28
bentonit jenis ini dapat digunakan sebagai bahan penyerap pemucat warna Bleaching Earth.
2.2.5. Kegunaan Pemanfaatan Bentonit
Pemanfaatan bentonit dalam bidang industri, sangat erat kaitannya dengan sifat yang dimiliki oleh bentonit itu sendiri, yaitu:
a. Komposisi dan jenis mineral
Untuk mengetahui komposisi dan jenis mineral yang terkandung dalam bentonit, dilakukan pengujian dengan menggunakan Difraksi Sinar–X.
Tujuannya adalah untuk mengetahui secara kualitatif komposisi mineral yang terkandung di dalamnya.
b. Sifat Kimia
Pengujian terhadap beberapa sifat kimia yang terkandung di dalam bentonit perlu dilakukan untuk mengetahui kualitas mutu yang dimilikinya.
c. Sifat Teknologi
Pemanfaatan bentonit berkaitan dengan sifat teknologi yang dimiliki bentonit tersebut, yaitu antara lain: sifat pemucatan, sifat bagian
suspensi yang dapat digunakan untuk pengerasan semen, sifat mengikat dan melapisi untuk pembuatan makanan ternak dan industri logam.
d. Sifat Pertukaran Ion
Pengujian terhadap sifat pertukaran ion bertujuan untuk mengetahui seberapa besar jumlah air uap air yang dapat diserap oleh
bentonit, sehingga akan tercapai kesetimbangan reaksi kimia yang diperlukan
Minto Supeno: Bentonit Alam Terpilar Sebagai Material Katalis Co-Katalis Pembuatan Gas Hidrogen Dan Oksigen Dari Air, 2007. USU e-Repository © 2008
29
untuk proses selanjutnya. Hal ini sangat penting diketahui karena bentonit diharapkan dapat membentuk dinding diafragma yang mencegah terjadinya
rembesan air. e.
Daya Serap Sifat daya serap yang dimiliki bentonit terjadi karena adanya ruang
pori-pori antar ikatan mineral lempung, serta ketidakseimbangan antara muatan listrik dalam ion-ionnya. Daya serap tersebut pada umumnya berada
pada ujung permukaan kristal, serta diameter ikatan mineral lempung. Hal ini disebabkan karena bentonit dapat digunakan sebagai bahan penyerap dalam
berbagai keperluan, baik dalam keadaan basah suspensi maupun kering tepung.
f. Luas Permukaan
Luas permukaan bentonit dinyatakan dalam jumlah total luas permukaan kristal atau butir kristal bentonit yang berbentuk tepung dalam
setiap gram massa bentonit tersebut m
2
g. Semakin tinggi luas permukaannya maka semakin banyak pula zat-zat yang terbawa atau melekat
pada bentonit. Sifat ini dimanfaatkan sebagai bahan pembawa carrier dalam insektisida dan pestisida serta sebahai bahan pengisi filler dalam industri
kertas pulp, dan bahan pengembang industri makanan dan plastik. g.
Kekentalan dan Suspensi Sifat kekentalan dan daya serap yang tinggi sangat diharapkan
terutama untuk pengeboran minyak, eksplorasi, industri cat, dan industri kertas.
Minto Supeno: Bentonit Alam Terpilar Sebagai Material Katalis Co-Katalis Pembuatan Gas Hidrogen Dan Oksigen Dari Air, 2007. USU e-Repository © 2008
30
Sebelum digunakan dalam berbagai aplikasi, bentonit harus diaktifkan dan diolah terlebih dahulu. Ada 2 dua cara yang dapat dilakukukan untuk
aktivasi bentonit, yaitu: 1.
Secara Pemanasan heat activation and extrusion Pada proses ini, bentonit dipanaskan pada temperatur 300 – 350°C untuk
memperluas permukaan butiran bentonit. 2.
Secara Kontak Asam Tujuan dari aktivasi kontak asam adalah untuk menukar kation Ca
+
yang ada dalam Ca-bentonit menjadi ion H
+
dan melepaskan ion Al, Fe, dan Mg dan pengotor-pengotor lainnya dari kisi-kisi struktur, sehingga secara fisik
bentonit tersebut menjadi lebih aktif. Untuk keperluan tersebut asam sulfat dan asam klorida adalah zat kimia yang umum digunakan. Selama proses
bleaching tersebut, Al, Fe, dan Mg larut dalam larutan, kemudian terjadi penyerapan asam ke dalam struktur bentonit, sehingga rangkaian struktur
framework mempunyai area yang lebih luas. Proses pelepasan Al dari bentonit disajikan dalam persamaan berikut ini:
Al
4
Si
8
O
20
OH
4
+ 3 H
+
Al
3
Si
8
O
20
OH
2
+ Al
3+
+ 2 H
2
O Al
4
Si
8
O
20
OH
4
+ 6 H
+
Al
2
Si
8
O
20
OH
2
+ 2 Al
3+
+ 4 H
2
O Pada kondisi di atas, separuh dari atom Al berpindah dari struktur bersama
dengan gugus hidroksida. Menurut Thomas, Hickey, dan Stecker, atom-atom Al yang tersisa masih terkoordinasi dalam rangkaian tetrahedral dengan 4
empat atom oksigen tersisa.
Minto Supeno: Bentonit Alam Terpilar Sebagai Material Katalis Co-Katalis Pembuatan Gas Hidrogen Dan Oksigen Dari Air, 2007. USU e-Repository © 2008
31
Perubahan dari gugus oktahedral menjadi tetrahedral membuat kisi kristal bermuatan negatif pada permukaan kristal, sehingga dapat dinetralisir oleh ion
hidrogen. Pada proses aktivasi selanjutnya terjadi pelarutan lebih banyak lagi. Persamaan reaksinya dapat dituliskan sebagai berikut ini:
Al
2
Si
8
O
20
OH
4
+ 3 H
+
Al
3+
+ AlSi
8
H
4
O
20
Al
2
Si
8
O
20
OH
4
+ 6 H
+
2 Al
3+
+ Si
8
H
8
O
20
Sementara proses pengolahan bentonit dapat dilihat secara skematis berikut:
Bentonit Alam
Basa -
Soda abu
- Soda api
Asam -
Asam sulfat
- Asam klorida
Bentonit aktif -
Bahan penyerap Bleaching earth
Bentonit aktif -
Bahan perekat
- Bahan pengisi
- Bahan lumpur bor
Gambar 2.5. Skematis Proses Pengolahan Bentonit
Setelah bentonit selesai diaktivasi dan diolah, maka bentonit tersebut siap untuk digunakan untuk beberapa aplikasi selanjutnya, yaitu:
1. Bentonit sebagai Bahan Penyerap Adsorben atau Bahan Pemucat pada Industri Minyak Kelapa Sawit
Minto Supeno: Bentonit Alam Terpilar Sebagai Material Katalis Co-Katalis Pembuatan Gas Hidrogen Dan Oksigen Dari Air, 2007. USU e-Repository © 2008
32
Proses penyerapan zat warna pigmen merupakan proses yang sering digunakan, seperti penyerapan zat warna pada minyak hewani, minyak
nabati, minyak bumi, dan lain-lain. Untuk keperluan tersebut dibutuhkan suatu bahan penyerap yang tepat dan murah.
Dalam keadaan awal, bentonit mempunyai kemampuan tinggi untuk menjernihkan warna. Kemampuan penyerapan warna ini dapat
ditingkatkan melalui proses pengolahan dan pemanasan. Berdasarkan kandungan alumino silikat hidrat yang terdapat dalam
bentonit, maka bentonit tersebut dapat dibagi atas 2 dua golongan, yaitu: a.
Activated clay, merupakan lempung yang mempunyai daya pemucatan yang rendah,
b. Fuller’s earth, biasanya digunakan sebagai bahan pembersih bahan wool
dari lemak. Fuller’s earth adalah sejenis lempung yang secara alami
mempunyai sifat daya serap terhadap zat warna pada minyak, lemak, dan pelumas. Karakteristik dari lempung jenis ini adalah mempunyai kandungan
air yang tinggi, plastisitas yang rendah, dan struktur yang berlapis-lapis. Sebagian besar fuller’s earth menunjukkan perbandingan silika terhadap
alumina antara 4 – 6. Sifat alami lain adalah pH antara 6,5 – 7,5, dengan porositas 60 – 70 , dan luas permukaan butiran 170 – 200 Å. Mineral ini
pada umumnya didominasi oleh mineral montmorilonit, atapulgit, dengan mineral ikutan berupa kaolinit, halloysit dan illit.
Minto Supeno: Bentonit Alam Terpilar Sebagai Material Katalis Co-Katalis Pembuatan Gas Hidrogen Dan Oksigen Dari Air, 2007. USU e-Repository © 2008
33
Proses penyerapan zat warna organik yang terdapat dalam minyak, lemak, dan pelumas terdiri atas penyerapan fisika dan kimia. Peyerapan secara
kimia pada prinsipnya adalah merusak zat warna dengan penambahan oksidator, misalnya hidrogen peroksida. Penyerapan secara fisika adalah
karena kontak antara permukaan butiran pada kondisi tertentu, yang meliputi temperatur, waktu kontak, pengadukan, dan konsentrasi yang dinyatakan oleh
Frieundlich. Proses pemucatan kelapa sawit dengan menggunakan adsorben
pada prinsipnya adalah merupakan proses adsorbsi, di mana pada umumnya minyak kelapa sawit dipucatkan dengan kombinasi antara adsorben dengan
pemanasan. Hal ini disebabkan karena minyak kelapa sawit adalah salah satu minyak nabati yang sulit untuk dipucatkan karena mengandung pigmen –
karotenoid yang tinggi dibandingkan dengan minyak biji-bijian lainnya. Penggunaan adsorben dengan pemanasan yang dilakukan dalam
proses pemucatan ini tidak selalu sama untuk semua produk pengolahan minyak kelapa sawit, tetapi tergantung kepada kondisi minyak kelapa sawit,
proses pabrik, dan sifat adsorben yang digunakan. Pada umumnya, penggunaan adsorben adalah 1 – 5 dari massa
minyak dengan pemanasan pada suhu 120°C selama ± 1 jam. Dalam hal ini,
adsorben yang sering digunakan adalah bentonit dalam hal ini berfungsi sebagai bleaching earth tanah pemucat dan arang aktif activated charcoal.
Bahan pemucat ini merupakan sejenis tanah dengan komposisi utama terdiri dari silikat, air terikat, ion-ion kalsium, magnesium oksida, dan
Minto Supeno: Bentonit Alam Terpilar Sebagai Material Katalis Co-Katalis Pembuatan Gas Hidrogen Dan Oksigen Dari Air, 2007. USU e-Repository © 2008
34
besi oksida. Daya pemucatan bleaching earth ditimbulkan oleh adanya ion-ion Al
3+
pada permukaan partikel adsorben yang dapat mengasorbsi partikel zat warna pigmen. Sementara daya pemucatan tersebut tergantung pada
perbandingan antara komponen SiO
2
dan AlO
2
yang terdapat dalam bleaching earth tersebut.
Aktivasi adsorben dengan asam mineral misalnya HCl H
2
SO
4
akan mempertinggi daya pemucatan, karena asam mineral tersebut akan bereaksi dan melarutkan komponen berupa tar, garam Ca dan Mg yang
menutupi pori-pori adsorben. Di samping itu, asam mineral melarutkan Al
2
O
3
sehingga menaikkan perbandingan jumlah SiO
2
dan Al
2
O
3
dari 2 – 3 : 1 menjadi 5 – 6 : 1.
Bentonit yang telah ditambang diangkut ke tempat penampungan sementara stock pile. Bentonit dalam bentuk bongkahan atau lepas, baik
dalam kondisi basah maupun kering, dilakukan penirisan dan pengeringan. Kemudian dimasukkan ke dalam reaktor aktivasi dengan menambahkan air
dan asam sulfat. Langkah selanjutnya adalah pencucian untuk menghilangkan kotoran-kotoran yang melekat pada mineral montmorilonit untuk selanjutnya
akan masuk ke dalam thickener. Media pemisahannya adalah air. Setelah itu, akan masuk ke dalam proses penyaringan dan dilakukan pengeringan.
Bentonit yang telah kering dimasukkan ke proses penggerusan untuk mendapatkan ukuran butiran kurang lebih 200 mesh.
2. Bentonit sebagai Katalis
Minto Supeno: Bentonit Alam Terpilar Sebagai Material Katalis Co-Katalis Pembuatan Gas Hidrogen Dan Oksigen Dari Air, 2007. USU e-Repository © 2008
35
Penggunaan lempung sebagai katalis telah lama diperkenalkan, yaitu pada proses perengkahan minyak bumi dengan menggunakan mineral
montmorillonit yang telah diasamkan. Namun, penggunaan lempung sebagai katalis memiliki kelemahan, yaitu tidak tahan terhadap suhu tinggi. Oleh
karena itu diperkenalkan jenis material baru lempung terpilar yang memiliki stabilitas termal relatif lebih tinggi dari material asal.
3. Bentonit sebagai Bahan Penukar Ion Pemanfaatan bentonit sebagai bahan penukar ion didasarkan pada
sifat permukaan bentonit yang bermuatan negatif, sehingga kation-kation dapat terikat secara elektrostatik pada permukaan bentonit. Sifat ini juga
merupakan hal yang penting dalam pengubahan Ca–bentonit menjadi Na– bentonit. Bentonit di Indonesia memiliki daya penukar kation dengan ukuran
kapasitas tukar kation KTK yang berbeda-beda untuk masing-masing daerah, yaitu berkisar antara 50–100 meq 100 g. Hal ini disebabkan karena perbedaan
komposisi kandungan kimianya. 4. Bentonit sebagai Lumpur Bor
Penggunaan utama mineral lempung adalah pada industri lumpur bor, yaitu sebagai lumpur pemilar dalam pengeboran minyak bumi, gas bumi,
serta uap panas bumi. Bentonit yang telah ditambang, dipersiapkan untuk proses
pengolahan, di mana jika kondisinya masih basah, harus ditiriskan terlebih dahulu sedangkan jika kondisinya telah kering maka dapat langsung dilakukan
penghancuran. Setelah mencapai ukuran tertentu maka dilakukan proses
Minto Supeno: Bentonit Alam Terpilar Sebagai Material Katalis Co-Katalis Pembuatan Gas Hidrogen Dan Oksigen Dari Air, 2007. USU e-Repository © 2008
36
pengeringan kembali, di mana sumber panas untuk pengeringan tersebut berasal dari energi listrik. Setelah butiran bentonit sesuai dengan ukuran
tertentu maka dimasukkan ke dalam reaktor untuk proses aktivasinya. Dalam hal ini, fraksi pasir harus dihilangkan untuk mempertinggi kualitas bentonit
sebagai lumpur pengeboran. Ke dalam reaktor aktivasi dimasukkan sejumlah air dan H
2
SO
4
. Setelah proses ini selesai maka dilakukan pengeringan kembali dengan sumber panas dari energi listrik. Tahap berikutnya adalah penggerusan
untuk mencapai ukuran butiran halus bentonit 200 mesh sebelum dimasukkan ke dalam siklon. Hasil siklon berupa produk dicampur dengan
karbosil metil selulosa CMC dan ditampung di silo. Aktivasi bentonit untuk lumpur bor adalah merupakan suatu
perlakuan untuk mengubah Ca–bentonit menjadi Na–bentonit dengan penambahan bahan alkali. Bahan alkali yang umum digunakan adalah natrium
karbonat dan natrium hidroksida. Dengan perubahan tersebut diharapkan sifat hidrasi, dispersi, reologi, swelling, dan lain-lain akan berubah, sehingga dapat
dimanfaatkan sebagai bahan lumpur bor. Persyaratan bentonit untuk lumpur bor menurut API American
Petroleum Institute adalah sebagai berikut: •
Kekentalan suspensi bentonit untuk 10 g dalam 350 ml air adalah 15. •
Dapat lewat melalui penyaringan melalui kertas saring filter, yakni untuk larutan 10 g dalam 350 ml air harus lebih kecil dari 15 ml.
• Sisa tertampung oleh ayakan 200 mesh adalah 2,5 .
• Kandungan uap air kelembaban adalah 12 .
Minto Supeno: Bentonit Alam Terpilar Sebagai Material Katalis Co-Katalis Pembuatan Gas Hidrogen Dan Oksigen Dari Air, 2007. USU e-Repository © 2008
37
Sementara persyaratan bentonit untuk lumpur bor menurut OCMA Oil Companies Materials Association adalah sebagai berikut:
• Kekentalan suspensi bentonit untuk 6,5 g dalam 100 ml air adalah 15.
• Dapat lewat melalui penyaringan melalui kertas saring filter, yakni untuk
larutan 6,5 g dalam 100 ml air harus lebih kecil dari 15 ml. •
Sisa tertampung oleh ayakan 200 mesh adalah 15 . •
Sisa tertampung oleh ayakan 100 mesh keadaan basah adalah 2,5 . •
Sisa tertampung oleh ayakan 100 mesh keadaan kering adalah 98 . •
Kandungan uap air kelembaban adalah 15 . 5. Bentonit sebagai Bahan Konstruksi Bangunan
Kepulauan Indonesia sebagaimana pada umumnya berada di daerah tropis, mempunyai bermacam–macam jenis tanah, di antaranya
mempuyai sifat yang kurang baik. Di antaranya sifat fisik, seperti plastisitasnya tinggi, degradasi kurang baik, akibatnya sifat teknik yang
dimiliki juga menjadi kurang baik, seperti daya dukungnya yang rendah. Seperti yang telah diketahui, tanah merupakan bahan konstruksi dalam
bangunan sipil. Namun yang tersedia tidak terlalu seperti yang diharapkan. Bentonit merupakan salah satu jenis lempung yang banyak terdapat di
beberapa wilayah di Indonesia. Bentonit mempunyai sifat fisik dan sifat teknik yang buruk jika digunakan sebagai bahan konstruksi. Bentonit juga bersifat
ekspansif, yaitu mempunyai kemampuan mengembang cukup besar bila kondisinya jenuh akibat “Compressibility”-nya tinggi dan sulit
Minto Supeno: Bentonit Alam Terpilar Sebagai Material Katalis Co-Katalis Pembuatan Gas Hidrogen Dan Oksigen Dari Air, 2007. USU e-Repository © 2008
38
memadatkannya, sehingga bentonit jenuh ini tidak akan mampu memukul gaya-gaya yang bekerja padanya.
Pemakaian bentonit sebagai bahan konstruksi bangunan haruslah dikombinasikan dengan suatu bahan tertentu untuk memperbaiki sifat-sifat
bentonit tersebut sebelum digunakan. Salah astu bahan yang dapat digunakan adalah kapur yang merupakan sisa atau limbah industri gas asetilen. Limbah
pada proses pengolahan asetilen berbentuk butiran halus yang masih mengandung air. Secara fisik, limbah ini menyerupai kapur sedangkan secara
kimia, limbah ini mengandung oksida-oksida logam dan persenyawaan kimia lainnya.
Berdasarkan sifat fisik dan komposisi kimianya, limbah ini dapat digunakan sebagai bahan aditif kimia dalam stabilitas tanah. Karena dengan
kandungan: 70,90 kalsium hidrat; 0,31 magnesium oksida; 0,66 silika; 2,56 alumina; 1,76 besi oksida; pH 12,5; dan kadar air 3,76 , maka
limbah ini memenuhi syarat untuk dapat digunakan sebagai bahan alternatif pengganti kapur yang merupakan salah satu bahan aditif kimia yang
digunakan untuk stabilisasi tanah. 6. Bentonit sebagai Bahan Perekat Pasir Cetak
Untuk keperluan pasir cetak, teknik pengolahannya cukup sederhana, yaitu:
Bentonit yang telah ditambang, dipersiapkan untuk proses pengolahan, di mana jika kondisinya masih basah, maka perlu dilalukan penirisan untuk
mengurangi kadar airnya. Sedangkan jika kondisinya telah kering, maka telah
Minto Supeno: Bentonit Alam Terpilar Sebagai Material Katalis Co-Katalis Pembuatan Gas Hidrogen Dan Oksigen Dari Air, 2007. USU e-Repository © 2008
39
siap untuk dilakukan pengeringan selanjutnya di mana sumber panas berasal dari energi listrik.
Tahap berikutnya adalah penggerusan untuk memperkecil ukuran butiran sampai 200 mesh. Hasil penggerusan ini diproses lebih lanjut di dalam siklon.
Setelah proses siklon selesai maka bentonit sebagai bahan perekat pada pembuatan pasir cetak disimpan di silo.
7. Bentonit untuk Pembuatan Tambahan Makanan Ternak Urea Mollases Block Untuk dapat digunakan dalam pembuatan tambahan makanan
ternak, bentonit harus memenuhi persyaratan sebagai berikut: •
Kandungan bentonit yang digunakan dalam pembuatan tambahan makanan ternak 30 .
• Ukuran butiran bentonit adalah 200 mesh.
• Memiliki daya serap 60 .
• Memiliki kandungan mineral montmorilonit sebesar 70 .
8. Bentonit untuk Industri Kosmetik Untuk dapat digunakan dalam industri kosmetik, bentonit harus
memenuhi persyaratan sebagai berikut: •
Mengandung mineral magnesium silikat Ca–bentonit. •
Mempunyai pH netral. •
Kandungan air dalam bentonit adalah 5 . •
Tidak mengalami perubahan panas selama dan setelah pemanasan. •
Ukuran butiran bentonit adalah 325 mesh.
Minto Supeno: Bentonit Alam Terpilar Sebagai Material Katalis Co-Katalis Pembuatan Gas Hidrogen Dan Oksigen Dari Air, 2007. USU e-Repository © 2008
40
Secara umum dapat dikemukakan bahwa mineral montmorilonit termasuk ke dalam kelompok smektit. Beberapa mineral yang termasuk ke dalam
kelompok ini adalah beidelit, hektorit, dan stevensit. Pada praktiknya, komposisi montmorilonit itu sendiri adalah berbeda
dari bentonit yang satu dengan bentonit yang lain dan kandungan elemennya bervariasi tergantung pada proses pembentukannya di alam. Setiap struktur kristal
montmorilonit mempunyai 3 tiga lapisan utama, yaitu lapisan oktahedral dari lapisan aluminium dan oksigen yang terletak di antara 2 dua lapisan silikon dan
oksigen. Kandungan air kristalnya juga bervariasi sehingga jarak antar partikelnya dapat berubah-ubah, sehingga dapat mengembang swelling. Adapun rumus
umum kimia dari montmorilonit itu sendiri, yaitu: [Al
2
O
3
.4SiO
2
.xH
2
O]. Molekul montmorilonit terdiri dari lapisan-lapisan yang berjarak beberapa Amstrong. Salah
satu lapisan berbentuk silika terkoordinasi dan dikombinasikan dengan lapisan alumina dan magnesia yang oktahedral.
Partikel montmorilonit sangatlah kecil sehinngga strukturnya hanya dapat disimpulkan melalui penelitian menggunakan Difraksi Sinar-X X-Ray
Difraction. Gambar 2.6 di bawah ini menunjukkan sketsa diagram dari struktur
montmorilonit. Kation yang dapat dipertukarkan dapat terjadi di antara lapisan silika dan ruang sumbu alumino silikat dari montmorilonit tersebut yang terhidrasi
sempurna tergantung pada ukuran kation-kation antar lapisan.
Minto Supeno: Bentonit Alam Terpilar Sebagai Material Katalis Co-Katalis Pembuatan Gas Hidrogen Dan Oksigen Dari Air, 2007. USU e-Repository © 2008
41
Gambar 2.6. Sketsa Diagram Struktur Montmorilonit Cool, P., 2002
2.2.6. Hidrasi pada Mineral Montmorilonit