PEMBUATAN PIGMENT TITANIUM DIOKSIDA (TIO2) DARI ILMENITE (FETIO3) SISA PENGOLAHAN PASIR ZIRCONDENGANPROSES BECHER - Diponegoro University | Institutional Repository (UNDIP-IR)
Jurnall Teknologi
Te
Kimia dan Industri, Vol. 2, No. 4, Tahu
ahun 2013, Halaman 110-116
Online di: http://ejournal--s1.undip.ac.id/index.php/jtki
PEMBUATAN PIGMENT
NT TITANIUM DIOKSIDA (TIO2) DARI
DA ILMENITE
(FETIO3) SISA PENGOLA
LAHAN PASIR ZIRCONDENGANPR
PROSES BECHER
Mohammad Taufi
ufik Mohar1, Dewi Fatmawati1, Setia Budi Sason
ongko1*)
1
Jurusan Tekni
knik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Diponego
goro
Jl. Prof. Soedarto,, K
Kampus UNDIP Tembalang, Semarang 50239, Indonesia
In
Abstract
Indonesia is a country that has a lott oof Ilmenite (FeTiO3), but as yet only plays the role of an exporter of this important
raw material. The exact conditions for proc
rocessing Ilmenite into products for sand proficiencyy le
levels as well as industrial raw
material pigments are not yet known. Impr
mproved grade of titanium dioxide as a separation pr
process should be supported by
research on natural raw material sources
es that can be used. One raw material is waste zircon
con sand in Central Kalimantan
(Borneo), which contains 80-90% of Ilmeni
enite. The purpose of this research was to determinee the
t effect of aeration time and
concentration of salt catalyst (NH4Cl) onn the
th transformation rate of iron (Fe) into iron oxidee (Fe
( 2O3), where iron oxide and
titanium dioxide was separated by acid leaching
lea
process to produce pure titanium dioxide.. Th
The titanium oxide purification
process adopted from Becher process which
ich is the process of oxidation, reduction, aeration, leach
aching, stripping, and calcination.
In this experiment, the fixed variables used
ed were time of oxidation and reduction of 3 hours and
nd time of calcination of 3 hours.
The changing variables used were aeration
on time of 2, 4, 6, and 8 hours; and concentration of sal
salt catalyst (NH4Cl) of 1%, 2%,
and 3%. XRD (X-ray Diffraction) qualitativ
tive analysis and GSAS (General Structure Analysis System)
Sy
quantitative analysis on
the results showed an increase in TiO2 conte
ntent on all the variables. The process of increasing TiO2 content at a variable of 1%
NH4Cl gave the best result. The greater the concentration of NH4Cl catalyst, the smaller the TiO2 increase. The best time for
improving the grade of TiO2 was 4 hours,
s, proven
p
by a very effective transformation of Fe into
to Fe2O3. The result of research
gave a potential concentration of titanium
m dioxide
d
was 45.86% with aeration process time of 4 hoursand
h
NH4Cl concentration
of 1%.
Keywords : TiO2; Ilmenite; Aeration proces
cess; NH4Cl; Becher process
1. PENDAHULUAN
Kebutuhan titanium dioksida (TiO2) di Ind
ndonesia semakin
tinggi sehingga berdampak pada pertumb
mbuhan ekonomi
dalam negeri. Untuk itulah harus dicarika
ikan jalan keluar
agar jumlah impor TiO2 ini dapat kita kurangi
k
dengan
mencari alternatif lain yaitu memproduks
ksi TiO2 dengan
memanfaatkan pasir ilmenite (FeTiO3) yang ada di
Indonesia. Mineral ilmenite banyak terdap
apat dalam hasil
samping penambangan timah di Pulau Bangka
B
dengan
kandungan ilmenite hingga 90% dan jugaa dalam
d
pasir besi
di pantai selatan Jawa Tengah dengan kan
andungan Ilmenit
hingga 6% (Hendratno 1999; Sumardi 199
999). Kandungan
titanium pada ilmenite dapat direaksikan de
dengan beberapa
bahan aditif lain dan dapat menghasilkann ssifat baru yang
sangat baik untuk aplikasi ilmenite.
Penggunaan titanium dioksida (TiO2) sinte
ntetis baik dalam
bentuk tetragonal rutile ataupun anatasee sangat banyak
dipakai dalam industriantara lain sebagai pigment
pig
pemutih,
pigmen warna superior (warna putih), bahan
an utama keramik
untuk elektronik (BaTiO3), bahan baku untuk
un
pembuatan
TiO2 polimeric precursor yang sangatt penting untuk
pembuatan bahan-bahan keramik maju
aju, antara lain
pelapisan optik (film-optic), bahan electro-ooptik dan bahan
komposit polimer ceramik (Ceramer) (Fadli
li A, 2004).
Metode
peningkatan
kemurnian
titanium
dioksidadiantaranya adalah
lah leaching dengan sulfat
yaituproses becher, proses sulfat
su
yang diperbaiki oleh BHP
Biliton, proses termoklorida
da, proses leaching klorida, dan
proses kaustik (soda) (Zhang
ng, 2011). Proses becher sebagai
salah satu proses yang sudah
ah di terapkan di Negara-negara
maju seperti Australia, Amer
erika dan China. Oleh karena itu,
pembuatan pabrik TiO2 sangat
sa
penting diterapkan di
Indonesiauntuk
mengetah
tahui
kondisi
prosesyang
potensialsesuai dengan baha
ahan baku pasir ilmenite yang
berasal dari Indonesia (Kalimantan
(K
tengah), hal ini
dikarenakan sumber bahan
an baku yang melimpah dan
industri cat yang sedang ber
erkembang. Pemurnian Ilmenite
mempunyai keuntungan yyang lebih karena Selain
menghasilkan pigment TiO
iO2, hasil samping proses yang
berupa Fe2O3 juga dapat men
enjadi pigment berwarna merah.
Kemurnian kandungan TiO2 yang tinggi didapatkan dengan
pemisahan Besi dan TiO2 yang
y
sempurna. Setelah proses
pemisahan, besi perlu dihila
ilangkan dengan mengubah besi
menjadi besi oksida lalu
lu dihilangkan dengan proses
leaching asam (H2SO4) untuk meningkatkan TiO2.
Penelitian pengolahan Ilme
lmenite dengan proses becher
pernah dilakukan oleh Justin
tin Mark Ward pada tahun 1999
dengan variasi katalis. Dar
ari hasil penelitian disebutkan
bahwa katalis NH4Cl merup
rupakan katalis yang paling baik
110
*) Penulis Penanggung Jawab
Jurnall Teknologi
Te
Kimia dan Industri, Vol. 2, No. 4, Tahu
ahun 2013, Halaman 110-116
Online di: http://ejournal--s1.undip.ac.id/index.php/jtki
untuk proses aerasi besi menjadi Fe2O3 sehingga
s
terjadi
peningkatan kemurnian TiO2 yang signifika
ikan dalam proses
aerasi. Oleh karena itu kami menggunakan
an proses Becher
dalam meningkatkan kemurnian TiO2 dengan variasi
konsentrasi katalis NH4Cl dan waktu pperubahan besi
menjadi besi oksida, sehingga didapatkan konsentrasi
ko
yang
sesuai untuk menghasilkan TiO2.
Dalam penelitian ini akan dikaji cara
ara memisahkan
TiO2dengan Fe pada bahan baku Ilmenite
ite (FeTiO3) sisa
pasir zircon yang berasal dari Kalima
imantan Tengah,
menganalisa kandungan TiO2 padaperubah
bahan konsentrasi
katalis NH4Cl dan waktu aerasi pada pros
roses oksidasi Fe,
variabel yang paling potensial, konstanta kkecepatan reaksi
pada tiap konsentrasi katalis NH4Cl, da
dan yield yang
dihasilkan.
2. BAHANDAN METODE
Bahan Baku
Bahan baku berupa ilmenitesisa pasir zircon
on yang berada di
Kalimantan tengah. Bahan karbon yangg dipakai untuk
proses reduksi berupa karbon batubara (coal
oal) yang di ambil
dari provinsi banten. Sulfur, H2SO4, dan NH
N 4Cl diperoleh
dari toko kimia di daerah Tangerang Selatan
tan.
Preparasi Bahan Baku
Bahan baku Ilmenite, carbon, dan sulfur di milling didalam
disc mill dan dilakukan sieving dengan ukura
uran ≤ 200 Mesh.
Hasil sievingbahan baku Ilmenite dikarak
akterisasi dengan
XRD untuk mengetahui secara kualitatif
if dan kuantitatif
kandungan bahan baku untuk diproses. Hasi
asil Analisa XRD
bahan baku : FeTiO3 87,75%, ZrSiO4 12,25%
5%.
Proses Reduksi
Hasil mixing kemudian di masukan
m
kedalam tube stainless
steel lalu dimasukan ke dal
alam tubular furnacepada suhu
1200 oC selama 3 jamtanpa
pa diberikan Oksigen (tertutup)
dan diberikan gas inert (A
(Argon). Proses reduksi Besi
Oksida akan menghasilkann besi
b
logam (Fe) yang bersifat
magnet kuat.
Fe2O3·TiO2(s)+3CO(g) → 2 Fe(s) + 2TiO2(s) + 3CO2(g)
(Zhang, 2011)
Proses Aerasi pada reaktor
or Bubble Batch
Hasil reduksi di milling kembali
ke
didalam disc mill dan
dilakukan sieving dengan ukuran
uku
≤325 Mesh. Hasil sieving
kemudian ditimbang seba
banyak 100gr/sampel, jumlah
variabel adalah 12 sehinggaa dibutuhkan
d
1,2 kg hasil reduksi
yang sudah berukuran ≤325 Mesh. Buat larutan ammonium
klorida sesuai dengan variab
iabel ubah yaitu : 1%, 2%, dan
3%. Masukan 100 gr hasil
il reduksi
r
yang sudah berukuran
325 mesh ke dalam beaker
ker glass (reaktor) yang berisi
larutan ammonium kloridaa sesuai dengan variabel ubah
dengan penambahan udara
ra yang sudah terinstalasi di
berikan melalui kompresor.. Terjadi
T
agitasi di dalam reaktor
sehingga besi akan semakin
in cepat
c
berkarat dan mengendap
ke bawah menjadi partikel yang
ya sangat halus.
2Fe (s) + 3/2 O2 (g) → Fe2O3(Zhang, 2011)
Proses Aerasi dilakukan sesu
esuai variabel konsentrasi katalis
garam NH4Cl 1%, 2% dann 3%
3 selama 2, 4, 6 dan 8 Jam
dengan Volume larutan 7000 m
ml pada suhu 80oC.
Proses Oksidasi
ukkan bahan baku
Proses oksidasi dilakukan dengan memasukk
ilmenite≤ 200 Mesh ke dalam tube stainl
inless steel yang
berukuran H = 16 cm, ID= 3.65 cm kemudi
udian dimasukkan
ke tubular furnacepada suhu 1200 oC selam
ama 3 jam dengan
proses terbuka agar oksigen masuk ke
kedalam tubular
furnacesehingga dihasilkan senyawa pseudobrookite
(Fe2TiO5).
4 FeTiO3 (s) + O2 (g) → 2 Fe2O3·TiO2 (s) + 2 TiO2 (s)
(Zhang, 2011)
Proses Mixing
Hasil oksidasi kemudian di milling kemba
bali didalam disc
mill dan dilakukan sieving dengan ukuran
an ≤ 200 Mesh.
Hasil sieving di campurkan dengan karbonn ssebanyak 18,03%
dan sulfur sebanyak 5% dari berat Ilmeni
enite didalam V
shaped mixer selama 45 menit.
Gambar 1. Gambar Rang
angkaian Alat Proses Aerasi
Proses Leaching
Hasil reaksi pada Aerasi
si dilanjutkan dengan proses
penghilangan Fe2O3 denga
nganmelakukan leaching asam
dalam larutan H2SO40,5 M pada suhu 90 oC selama 90
menit. Larutan tersebut dis
disaring dan didapatkan filtrat
tersebut adalah Fe2(SO4)3 dan
an padatan tersebut adalah TiO2.
(S 4)3(aq) + 3H2O(l)
Fe2O3(s) + 3H2SO4(aq)→ Fe2(SO
(Zhang, 2011)
111
*) Penulis Penanggung Jawab
Jurnall Teknologi
Te
Kimia dan Industri, Vol. 2, No. 4, Tahu
ahun 2013, Halaman 110-116
Online di: http://ejournal--s1.undip.ac.id/index.php/jtki
Proses Striping
Hasil padatan dari leaching asam adalah Ti
TiO2 yang masih
banyak mengandung asam sehingga haru
arus di larutkan
dengan aquades agar sifat asam hilang, pad
adatan dilarutkan
dalam aquadest dengan volume 800 ml. Lar
arutan didiamkan
selama 1 hari hingga padatan terpisah dan
an mengendap ke
bawah.
presentase TiO2
47
45
43
41
1% NH4Cl
39
2% NH4Cl
37
3% NH4Cl
35
2 Jam
Proses Kalsinasi
c
porselen,
Padatan hasil striping dimasukan kedalam cawan
dandilakukan kalsinasi dalam furnace denga
ngan suhu 800 oC
selama 3 jam. Timbang berat akhir padatan
an hasil kalsinasi.
Analisis hasil kalsinasi yang telah ditimban
ang berat dengan
menggunakan XRD.
Metode Analisis
Analisa Hasil dilakukan dengan alat instru
trumentasi X-Ray
Difraction (XRD) Shimadzu 7000 di Badan
an Tenaga Nuklir
Nasional (BATAN) Pusat Penelitian Ilmu Pe
Pengetahuan dan
Teknologi (PUSPIPTEK)Serpong, Tange
ngerang Selatan.
Proses hasil analisis dilakukan dengan cara
ara kualitatif dan
kuantitatif.
Analisa
kualitatif
dilaku
akukan
dengan
mencocokan hasil peak dari XRD lalu di samakan
sam
peaknya
dengan jenis mineral yang sama, dilakukann dengan
d
bantuan
software Match yang dilengkapi dengan ddatabase kristal.
Analisa kuantitatif menggunakan software
re GSAS (general
structure analysis system) dengan kalib
librasi parameter
material (kisi, sudut, dan ordinat kristal) terle
erlebih dahulu.
8 Jam
entase TiO2 pada Waktu Aerasi
Grafik 1. Pengaruh Persent
Salah satu proses yang me
meningkatkan kandungan TiO2
adalah kesempurnaan pemisa
isahan antara TiO2 dengan besi
(Fe), oleh karena itu proses
ses oksidasi besi harus berjalan
sempurna yang selanjutnyaa ak
akan di leaching dengan H2SO4.
Faktor yang mempengaruh
uhi laju oksidasi besi adalah
kelarutan oksigen.Oksigen yang
ya terlarut akan menyebabkan
terjadinya korosi pada be
besi. korosi pada besi akan
bertambah dengan meningkat
katnya kandungan oksigen dalam
air. Kelarutan oksigen dalam
lam air merupakan fungsi dari
tekanan, temperatur dan kand
andungan klorida. Untuk tekanan
1 atm dan temperatur kamar
ar, kelarutan oksigen adalah 10
ppm dan kelarutannyaa akan berkurang dengan
bertambahnya temperatur da
dan konsentasi garam (Junaidi,
2012).Penambahan Ammoniu
nium Klorida lebih dari 1% akan
menghambat reaksi Aerasi
asi. Hal ini juga dikarenakan
semakin tinggi konsentrasii A
Ammonium maka akan semakin
rendah kadar oksigen yang
ya
terlarut dalam proses
pengkaratan tersebut (Walter
ter Hoecker, 1997).
terhadap
terhadap
Grafik1 menunjukan bahwa penambahan
an katalis NH4Cl
yang berlebih justru mengurangi Persentase
tase TiO2. Hal ini
dikarenakan
penambahan
NH4Cl
y
yang
berlebih
mengakibatkan kandungan oksigen did
didalam larutan
semakin kecil sehingga mempengaruhi terbentuknya
ter
besi
oksida (Fe2O3) yang selanjutnya akan dipi
ipisahkan dengan
proses leaching. Pada proses aerasi, NH4Cltidak beraksi
dengan Fe dan TiO2akan tetapi berfungsi
si sebagai katalis
karena laju korosi akan semakin cepa
epat ketika ada
penghantar electron didalamnya seperti NH4
H4+ dan Cl- yang
berfungsi untuk mencegah pasivasi. Na
Namun demikian
penggunaan larutan NH4Cl harus sesuai
s
dengan
konsentrasinya yaitu pada kondisi konsentr
ntrasi rendah 1 %
yang mana akan lebih menguntungkan dalam
alam proses aerasi
(Paten US, 1997).
32
Presentase Fe2O3
NH
H4Cl
6 Jam
Waktu Aerasi
Pengaruh Waktu dan Katalis NH4Cl
Persentase Fe2O3pada Prose
oses Aerasi
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengaruh Waktu dan Katalis
Persentase TiO2 pada Proses Aerasi
4 Jam
30
28
26
1% NH4Cl
24
2% NH4Cl
22
3% NH4Cl
20
2 Jam
4 Jam
6 Jam
Waktu
ktu Aerasi
Aera
8 Jam
Pengkaratan mengacu pada
da proses di mana oksida besi
mengendap di dalam pori-por
pori ilmenite sehingga kadar total
zat besi tinggi dalam produkk rutile
r
sintetik (TiO2).
2Fe 2Fe2+ + 4eO2 + 2H2O + 4e-
4OH-
Grafik 2. Pengaruh Persen
sentase Fe2O3 pada Waktu Aerasi
Dapat dilihat pada grafik 2 bahwa setiap jam akan terjadi
penurunan persentase Fe2O3. Fe2O3yang terdapat pada hasil
akhir proses adalah Fe yang
ng tidak berubah menjadi Fe2O3
pada saat reaksi di reaktor
tor bubble batch sehingga saat
112
*) Penulis Penanggung Jawab
Jurnall Teknologi
Te
Kimia dan Industri, Vol. 2, No. 4, Tahu
ahun 2013, Halaman 110-116
Online di: http://ejournal--s1.undip.ac.id/index.php/jtki
proses kalsinasi Fe, Fe berubah menjadi Fe2O3. Dari grafik
2, dapat disimpulkan bahwa pada waktu 4 jam Fe sudah
tidak signifkan bereaksi menjadi Fe2O3. Sehingga
S
dapat
dilihat perancangan yang optimum pada proses
pr
di reaktor
batch adalah 4 jam. Pada pemilihan kons
onsentrasi katalis,
konsentrasi katalis yang paling efektif ada
dalah konsentrasi
katalis NH4Cl sebesar 1%.
larut terjadi dalam
Proses oksidasibesi (Fe) oleh oksigen terlaru
larutan NH4Cl encer. Amonium klorida
rida memberikan
manfaat dalam peningkatan laju korosi
si besi, tindakan
pengikatan NH4+ ini sangat penting un
untuk mencegah
pasivasi (Mandyczewsky, 1997). Ion am
amonium mampu
menghapus lapisan pasif udara yang terbent
entuk pada logam
besi selama proses aerasi.
Ammonium klorida ditambahkan sebagai
gai katalis untuk
mempercepat proses aerasi. Pengaruh ion
on amonium dan
klorida tentu saja sangat relevan dengann proses Becher.
Dalam proses aerasi, besi teroksidasi cepatt menjadi
m
ion besi
komplek dengan penambahan ammonium
m dan kemudian
keluar dari pori-pori (Kim et al, 1997). Mole
olekul ammonium
berinteraksi langsung dengan atom besi untuk
un
menghapus
lapisan aktif yang terbentuk di permukaan
an besi, sehingga
kadar total komponen besi tinggi (pembbentukan korosi
tinggi).
Plot Konversi Besi (Fe) sebagai fungsi wak
aktu ditunjukkan
pada grafik 3.Dapat dilihat setiap jam reaksi
ksi maka konversi
akan terus meningkat, akan tetapi terja
rjadi pelambatan
setelah 4 jam dan mulai stabil. Dari grafik
fik tersebut dapat
dilihat peningkatan konversi yang tajam pada
p
saat reaksi
berlangsung selama 4 jam. katalis yang efektif
efe
digunakan
adalah dengan komposisi 1% NH4Cl.
0.7
Konversi Fe (Xfe)
0.6
0.5
1% Katalis
NH4Cl
0.3
2% Katalis
NH4Cl
0.2
3% Katalis
NH4Cl
0.1
0
0 jam
2 jam
4 jam
6 jam
8 jam
ja
Waktu Aerasi
Grafik 3. Hubungan Konversi Fe deng
ngan Waktu
Konversi (XFe) =
2Fe + O2
Fe2O3
Pada reaksi di reaktor, Fe bereaksi menjadi Fe2O3 lalu di
leaching dengan H2SO4 sehin
hingga Fe2O3 akan hilang karena
berekasi menghasilkan seny
enyawa Fe2(SO4)3. Pada akhir
proses, Fe yang masih belum
um berubah menjadi Fe2O3 masih
berada pada padatan yang bbasah (padatan hasil leaching)
yang kemudian dicuci
ci dengan aquades untuk
menghilangkan sisa asam yang
ya masih tersisa. Fe2O3 akan
kembali terbentuk ketika pro
roses kalsinasi pada suhu 800oC
dilakukan. Sehingga hasil ak
akhir Fe2O3 merupakan Fe sisa
yang tidak bereaksi di dalam
m reaktor.
Hasil analisa GSAS XRD
RD dapat dinyatakan dalam
persentase, sedangkan berat
ber
awal dan akhir sudah
ditimbang, sehingga diketahu
hui berat awal dan akhir (setelah
reaksi).
Tabel 1. Jumlah Massaa ((gr) Sampel akhir (produk)
Pengaruh Waktu Aerasi terhadap Konver
versiFe
0.4
Dari Persamaan (1) di
d sebutkan bahwa konversi
diperoleh dari berat Fe yang
y
bereaksi dibagi dengan
banyaknya berat Fe mula-m
mula, dimana Fe yang bereaksi
merupakan berat besi mula-m
mula dikurangi besi sisa. Berat
Fe sisa dapat dihitung dari
ri jumlah Fe2O3 yang terbentuk
pada hasil kalsinasi dengann m
menganggap reaksi yang terjadi
adalah sempurna.
(1)
Konsentrasi
Komposisi
NH4Cl
TiO2 Rutile
ZrSiO4
1%
Fe2O3
Fe2O3.TiO2
∑
TiO2 Rutile
ZrSiO4
2%
Fe2O3
Fe2O3.TiO2
∑
TiO2 Rutile
ZrSiO4
3%
Fe2O3
Fe2O3.TiO2
∑
2 Jam
J
30,
30,727
10,
10,237
22,
22,354
10,
10,652
73,
73,970
36,
36,495
9,
9,974
25,
25,707
13,
13,513
85
85,69
34,
34,561
9,
9,288
24,
24,286
14,
14,865
83,
83,000
BERAT (gr)
4 Jam
6 Jam
37,369 34,978
8,568 11,154
17,763 16,865
17,820 15,553
81,520 78,553
36,684 33,276
13,305 12,160
24,192 21,623
16,020 14,661
90,200 81,720
33,958 32,450
13,133 15,007
23,431 23,249
14,098 14,175
84,620 84,880
Prediksi Model Kinetika Reaksi
Re
Pada proses oksidasi besi reeaksidimungkinkan terjadi pada
fase gas (udara O2) dan fase
se solid (Fe), akan tetapi menurut
Lascaray (1949) reaksi pada
da fase solid lah yang dominan
sehingga kinetika reaksi ditentukan
dite
oleh kecepatan difusi
gas ke dalam fase solid dan
an reaksi antara gas dan solid di
fase solid yang dapat disajikan
dis
ke dalam persamaan
kecepatan proses
Fe + ¾ O2 ½ Fe2O3
½C
A + ¾B
Kecepatan difusi gas ke fase
ase solid:
-rB = kb (CB* - CB1) mgre
grek/gsolid/menit
*) Penulis Penanggung Jawab
8 Jam
36,316
12,207
17,651
16,306
82,480
33,477
13,123
21,833
14,677
83,110
29,403
13,833
20,396
13,949
77,580
(2)
113
Jurnall Teknologi
Te
Kimia dan Industri, Vol. 2, No. 4, Tahu
ahun 2013, Halaman 110-116
Online di: http://ejournal--s1.undip.ac.id/index.php/jtki
Dengan :
se
dengan
CB* = konsentrasi gas di fase solid yang seimbang
konsentrasi gasdifasesolid atau CB*=k
=k CB2
CB1 = konsentrasi gas di fase solid , mgrek / g solid
CB2 = konsentrasi gas di fase gas
kb = konstanta kecepatan difusi gas ke fase
ase solid, menit-1
Kecepatan reaksi di fase solid:
rB = rA = k1 CA CB1
dengan : CB1 = konsentrasi gas di fase solid
CA= konsentrasi solid (Fe)
(3)
Untuk mencari langkah yang mengontrol
rol pada kinetika
reaksi, disusun neraca massa gas dan neraca
aca massa solid di
fase solid sebagai berikut :
= kb (CB* - CB1) – k1 CA CB1
(4)
Bila jumlah gas berlebihan dan transfer mas
assa gas ke fase
solid sangat cepat, maka fase solid diangga
ggap selalu jenuh
dengan gas, maka CB1 = CB*yang bernilai
ilai konstan pada
suhu tertentu,
(5)
= – k1 CA CB1
Karena udara yang diberikan berlebihan
an, maka reaksi
menjadi orde 1 semu, k1 CB1 = k’ sehinggaa :
= -k’ CA
(6)
(7)
(8)
ln#1 X&
(9)
ln#1 X&
(10)
y ( )
dimana:
k’ = konstanta kecepatan reaksi orde satu
atu semu, 1/jam
t = waktu reaksi, jam
(Le
Levenspiel, 1999)
2
4
6
8
0,493
0,511
0,515
0,575
k
kecepatan reaksi orde
Dari tabel2, diperoleh hasill konstanta
satu semu sebagai berikut:
k’ Fe pada variabel NH4Cl
C 1% = 0,113995/jam
k’ Fe pada variabelNH4Cl 2% = 0,087379/jam
k’ Fe pada variabel NH4Cl
C 3% = 0,087785/jam
Variabel yang Potensial
Pada Tabel 3 menunjukkan
an bahwa kondisi yang paling
potensial terdapat pada variabel
var
4 jam dengan katalis
NH4Cl 1% karena mengandu
ndung 45,84% TiO2. Berat awal
sama dengan variabel lainn yaitu 100 gr dan berat akhir
setelah proses adalah 81,522 gr,
g terlihat dari tabel 1 variabel
4 jam dengan katalis NH4Cll 11%.
ampel Ilmenite hasil Akhir
Tabel 3. Persentase Sam
Konsentrasi Komposisi
NH4Cl
TiO2Rutile
1%
ZrSiO4
Fe2O3
Fe2O3.TiO2
TiO2Rutile
2%
ZrSiO4
Fe2O3
Fe2O3.TiO2
TiO2Rutile
3%
ZrSiO4
Fe2O3
Fe2O3.TiO2
2 Jam
Ja
41
41,54
13
13,84
30
30,22
14
14,40
42
42,59
11
11,64
30
30,00
15
15,77
41
41,64
11
11,19
29
29,26
17
17,91
Persentase (%)
4 Jam
6 Jam
44,53
45,84
10,51
14,20
21,79
21,47
21,86
19,80
40,67
40,72
14,75
14,88
26,82
26,46
17,76
17,94
40,13
38,23
15,52
17,68
27,69
27,39
16,66
16,70
8 Jam
44,03
14,80
21,40
19,77
40,28
15,79
26,27
17,66
37,9
17,83
26,29
17,98
Tabel 2. Hasil Perhitungan Konstanta Kece
ecepatan Reaksi
Konsentrasi
NH4Cl
1%
2%
3%
t(x)
0
2
4
6
8
0
2
4
6
8
0
Xa
0
0,534
0,629
0,648
0,632
0
0,464
0,495
0,549
0,545
0
Gambar 1. Hasil Analis
lisa XRD, Ilmenite variabel
1% NH
H4Cl 4 jam
Dari gambar 1, banyak pea
eak puncak yang terlihat. Peak
puncak tersebut dimiliki
ki oleh komponen-komponen
senyawa tertentu. TiO2 berad
rada pada sudut 27,5 yang mana
intesitas peak tersebut sang
ngat tinggi. Untuk menentukan
semua jenis senyawa yang ad
ada pada powder perlu di analisa
kualitatif dengan software match.
ma
Berikut ini adalah hasil analis
alisa kualitatif Match pada bahan
baku Ilmenite dan hasil produ
oduk yang potensial, untuk
114
*) Penulis Penanggung Jawab
Jurnall Teknologi
Te
Kimia dan Industri, Vol. 2, No. 4, Tahu
ahun 2013, Halaman 110-116
Online di: http://ejournal--s1.undip.ac.id/index.php/jtki
menentukan komponen yang terkandung
ng didalam hasil
variabel tersebut.:
CHI**2 = 1.732
GENLES Version Win32
n32 Jun 13 02:16:45 2013
Gambar 4. Hasil Analisa Kuanti
ntitatif GSAS, Ilmenite variabel
NH4Cl,
Cl 4 jam
Gambar 2. Hasil Analisa Kualitatif Match, baha
ahan baku Ilmenit
1%
Dari tabel 4 hasil analisa GSAS,
G
terlihat masih terdapat
kandungan Fe2O3.TiO2 pada
adahasil akhir produk. Hal ini
menunjukkan proses reduk
duksi yang kurang sempurna
sehingga menyebabkan Fe2O3.TiO2 tidak terkonversi total
menjadi Fe dan TiO2sehingg
gga pada akhir produk menjadi
impuritas pada hasil produkk TiO
T 2.
Tabel 4. Hasil Analisa GSA
SAS pada variabel Optimum (1%
NH4Cl,
Cl 4 jam)
Spesifikasi
Nomer Fasa
Fraksi
Penggeseran
Fraksi berat
TiO2
1
7,77
-0,16
0,46
F
Fasa/Unsur
Fraksi
ZrSiO4
ZrS
Fe2O3
Fe2O3.TiO2
2
3
4
0
0,39
0,62
0,62
0
0,37
-0,02
-0,01
0
0,11
0,22
0,22
Yield tiap Variabel
Gambar 3. Hasil Analisa Kualitatif Match, Ilmenite
Il
variabel
1% NH4Cl 4 jam
Dari gambar 2 dan 3 dapat dilihat TiO2 dapat
da
didapatkan
dari bahan baku Ilmenite. Pada gambar 4.2 peak tersebut
dimiliki oleh 2 komponen, yaitu Ilmenite
ite (FeTiO3) pada
peak nomer 1 dan ZrSiO4 pada peak nomer
er 2. Pada gambar
4.3 peak tersebut dimiliki oleh 4 komponen
en yaitu TiO2 pada
peak nomer 3, Fe2O3 pada peak nomer
er 1, Fe2O3.TiO2
(Fe2TiO5) pada peak nomer 2, dan ZrSiO4 pada
pa peak nomer
4. Pada gambar 4.3 TiO2 merupakan ko
komponen yang
intensitasnya paling terlihat diantara kompo
ponen yang lain.
Untuk mengetahui presentase jumlah kom
omponen tersebut
harus melakukan uji analisa kuantitatif dengan GSAS
(general structure analysis system) yang
ang mana setiap
senyawa harus dikalibrasi dengan paramet
eter kristalografi
masing – masing. Yaitu jenis kristal, sudut
sud kristal, kisi
kristal dan nilai x, y, z nya.
Berat reaktan mula-mula = 10
100 gr
Tabel 5. Yield Ilmenite
Ilm
tiap Variabel
Variabel
Konsentrasi
jam
NH4Cl
2
4
1%
6
8
2
4
2%
6
8
2
4
3%
6
8
Produk
(gr)
Yield = Produk
/ reaktan
73,97
81,52
78,55
82,48
85,69
90,20
81,72
83,11
83,00
84,62
84,88
77,58
0,7397
0,8152
0,7855
0,8248
0,8569
0,9020
0,8172
0,8311
0,8300
0,8462
0,8488
0,7758
Dari Tabel 5, terlihat bahwa
wa yield dari masing - masing
variabel yang dihasilkan sebe
besar 70-90%, namun TiO2 yang
dihasilkan masih sedikit. Hal
al ini disebabkan karena proses
yang dilakukan kurang efektif
e
sehingga TiO2 yang
dihasilkan sedikit. Untuk m
meningkatkan hasil kandungan
TiO2, perlu penambahan 3 buah alat yang membantu ke
efektifan peningkatan kemur
urnian TiO2 yaitu penambahan
magnetic separator pada pemisahan
pem
raw material dengan
zircon, hydrocyclone untu
ntuk memisakan Fe2O3 yang
terbentuk setelah proses dii reaktor
r
bubble batchdan spiral
classifier untuk memastika
tikan larutan Fe2(SO4)3 tidak
terbawa kembali setelah prose
oses leaching.
115
*) Penulis Penanggung Jawab
Jurnall Teknologi
Te
Kimia dan Industri, Vol. 2, No. 4, Tahu
ahun 2013, Halaman 110-116
Online di: http://ejournal--s1.undip.ac.id/index.php/jtki
4. KESIMPULAN
Dari hasil analisa XRD, titanium dioksida
sidaterbentuk dari
bahan baku Ilmenitedengan kemurnian men
encapai 45,84%,
variabel yang potensial pada Proses Aerasi
asi menggunakan
Katalis NH4Cl 1% dan waktu proses selama
s
4 jam.
Penambahan Katalis NH4Cl yang berlebih
b
justru
mengurangi Persentase TiO2karena dapa
pat menghambat
reaksi oksidasi pada proses aerasi. Waktu ya
yang paling baik
untuk peningkatan TiO2 adalah 4 jam
m karena terjadi
perubahan Fe menjadi Fe2O3 secara efektif
ef
sehingga
konsentrasi TiO2 tinggi. Konstanta kec
kecepatan reaksi
besidengan katalis NH4Cl 1%, 2%, 3% yaitu
ya
0,114/jam;
0,0874/jam; 0,0878/jam dan yield yangg dihasilkan dari
masing-masing variabel berkisar 70-90%.
Ucapan Terima Kasih
pada seluruh tim
Ucapan terimakasih kami sampaikan kepa
Nano Center Indonesia,khususnya Bap
apak Dr. Nurul
Taufiqqu Rachman, M.Eng yang sudah membantu
me
penulis
dalam pembiayaan penelitian, peminjaman
an lab di Pusat
Penelitian Metalurgi LIPI dan juga pengu
gujian sampel di
Badan Tenaga Nuklir Nasional (BATAN) serta Bapak Ir.
Yuswono yang sudah membantu penulis selama
sela
melakukan
penelitian.
DAFTAR PUSTAKA
[1]
El-Hazek, N., A, T., El Sheikh
ikh, R., (2007),
Hydrometallurgical criteria for TiO2 leaching from
Rosetta
ilmenite
by
hydroc
rochloric
acid.
Hydrometallurgy., 87, 45-90.
[2]
Fadli, A., (2004), Pembuatan
Pe
Pigment Titanium
Dioksida (TiO2) dari
dar Ilmenit Hasil Samping
Pengolahan Timah Dii PT Tambang Timah Bangka.
Skripsi, Teknik Kimia
ia FT
F UNRI, Indonesia.
[3] Hendratno, A., (199
999), Pengembangan Industri
Pertambangan di Wil
ilayah DIY Bagian Selatan.
Prosiding Lokakaryaa Eksploitasi, Eksplorasi dan
pengolahan Sumberday
daya Mineral, Fakultas Teknik,
Jurusan Teknik Geolo
logi. Universitas Gadjah Mada.
Yogyakarta.
[4] Hoecker,W., (1997), Process
P
for the production of
synthetic rutile. United
ed Stated Patent, No. 5601630.
[5] Hugo, v., (2012), synthe
thetic Rutile Production. Iluka’s,
Australia.
[6] Levenspiel, O., (1999),
(1
Chemical Reaction
Engineering Third Editi
dition. John Wiley & Sons : USA
Amerika.
[7] Mark, J, W., (1999),, Catalysed
C
Aeration of Reduced
Ilmenite. Curtin Univer
ersity of Technology. Australia.
[8] Mandyczewsky, R.,
., (1964), Honours Thesis,
University of Westernn Australia.
A
[9] Sasikumar, C., S, D., Srikanth, S., K, N., P, S.,
(2007), Dissolution studies
stud of mechanically activated
Manavalakurichi ilmen
enite with HCl and H2SO4.
Hydrometallurgy., 88,, 154-169.
1
[10] Sumardi, C., (1999), Pembuatan
Pe
Rutil (TiO2) Sintesis
dari Ilmenit Hasil Samping
Sa
Penambangan Timah
Bangka. Prosiding Loka
okakarya Eksploitasi, Eksplorasi
dan Pengolahan Sumberdaya
Sum
Mineral. Fakultas
Teknik, Jurusan Teknik
nik Geologi Universitas Gadjah
Mada. Yogyakarta.
[11] Zhang, W., Zhu, Z.,, Yong,
Y
C., (2011), A literature
review of titanium
um metallurgical processes.
Hydrometallurgy., 106,
6, 177-188.
116
*) Penulis Penanggung Jawab
Te
Kimia dan Industri, Vol. 2, No. 4, Tahu
ahun 2013, Halaman 110-116
Online di: http://ejournal--s1.undip.ac.id/index.php/jtki
PEMBUATAN PIGMENT
NT TITANIUM DIOKSIDA (TIO2) DARI
DA ILMENITE
(FETIO3) SISA PENGOLA
LAHAN PASIR ZIRCONDENGANPR
PROSES BECHER
Mohammad Taufi
ufik Mohar1, Dewi Fatmawati1, Setia Budi Sason
ongko1*)
1
Jurusan Tekni
knik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Diponego
goro
Jl. Prof. Soedarto,, K
Kampus UNDIP Tembalang, Semarang 50239, Indonesia
In
Abstract
Indonesia is a country that has a lott oof Ilmenite (FeTiO3), but as yet only plays the role of an exporter of this important
raw material. The exact conditions for proc
rocessing Ilmenite into products for sand proficiencyy le
levels as well as industrial raw
material pigments are not yet known. Impr
mproved grade of titanium dioxide as a separation pr
process should be supported by
research on natural raw material sources
es that can be used. One raw material is waste zircon
con sand in Central Kalimantan
(Borneo), which contains 80-90% of Ilmeni
enite. The purpose of this research was to determinee the
t effect of aeration time and
concentration of salt catalyst (NH4Cl) onn the
th transformation rate of iron (Fe) into iron oxidee (Fe
( 2O3), where iron oxide and
titanium dioxide was separated by acid leaching
lea
process to produce pure titanium dioxide.. Th
The titanium oxide purification
process adopted from Becher process which
ich is the process of oxidation, reduction, aeration, leach
aching, stripping, and calcination.
In this experiment, the fixed variables used
ed were time of oxidation and reduction of 3 hours and
nd time of calcination of 3 hours.
The changing variables used were aeration
on time of 2, 4, 6, and 8 hours; and concentration of sal
salt catalyst (NH4Cl) of 1%, 2%,
and 3%. XRD (X-ray Diffraction) qualitativ
tive analysis and GSAS (General Structure Analysis System)
Sy
quantitative analysis on
the results showed an increase in TiO2 conte
ntent on all the variables. The process of increasing TiO2 content at a variable of 1%
NH4Cl gave the best result. The greater the concentration of NH4Cl catalyst, the smaller the TiO2 increase. The best time for
improving the grade of TiO2 was 4 hours,
s, proven
p
by a very effective transformation of Fe into
to Fe2O3. The result of research
gave a potential concentration of titanium
m dioxide
d
was 45.86% with aeration process time of 4 hoursand
h
NH4Cl concentration
of 1%.
Keywords : TiO2; Ilmenite; Aeration proces
cess; NH4Cl; Becher process
1. PENDAHULUAN
Kebutuhan titanium dioksida (TiO2) di Ind
ndonesia semakin
tinggi sehingga berdampak pada pertumb
mbuhan ekonomi
dalam negeri. Untuk itulah harus dicarika
ikan jalan keluar
agar jumlah impor TiO2 ini dapat kita kurangi
k
dengan
mencari alternatif lain yaitu memproduks
ksi TiO2 dengan
memanfaatkan pasir ilmenite (FeTiO3) yang ada di
Indonesia. Mineral ilmenite banyak terdap
apat dalam hasil
samping penambangan timah di Pulau Bangka
B
dengan
kandungan ilmenite hingga 90% dan jugaa dalam
d
pasir besi
di pantai selatan Jawa Tengah dengan kan
andungan Ilmenit
hingga 6% (Hendratno 1999; Sumardi 199
999). Kandungan
titanium pada ilmenite dapat direaksikan de
dengan beberapa
bahan aditif lain dan dapat menghasilkann ssifat baru yang
sangat baik untuk aplikasi ilmenite.
Penggunaan titanium dioksida (TiO2) sinte
ntetis baik dalam
bentuk tetragonal rutile ataupun anatasee sangat banyak
dipakai dalam industriantara lain sebagai pigment
pig
pemutih,
pigmen warna superior (warna putih), bahan
an utama keramik
untuk elektronik (BaTiO3), bahan baku untuk
un
pembuatan
TiO2 polimeric precursor yang sangatt penting untuk
pembuatan bahan-bahan keramik maju
aju, antara lain
pelapisan optik (film-optic), bahan electro-ooptik dan bahan
komposit polimer ceramik (Ceramer) (Fadli
li A, 2004).
Metode
peningkatan
kemurnian
titanium
dioksidadiantaranya adalah
lah leaching dengan sulfat
yaituproses becher, proses sulfat
su
yang diperbaiki oleh BHP
Biliton, proses termoklorida
da, proses leaching klorida, dan
proses kaustik (soda) (Zhang
ng, 2011). Proses becher sebagai
salah satu proses yang sudah
ah di terapkan di Negara-negara
maju seperti Australia, Amer
erika dan China. Oleh karena itu,
pembuatan pabrik TiO2 sangat
sa
penting diterapkan di
Indonesiauntuk
mengetah
tahui
kondisi
prosesyang
potensialsesuai dengan baha
ahan baku pasir ilmenite yang
berasal dari Indonesia (Kalimantan
(K
tengah), hal ini
dikarenakan sumber bahan
an baku yang melimpah dan
industri cat yang sedang ber
erkembang. Pemurnian Ilmenite
mempunyai keuntungan yyang lebih karena Selain
menghasilkan pigment TiO
iO2, hasil samping proses yang
berupa Fe2O3 juga dapat men
enjadi pigment berwarna merah.
Kemurnian kandungan TiO2 yang tinggi didapatkan dengan
pemisahan Besi dan TiO2 yang
y
sempurna. Setelah proses
pemisahan, besi perlu dihila
ilangkan dengan mengubah besi
menjadi besi oksida lalu
lu dihilangkan dengan proses
leaching asam (H2SO4) untuk meningkatkan TiO2.
Penelitian pengolahan Ilme
lmenite dengan proses becher
pernah dilakukan oleh Justin
tin Mark Ward pada tahun 1999
dengan variasi katalis. Dar
ari hasil penelitian disebutkan
bahwa katalis NH4Cl merup
rupakan katalis yang paling baik
110
*) Penulis Penanggung Jawab
Jurnall Teknologi
Te
Kimia dan Industri, Vol. 2, No. 4, Tahu
ahun 2013, Halaman 110-116
Online di: http://ejournal--s1.undip.ac.id/index.php/jtki
untuk proses aerasi besi menjadi Fe2O3 sehingga
s
terjadi
peningkatan kemurnian TiO2 yang signifika
ikan dalam proses
aerasi. Oleh karena itu kami menggunakan
an proses Becher
dalam meningkatkan kemurnian TiO2 dengan variasi
konsentrasi katalis NH4Cl dan waktu pperubahan besi
menjadi besi oksida, sehingga didapatkan konsentrasi
ko
yang
sesuai untuk menghasilkan TiO2.
Dalam penelitian ini akan dikaji cara
ara memisahkan
TiO2dengan Fe pada bahan baku Ilmenite
ite (FeTiO3) sisa
pasir zircon yang berasal dari Kalima
imantan Tengah,
menganalisa kandungan TiO2 padaperubah
bahan konsentrasi
katalis NH4Cl dan waktu aerasi pada pros
roses oksidasi Fe,
variabel yang paling potensial, konstanta kkecepatan reaksi
pada tiap konsentrasi katalis NH4Cl, da
dan yield yang
dihasilkan.
2. BAHANDAN METODE
Bahan Baku
Bahan baku berupa ilmenitesisa pasir zircon
on yang berada di
Kalimantan tengah. Bahan karbon yangg dipakai untuk
proses reduksi berupa karbon batubara (coal
oal) yang di ambil
dari provinsi banten. Sulfur, H2SO4, dan NH
N 4Cl diperoleh
dari toko kimia di daerah Tangerang Selatan
tan.
Preparasi Bahan Baku
Bahan baku Ilmenite, carbon, dan sulfur di milling didalam
disc mill dan dilakukan sieving dengan ukura
uran ≤ 200 Mesh.
Hasil sievingbahan baku Ilmenite dikarak
akterisasi dengan
XRD untuk mengetahui secara kualitatif
if dan kuantitatif
kandungan bahan baku untuk diproses. Hasi
asil Analisa XRD
bahan baku : FeTiO3 87,75%, ZrSiO4 12,25%
5%.
Proses Reduksi
Hasil mixing kemudian di masukan
m
kedalam tube stainless
steel lalu dimasukan ke dal
alam tubular furnacepada suhu
1200 oC selama 3 jamtanpa
pa diberikan Oksigen (tertutup)
dan diberikan gas inert (A
(Argon). Proses reduksi Besi
Oksida akan menghasilkann besi
b
logam (Fe) yang bersifat
magnet kuat.
Fe2O3·TiO2(s)+3CO(g) → 2 Fe(s) + 2TiO2(s) + 3CO2(g)
(Zhang, 2011)
Proses Aerasi pada reaktor
or Bubble Batch
Hasil reduksi di milling kembali
ke
didalam disc mill dan
dilakukan sieving dengan ukuran
uku
≤325 Mesh. Hasil sieving
kemudian ditimbang seba
banyak 100gr/sampel, jumlah
variabel adalah 12 sehinggaa dibutuhkan
d
1,2 kg hasil reduksi
yang sudah berukuran ≤325 Mesh. Buat larutan ammonium
klorida sesuai dengan variab
iabel ubah yaitu : 1%, 2%, dan
3%. Masukan 100 gr hasil
il reduksi
r
yang sudah berukuran
325 mesh ke dalam beaker
ker glass (reaktor) yang berisi
larutan ammonium kloridaa sesuai dengan variabel ubah
dengan penambahan udara
ra yang sudah terinstalasi di
berikan melalui kompresor.. Terjadi
T
agitasi di dalam reaktor
sehingga besi akan semakin
in cepat
c
berkarat dan mengendap
ke bawah menjadi partikel yang
ya sangat halus.
2Fe (s) + 3/2 O2 (g) → Fe2O3(Zhang, 2011)
Proses Aerasi dilakukan sesu
esuai variabel konsentrasi katalis
garam NH4Cl 1%, 2% dann 3%
3 selama 2, 4, 6 dan 8 Jam
dengan Volume larutan 7000 m
ml pada suhu 80oC.
Proses Oksidasi
ukkan bahan baku
Proses oksidasi dilakukan dengan memasukk
ilmenite≤ 200 Mesh ke dalam tube stainl
inless steel yang
berukuran H = 16 cm, ID= 3.65 cm kemudi
udian dimasukkan
ke tubular furnacepada suhu 1200 oC selam
ama 3 jam dengan
proses terbuka agar oksigen masuk ke
kedalam tubular
furnacesehingga dihasilkan senyawa pseudobrookite
(Fe2TiO5).
4 FeTiO3 (s) + O2 (g) → 2 Fe2O3·TiO2 (s) + 2 TiO2 (s)
(Zhang, 2011)
Proses Mixing
Hasil oksidasi kemudian di milling kemba
bali didalam disc
mill dan dilakukan sieving dengan ukuran
an ≤ 200 Mesh.
Hasil sieving di campurkan dengan karbonn ssebanyak 18,03%
dan sulfur sebanyak 5% dari berat Ilmeni
enite didalam V
shaped mixer selama 45 menit.
Gambar 1. Gambar Rang
angkaian Alat Proses Aerasi
Proses Leaching
Hasil reaksi pada Aerasi
si dilanjutkan dengan proses
penghilangan Fe2O3 denga
nganmelakukan leaching asam
dalam larutan H2SO40,5 M pada suhu 90 oC selama 90
menit. Larutan tersebut dis
disaring dan didapatkan filtrat
tersebut adalah Fe2(SO4)3 dan
an padatan tersebut adalah TiO2.
(S 4)3(aq) + 3H2O(l)
Fe2O3(s) + 3H2SO4(aq)→ Fe2(SO
(Zhang, 2011)
111
*) Penulis Penanggung Jawab
Jurnall Teknologi
Te
Kimia dan Industri, Vol. 2, No. 4, Tahu
ahun 2013, Halaman 110-116
Online di: http://ejournal--s1.undip.ac.id/index.php/jtki
Proses Striping
Hasil padatan dari leaching asam adalah Ti
TiO2 yang masih
banyak mengandung asam sehingga haru
arus di larutkan
dengan aquades agar sifat asam hilang, pad
adatan dilarutkan
dalam aquadest dengan volume 800 ml. Lar
arutan didiamkan
selama 1 hari hingga padatan terpisah dan
an mengendap ke
bawah.
presentase TiO2
47
45
43
41
1% NH4Cl
39
2% NH4Cl
37
3% NH4Cl
35
2 Jam
Proses Kalsinasi
c
porselen,
Padatan hasil striping dimasukan kedalam cawan
dandilakukan kalsinasi dalam furnace denga
ngan suhu 800 oC
selama 3 jam. Timbang berat akhir padatan
an hasil kalsinasi.
Analisis hasil kalsinasi yang telah ditimban
ang berat dengan
menggunakan XRD.
Metode Analisis
Analisa Hasil dilakukan dengan alat instru
trumentasi X-Ray
Difraction (XRD) Shimadzu 7000 di Badan
an Tenaga Nuklir
Nasional (BATAN) Pusat Penelitian Ilmu Pe
Pengetahuan dan
Teknologi (PUSPIPTEK)Serpong, Tange
ngerang Selatan.
Proses hasil analisis dilakukan dengan cara
ara kualitatif dan
kuantitatif.
Analisa
kualitatif
dilaku
akukan
dengan
mencocokan hasil peak dari XRD lalu di samakan
sam
peaknya
dengan jenis mineral yang sama, dilakukann dengan
d
bantuan
software Match yang dilengkapi dengan ddatabase kristal.
Analisa kuantitatif menggunakan software
re GSAS (general
structure analysis system) dengan kalib
librasi parameter
material (kisi, sudut, dan ordinat kristal) terle
erlebih dahulu.
8 Jam
entase TiO2 pada Waktu Aerasi
Grafik 1. Pengaruh Persent
Salah satu proses yang me
meningkatkan kandungan TiO2
adalah kesempurnaan pemisa
isahan antara TiO2 dengan besi
(Fe), oleh karena itu proses
ses oksidasi besi harus berjalan
sempurna yang selanjutnyaa ak
akan di leaching dengan H2SO4.
Faktor yang mempengaruh
uhi laju oksidasi besi adalah
kelarutan oksigen.Oksigen yang
ya terlarut akan menyebabkan
terjadinya korosi pada be
besi. korosi pada besi akan
bertambah dengan meningkat
katnya kandungan oksigen dalam
air. Kelarutan oksigen dalam
lam air merupakan fungsi dari
tekanan, temperatur dan kand
andungan klorida. Untuk tekanan
1 atm dan temperatur kamar
ar, kelarutan oksigen adalah 10
ppm dan kelarutannyaa akan berkurang dengan
bertambahnya temperatur da
dan konsentasi garam (Junaidi,
2012).Penambahan Ammoniu
nium Klorida lebih dari 1% akan
menghambat reaksi Aerasi
asi. Hal ini juga dikarenakan
semakin tinggi konsentrasii A
Ammonium maka akan semakin
rendah kadar oksigen yang
ya
terlarut dalam proses
pengkaratan tersebut (Walter
ter Hoecker, 1997).
terhadap
terhadap
Grafik1 menunjukan bahwa penambahan
an katalis NH4Cl
yang berlebih justru mengurangi Persentase
tase TiO2. Hal ini
dikarenakan
penambahan
NH4Cl
y
yang
berlebih
mengakibatkan kandungan oksigen did
didalam larutan
semakin kecil sehingga mempengaruhi terbentuknya
ter
besi
oksida (Fe2O3) yang selanjutnya akan dipi
ipisahkan dengan
proses leaching. Pada proses aerasi, NH4Cltidak beraksi
dengan Fe dan TiO2akan tetapi berfungsi
si sebagai katalis
karena laju korosi akan semakin cepa
epat ketika ada
penghantar electron didalamnya seperti NH4
H4+ dan Cl- yang
berfungsi untuk mencegah pasivasi. Na
Namun demikian
penggunaan larutan NH4Cl harus sesuai
s
dengan
konsentrasinya yaitu pada kondisi konsentr
ntrasi rendah 1 %
yang mana akan lebih menguntungkan dalam
alam proses aerasi
(Paten US, 1997).
32
Presentase Fe2O3
NH
H4Cl
6 Jam
Waktu Aerasi
Pengaruh Waktu dan Katalis NH4Cl
Persentase Fe2O3pada Prose
oses Aerasi
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengaruh Waktu dan Katalis
Persentase TiO2 pada Proses Aerasi
4 Jam
30
28
26
1% NH4Cl
24
2% NH4Cl
22
3% NH4Cl
20
2 Jam
4 Jam
6 Jam
Waktu
ktu Aerasi
Aera
8 Jam
Pengkaratan mengacu pada
da proses di mana oksida besi
mengendap di dalam pori-por
pori ilmenite sehingga kadar total
zat besi tinggi dalam produkk rutile
r
sintetik (TiO2).
2Fe 2Fe2+ + 4eO2 + 2H2O + 4e-
4OH-
Grafik 2. Pengaruh Persen
sentase Fe2O3 pada Waktu Aerasi
Dapat dilihat pada grafik 2 bahwa setiap jam akan terjadi
penurunan persentase Fe2O3. Fe2O3yang terdapat pada hasil
akhir proses adalah Fe yang
ng tidak berubah menjadi Fe2O3
pada saat reaksi di reaktor
tor bubble batch sehingga saat
112
*) Penulis Penanggung Jawab
Jurnall Teknologi
Te
Kimia dan Industri, Vol. 2, No. 4, Tahu
ahun 2013, Halaman 110-116
Online di: http://ejournal--s1.undip.ac.id/index.php/jtki
proses kalsinasi Fe, Fe berubah menjadi Fe2O3. Dari grafik
2, dapat disimpulkan bahwa pada waktu 4 jam Fe sudah
tidak signifkan bereaksi menjadi Fe2O3. Sehingga
S
dapat
dilihat perancangan yang optimum pada proses
pr
di reaktor
batch adalah 4 jam. Pada pemilihan kons
onsentrasi katalis,
konsentrasi katalis yang paling efektif ada
dalah konsentrasi
katalis NH4Cl sebesar 1%.
larut terjadi dalam
Proses oksidasibesi (Fe) oleh oksigen terlaru
larutan NH4Cl encer. Amonium klorida
rida memberikan
manfaat dalam peningkatan laju korosi
si besi, tindakan
pengikatan NH4+ ini sangat penting un
untuk mencegah
pasivasi (Mandyczewsky, 1997). Ion am
amonium mampu
menghapus lapisan pasif udara yang terbent
entuk pada logam
besi selama proses aerasi.
Ammonium klorida ditambahkan sebagai
gai katalis untuk
mempercepat proses aerasi. Pengaruh ion
on amonium dan
klorida tentu saja sangat relevan dengann proses Becher.
Dalam proses aerasi, besi teroksidasi cepatt menjadi
m
ion besi
komplek dengan penambahan ammonium
m dan kemudian
keluar dari pori-pori (Kim et al, 1997). Mole
olekul ammonium
berinteraksi langsung dengan atom besi untuk
un
menghapus
lapisan aktif yang terbentuk di permukaan
an besi, sehingga
kadar total komponen besi tinggi (pembbentukan korosi
tinggi).
Plot Konversi Besi (Fe) sebagai fungsi wak
aktu ditunjukkan
pada grafik 3.Dapat dilihat setiap jam reaksi
ksi maka konversi
akan terus meningkat, akan tetapi terja
rjadi pelambatan
setelah 4 jam dan mulai stabil. Dari grafik
fik tersebut dapat
dilihat peningkatan konversi yang tajam pada
p
saat reaksi
berlangsung selama 4 jam. katalis yang efektif
efe
digunakan
adalah dengan komposisi 1% NH4Cl.
0.7
Konversi Fe (Xfe)
0.6
0.5
1% Katalis
NH4Cl
0.3
2% Katalis
NH4Cl
0.2
3% Katalis
NH4Cl
0.1
0
0 jam
2 jam
4 jam
6 jam
8 jam
ja
Waktu Aerasi
Grafik 3. Hubungan Konversi Fe deng
ngan Waktu
Konversi (XFe) =
2Fe + O2
Fe2O3
Pada reaksi di reaktor, Fe bereaksi menjadi Fe2O3 lalu di
leaching dengan H2SO4 sehin
hingga Fe2O3 akan hilang karena
berekasi menghasilkan seny
enyawa Fe2(SO4)3. Pada akhir
proses, Fe yang masih belum
um berubah menjadi Fe2O3 masih
berada pada padatan yang bbasah (padatan hasil leaching)
yang kemudian dicuci
ci dengan aquades untuk
menghilangkan sisa asam yang
ya masih tersisa. Fe2O3 akan
kembali terbentuk ketika pro
roses kalsinasi pada suhu 800oC
dilakukan. Sehingga hasil ak
akhir Fe2O3 merupakan Fe sisa
yang tidak bereaksi di dalam
m reaktor.
Hasil analisa GSAS XRD
RD dapat dinyatakan dalam
persentase, sedangkan berat
ber
awal dan akhir sudah
ditimbang, sehingga diketahu
hui berat awal dan akhir (setelah
reaksi).
Tabel 1. Jumlah Massaa ((gr) Sampel akhir (produk)
Pengaruh Waktu Aerasi terhadap Konver
versiFe
0.4
Dari Persamaan (1) di
d sebutkan bahwa konversi
diperoleh dari berat Fe yang
y
bereaksi dibagi dengan
banyaknya berat Fe mula-m
mula, dimana Fe yang bereaksi
merupakan berat besi mula-m
mula dikurangi besi sisa. Berat
Fe sisa dapat dihitung dari
ri jumlah Fe2O3 yang terbentuk
pada hasil kalsinasi dengann m
menganggap reaksi yang terjadi
adalah sempurna.
(1)
Konsentrasi
Komposisi
NH4Cl
TiO2 Rutile
ZrSiO4
1%
Fe2O3
Fe2O3.TiO2
∑
TiO2 Rutile
ZrSiO4
2%
Fe2O3
Fe2O3.TiO2
∑
TiO2 Rutile
ZrSiO4
3%
Fe2O3
Fe2O3.TiO2
∑
2 Jam
J
30,
30,727
10,
10,237
22,
22,354
10,
10,652
73,
73,970
36,
36,495
9,
9,974
25,
25,707
13,
13,513
85
85,69
34,
34,561
9,
9,288
24,
24,286
14,
14,865
83,
83,000
BERAT (gr)
4 Jam
6 Jam
37,369 34,978
8,568 11,154
17,763 16,865
17,820 15,553
81,520 78,553
36,684 33,276
13,305 12,160
24,192 21,623
16,020 14,661
90,200 81,720
33,958 32,450
13,133 15,007
23,431 23,249
14,098 14,175
84,620 84,880
Prediksi Model Kinetika Reaksi
Re
Pada proses oksidasi besi reeaksidimungkinkan terjadi pada
fase gas (udara O2) dan fase
se solid (Fe), akan tetapi menurut
Lascaray (1949) reaksi pada
da fase solid lah yang dominan
sehingga kinetika reaksi ditentukan
dite
oleh kecepatan difusi
gas ke dalam fase solid dan
an reaksi antara gas dan solid di
fase solid yang dapat disajikan
dis
ke dalam persamaan
kecepatan proses
Fe + ¾ O2 ½ Fe2O3
½C
A + ¾B
Kecepatan difusi gas ke fase
ase solid:
-rB = kb (CB* - CB1) mgre
grek/gsolid/menit
*) Penulis Penanggung Jawab
8 Jam
36,316
12,207
17,651
16,306
82,480
33,477
13,123
21,833
14,677
83,110
29,403
13,833
20,396
13,949
77,580
(2)
113
Jurnall Teknologi
Te
Kimia dan Industri, Vol. 2, No. 4, Tahu
ahun 2013, Halaman 110-116
Online di: http://ejournal--s1.undip.ac.id/index.php/jtki
Dengan :
se
dengan
CB* = konsentrasi gas di fase solid yang seimbang
konsentrasi gasdifasesolid atau CB*=k
=k CB2
CB1 = konsentrasi gas di fase solid , mgrek / g solid
CB2 = konsentrasi gas di fase gas
kb = konstanta kecepatan difusi gas ke fase
ase solid, menit-1
Kecepatan reaksi di fase solid:
rB = rA = k1 CA CB1
dengan : CB1 = konsentrasi gas di fase solid
CA= konsentrasi solid (Fe)
(3)
Untuk mencari langkah yang mengontrol
rol pada kinetika
reaksi, disusun neraca massa gas dan neraca
aca massa solid di
fase solid sebagai berikut :
= kb (CB* - CB1) – k1 CA CB1
(4)
Bila jumlah gas berlebihan dan transfer mas
assa gas ke fase
solid sangat cepat, maka fase solid diangga
ggap selalu jenuh
dengan gas, maka CB1 = CB*yang bernilai
ilai konstan pada
suhu tertentu,
(5)
= – k1 CA CB1
Karena udara yang diberikan berlebihan
an, maka reaksi
menjadi orde 1 semu, k1 CB1 = k’ sehinggaa :
= -k’ CA
(6)
(7)
(8)
ln#1 X&
(9)
ln#1 X&
(10)
y ( )
dimana:
k’ = konstanta kecepatan reaksi orde satu
atu semu, 1/jam
t = waktu reaksi, jam
(Le
Levenspiel, 1999)
2
4
6
8
0,493
0,511
0,515
0,575
k
kecepatan reaksi orde
Dari tabel2, diperoleh hasill konstanta
satu semu sebagai berikut:
k’ Fe pada variabel NH4Cl
C 1% = 0,113995/jam
k’ Fe pada variabelNH4Cl 2% = 0,087379/jam
k’ Fe pada variabel NH4Cl
C 3% = 0,087785/jam
Variabel yang Potensial
Pada Tabel 3 menunjukkan
an bahwa kondisi yang paling
potensial terdapat pada variabel
var
4 jam dengan katalis
NH4Cl 1% karena mengandu
ndung 45,84% TiO2. Berat awal
sama dengan variabel lainn yaitu 100 gr dan berat akhir
setelah proses adalah 81,522 gr,
g terlihat dari tabel 1 variabel
4 jam dengan katalis NH4Cll 11%.
ampel Ilmenite hasil Akhir
Tabel 3. Persentase Sam
Konsentrasi Komposisi
NH4Cl
TiO2Rutile
1%
ZrSiO4
Fe2O3
Fe2O3.TiO2
TiO2Rutile
2%
ZrSiO4
Fe2O3
Fe2O3.TiO2
TiO2Rutile
3%
ZrSiO4
Fe2O3
Fe2O3.TiO2
2 Jam
Ja
41
41,54
13
13,84
30
30,22
14
14,40
42
42,59
11
11,64
30
30,00
15
15,77
41
41,64
11
11,19
29
29,26
17
17,91
Persentase (%)
4 Jam
6 Jam
44,53
45,84
10,51
14,20
21,79
21,47
21,86
19,80
40,67
40,72
14,75
14,88
26,82
26,46
17,76
17,94
40,13
38,23
15,52
17,68
27,69
27,39
16,66
16,70
8 Jam
44,03
14,80
21,40
19,77
40,28
15,79
26,27
17,66
37,9
17,83
26,29
17,98
Tabel 2. Hasil Perhitungan Konstanta Kece
ecepatan Reaksi
Konsentrasi
NH4Cl
1%
2%
3%
t(x)
0
2
4
6
8
0
2
4
6
8
0
Xa
0
0,534
0,629
0,648
0,632
0
0,464
0,495
0,549
0,545
0
Gambar 1. Hasil Analis
lisa XRD, Ilmenite variabel
1% NH
H4Cl 4 jam
Dari gambar 1, banyak pea
eak puncak yang terlihat. Peak
puncak tersebut dimiliki
ki oleh komponen-komponen
senyawa tertentu. TiO2 berad
rada pada sudut 27,5 yang mana
intesitas peak tersebut sang
ngat tinggi. Untuk menentukan
semua jenis senyawa yang ad
ada pada powder perlu di analisa
kualitatif dengan software match.
ma
Berikut ini adalah hasil analis
alisa kualitatif Match pada bahan
baku Ilmenite dan hasil produ
oduk yang potensial, untuk
114
*) Penulis Penanggung Jawab
Jurnall Teknologi
Te
Kimia dan Industri, Vol. 2, No. 4, Tahu
ahun 2013, Halaman 110-116
Online di: http://ejournal--s1.undip.ac.id/index.php/jtki
menentukan komponen yang terkandung
ng didalam hasil
variabel tersebut.:
CHI**2 = 1.732
GENLES Version Win32
n32 Jun 13 02:16:45 2013
Gambar 4. Hasil Analisa Kuanti
ntitatif GSAS, Ilmenite variabel
NH4Cl,
Cl 4 jam
Gambar 2. Hasil Analisa Kualitatif Match, baha
ahan baku Ilmenit
1%
Dari tabel 4 hasil analisa GSAS,
G
terlihat masih terdapat
kandungan Fe2O3.TiO2 pada
adahasil akhir produk. Hal ini
menunjukkan proses reduk
duksi yang kurang sempurna
sehingga menyebabkan Fe2O3.TiO2 tidak terkonversi total
menjadi Fe dan TiO2sehingg
gga pada akhir produk menjadi
impuritas pada hasil produkk TiO
T 2.
Tabel 4. Hasil Analisa GSA
SAS pada variabel Optimum (1%
NH4Cl,
Cl 4 jam)
Spesifikasi
Nomer Fasa
Fraksi
Penggeseran
Fraksi berat
TiO2
1
7,77
-0,16
0,46
F
Fasa/Unsur
Fraksi
ZrSiO4
ZrS
Fe2O3
Fe2O3.TiO2
2
3
4
0
0,39
0,62
0,62
0
0,37
-0,02
-0,01
0
0,11
0,22
0,22
Yield tiap Variabel
Gambar 3. Hasil Analisa Kualitatif Match, Ilmenite
Il
variabel
1% NH4Cl 4 jam
Dari gambar 2 dan 3 dapat dilihat TiO2 dapat
da
didapatkan
dari bahan baku Ilmenite. Pada gambar 4.2 peak tersebut
dimiliki oleh 2 komponen, yaitu Ilmenite
ite (FeTiO3) pada
peak nomer 1 dan ZrSiO4 pada peak nomer
er 2. Pada gambar
4.3 peak tersebut dimiliki oleh 4 komponen
en yaitu TiO2 pada
peak nomer 3, Fe2O3 pada peak nomer
er 1, Fe2O3.TiO2
(Fe2TiO5) pada peak nomer 2, dan ZrSiO4 pada
pa peak nomer
4. Pada gambar 4.3 TiO2 merupakan ko
komponen yang
intensitasnya paling terlihat diantara kompo
ponen yang lain.
Untuk mengetahui presentase jumlah kom
omponen tersebut
harus melakukan uji analisa kuantitatif dengan GSAS
(general structure analysis system) yang
ang mana setiap
senyawa harus dikalibrasi dengan paramet
eter kristalografi
masing – masing. Yaitu jenis kristal, sudut
sud kristal, kisi
kristal dan nilai x, y, z nya.
Berat reaktan mula-mula = 10
100 gr
Tabel 5. Yield Ilmenite
Ilm
tiap Variabel
Variabel
Konsentrasi
jam
NH4Cl
2
4
1%
6
8
2
4
2%
6
8
2
4
3%
6
8
Produk
(gr)
Yield = Produk
/ reaktan
73,97
81,52
78,55
82,48
85,69
90,20
81,72
83,11
83,00
84,62
84,88
77,58
0,7397
0,8152
0,7855
0,8248
0,8569
0,9020
0,8172
0,8311
0,8300
0,8462
0,8488
0,7758
Dari Tabel 5, terlihat bahwa
wa yield dari masing - masing
variabel yang dihasilkan sebe
besar 70-90%, namun TiO2 yang
dihasilkan masih sedikit. Hal
al ini disebabkan karena proses
yang dilakukan kurang efektif
e
sehingga TiO2 yang
dihasilkan sedikit. Untuk m
meningkatkan hasil kandungan
TiO2, perlu penambahan 3 buah alat yang membantu ke
efektifan peningkatan kemur
urnian TiO2 yaitu penambahan
magnetic separator pada pemisahan
pem
raw material dengan
zircon, hydrocyclone untu
ntuk memisakan Fe2O3 yang
terbentuk setelah proses dii reaktor
r
bubble batchdan spiral
classifier untuk memastika
tikan larutan Fe2(SO4)3 tidak
terbawa kembali setelah prose
oses leaching.
115
*) Penulis Penanggung Jawab
Jurnall Teknologi
Te
Kimia dan Industri, Vol. 2, No. 4, Tahu
ahun 2013, Halaman 110-116
Online di: http://ejournal--s1.undip.ac.id/index.php/jtki
4. KESIMPULAN
Dari hasil analisa XRD, titanium dioksida
sidaterbentuk dari
bahan baku Ilmenitedengan kemurnian men
encapai 45,84%,
variabel yang potensial pada Proses Aerasi
asi menggunakan
Katalis NH4Cl 1% dan waktu proses selama
s
4 jam.
Penambahan Katalis NH4Cl yang berlebih
b
justru
mengurangi Persentase TiO2karena dapa
pat menghambat
reaksi oksidasi pada proses aerasi. Waktu ya
yang paling baik
untuk peningkatan TiO2 adalah 4 jam
m karena terjadi
perubahan Fe menjadi Fe2O3 secara efektif
ef
sehingga
konsentrasi TiO2 tinggi. Konstanta kec
kecepatan reaksi
besidengan katalis NH4Cl 1%, 2%, 3% yaitu
ya
0,114/jam;
0,0874/jam; 0,0878/jam dan yield yangg dihasilkan dari
masing-masing variabel berkisar 70-90%.
Ucapan Terima Kasih
pada seluruh tim
Ucapan terimakasih kami sampaikan kepa
Nano Center Indonesia,khususnya Bap
apak Dr. Nurul
Taufiqqu Rachman, M.Eng yang sudah membantu
me
penulis
dalam pembiayaan penelitian, peminjaman
an lab di Pusat
Penelitian Metalurgi LIPI dan juga pengu
gujian sampel di
Badan Tenaga Nuklir Nasional (BATAN) serta Bapak Ir.
Yuswono yang sudah membantu penulis selama
sela
melakukan
penelitian.
DAFTAR PUSTAKA
[1]
El-Hazek, N., A, T., El Sheikh
ikh, R., (2007),
Hydrometallurgical criteria for TiO2 leaching from
Rosetta
ilmenite
by
hydroc
rochloric
acid.
Hydrometallurgy., 87, 45-90.
[2]
Fadli, A., (2004), Pembuatan
Pe
Pigment Titanium
Dioksida (TiO2) dari
dar Ilmenit Hasil Samping
Pengolahan Timah Dii PT Tambang Timah Bangka.
Skripsi, Teknik Kimia
ia FT
F UNRI, Indonesia.
[3] Hendratno, A., (199
999), Pengembangan Industri
Pertambangan di Wil
ilayah DIY Bagian Selatan.
Prosiding Lokakaryaa Eksploitasi, Eksplorasi dan
pengolahan Sumberday
daya Mineral, Fakultas Teknik,
Jurusan Teknik Geolo
logi. Universitas Gadjah Mada.
Yogyakarta.
[4] Hoecker,W., (1997), Process
P
for the production of
synthetic rutile. United
ed Stated Patent, No. 5601630.
[5] Hugo, v., (2012), synthe
thetic Rutile Production. Iluka’s,
Australia.
[6] Levenspiel, O., (1999),
(1
Chemical Reaction
Engineering Third Editi
dition. John Wiley & Sons : USA
Amerika.
[7] Mark, J, W., (1999),, Catalysed
C
Aeration of Reduced
Ilmenite. Curtin Univer
ersity of Technology. Australia.
[8] Mandyczewsky, R.,
., (1964), Honours Thesis,
University of Westernn Australia.
A
[9] Sasikumar, C., S, D., Srikanth, S., K, N., P, S.,
(2007), Dissolution studies
stud of mechanically activated
Manavalakurichi ilmen
enite with HCl and H2SO4.
Hydrometallurgy., 88,, 154-169.
1
[10] Sumardi, C., (1999), Pembuatan
Pe
Rutil (TiO2) Sintesis
dari Ilmenit Hasil Samping
Sa
Penambangan Timah
Bangka. Prosiding Loka
okakarya Eksploitasi, Eksplorasi
dan Pengolahan Sumberdaya
Sum
Mineral. Fakultas
Teknik, Jurusan Teknik
nik Geologi Universitas Gadjah
Mada. Yogyakarta.
[11] Zhang, W., Zhu, Z.,, Yong,
Y
C., (2011), A literature
review of titanium
um metallurgical processes.
Hydrometallurgy., 106,
6, 177-188.
116
*) Penulis Penanggung Jawab