format bahan presentasi kegiatan-kegiatan di

Puslitbang tekMIRA
Telp
: 022-6030483
Jl. Jend. Sudirman No. 623
Fax
: 022-6003373
Bandung 40211
E-mail : [email protected]
LAPORAN
Kelompok Teknologi Pengolahan dan Pemanfaatan Mineral
PENGEMBANGAN TEKNOLOGI PENGOLAHAN
MAGNESIUM, POLISILIKON DAN ZIRKONIA
Oleh:
Budhy Agung S.
Suratman
Yuhelda
PUSLITBANG TEKNOLOGI MINERAL DAN BATUBARA
(PUSLITBANG tekMIRA)
Tahun 2015
KATA PENGANTAR
Puslitbang tekMIRA merupakan lembaga litbang inovasi teknologi pengolahan mineral dan
batubara, yang memberikan pelayanan di bidang penelitian, pengembangan dan jasa
teknologi baik kepada pemerintah maupun industri terkait, dalam rangka
mendukung
Permen ESDM No. 1 Tahun 2014 “Peningkatan Nilai Tambah Mineral Melalui Kegiatan
Pengolahan dan Pemurnian Mineral.”
Salah satu kegiatan kelompok litbang teknologi pengolahan dan pemanfaatan mineral
adalah melakukan penelitian dan pengembangan dengan judul “Pengembangan Teknologi
Pengolahan Magnesium, Polisilikon dan Zirkonia” di laksanakan pada tahun anggaran 2015.
Penelitian tersebut meliputi tiga kegiatan secara terpisah, maka kegiatan ini akan dilaporkan
secara terpisah meliputi 1. Pengembangan Teknologi Pengolahan Magnesium dari Dolomit,
2. Pembuatan Ingot Silikon Kualitas Metalurgi Grade dan 3. Zirkonia dari pasir Zirkon.
Sasaran kegiatan penelitian dan pengembangan ini adalah mendapatkan data
proses
penelitian tersebut dan conto hasil uji, meliputi cara mendapatkan magnesium dari batuan
dolomit dengan proses pelindian dan elektrolisis, polisilikon kualitas metalurgi dari pasir
silika murni menggunakan tanur busur listrik dan pembuatan zirkonia dari pasir zirkon yang
telah dikayakan dengan proses pirometalurgi.
Semoga hasil penelitan dan pengembangan ini bermanfaat dan dapat digunakan untuk
pengembangan selanjutnya.
Bandung,
Desember 2015
Kepala Puslitbang Teknologi Mineral dan Batubara,
Ir. Dede Ida Suhendra, M.Sc.
NIP. 19571226 1987031001
LAPORAN I
Kelompok Teknologi Pengolahan dan Pemanfaatan Mineral
PENGEMBANGAN TEKNOLOGI PENGOLAHAN
MAGNESIUM
Oleh:
Budhy Agung S. Dkk.
SARI
Mineral non logam diantaranya dolomit, magnesit ataupun serpentin memiliki kandungan
magnesium potensial yang diperlukan sebagai bahan baku untuk pasokan magnesium
didalam negeri. Kegunaan magnesium cukup beragam diantaranya sebagai campuran logam
(alloy), engine block, industri penerbangan, panel instrumentasi, telefon seluler dan
sebagainya. Luasnya aplikasi dari logam magnesium dan juga potensi sumber daya alam
bahan galian sumber logam tersebut di Indonesia, mendorong perlu dikembangkannya
proses untuk mengolah bahan galian tersebut menjadi logam magnesium.
Tujuan penelitian ini adalah untuk empelajari proses pembuatan logam magnesium dari
dolomit dengan pelindian HCl modifikasi H2SO4 yang dilanjutkan dengan proses pemurnian
magnesium dari garamnya (MgCl2) dengan metode elektrolisis. Diharapkan inovasi proses
pemurnian magnesium dengan suhu rendah mampu diaplikasikan ke skala lebih besar.
Adapun lokasi penelitian ini dilakukan di Bandung, Jakarta, Jawa Barat, dan daerah terkait
yang diperlu-kan sebagai sarana koordinasi dan komunikasi. Bahan baku yang digunakan
berasal dari Jawa Timur dengan kadar MgO 20,4 % dan CaO 31,7 %, unsur pengotor lainnya
dibawah 1 %.
Hasil penelitian ini meliputi beberapa tahap; untuk tahap pelindian diperoleh larutan MgCl2
dengan kadar MgO maksimal 51,2 gr/liter dan Cl2
89 gr/liter. Tahap berikutnya adalah
kristalisasi larutan MgCl2 diperoleh kristal MgCl2 6 H2O dengan kadar MgO 19,77- 21,0 % dan
Cl 28,8-30,3 %, setara dengan MgCl2.6H2O di pasaran kadar MgO 21,0 % dan Cl 32,0 %.
Tahap terakhir adalah memisahkan magnesium dengan proses elektrolisis sebagai bahan
pelarut/elektrolit menggunakan oil silikon diperoleh kadar MgO 55 % atau magnesium 33 %.
i
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR .................................................................................................... i
SARI………… ........................................................................................................... i
DAFTAR ISI
.......................................................................................................... ii
DAFTAR GAMBAR.................................................................................................... iii
DAFTAR TABEL ........................................................................................................iv
DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................................. v
BAB I PENDAHULUAN .............................................................................................. 1
1.1. Latar Belakang ....................................................................................... 1
1.2. Ruang Lingkup Kegiatan ........................................................................ 3
1.3. Tujuan ................................................................................................... 3
1.4. Sasaran .................................................................................................. 3
1.5. Lokasi Kegiatan ...................................................................................... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ...................................................................................... 4
2.1. Teknologi Pembuatan Logam Magnesium Saat Ini .................................. 4
2.2. Mineral Dolomit ..................................................................................... 9
2.3. Diagram Fasa Magnesium Sulfat ........................................................... 10
2.4. Proses Pelindian dan Perolehan Magnesium.......................................... 11
2.5. Tinjauan Umum Proses Elektrokimia .................................................... 13
2.6. Elektrowinning Magnesium .................................................................. 16
2.7. Hull Cell Elektrolisis ............................................................................. 17
BAB III PROGRAM KEGIATAN.................................................................................. 19
3.1. Studi Literatur ...................................................................................... 19
3.2. Persiapan bahan baku dan peralatan .................................................... 19
3.3. Pelaksanaan dan optimalisasi uji coba .................................................. 19
3.4. Analisis dan Evaluasi Data .................................................................... 19
3.5. Pelaporan hasil uji coba ....................................................................... 19
BAB IV METODOLOGI ............................................................................................ 20
BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................................ 21
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN ........................................................................... 29
6.1. Kesimpulan .......................................................................................... 30
6.2. Saran ................................................................................................... 30
DAFTAR PUSTAKA.................................................................................................. 31
LAMPIRAN
........................................................................................................ 33
ii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Pasar industri global logam magnesium tahun 2012............................. 2
Gambar 1.2 Road map kegiatan pembuatan logam magnesium ............................... 2
Gambar 2.1 Jalur teknologi proses ekstraksi magnesium ......................................... 4
Gambar 2.2 Skematik proses Pidgeon ...................................................................... 6
Gambar 2.3 Perbandingan antara kebutuhan energi dan potensi pemanasan global
dari industri logam, khususnya magnesium (Zaludova, 2005) ............. 7
Gambar 2.4 Bagan aliran jalur proses elektrolitik: Hydrous (Dow Chemical Process)
dan Anhydrous (IG Farben, Norsk Hydro, Alcan) .................................. 8
Gambar 2.5 Sel Elektrolitik "Dow process" produksi magnesium .............................. 8
Gambar 2.6 Sistem MgSO4.H2O (Anonim, 2004) ..................................................... 11
Gambar 2.7 Contoh elektrolisis tembaga klorida (Charles W. Keenan, Donald C.
Kleinfelter, Jesse H. Wood, 1990) ...................................................... 15
Gambar 5.1 Penambangan kapur-dolomitan di daerah Rembang........................... 21
Gambar 5.2 Bongkahan dolomit dari daerah Jawa Barat ......................................... 22
Gambar 5.3 Pengaruh temperatur proses kalsinasi terhadap pengingkatan kadar
MgO dan CaO ................................................................................... 23
Gambar 5.4 Larutan MgCl2 hasil uji coba (a), Ca-sulfat sebagai hasil samping proses
pembuatan MgCl2 (b) ........................................................................ 25
Gambar 5.5 Perbandingan MgCl2 hasil Proses 1 dan Modifikasi ............................. 26
Gambar 5.6 Perbandingan kadar MgO dan CaO dari beberapa jenis sampel MgCl2 . 27
Gambar 5.7 Pasta hasil pengkristalan MgCl2 (a) dan MgCl2 hasil uji coba (b) .......... 28
Gambar 5.8 Sell Elektrolisis untuk uji MgCl2 dengan pelarut oil Silikon ................. 29
Gambar 5.9 Tegangan dan kuat arus yang terjadi pada Uji elektrolisis MgCl2 ....... 29
iii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Pemilihan proses produksi magnesium ................................................... 5
Tabel 2.2 Parameter elektrolisis magnesium, garam lebur ...................................... 9
Tabel 2.3 Sifat-sifat Fisik Magnesium Sulfat, Monohidrat dan Heptahidrat ........... 12
Tabel 2.4 Reaksi reduksi setengah sel pada larutan asam untuk beberapa elektroda
standard ............................................................................................... 14
Tabel 2.5 Perbandingan Electrolysis Cell dan Physical Model ............................... 17
Tabel 5.1 Hasil analisis kimia batuan dolomit....................................................... 21
Tabel 5.2 Hasil analisis kimia batuan dolomit hasil kalsinasi ................................ 23
Tabel 5.3 Hasil analisis kimia MgCl2 dan CaSO4 .................................................... 24
Tabel 5.4 Hasil analisis kimia MgCl2 hasil uji coba modifikasi ............................... 25
Tabel 5.5 Hasil analisis kimia CaSO4 .................................................................... 26
Tabel 5.6 Hasil analisis kimia kristal MgCl2 .......................................................... 27
Tabel 5.7 Hasil analisis kimia bubuk magnesium hasil uji coba elektrolisis........... 28
iv
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Analisis bahan baku dolomit Jawa Timur dengan metode XRD ............. 33
Lampiran 2 Analisis bahan baku dolomit Jawa Barat dengan metode XRD .............. 34
v
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Terkait dasar hukum Puslitbang tekMIRA mempunyai tugas dan misi melakukan penelitian
dan pengembangan, perekayasaan dan rancang bangun di bidang teknologi pengolahan dan
pemanfaatan mineral dan batubara. Untuk mensukseskan permen ESDM No.7/2012, perlu
mengolah mineral yang cadangannya banyak, tapi nilai jualnya murah seperti dolomit,
magnesit atau serpentin
diperlukan sebagai bahan baku pembuatan magnesium dalam
negeri sehingga akan meningkatkan nilai tambahnya. Harga logam Mg pada 2008 mencapai
Rp. 72.000,-/kg. Kegunaan magnesium cukup beragam diantaranya sebagai campuran logam
(alloy), engine block, industri penerbangan, panel instrumen dan telefon seluler.
Logam magnesium adalah logam paling ringan diantara kelompok logam ringan. Magnesium
banyak digunakan sebagai material struktur dan penggunaan setiap tahun semakin
meningkat terutama digunakan pada kendaraan mobil. Beberapa analisi terkait hal ini
diperkirakan pada tahun 2020, 250 lb magnesium akan menggantikan 500 lb baja dan 90 lb
magnesium akan menggantikan 130 lb aluminium per mobil, hasilnya secara keseluruhan
dapat mengurangi berat sebesar 15%. (Berry, 2015; PRNewswire, 2015)
Paduan logam magnesium yang telah umum dikenal sebagai bahan yang diproduksi adalah
dengan menambahkan aluminium (Al) dan seng (Zn) ke logam magnesium murni.
Penambahan aluminium dan seng pada logam magnesium membentuk paduan dengan
komposisi yang tepat, meningkatkan sifat kekuatan, castability, kemampuan kerja, ketahanan
korosi dan mampu las dari logam magnesium. (Ray, 1999)
Penggunaan logam magnesium sebagai logam paduan dengan penggunaan mayoritas pada
tahun 2012 (Gambar 1.1), 33%, adalah untuk paduan dengan aluminium untuk meningkatkan
kekuatan, daktilitas, dan ketahanan terhadap korosi. 39% adalah untuk aplikasi die casting,
seperti komponen otomotif, alat-alat listrik, handset ponsel, komputer notebook, dan lainlain. 11% adalah untuk desulfurisasi baja, 11% adalah untuk kegunaan lain dalam pengolahan
kimia/metalurgi ekstraksi, seperti ekstraksi titanium dari rutil (TiO2), dan sisanya 5%
penggunaan lainnya. Untuk negara pengguna logam magnesium pada tahun 2012, Cina
1
sebagai negara terbesar pengkomsumsi mencapai 33% dari total konsumsi global, Amerika
Serikat dan negara-negara eropa, masing-masing sebesar 23% dan 18 dari konsumsi global.
Rusia dan Jepang juga termasuk kosumen besar, keduanya mencapai hitungan 12% dari tota
konsumsi global. (Friedrich, 2006; Habashi, 1997)
Gambar 1.1 Pasar industri global logam magnesium tahun 2012
Road map pengembangan mineral non logam untuk kegiatan logam magnesium adalah
sebagai berikut :
Pembuatan garam Mg
(MgCl2) dan pemisahan Mg
Terhadap garamnya
Pencapaian :
Garam MgCl2 dan butiran Mg
Gambar 1.2 Road map kegiatan pembuatan logam magnesium
2
1.2. Ruang Lingkup Kegiatan
Ruang lingkup kegiatan ini meliputi :
1. Studi literatur dan inventarisasi peralatan yang digunakan,
2. Mendapatkan bahan baku dolomit, bahan-bahan kimia dan bahan-bahan bantu untuk
proses,
3. Pemasangan peralatan, melaksanakan proses sampai diperoleh logam magnesium.
1.3. Tujuan
Mempelajari proses pembuatan logam magnesium dari dolomit dengan pelindian HCl
dilanjutkan metode elektrokimia, sehingga 3 sampai 5 tahun ke depan mampu berinovasi
proses pembuatan logam magnesium untuk diaplikasikan ke skala lebih besar.
1.4. Sasaran
Memperoleh logam magnesium dan kondisi proses.
1.5. Lokasi Kegiatan
Bandung, Jakarta, Jawa Barat dan daerah terkait yang diperlukan sebagai sarana koordinasi
dan komunikasi.
3
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Teknologi Pembuatan Logam Magnesium Saat Ini
Magnesium (Mg) adalah logam yang paling ringan di antara logam struktur yang umum
dipergunakan, selain logam ringan aluminium (Al) dan titanium (Ti) dengan mempunyai
kerapatan berat 1.74 g/cm3, atau sekitar 1.5 kali lebih ringan dari aluminium dan 4.5 kali lebih
ringan dari besi. Magnesium sebagai logam struktur yang paling ringan dalam
penggunaannya memiliki potensi untuk memainkan peran yang signifikan dalam
penghematan energi masa depan di berbagai aplikasi, tidak hanya aplikasi di transportasi,
produksi listrik, industri pengolahan, dan struktur. Selain sebagai logam paling ringan, logam
magnesium memiliki sifat keunggulan lain dalam penggunaan sebagai pelindung terhadap
gelombang elektromagnetik, peredam getaran, ketahanan keras lebih tinggi dari aluminium,
dan toksisitas rendah pada manusia.
Magnesium diproduksi dari sumber magnesium melalui proses yang secara umum menjadi
dua jalur proses utama, yaitu proses elektrolitik, dikenal sebagai Down Process, dan proses
termal (pirometalurgi) atau disebut juga proses reduksi metallotermik. Secara skematik dua
jalur proses ekstraksi untuk memproduksi logam magnesium dari sumber magnesium
digambarkan seperti terlihat pada Gambar 2.2.
Gambar 2.1 Jalur teknologi proses ekstraksi magnesium
4
Dari Gambar 2.1 dan Tabel 2.1 menjelaskan dua jalur teknologi magnesium berkembang
menjadi beberapa nama proses, untuk jalur proses reduksi terma (pirometalurgi) terbagi
menjadi berdasarkan basis reduktor, yaitu reduktor fero-silikon (FeSi), disebut silicothermic
process route dan karbon, disebut carbothermic process route. Untuk jalur proses reduksi
termal silicothermic berkembang menjadi tiga nama proses, yaitu proses Pidgeon,
Magnetherm, dan Mintek, semua berbasiskan reduktor fer-silikon dengan perbedaan
mencampurkan tambahan reduktor berbasis aluminium seperti dapat dilihat komposisi
bahan reduktor masing-masing proses pada Tabel 2. Selain itu pada Tabel 2.1 disajikan juga
parameter utama proses-proses tersebut dari kedua jalur proses produksi magnesium
sebagai gambaran untuk meninjau perbedaan dan pemilihan teknologi ekstraksi magnesium
dengan mempertimbangkan asal sumber magnesium dan reduktor yang digunakan.
Tabel 2.1 Pemilihan proses produksi magnesium
5
Gambar 2.2 Skematik proses Pidgeon
Proses Pidgeon adalah proses reduksi termal produksi magnesium yang paling sederhana,
paling tua, dan sebagian besar proses produksi membutuhkan banyak tenaga kerja. Proses
Pidgeon dikembangkan oleh dua orang peneliti, yaitu Pidgeon dan Alexander pada tahun
1944, pengembangan proses didasarkan pada prinsip dasar proses "solid state" dan proses
berhasil memenuhi kelayakan secara komersial untuk memproduksi magnesium melalui
reduksi termal dari bahan baku berupa dolomit dikalsinasi yang disebut sebagai dolime
(CaO.MgO). Pada Gambar 2.4 disajikan bagan aliran proses produksi magnesium dengan
proses Pidgeon. Pada proses ini, MgO yang terkandung dalam dolime direduksi oleh silikon
yang terkandung dalam paduan ferro-silikon, dalam kondisi vakum dengan persamaan reaksi
reduksi termal dituliskan sebagai berikut:
2MgO.CaO + Si
→ 2Mg(g) + (2CaO).SiO2(s)
Produk logam magnesium yang diperoleh dari proses Pidgeon disebut "magnesium crown".
Sebelum dipasarkan secara komersial, logam "magnesium crown" harus dicairkan,
dimurnikan dan dicetak sebagai ingot. Tambahan rantai proses ini memberikan tambahan
kebutuhan energi, biaya dan pengurangan perolehan logam. Data ulasan pasar logam
magnesium tahun 2012, proses Pidgeon digunakan di Cina untuk memproduksi logam
magnesium sekitar 75% dari produksi magnesium dunia (Weiss, 1985). Pada Gambar 2.5
diperlihatkan perbandingan antara kebutuhan energi dan potensi pemanasan global
6
dinyatakan dengan besaran gas buang CO2 dari beberapa proses produksi logam dengan
proses produksi logam magnesium, baik dengan teknologi proses reduksi termal maupun
proses elektrolitik.
Gambar 2.3 Perbandingan antara kebutuhan energi dan potensi pemanasan global dari
industri logam, khususnya magnesium (Zaludova, 2005)
Jalur proses elektrolitik telah mendominasi produksi magnesium dari tahun 1970-an hingga
tahun 1990-an. Secara umum, proses eletrolisis magnesium meliputi penyiapan umpan,
dehidrasi magnesium klorida dan elektrolisis. Gambar 2.3 menunjukkan berbagai tahapan
proses dalam jalur proses elektrolitik. Tahap persiapan umpan tergantung pada bahan baku.
Magnesium oksida dapat diekstraksi dari air laut dengan menambahkan kapur untuk
membentuk magnesium hidroksida. Selanjutnya dipanggang untuk membentuk kaustik
magnesium oksida. Pada jalur proses hidrometalurgi magnesium, magnesit dilarutkan dalam
asam klorida membentuk larutan magnesium klorida pekat. Sedangkan untuk ekstraksi
magnesium oksida dari dolomit, salah satu operasi yang telah banyak digunakan dalam
perolehan magnesium oksida dari dolomit adalah jalur kalsinasi. Kalsit dan magnesium
terurai pada suhu yang berbeda, dekomposisi bertahap memungkinkan kalsinasi selektif di
mana magnesit terdekomposisi sempurna tanpa kalsit terdekomposisi. Magnesium oksida
kemudian dipisahkan secara fisik dari kalsin dolomit dengan pengayakan atau pemisahan
udara.
7
Gambar 2.4 Bagan aliran jalur proses elektrolitik: Hydrous (Dow Chemical Process) dan
Anhydrous (IG Farben, Norsk Hydro, Alcan)
Gambar 2.5 Sel Elektrolitik "Dow process" produksi magnesium
Jalur proses elektrolitik, magnesium klorida dilarutkan dalam garam klorida cair pada suhu
700oC hingga 800oC dalam tabung berlapis bata tahan api, disebut juga tabung sel elektrolisi
seperti yang digambarkan secara skematik pada Gambar 2.4. Untuk proses anhidrat,
8
elektrolisis magnesium klorida dapat ditulis parameter dan persamaan reaksi yang terjadi
seperti diberikan di Tabel 2.2.
Tabel 2.2 Parameter elektrolisis magnesium, garam lebur
Parameter
Kondisi
Elektrolit
Campuran NaCl, KCl, CaCl2
Umpan
MgCl2
Suhu
700oC -800oC
Katoda Mild Steel, Reaksi Katodik
Mg2+ + 2e →
Anoda Karbon, Reaksi Anodik
2Cl-
Reaksi sel total
MgCl2 →
→
Mg
Eo =-2,38 V
Cl2 + 2e
Eo = -1,36 V
Mg + Cl2
Eo = -3.74 V
Teknologi proses elektrolitik garam lebur umumnya kompleks yang melibatkan banyak
langkah proses yang terpisah. Teknologi sel elektrolit yang sangat khusus serta
membutuhkan anhidrat MgCl2 dengan kemurnian tinggi agar memenuhi proses untuk
mencapai kebutuhan energi listrik dengan biaya energi yang efisien.
2.2. Mineral Dolomit
Dolomit termasuk dalam bahan galian industri. Ia merupakan senyawa kimia ikatan rangkap
antara karbonat dari kalsium dan magnesium, dimana senyawa rangkap tersebut adalah kalsit
(CaCO3) dan magnesit (MgCO3) atau [Mg,Ca](CO3)2.
Dolomit terbentuk karena adanya perubahan batu gamping menjadi dolomitan (MgO = 2,2 –
10 %) dan terus berlanjut menjadi dolomit (MgO = 18 – 22 %). Proses ini terjadi karena
pengaruh pelindian (leaching) atau peresapan unsur-unsur magnesium dari air laut ke dalam
batu gamping (proses dolomitisasi).
Sifat fisik dolomit adalah sebagai berikut:
 Warna putih kekuning-kuningan
 Kekerasan berkisar 3,4 – 4,0 skala Mohs
 Kristal berbentuk rhombohedral
9
 Berat jenis berkisar 2,8 – 2,9.
Sifat kimia dolomit adalah sebagai berikut:
 Rumus kimianya CaCO3, MgCO3 atau MgCa(CO3)2
 Secara teori dolomit murni mengandung 45,7 % MgCO3 dan 54,3 % CaCO3 dimana 30,4
% CaO, 21,18 % MgO dan 47,8 % CO2
 Berat molekul 184,4 gram
 Mudah menyerap air
Penggunaan dolomit yang utama adalah untuk industri batu tahan api magnesia, kapur
bermagnesia tinggi, semen khusus, flux pada campuran logam, pertanian dan perkebunan
serta sumber penghasil magnesia. Pada intinya penggunaan dolomit dalam berbagai industri
utamanya adalah memanfaatkan kandungan unsur magnesiumnya.
2.3. Diagram Fasa Magnesium Sulfat
Batas kestabilan spesi MgSO4.H2O ditunjukkan pada diagram pada gambar 2.1 dibawah,
dimana garis yang terputus-putus menunjukkan batas fasa-fasa menstabil. Macam-macam
hidrat magnesium sulfat cenderung membentuk larutan-larutan yang sangat dingin dan fasa
padatan metastabil serta beberapa hidrat mungkin terdapat dalam keseimbangan yang
terlihat dengan larutan encer pada berbagai suhu.
Kebanyakan referensi lama adalah tanpa nilai, terutama hal tersebut tidak mengidentifikasi
fasa padat dengan seharusnya. Titik transformasi dijumpai dalam sistem MgSO4.H2O dengan
fasa padat yang sesuai.
Molekul MgSO4.5H2O dan MgSO4.7H2O adalah bentuk-bentuk yang stabil pada titik apapun
dalam sistem. MgSO4.6H2O merupakan fasa stabil hanya pada kisaran 48,2 dan 67,5oC dan
metastabil pada titik-titik lainnya.
10
Temperatur oC
Larutan Jenuh MgSO4, g/100 g
Gambar 2.6 Sistem MgSO4.H2O (Anonim, 2004)
2.4. Proses Pelindian khlorinasi dan sulfatasi untuk memperoleh Magnesium
Magnesium sulfat anhidrat dapat diperoleh dari larutan magnesium sulfat. Selain itu juga
kemungkinan tidak seluruhnya terdisosiasi sempurna dalam larutan encer. Pemisahan
hidrolitik dapat terjadi pada suhu yang relatif cukup rendah dalam dehidrasi magnesium
sulfat hidrat. Jika pemanasan dilakukan dengan penambahan sedikit asam sulfat pekat, hasil
anhidrat yang relatif stabil dapat diperoleh dengan dipanaskan, tanpa pemisahan yang lebih
jauh pada suhu 800oC. Pada suhu 1100oC pemisahan ke dalam MgO, O2, SO2 dan SO3 dapat
terjadi dalam beberapa jam. Pemisahan langbeinite (2MgSO4.K2SO4) oleh gas alam, telah
ditemukan bahwa MgSO4 anhidrat yang dipanaskan dalam aliran gas alam pada 850oC akan
memisahkan sekitar 95 – 99 % sekitar 1 jam. Dengan hadirnya karbon, magnesium sulfat
dapat diubah ke dalam oksida pada suhu 750oC, sesuai persamaan berikut :
MgSO4 + C
MgO + SO + CO ............................................................................................ (1)
Magnesium sulfat anhidrat bersifat higroskopis dan perlahan-lahan membentuk MgSO4.7H2O
yang dapat meledak pada kelembaban udara tinggi. Secara sintetis magnesium sulfat
anhidrat dapat dibuat dari dolomit. Asam sulfat akan melarutkan unsur-unsur yang terdapat
dalam dolomit sebagaimana reaksi sebagai berikut :
CaMg(CO3)2+ 2H2SO4
CaSO4 (S) + MgSO4(L) + 2CO2 + 2H2O .............................. (2)
11
Kelarutan CaSO4 sangat rendah sedangkan kelarutan MgSO4 cukup tinggi sehingga dengan
keenceran tertentu, CaSO4 akan berupa padatan dan MgSO4 cairan sehingga mudah
dipisahkan dengan cara filtrasi.
Pengotor dolomit juga akan terlindi dengan reaksi sebagai berikut:
Al2O3 + 3H2SO4
Al2(SO4)3
+ 3H2O
Fe2O3 + 3H2SO4
Fe2(SO4)3
+ 3H2O
FeO
FeSO4
+ H2O
+ H2SO4
Demikian pula dolomit yang direaksikan dengan asam klorida akan terdekomposisi menjadi
senyawa sebagai berikut:
CaMg(CO3)2+ 4HCl
CaCl2(L)+ MgCl2(L) + 2CO + 2H2O .......................................... (3)
Untuk menghasilkan larutan MgCl2 dapat dilakukan dengan cara hasil reaksi (2), yaitu larutan
MgSO4(L), dan hasil
reaksi (3)
yaitu CaCl2(L)+ MgCl2(L) dicampurkan
akan menghasilkan
senyawa MgCl2 (larutan) dan senyawa CaSO4 (padatan) seperti reaksi 4 di bawah:
CaCl2 + MgCl2 + MgSO4
CaSO4(S) + MgCl2(L) ............................................................. (4)
Kelarutan CaSO4 sangat rendah (0,209 gr/100 gr air) sedangkan kelarutan MgCl2 cukup tinggi
(44,5 gr/100 gr air) (Perry’s, R.H., 1984) sehingga dengan keenceran tertentu CaSO4 akan
berupa padatan dan MgCl2 berupa cairan sehingga akan mudah dipisahkan dengan cara
filtrasi. Sifat-sifat fisik magnesium sulfat monohidrat dan heptahidrat tercantum pada Tabel
2.1.
Tabel 2.3 Sifat-sifat Fisik Magnesium Sulfat, Monohidrat dan Heptahidrat
(Anonim, 2004)
Sifat
MgSO4.H2O
MgSO4.7H2O
Monosiklik
Orthorombik
Tak berwarna
Tak berwarna
Indeks Refraksi
1,523; 1,535; 1,586
1,433; 1,455; 1,461
Berat Jenis
2,517 (2,57) g m/L
1,678 g m/L
Bentuk Kristal
Warna
12
Titik Leleh (oC)
100oC
150oC
Titik Didih (oC)
120oC
200oC
3,0 - 3,5
2,0 - 2,5
68
71 – 91
Kekerasan (mohs)
Kelarutan dalam air
(g/100mL H2O)
2.5. Tinjauan Umum Proses Elektrokimia
Elektrokimia adalah suatu metode yang dapat dilakukan
berdasarkan apakah senyawa
lelehan atau suatu larutan mampu menghantar arus listrik atau tidak. Suatu lelehan atau
larutan yang dapat menghantar arus listrik, maka senyawa tersebut disebut elektrolit, jika
tidak, disebut bukan elektrolit. Uji ini dibuat sangat mudah, dalam alat konduktivitas, suatu
bohlam atau suatu amperemeter digunakan untuk menyatakan penghantaran arus lewat
rangkaian. Lempeng atau kawat logam yang dibenamkan ke dalam cairan adalah elektrodaelektroda. Pada suatu reaktor dimana kedua elektroda yang tercelup dalam suatu larutan
tidak saling bersentuhan, larutan tersebut merupakan suatu penghantar jika muatan listrik
ternyata mampu mengalir lewat rangkaian. Misalnya, jika rangkaian bohlam dan elektrodaelektroda itu dicelupkan ke dalam larutan yang elektrolit seperti larutan; natrium klorida
(NaCl), hidrogen klorida (HCl), hidrogen nitrat (HNO3), atau natrium hidroksida (NaOH), arus
listrik mampu dihantarkan oleh larutan dan bohlam akan menyala.
Air murni bukan suatu elektrolit,
sedangkan natrium klorida, hidrogen klorida, hidrogen
nitrat, dan natrium hidroksida dikelompokkan sebagai elektrolit. Sebaliknya, bila elektroda itu
dicelupkan ke dalam larutan gula, etil alkohol, ataupun gliserin, bohlam tidak akan menyala.
Karena larutan gula, etil alkohol dan gliserin dikelompokkan sebagai bukan elektrolit.
Elektrokimia adalah reaksi redoks yang bersangkut paut dengan listrik. Reaksi elektrokimia
dibagi menjadi 2, yaitu:
­
sel galvani/sel volta adalah reaksi redoks yang menghasilkan listrik. Contohnya baterai;
­
sel elektrolisis adalah listrik yang mengakibatkan reaksi redoks. Contohnya adalah
pemurnian logam dan pelapisan logam.
Ada berbagai macam reaksi pada sel elektrolisis, yaitu:
1. Reaksi yang terjadi pada katoda (reduksi):
13
• jika kation merupakan logam golongan IA (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr), IIA (Be, Mg, Cr, Sr,
Ba, Ra), Al dan Mn, maka reaksi yang terjadi adalah 2H2O + 2e
• jika kation berupa H+, maka reaksinya 2H+ + 2e
H2 + 2OH-;
H2;
• jika kation berupa logam lain, maka reaksinya (nama logam)x+ + xe
(nama
logam).
2. Reaksi yang terjadi pada anoda (oksidasi) :
• jika elektroda inert (Pt, C dan Au), ada tiga macam reaksi:
-
jika anionnya sisa asam oksi (misalnya NO3-, SO42-), reaksinya
2H2O
-
4H+ + O2 + 4e;
jika anionnya OH-, reaksinya
4OH-
-
2H2O + O2 + 4e;
jika anionnya berupa halida (F-, Cl-, Br-), reaksinya adalah
2X(halida)
X(halida)2 + 2e;
Tabel 2.4 Reaksi reduksi setengah sel pada larutan asam untuk beberapa elektroda standard
(Ralph H. Petruci. 1993)
Reduksi Setengah Sel
Cl2(g) + 2 e-
2 Cl- (aq)
+1,358
Cu(s)
+0.337
Cu2+(aq) + 2eSO42-(aq) + 4H+(aq) + 2eSn4+(aq) + 2eS(s) + 2H+(aq) + 2e-
E0 (V)
2H2O +SO2(g)
Sn2+(aq)
H2S(g)
+0.17
+0.154
+0.14
2H+(aq) + 2e-
H2(g)
0
Fe2+(aq) + 2e-
Fe(s)
-0.44
Zn2+(aq) + 2e-
Zn(s)
-0.763
Al3+(aq) + 3e-
Al(s)
-1.676
Mg2+(aq) + 2e-
Mg(s)
-2.356
Suatu larutan menghantarkan listrik dapat dijelaskan melalui gambar 2.2 tersebut dibawah.
Digunakan arus searah yang berasal dari baterai sel-sel kering, dan elektrolit yang digunakan
adalah tembaga klorida (CuCl2) yang dilarutkan dalam air. Bila arus dialirkan, aliran muatan
lewat rangkaian akan ditunjukkan oleh menyimpangnya jarum amperemeter. Akan nampak
14
pula bahwa klor, suatu gas kuning-kehijauan, akan bergelembung keluar dari larutan pada
elektroda positif (anoda) dan bahwa tembaga logam mulai menyalut elektroda negatif
(katoda). Bila baterai itu diputuskan hubungannya, perubahan kimia itu berhenti. Bila baterai
dihubungkan kembali, akan nampak salutan tembaga tambahan dan lebih banyak
gelembung klor. Jika baterai dibiarkan terhubungkan untuk waktu lama, kalau perlu sel yang
habis diganti baru, simpangan amperemeter akan makin berkurang dan akhirnya turun
sampai nol. Jika sekarang larutan itu diperiksa, maka ternyata tak tersisa lagi tembaga klorida
itu. Reaksi utama yang terjadi adalah elektrolisis tembaga klorida,
CuCl2
Cu+2 + Cl2-
Gambar 2.7 Contoh elektrolisis tembaga klorida (Charles W. Keenan, Donald C.
Kleinfelter, Jesse H. Wood, 1990)
Tembaga klorida (CuCl2) dalam larutan akan terdisosiasi menjadi ion-ion Cu2+, Cl-. Bila
tembaga klorida dilarutkan dalam air, ion-ion menjadi terpisah satu sama lain dan bercampur
dengan air. Tiap ion bebas bergerak secara acak antara molekul-molekul air. Bila arus
dijalankan, terdapat gerakan massa ion-ion Cu2+ menuju kutub negatif (katoda) dan gerakan
massa ion-ion Cl- menuju kutub positif (anoda). Pada katoda, elektron ditangkap oleh ion-ion
tembaga. Dengan cara ini, ion tembaga diubah menjadi atom tembaga. Karena ion Cu2+
mengalami suatu penurunan dalam bilangan oksidasi, maka reaksi setengah yang
berlangsung pada katoda adalah reduksi:
Cu2+ + 2e-
Cu ......................
0,337 E0 (V)
15
Pada anoda, elektron dilepaskan oleh ion klorida. Karena ion-ion Cl- mengalami kenaikan
bilangan oksidasi, reaksi setengah yang terjadi pada anoda adalah oksidasi:
2Cl-
Cl2 + 2e- ...................... – 1,358 E0 (V)
Persamaan reaksi keseluruhan adalah sebagai berikut :
Cu2+ + 2Cl-
Cu + Cl2 ........... – 1,021 E0 (V)
Bila larutannya diganti MgCl2 yang terjadi adalah gerakan massa ion-ion Mg2+ menuju kutub
negatif (katoda) dan gerakan massa ion-ion Cl- menuju kutub positif (anoda). Pada katoda,
elektron ditangkap oleh ion-ion magnesium. Dengan cara ini, ion magnesium diubah menjadi
magnesium. Karena ion Mg2+ mengalami suatu penurunan dalam bilangan oksidasi, maka
reaksi setengah yang berlangsung pada katoda adalah reduksi:
Mg2+ + 2e-
Mg ...............................
– 2,356
E0 (V)
Pada anoda, elektron dilepaskan oleh ion klorida. Karena ion-ion Cl- mengalami kenaikan
bilangan oksidasi, reaksi setengah yang terjadi pada anoda adalah oksidasi:
2Cl-
Cl2 + 2e- ................................... – 1,358 E0 (V)
Untuk elektrolisis larutan magnesium klorida, reaksi katoda dan anoda dapat dijumlahkan
untuk memberikan persamaan ion berikut:
Mg2+ + 2Cl-
Mg + Cl2 .......................... – 3,714 E0 (V)
Elektrolisis MgCl2 secara umum metode yang digunakan adalah garam lebur, hal ini karena
magnesium sangat reaktif terhadap oksigen, untuk uji pada suhu kamar sebagai pelarut
MgCl2 tidak menggunakan H2O tetapi oil Silikon (Ze Sun, Guimin Lu, cs., 2010)
2.6. Elektrowinning Magnesium
Sebuah model fisik dianggap memiliki kesamaan dinamis dengan model asli ketika besar
kekuatan yang menyebabkan gerakan di lokasi yang sesuai di masing-masing model ada
dalam rasio tetap. Bagaimana memilih kondisi kesamaan dinamis adalah kunci untuk berhasil
mensimulasikan karakteristik aliran dalam elektrolit magnesium. Untuk sel elektrolisis
aluminium, baik rasio kepadatan diferensial ((p1-p2)/(p1+p2)) dan ketegangan dinamis
antarmuka (T/(p1+p2)) digunakan sebagai kondisi kesamaan dinamis untuk mensimulasikan
karakteristik aliran aluminium. Fase modelling dipilih sesuai dengan kondisi kesamaan
dinamis dekat tegangan permukaan dinamis, pendekatan rasio kepadatan diferensial dan
16
viskositas kinematik digunakan untuk mensimulasikan karakteristik aliran elektrolit
magnesium.
Tabel 2.5 Perbandingan Electrolysis Cell dan Physical Model (Ze Sun, Guimin Lu, cs., 2010)
Electrolysis cell (700oC)
Model
Parameters
Physical model cell (20oC)
Mg (liquid)
Electrolyte
Chloride
Silicon oil
Water
Chloride
1,58
17
0,000903
0,927
0,998
0,00016
0,715
1
34
0,715
1
0,133
0,547
108
-
0,022
72,88
-
32,9
-
-
37,76
-
-
0,0366
-
-
0,036
-
-
Density
(g/cm3)
Dynamic
viscosity (cst)
Surface tension
(mN/m)
Dynamic
surface tension
[T/(p1+p2)]
Density
differential
ration
[(p1-
p2)/(p1+p2)]
2.7. Hull Cell Elektrolisis
Pengujian menggunakan Hull Cell adalah metoda pengujian terhadap endapan proses lapis
listrik dengan cara analisis visual yang sederhana dan cepat pada jangkauan selang rapat arus
yang lebar.
Analisis visual terhadap endapan lapis listrik dari Pengujian Hull Cell juga dapat
memperlihatkan dan penjelasan mengenai pengaruh komposisi dan kemurnian elektrolit,
penambahan jumlah aditif, serta dapat memberikan gambaran mengenai pengaruh logamlogam pengotor, karakteristik elektrolitik dan tipe/jenis elektrolit.
17
Susunan peralatan pengujian Hull Cell terdiri dari sel bak yang terbuat dari bahan acrylic
dengan bentuk geometri secara skematik. Anoda yaitu elektroda standar dari logam-logam
tertentu (sesuai dengan endapat logam yang diuji) dan katoda yaitu panel Hull Cell berupa
pelat logam tembaga/ kuningan/baja dengan ukuran dan bentuk standar.
Berdasarkan bentuk geometri sel bak Hull Cell, maka perhitungan matematika distribusi rapat
arus primer dapat ditentukan dengan menurunkan suatu persamaan matematika, tetapi tidak
dapat digunakan secara umum dalam kasus-kasus praktis.
Persamaan matematika distribusi rapat arus primer dapat dituliskan sebagai berikut.
Untuk volume sel bak 1 liter:
i = I (5,10 – 5,24 log x)
Untuk volume sel bak 267 mm: i = I (27,7 – 48,7 log x)
Keterangan: i
: rapat arus (amper/dm2)
I
: kuat arus (amper)
X
: posisi endapan dari ujung katoda dari jarak terdekat sisi katoda
dengan anoda (cm)
18
BAB III
PROGRAM KEGIATAN
3.1. Studi Literatur
Studi literatur dilakukan untuk mendapatkan literatur-literatur yang berhubungan dengan
pembuatan magnesium dengan metode pelindian dilanjutkan elektrolisis. Variabel yang
digunakan meliputi suhu dan jumlah pemakaian bahan kimia yang dibutuhkan. Studi literatur
dapat dilakukan melalui internet, buku-buku, karya tulis ilmiah dan jurnal hasil peneltian.
3.2. Persiapan bahan baku dan peralatan
Persiapan yang dilakukan meliputi;
1. Persiapan bahan baku dan karakterisasi.
2. Instalasi peralatan mulai proses kalsinasi, pelindian/leaching, filtrasi sampai dengan cell
elektrolisis,
3.3. Pelaksanaan dan optimalisasi uji coba
Optimalisasi proses mulai dari kalsinasi, pelindian, pemisahan (filtrasi), kristalisasi sampai
proses elektrolisis dengan variabel, suhu, konsentrasi, persen padatan, tegangan dan besar
arus listrik
3.4. Analisis dan Evaluasi Data
Bahan baku dan bahan atau produk hasil uji di analisis dengan metode analisis konvensional
(AAS), mineralogi, XRD dan XRF.
3.5. Pelaporan hasil uji coba
Pelaporan hasil uji coba berupa laporan teknis dan karya tulis ilmiah.
19
BAB IV
METODOLOGI
1.
Persiapan bahan baku dolomit dan karakterisasi mulai dari bongkahan, pengeringan
sampai dengan pengecilan ukuran. Menganalisis kadar MgO, CaO dan unsur-unsur
pengotor lainnya dengan metode kimiawi, XRF dan XRD.
2.
Pemasangan dan penyetelan peralatan mulai proses penggerusan, pengeringan,
kalsinasi sampai dengan pelindian, dilanjutkan persiapan peralatan elektrolisis.
3.
Proses pembuatan magnesium diawali dengan uji kalsinasi dolomit untuk memudahkan
pelindian, diuji coba pula pembuatan MgSO4 dengan tanpa kalsinasi bahan baku. Proses
pelindian dilakukan dengan dengan variabel ukuran butir dan persen padatan. Hasil
pelindian dilanjutkan ke tahap pemisahan dengan filtrasi. Hasil filtrasi adalah MgCl2
dalam bentuk larutan, untuk siap digunakan dalam proses elektrolisis perlu dilakukan
kristalisasi untuk menghilangkan kandungan H2O.
20
BAB V
HASIL DAN PEMBAHASAN
Bahan baku dolomit yang akan dipakai pada kegiatan penelitian ini diambil dari beberapa
daerah di antaranya Jawa Timur, Jawa Tengah (Gambar 5.1), Jawa Barat (Gambar 5.2) dan
Sumatra Utara. Hasil analisis kimia batuan dolomit ditunjukan pada tabel 5.1 berikut.
Tabel 5.1 Hasil analisis kimia batuan dolomit
Komposisi
Sampel
Asal
GR-1
GR-2
GR-3
TSK-1
TSK-2
PT-R
JATIM
JATIM
JATIM
JABAR
JABAR
JATENG
SiO2
0,12
0,22
0,22
0,28
2,00
0,22
0,48
Al2O3
0,055
0,072
0,18
0,26
0,51
0,088
0,39
Fe2O3
0,061
0,047
0,14
0,24
0,49
0,076
0,55
CaO
30,5
32,8
31,7
35,3
52,2
54,8
30,6
MgO
19,99
18,57
20,4
16,77
1,22
0,46
20,7
K2O
0,015
0,019
-
-
-
-
0,12
-
-
-
-
-
-
0,057
45,5
45,6
45,7
45,6
41,7
43,2
46,8
(%)
Na2O
LOI
SUMUT
Gambar 5.1 Penambangan kapur-dolomitan di daerah Rembang
21
Hasil analisis kimia dan XRD menunjukan bahwa kandungan magnesium oksida pada dolomit
dari daerah Jawa Timur dan Sumatra Utara memiliki kadar relatif tinggi yaitu di atas 20%
MgO, sedangkan daerah Jawa Barat mempunyai kadar di 16,77%.
Gambar 5.2 Bongkahan dolomit dari daerah Jawa Barat
Dari hasil survei batuan di daerah Tasikmalaya, Jawa Barat didapatkan batuan berwarna putih
mirip batuan kapur (gambar 5.2) ternyata batuan tersebut mempunyai kandungan MgO
16,77 %, menurut klasifikasi sudah merupakan dolomit kalsitan.
Untuk memudahkan proses pelindian sebelumnya dilakukan kalsinasi pada batuan dolomit
uji. Untuk keperluan ini, dipilih batuan dolomit dari daerah Jawa Timur karena memiliki kadar
MgO tertinggi. Proses kalsinasi akan merubah CaMg karbonat menjadi oksidanya yaitu MgO
dan CaO terjadi pada suhu 9000C ditunjukkan persamaan di bawah. (Caceres,P.G, 1997)
CaMg(CO3)2+ Pemanasan
CaO + MgO + 2CO2 .......................................... (1)
22
Tabel 5.2 Hasil analisis kimia batuan dolomit hasil kalsinasi
Batuan dolomit hasil kalsinasi 1 jam
Komposisi
Batuan
(%)
Dolomit
600oC
700oC
800oC
985oC
CaO
31,7
32,5
34,2
38,4
48,8
MgO
20,4
21,0
22,6
26,6
31,8
LOI
45,7
45,0
41,8
32,3
17,81
SiO2
0,22
0,23
-
-
-
Fe2O3
0,14
0,16
-
-
-
Gambar 5.3 Pengaruh temperatur proses kalsinasi terhadap
pengingkatan kadar MgO dan CaO
Kalsinasi pada suhu 600oC belum terjadi penguraian karbonat menjadi oksida. Perubahan
tersebut baru nampak pada suhu 800oC. Terjadi peningkatan kadar MgO yang cukup tinggi
pada suhu 985o C, yaitu kadar meningkat dari 20,4 % menjadi 31,8 % dan kadar CaO dari 31,7
% menjadi 48,8 %, ditampilkan pada tabel 5.2 dan gambar 5.3
Proses kalsinasi ini perlu dilakukan untuk mengoptimalkan pelindian dengan asam sulfat
maupun asam klorida.
Hasil kalsinasi optimal dilanjutkan ke proses pelindian dengan menggunakan asam sulfat 25
% dengan jumlah setara jumlah CaOMgO (stoikiometri) (Budhy A., 2011) dengan persamaan
reaksi seperti di bawah:
CaO.MgO+ 2H2SO4
CaSO4 (S) + MgSO4(L) + 2H2O ...................................... (2)
23
Dari hasil proses pelindian didapat CaSO4 berupa padatan dan MgSO4 berupa larutan, untuk
menghasilkan larutan MgCl2, hasil uji larutan MgSO4 di tambahkan larutan CaCl2 seperti
persamaan reaksi di bawah ini.
MgSO4(L) + CaCl2 + 2H2O
CaSO4 (S) + MgCl2 + 2H2O .............................. (3)
Hasil analisis kimia MgCl2 dan CaSO4 yang berasal dari uji coba di tampilkan pada Tabel 5.3
sedangkan conto uji MgCl2 dan CaSO4 di tampilkan pada Gambar 5.4.
Tabel 5.3 Hasil analisis kimia MgCl2 dan CaSO4
Komponen
MgCl2
1
2
3
CaO, gr/l
1,3
0,9
0,9
MgO, gr/l
30,0
25
Al2O3, mg/l
-
Fe2O3, mg/l
Komponen
CaSO4
1
2
CaO, %
34,2
30,9
23
SO4, %
42,1
41,5
0,3
0,7
-
-
-
1,33
0,3
0,2
-
-
-
Cl-, gr/l
42
36
35
-
-
-
SO3, gr/l
-
13,5
13,4
-
-
-
Hasil uji pembuatan MgCl2 berupa larutan encer yang mempunyai kadar MgO 23 - 30 gr/liter
sedangkan kadar Cl- 35 - 42 gr/liter. Pengotor unsur lain diantaranya CaO yang mencapai
kadar 1,3 gr/liter. Bila dibandingkan dengan kadar MgO, pengotor tersebut mencapai 4,3%.
Kualitas produk samping yang dihasilkan yaitu CaSO4 mempunyai kadar CaO antara 30,9 34,2 % dan SO4 41,5 - 42,1 % spec ini termasuk gipsum kualitas baik.
24
(a)
(b)
Gambar 5.4 Larutan MgCl2 hasil uji coba (a), Ca-sulfat sebagai
hasil samping proses pembuatan MgCl2 (b)
Selain pelindian menggunakan asam sulfat dilakukan juga pelindian dengan menggunakan
asam klorida teknis 36 % dengan jumlah stoikiometri jumlah MgO.CaO , persamaan reaksi
ditampilkan di bawah ini :
CaO.MgO + 4HCl
CaO.MgO + 2H2SO4
CaCl2 (L) + MgCl2 (L) + 2H2O .............................................. (4)
CaSO4 (S) + MgSO4 (L) + 2H2O ...................................... (5)
Dari hasil ke dua pelindian tersebut dipadukan atau dimodifikasi, larutan MgSO4 hasil reaksi
(5) ditambahkan ke dalam larutan CaCl2 dan MgCl2 hasil reaksi (4), menghasilkan kembali
padatan CaSO4 dan larutan MgCl2 dengan persamaan reaksi tersebut di bawah: (Keenan,
1990)
CaCl2 + MgCl2 + MgSO4
CaSO4 (S) + MgCl2 (L) ............................................. (6)
Tabel 5.4 Hasil analisis kimia MgCl2 hasil uji coba modifikasi
Komponen
MgCl2
1
2
3
CaO, gr/l
1,6
0,82
0,83
MgO, gr/l
38
51,2
50,5
Cl-, gr/l
61
84
89,0
SO3, gr/l
6,3
8,0
7,3
Al2O3, mg/l
0,3
1,5
4,9
Fe2O3, mg/l
0,4
5,0
1,0
25
Gambar 5.5 Perbandingan MgCl2 hasil Proses 1 dan Modifikasi
Dari proses modifikasi tersebut diatas didapatkan larutan MgCl2 lebih pekat 80 % yaitu MgO
38-51,2 gr/liter dibandingkan dengan proses reaksi (2) dan (3) yang hanya mempunyai kadar
MgO 23-30 gr/liter. Pengotor yang dominan masih CaO mencapai kadar 0,82-1,6 gr/liter bila
dibandingkan kadar MgO pengotor tersebut mencapai 3,1 % di tampilkan pada tabel 5.4.
Tabel 5.5 Hasil analisis kimia CaSO4
Uji CaSO4
Komponen
(%)
1
2
3
CaO
28,6
29,5
-
SO3
36,4
38,3
-
SiO2
0,001
0,001
-
MgO
3,02
2,90
-
Al2O3
0,016
0,015
-
Fe2O3
0,016
0,012
-
Kualitas produk samping hasil modifikasi yaitu CaSO4 mempunyai kadar CaO 28,6 % dan SO3
36,4 % termasuk gipsum kualitas baik karena kandungan pengotornya sangat kecil Al2O3 dan
Fe2O3 dibawah 0,1% ditampilkan pada tabel 5.5.
26
Tabel 5.6 Hasil analisis kimia kristal MgCl2
Komponen
Larutan MgCl2 (g/L)
Kristal MgCl2 (%)
1
2
3
Std
1
2
CaO
1,6
0,82
0,83
0,42
1,26
1,25
MgO
38
51,2
50,5
21,0
19,77
21,0
Al2O3
61
84
89,0
-
-
-
Fe2O3
6,3
8,0
7,3
0,047
0,049
0,054
Cl-
0,3
1,5
4,9
32,0
30,3
28,8
SO3
0,4
5,0
1,0
0,53
0,75
0,89
Gambar 5.6 Perbandingan kadar MgO dan CaO dari beberapa jenis sampel MgCl2
Dari proses modifikasi tersebut didapatkan larutan MgCl2 dan dilanjutkan ke proses
kristalisasi hasil analisis kimia kadar MgO 19,77-21,0 % dan Cl- 28,8 - 30,3 %. CaO masih
merupakan pengotor yang dominan, mencapai kadar 1,25 % atau 6 % jika dibandingkan
dengan kandungan MgO. Dari hasil analisis MgCl2 tersebut di atas, kandungan Mg dan Cl
hasil uji coba tidak berbeda jauh dengan kualitas MgCl2 di pasaran ditampilkan pada tabel
5.6. Proses kristalisasi tersebut ditunjukan pada gambar 5.7.
27
(a)
(b)
Gambar 5.7 Pasta hasil pengkristalan MgCl2 (a) dan MgCl2 hasil uji coba (b)
Hasil kristalisasi MgCl2 proses modifikasi tersebut dilanjutkan ke tahap elektrolisis, sebelum
proses elektrolisis padatan MgCl2 dicairkan dengan pemanasan, oil silikon sebagai bahan
pelarut karena sifatnya non polar tidak mudah melarutkan MgCl2, dengan pengadukan cepat
hanya sedikit larut dan terjadi dispersi. Uji elektrolisis sell dialiri gas argon untuk
meminimalisir udara terlihat pada gambar 5.8 tujuannya mengurangi terbentuknya MgO
karena magnesium sangat mudah teroksidasi. Variabel tetap dipilih jarak antara elektroda 5
cm ( Ze Sun, 2010), jangka waktu, besar tegangan dan besar arus. Sebelumnya dilakukan
pengamatan kuat arus terhadap tegangan, dari hasil uji akan dipilih untuk uji elektrolisis
nilai tegangan 4,4 volt dengan kuat arus 1660 mA di tampilkan pada gambar 5.9.
Setelah selesai uji elekrolisis butiran/padatan yang menempel di katoda diambil kemudian di
keringkan, selanjutnya di analisis secara kimiawi, di peroleh kadar MgO 55 % atau Mg 33 %,
seperti di tampilkan pada tabel 5.7.
Tabel 5.7 Hasil analisis kimia bubuk magnesium hasil uji coba elektrolisis
Percobaan
Komponen
1
2
3
Arus (mA)
1660
1660
1660
Tegangan (mV)
4400
4400
4400
Rapat arus mA/cm2
36,9
36,9
36,9
MgO/Mg awal (%)
21,0/12,6
21,0/12,6
19,7/11,8
MgO/Mg akhir (%)
55/33
55/33
45/27
28
Gambar 5.8 Sell Elektrolisis untuk uji MgCl2 dengan pelarut oil Silikon
Gambar 5.9 Tegangan dan kuat arus yang terjadi pada Uji elektrolisis MgCl2 .
29
BAB VI
KESIMPULAN DAN SARAN
6.1. Kesimpulan
Bahan baku dolomit yang dipakai berasal dari Jawa Timur karena memiliki kadar MgO 20,4 %
dan CaO 31,7 % dengan unsur-unsur pengotor di bawah 1 %. Untuk tahap pelindian
modifikasi diperoleh larutan MgCl2 dengan kadar MgO maksimal 51,2 gr/liter dan Cl2
maksimal 89 gr/liter. Proses kristalisasi larutan MgCl2 diperoleh kristal MgCl2 dengan kadar
MgO maksimal 21 % dan Cl2 maksimal 30,3 % yang kualitasnya hampir setara MgCl2 di
pasaran yaitu 21 % MgO dan 32 % Cl2. Proses elektrolisis diperoleh kadar magnesium 33 %.
6.2. Saran
Perlu penajaman proses pelindian modifikasi untuk menghasilkan MgCl2 unsur-unsur
pengotor relatif tinggi. Dari hasil analisis kristalisasi, kadar CaO masih 1,26 % sedangkan
kadar CaO di pasaran hanya 0,42 %.
30
DAFTAR PUSTAKA
Anonim, 2004. Encyclopedia of Chemical Technology, Fifth Edition, Volume 15, John Wiley and
Sons, Inc, New York, 2004.
Anonim, 2013. Global and China Automotive Magnesium Alloy Industry Report, 2012-2015,
http:// www.researchinchina.com/
Arif I., Somantri G.S., Hanafi M. ,2011. “ Proposal Strategi Untuk Pengembangkan Industri
Pengolahan dan Pemurnian Komoditas Tambang Yang Terintegrasi di Indonesia”,
Perhapi.
Berry, C., 2015. A Closer Look at Magnesium, ZIMTU Research Report.
Budhy A., 2011. “Pembuatan Kiserit dari Dolomit Skala Pilot”, Puslitbang Teknologi Mineral
dan Batubara Bandung, Badan Litbang Energi dan Sumber Daya Mineral, tahun 2011.
Caceres,P.G, 1997, “ Thermal Decomposition of Dolomit and the Extraction of its constituents “,
Journal of Mineral s Engineering, vol 10 no 10.
Charles W. Keenan, Donald C. Kleinfelter, Jesse H. Wood, 1990. General College Chemistry 6th
edition.
Darsa Permana, 2010. Pengkajian Peraturan Daerah (Perda) di Bidang Pertambangan Umum
(Mineral dan Batubara), Jurnal Teknologi Mineral dan Batubara Volume 6, Nomor 3,
Juli 2010
Fadly, A. dkk., 2011. “Pemurnian Magnesium dengan metode DSM/Russian Process Pada Air
Laut Mati di Israel” , Teknik Material Institut Teknologi Bandung.
Friedrich, H.E, dan Mordike, B.L, 2006. Magnesium Technology - Metallurgy, Design Data,
Applications, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, Germany, p. 696.
Gao, F., dkk., 2009. “Life Cycle Assessment of primary magnesium production using the Pidgeon
process” in China, Int. J. Life Cycle Asses
Habashi, F., 1997. Magnesium, Handbook of Extractive Metallurgy, Vol. II, Weinheim, Germany,
Wiley-VCH, pp. 981-1038.
31
Hermansyah dan Permana, D., 2010. ”Peningkatan Nilai Tambah Mineral Logam, Mineral dan
Energi”, Badan Litbang Energi dan Sumber Daya Mineral Vol. 8/No.4.
Mehrabi, B., 2011. Magnesium Production from Asian Abe-Garm Dolomite in
Pidgeon-Type Reactor, “Iranian Journal of Material Science and Engineering” Vol. 8.
Permana D., 2010. ” Tantangan Dalam Peningkatan Nilai Tambah Mineral dan Batubara”,
Mineral dan Energi Vol. 8/No. 4.
Perry’s, R.H., 1984. “Perry's Chemical Engineers' Handbook”, sixth edition. McGraw-Hill: Kansas
USA.
PRNewswire, 2015. Growth Opportunities for Magnesium Alloys in Global Automotive Industry
2015-2020: Trend, Forecast, and Market Analysis, http://www.prnewswire.com/
Ralph H. Petruci. 1993. “General Chemistry, Principles and Modern Application”, sixth edition.
Macmillan Publishing Company; New York
Ray, H.S., Sridhar, R. dan Abraham, K.P., 1999. Extraction of Nonferrous Metals, Affliated
East‐West Press PrivateLimited, Delhi, India.
Rochani S. dkk., 2010. “Kajian Teknis Peningkatan Nilai Tambah Mineral dan Batubara”,
Puslitbang Teknologi Mineral dan Batubara.
Weiss, N.L., 1985. Magnesium Minerals, SME Mineral Processing Handbook, Vol.2, Society of
Mining Engineers of AIME Publications, pp. 29-14.
Žaludová, N., 2005. Mg-RE Alloys and Their Applications, WDS'05 Proceedings of Contributed
Papers, Part III, pp. 643–648.
Ze Sun, Guimin Lu, cs., 2010. “Study on Multi-Phase Flow Field in Electrolysis Magnesium
Industry, State Key Laboratory of Chemical Engineering”, Shanghai China
32
LAMPIRAN
Lampiran 1 Analisis bahan baku dolomit Jawa Timur dengan metode XRD
33
Lampiran 2 Analisis bahan baku dolomit Jawa Barat dengan metode XRD
34