sebagai sumber dari silika tetapi penting sebagai bahan yang ditambahkan pada keramik tahan api Norton, 1974.
Masing-masing dari ketiga bentuk diatas memiliki perubahan pada suhu tinggi dan rendah dimana strukturnya hanya sedikit berubah oleh perubahan yang sederhana pada
orientasi dari SiO
4
yang relatif tetrahedral satu sama lain. Perubahan bentuk pada suhu tinggi memiliki simetri yang lebih tinggi atau memiliki unit sel yang lebih kecil daripada perubahan
bentuk pada suhu yang rendah McColm, 1983.
Perubahan bentuk Perubahan bentuk
867
o
C 1470
o
C Kuarsa
Tridimit Kristobalit
tinggi tinggi
tinggi
Perubahan Perubahan
Perubahan struktur
struktur struktur
573
o
C 160
o
C 200-270
o
C Kuarsa
Tridimit Kristobalit
rendah sedang
rendah Perubahan
struktur 105
o
C
Tridimit rendah
Gambar 2.2. Perubahan Polimorf dari Silika Barsoum,1997
2.3. Silikon
Silikon yang terdapat pada kerak bumi adalah sebesar 27,6 dan merupakan unsure kedua terbanyak sedangkan didalam tanah berkisar 23-35 . Tanah-tanah berpasir yang belum
lapuk dapat mengandung hingga 40 silikon sedangkan tanah-tanah tropika yang sudah
Universitas Sumatera Utara
mengalami pelapukan hanya mengandung 9 silikon. Tanah-tanah tropika ini seperti kebanyakan adalah Oxisols dan Ultisols, yang mengandung aluminium oksida dan besi
oksida yang tinggi setelah silikon terlarut dan tercuci habis sewaktu proses pelapukan yang intensif. Silikon yang terlarut mengalami represipitasi sebagai mineral sekunder yang
merupakan suatu proses penting dalam perkembangan tanah. Sumber utama silikon dalam tanah adalah mineral primer, skunder, dan kuarsa SiO
2
. Kuarsa merupakan mineral utama didalam tanah yang mengandung hingga 90-95 silicon dalam fraksi debu dan pasir
Makarim, at al., 2007
Silikon tidak tersedia di alam bebas, biasanya bentuk silicon yang tersedia di alam bebas berikatan dengan oksigen sebagai oksida contohnya silikon oksida yang terdapat pada
pasir kuarsa, batuan kuarsit, dll. Silikon biasanya diklasifikasikan kedalam tiga level kemurnian Gustiono, et al., 2012, yaitu :
1. Metallurgical Grade Silicon MG-Si Tingkat kemurnian dari Metallurgical Grade Silicon adalah 98. Metallurgical Grade
Silicon biasanya digunakan pada paduan aluminium maupun baju dan sebagai bahan baku
untuk industri silikon yang sesuai untuk aplikasi PV.
2. Solar Grade Silicon SG-Si Tingkat kemurnian dari Solar Grade Silicon adalah 99,9999 biasanya disebut dengan 6N
ataupun six nines pure. Solar Grade Silicon biasanya digunakan pada aplikasi PV.
3. Electronic Grade Silicon EG-Si Tingkat kemurnian dari Electronic Grade Silicon adalah 99,999999 biasanya disebut
dengan 9N ataupun nine nines pure. Electronic Grade Silicon digunakan untuk membuat semikonduktor wafers.
Universitas Sumatera Utara
2.4. Metode Reduksi Silika
Ada beberapa motode reduksi silika, antara lain :
1. Reduksi Aluminotermik Proses reduksi ini menggunakan aluminium sebagai agen pereduksi yang secara umum
dikenal sebagai reduksi aluminotermik. Dikarenakan aluminium merupakan sebuah logam yang lebih aktif dari silikon maka, aluminium dapat mereduksi silikon dioksida sehingga
dihasilkan silikon. Reaksi ini sangat eksotermik dan kalor yang dilepaskan tersebut cukup untuk mempertahankan reaksi dengan perambatan yang cepat terhadap pembakaran tanpa
penambahan energi lagi. Penggunaan reduksi aluminotermik disarankan dalam memproduksi material-material komposit Das, et al., 2002.
Sintesis material-material komposit dari alumina-aluminium silikon juga disarankan menggunakan reduksi aluminotermik dengan campuran dari Al dan SiO
2
sesuai reaksi berikut:
3 SiO
2
+ 4 Al Al
2
O
3
+ 3 Si
Reaksi ini dapat diterapkan untuk memproduksi silikon. Namun setelah alumina terbentuk melalui reaksi diatas dengan adanya silika, akan memungkinkan dua reaksi lain
yang terjadi, yaitu pembentukan mullite dan reduksi silikon dari mullite.
3 Al
2
O
3
+ 2 SiO
2
Al
6
Si
2
O
13
8 Al + 3 Al
6
Si
2
O
13
13 Al
2
O
3
+ 6 Si
Pembentukan mullite dan alumina sebagai hasil reduksi dari reduksi aluminotermik tidak cocok dalam suasana asam Wang and Shi, 2002.
2. Reduksi Karbotermik Silikon didapatkan dengan cara reduksi karbotermik, dimana kuarsa dicampurkan dengan
material karbon. Reaksi yang terjadi selama proses reduksi ini adalah:
Universitas Sumatera Utara
SiO
2s
+ 4 C
s
Si
s
+ 2 CO
2g
Reaksi yang terjadi pada furnace dibedakan menjadi dua, yaitu reaksi pada inner hot zone
dan outer cooler zone. Silikon cair dihasilkan pada inner zone yang mana temperaturnya berkisar antara 1900-2100
o
C, reaksi kimia yang terjadi adalah:
2 SiO
2l
+ SiC
s
3 SiO
g
+ CO
g
SiO
g
+ SiC
s
2 Si
l
+ CO
g
Pada outer zone dimana temperaturnya dibawah 1900
o
C, SiO
g
dan CO
g
, yang keluar dari inner zone akan bereaksi dengan karbon bebas Gustiono, et al., 2012. Reaksinya
adalah:
SiO
g
+ 2 C
s
SiC
s
+ CO
g
2 SiO
g
Si
l
+ SiO
2s
3. Reduksi Kalsiotermik Reduksi kalsiotermik sama dengan reduksi aluminotermik. Sebuah proyek penelitian pada
reduksi dari silika amorf yang diperoleh dari sekam padi menjadi silikon dengan kemurnian yang wajar melalui proses reduksi kalsiotermik menggunakan kalsium telah
dilakukan oleh Mishra, et al. 1985. Reaksi yang terjadi sebagai berikut :
SiO
2
+ 2 Ca 2 CaO + Si
Reduksi dari silika amorf menjadi silikon menggunakan kalsium yang telah dilakukan pada suhu 720
o
C. Kemurnian silikon akhir yang diperoleh setelah pencucian asam dengan menggunakan HNO
3
dan HF terkonsentrasi adalah sebesar 99.9 persen Mishra, et al., 1985.
4. Reduksi Magnesiotermik Silika SiO
2
dapat direduksi oleh magnesium untuk menghasilkan silikon dengan reaksi :
SiO
2
+ 2 Mg 2 MgO + Si
Universitas Sumatera Utara
Reaksi dapat melibatkan pembentukan Mg
2
Si terlebih dahulu, diikuti dengan reduksi silika oleh Mg
2
Si melalui reaksi kimia berikut :
SiO
2s
+ 4 Mg
s
2 MgO
s
+ Mg
2
Si
s
, ΔG
o
900
o
C = -308,5 kJmol
Mg
2
Si
s
+ SiO
2s
2 MgO
s
+ 2 Si
s
, ΔG
o
900
o
C = -181.8 kJmol
Dengan adanya kebihan Mg pada reaktan, Mg
2
Si akan lebih banyak terbentuk melalui reaksi :
Si
s
+ 2 Mg
s
Mg
2
Si
s
, ΔG
o
900
o
C = -308,5 kJmol
Bao, et al.2007 melakukan konversi diatomik SiO
2
menjadi silikon nanokristal berpori menggunakan Mg pada suhu 650
o
C, yang merupakan titik lebur Mg.
Dalam keadaan ini, reaksi reduksi terjadi dari lapisan permukaan ke bagian dalam partikel silika yang menghasilkan campuran MgO dan Si. Reduksi relatif secara lambat pada
suhu 650
o
C dan pembentukan fase MgO terkait dengan produk silikon yang menghambat proses pengkasaran substansial dan proses pelengketan hasil silikon Bao, et al., 2007.
Namun, belum ditemukan aplikasi industri yang luas untuk reduksi magnesiotermik dikarenakan reaksinya yang eksotermis yang menyebabkan peningkatan suhu secara
berlebihan dan menghasilkan produk Magnesium Silisit Mg
2
Si dengan produk Si Zulumyan, et al., 2006.
Pembentukan Mg
2
Si dipengaruhi oleh Mg yang berlebih dan suhu reduksi. Pengurangan jumlah magnesium mengakibatkan pengurangan Mg
2
Si dan dengan menaikkan suhu pada perbandingan campuran Mg dan SiO
2
akan meningkatkan pembentukan Mg
2
Si. Namun dalam studi yang dilakukan oleh Kalem 2004, Mg
2
SiO
4
dalam kondisi tertentu tidak diperhitungkan. Selain itu, studi kuantitatif pada tahap reduksi hasil tidak
dilakukan dan semata-mata didasarkan pada intensitas puncak dari Mg
2
Si, MgO dan Si Kalem, 2004.
Universitas Sumatera Utara
2.5. Pengaruh Suhu dan Waktu Terhadap Laju Reaksi
