia tetapi cukup stabil, shg tidak
membentuk deposit celup dan langsung dapat
digunakan melapisi Cu atau Ni
Menggunakan anoda tak larut anodik: Paladium
Contoh bak Plating Platinum






Garam platinum
Amonium nitrat
Sodium nitrat
Amonia, 28%
Suhu
Densitas arus
10g/l
100g/l
10g/l
50ml/l
90 der
0,4 A/ dm2
Contoh bak plating platinum
Ketebalan 0,5 mm
Garam platinum
40g/l
 Asam sulfamat
80g/l
 Suhu
75 der
 Densitas arus
1,5 A/dm2
Contoh lain ( ketebalan 0,25 mikron)
 H2Pt(NO2)2SO4
5 g/l
 Asam sulfat
sampai pH 2
 Suhu
40 der
 Densitas arus
0,5 A/dm2

Coating Pt tanpa listrik





Na2Pt(OH)6
NaOH
Ethylamin
Hidrazin (sbg pereduksi)
Suhu
10 g/l
sampai pH 10
10 g/l
0,1-1 g/l
30 der
4. COATING ALLOY




Lebih sulit dari plating logam murni, shg kontrol
kondisi kerja sangat penting
Syarat : salah satu logamnya dapat dideposisi
sendiri dan potensial keduanya sangat
berdekatan ( jika tidak hrs didekatkan), kurang
lebih selisih sekitar 200 mV
Cara
mendekatkan
potensial
dengan
mengkomplekskan
Anoda : alloynya, inert atau logam2 dlm alloy
secara bergantian
Jenis alloy yang umum diplatingkan
1.KUNINGAN
 Kuningan : Cu (70%) dan Zn (30%)
 Kuningan putih : Cu (30%) dan Zn (70%),
sebagai pengganti nikel sebelum diplat krom
 Komposisi bak plating kuningan : tembaga
sianida dan seng sianida, NaOH dan
Na2CO3 dg ion amonium sbg pengontrol
warna dan sedikit arsen/Ni untuk pencerah.
2. PERUNGGU ( Cu dan Sn)

Alloy timah mudah diplatkan dari stannat alkali
bercampur dengan tembaga sianida

Umumnya mengandung 8 -15 % timah (warna
merah sampai kuning emas)
3. TIMAH-NIKEL





Biasanya diplatkan pada substrat baja
Untuk peningkatan ketahanan korosi baik
penggunaan industri maupun di ling.laut
Sebelumnya harus diplat tembaga
Hasil plating timah-nikel tahan sampai 500 der
Jika > 500 der akan terurai menjadi Ni3Sn2 atau
Ni2Sn4
4. TIMAH - KOBALT



Biasanya juga berisi logam ketiga
Dapat menggantikan lapisan krom karena
warnanya sama
Masih jarang, krn kobalt mahal
REAKSI PADA PROSES PLATING


Reaksi pada proses plating :
di Anoda : Reaksi Oksidasi
di Katoda : Reaksi Reduksi
Reaksi pada proses plating (elektrolisis)
pada umumnya tidak sederhana, sangat
tergantung pada komposisi bak plating,
bahan anoda dan katodanya.
CONTOH ELEKTROPLATING KROM
KOMPOSISI BAK PLATING:
 Chrome acid
: 200 - 300 g/l
 Sulfuric Acid (p.a) : 2 - 3 g/l
 Catalyst
: 1 – 2 cc/l
Catatan
: Perbandingan berat Cromic acid dengan
Asam sulfat yang paling baik adalah 100/1
Sulfuric Acid yang digunakan adalah sulfuric
acid p.a
Kondisi Operasi



Suhu
Rapat Arus
Tegangan
: 24 – 48 °C
2
: 2.5 – 10 Amp/dm
: 4 – 12 Volt
Reaksi pada Anode
Pengeluaran Oksigen
(+)
2H2O
-
e
+
O2 + 4H + 4e
-
Oksidasi Ion Kromat
+
Pb
2Cr + 6H2O
PbO2
+
2CrO3 + 12H + 6e
-
Produksi Timbel Dioksida
Pb + 2H2O
+
PbO2 + 4H + 4e
-
Oksidasi Cr pada Anoda membantu produksi Cr tersebut pada katoda
3+
(bendakerja), serta menjaga tingkat Cr pada larutan.
Timbel dioksida (PbO2) harus terbentuk, apabila tidak maka akan terjadi
+
timbel kromat dan menghambat pengaturan konsentrasi Cr dibaknya
Reaksi di Katoda
Reaksi pengendapan
(-)
2-
+
Cr2O7 + 14H + 12(e)
Cr
Pengeluaran Hidrogen
+++
+
H2
2Cr
2Cr + 7H2O
-
2H + 2e
H2
Pembentukan Cr (III)
2-
+
-
Cr2O7 + 14H + 6e
2Cr
+++
+ 7H2O
PROSES ELEKTROKOAGULASI





Proses koagulasi menggunakan arus listrik searah
Digunakan sebagai salah satu cara/metoda
pengolahan limbah DAN penjernihan air
Pengolahan dengan elektrokoagulasi
menghasilkan gumpalan padat dan selanjutnya
dapat dilanjutkan dengan unit solid separation
Tidak perlu menambahkan koagulan
Diperlukan bahan anoda yang dapat larut dan
membentuk koagulan selama proses
PROSES ELEKTROKOAGULASI


arus listrik akan menimbulkan reaksi kimia yang
membuat kontaminan yang bersuspensi dan
teremulsi dalam limbah menjadi tidak stabil.
Reaksi kimia yang terjadi tergantung pada jenis
elektrode dan limbah yang diolah.
ion logam yang berperan sebagai koagulan akan
terus – menerus diproduksi di anode. Kation ini
akan mendorong terjadinya koagulasi dari
polutan yang ter-disperse pada larutan.
Jenis limbah yang diproses




Limbah tekstil untuk mengurangi zat warna,
COD maupun BOD
Limbah pabrik kertas
Limbah yang mengandung logam berat
dll
KONDISI OPERASI





Anoda yang umum digunakan : Al danFe (
relatif murah dan mudah didapat)
Katoda bisa dari bahan yang sama dg anoda
pH = 8-10
Densitas arus/ tegangan listrik tgt pada jenis
limbah dan perkiraan konsentrasi limbah
Konsentrasi elektrolit di dalam limbah tidak
bisa terlalu tinggi ( terjadi hub. Pendek)