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. PEMBAHASAN
2.1. 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. PENUTUP
3.1. Kesimpulan 53
3.2. Saran 54
DAFTAR PUSTAKA 55
3
DAFTAR GAMBAR
Gambar 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 TABEL
Tabel 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
sruktur tiga dimensi yang tak terbatas dan memiliki rongga-rongga yang
saling berhubungan membentuk saluran ke segala arah dengan ukuran
saluran tergantung dari garis tengah logam alkali ataupun alkali tanah
yang terdapat pada srukturnya. Di mana rongga-rongga tersebut akan terisi
oleh air yang disebut air kristal.
Jadi, zeolit merupakan senyawa alumino silikat terhidrasi yang terdiri dari
tetrahedral (Si, Al) dan dikelilingi oleh atom‐atom O dalam ikatan tiga
dimensi. Mineral zeolit yang paling umum dijumpai adalah (Na,K)2O,
Al2O310SiO28H2O. Perbandingan antara atom Si dan Al yang bervariasi
akan menghasilkan banyak jenis atau spesies zeolit yang terdapat di
alam. Penggunaan zeolit pada umumnya didasarkan pada sifat-sifat kimia
dan fisika zeolit, seperti penyerap, penukar kation dan katalis.
1.2. Tujuan & Manfaat Penulisan
Tujuan dan manfaat penulisan makalah ini adalah untuk mengetahui
tentang proses pembentukan hingga proses pengolahan dan pemanfaatan
mineral zeolit.
1.3. Rumusan Masalah
1. Apa itu mineral zeolit?
2. Bagaimana proses pembentukan mineral zeolit?
3. Bagaimana Pengolahan & Pemanfaatan mineral zeolit?
7
BAB II
PEMBAHASAN
2.1. Pengertian Mineral Zeolit
Semenjak awal tahun 1940-an, ilmuwan Union Carbide telah memulai
penelitiannya untuk mensintesis zeolit dan mereka berhasil mensintesis zeolit A
dan X murni pada tahun 1950. Penemuan zeolit di dunia dimulai dengan
ditemukannya Stilbit pada tahun 1756 oleh seorang ilmuwan bernama A. F.
Constedt. Constedt menggambarkan kekhasan mineral ini ketika berada dalam
pemanasan terlihat seperti mendidih karena molekulnya kehilangan air dengan
sangat cepat. Sesuai dengan sifatnya tersebut maka mineral ini diberi nama
zeolit yang berasal dari dua kata Yunani, zeo artinya mendidih dan lithos artinya
batuan (Kirk-Othmer, 1981). Diberi nama zeolit karena sifatnya yaitu mendidih
dan mengeluarkan uap jika dipanaskan (Dyer ,1994).
Pada tahun 1784, Barthelemy Faujas de Saint seorang profesor geologi
Perancis menemukan sebuah formulasi yang cantik hasil penelitiannya tentang
zeolit yang dipublikasikan dalam bukunya “Mineralogie des Volcans”. Akhirnya
berkat jasanya, pada tahun 1842 zeolit baru tersebut dinamai Faujasit.
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, berat jenisnya 2-2,4. Zeolit alam terbentuk dari reaksi antara
batuan tufa asam berbutir halus dan bersifat riolitik dengan air pori atau air
meteorik. Penggunaan zeolit adalah untuk bahan baku pembersih limbah cair
dan rumah tangga, untuk industri pertanian, peternakan, perikanan, industri
kosmetik, industri farmasi, dan lain-lain.
Mineral alam zeolit yang merupakan senyawa alumino-silikat dengan
8
struktur sangkar terdapat di Indonesia seperti Bayah,Banten,Cikalong,
Tasikmalaya, Cikembar, Sukabumi, Nanggung, Bogor, dan Lampung dalam
jumlah besar dengan bentuk hampir murni dan harga murah. Mineral zeolit
mempunyai struktur framework tiga dimensi dan menunjukkan sifat penukar
ion, sorpsi molecular sieving dankatalis sehingga memungkinkan digunakan
dalam pengolahan limbah industri dan limbah nuklir.
Zeolit juga ditemukan sebagai bantuan endapan pada bagian tanah jenis
basalt dan komposisi kimianya tergantung pada kondisi hidrotermal
linkungan lokal, seperti suhu, tekanan uap air setempat dan komposisi air
tanah lokasi kejadiannya. Hal itu menjadikan zeolit dengan warna dan tekstur
yang sama mungkin berbeda komposisi kimianya bila diambil lokasi yang
berbeda, disebabkan karena kombinasi mineral yang berupa partikel halus
dengan impuritis lainnya.Pada dasarnya zeolit merupakan mineral yang
terdiri dari kristal alumuno silikat terhidrasi yang mengandung kation alkali
atau alkali tanah dalam kerangka tiga dimensi. Zeolit biasanya ditulis dengan
rumus kimia oksida atau berdasarkan satuan sel kristal
Mc/n{(AlO2)c(SiO2)d}b H2O
2.2. Morfologi & Sistem Kristal Zeolit
Zeolit berbentuk kristal aluminosilikat terhidrasi yang mengandung
muatan positif dari ion-ion logam alkali dan alkali tanah dalam kerangka
kristal tiga dimensi (Hay, 1966), dengan setiap oksigen membatasi antara dua
tetrahedra (Gambar 2.1).
Gambar 2.1. Rangka zeolit yang terbentuk dari ikatan 4 atom O dengan
1 atom Si (Bell, 2001)
Zeolit pada dasarnya memiliki tiga variasi struktur yang berbeda yaitu:
9
a. Struktur seperti rantai (chain-like structure), dengan bentuk kristal
acicular dan prismatic, contoh: natrolit.
b. Struktur seperti lembaran (sheet-like structure), dengan bentuk kristal
platy atau tabular biasanya dengan basal cleavage baik, contoh:
heulandite.
c. Struktur rangka, dimana kristal yang ada memiliki dimensi yang
hampir sama, contoh: kabasit.
Zeolit mempunyai kerangka terbuka, sehingga memungkinkan untuk
melakukan adsorpsi Ca bertukar dengan 2(Na,K) atau CaAl dengan
(Na,K)Si. Morfologi dan struktur kristal yang terdiri dari rongga-rongga
yang berhubungan ke segala arah menyebabkan permukaan zeolit menjadi
luas. Morfologi ini terbentuk dari unit dasar pembangunan dasar primer
yang membentuk unit dasar pembangunan sekunder dan begitu seterusnya.
Seperti halnya mineral kuarsa dan felspar, maka mineral zeolit
mempunyai struktur kristal 3 dimensi tetrahedra silikat (SiO4-4) yang biasa
disebut tectosilicate. Dalam struktur ini sebagian silikon (tidak bermuatan
atau netral) kadang-kadang diganti oleh aluminium bermuatan listrik,
sehingga muatan listrik kristal zeolit tersebut bertambah. Kelebihan muatan
ini biasanya diimbangi oleh kation-kation logam K, Na, dan Ca yang
menduduki tempat tersebar dalam struktur zeolit alam yang bersangkutan.
Dalam susunan kristal zeolit terdapat dua jenis molekul air, yaitu molekul
air yang terikat kuat dan molekul air yang bebas. Berbeda dengan struktur
kisi kristal kwarsa yang kuat dan pejal, maka struktur kisi kristal zeolit
terbuka dan mudah terlepas. Volume ruang hampa dalam struktur zeolit
cukup besar kadang-kadang mencapai 50
Angstrom, sedangkan garis tengah ruang hampa tersebut bermacam-
macam, berkisar antara 2A hingga lebih dari 8A, tergantung dari jenis
mineral zeolit yang bersangkutan. Dibawah ini struktur stereotip clinoptilolit
yang menjadi precursor dalam penelitian ini.
10
Gambar 2.2. Kerangka utama zeolit
Volume dan ukuran garis tengah ruang hampa dalam kisi-kisi kristal
inilah yang menjadi dasar penggunaan mineral zeolit sebagai bahan
penyaring (molecular sieving). Molekul zat yang disaring yang ukurannya
lebih kecil dari ukuran garis tengah ruang hampa mineral zeolit dapat
melintas, sedangkan yang berukuran lebih besar akan tertahan atau
ditolak. Kapasitas atau daya saring mineral zeolit tergantung dari volume
dan jumlah ruang hampanya. Makin besar jumlah ruang hampa, maka makin
besar pula daya saring zeolit alam yang bersangkutan. Mineral zeolit
mempunyai struktur tiga dimensi tetrahedral (SiO4-4) yang biasa disebut
“tektosilikat”, dimana masing-masing berhubungan dengan ion silicon
sebagai pusatnya, sehingga masing-masing atom oksigen terdapat diantara
atom silicon dan aluminium. Setiap atom terikat oleh dua struktur
yang tetrahedral. Struktur yang hanya terdiri dari silicon dan oksigen ini
bersifat netral. Dalam struktur zeolit terdapat pergantian silicon bervalensi
empat dengan aluminium bervalensi tiga. Dalam struktur ini sebahagian
silicon (tidak bermuatan listrik atau netral ) dapat diganti oleh aluminium
(bermuatan listrik) sehingga muatan listrik zeolit tersebut bertambah.
Kelebihan muatan ini biasanya diimbangi oleh kation logam, seperti K, Na,
Ca, yang menduduki tempat-tempat tersebar dalam struktur Kristal mineral
zeolit.
Pada zeolit terjadi pergantian maksimum Si+4 oleh Al+3 dengan
perbandingan 1:1, sedangkan pergantian maksimum 1: 5, seperti yang
terdapat pada zeolit jenis modernit. Setiap tetrahedral oksigen adalah unit
pembangun primer. Unit pembangun sekunder terbentuk dari penggabungan
tetrahedral oksigen, membentuk cincin lingkar 4, 6 dan 8 atau gabungan 2
cincin lingkar 6 dan dua cincin lingkar 4. Struktur kisi Kristal zeolit terbuka
dan mudah lepas. Volume ruang kosong dalam struktur zeolit cukup
11
besar, kadang-kadang mencapai 50A0, sedang garis ruang tengah kosong
tersebut bermacam-macam, berkisar 2A0 hingga lebih besar dari 8A0,
tergantung dari jenis mineral zeolit yang bersangkutan. Volume dan ukuran
garis tengah ruang kosong dalam kisi-kisi Kristal inilah yang menjadi dasar
penggunaan mineral zeolite sebagai bahan penyaring molekul (molekul
sieving).
Gambar 2.3. Ukuran kristal zeolit
2.2.1. Daya serap
Dalam keadaan normal maka ruang-ruang rongga dalam Kristal
zeolit terisi oleh molekul air bebas yang membentuk bulatan di
sekitar kation. Bila Kristal tersebut dipanaskan selama beberapa jam,
biasanya pada temperatur 200-3000C, tergantung dari jenis mineral
zeolitnya, maka molekul-molekul air pada rongga-rongga tersebut
akan keluar, sehingga zeolit yang bersangkut an dapat berfungsi
sebagai penyerap gas atau cairan.
Daya serap mineral zeolit tergantung dari jumlah ruang
kosong dan luas permukaan. Molekul air yang terdapat dalam
rongga-rongga saluran masuk yang diperkirakan dapat mencapai
jumlah 10-25% dari berat zeolitnya bila dikeluarkan, maka molekul-
molekul yang mempunyai garis tengah lebih kecil dari saluran
masuk pada zeolit, akan dapat diserap kebagian permukaan dari
pusat rongga tersebut. Molekul- molekul yang lebih besar dari saluran
rongga , tidak akan dapat masuk kedalamnya.
12
Kemampuannya menyerap berdasarkan selektifitas ukuran
garis tengah ruang kosong molekul, juga pemilihan molekul-molekul
zat yang diserap. Distribusi dari muatan yang tidak lazim didalam
rongga yang sudah didehidrasi menyebabkan beberapa bahan dengan
dua kutub (dipole) akan dapat diserap. Apabila ada dua molekul atau
lebih yang dapat melintasi saluran rongga, tetapi karena adanya
pengaruh kutub atau hubungan antara molekul-molekul zeolit itu
sendiri dengan zat-zat yang diserap, maka hanya satu buah saja yang
diloloskan sedang yang lain ditahan atau ditolak. Hal ini merupakan
suatu sifat yang tidak terdapat pada penyerapan oleh bahan jenis lain.
CO2 yang polar akan lebih disukai untuk diserap oleh zeolit
dibandingkan dengan CH4 yang bukan polar. Molekul yang berkutup
atau tidak jenuh diterima daripada yang tidak berkutup atau jenuh.
2.3. Pengaktifan mineral zeolit
Pengaktifan zeolit dimaksudkan sebagai suatu usaha untuk
memodifikasi keadaan pada struktur kerangka atau non kerangka zeolit
sehingga diperoleh sifat-fisika- kimia zeolit yang diinginkan. Pada zeolit
alam, pengaktifan memberikan efek pencucian atau penghilangan komponen
pengotor (impurities) dari mineral zeolit. Pengaruh pengaktifan zeolit,
yaitu dapat memurnikan zeolite dari komponen pengotor,
menghilangkan jenis kation logam tertentu dan molekul air yang terdapat
dalam rongga, atau memperbesar volume pori, sehingga memiliki kapasitas
yang lebih tinggi. Oleh sebab itu zeolit alam perlu diaktifkan terlebih
dahulu sebelum digunakan, untuk mempertinggi daya kerjanya. Pengaktifan
zeolit dapat dilakukan melalui beberapa cara antara lain:
1. Pemanasan dalam jangka waktu dan suhu tertentu.
2. Mengubah atau mempertukarkan kation yang dapat dipertukarkan
3. Mengubah ratio perbandingan Si/Al dengan perlakuan dealuminasi
2.3.1. Pengaktifan dengan Pemanasan
Pemanasan terhadap zeolit alam bertujuan untuk mengeluarkan
air atau garam pengotor dari dalam rongga-rongga kristal zeolit.
13
Kemampuan atau sifat pertukaran kation zeolit teruatama selektifitas
dan kapasitas pertukarannya akan sangat ditentukan oleh struktur
kristalnya. Pemakaian panas terlalu tinggi menyebabkan
terjadinya pelepasan aluminium dari struktur kerangka tetrahedral
zeolit. Menurut Barrer (1982) aktifasi pemanasan yang terlalu tinggi
akan menyebabkan terjadinya dehidroksilasi gugus OH pada
struktur zeolit. Akibat terjadinya pemutusan ikatan Si-O-Al,
menyebabkan pembentukan gugus siloksan (Si-O-Al) dan aluminium
yang miskin gugus hidroksil. Akibatnya bila terjadi kerusakan
pada struktur zeolit tersebut maka kemempuan mempertukarkan
kation dan adsorbsinya berkurang/menurun. Kestabilan zeolit
terhadap temperatur tergantung pada jenis kandungan
mineral zeolitnya (perbandingan Si dengan Al, dan kation yang
terdapat dalam zeolit). Umumnya zeolit dengan silika lebih banyak
mempunyai kestabilan yang lebih besar. Clinoptilolit alam yang kaya
akan kalsium rusak pada temperature 5000C, jika kationnya diganti
dengan kalium, maka akan tetap utuh pada temperature 8000C.
komposisi kation yang berbeda dan perbandingan Si dan Al yang
berbeda dan perbandingan Si dengan Al yang berbeda pada beberapa
zeolit alam menyebabkan kestabilannya pada temperature yang
berbeda- beda. Seperti modernit yang stabil pada 800-10000C
sedangkan philipsit stabil pada 360-4000.
2.3.2. Pengaktifan dengan Pengasaman
Yang kedua aktivasi zeolit secara kimia dengan tujuan
untuk membersihkan permukaan pori, membuang senyawa pengotor
dan mengatur kembali letak atom yang dapat dipertukarkan. Proses
aktivasi zeolit dengan perlakuan asam HCl pada konsentrasi 0,1N
hingga 1N menyebabkan zeolit mengalami dealuminasi dan
dekationisasi yaitu keluarnya Al dan kation-kation dalam kerangka
zeolit. Aktivasi asam menyebabkan terjadinya dekationisasi yang
menyebabkan bertambahnya luas permukaan zeolit karena
berkurangnya pengotor yang menutupi pori-pori zeolit. Luas 14
permukaan yang bertambah diharapkan meningkatkan kemampuan
zeolit dalam proses penjerapan. Tingginya kandungan Al dalam
kerangka zeolit menyebabkan kerangka zeolit sangat hidrofilik. Sifat
hidrofilik dan polar dari zeolit ini merupakan hambatan dalam
kemampuan penjerapannya. Proses aktivasi dengan asam dapat
meningkatkan kristalinitas, keasaman dan luas permukaan. Setiap
oksigen dalam ikatan ini cenderung akan mengikat H+ membentuk
OH atau gugus silanol yang bersifat polar.
Ion hydrogen pada gugus hidroksilini siap dipertukarkan
dengan kation lain. Pada keadaan netral atau agak asam, dapat terjadi
hidrolisis akan menyebabkan kenaikan pada pH dengan reaksi :
SiO2- + H2O → SiOH + OH-+
Keadaan yang demikian akan menyebabkan kapasitas
pertukarannya meningkat.
Pada harga konsentrasi tertentu, asam juga menghidrolisa
aluminium dari kerangka zeolit yang menyebabkan struktur menjadi
rusak. Bila proses dealuminasi dilakukan berlebihan maka akhirnya
Si(OH)4 mudah berpolimerisasi dan terjadi pemisahan gugus OH
(dehidroksilasi), membentuk Si –O-Si yang merupakan ikatan yang
kuat. Hasil dari proses dealuminasi zeolit ini berbentuk silica gel,
seperti pada pemanasan yang terlalu tinggi dan terbentuk bahan amorf
sebagai bahan akhir. Secara umum konse ntrasi larutan asam serta
jenis asam yang dipergunakan di dalam aktivasi akan mempengaruhi
sifat pertukaran dan struktur kristal dari mineral zeolit.
Berdasarkan kelarutan di dalam Asam Klorida (HCl), Bogda
nova dan Belitsky (1968) membagi zeolit dalam empat kelompok
:sangat resisten, resisten, sedikit resisten, sedang klinoptilolit resisten.
Keadaan ini merupakan sifat dari struktur Kristal dan ratio Si/Al yang
dimiliki oleh masing-masing jenis zeolit tersebut.
2.4.Crude Palm Oil (CPO)
Minyak sawit tersusun dari unsur-unsur C, H, dan O. Minyak sawit 15
ini terdiri dari fraksi padat dan fraksi cair dengan perbandingan yang
seimbang. Penyusun fraksi padat terdiri dari asam lemak jenuh antara lain
asam miristat (1%), asam palmitat (45%), dan asam stearat. Sedangkan fraksi
cair terdiri dari asam lemak tidak jenuh yang terdiri dari asam oleat (39%)
dan asam linoleat (11%). Komposisi tersebut ternyata agak berbeda jika
dibandingka n dengan minyak nabati inti sawit dan minyak kelapa.
Kandungan minor dalam minyak sawit berjumlah kurang lebih 1%,
antara lain terdiri dari karoten, tokoferol, sterol, alkohol, triterpen,
fosfolida. Dua unsur yang pertama di sebut, yaitu karoten dan tokoferol
mempunyai nilai lebih dibandingkan unsur yang lain karena kedua unsur itu
diketahui meningkatkan kemantapan minyak terhadap oksidasi. Dengan kata
lain, keberadaan kedua unsur itu dalam suatu jenis minyak menyebabkan
minyak relatif tidak mudah tengik. Selain itu karoten mempunyai potensi
untuk dikembangkan sebagai bahan obat anti kanker. Sedangkan tokoferol
dimanfaatkan sebagai sumber vitamin E. Minyak sawit yang digunakan
sebagai produk pangan biasanya dihasilkan dari minyak sawit maupun
minyak inti sawit melalui proses fraksinasi, rafinasi, dan hidrogenasi.
Dewasa ini, produksi CPO Indonesia sebagian besar difraksinasi sehingga
dihasilkan fraksi olein cair dan fraksi stearin padat. Dari nilai gizinya,
pengggu naan minyak sawit sebagai minyak goreng sangat
menguntungkan. Adanya karoten dan tokoferol yang terkandung di dalamnya
menyebabkan minyak sawit ini perlu dikembangkan sebagai sumber
vitamin. Selain itu, minyak sawit dapat dikatakan sebagai
minyak goreng non-kolesterol (kadar kolesterolnya rendah).
Minyak sawit sebagai bahan dalam industri farmasi, terutama
dikaitkan dengan kandungan karoten dan tokoferol. Karoten, atau dikenal
juga sebagai pigmen warna jingga, menyebabkan warna minyak sawit
menjadi kuning jingga. Warna minyak sawit yang demikian ini kurang di
sukai konsumen, sehingga dalam proses nya, karoten ini biasa nya di
buang. Padahal sebenarnya karoten menyimpan potensi yang cukup
berharga karena para peneliti berhasil membuktikan bahan tersebut dapat
16
dimanfaatkan sebagai obat kanker paru-paru dan payudara. Kandungan
karoten dalam minyak sawit mencapai 0,25-1,26 ppm. Sedangkan
kandungan karoten dalam CPO berkisar antara 500-700 ppm, yang terdiri
dari 36% α karoten dan 54% β karoten. Selain obat anti kanker, karoten
juga merupakan sumber provitamin A yang cukup potensial. Karoten yang
terdiri dari α karoten dan β karoten ini, tersimpan di dalam daging buah
kelapa sawit.
Gambar 2.4. Struktur β karoten
Gambar 2.5. Struktur α karoten
β karoten merupakan provitamin A (bahan pembentuk vitamin A)
dalam proses metabolisme di dalam tubuh. Dalam proses pembuatan
minyak, biasanya β karoten dibuang. Namun, sekarang telah berhasil
ditemukan metode baru proses pengolahan sehingga β karoten terpisah
dari minyak sawit. Dalam proses pengolahan tersebut, minyak sawit yang
mengandung karoten antara 600-1000 ppm dipisahkan menjadi fase padat
(stearin) dan fase cair (olein) pada proses fraksinasi. Untuk
mempermudah pemisahan kedua bentuk minyak sawit tersebut, dilakukan
proses degumming yaitu pengeluaran gum dari minyak. Selanjutnya,
minyak didinginkan pada suhu 18-20oC sehingga asam lemak jenuh akan
mengkristal. Akibatnya, karoten tidak dapat larut di dalam nya dan
akhirnya asam lemak tidak jenuh (olein) meningkat, kandungan
karotennya menjadi sekitar 80%.
Tahap berikutnya adalah pemisahan karoten dari minyak dengan
17
pemucatan dan ekstraksi karoten dari bahan pemucat. Pemucatan dalam
metode lama dilakukan pada suhu 90oC dengan konsentrasi bahan pemucat 2-
2,5% (bahan pemucat yang biasanya di pakai adalah karbon aktif dan tanah
pemucat). Penggunaan metode ini mengakibatkan kerusakan karoten.
Dengan metode yang telah diperbaharui, pemucatan dilakukan pada
suhu 50oC selama satu jam, konsentrasi bahan pemucat yang digunakan
sebesar 10%. Selanjutnya dilakukan penyaringan. Perubahan metode ini
mengakibatkan β karoten tidak rusak dan minyak sawit tetap diperoleh.
Selanjutnya karoten yang terkandung dalam tanah pemucat diekstraksi
secara bertahap. Langkah pertama adalah melunakkan tanah pemucat
dengan aseton, dan perbandingan penambahannya adalah 1:1. Untuk
melapaskan karoten dilakukan penyabunan dengan tambahan larutan KOH
atau alcohol sebanyak 12,5%. Setelah itu, karoten yang terlepas diambil
dengan cara menambahkan petroleum eter secukupnya dan diaduk. Dengan
cara destilasi, karoten yang terdapat pada petroleumeter dikristalkan.
2.5. Komposisi Mineral Zeolit
Mineral zeolit merupakan sekelompok mineral yang terdiri dari
beberapa jenis (species) mineral. Secara umum mineral zelolit mempunyai
rumus kimia sebagai berikut:
dimana : n = valensi dari kation logam
w = bilangan molekul air per unit cell zeolit
x dan y = bilangan total tetrahedral per unit cell dan perbandingan
x /y selaku berkisar 1 sampai 5.
Berdasarkan hasil analisa kimia total, kandungan unsur-unsur zeolit
dinyatakan sebagai oksida SiO2, Al2O3, CaO, MgO, Na2O, K2O dan Fe2O3.
Akan tetapi di alam tergantung pada komponen bahan induk dan keadaan
lingkungannya, maka perbandingan Si/Al dapat bervariasi, dan juga
unsur Na, Al, Si, sebagian dapat disubstitusikan oleh unsur lain.
Parameter kimia yang penting dari zeolit adalah perbandingan
18
Mx/n(AlO2)x(SiO2)y.H2O
Si/Al, yang menunjukkan persentase Si yang mengisi di dalam tetrahedral,
jumlah kation monovalen dan divalen, serta molekul air yang terdapat
didalam saluran kristal. Perbedaan kandungan atau perbandingan Si/Al
akan berpengaruh terhadap ketahanan zeolit terhadap asam atau
pemanasan. Ikatan ion Al-Si-O adalah pembentuk struktur kristal
sedangkan logam alkali adalah kation yang mudah tertukar
(“exchangeable cation”). Jumlah molekul air menunjukka n jumlah pori-
pori atau volume ruang kosong yang terbentuk bila unit sel kristal tersebut
dipanaskan.
Hingga kini sudah 40 jenis (species) mineral zeolit yang telah
diketahui. Dari jumlah tersebut, hanya 20 jenis saja yang diketahui
terdapat dalam bentuk sedimen, terutama dalam bentuk piroklastik. Nama
dan rumus kimia mineral zeolit yang terdapat dalam piroklastik (tufa)
tercantum dalam tabel.
Tabel 2.1. Nama mineral zeolit dan rumus kimianya
NO Nama Mineral Rumus kimia unit sel1 Analsim Na16(Al16Si16O96).16H2O
2 Kabasit (Na2Ca)6(Al12Si24O72).40H2O
3 Klinoptilolt (Na4K4)(Al8Si40O96).24H2O
4 Erionit (Na7Ca5K)9(Al9Si27O72).27H2O
5 Paujasit (Na58(Al58Si134O384).18H2O
6 Perrierit (Na2Mg2)(Al6Si30O72).18H2O
7 Wairakit Ca(Al2Si4O12).2H2O
8 Yugawaralit Ca(Al2Si4O12).6H2O
9 Pillipsit (Na,K)10(Al10Si22O64).20H2O
10 Epistilbit (Ca,Na2)3(Al6Si18O48).16H2O
11 Gismondin (Na,Ca2,K2)4(Al8,Si8O48).16H2O
12 Connardit (Na2Ca)(Al4Si6O20).5H2O
13 Harmotom (Ba,Na2)2(Al4Si12O32).12H2O
14 Natrolit Na4(Al4Si6O20).4H2O
15 Scolecit Ca2(Al4Si6O20).6H2O
2.5.1. Penggolongan Mineral Zeolit
19
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 keringZeolit US-Y memisahkan monosakaridaZeolit A pengkonsentrasi alkohol, pengering olifin, bahan gas alam
padat, pembersih CO2 dari udara
Zeolit 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