daftar isi - Universitas Sumatera Utara

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Senyawa – Senyawa Magnesium
Magnesium merupakan unsur kimia di dalam sistem berkala yang
mempunyai simbol Mg bernomor atom 12 dan mempunyai berat atom 24,31.
Magnesium berasal dari bahasa Yunani untuk sebuah daerah di Thessaly yang
bernama Magnesia. Joseph Black dari Inggris yang memperkenalkan magnesium
sejenis unsur pada tahun 1755, Sir Humphry Davy memisahkan logam magnesium
secara elektrolisis pada tahun 1808 dari campuran magnesia dan HgO, sementara
A.A.B. Bussy telah menyediakan dalam bentuk koheren pada tahun 1831.
Magnesium merupakan unsur kedelapan paling banyak terdapat dalam kerak Bumi
sebesar 1,9 persen. (Thophick, 2008)
Magnesium ini digunakan sebagai bahan untuk membuat campuran
aluminium magnesium, yang biasanya dinamakan magnalium.
Gambar 2.1 Magnesium Padat
Magnesium murni tidak terdapat di alam sebagai unsur, namun dalam bentuk
senyawa dalam mineral. Sebagai contoh magnesium dalam bentuk senyawa karbonat
terdapat dalam mineral magnesit dan dolomit (MgCO3.CaCO3). Air laut mengandung
0,13% magnesium, dan merupakan sumber magnesium yang tidak terbatas.
(Rhamandica, 2009)
Sumber garam magnesium yang terpenting adalah air laut, sumur garam,
bittern (cairan sisa penguapan) dari air laut, air asin, dolomite, dan magnesit
(MgCO3). Senyawa magnesium banyak digunakan untuk refraktori dan bahan isolasi,
disamping juga dalam pembuatan karet, tinta cetak, obat-obatan, dan bahan
kebersihan misalnya magnesium oksida mulai banyak yang dipakai dalam sistem
pengendalian pencemaran udara untuk menyingkirkan sulfur dioksida dari gas
cerobong asap.
Universitas Sumatera Utara
Pembuatan senyawa magnesium dari air laut sudah lama dilaksanakan di
Jerman. Hasil penelitian kimia dan fisika, International Minerals and Chemical
Corp. adalah pembuatan magnesium klorida dari langbeinit dengan mengeluarkan
kristal kranalit (KCl.MgCl2.6H2O). Garam rangkap ini kemudian diuraikan sehingga
menghasilkan magnesium klorida.
Senyawa magnesium dapat diperoleh dari air laut oleh karena magnesium
hidroksida sukar larut di dalam air. Keberhasilan mendapatkan senyawa magnesium
dari proses tersebut bergantung pada
1. Cara melunakkan air laut yang murah, biasanya dengan gamping atau
dolomit kalsinasi.
2. Pembuatan bubur gamping murni atau dolomit dengan sifat-sifat tertentu
3. Pengeluaran endapan hidroksida secara ekonomis dari sejumlah besar air.
4. Pemurnian endapan hidro secara murah
5. Pengembangan cara penyaringan lendir
Reaksinya adalah :
MgCl2(aq) + Ca(OH)2(s)
Mg(OH)2(s) + CaCl2(aq)
∆H = +9,46 kJ
MgSO4(aq) + Ca(OH)2(s)
Mg(OH)2(s) + CaSO4(c)
∆H = -13,3 kJ
Mg(OH)2 dapat dikalsinasi pada suhu sekitar 700oC menjadi MgO kimia
aktif, atau pada suhu antara 1475 dan 1650oC menjadi MgO periklase. Mg(OH)2 ini
sangat berlainan dengan Mg(OH)2 yang diendapkan oleh alkali larut atau susu
gamping. Hanya kira-kira 7 persen dolomit yang diperlukan untuk mengendapkan
kristal Mg(OH)2 yang setelah diendapkan. Disaring, dan dicuci. Hidroksida ini
kemudian dapat dikonversikan menjadi produk-produk lain (Austin, 1996).
2.2 Kegunaan Magnesium Hidroksida (Mg(OH)2)
Magnesium dalam senyawa Mg(OH)2 banyak digunakan dalam kegiatan
beberapa industri, antara lain sebagai bahan refraktori, bahan pengisi kertas, dan
dalam pembuatan semen oksoklorida. Selain itu juga digunakan sebagai bahan baku
dalam pembuatan obat mag, dimana Mg(OH)2 bersama-sama Al(OH)3 sebagai
antasid yang bekerja menetralkan asam lambung dan menginaktifkan pepsin, sebagai
nyeri hati akibat iritasi oleh asam lambung dan pepsin berkurang.
Universitas Sumatera Utara
Reaksi dari magnesium hidroksida akan menghasilkan magnessium sulfat
yang dikenal sebagai garam Epsom yang digunakan sebagai bahan pengisi dan
sebagai bahan tahan api. Selain itu, Mg(OH)2 yang dihasilkan digunakan untuk
pembuatan MgO yaitu sebagai bahan pelapis furnace.
Adapun beberapa kegunaan lain dari magnesium hidroksida adalah sebagai
berikut :
Tabel 2.1 Kegunaan magnesium hidroksida dalam berbagai bidang
Bidang
Fungsi
1. Farmasi : sebagai obat maag
(Sumber: Anonim, 2008)
- Efek laksatif dari Magnesium hidroksida
akan mengurangi efek konstipasi dari
Aluminium hidroksida
2. Industri kimia
- Bahan refraktori
(Sumber : Nitiatmodjo, 2003)
- Proses pemurnian gula
- Pengeringan produk makanan
- Bahan tambahan residu minyak bakar
- Proses pemurnian unsur radioaktif uranium
2.3 Sifat – Sifat Bahan Baku dan Produk
2.3.1 Sifat-Sifat Bahan Baku
A.
Air laut
Air laut merupakan sumber utama bagi magnesium dan kalsium. Dalam setiap
m3 air laut diperkirakan terdapat 5.443.080 kg magnesium dan 1.723.642 kg kalsium
(Kirk dan Othmer, 1967). Senyawa magnesium yang terdapat dalam air laut
umumnya adalah MgCl2 dan MgSO4 sedangkan senyawa kalsium adalah CaSO4.
Proses pembuatan magnesium dari air laut dalam skala besar dilakukan
melalui proses pengendapan Mg(OH)2 dari air laut, yaitu dengan menambahkan
kapur.
MgCl2(aq) + Ca(OH)2(s)
Mg(OH)2(s) + CaCl2(aq)
(1)
Universitas Sumatera Utara
MgSO4(aq) + Ca(OH)2(s)
Mg(OH)2(s) + CaSO4(c)
(2)
Sumber : Kirk dan Othmer (1967)
Magnesium hidroksida yang terbentuk selanjutnya diolah menjadi produk –
produk yang lain. Adapun komponen yang terdapat dalam air laut dapat dilihat pada
table 2.1 di bawah ini.
Tabel 2.1 Komposisi Air Laut
Senyawa
Kandungan (%)
NaCl
2,680 %
MgCl2
0,320 %
MgSO4
0,220 %
CaSO4
0,120 %
KCl
0,070 %
NaBr
0,008 %
H2O
96,582 %
B. Air Bersih (H2O)
Sifat-sifat fisika (Perry, 1999) :
1. Berat molekul
: 18,016 gr/gmol
2. Titik lebur
: 0°C (1 atm)
3. Titik didih
: 100°C (1 atm)
4. Densitas
: 1 gr/ml (4°C)
5. Spesifik graviti
: 1,00 (4°C)
6. Indeks bias
: 1,333 (20°C)
7. Viskositas
: 0,8949 cP
8. Kapasitas panas
: 1 kal/gr
9. Panas pembentukan
: 80 kal/gr
10. Panas penguapan
: 540 kal/gr
11. Temperatur kritis
: 374°C
12. Tekanan kritis
: 217 atm
Adapun sifat-sifat kimia air sebagai berikut:
1. Elektrolisis Air
Universitas Sumatera Utara
Molekul air dapat diuraikan menjadi unsur-unsur asalnya dengan mengalirinya
arus listrik. Proses ini disebut elektrolisis air. Pada katoda, dua molekul air bereaksi
dengan menangkap dua elektron, tereduksi menjadi gas H2 dan ion hidrokida (OH-).
Sementara itu pada anoda, dua molekul air lain terurai menjadi gas oksigen (O2),
melepaskan 4 ion H+ serta mengalirkan elektron ke katoda. Ion H+ dan OHmengalami netralisasi sehingga terbentuk kembali beberapa molekul air. Reaksi
keseluruhan yang setara dari elektrolisis air dapat dituliskan sebagai berikut.
2 H2O(l)
→ 2 H2(g)
+ O2(g)
Gas hidrogen dan oksigen yang dihasilkan dari reaksi ini membentuk gelembung
pada elektroda dan dapat dikumpulkan. Prinsip ini kemudian dimanfaatkan untuk
menghasilkan hidrogen dan hidrogen peroksida (H2O2) yang dapat digunakan
sebagai bahan bakar kendaraan hidrogen.
2. Kelarutan
Air adalah pelarut yang kuat, melarutkan banyak jenis zat kimia. Zat-zat yang
bercampur dan larut dengan baik dalam air (misalnya garam-garam) disebut sebagai
zat-zat "hidrofilik", dan zat-zat yang tidak mudah tercampur dengan air (misalnya
lemak dan minyak), disebut sebagai zat-zat "hidrofobik". Kelarutan suatu zat dalam
air ditentukan oleh dapat tidaknya zat tersebut menandingi kekuatan gaya tarikmenarik listrik (gaya intermolekul dipol-dipol) antara molekul-molekul air. Jika
suatu zat tidak mampu menandingi gaya tarik-menarik antar molekul air, molekulmolekul zat tersebut tidak larut dan akan mengendap dalam air.
3. Kohesi dan Adhesi
Air menempel pada sesamanya (kohesi) karena air bersifat polar. Air memiliki
sejumlah muatan parsial negatif (σ-) dekat atom oksigen akibat pasangan elektron
yang tidak digunakan bersama, dan sejumlah muatan parsial positif (σ+) dekat atom
oksigen. Dalam air hal ini terjadi karena atom oksigen bersifat lebih elektronegatif
dibandingkan atom hidrogen yang berarti, atom oksigen memiliki lebih "kekuatan
tarik" pada elektron-elektron yang dimiliki bersama dalam molekul, menarik
elektron-elektron lebih dekat ke arahnya (juga berarti menarik muatan negatif
elektron-elektron tersebut) dan membuat daerah di sekitar atom oksigen bermuatan
lebih negatif ketimbang daerah-daerah di sekitar kedua atom hidrogen. Air memiliki
pula sifat adhesi yang tinggi disebabkan oleh sifat alami kepolarannya.
Universitas Sumatera Utara
4. Tegangan Permukaan
Air memiliki tegangan permukaan yang besar yang disebabkan oleh kuatnya
sifat kohesi antar molekul-molekul air. Hal ini dapat diamati saat sejumlah kecil air
ditempatkan dalam sebuah permukaan yang tak dapat terbasahi atau terlarutkan maka
air tersebut akan berkumpul sebagai sebuah tetesan. Di atas sebuah permukaan gelas
yang amat bersih atau bepermukaan amat halus air dapat membentuk suatu lapisan
tipis karena gaya tarik molekular antara gelas dan molekul air (gaya adhesi) lebih
kuat dibanding gaya kohesi antar molekul air.
C. Dolomit (CaCO3.MgCO3)
Dolomit termasuk rumpun mineral karbonat, mineral dolomit murni secara
teoritis mengandung 45,6% MgCO3 atau 21,9% MgO dan 54,3% CaCO3 atau 30,4%
CaO. Rumus kimia mineral dolomit dapat ditulis meliputi CaCO3.MgCO3,
CaMg(CO3)2. Dolomit di alam jarang yang murni, karena umumnya mineral ini
selalu terdapat bersama-sama dengan batu gamping, kwarsa, rijang, pirit dan
lempung. Dalam mineral dolomit terdapat juga pengotor, terutama ion besi.
Dolomit berwarna putih keabu-abuan atau kebiru-biruan dengan kekerasan
lebih lunak dari batugamping, yaitu berkisar antara 3,50 - 4,00 bersifat pejal, berat
jenis antara 2,80 - 2,90, berbutir halus hingga kasar dan mempunyai sifat mudah
menyerap air serta mudah dihancurkan. Klasifikasi dolomit dalam perdagangan
mineral industri didasarkan atas kandungan unsur magnesium, Mg (kimia), mineral
dolomit (mineralogi) dan unsur kalsium (Ca) dan magnesium (Mg). Kandungan
unsur magnesium ini menentukan nama dolomit tersebut. Misalnya, batu gamping
mengandung ± 10 % MgCO3 disebut batu gamping dolomit, sedangkan bila
mengandung 19% MgCO3 disebut dolomit.Penggunaan dolomit dalam industri tidak
seluas penggunaan batu gamping dan magnesit. Kadang-kadang penggunaan dolomit
ini sejalan atau sama dengan penggunaan batu gamping atau magnesit untuk suatu
industri tertentu. Akan tetapi, biasanya dolomit lebih disukai karena banyak terdapat
di alam.
2.3.2 Sifat-Sifat Produk
A. Magnesium Hidroksida
Universitas Sumatera Utara
Magnesium Hidroksida adalah senyawa anorganik dengan rumus Mg(OH)2.
Mg(OH)2 ini dalam bentuk suspensi dalam air berupa susu magnesia. Bentuk padatan
Mg(OH)2 dikenal dengan brucite.
Magnesium hidroksida umum diproduksi dengan proses pengendapan dari
larutan magnesium dan proses pengendapan dari air laut. Senyawa ini banyak
digunakan di industri farmasi/obat dalam pembuatan obat maag dan obat lainnya,
Pada industri kimia Mg(OH)2 banyak digunakan dalam proses pemurnian gula,
pengeringan produk makanan, bahan tambahan residu minyak bakar, serta digunakan
pada proses pemurnian unsur radioaktif uranium.
Sifat-sifat fisika Mg(OH)2:
1. Berat molekul
: 58,3197 g/mol
2. Titik lebur (oC)
: 350
3. Densitas
: 2,3446 g/cm3
4. Kelarutan (g/100 g H2O) : 1,2mg
5. Bentuk putih solid
(wikipedia,2009)
Sifat-sifat kimia Mg(OH)2:
1. Entalpi pembentukan standar pada ΔfHo298 : –925 kJ/mol
2. Entropi molar standar
3. pH
: 63 J K–1 mol–1
: 9,5-10,5
4. Reaksi pembentukan magnesium hidroksida:
Mg2+ (aq) + 2 OH- (aq) → Mg(OH)2(s)
(wikipedia,2009)
B. Kalsium Sulfat
Kalsium sulfat, CaSO4 dikenal dengan nama gipsum merupakan mineral alam
yang terbentuk dari garam-garam yang telah mengendap selama ribuan tahun.
Beberapa kegunaan dari kalsium sulfat:
1.
Dalam dunia kedokteran, kalsium sulfat digunakan sebagai bahan penambal gigi
dan tulang buatan.
2.
Menghaluskan permukaan logam nikel.
3.
Melapisi dinding atas pertambangan dan bagian bawah jembatan.
Universitas Sumatera Utara
4.
Dalam dunia pertanian, kalsium sulfat digunakan untuk mengurangi kadar
garam dalam tanah serta menyediakan belerang dan kalsium
5.
Sebagai pigment, pengisi, dan pengering dalam industri cat.
6.
Digunakan dalam pembuatan tinta.
Sifat – sifat fisika CaSO4:
1.
Warna
:
putih
2.
Berat Molekul
:
136,14
3.
Bentuk kristal
:
rhombic
4.
Warna
:
tidak berwarna
5.
Indeks bias
:
1,576
6.
Densitas
:
2,96
7.
Titik leleh (0C)
:
1460
8.
0
Titik didih ( C)
:
1193
9.
Kelarutan (g/100 g H2O)
:
0,298 pada 200C dan 0,1619 pada 1000C
(wikipedia,2009)
Sifat-sifat kimia CaSO4:
1. Entalpi pembentukan standar pada ΔfHo298 : –1434,5 kJ/mol
2. Reaksi pembentukan kalsium sulfat:
CaSO4.2H2O + panas → CaSO4 + 2H2O
(wikipedia,2009)
2.4 Proses pembuatan Mg(OH)2
Ada beberapa proses pembuatan Mg(OH)2 yaitu :
1. Pembuatan dari air
laut
tanpa evaporasi,
yaitu dengan cara
menggunakan air laut dan gamping sebagai bahan baku utama. Cara ini
menggunakan senyawa magnesium yang dilarutkan di dalam asam
klorida 10% untuk menghasilkan magnesium klorida 76% yang siap
untuk diteruskan ke sel elektrolit untuk mendapatkan larutan elektrolit
Mg(OH)2.
Kelebihan dari proses ini yaitu :
Universitas Sumatera Utara
-
Menghasilkan Mg(OH)2 dengan kemurnian yang lebih tinggi
-
Proses pembuatan dengan menggunakan semi batch
Kekurangan dari proses ini yaitu :
-
Biaya operasional dalam pembuatan Mg(OH)2 ini mahal.
-
Elektrolisisnya menghasilkan gas Cl2 yang beracun sehingga
menambah biaya pengolahan limbah.
2. Pembuatan dari cairan induk hasil evaporasi air laut pada pembuatan
garam. Evaporasi air laut ini menggunakan bantuan tenaga surya untuk
mendapatkan Mg(OH)2.
Kelebihan dari proses ini yaitu :
-
Proses pembuatan Mg(OH)2 lebih sederhana
-
Biaya operasional dalam pembuatan Mg(OH)2 lebih murah
Kekurangan dari proses ini yaitu :
-
Pengaruh cuaca menghambat pembuatan Mg(OH)2.
-
Proses pembuatan Mg(OH)2 tidak kontinu disebabkan cuaca
berubah-ubah / tidak menentu.
-
Kemurnian Mg(OH)2 yang dihasilkan lebih rendah.
3. Pembuatan Mg(OH)2 dari dolomit dan air laut paling umum digunakan
di seluruh dunia, disebabkan bahan baku yang digunakan tersedia
banyak dan murah. Cara ini menggunakan bahan baku dolomit, dimana
dolomit ini akan bereaksi dengan garam-garam yang terlarut dalam air
laut sehingga menghasilkan Mg(OH)2 dan garam-garam lainnya.
Kelebihan dari proses ini yaitu :
-
Biaya bahan baku murah
-
Bahan baku mudah didapat
-
Kemurnian Mg(OH)2 relatif lebih tinggi
-
Konversi Mg(OH)2 tinggi
Kekurangan dari proses ini yaitu :
-
Proses pemurnian Mg(OH)2 rumit
4. Pembuatan dari air asin sumur dalam. Produksi ini menghasilkan CaCl2,
MgCl2, NaCl. Sejumlah kecil Brom yang dibebaskan oleh klor, dan
Universitas Sumatera Utara
sesudah dikeluarkan Mg(OH)2 yang dihasilkan lalu diendapkan, disaring
dan dicuci sehingga menjadi bubur yang mengandung Mg(OH)2.
Kelebihan dari proses ini yaitu :
-
Proses pembuatan Mg(OH)2 lebih sederhana.
-
Proses pembuatan Mg(OH)2 kontinu.
Kekurangan dari proses ini yaitu :
-
Kemurnian Mg(OH)2 rendah.
-
Dalam proses ini menghasilkan gas Br2, zat beracun sehingga
diperlukan pengolahan limbah lagi sehingga menambah biaya.
-
Pengolahan limbah mahal.
2.5 Deskripsi Proses
Dengan mempertimbangkan kelebihan dan kekurangan dari keempat proses
di atas dalam pra rancangan pabrik ini, proses yang digunakan yaitu proses nomor
tiga, karena terdapat banyak kelebihan salah satu-nya yaitu bahan baku murah dan
mudah diperoleh. Deskripsi proses dalam proses pembuatan magnesium hidroksida
(Mg(OH)2) yaitu sebagai berikut :
Dolomit diangkut ke dalam furnace (B-130) untuk dikalsinasi hingga
kemudian terbentuk CaO dan MgO dimasukkan ke dalam reaktor 1 (R-210).
Pada reaktor 1 (R-210) dimasukkan air bersih sehingga terbentuk Ca(OH)2 dan
Mg(OH)2 kemudian diangkut ke reaktor 2 (R-220).
Air laut dipompakan ke reaktor 2 (R-220) pada temperatur 30OC pada
tekanan 1 atm dengan pengadukan yang terus menerus dengan waktu tinggal sekitar
1 jam sehingga terjadi reaksi yang menghasilkan Mg(OH)2, CaCl2 dan CaSO4
kemudian dipompakan ke rotary filter (H-310) untuk dipisah antara filtrat dan
residu.
Residu dari rotary filter (H-310) dipompakan ke hydroclone (F-320) dan
ditambahkan air bersih untuk memisahkan antara Mg(OH)2 dan CaSO4.
Sedangkan filtrat yang dihasilkan dari rotary filter (H-310) dibuang ke limbah.
Mg(OH)2 yang dihasilkan dari hydrocylone (F-320) dipompakan ke
hydrocylone (F-330) untuk menghasikan Mg(OH)2 murni. Aliran atas dari
hydrocylone (F-330) dibuang ke limbah. Aliran bawah menghasilkan suspensi
Universitas Sumatera Utara
Mg(OH)2 dikeringkan dengan spray dryer (DE-340) menghasilkan butiran-butiran
dan diangkut ke tangki penyimpanan (TT-410).
Aliran bawah dari hydroclone (F-320) menghasilkan lumpur CaSO4, yang
dialirkan ke hydroclone (F-350) yang telah ditambahkan air bersih untuk pemisahan
lanjutan supaya diperoleh hasil CaSO4 yang lebih murni. Aliran atas dari hydroclone
(F-350) dibuang sebagai limbah, sedangkan aliran bawahnya merupakan lumpur
CaSO4 yang diangkut ke spray dryer (DE-370) untuk dikeringkan kemudian
diangkut ke kristalisator (K-360) untuk diperoleh kristal CaSO4. Kristal CaSO4 yang
telah kering diangkut ke tangki penyimpanan (TT-420)
Universitas Sumatera Utara