BAB V PEMBAHASAN
5.1 Analisa Mineralogi 5.1.A Analisa Mineralogi dan Kimia Tanah Lempung Pulau Sicanang
Hasil pengujian komposisi tanah menunjukkan bahwa unsur – unsur utama pembentuk tanah adalah silikat SiO
2
, aluminat Al
2
O
3
, ferrit Fe
2
O
3
dan hilang pijar, hasil tersebut menunjukkan bahwa perbandingan antara silikat dengan
aluminat sekitar1 : 1. Analisis XRD pada penelitian ini digunakan untuk mengkarakterisasi jenis
mineral yang ada pada sampel tanah lempung tanpa pencampuran maupun setelah adanya pencampuran tanah lempung dan abu cangkang sawit. Prinsip kerja X-RD
adalah sebagai berikut, pembangkit sinar-x menghasilkan radiasi ektromagnetik. Spektroskopi XRD digunakan untuk mengidentifikasi fasa kristalin dalam
material dengan cara menentukan parameter structural mineral lempung serta untuk mendapatkan jarak partikel lempung. Tiap puncak yang muncul pada pola XRD
mewakili suatu bidang kristal yang memiliki orientasi tertentu dan grafik puncak difraksi yang didapat kemudian dianalisis, terdiri atas mineral lempung apa saja
dan komposisi utamanya. Untuk hasil uji dari tanah lempung dapat teramati pada difraktogram seperti
yang terlihat pada Gambar 5.1 sedangkan untuk tanah lempung yang sudah dicampur dengan abu cangkang sawit dapat dilihat pada Gambar 5.2.
Universitas Sumatera Utara
Position [°2Theta] 5
10 15
Counts
100 400
8. 95
2 [°
]; 9
.8 70
89 [
Å] ;
M us
co vi
te -2
\I TM
\R G
1
10 .5
73 [
°] ;
8. 36
01 9
[Å ];
M ag
ne si
or ie
be ck
ite
12 .4
73 [
°] ;
7. 09
10 7
[Å ];
N ac
rit e-
1\ IT
M d\
R G
17 .8
43 [
°] ;
4. 96
70 [Å
]; M
us co
vi te
-2 \I
TM \R
G 1
Tanah Lempung
Gambar 5.1 Grafik parameter hasil uji Difraksi sinar X untuk tanah lempung
Dari hasil uji difraksi sinar x untuk tanah lempung tanpa campuran diperoleh hasil: 1. Illite, Posisi puncak difraksi sebesar 8,952
, jarak antar partikel sebesar 9,87089 A
, dan posisi atom pada puncak difraksi sebesar 2 Theta.
2. Magnesioriebeckite, Posisi puncak difraksi sebesar 10,573 , jarak antar
partikel sebesar 8,36019 A , dan posisi atom pada puncak difraksi sebesar 2
Theta.
Universitas Sumatera Utara
3. Kaolinite, Posisi puncak difraksi sebesar 12,473 , jarak antar partikel sebesar
7,09107 A , dan posisi atom pada puncak difraksi sebesar 2
Theta.
Position [°2Theta] 5
10 15
Counts
100 400
3. 36
[ °]
; 29
.0 81
22 [
Å ]
8 .9
22 [
°] ;
9. 90
35 1
[ Å]
; M
us co
vi te
-2 \I
T M
\R G
1
1 0.
52 8
[° ];
8 .3
95 83
[ Å]
; R
ie be
ck ite
1 2.
40 8
[° ];
7 .1
2 78
7 [
Å] ;
Ka o
lin ite
1\ IT
A \R
G
Tanah Asli+cangkang 9
Gambar 5.2 Grafik parameter hasil uji Difraksi sinar X untuk tanah lempung dan abu cangkang sawit
Dari Gambar diatas setelah adanya pencampuran tanah lempung dan abu cangkang sawit diperoleh:
1. Illite, Posisi puncak difraksi sebesar 8,93 , jarak antar partikel sebesar 9,911 A
, dan posisi atom pada puncak difraksi sebesar 2
Theta. 2. Riebeckite, Posisi puncak difraksi sebesar 10,53
, jarak antar partikel sebesar 8,40 A
, dan posisi atom pada puncak difraksi sebesar 2 Theta.
3. Kaolinite, Posisi puncak difraksi sebesar 12,41 , jarak antar partikel sebesar 7,13
A , dan posisi atom pada puncak difraksi sebesar 2
Theta.
Universitas Sumatera Utara
Dari hasil difraksi sinar X menunjukkan bahwa mineralogi tanah lempung yang dijadikan sampel penelitian ini yang terdiri dari kaolinite dan illite dikategorikan
kelompok tanah lempung tidak mengembang hal ini sesuai dengan pengujian batas-batas Atterberg yang menunjukkan tanah lempung Pulau Sicanang memiliki
plastisitas sedang. Kaolinite merupakan mineral lempung yang terdiri dari susunan satu lembaran
silica tetrahedral dengan lembaran alumunium oktahedra. Dalam kombinasi lembaran silika dan alumunium, keduanya terikat oleh ikatan hidrogen karena itu, mineral ini
stabil dan air tidak dapat masuk diantara lempengannya untuk menghasilkan pengembangan atau penyusutan pada sel satuannya. Sifat dari kaolinite adalah tidak
dapat mengadsorbsi air, kaolinite tidak dapat mengembang pada saat kontak dengan air.
Illite merupakan mineral lempung yang terdiri dari sebuah lembaran alumunium oktahedra yang terikat diantara dua lembaran silika tetrahedra. Susunan
illite tidak mengembang oleh gerakan air diantara lembaran-lembarannya. Butiran lempung dalam kandungan yang berbentuk halus dan bermuatan negatif yang
cenderung menarik ion positif yang terdapat disekeliling partikel lempung seperti ion hidrogen H
+
, ion sodium Na
+
, dan ion kalium K
+
, serta air yang berpolarisasi, semuanya melekat pada permukaan butiran lempung.
Lembaran-lembaran terikat bersama oleh ikatan lemah ion-ion kalium yang terdapat diantara lembarannya. Ikatan-ikatan dengan ion kalium K
+
lebih lemah
Universitas Sumatera Utara
daripada ikatan hidrogen yang mengikat satuan kristal kaolinite. Pada rangkaian kristal alumunium oktahedra terdiri dari satu atom Al yang bermuatan positif
mengikat senyawa OH yang bermuatan negatif. Sedangkan rangkain kristal silika tetrahedra terdiri dari satu atom Si yang bermuatan positif mengikat empat atom O
yang bermuatan negatif. Sehingga dari susunan senyawa ini terjadi kelebihan muatan negatif. Muatan-muatan negatif yang ada pada tanah lempung ini berada pada
permukaan partikel lempung. Untuk mengimbangi muatan negatif yang berlebih tersebut, partikel-partikel lempung menarik ion muatan positif kation dari garam
yang ada didalam air pori. Hal ini disebut pertukaran ion-ion atau exchangeble cations.
Illite yang memiliki rumus kimia K Al
2
Si
3
Al O
10
O H F
2
sebesar 54 dan Kaolinite yang juga memiliki rumus kimia Al
2
Si
2
O
5
O H
4
sebesar 26 sedangkan unsur mineral lempung magnesioriebeckite dengan rumus kimia Na
2
Mg
3
Fe
2
Si
8
O
22
OH
2
sebesar 20. Setelah adanya penambahan abu cangkang sawit terjadi perubahan komposisi
mineral lempung yang semula illite memiliki unsur 54 setelah pencampuran menjadi berkurang sebesar 51, untuk kaolinite dari 26 menjadi 13 , hal ini
disebabkan karena adanya penggumpalan dari partikel mineral lempungflokulasi akibat reaksi semen hidrasi yang dapat mempengaruhi komposisi dari mineral
lempung ditambah abu cangkang sawit. Jika unsur kimia seperti Fe
2
O
3
, Cao dan MgO yang terdapat didalam abu cangkang sawit ditambahkan pada tanah dengan kondisi seperti diatas, maka
Universitas Sumatera Utara
pertukaran ion segera terjadi, dan ion yang berasal dari larutan Fe
2
O
3
, Cao dan MgO diserap oleh permukaan butiran lempung. Jadi, permukaan butiran lempung tadi
kehilangan kekuatan tolaknya repulsion force, dan terjadilah kohesi pada butiran itu sehingga berakibat kenaikan kekuatan konsistensi tanah tersebut.
Bereaksinya H
2
O dengan CaO akan menimbulkan panas dan pada saat yang bersamaan, volume kapur menjadi lebih besar daripada volume asalnya sehingga
menyebabkan turunnya kandungan air didalam tanah. Bereaksinya H
2
O dengan Mg akan menimbulkan panas dan pada saat yang bersamaan, volumenya menjadi lebih besar daripada volume asalnya sehingga
menyebabkan turunnya kandungan air didalam tanah. Apabila CaO dengan mineral lempung atau dengan mineral halus lainnya atau dengan komponen pozzolan seperti
SiO
2
hydrous silica bereaksi, maka akan membentuk suatu gel yang kuat dan keras yaitu kalsium silikat yang mengikat butir-butir atau partikel tanah Diamond
Kinter, 1965 dalam Ingels dan Metchalf, 1972. Gel silica bereaksi dengan segera melapisi dan megikat partikel lempung dan menutup pori-pori tanah.
Dimana setelah molekul air terperangkap didalam pori-pori SiO
2
, pori-pori SiO
2
akan tertutup rapat dan molekul air akan terikat didalamnya, hal ini mengakibatkan tanah lempung akan menjadi kering dan keras.
Dengan diserapnya hidrogen pada tanah lempung oleh senyawa kimia yang terdapat didalam abu cangkang sawit seperti Al
2
O
3
, CaO, MgO, dan Fe
2
O
3
maka dapat disimpulkan bahwa senyawa kimia yang terdapat didalam abu cangkang sawit
tersebut dapat menggeser H
2
O dari partkel lempung.
Universitas Sumatera Utara
5.1.B Analisa Hasil SEM Scanning Electron Microscope
SEM Scanning Electron Microscope atau adalah sebuah mikroskop yang mampu melakukan pembesaran objek sampai 2 juta kali, yang menggunakan
elektrostatik dan elektromagnetik untuk mengontrol pencahayaan dan tampilan gambar serta memiliki kemampuan pembesaran objek serta resolusi yang jauh lebih
bagus daripada mikroskop cahaya. Mikroskop electron ini menggunakan jauh lebih banyak energy dan radiasi elektromagnetik yang lebih pendek dibandingkan
mikroskop cahaya. Prinsip dasar dari Electron Microscope ini yaitu memfokuskan sinar electron Elektron Beam dipermukaan obyek dan mengambil gambarnya
dengan mendektesi morfologi permukaan lempung. Lempung tanah asli Pulau Sicanang, Belawan, Deli Serdang, Sumatera Utara
berwarna coklat mendekati abu-abu dan lebih terang. Sednagkan pada pengamatan dengan SEM untuk tanah yang telah distabilisasi berwarna hitam dan lebih gelap dari
tanah asli. Analisa hasil SEM Scanning Electron Microscope untuk tanah lempung asli
tanpa campuran dapat dilihat pada Gambar 5.3a sedangkan untuk hasil SEM Scanning Electron Microscope yang telah distabilisasi dapat dilihat pada Gambar
5.3b.
Universitas Sumatera Utara
Hasil observasi SEM Scanning Electron Microscope untuk sampel tanah
lempung tanpa campuran abu cangkang sawit adalah:
1. Terdapat celah besar di antara partikel yang ukurannya beragam.
2. Warnanya kelihatan lebih terang.
3. Partikel tanah yang ukurannya kecil dan tersebar lepas antar partikel
butiran. 4.
Jarak Partikel lempung Illite sebesar 9,88A
.
5. Jarak Partikel lempung Kaolinite sebesar 7,10A
.
6. Jarak Partikel lempung Magnesioriebeckite sebesar 8,37A
.
a. Perbesaran 1000x b. Perbesaran 2500x
Gambar 5.3a Hasil foto SEM Scanning Electron Microscope untuk tanah asli
Universitas Sumatera Utara
Hasil observasi SEM Scanning Electron Microscope sampel tanah lempung yang telah distabilisasi dengan abu cangkang sawit adalah:
1. Terlihatnya gel CSH akibat hidrasi pasta semen sebagai pengikat antar
partikel. 2.
Celah porositas antar partikel yang ukurannya lebar pada tanah lempung terlihat semakin mengecil setelah dicampur abu cangkang sawit.
3. Partikel tanah yang semakin menghitam dan membesar akibat
penggumpalan flokulasi dan terlihat juga ukuran partikelnya semakin homogen akibat flokulasi tersebut.
4. Jarak Partikel lempung Illite setelah pencampuran sebesar 9,91A
5. Jarak Partikel lempung Kaolinite setelah pencampuran sebesar 7,13
6. Jarak Partikel lempung Riebeckite setelah pencampuran sebesar 8,39A
Gambar 5.3b Hasil foto SEM Scanning Electron Microscope untuk tanah yang telah distabilisasi dengan abu cangkang sawit
Gel CSH
Universitas Sumatera Utara
Pada gambar 5.3.b dapat dilihat gel CSH Calsium-Silikat-Hidrat yang juga merupakan hasil hidrasi pasta semen dengan air. Gel tersebut yang berperan penting
dalam pengikatan partikel tanah lempung ditambah abu cangkang sawit. Diharapkan, Unsur Si dan Al pada tanah lempung jika direaksikan dengan
kapur aktif CAO yang terdapat didalam unsur kimia abu cangkang sawit, dalam jangka waktu tertentu akan terjadi reaksi pozzolanic dan membentuk suatu gel yang
kuat dan keras yaitu Calsium Silikat Hidrat C-S-H atau Calsium Aluminta Hidrat C-A-H atau bahkan dapat membentuk Calsium Silikat Aluminat Hidrat C-S-A-H
yang mengikat butir-butir atau partikel tanah. Gel silikat bereaksi dengan segera melapisi dan mengikat partikel lempung dan menutup pori-pori tanah. Tingginya
kadar silikat pada tanah tersebut disebabkan oleh tingginya mineral alpha kuarsa didalam tanah.
Penambahan abu cangkang sawit kedalam tanah dapat memberi ion-ion positif yang terdapat didalam unsur abu cangkang sawit terutama Si, Ca dan Al ion-ion ini
cenderung menggantikan kation-kation pada umumnya, seperti Na
++
atau K
+
atau hidrogen yang terdapat didalam partikel lempung. Proses cation exchangeable ini
akan mereduksi indeks plastisitas partikel lempung secara signifikan hal inilah yang menyebabkan nilai plastisitas index berkurang setelah penambahan abu cangkang
sawit dan menyebabkan ukuran partikelnya semakin homogen. Dari hasil observasi mikroskopik dapat dilihat dengan adanya penambahan abu cangkang sawit maka
semakin rapat celah porositas antar partikel tanah akibat pencampuran tanah lempung dan abu cangkang sawit. Dan dapat dilihat pula
Universitas Sumatera Utara
perubahan jarak partikel lempung dari tanah lempung asli yang semakin merapat dan memiliki jarak partikel lebih kecil setelah penambahan abu cangkamg sawit. Hal
tersebut disebabkan pembentukan gumpalan partikel tanah flokulasi akibat reaksi semen hidrasi yang menyebabkan subtitusi ion positif pada butiran permukaan tanah
oleh ion Ca
++
. Hal tersebut dapat dilihat pada perbesaran 2500x dan 1000x dimana partikel tanah terlihat membesar dan semakin menghitam seiring dengan
pencampuran tanah lempung dan abu cangkang sawit tersebut.
5.1.C Analisa Unsur Kimia Abu Cangkang Sawit
Pengujian komposisi kimia abu cangkang sawit dilakukan di Laboratorium Kimia Analitik FMIPA Universitas Sumatera Utara. Unsur-unsur kimia
yang diperoleh dari hasil penelitian adalah Al
2
O
3
, Fe
2
O
3
, CaO, dan MGO. Hasil pengujian dapat dilihat pada Tabel 4.3. Unsur abu cangkang sawit didominasi oleh
silikat SiO
2
, Aluminat Al2O3 dan kadar kapur aktif, atau quick lime CaO. Kadar silikat tersebut akan menambah prosentase yang cukup besar pada tanah lempung.
5.2 Klasifikasi Tanah
Kategori