MAKALAH GENESA BAHAN GALIAN “MINERAL ZEOLIT” OLEH: ARY RICARDO OBEN 0806103304 DANNA P. SANDY 0906102624 DANIEL T. LENGA 0906102625 DENI SIOH 0906102626 FELTRINO LANGGA 0906102630 JUAN JULIO WICAKSONO 0906102639 MARIA B. OKY 0906102643 MARIA D. HERA 0706103118 MARIANA D. MANEK 0906102644 MARTINUS G. NIRON 0906102646 PASCA B.S. NINU 0906102596 SELVI A. SAUDALE 0906102653 SILVIA WELIA FONI 0906102655 SIMPLISIUS IKU 0906102656 TRI SANDY TUNGGAL 0906102660 YURDIANA KOLIMON 0906102663 JURUSAN TEKNIK PERTAMBANGAN FAKULTAS SAINS & TEKNIK UNIVERSITAS NUSA CENDANA 1
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
MAKALAH GENESA BAHAN GALIAN“MINERAL ZEOLIT”
OLEH:
ARY RICARDO OBEN 0806103304DANNA P. SANDY 0906102624DANIEL T. LENGA 0906102625DENI SIOH 0906102626FELTRINO LANGGA 0906102630JUAN JULIO WICAKSONO 0906102639MARIA B. OKY 0906102643MARIA D. HERA 0706103118MARIANA D. MANEK 0906102644MARTINUS G. NIRON 0906102646PASCA B.S. NINU 0906102596SELVI A. SAUDALE 0906102653SILVIA WELIA FONI 0906102655
SIMPLISIUS IKU 0906102656TRI SANDY TUNGGAL 0906102660YURDIANA KOLIMON 0906102663
JURUSAN TEKNIK PERTAMBANGANFAKULTAS SAINS & TEKNIK
UNIVERSITAS NUSA CENDANAKUPANG
2011
1
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Kuasa karena
atas berkat dan penyertaan-Nya, pada akhirnya penulis dapat menyelesaikan tugas
makalah Genesa bahan galian dan batu bara mengenai “mineral zeolit” ini dengan
baik dan bisa di serahkan tepat pada waktunya.
Penulis pun ingin mengucapkan terima kasih kepada pak DR. Herry Z. Kotta,
S.T, M.T selaku dosen untuk mata kuliah Genesa bahan galian dan batu bara yang
telah memberikan tugas makalah ini, karena pada kenyataanya melalui sangatlah
bermanfaat bagi penulis dalam memahami bagaimana pemanfaatan mineral zeolit ini
dengan baik dan benar.
Penulis pun menyadari bahwa makalah yang dibuat ini masih terlalu jauh dari
kesempurnaan oleh karena itu harap untuk di maklumi. Namun kiranya makalah ini
bisa bermanfaat menambah pengetahuan bagi kita semua.
Kupang, 20 Juni 2011
Penulis
2
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ................................................................................... i
DAFTAR ISI ii
DAFTAR GAMBAR iii
DAFTAR TABEL IV
BAB I. PENDAHULUAN 1.1. Latar belakang 1
1.2 .Tujuan & manfaat penulisan 2
1.3. Rumusan masalah 2
BAB II. PEMBAHASAN2.1. Mineral Zeolit 3
2.2. Morfologi & Sistem Kristal Zeolit 4
2.3. Pengaktifan mineral zeolit 8
2.4. Crude Palm Oil (CPO) 10
2.5. Komposisi Mineral Zeolit 13
2.6. Pembentukan Mineral Zeolit 23
2.7. Perbedaan Zeolit Alam & Zeolit Sintesis 27
2.8. Pengolahan dan Pemanfaatan Mineral Zeolit 29
2.9. Potensi Zeolit Alam Di Indonesia 52
BAB III. PENUTUP3.1. Kesimpulan 53
3.2. Saran 54
DAFTAR PUSTAKA 55
3
DAFTAR GAMBARGambar 2.1. Rangka zeolit yang terbentuk dari ikatan 4 atom O dengan 1
atom Si (Bell, 2001) 4
Gambar 2.2. Kerangka utama zeolit 5
Gambar 2.3. Ukuran kristal zeolit 7
Gambar 2.4. Struktur β karoten 12
Gambar 2.5. Struktur α karoten 12
Gambar 2.6. Proses Alterasi 24
Gambar 2.7. Proses Zeoponik 34
Gambar 2.8. Pengaruh penggunaan zeolit dalam bidang pertanian dan perkebunan 34
Gambar 2.9. Skematik proses pervaporasi 39
Gambar 2.10. Diagram blok sistem pengukuran ultrasonic 44
Gambar 2.11. Bagan pengujian 46
Gambar 2.12. Skematik pengujian membran dalam proses pervaporasi 49
Gambar 2.13. Penggunaan zeolit dalam kehidupan sehari-hari 51
Gambar 2.14. Perkembangan Penggunaan Zeolit di dunia 51
Gambar 2.15. Sebaran zeolit alam di Indonesia dan komposisi mineralnya 52
4
DAFTAR TABELTabel 2.1. Nama mineral zeolit dan rumus kimianya 14
Tabel 2.2. Komposisi dan formula dari zeolit yang bertipe kalsik (Deer,1963 dalam Hay,
1966) 16
Tabel 2.3. Komposisi dan formula zeolit yang bertipe alkalik (Deer, 1963 dalam Hay,
1966) 16
Tabel 2.4. Jenis-Jenis Mineral Zeolit Beserta Rumus Kimianya 18
Tabel 2.5. Proses-proses dalam pembuatan zeolit sintetis (Lefond, 1983) 29
Tabel 2.6. Contoh penggunaan zeolit sintetis 29
24
5
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Bagian luar bumi tertutupi oleh daratan dan lautan dimana bagian dari
lautan lebih besar daripada bagian daratan. Akan tetapi karena daratan adalah
bagian dari kulit bumi yang dapat kita amati langsung dengan dekat maka
banyak hal-hal yang dapat pula kita ketahui dengan cepat dan jelas. Salah satu
diantaranya adalah kenyataan bahwa daratan tersusun oleh beberapa jenis
batuan yang berbeda satu sama lain. Dari jenisnya batuan-batuan tersebut
dapat digolongkan menjadi 3 jenis golongan. Mereka adalah batuan beku
(igneous rocks), batuan sediment (sedimentary rocks), dan batuan
metamorfosa/malihan (metamorphic rocks). Batuan-batuan tersebut berbeda-
beda materi penyusunnya dan berbeda pula proses terbentuknya.
Kita tahu bahwa batuan adalah gabungan dari dua atau lebih mineral.
Mineral adalah senyawa alami yang terbentuk melalui proses geologis. Istilah
mineral dapat mempunyai bermacam-macam makna sukar untuk
mendefinisikan mineral dan oleh karena itu kebanyakan orang mengatakan,
bahwa mineral ialah satu frase yang terdapat dalam alam. Demikian pula suatu
mineral memiliki bentuk kristalnya masing-masing sesuai dengan proses
terbentuknya dan komposisinya. Salah satu contoh mineral yang ada, yaitu
Zeolit.
Zeolit merupakan senyawa alumino-silikat hidrat terhidrasi dengan
unsur utama yang terdiri dari kation alkali dan alkali tanah terutama Ca,
K dan Na, dengan rumus umum (LmAlx Sig O2nH2O) di mana L adalah logam.
Sifat umum dari zeolit adalah kristal yang agak lunak dengan warna
putih coklat atau kebiru-biruan. Senyawaan kristalnya berwujud dalam
Secara umum sifat mineral zeolit dapat digolongkan menjadi:
1. Berdasarkan cara dan lingkungan terbentuknya zeolit
a. Zeolit yang terbentuk pada temperatur yang tinggi, dimana pada
masing-masing temperatur tertentu akan terbentuk jenis zeolit
tertentu pula. Yang termasuk dalam grup ini adalah akibat dari proses
magmatik primer, proses metamorfosa kontak, hidrotermal, dan
regional.
b. Zeolit yang terbentuk didekat permukaan lingkungan sedimentasinya
dengan perubahan proses kimia merupakan faktor utama. Yang
termasuk grup ini adalah sebagai akibat pengaruh pergerakan air
tanah, pelapukan ataupun karena sifat alkalin.
c. Zeolit yang terbentuk pada suhu rendah pada lingkungan pengendapan
laut.
d. Zeolit yang terbentuk sebagai akibat dari terbentuknya craters di
lingkungan dasar laut yang menghasilkan fase hidrotermal.
2. Berdasarkan rasio Si/Al
Zeolit secara umum dibedakan dalam tipe yang calcic dan alka-
liaˆrich, dengan komposisi yang berbeda, berikut komposisi dan
formula dari zeolit. Selain jenis zeolit alam, ada zeolit jenis lain yaitu
zeolit sintetis. Zeolit sintetis dibuat dengan rekayasa yang sedemikian
rupa sehingga mendapatkan karakter yang sama dengan zeolit alam.
Zeolit sintetis sangat bergantung pada jumlah Al dan Si, sehingga
ada 3 kelompok zeolit sintetis:
a. Zeolit silika rendah dengan perbandingan Si/Al adalah 1:5,
memiliki konsentrasi kation paling tinggi, dan mempunyai sifat
adsorpsi yang optimum,. Zeolit jenis ini banyak mengandung Al,
berpori, mempunyai nilai ekonomi tinggi karena efektif untuk
pemisahan dengan kapasitas besar. Volume porinya dapat mencapai
0,5 cm3 tiap cm3 volume zeolit. Contoh zeolit silika rendah adalah
zeolit A dan X.
b. Zeolit silika sedang, Jenis zeolit modernit mempunyai perbandingan
Si/Al = 5 sangat stabil, maka diusahakan membuat zeolit Y dengan
20
perbandingan Si/Al = 1-3. Contoh zeolit sintetis jenis ini adalah
zeolit omega, Mordernit, Erionit, Klinoptilolit, zeolit Y.
Tabel 2.2. Komposisi dan formula dari zeolit yang bertipe kalsik
(Deer,1963 dalam Hay, 1966)
Nama Kation
dominan
Rumus kimia Massa
jenisStilbit Ca, Na Ca0,5AlSiM2,6−3,5 O7,2−9,2·8-3,5H2 O 2,18Kabasit Ca, Na Ca0,5AlSi1,7−3,0 O5,4−8,0·7-4H2 O 2,08Heuland Ca, Na Ca0,5AlSi2,7−3,7 O7,4−9,4·2,5-3,1H2 O 2,18Epistilbi Ca, Na Ca0,5AlSi2,4−3,2 O7,8−8,4·2,6-2,8H2 O 2,25Filipsit Ca, Na Ca0,5AlSi1,3−2,2 O4,6−6,4·1,7-2,4H2 O 2,0-2,3Gismon Ca, Na Ca0,5AlSi1−1,2 O4−4,4·2-2,2H2 O 2,1-2,2Laumon Ca Ca0,5AlSi2 O6·2H2 O 2,29Skolesit Ca Ca0,5AlSi1.5 O5·1.5H2 O 2,27Thomso Ca, Na Ca0,5AlSi1−1.1 O4−9,2·2H2 O 2,37Wairaki
t
Ca Ca0,5AlSi2 O6·H2 O 2,265
Tabel 2.3. Komposisi dan formula zeolit yang bertipe alkalik
(Deer, 1963 dalam Hay, 1966)
Nama Kation
dominan
Rumus kimia Massa
jenisFaujasit Na, Ca NaAlSi2,4 O7,2·4.6H2 O 1.92Klinoptil K, Na, Ca NaAlSi4,2−5 O10,4−12·3,5-4H2 O 2.13-2.17Mordenit Na, Ca NaAlSi4,5−5 O11−12 ·3,2-3,5H2 O 2.12Erionit Na, K, Ca NaAlSi3−3,5 O8−9·3-3,4H2 O 2.07Kabasit Na, Ca NaAlSi1,7−3 O5,4−8·2,7-4H2 O 2.08Filipsit K, Na, Ca NaAlSi1,3−3,4 O4,6−8,8·1,7-3,3H2 O 2.0-2.3Gonardit Na, Ca NaAlSi1,1−1,4 O4,4−4,8·1,2-1,3H2 O 2.27Analsim Na NaAlSi2−2,8 O6−7,6·1-1,3H2 O 2.26Natrolit Na NaAlSi1,5 O5·H2 O 2.24
c. Zeolit silika tinggi, dengan perbandingan kadar Si/Al antara 10:100,
bahkan lebih. Zeolit jenis ini sangat higroskopis dan menyerap
molekul non polar sehingga baik untuk digunakan sebagai
21
katalisator asam untuk hidrokarbon. Zeolit jenis ini misalnya zeolit
ZSM-5, ZSM-11, ZSM-21, ZSM-24.
3. Berdasarkan bahan baku pemanfaatannya
a. Zeolit alam merupakan jenis-jenis zeolit yang tersedia di alam. Pada saat
ini dikenal sekitar 40 jenis zeolit alam, meskipun yang mempunyai
nilai komersial ada sekitar 12 jenis, diantaranya klinoptilolit, mordernit,
filipsit, kabasit dan erionit. Pada umumnya, zeolit dibentuk oleh
reaksi dari air pori dengan berbagai material seperti gelas, poorly
cristalline clay, plagioklas, ataupun silika. Bentukan zeolit
mengandung perbandingan yang besar dari M2+ dan H+ pada
Na+, K+ dan Ca2+. Pembentukan zeolit alam ini tergantung pada
komposisi dari batuan induk, temperatur, tekanan, tekanan parsial
dari air, pH dan aktifitas dari ion-ion tertentu.
b. Zeolit sintetik adalah suatu senyawa kimia yang mempunyai sifat fisik
dan kimia yang sama dengan zeolit yang ada di alam, dibuat dari
bahan lain dengan proses sintetis, dimodifikasi sedemikian rupa
sehingga menyerupai zeolit yang ada di alam. Mineral zeolit sintetis
yang dibuat tidak dapat persis sama dengan mineral zeolit alam,
walaupun zeolit sintetis mempunyai sifat fisis yang jauh lebih baik.
Beberapa ahli menamakan zeolit sintetis sama dengan nama
mineral zeolit alam dengan menambahkan kata sintetis di
belakangnya, dalam dunia perdagangan muncul nama zeolit sintetis
seperti zeolit A, zeolit K-C dll. Zeolit sintetis terbentuk ketika gel
yang ada terkristalisasi pada temperatur dari temperatur kamar
sampai dengan 200◦C pada tekanan atmosferik ataupun autogenous.
Metode ini sangat baik diterapkan pada logam alkali untuk
menyiapkan campuran gel yang reaktif dan homogen (Breck, 1974;
Breck & Flanigen, 1968 dalam Lefond, 1983). Struktur gel terbentuk
karena polimerisasi anion aluminat dan silikat. Komposisi dan
struktur gel hidrat ini ditentukan oleh ukuran dan struktur dari jenis
polimerisasi. Zeolit dibentuk dalam kondisi hidrothermal, bahan
22
utama pembentuknya adalah aluminat silikat (gel) dan berbagai logam
sebagai kation. Komposisi gel, sifat fisik dan kimia reaktan, serta jenis
kation dan kondisi kristalisasi sangat menentukan struktur yang
diperoleh. Berikut adalah beberapa contoh jenis mineral zeolit beserta
rumus kimianya:
Tabel 2.4. Jenis-Jenis Mineral Zeolit Beserta Rumus Kimianya
Nama
MineralRumus Kimia Gambar
Analsim Na16(Al16Si32O96). 16H2O
Kabasit (Na2,Ca)6(Al12Si24O72).
40H2O
Klipnoptolotit (Na4K4)(Al8Si40O96).
24H2O
Ferrierit (Na2Mg2)(Al6Si30O72).
18H2O
23
Heulandit Ca4(Al8Si28O72). 24H2O
Laumonit Ca(Al8Si16O48). 16H2O
Mordenit Na8(Al8Si40O96). 24H2O
Filipsit (Na,K)10(Al10Si22O64).
20H2O
Natrolit Na4(Al4Si6O20). 4H2O
2.5.2 Sifat Fisika & Kimia Mineral Zeolit
Mineral zeolit adalah kelompok mineral alumunium silikat terhidrasi
Lm AlxSiy Oz nH2O, dari logam alkali dan alkali tanah (terutama Ca, dan
Na), m, x, y, dan z merupakan bilangan 2 hingga 10, n koefisien dari
H2O, serta L logam. Zeolit secara empiris ditulis (M+, M2+)Al2 O3gSiO2
24
zH2 O, M+ berupa Na atau K dan M2+ berupa Mg, Ca, atau Fe. Li, Sr atau
Ba dalam jumlah kecil dapat menggantikan M+ atau M2+, g dan z bilangan
koefisien. Beberapa specimen zeolite berwarna putih, kebiruan, kemerahan,
coklat, dll., karena hadirnya oksida besi atau logam lainnya. Densitas zeolit
antara 2,0–2,3 g/cm3, dengan bentuk halus dan lunak. Kilap yang dimiliki
bermacam-macam. Struktur zeolit dapat dibedakan dalam tiga komponen
yaitu rangka aluminosilikat, ruang kosong saling berhubungan yang berisi
kation logam, dan molekul air dalam fase occluded (Flanigen, 1981 dalam
Harben & Kuzvart, 1996).
Sifat-sifat unik zolit meliputi dehidrasi, adsorben dan penyaring
molekul, katalisator dan penukar ion dan katalis. Penjabarannya adalah sebagai
berikut:
2.5.2.1. SIFAT FISIKA
A. Morfologi
a. Mineral zeolit yang terdapat di batu-batuan dapat berupa kristal
tunggal (single crystal) dengan ukuran beberapa mm.
b. Dense pollycrystalline aggregate; tahan dengan segala perubahan
cuaca.
c. Zeolit yang terpisah dikenal sebagai serpihan.
d. Mineral zeolit ditemukan pada batuan sedimen.
e. Kristal berbutiran halus (fine grain).
f. Sulit diindetifikasi dari sifat-sifat optisnya dan baru dapat diamati
setelah ditemukan XRD untuk powder .
g. Zeolit sintesis Umumnya berbentuk polikristalin.
B. Ukuran pori
a. Jumlah tetrahedra (Si / Al penyusun cincin): 4MR, 8MR,12MR.
b. Selektif berdasarkan ukuran pori (size selective _molecular sieve).
Sifat zeolit sebagai adsorben dan penyaring molekul
dimungkinkan karena struktur zeolit yang berongga, sehingga
zeolit mampu menyerap sejumlah besar molekul yang berukuran
lebih kecil atau sesuai dengan ukuran rongganya. Selain itu kristal
25
zeolit yang telah terdehidrasi merupakan adsorben yang selektif dan
mempunyai efektivitas adsorpsi yang tinggi.
C. Densitas/Kerapatan
a. Kerapatan zeolit cukup rendah, berkisar antara 1,9 – 2,3 g/ml.
b. Dipengaruhi oleh keterbukaan kerangka dan jenis kation.
c. Meningkat bila dilakukan pertukaran kation dengan ion logam yang
berat Ba→Zeolit 2,8 g/ml .
d. Diamond .
D. Warna
a. Pada keadaan murni (pure state), mineral zeolit tidak berwarna →
Colourless.
b. Berwarna (bila ada pengotor logam-logam transisi).
c. Besi berwarna pink pada Chabazite.
d. Bubuk dari zeolit sintesis: Putih (umumnya).
e. Pertukaran kation: Golongan IA atau IIA ditukar dengan logam
transisi dapat memberikan warna pada zeolit yang bergantung dari
tingkat hidrasi dari kation tersebut.
f. Ni-zeolite: lilac (terhidrasi) berwarna light green (dehidrasi).
g. Co-zeolite: pink (terhidrasi) dan biru (dehidrasi).
h. Perubahan warna pada zeolite dapat digunakan sebagai indikator
adanya uap air .
E. Daya hantar listrik
a. Dipengaruhi oleh kehadiran kation dan molekul air dalam rongga
(cavities).
b. Hantaran listrik pada zeolit bersifat ionik, disebabkan oleh
perpindahan kation-kation.
2.5.2.2. SIFAT KIMIA
A. Air dalam zeolit
Zeolit mempunyai beberapa sifat antara lain mudah melepas air
akibat pemanasan, tetapi juga mudah mengikat kembali molekul air
26
dalam udara lembab. Pada umumnya struktur kerangka zeolit akan
menyusut. Tetapi kerangka dasarnya tidak mengalami perubahan
secara nyata. Disini molekul H2O seolah-olah mempunyai posisi yang
spesifik dan dapat dikeluarkan secara reversibel. Bila merupakan
bagian dari pembentuk kerangka berikatan hidrogen dengan O atau
Si-OH:
a. Bila dipanaskan secara mendadak dapat meyebabkan kerangka
rusak.
b. Proses hidrasi/dehidrasi kadang irreversible.
Bila bukan merupakan bagian dari pembentuk kerangka:
a. Ikatan dengan kerangka lemah membentuk ikatan Van der Waals.
b. Bila dipanaskan dapat terusir seluruhnya.
c. Proses reversible: Σ air keluar = Σ air masuk.
B. Pengaruh pertukaran kation
Keberadaan atom aluminium ini secara keseluruhan akan
menyebababkan zeolit memiliki muatan negatif. Muatan negatif
inilah yang menyebabkan zeolit mampu mengikat kation. Sifat zeolit
sebagai penukar ion karena adanya kation logam alkali dan alkali
tanah. Kation tersebut dapat bergerak bebas di dalam rongga dan dapat
dipertukarkan dengan kation logam lain dengan jumlah yang sama.
Akibat struktur zeolit berongga, anion atau molekul berukuran lebih
kecil atau sama dengan rongga dapat masuk dan terjebak.
Pertukaran kation biasanya diikuti dengan perubahan yang dramatis
pada kestabilan termal, sifat adsorpsi, selektivitas dan aktivitas katalisis.
Contoh pertukaran kation, yaitu:
Pertukaran kation untuk memperoleh H-zeolit
a. Na, K – Zeolite + NH4+→ NH4– Zeolite + Na+, K+
b. NH4- Zeolite → H - Zeolite (dilakukan pada T tinggi, terjadi
thermolysis/ penguraian NH3).
c. NH4- Zeolite → H - Zeolite + NH3(g)
Faktor-faktor yang mempengaruhi sifat pertukaran kation pada
zeolit
27
a. Kation: jenis, ukuran (terhidrat / anhidrat).
b. Suhu mempengaruhi kinetika reaksi.
c. Konsentrasi kation dalam larutan.
d. Anion yang berpasangan dengan kation tersebut dalam larutan.
e. Pelarut (sebagian besar pertukaran ion dilakukan dalam pelarut
air, aqueous)
C. Kemampuan sebagai katalis
Kemampuan zeolit sebagai katalis berkaitan dengan tersedianya
pusat-pusat aktif dalam saluran antar zeolit. Pusat-pusat aktif tersebut
terbentuk karena adanya gugus fungsi asam tipe Bronsted maupun
Lewis. Perbandingan kedua jenis asam ini tergantung pada proses
aktivasi zeolit dan kondisi reaksi. Pusat-pusat aktif yang bersifat
asam ini selanjutnya dapat mengikat molekul-molekul basa secara
kimiawi. Sifat katalitis zeolit disebabkan kation pada atom Al zeolit
yang dapat dipertukarkan dengan ion H dan aktif sebagai katalisis
reaksi.
2.6. Pembentukan Mineral Zeolit
Secara geologi, zeolit ditemukan dalam batuan tufa dari reaksi antara
batuan tufa asam berbutir halus dan bersifat riolitik dengan air pori atau air
meteoric (air hujan). Zeolit terbentuk dari hasil sedimentasi debu vulkanik
yang telah mengalami proses alterasi. Ada empat proses sebagai gambaran awal
terbentuknya zeolit, yaitu proses sedimentasi debu vulkanik pada lingkungan
danau yang bersifat alkali, proses alterasi, proses diagenesis dan proses
hidrotermal.
1. Proses sedimentasi
Pada tahap ini, terbentuk karena proses sedimentasi, yakni meliputi
pelapukan, dapat berupa pelapukan fisik maupun pelapukan kimia. Erosi dan
transportasi terutama dilakukan oleh media air. Proses pengendapan terjadi
jika energi transport sudah tidak mampu mengangkut detritus tersebut.
Kerangka tektonik pada suatu proses sedimentasi adalah sebagai kombinasi
antara adanya penurunan (subsiding), keadaan stabil dan pengangkatan
(rising) dari elemen-elemen tektonik di daerah batuan asal dan daerah
pengendapan.
28
2. Alterasi
Alterasi merupakan perubahan komposisi mineralogi batuan (dalam
keadaan padat) karena pengaruh suhu dan tekanan yang tinggi, dan tidak
dalam kondisi isokimia menghasilkan mineral lempung, kuarsa, oksida atau
sulfida logam. Proses alterasi merupakan peristiwa sekunder pembentukan
batuan. Alterasi terjadi pada intrusi batuan beku yang mengalami pemanasan
dan pada struktur tertentu yang memungkinkan masuknya air meteoric
untuk dapat mengubah komposisi mineralogi batuan.
Gambar 2.6. Proses Alterasi
3. Proses Diagenesis 29
Diagenesis merupakan proses fisika, kimia dan biologi yang secara
umummengubah sedimen menjadi batuan sedimen. Diagenesis kemungkinan
berlanjut bekerja setelah sedimen menjadi batuan, mengubah tekstur dan
mineraloginya. Proses diagenesis material organik yang diakibatkan
oleh proses biologis lebih dominan terjadi dalam sedimen yang baru
terendapkan (recently deposited) dan biasa terjadi pada kedalaman hingga
2 km serta temperatur maksimal 75oC. Proses diagenesis, antara lain:
a. Kompaksi
Kompaksi adalah proses yang menyebabkan volume sedimen berkurang.
Ini dihasilkan oleh tekanan penutup (overburden), yang diakibatkan
oleh berat dari sedimen dan batuan di atasnya. Tekanan ini
mengakibatkan penyusunan kembali butiran dan pengeluaran fluida, hal
ini menghasilkan pengurangan porositas batuan sedimen. Kemungkinan
tingkat kompaksi merupakan fungsi dari ukuran butir, bentuk butir,
pemilahan, porositas awal dan jumlah fluida yang terdapat dalam
sedimen.
b. Rekristalisasi dan pelarutan
Rekristalisasi adalah proses dimana kondisi fisika dan kimia
menyebabkan pengorientasian kembali kristal lattice pada butir
mineral. Rekristalisasi bekerja melalui pelarutan dan presipitasi dari
fase mineral yang terdapat pada batuan. Ketika fluida melewati
batuan atau sedimen, komponen pada sedimen yang tidak stabil
karena tekanan, pH, dan temperatur akan mengalami pelarutan.
Kemudian material yang terlarut itu akan mengalami transportasi dan
akan terpresipitasi pada pori-pori sedimen yang memiliki kondisi yang
berbeda.
c. Sementasi
Sementasi adalah proses di mana terjadi presipitasi kimia pada
pembentukan kristal baru, terbentuk didalam pori-pori sedimen atau
batuan yang mengikat satu butir dengan butir lainnya. Semen yang
umum yaitu kuarsa, kalsit dan hematit.
d. Autigenisasi
30
Autigenesis (neocrystalitation) adalah proses saat fase mineral baru
mengalami kristalisasi di dalam sedimen atau batuan selama proses
diagenesis maupun setelahnya. Mineral baru terbentuk melalui reaksi
di dalam fase yang terdapat dalam sedimen atau batuan, dan juga
muncul karena presipitasi dari material yang masuk melalui fase
fluida, atau dihasilkan dari kombinasi sedimen primer dan material
yang masuk. Beberapa yang tergolong dalam fase autogenesis, silikat
seperti kuarsa, carbonat seperti kalsit dan dolomite, evaporate mineral
seperti gypsum dan oksida seperti hematite.
e. Replacement
Replacement yaitu proses ketika mieral baru menggantikan (secara
kimia dan fisika) kondisi dalam pada endapan mineral. Replacement
mungkin bersifat:
a) neomorphic, yang mana butiran yang baru memiliki fase
yang sama dengan asalnya atau polimorpisme dari fase asalnya.
b) Pseudomorfic yang mana fase baru merupakan tiruan dari
bentuk eksternal dari fase yang digantikan tetapi fasenya
berbeda.
c) Allomorphic yaitu replacement dalam bentuk fase baru yang
biasanya berbeda bentuk kristalnya dan menggantikan
sepenuhnya fase sediment asal. Fase replacement sama
beragamnya dengan fase autigenesis, tetapi fase replacement
yang penting yaitu dolomite, opal, kuarsa dan ilite.
f. Bioturbasi
Bioturbasi adalah aktifitas biologis yang terjadi dekat
permukaan, termasuk burrowing, boring dan pencampuran sedimen
oleh organisme. Pada beberapa kasus proses ini dapat meningkatkan
kompaksi, menghancurkan laminasi dan perlapisan. Selama proses
bioturbasi beberapa organisme mempresipitasikan material yang
berfungsi sebagai semen.
4. Proses hidrotermal
31
Produk akhir dari proses diferensiasi magmatik adalah suatu
larutan yang disebut larutan magmatik yang mungkin dapat mengandung
konsentrasi logam yang dahulunya berada dalam magma. Larutan
magmatik ini yang juga disebut larutan hidrotermal banyak mengandung
logam-logam yang berasal dari magma, yang sedang membeku dan
diendapkan di tempat-tempat sekitar magma yang sedang membeku
tadi. Larutan yang makin jauh dari magma, akan makin kehilangan
panasnya.
Dalam perjalanan menerobos batuan, larutan hidrotermal akan
mendepositkan mineral-mineral yang dikandungnya di rongga-rongga
batuan dan membentuk deposit celah (cavity filling deposit) atau
melalui proses metasomatik membentuk deposit pergantian (replacement
deposit).
Berikut adalah penjelasan umum tentang macam – macam deposit:
a. Deposit hipotermal
Secara umum deposit hipotermal atau deposit replasemen terjadi
pada kondisi suhu dan tekanan tinggi, pada daerah lebih dekat
dengan batuan intrusifnya.
b. Deposit epitermal
Deposit epitermal atau deposit celah adalah deposit yang lebih
banyak terjadi di daerah dengan suhu dan tekanan rendah yang
terletak agak jauh dari batuan intrusifnya.
2.7. Perbedaan Zeolit Alam & Zeolit Sintesis
Zeolit alam sudah banyak dimanfaatkan sehingga jumlahnya semakin
berkurang. Selain itu mineral zeolit alam sulit dipisahkan dari batuan
induknya. Mengingat begitu pentingnya peranan zeolit dalam kehidupan, maka
perlu dilakukan usaha untuk mendapatkan zeolit dengan daya guna yang lebih
sebanding zeolit alam.
32
Untuk mengatasai semakin berkurangnya zeolit alam, maka telah
dikembangkan zeolite sintetik yang memiliki kemampuan yang sama dengan
zeolit alam. Zeolit sintetis adalah suatu senyawa kimia yang mempunyai sifat
fisik dan kimia yang sama dengan zeolit yang ada di alam. Zeolit sintetis ini
dibuat dari bahan lain dengan proses sintetis, yang dibuat sedemikian rupa
sehingga menyerupai zeolit yang ada di alam.
Perbedaan terbesar antara zeolit sintesis dengan zeolit alam adalah:
1. Zeolit sintetis dibuat dari bahan kimia dan bahan-bahan alam yang
kemudian diproses dari tubuh bijih alam.
2. Zeolit sintetis memiliki perbandingan silika dan alumina yaitu 1:1 dan
sedangkan pada zeolit alam hingga 5:1.
3. Zeolit alam tidak terpisah dalam lingkungan asam seperti halnya zeolit
sintetis.
Zeolit sintetik sudah banyak digunakan di industri. Namun di Indonesia
belum banyak diproduksi dan umumnya diperoleh dari impor. Untuk memenuhi
kebutuhan zeolit ini, maka para ahli melakukan penelitian sehingga didapatkan
berbagai macam zeolit sintetik. Indonesia banyak membutuhkan zeolit sintetik
untuk proses-proses kimia di industri kimia seperti sebagai katalis, ion
exchanger, dan adsorbent dalam pengolahan limbah. Untuk itu dibutuhkan zeolit
sintetik yang mempunyai kemurnian tinggi dan kualitas baik. Bahan baku
pembuatan zeolit adalah bahan yang mengandung silika dan alumunium. Kedua
bahan baku ini jika diambil dari alam dan bahan logam tentunya mahal, namun
dalam bentuk senyawa banyak diperoleh dan harganya murah. Silika dapat
diperoleh dari bahan gelas/water glass, dan alumunium dapat diperoleh dari
tawas, dan masih banyak bahan yang dapat digunakan untuk pembuatan zeolit
sintetik.
2.7.1 Pembuatan dan penggunaan zeolite sintesis
Proses pembuatan. Salah satu pembuatan zeolit sintetis
adalah dengan proses hidro- gel (Lefond, 1983). Alumina trihidrat Al2
O3·3H2O, diuraikan dalam suhu tertentu dan dicampur dengan sodium
silikat dalam suatu tangki pembuat gel hingga terbentuk suatu gel yang
homogen. Gel ini kemudian dipompakan pada suatu tangki yang lain,
33
sesudah itu dikristalisasikan setelah beberapa jam pada suhu 200 ◦ F
diikuti dengan difraksi oleh sinar X (Lefond, 1983). Zeolit sintetis juga
dapat dibuat dengan proses clay conversion, proses ini menghasilkan
bubuk yang memiliki tingkat kemurnian rendah – tinggi yang tidak
saling terikat yang kemudian menghasilkan zeolit dalam matriks
lempung.
Penggunaan. Zeolit sintetis memiliki sifat yang lebih baik
dibanding dengan zeolit alam. Perbedaan terbesar antara zeolit sinteis
dengan zeolit alam adalah:
(1) Zeolit sintetis dibuat dari bahan kima dan bahan-bahan alam
yang kemudian diproses dari tubuh bijih alam.
(2) Zeolit sintetis memiliki perbandingan silika dan alumina yaitu
1:1 dan sedangkan pada zeolit alam hingga 5:1.
(3) Zeolit alam tidak terpisah dalam lingkungan asam seperti halnya
zeolit sintetis.
Tabel 2.5. Proses-proses dalam pembuatan zeolit sintetis (Lefond, 1983)
Proses Reaktan Produk
Hydrogel Reactive oxides, soluble
silicates, soluble aluminates,
caustic
High purity powder
Gel preform
Zeolite in matrix
Clay conversion Raw kaolin, meta-kaolin,
calcined kaolin, acid treated
clay, soluble silicates,
caustic, sodium chloride
Low to high purity
powder Binderlss, high
purity preform
Zeolite in clay-derved matrix
Other Natural SiO2, amorphous
minerals, volkanic glass,
Low to high purity powder
Zeolite on ceramic support
34
caustic, Al2O3·3H2 O Binderless preform
Tabel 2.6. Contoh penggunaan zeolit sintetis
Jenis zeolit KegunaanZeolit X catalytic cracking (FCC) dan hidrocracking, mereduksi NO,
NO2 dan CO2
Zeolit Y removal, pemisah fruktosa-glukosa, pemisah N2 di udara, bahan pendingin kering
Zeolit US-Y memisahkan monosakaridaZeolit A pengkonsentrasi alkohol, pengering olifin, bahan gas alam
padat, pembersih CO2 dari udaraZeolit ZSM-5 dewaxing, produksi synfuel, mensintesis ethylbenzeneLinde Zeolite-A bubuk pembersih untuk memindahkan ion Ca dan Mg
2.8. Pengolahan dan Pemanfaatan Mineral Zeolit
2.8.1. Pengolahan Mineral Zeolit
Sedangkan pemrosesan merupakan kegiatan memisahkan mineral
berharga dari partikel partikel lain yang menyatu dengan mineral
tersebut dengan tujuan meningkatkan mutu dan kualitas zeolit.
Pada prinsipnya pengolahan dilakukan dengan 2 tahap yaitu
tahap preparasi dan tahap aktifasi.
Diagram 2.1 Pengolahan Mineral Zeolit
35
1. Tahap preparasi
Dengan mempertimbangkan zeolit mempunyai tingkat kekrasan
yang rendah maka preparasi dengan menggunakan mesin giling (mill)
yang mampu memproduksi sampai ukuran lebih kecil dari 100 mesh dan
menkombinasikan dengan siklun (alat sentrifugasi) untuk dapat
mengelompokkan fraksinya. Umpan untuk mesin giling ini dapat
berupa hasil pemecahan secara manual yang berukuran 3 cm ataupun
dapat dilakukan dengan mesin pemecah. Ketidak mampuan siklun dalam
Perikanan pengolahan air pengolahan air peternakan Pertanian
memisahkan menjadi fraksi menyebabkan masih diperlukannya
pengayakan. Jika berhasil maka dapat dilakukan aktifasi.
2. Proses aktifasi
Proses ini dilakukan dengan pemanasan atau dengan pereaksi zat
yang digunakan sebagai pereaksi adalah NaOH dan H2SO4 selanjutnya
siap diaplikasikan sesuai dengan keinginan.
Contoh gambar ekplorasi zeolit:
Lokasi Endapan
2.8.2. Pemanfaatan Mineral Zeolit
Zeolit merupakan suatu kelompok mineral yang dihasilkan dari
proses hidrotermal pada batua beku basa. Mineral ini biasanya
dijumpai mengisi celah-celah ataupun rekahan dari batuan tersebut.
Selain itu zeolit juga merupakan endapan dari aktivitas volkanik
yang banyak mengandung unsur silika. Pada saat ini penggunaan
mineral zeolit semakin meningkat, dari penggunaan dalam industri
kecil hingga dalam industri berskala besar. Di negara maju seperti
Amerika Serikat, zeolit sudah benar-benar dimanfaatkan dalam 37
Singkapan zeolit di daerah Kab. Tasikmalaya
industri.
Karena sifat-sifat yang dimiliki oleh zeolit, maka mineral ini dapat
dimanfaatkan dalam berbagai bidang, seperti dalam bidang industri
yaitu sebagai bahan yang dapat digu- nakan untuk membantu
pengolahan limbah pabrik. Masalah limbah industri semakin
meresahkan masyarakat, sehingga banyak dilakukan usaha-usaha
untuk mengatasi pencemaran limbah ini, baik itu dengan
mengurangi volume limbah yang terbuang ataupun dengan mendaur
ulang kembali limbah tersebut.
Zeolit sintetis adalah suatu senyawa kimia yang mempunyai sifat
fisik dan kimia yang sama dengan zeolit alam. Zeolit ini dibuat dari
bahan lain dengan proses sintetis. Karena secara umum zeolit mampu
menyerap, menukar ion dan menjadi katalis, membuat zeolit sintetis
ini dapat dikembangkan untuk keperluan alternatif pengolah
limbah.
Secara umum zeolit alam maupun zeolit sintetis memiliki nilai
ekonomi yang bisa dikatakan tinggi, hal ini mengingat dari mineral
zeolit yang jika diolah lebih lanjut akan dapat dimanfaatkan secara
optimum. Zeolit mempunyai banyak kegunaan, dimana setiap kegunaan
yang dimiliki tentunya tidak terlepas dari sifat-sifat unik yang
dimilikinya, sifat-sifat unik tersebut meliputi dehidrasi, adsorben,
penyaring molekul, katalisator dan penukar ion. Adapun kegunaan
dari zeolit adalah, untuk peningkatan unsur hara tanah, penjernih air,
pembersih limbah pabrik, pakan ternak, dll. Berikut ini disajikan ulasan
tentang pemanfaatan zeolit di berbagai bidang.
1. Bidang pertanian dan perkebunan
Berdasarkan kepada Kapasitas Pertukaran Kation dan retensivitas
terhadap air yang tinggi, zeolit sekarang ini telah banyak digunakan
untuk memperbaiki sifat tanah atau untuk efisiensi unsur hara pada
pupuk ataupun pada tanah itu sendiri, misalnya saja pada tanah
latosol. Berdasarkan kriteria penilaian sifat kimia tanah, tanah latosol
mempunyai pH sangat masam (4.44), KTK tanah termasuk rendah,
kejenuhan basa sangat rendah, C organik sedang, N total sangat
38
rendah dan kejenuhan alumunium tinggi. Secara keseluruhan tanah
ini mempunyai tingkat kesuburan rendah.
Padahal kita ketahui bahwa tanaman darat dapat tumbuh baik
pada tanah yang gembur dan subur, maka agar tanaman dapat tumbuh
baik pada tanah latosol, perlu dilakukan usaha untuk meningkatkan
kesuburan tanah. Salah satu usaha yang dilakukan antara lain
dengan penambahan bahan amelioran seperti zeolit. Penambahan
zeolit dapat meningkatkan jumlah unsur K, Ca, Mg dan Na serta
meningkatkan KTK tanah. Hal ini bisa terjadi karena zeolit memiliki
kemampuan mempertukarkan kation–kation. Prinsipnya adalah,
kation–kation yang dimiliki berupa alkali dan alkali tanah pada
struktur zeolit dapat bergerak bebas, sehingga dengan adanya
dorongan keluar oleh ion H+, kation seperti K, Ca, Mg dan Na dapat
berpindah dari zeolit ke medium tanah yang dapat menyebabkan suplai
basa–basa.
Selain itu zeolit mengandung unsur-unsur hara makro dan
mikro yang dapat disumbangkan ke dalam tanah. Penambahan
zeolit dapat memperbaiki agregasi tanah sehingga meningkatkan
pori-pori udara tanah yang berakibat merangsang pertumbuhan
akar tanaman. Luas permukaan akar tanaman menjadi bertambah
yang berakibat meningkatnya jumlah unsur hara yang dapat diserap
oleh tanaman.
Untuk memperoleh manfaat tersebut zeolit dapat digunakan
dengan bebagai cara, di antaranya adalah dengan cara ditebarkan
langsung ke tanah sebagai bahan pembenah tanah, dicampur dengan
pupuk untuk meningkatkan efisiensinya, atau dapat juga
dicampurkan langsung pada media tumbuh tanaman.
39
Gambar 2.7. Proses Zeoponik
Gambar 2.8. Pengaruh penggunaan zeolit dalam bidang pertanian dan perkebunan
2. Bidang Peternakan
Dalam bidang ini, zeolit telah digunakan secara komersial ,
terutama di negara-negara Eropa dan Jepang. Di Indonesia
zeolit telah digunakan sebagai tambahan dalam makanan ternak
domba dan sapi hingga sekarang ini masih dalam tahap
penelitian. Penggunaan zeolit dalam bidang peternakan didasarkan
kepada dua sifat zeolit yang penting, yaitu kapasitas pengikat
40
ion NH4+yang berasal dari ammonia sangat besar dan afinitas
zeolit terhadap ion-ion yang bersifat racun. Sifat zeolit sebagai
penukar ion masih berperan dalam kegunaannya di bidang ini.
Selain itu mineral zeolit yang banyak mengandung Ca, K, Mg dan
Na juga baik bagi tubuh hewan dengan kadar tertentu. Tambahan
zeolit pada pakan ternak hewan – hewan ruminensia juga
diketahui dapat mereduksi penyakit lembuhg yang dideritanya.
3. Bidang Perikanan
Zeolit disini berfungsi sebagai pengontrol kandungan ion NH4+di
dalam air. Kandungan amonia yang tinggi dalam kolam bisa jadi
berasal dari kotoran ikan, bakas pakan ikan yang membusuk, atau
karena sirkulasi air kolam yang kurang baik. Tingginya kadar amonia
dalam kolam akan sangat tidak baik bagi ikan ataupun hewan tambak
lainnya.
Oleh karena kemampuannya sebagai penukar kation, zeolit
dapat dimanfaatkan untuk mengikat kation NH4+, cara yang digunakan
biasanya hanya dengan menebarkan serbuk zeolit ke dalam kolam.
Reaksi antara zeolit dengan ion amonium sebagai berikut :
NH4++ Na, K – Zeolit NH4– Zeolit
Sehingga ion amonium yang telah terikat dengan zeolit akan
terperangkap di dalam rongga yang dimiliki zeolit, dan air kolam
kondisinya akan semakin baik karena kadar amoniumnya
berkurang.
Zeolite adalah sebuah mineral dari alam yang berbahan dasar
kelompok senyawa aluminium silikat yang terhidrasi oleh logam
alkali dan alkali tanah.
Di dalam budidaya tambak, zeolite dapat berguna untuk
membantu mengendalikan kualitas tanah dasar tambak. Tepung
zeolite juga berfungsi untuk menjaga kualitas air tambak agar
41
nilainya selalu sesuai dengan syarat hidup ikan. Berikut ini adalah
beberapa kegunaan tepung zeolite:
1. Mampu meningkatkan kadar oksigen terlarut dalam air (DO),
khususnya elemen SiO2 dan Al2O3. Pada tahap ini,
peningkatan kadar DO secara tidak langsung terjadi akibat
pengikatan amoniak yang bersifat mereduksi.
2. Mampu menjaga derajat keasaman (pH) dalam tambak melalui
daya tukar ion yang terkandung di dalamnya.
3. Mampu menjaga kesadahan air (hardness) dalam tambak
melalui daya tukar ion yang terkandung didalamnya.
4. Mempunyai daya absorbsi terhadap gas-gas dalam wujud pakan
yang tersisa (tidak termakan) maupun yang berasal dari
metabolisme organisme lain yang hidup didasar tambak.
5. Mampu mengikat logam-logam berat, seperti Pb, Fe, Hg, Sn, Bi
dan As, yang terdapat didalam air maupun tanah dasar tambak,
yang dapat mengancam kelangsungan hidup ikan.
6. Mampu mengembalikan kesuburan tanah dasar tambak,
dikarenakan mineral yang terdapat didalam zeolite dapat
mengembalikan mineral tanah dasar tambak yang hilang selama
masa operasional produksi.
7. Membantu tumbuh dan berkembangnya fitoplankton di tambak,
sehingga ketersediaan pakan alami untuk udang selalu terjaga.
8. Membantu udang terhindar dari penyakit kulit lembek
dikarenakan tepung zeolite mengandung kalsium dalam jumlah
banyak.
9. Dapat memperbaiki nilai konversi pakan ikan.
10. Mampu menjaga kestabilan suhu air tambak dan suhu
dilingkungan tambak.
Meskipun mempunyai banyak kegunaan, dalam setiap
penggunaannya, harus memperhatikan beberapa hal, diantaranya:
1. Dosis tepat guna. Selain mencegah membengkaknya biaya
produksi, penggunaan zeolite secara berlebihan dapat
menyebabkan terjadinya blooming plankton. Blooming
42
plankton ini dapat menyebabkan naiknya derajat keasaman (pH)
air tambak yang pada akhirnya nanti dapat membahayakan
hidup ikan.
2. Zeolit berkualitas tinggi. Tepung Zeolit yang dipilih (dibeli)
adalah zeolite yang telah mendapat rekomendasi mutu dari
Ditjen Pertambangan Umum Bagian Pusat Pengembangan
Teknologi Mineral.
4. Bidang pengolahan air
Pada bidang pengolahan air, zeolit bisa dimanfaatkan untuk
penghilangan kesadahan air. Dalam hal ini zeolit dimanfaatkan
sebagai media filter dan media adsorpsi. Air sadah adalah air yang
banyak mengandung mineral kalsium atau magnesium di
dalamnya. Air sadah sukar digunakan untuk mencuci karena
senyawa kalsium dan magnesium bereaksi dengan sabun membentuk
endapan dan mencegah terjadinya busa dalam air. Oleh karena
senyawa-senyawa kalsium dan magnesium relatif sukar larut dalam
air, maka senyawa-senyawa itu cenderung untuk memisah dari
larutan dalam bentuk endapan atau presipitat yang akhirnya
menjadi kerak.
Untuk memperoleh air bersih yang layak dikonsumsi diperlukan
suatu cara untuk mengatasi kasadahan air tersebut. Salah satu cara
yang bisa adigunakan adalah filtrasi, dan dengan sifat yang dimiliki
zeolit dapat berperan baik sebagai penyaring air sadah untuk
memperoleh air bersih. Tidak semua zeolit bisa digunakan, dipilih
zeolit yang kationnya bukan merupakan penyebab kesadahan air,
untuk hal ini zeolit jenis klinoptilolit yang kationnya adalah Na
dapat digunakan. Zeolit yang diletakkan sebagai filter dan akaa dileati
oleh air sadah akan bereaksi kontinu sesuai persamaan reaksi berikut :
Na – Zeolit + CaCl2 Ca – Zeolit + 2NaCl
Dari reaksi di atas terliihat bahwa antara kation Ca dan Na
dipertukarkan.
43
5. Penambahan zeolit terhadap kualitas pelet Mentah uo2
Tujuan akhir penambahan zeolit ialah untuk mengurangi
pembebasan gas hasil fisi (fission gas release- FGR) bahan bakar
nuklir saat diiradiasi dalam teras reaktor nuklir. FGR menjadi
signifikan jika derajat bakar ditingkatkan menjadi di atas 50 GWd/ton.
Daya kungkung gas hasil fisi bahan bakar dapat ditingkatkan dengan
pembesaran butir melalui penambahan aditif oksida niobia, titania,
dan gadolinia. Tetapi aditif ini diketahui mempercepat difusi gas hasil
fisi. Alternatif yang lain melalui penambahan aditif mineral alumino
silikat, titania silikat, kaolinit, dan bentonit, yang terbukti mengurangi
FGR dan penggelembungan batas butir. Zeolit yang mengandung
alumina silikat seharusnya mampu berfungsi sebagai aditif tersebut.
Fabrikasi bahan bakar uranium dioksida melibatkan proses peletisasi.
Proses ini melalui tiga tahap utama yaitu pencampuran (mixing),
pengepresan (pressing), dan pemanggangan (sintering). Hasil
pengompakan ialah pelet mentah (green pellet) yang harus memenuhi
kriteria sebagai berikut: kuat atau keras, tidak cacat, densitas
minimum 50%, dan homogen. Pelet mentah dapat dibentuk dengan
pengepresan uniaksial. Pada prose ini diperlukan bahan pengikat
(binder) dan pelumas (lubricant). Pengikat dimaksudkan untuk
menambah daya ikat antar partikel sehingga tidak terjadi keretakan
dan laminasi. Pelumas diimaksudkan untuk mengurangi keausan
dinding die dan meningkatkan daya geser partikel. Pelumas yang
digunakan dalam peletisasi uranium dioksida ialah seng stearat dan
tidak digunakan senyawa pengikat lain.
Aditif zeolit mengandung oksida alumina dan silikat, dan
oksida ini juga berfungsi sebagai pelumas, dan selain itu dalam
kesatuan struktur mineral juga berfungsi sebagai pengikat. Sehingga
zeolit diharapkan dapat kompatibel dengan uranium dioksida dan
seng stearat. Jika asumsi ini benar maka pelet mentah hasil kompaksi
mempunyai densitas tinggi (lebih besar 50%), kuat atau keras, tidak
cacat dan homogen.
44
6. Zeolit sebagai adsorben untuk kemurnian bioetanol
Proses pemisahan menjadi kendala utama dalam industri-
industri kimia, salah satunya pada industri etanol. Pemisahan etanol
dengan distilasi konvensional tidak dapat dihasilkan etanol dengan
kemurnian tinggi, karena etanol memiliki titik azeotrop, sedangkan
pemisahan dengan distilasi ekstraktif membutuhkan biaya tinggi.
Dengan berkembangnya teknologi membran, pemisahan larutan yang
memiliki titik azeorop dapat dilakukan dengan mudah. Membran
PVA dapat digunakan untuk memisahkan etanol-air secara
pervaporasi.
Pervaporasi adalah salah satu proses pemisahan
menggunakan membran yang merupakan alternatif pemisahan
senyawa organik dari larutan organik dari larutan akuatik atau
dehidrasi pelarut skala industrial dengan kebutuhan energi rendah.
Prinsip pemisahan pada pervaporasi adalah dengan
memanfaatkan perbedaan solubilitas dan difusifitas komponen.
Unjuk kerja proses pervaporasi diukur dengan selektivitas pemisahan
dan fluks permeate (Gambar 2.9). Kualitas pemisahan akan semakin
baik dengan meningkatnya selektivitas. Di sisi lain, peningkatan
selektivitas umumnya berbanding terbalik dengan fluks yang
dihasilkan sehingga diperlukan suatu optimasi. Unjuk kerja proses
pervaporasi ditentukan oleh membran yang digunakan dan kondisi
operasi yang optimum.
Gambar 2.9. Skematik proses pervaporasi
45
Karakteristik dari proses pervaporasi :1. Konsumsi energi rendah
2. Tidak ada kontaminasi
3. Permeate harus mudah menguap pada kondisi operasi
4. Fungsi kesetimbangan uap/air bebas
Membran PVA merupakan membran polimer berkinerja tinggi, sifat
kimia dan sifat mekanik baik, afinitas terhadap air baik, serta
permeabilitas tinggi. Untuk menambah selektivitas membran dapat
dilakukan beberapa proses, antara lain : crosslinking, blending, dan grafting.
Proses crosslinking dengan PVA dapat dilakukan dengan penambahan
crosslinking agent, seperti formaldehid, glutaraldehid, asam oksalat, asam
maleat, dianhidrid, dan sebagainya. (Moerniati,1991). Pengaruh crosslinking
memiliki dua aspek, yaitu :
1. Pembentukan struktur tiga dimensi yang berpengaruh pada swelling dan mobility selectivity
2. Perubahan struktur kimia yang berhubungan dengan
solubility selectivity
Penambahan zat aditif seperti zeolit sebagai filler dapat
memperbaiki karakteristik dan meningkatkan kinerja membran. Zeolit
merupakan kristal mikroporous yang mengandung Si-O dan Al-O yang
lebih dikenal dengan aluminosilikat. Penelitian menunjukkan bahwa
membran polimer yang diisi silika dapat mencapai fluks dan selektivitas
yang lebih tinggi dibandingkan dengan membran polimer sendiri dalam
pervaporasi pemisahan alkohol dan air. Untuk proses pervaporasi, membran
pengisi zeolit mempunyai dua area nyata, yaitu : fase membran dan fase
zeolit. Molekul terlarut berada pada fase membran dan proses sorpsi
mengikuti hukum Henry. Fase zeolit memberikan bagian adsorpsi dari difusi
molekul.
a. Metoda Pembuatan Membran Zeolit
Untuk menghasilkan membrane zeolit, zeolit alam di hancurkan
menggunakan ball mill atau bisa digerus secara manual (kira-kira 3 x 3
cm), selanjutnya dilakukan proses penyaringan, untuk memudahkan saat
dilakukan aktifasi. Penyaringan dilakukan selama 30 menit menggunal
molecular siever sampai dengan ukuran 10µm.
46
Hasilnya dipanaskan agar terjadi aktifasi. Pemanasan dapat dilakukan
pada suhu 200 o C hingga 900 oC pada kondisi tekanan 1 atm.
Material hasil aktifasi tersebut dapat diaktifasi untuk
meningkatkan luas permukaan dan kemampuan adsorpsinya.
b. Adsorpsi Oleh Membran Zeolit
Dalam keadaan normal maka ruang hampa dalam kristal zeolit terisi
oleh molekul air bebas yang membentuk bulatan di sekitas kation. Bila kristal
tersebut dipanaskan selama beberapa jam, biasanya pada temperatur 250-
900 oC, maka kristal zeolit yang bersnagkutan berfungsi menyerap gas atau
cairan. Daya serap (absorbansi) zeolit tergantung dari jumlah ruang hampa
dan luas permukaan. Biasanya mineral zeolit mempunyai luas permukaan
beberapa ratus meter persegi untuk setiap gram berat. Beberapa jenis
mineral zeolit mampu menyerap gas sebanyak 30% dari beratnya dalam
keadaan kering. Pengeringan zeolit biasanya dilakukan dalam ruang hampa
dengan menggunakan gas atau udara kering nitrogen atau methana dengan
maksud mengurangi tekanan uap ari terhadap zeolit itu sendiri.
Keuntungan lain dari penggunaan mineral zeolit sebagai bahan
penyaring adalah pemilahan molekul zat yang terserap, disamping
penyerapan berdasarkan ukuran garis tengah molekul ruang hampa. Apabila
ada dua molekul atau lebih yang dapat melintas, tetapi karena adanya
pengaruh kutub atau hubungan antara molekul zeolit itu sendiri dengan
molekul zat yang diserap, maka hanya sebuah saja yang diloloskan, sedang
yang lain ditahan atau ditolak. Molekul yang berkutub lebih atau tidak
jenuh akan lebih diterima daripada yang tidak berkutub atau yang jenuh. Air
dalam etanol dapat teradsorbsi karena gaya tarik dari permukaan
membran zeolit lebih besar dari pada gaya tarik yang menahan air tersebut
untuk tetap larut dalam etanol. Dengan memanfaatkan sifat fisik dan
kimia zeolit tersebut yaitu sifat hidrofilik dan ukuran pori < 0.44 nm sehingga
air dalam etanol dapat diserap secara sempurna dan pada akhirnya
kemurniannya meningkat. Absorpsi tersebut merupakan fenomena
permukaan yang terjadi pada saat molekul adsorbate tertarik dan
menempel pada permukaan dari adsorbent. Gaya tarik tersebut disebabkan
47
oleh gugus-gugus hidroksil yang berada di permukaan pori dari membran
zeolit.
Adsorpsi terjadi pada permukaan pori membran. Partikel zeolit
memiliki tiga tipe pori, yaitu macropore dan micropore (masing-masing
dengan ukuran
>50nm dan <2nm). Di antara keduanya terdapat mesopore. Macropore
merupakan jalan masuk ke dalam partikel menuju micropore. Macropore
tidak berkontribusi terhadap besarnya luas permukaan membran zeolit.
Sebaliknya, micropore adalah penyebab besarnya luas permukaan membran
zeolit. Micropore tersebut sebagian besar terbentuk selama proses aktifasi.
Pada micropore inilah sebagian besar peristiwa adsorpsi terjadi.
Proses adsorpsi terjadi melalui tiga tahap, yaitu:
1. macro transport: pergerakan material organik melalui sistem macropore membran zeolit.
2. micro transport: pergerakan material organik melalui sistem mesopore dan micropore dari membran zeolit.
2. sorption: melekatnya material organik pada permukaan membran zeolit, yaitu di permukaan macropore, mesopore dan micropore.
c. Kemurnian Etanol
Etanol (C2H5OH) diperoleh dari proses fermentasi gula oleh ragi
(Saccharomyces sp.) yang juga menghasilkan produk sampingan berupa gas
karbon monoksida. Dalam pembuatan gasohol etanol merupakan High Octane
Mogas Component (HOMC) dengan angka oktan rata-rata 104; pada campuran
dengan bensin 118. Proses denaturasi pada gasohol yaitu pembubuhan/
penambahan suatu zat ke dalam etanol produk pabrik sehingga etanol tersebut
tidak dijadikan bahan minuman.
Sebuah azeotrope adalah campuran dua atau lebih senyawa kimia dalam rasio tertentu dan komposisi tersebut tidak dapat dirubah oleh distilasi sederhana. Ini dikarenakan ketika azeotrop dipanaskan, hasil penguapan mempunyai ratio yang sama sesuai campuran cairan awal. Karena komposisi tidak dapat dirubah dengan pemanasan, maka azeotrop dikenal juga sebagai constant boiling mixtures. Tiap azeotrop mempunyai sebuah karakteristik titik didih. Titik didih dari sebuah azeotrop dengan titik didih
48
dibawah titik didih komponen-komponen penyusunnya (positive azeotrop) sedangkan apabila berada diatas titik didih komponen-komponen penyusunnya (negative azeotrop). Sebuah contoh positive azeotrop yang cukup dikenal yaitu etanol 95.6% dan air 4.4% (persen berat). Etanol
mendidih pada suhu 78.4oC, air pada 100oC tapi azeotrop mendidih pada
78.1oC, yang mana lebih kecil dari unsur penyusunnya. Tentu saja
78.1oC merupakan temperatur minimum solution ethano/air dapat dipanaskan. Positive azeotrop dikenal juga dengan istilah minimum boiling mixtures.
Berdasarkan ketentuan etanol institute, etanol yang dapat dipergunakan
untuk octane enhancer dalam bensin harus memiliki kemurnian diatas 99% wt.
Sehingga diharapkan dapat dijadikan sebagai pengganti MTBE, campuran
bensin dan etanol dari E-10 sampai dengan E-85.
Kemurnian etanol yang diperoleh proses fermentasi sangat ditentukan
pada hilir pembuatan gasohol, yaitu pada distillation column yang terjadi
dehydration etanol dari ~90% menjadi ~99% agar dapat dipergunakan sebagai
bahan bakar alternatif yang sustainable. Dengan ketentuan minimal 7%-volume
etanol dari broth fermentasi untuk menunjang kualitas produk yang dihasilkan.
Adanya absorben berperan sangat penting dalam rangka mencapai tujuan kita
memperoleh kemurnian etanol yang sesuai untuk pembuatan E-10.
d. Filtrasi dengan membran zeolit
Komponen yang harus dihilangkan dalam larutan etanol adalah air dan
komponen terlarut lain. Pada proses filtrasi, dalam air yang lebih besar dari
pori membran akan tertahan, dengan sifat fisik tersebut dapat ditunjang sifat
kimiawi yang hidrofilik sehingga proses pemisahan semakin sempurna.
e. Pengujian Katalitik Membran zeolit
Efektivitas membran membran zeolit dapat dilihat dari pengurangan
konsentrasi kontaminan di dalam air setelah melewati membran. Salah satu
parameter fisika yang dapat digunakan untuk mengetahui kemampuan dari
membran zeolit. Penggunaan membran yang telah diperoleh, dujicobakan
secara langsung pada alkohol dengan kadar tertentu. Selanjutnya hasilnya
49
dianalisis dan diuji sesuai non-destructive testing.
Hasil uji diperbandingkan dengan sampel yang tidak diuji sehingga terlihat
penurunan kadar air dalam etanol. Untuk mempelajari dan memperkirakan
komposisi dari air dan alkohol di dalam larutan fermentasi etanol. Metode
yang digunakan metode akustik yaitu gelombang berfrekuensi tinggi
(ultrasonik). Parameter mengukur kecepatan gelombang dan koefisien
atenuasi dilakukan percobaan-percobaan pada berbagai sampel larutan yang
diambil selama proses fermentasi berlangsung. Diharapkan sampel-sampel
larutan ini mempunyai komposisi glukosa dan alkohol yang berbeda sehingga
sifat-sifat akustiknyapun berbeda.
Sampel
Ultrasonic FlawDetector
OsiloskopDigital
komputer
Gambar 2.10. Diagram blok sistem pengukuran ultrasonic
Diagram blok dari sistem pengukuran yang digunakan dalam penelitian
ini ditunjukkan pada gambar 2.10 yang terdiri dari Ultrasonic Flaw
Detector, osiloskop digital dan komputer pribadi. Ultrasonic Flaw Detector
akan bertindak baik sebagai pemancar maupun sebagai penerima.
Osiloskop digital akan bertindak sebagai alat peraga untuk mengamati
sinyal-sinyal yang terjadi sedangkan komputer pribadi akan bertindak 50
sebagai pemroses data.
Sampel larutan ditempatkan pada suatu wadah plastik yang di sebelah kiri
dan kanannya terdapat sepasang transduser ultrasonik.
f. Pembuatan Powder Membran Zeolit Alam
- Preparasi
Pada tahapan ini alat dan bahan yang digunakan antara lain zeolit
alam, alat penggerus, ball-mill, dan saringan powder. Preparasi terdiri
dari tahap peremukan (crushing), sampai penggerusan (grinding). Sebelum
dilakukan proses aktivasi, ZA digerus dan dihancurkan menjadi ukuran yang
lebih kecil (kira-kira 3 x 3 cm) untuk memudahkan saat dilakukan aktifasi.
Setelah proses penggerusan dan ball-mill selama 24jam, selanjutnya ZA
tersebut disaring menggunakan molecular siever (Compact Vibrating
Shaker VSS-50) buatan Ogawa-Seiki sampai ukuran < 10µm.
Larutan PVA 90% dibuat dari PVA=27.77gr dan 250ml air distilasi diaduk
menggunakan stirrer selama satu jam dengan arus 0.2A dan 2Volt (~200rpm),
hal ini juga dilakukan untuk pembuataan NaOH 0.3M. Untuk tubullar support
dibuat dengan panjang 5cm sembilan buah direndam dalam larutan HNO3
selama satu jam dengan stirrer ultrasonic. Untuk menghilangkan pengotor
dipermukaan bagian dalam dan luar permukaan SS.
- Aktifasi
Ada dua cara yang umum digunakan dalam proses aktifasi zeolit,
yaitu pemanasan selama 2-3 jam, dan kimia dengan menggunakan pereaksi
NaOH atau H2SO4. Aktifasi dilakukan pada suhu 200oC-900oC dengan
menggunakan jenis tungku berbentuk silinder dengan diameter 7 cm dan
panjang 30 cm. Variasi dilakukan terhadap lamanya pembakaran antara lain
1 jam, 2 jam, dan 3 jam dan juga variasi temperatur (250 oC, 300 oC, dan
800 oC). Hasil pembakaran yang optimal selanjutnya diolah telah siap
menjadi powder.
Selanjutnya didinginkan dalam udara terbuka. Tahap ini bertujuan
untuk memperoleh ukuran produk yang sesuai dengan tujuan penggunaan.
Pembuatan powder terdiri dari tahap peremukan (crushing), sampai
penggerusan (grinding). Proses ini bertujuan untuk meningkatkan sifat-sifat
khusus zeolit dengan cara menghilangkan unsur-unsur pengotor dan
51
menguapkan air yang terperangkap dalam pori kristal zeolit.
52
Zeolit Alam
Crushing and grinding
Molecular siever
Aktivasi
Silika
Pencampuran
Karakterisasi
250 oC/ 1 jam 300 oC/ 1 jam 800 oC/ 1 jam
Powder NaOH+air
PVA Crosslinking agent
Pencetakan
Drying
Uji Uji XRD. SEM Uji kemurnian efektivitas
Katalitik membran
Gambar 2.11. Bagan pengujian
53
g. Pencetakan (forming)
Metoda pencetakan yang digunakan adalah metoda semi-dry pressing
dan slip casting. Alat dan bahan yang digunakan antara lain powder
ZA, air biodestilasi, silika, PVA 90%, larutan HCl 5M, asam oksalat,