BAB II KERANGKA TEORI A. Deskripsi Teori 1. Zirkonium Oksiklorid

BAB II
KERANGKA TEORI
A. Deskripsi Teori
1.
Zirkonium Oksiklorid
Zirkonium oksida diklorida, ZrOCl 2 .8H 2 O (ZOC), biasa disebut
zirkonium
oksiklorid,
merupakan
klorida
hidroksil,
[Zr 4 (OH) 8 .16H 2 O]Cl 8 .12H 2 O. Secara komersial, ZOC dapat diperoleh dari
peleburan pasir zirkon dengan soda kostik pada suhu 750 oC. Natrium
zirkonat terhidrolisis dengan zirkonia hidrat, yang direaksikan dengan asam
klorida panas. Zirkonium oksiklorid dapat dibuat dari larutan oksiklorid
dengan cara kristalisasi. Zirkonium oksiklorid juga dapat diperoleh dari
pelarutan zirkonium tetraklorida dalam air, atau dengan mereaksikan
zirkonium karbonat dengan asam klorida.
Zirkonium oksiklorid merupakan bahan dasar yang penting dalam
produksi senyawa zirkonium lainnya pada bahan kimia. Zirkonium oksiklorid
anhidrat dihasilkan oleh reaksi dari diklorin oksida (fosgen) dengan suspensi
zirkonium tetraklorida dalam karbon tetraklorida. Reaksi ini dimulai pada 30
o
C. Senyawa ini sangat padat dan hidroskopis; itu terurai menjadi zirkonia
tetraklorida dan zirkonium pada 250 oC.( Arao Manhique, 2003)
Zirkonium tetraklorida bereaksi cepat dengan air, uap atau cair untuk
pertukaran dua klor pada oksigen. Dalam bentuk serbuk, bereaksi dalam air
untuk membentuk zirkonium hidroksiklorid dan asam klorida bebas.
Zirkonium tetraklorida digunakan untuk menghasilkan senyawa organologam
9
10
zirkonium, misalnya bereaksi dengan alkohol untuk membentuk alkoksida,
untuk membentuk pelapis nitrida zirkonium, dan elektrokimia berubah
menjadi zirkonia pada temperatur tinggi dalam sel bahan bakar. (Arao
Manhique, 2003)
Metode kristalisasi oksiklorid telah dilakukan, meskipun dianggap
terlalu mahal karena jumlah asam klorida yang dibutuhkan. Metode ini
digunakan untuk menghasilkan zirkonium oksiklorid dalam skala besar.
Secara proses, produk dari klorinasi zirkon atau zirkonium tetraklorida
terkontaminasi dengan klorida aluminium, titanium tetraklorida, silikon
tetraklorida dan besi triklorida, diperlakukan dengan asam klorida 20 % untuk
menghasilkan larutan zirkonium oksiklorid.
Untuk
menghasilkan
zirkonia,
zirkonium
oksiklorid
kristal
ditembakkan di udara. Untuk memperoleh zirkonia halus, zirkonium
oksiklorid dilarutkan dalam air dan menambahkan amonia kedalam endapan
zirkonium hidroksida, menghasilkan zirkonia halus (Arao Manhique, 2003).
Zirkonium oksiklorid adalah serbuk yang berwarna putih dan tidak
berbau yang memiliki berat molekul 322,30, titik didih pada tekanan (760
torr) sebesar 210 ºC (410 ºF), mempunyai titik leleh 150 ºC (302 ºF) dengan
tekanan uap pada suhu 20 ºC (68 ºF) adalah 9 sampai 13 torr. Zirkonium
oksiklorid adalah senyawa yang mudah larut, dapat dilarutkan dalam air
dingin, alkohol, dan eter serta dapat terurai dalam air panas.
Larutan kimia untuk reaksi pengendapan dibuat suatu senyawa yang
paling banyak dikenal dan terbaik dari zirkonium, yaitu zirkonil klorida
11
oktahidrat, ZrOCl 2 .8H 2 O digunakan sebagai bahan dasar. Dalam struktur
kristal, zirkonium spesies dominan adalah dalam bentuk ion [Zr 4 (OH) 8 ]8+
dengan molekul air dikelompokkan sekitar ini ion polimer dan tidak ada
silang antara spesies unit zirkonium. Ketika kristal ditambahkan ke dalam air,
itu adalah mudah dilarutkan dan polimer zirkonium hanya diangkat keluar
dari kisi ke dalam larutan, di mana akan terurai menjadi ZrOOH+. Produk
hidrolisis kationik adalah karakteristik kompleks zirkonium, yang berada di
lingkungan klorin. Langkah hidrolisis pertama dapat ditulis sebagai:
4ZrOCl 2 · 8H 2 O (s) + H 2 O
4 [ZrOOH · 4H 2 O]+ + 4Cl- + 4HCl +13H 2 O
(1)
Pada konsentrasi antara 0,01 sampai dengan 0,1 M, padatan zirkonium
ini benar-benar terurai menjadi kation stabil. Sifat fisik dari larutan zirkonil
klorida menunjukkan banyak karakter yang sama dengan larutan asam klorida
dari molaritas yang sama. Kelarutan dari spesies zirkonium total larutan dapat
lebih dikendalikan oleh penambahan asam klorida (Havesy G. Von, 1925).
Pada penambahan larutan HCl, kelarutan menurun, hal ini karena efek ion
umum, sampai minimum sebesar 8,5 N HCl. Setelah mencapai minimum
sedikit peningkatan dalam kelarutan saat dikaitkan dengan pembentukan
kompleks zirkonium lainnya. Ketergantungan suhu kelarutan zirkonil klorida
terkonsentrasi pada (10.16 N) HCl. Peran asam nonkompleks lebih dari
kontrol kelarutan dari total zirkonium dalam larutan, namun penambahan ion
klor ke dalam sistem ini juga sama pentingnya. Keberadaan ion hidronium
12
melebihi kekuatan produk hidrolisis sebelumnya pada reaksi berikut (Lister,
B.A.J. and (Miss) L.A.MºDonald, 1952: 4315-4330).
4[ZrOOH · 4H 2 O]+ + 4Cl- + 4HCl + 13H 2 O
4ZrO2+ + 8Cl- + 33H 2 O
(2)
Hidrolisis ion ini lebih lanjut menjadi zirkonia hidro metastabil yang
terbentuk
4 ZrO2+ + 8Cl- + 33H 2 O
[Zr 4 (OH) 8 ]8+ + 8Cl- + 29H 2 O
(3)
Hidrolisis ion zirkonium dalam larutan berkurang dengan penambahan
HCl, sedangkan ion stabil dalam larutan encer 'yang lebih mendasar' adalah
kation [ZrOOH.4H 2 O]+. Bukti struktur tetra-zirkonium dalam larutan
menggunakan teknik elektrokimia artinya yaitu mobilitas ion zirkonium
dalam larutan untuk konsentrasi HCl hingga 1 N. Keasaman lebih tinggi dari
1 N tidak menghasilkan spesies yang bermigrasi ke katoda, yang berarti
pembentukan spesies zirkonium yang lebih besar. Keseimbangan ini dalam
larutan adalah sama dengan yang di struktur kristal padat zirkonil klorida
oktahidrat bahwa tidak ada atom klorin terikat secara kovalen dengan atom
zirkonium. Hidrolisis keseluruhan (sebuah kompilasi dari Persamaan (1)
sampai dengan (3)) dari zirkonil klorida padat dapat diringkas sebagai
berikut:
HCl
4[ZrOCl 2 ·8H 2 O] (s) + H 2 O
(Havesy G. Von, 1925)
2.
Asam Sulfat
[Zr 4 (OH) 8 ] 8+ + 8Cl- + 29 H 2 O
(4)
13
Asam sulfat, H 2 SO 4 , merupakan asam mineral (anorganik) yang kuat.
Zat ini larut dalam air pada semua perbandingan. Asam sulfat mempunyai
banyak kegunaan dan merupakan salah satu produk utama industri kimia.
Kegunaan utamanya digunakan untuk proses bijih mineral, sintesis kimia,
pengolahan air limbah dan pengilangan minyak. (http://id.wikipedia.org
/wiki/Asam_sulfat diakses pada tanggal 24/01/2012)
Asam sulfat murni yang tidak diencerkan tidak dapat ditemukan secara
alami di bumi oleh karena sifatnya yang higroskopis. Walaupun demikian,
asam sulfat merupakan komponen utama hujan asam, yang terjadi karena
oksidasi sulfur dioksida di atmosfer dengan keberadaan air (oksidasi asam
sulfit). Sulfur dioksida adalah produk samping dari pembakaran bahan bakar
seperti batu bara dan minyak bumi, yang mengandung sulfur (belerang).
a. Sifat-sifat fisika
1) Bentuk-bentuk asam sulfat
Asam sulfat dapat dibuat dengan melepaskan SO 3 pada titik didihnya
dan menghasilkan asam 98,3 %. Asam sulfat 98 % lebih stabil untuk
disimpan, dan merupakan bentuk asam sulfat yang paling umum. Asam sulfat
98 % umumnya disebut sebagai asam sulfat pekat. Terdapat berbagai jenis
konsentrasi asam sulfat yang digunakan untuk berbagai keperluan:
a) 10 %, disebut asam sulfat encer untuk kegunaan laboratorium,
b) 33,53 %, disebut asam baterai,
c) 62,18 %, disebut asam bilik atau asam pupuk
d) 73,61 %, disebut asam menara atau asam glover,
14
e) 97 %, disebut asam pekat.
Terdapat juga asam sulfat dalam berbagai kemurnian. Mutu teknis
H 2 SO 4 tidaklah murni dan seringkali berwarna, namun cocok digunakan
untuk membuat pupuk. Asam sulfat murni digunakan untuk membuat obatobatan dan zat warna. Beberapa sifat fisik H 2 SO 4 terdapat pada tabel 1.
Tabel 1. Beberapa sifat fisik H 2 SO 4
Rumus molekul
H 2 SO 4
Massa molar
98,08 g/mol
Penampilan
Cairan bening, tak berwarna, tak berbau
Densitas
1,84 g/cm3, cair
Berat jenis uap
3,4 udara =1
Tekanan uap (mmHg) 1 (pada 146 oC)
Titik Lebur
10 (oC)
Titik didih
290 (oC)
Keasaman (pKa)
-3
Viskositas
26,7 cp (pada 20 oC)
2) Polaritas dan konduktivitas
H 2 SO 4 anhidrat adalah cairan yang sangat polar. Ia memiliki tetapan
dielektrik sekitar 100. Konduktivitas listriknya juga tinggi. Hal ini
diakibatkan oleh disosiasi yang disebabkan oleh swa-protonasi, disebut
sebagai autopirolisis.
2 H 2 SO 4
H 3 SO 4 + + HSO 4 −
b. Sifat-sifat kimia
1) Reaksi dengan air
Reaksi hidrasi asam sulfat sangatlah eksotermik. Penambahan asam
terlebih dahulu kemudian tambahkan air daripada air ke dalam asam. Hal ini
dikarenakan, air memiliki massa jenis yang lebih rendah daripada asam sulfat
15
dan cenderung mengapung di atasnya, sehingga apabila air ditambahkan ke
dalam asam sulfat pekat, ia akan dapat mendidih dan bereaksi kuat. Reaksi
yang terjadi adalah pembentukan ion hidronium (H 3 O+) :
H 2 SO 4 + H 2 O
H 3 O+ + HSO 4 -
HSO 4 - + H 2 O
H 3 O+ + SO 4 2-
c. Kegunaan
Asam sulfat merupakan komoditas kimia yang sangat penting, dan
sebenarnya pula, produksi asam sulfat pada suatu negara merupakan indikator
terhadap kekuatan industri negara tersebut (E.A.Hakkilla, 1981). Asam sulfat
juga memiliki berbagai kegunaan di industri kimia. Sebagai contoh, asam
sulfat merupakan katalis asam yang umumnya digunakan untuk mengubah
sikloheksanoksim menjadi kaprolaktam, yang digunakan untuk membuat
nilon. Ini juga digunakan untuk membuat asam klorida dari garam melalui
proses Mannheim. Asam sulfat banyak digunakan dalam pengilangan minyak
bumi, contohnya sebagai katalis untuk reaksi isobutana dengan isobutilena
yang menghasilkan isooktana (http://id.wikipedia.org /wiki/Asam_sulfat
diakses pada tanggal 24/01/2012).
3.
Zirkonium Berbasis Sulfat
Rumus
kimia
zirkonium
berbasis
sulfat
(ZBS)
adalah
Zr 5 O 7 (SO 4 ) 3 .nH 2 O. Zirkonium berbasis sulfat merupakan senyawa yang
digunakan sebagai bahan awal (starting material) pada proses berikutnya
16
baik pada proses pemurnian zirkonium maupun pada industri diantaranya
tanning agent, catalyst, decoloring agent, coating, dll. Selain itu ZBS juga
merupakan senyawa krusial, karena pada langkah ini pengotor-pengotor
seperti Fe+3, Th+4, U+6, Ti+4 akan hilang saat pencucian dengan air, tetapi jika
bentuknya bukan ZBS misal zirkon sulfat atau zirkon sulfat tetrahidrat maka
zirkon ini akan terikut di larutan pencuci. Badan Pengawas Tenaga Nuklir
(BAPETEN) telah menentukan batas-batas pengotor khususnya Th dan U
yang harus dipenuhi agar zirkonia (ZrO 2 ) yang dihasilkan dari bahan
tambang mempunyai ketentuan sebagai berikut:
Tabel 2.Kandungan bahan radioaktif pada berbagai spesifikasi zirkon.
Kreteria menurut Fergusen Wid
CIEC
Zetamin
Jepang (ppm)
(ppm)
(ppm)
(ppm)
U + 0,4 Th
U + 0,4 Th
U + 0,4 Th
U + 0,4 Th
< 100
326-338
400 - 600
301
Kreteria yang ditetapkan oleh Jepang untuk kandungan bahan radioaktif
tersebut adalah kombinasi antara Uranium dan Thorium dihitung menurut
rumus :
Zirkonium berbasis sulfat merupakan produk utama dalam produksi
bahan kimia murni karena zirkonium adalah untuk mengendalikan bentuk
yang diendapkan. Hal ini dapat diperoleh dengan mengurangi keasaman
larutan zirkonium sulfat. Dasar dari pembentukan zirkonium berbasis sulfat
adalah berkaitan dengan fakta bahwa pelarutan lembaran zirkonium sulfat
terjadi dengan memecah ikatan antara kelompok sulfat dan atom zirkonium,
melalui penggantian kelompok sulfat dengan kelompok-kelompok hidroksi
17
sebagai ligan. Struktur terdiri dari alur tunggal [Zr(OH) 2 ] n 2n+1, yang
bergabung dengan menjembatani sulfat. (Arao Manhique, 2003)
Dalam senyawa ini, atom zirkonium didominasi memiliki sejumlah
koordinasi 8. Paling umum zirkonium berbasis sulfat Zr 5 O 7 (SO 4 ) 3 .nH 2 O.
Sulfat dasar lainnya telah dirumuskan dalam literatur. Struktur dodecahedral
terdiri dari lapisan ZrO 8 dijembatani oleh ion sulfat. Zirkonium berbasis
sulfat, Zr(OH) 2 SO 4 , memiliki antiprism persegi dan terdiri dari rantai zig-zag
tak terbatas [Zr(OH) 2 ].
Larutan zirkonium ortosulfat sangat asam. Larutan ini dapat dibuat dari
zirkonium berbasis sulfat atau karbonat. Garam mengkristal langsung dari
larutan dalam bentuk tetrahidrat, Zr(SO 4 ) 2 .4H 2 O. Pada pemanasan 100 oC,
tetrahidrat dapat dikonversi ke monohidrat dan dari monohidrat dapat
menjadi anhidrat pada suhu 380 oC. Hidrat yang lebih tinggi juga diketahui.
Zirkonium berbasis sulfat digunakan dalam pembuatan zirkonium
berbasis karbonat dan zirkonium hidroksida, karena itu untuk menghasilkan
zirkonia melalui zirkonium hidroksida. Hal ini juga digunakan untuk
memproduksi apa yang disebut sabun zirkonium. Larutan zirkonium sulfat
lebih banyak digunakan dalam penyamakan kulit dari pada larutan kromium.
Zirkonium sulfat digunakan dalam fotografi, sebagai lapisan pigmen.
Zirkonium sulfat juga digunakan dalam reaksi katalis yang berhubungan
dengan pemprosesan hidrokarbon di kilang minyak, dimana disebut sebagai
katalis paling aktif.
a. Metoda Berbasis Sulfat
18
Metode ini didasarkan pada pengendapan zirkonium berbasis sulfat.
Tingkat keasaman konstan harus dipertahankan selama pengendapan pada
pengenceran dan suhu reaksi harus dipertahankan pada 39,5 oC. Keasaman
sebagai media untuk meningkat, karena untuk pembentukan asam bebas. Jika
kondisi ini terpenuhi, maka hasil yang didapat mencapai nilai setinggi 40 %
sampai 50 %. Metode berbasis sulfat ini ditemukan hanya mengandung sisa
dari pengotor (Arao Manhique, 2003).
Tingkat kesulitan utama dalam proses ini terletak dalam mengontrol
media keasaman sebagai hasil dari hidrolisis zirkonium sulfat dengan
pembentukan asam sulfat bebas, sesuai dengan reaksi berikut:
4Zr(SO 4 ) 2 + 19H 2 O → 4ZrO 2 .3SO 3 .14H 2 O + 5H 2 SO 4
(5)
Reaksi 5. menunjukkan reaksi hidrolisis zirkonium sulfat dalam air untuk
menghasilkan zirkonium berbasis sulfat.
Untuk mengatasi masalah tersebut, asam sulfat diganti oleh asam
klorida dan sulfat yang larut ditambahkan untuk menyediakan ion sulfat.
Sulfat dari aluminium, magnesium, natrium, dan amonium yang digunakan
untuk dapat digantikan. Dengan metode alternatif ini, menghasilkan sekitar
97,5 % dapat dicapai .
Selain metode diatas, larutan zirkonil sulfat direaksikan dengan asam
sulfat untuk memberikan perbandingan mol ion zirkonium dengan sulfat =
5:2 . larutan tersebut dipanaskan pada 90 oC dan diencerkan dengan air. Pada
kondisi yang sama, larutan amonium ditambahkan agar pH mencapai 1,5.
Zirkonium berbasis sulfat, Zr 5 O 8 (SO 4 ) 2 .xH 2 O, menghasilkan endapan lebih
19
dari 99 %. Endapan diubah menjadi hidroksida menggunakan refluks dengan
amonia. Zirkonium berbasis sulfat mudah disaring dan dicuci untuk
menghilangkan kotoran alumunium dan uranium.
Zirkonia atau zirkon konversi pertama zirkonia hidrat, maka untuk
larutan zirkonium oksiklorid melalui reaksi asam klorida. Asam sulfat atau
amonium sulfat ditambahkan kedalam larutan zirkonium oksiklorid, diikuti
dengan pemanasan. Ketidakmurnian logam tetap, dalam larutan harus
dibuang. Namun, beberapa titanium tetap karena sulit untuk dipisahkan dalam
proses ini (Arao Manhique, 2003).
Rincian hidrolitik dari struktur zirkonat sulfat (artinya ion sulfat terikat
kovalen) reduksi (1) dalam ion klorida, dalam bentuk asam klorida (2)
peningkatan suhu (3) penurunan konsentrasi zirkonium atau (4) oleh
peningkatan pH larutan. Kecenderungan dari keempat ini adalah sama seperti
yang telah dilakukan sebelumnya untuk hidrolisis zirkonil klorida, dengan
pengecualian pH larutan pada keasaman lebih tinggi. Peningkatan keasaman
digunakan hanya bila ikatan zirkonium sulfat yang diinginkan. Pada
keasaman rendah, hidrolisis ireversibel lambat, disertai dengan peningkatan
dalam polimerisasi dan mungkin perubahan dalam struktur dari OH- untuk
penghubung O2- . Transisi dua ion dari Reaksi (7) dan (8) akan bergabung
untuk menghasilkan disulfat pentazirkonium,
Zr(SO 4 ) 2 · H 2 O + 4H 2 O
2 H+ + [ZrO (SO 4 ) 2 · 3H 2 O]2-
[ZrO(SO 4 ) 2 ·3H 2 O]2- + H 2 O
[(HO)ZrO(SO 4 )·3H 2 O]- + H 2 O
(6)
[(HO)ZrO(SO 4 )·3H 2 O]- + HSO 4 -
(7)
[(HO) 2 ZrO·3H 2 O] + HSO 4 -
(8)
20
Cl-
2[(HO)ZrO(SO 4 )·3H 2 O]-
3[(HO) 2 ZrO·3H 2 O]+2H+
+
Zr 5 O 8 (SO 4 ) 2 ·15H 2 O + 5H 2 O
(9)
Perhatikan di sini bahwa intermediet disulfat pentazirkonil berbeda dari kelas
zirkonat sulfat bahwa ion sulfat;
yang terikat ke atom zirkonium oleh
tarik-menarik elektrostatik, bukan kovalen (Beyer, C.H., Koerner. E.L. and
E.H. Olson, 1955) .
Keseimbangan antara konsentrasi zirkonium, konsentrasi asam klorida,
konsentrasi asam sulfat, suhu dan kadar klorida merupakan bagian utama
dalam mempercepat disulfat pentazirkonium. Pertimbangan semua reaksi
yang diusulkan dalam Persamaan (1)-(9), reaksi keseluruhan untuk
pengendapan disulfat pentazirkonium dapat ditulis sebagai (Blumenthal,
W.B., 1958)
HCl
5ZrOCl 2 ·8H 2 O + 2H 2 SO 4 + 10NH 4 OH
Zr 5 O 8 (SO 4 ) 2 ·15H 2 O + 32H 2 O +
10NH 4 Cl
(10)
Pembuatan ZBS adalah merupakan proses pengendapan, yaitu peristiwa
pembentukan partikel-partikel padat di dalam suatu fase homogen.
Pembentukan partikel-partikel ini dapat terjadi karena lingkungannya dalam
keadaan lewat jenuh. Keadaan lewat jenuh ini dapat diciptakan dengan
menambahkan suatu komponen yang akan bereaksi dengan zat terlarut
semula sehingga membentuk endapan atau zat yang tidak mudah larut.
Dalam pembentukan endapan ini akan melewati 2 proses yaitu:
21
1. Lahirnya suatu partikel baru yang disebut nukleasi dimana ion-ion dari
molekul yang akan diendapkan mulai membentuk inti atau pasangan ion
menjadi butir-butir yang sangat kecil yang bisa terdiri dari beberapa jenis
partikel, molekul, atom atau ion-ion. Oleh karena gerak rambang dari
partikel-partikel itu didalam setiap volume kecil beberapa partikel
mungkin bergabung membentuk suatu gerombolan atau klaster, yaitu
gabungan yang agak longgar yang dapat mudah putus. Namun kadangkadang cukup banyak partikel bergabung membentuk embrio yang
merupakan permulaan dari susunan kisi dan permulaan dari pembentukan
suatu fase baru yang terpisah. Dalam kebanyakan hal embrio ini berumur
pendek dan kembali menjadi gerombolan atau partikel individual, tetapi
jika lewat jenuhnya cukup besar embrio ini mungkin akan tumbuh
sehingga mencapai suatu ukuran yang berada dalam keseimbangan
termodinamik dengan larutan itu dan ini yang disebut inti.
2. Tumbuhnya partikel tersebut diatas menjadi sesuatu yang ukurannya
makroskopik atau disebut sebagai pertumbuhan inti. Pada tahap ini inti
tumbuh menjadi butiran yang lebih besar. Inti ini menarik molekulmolekul lain membentuk butiran yang lebih besar sehingga terbentuk
endapan.
4.
Spektroskopi X-Ray
a. Spektroskopi X-ray Fluoresensi
22
Spektrometer X-ray fluoresensi (XRF) adalah suatu alat X-ray
digunakan untuk bahan yang relatif non-destruktif analisis kimia batuan,
mineral, sedimen dan cairan. X-ray bekerja pada panjang gelombangdispersif spektroskopi prinsip yang mirip dengan microprobe elektron.
Namun, XRF umumnya tidak dapat membuat analisis di spot ukuran kecil
khas pekerjaan EPMA (2-5 mikron), sehingga biasanya digunakan untuk
analisis sebagian besar fraksi lebih besar dari bahan geologi. Biaya murah dan
persiapan sampel relatif mudah, stabilitas dan kemudahan penggunaan X-ray
spektrometer membuat salah satu metode yang paling banyak digunakan
untuk analisis unsur utama dan jejak di batuan, mineral, dan sedimen
(http://anekakimia.blogspot.com/2011/06/analisa-instrumen-xrf.html diakses
pada tanggal 27/01/2012)
Metode X-ray fluoresensi yang digunakan untuk mengukur fase yang
berbeda ditemukan berbagai proses. Untuk kuantitatif, itu sudah cukup untuk
memilih satu baris utama dalam garis besar dalam spektrum karakteristik
unsur dan garis yang berhubungan dengan konsentrasi. Spektrometer X-ray
terdiri atas sumber eksitasi, sarana memisahkan dan mengisolasi garis
karakteristik, dan perangkat untuk mengukur intensitas garis karakteristik
(Arao Manhique,2003).
b. Prinsip Dasar X-Ray Fluoresensi (XRF)
Metode XRF tergantung pada prinsip-prinsip dasar yang umum untuk
beberapa metode instrumen lain yang melibatkan interaksi antara berkas
elektron dan sinar-x dengan sampel, termasuk: X-ray spektroskopi (misalnya,
23
SEM - EDS), difraksi sinar-X (XRD), dan panjang gelombang dispersif
spektroskopi (microprobe WDS).
Analisis unsur-unsur utama dan jejak dalam bahan geologi oleh X-ray
fluoresensi dimungkinkan oleh perilaku atom ketika mereka berinteraksi
dengan radiasi. Ketika bahan-bahan dengan energi tinggi, radiasi panjang
gelombang pendek (misalnya, sinar-X), mereka bisa menjadi terionisasi. Jika
energi radiasi yang cukup untuk mengeluarkan sebuah elektron dalam rapat
diadakan, atom menjadi tidak stabil dan sebuah elektron terluar menggantikan
elektron yang hilang. Ketika ini terjadi, energi dilepaskan karena energi yang
mengikat penurunan orbital elektron dalam dibandingkan dengan yang luar.
Radiasi yang dipancarkan adalah energi yang lebih rendah dari insiden utama
sinar-X dan disebut radiasi neon. Karena energi dari foton yang dipancarkan
adalah karakteristik transisi antara orbital elektron yang spesifik dalam
elemen tertentu, neon dihasilkan sinar-X dapat digunakan untuk mendeteksi
kelimpahan unsur-unsur yang hadir dalam sampel (http://anekakimia.blogspot.-com/2011/06/analisa-instrumen-xrf.html diakses pada tanggal 27/01/2012).
c. Cara Kerja XRF
Analisis unsur-unsur utama dan jejak dalam bahan geologi oleh XRF
dimungkinkan oleh perilaku atom ketika mereka berinteraksi dengan Xradiasi. Sebuah spektrometer XRF bekerja karena jika sampel dikenai oleh
sinar-X intens beam, yang dikenal sebagai balok insiden, sebagian energi
yang tersebar, tetapi beberapa juga diserap dalam sampel dengan cara yang
24
tergantung pada kimianya. Insiden X-ray beam biasanya dihasilkan dari target
Rh, meskipun W, Mo, Cr dan lain-lain juga dapat digunakan, tergantung pada
aplikasi.
Atom-atom dalam sampel menyerap sinar-X energi pengion, elektron
mendepak dari tingkat energi rendah (biasanya K dan L). Para elektron
dikeluarkan diganti oleh elektron dari, energi luar orbit yang lebih tinggi.
Ketika ini terjadi, energi dilepaskan karena energi yang mengikat penurunan
orbital elektron dalam dibandingkan dengan yang luar. Hal ini melepaskan
energi dalam bentuk emisi karakteristik sinar-X menunjukkan atom jenis ini.
Jika sampel memiliki unsur-unsur yang hadir, seperti yang khas untuk
kebanyakan mineral dan batuan, penggunaan Spektrometer dispersif panjang
gelombang seperti dalam EPMA memungkinkan pemisahan spektrum yang
dipancarkan sinar-X yang kompleks ke dalam panjang gelombang
karakteristik untuk masing-masing elemen ini. Berbagai jenis detektor (aliran
gas proporsional dan sinar) digunakan untuk mengukur intensitas sinar yang
dipancarkan. Penghitung aliran yang biasa digunakan untuk mengukur
panjang gelombang (> 0,15 nm) sinar-X yang khas dari spektrum K dari
unsur yang lebih ringan daripada Zn. Detektor sintilasi umumnya digunakan
untuk menganalisis panjang gelombang lebih pendek dalam spektrum sinar-X
(K spektrum elemen dari Nb ke I; L spektrum Th dan U). X-ray dari panjang
gelombang menengah (K spektrum yang dihasilkan dari Zn untuk Zr dan L
spektrum dari Ba dan unsur tanah jarang) umumnya diukur dengan
menggunakan kedua detektor bersama-sama. Intensitas energi yang diukur
25
oleh detektor sebanding dengan kelimpahan elemen dalam sampel. Nilai yang
tepat dari proporsionalitas ini untuk setiap elemen diperoleh dengan
perbandingan standar mineral atau batuan dengan komposisi yang diketahui
dari analisis sebelumnya dengan teknik lain (http://anekakimia.blogspot.com
/2011/06/analisa-instrumen-xrf.html diakses pada tanggal 27/01/2012).
B. Penelitian yang Relevan
Dalam penelitiannya, Ngo Van Tuyen, dkk (2007) peneliti Institute for
technology of Radioactive and Rare Element, VAEC, Vietnam, melakukan
penelitian preparation of high quality zirconium oxychloride from zircon of
vietnam,
menggunakan
pasir zirkon
dari
vietnam
untuk
membuat
ZrOCl 2 . 8 H 2 O sebagai umpan dan menggunakan (NH 4 ) 2 SO 4
sebagai
pengendap, dalam pembuatan zirkonium berbasis sulfat.
Arao Manhique (2003) peneliti faculty of natural and agricultural
sciences, University of Pretoria, Pretoria melakukan penelitian optimation of
alkali-fusion process for zircon sands : a kinetic study of the process. Metode
analisis yang digunakan dalam penelitian ini adalah spektrometri XRF.
C. Kerangka Berfikir
Konversi pembentukan zirkonium berbasis sulfat ini bertujuan
mengetahui banyaknya kadar Zr yang telah menjadi zirkonium berbasis sulfat
dari hasil reaksi zirkonium oksiklorid, atau berapa persen Zr yang berubah
menjadi ZBS terhadap Zr dalam ZOC atau bahan awal. Cara penentuan kadar
26
Zr dapat dilakukan dengan berbagai cara analisis, satu diantaranya yaitu
secara spektrometer X-Ray. Persiapan analisis kadar Zr dengan cara
penyaringan endapan zirkonium berbasis sulfat dan filtrat, yang kemudian
dilakukan analisis kadar Zr secara spektrometri X-Ray.
Pembentukan zirkonium berbasis sulfat ini dipengaruhi oleh konsentrasi
yang tepat dari zirkonium oksiklorid dan asam sulfat sehingga diperoleh
zirkonium berbasis sulfat yang maksimum. Selain itu juga, waktu
pengendapan perlu diperhatikan dalam proses pembentukan, karena
mempengaruhi kandungan logam yang masih ada dalam filtrat zirkonium
berbasis sulfat.
Asam sulfat merupakan jenis asam yang sering digunakan untuk
mereaksikan zirkonium oksiklorid sehingga menghasilkan zirkonium berbasis
sulfat. Perbedaaannya pada variasi waktu pengendapan, konsentrasi
zirkonium oksiklorid, dan konsentrasi asam sulfat yang digunakan dalam
pembentukan zirkonium berbasis sulfat sehingga dalam penelitian ini
diperkirakan ada perbedaan konversi dari pembentukan zirkonium berbasis
sulfat.
D. Hipotesis Penelitian
Dengan kondisi reaksi optimum diharapkan kadar Zr yang optimum
dalam zirkonium berbasis sulfat serta adanya pengaruh dari berbagai variasi
konsentrasi zirkonium oksiklorid, konsentrasi asam sulfat dan waktu
27
pengendapan terhadap konversi pembentukan zirkonium berbasis sulfat yang
dihasilkan.