PENINGKATAN KEMURNIAN SILIKON DARI PASIR KUARSA SECARA MAGNESIOTERMIK DENGAN VARIASI WAKTU SKRIPSI SABAM MIKEL SITORUS 090802029
PENINGKATAN KEMURNIAN SILIKON DARI PASIR KUARSA SECARA MAGNESIOTERMIK DENGAN VARIASI WAKTU SKRIPSI 090802029
PENINGKAKAN KEMURNIAN SILIKON DARI PASIR KUARSA SECARA MAGNESIOTERMIK DENGAN VARIASI WAKTU SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains
SABAM MIKEL SITORUS
PERSETUJUAN
Judul : Peningkatan Kemurnian Silikon dari Pasir Kuarsa
Secara Magnesiotermik Dengan Variasi Waktu Kategori : Skripsi Nama : Sabam Mikel Sitorus NomorIndukMahasiswa : 090802029 Program Studi : Sarjana (S1) Kimia Departemen : Kimia Sumatera Utara Disetujui di
Medan, Agustus 2014
Komisi Pembimbing : Pembimbing 2 Pembimbing 1 Dra. Saur Lumban Raja. M.Si Dr. Andriayani, M.Si NIP 195506231986011002 NIP 196903051999032001 Diketahui/Disetujui oleh: Departemen Kimia FMIPA USU Ketua, DR. Rumondang Bulan, MS. NIP 195408301985032001
PERNYATAAN
PENINGKATKAN KEMURNIAN SILIKON DARI PASIR KUARSA SECARA
MAGNESIOTERMIK DENGAN VARIASI WAKTU
SKRIPSI
aya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan
S dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Agustus 2014 SABAM MIKEL SITORUS 090802029
PENGHARGAAN
Segala puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala berkat dan kasih karunia yang dilimpahkan-Nya sehingga penulis diberikan kesanggupan dalam menyelesaikan penelitian dan penyusunan skripsi ini dalam waktu yang telah ditetapkan-Nya. Pertama, tiada kata yang indah selain ucapan syukur penulis kepada Tuhan Yesus Kristus yang telah memberikan ibunda yang terbaik, Nurbaya Lubis, S.Pd dan ayahanda terhebat, Rosen Sitorus yang telah mendidik penulis dengan penuh kasih dan sayang dan memberikan terkhususnya alm. Oppung H. Sitorus yang selalu mendukung melalui doa kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan skripsi ini. Kedua, penulis mengucapkan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada ibu Dr. Andriayani, S.Pd,M.Si selaku dosen pembimbing I dan ibu Dra. Saur Lumban Raja, M.Si selaku dosen pembimbing II yang selalu dengan sabar dan ikhlas memberikan bimbingan, saran, pengertian, bahkan bantuan dana kepada penulis dalam melaksanakan penelitian hingga penyelesaian skipsi ini. Begitu juga dengan ibu Dr. Rumondang Bulan, MS dan Bapak Albert Pasaribu, M.Sc selaku ketua dan sekretaris Departemen Kimia FMIPA USU, ibu Dra. Emma Zaidar Nasution, M.Si selaku dosen pembimbing akademik, bapak Dr. Nimpan Bangun, M.Sc selaku Kepala laboratorium Kimia Anorganik FMIPA USU serta seluruh staf dosen yang telah memberikan motivasi dan ilmu yang berguna bagi penulis selama menjadi mahasiswa di FMIPA USU. Dan yang terakhir, penulis mengucapkan rasa terima kasih kepada Laboran Laboratorium Ilmu Dasar USU: K’ Ayu, asisten Laboratorium Kimia Anorganik, asisten Laboratorium Kimia Organik, asisten Laboratorium Kimia Analitik, Parry, Despita, Naomi, Junita, Iwan, Emilia, Reh Malem, Melda, Sheyla, Nora, Sudirman, dan Royman, Monica G. Samosir, Julfi, Ester, Ruben dan Monica Pangaribuan, Swandy, Swardy, Hardy, Geofry, Randy, Novi Triana, Jessy, Lina, teman-teman seperjuangan 2009 serta adik-adik stambuk 2010, 2011, dan 2012.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan karena keterbatasan yang dimiliki penulis. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi penelitian selanjutnya dan kemajuan ilmu pengetahuan.
Penulis, Sabam Mikel Sitorus 090802029
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian tentang peningkatan kemurnian silikon dari pasir kuarsa secara magnesiotermik dengan variasi waktu. Pasir kuarsa diambil dari pantai Kecamatan Tanjung Tiram, Kabupaten Asahan, Sumatera Utara kemudian dicuci berulang kali sambil digosok- gosok dan dikeringkan. Lalu dihaluskan dan diayak menggunakan ayakan 100 mesh. Pasir kuarsa yang telah dihaluskan ditambahkan HCl dan H SO sambil dipanaskan untuk
2
4
melarutkan zat-zat pengotor berupa oksida-oksida logam dan senyawa-senyawa organik sehingga menghasilkan silika (SiO
2 ) berupa padatan berwarna putih kemudian
dikarakterisasi dengan XRD dan SEM. Lalu silika direduksi menjadi silikon secara
o
variasi waktu 4 jam, 5 jam, dan 6 jam. Campuran hasil reduksi dimurnikan melalui tiga
o
tahap menggunakan HCl, CH
3 COOH, dan HF dengan pemanasan pada suhu 80 C selama 3
jam sehingga menghasilkan silikon yang kemudian dianalisa menggunakan XRD, dimana
o
kemurnian silikon pada suhu 800 C selama 4 jam, 5 jam, dan 6 jam adalah 84,0%; 90,4%; dan 94,3%
THE IMPROVEMENT OF PURITY SILICON FROM QUARTZ BY
MAGNESIOTERMIC METHOD WITH TIME VARIATION
ABSTRACT
The improvement of purity silicon from quartz by magnesiotermic method with time variation has been researched. Quartz sand was taken from the district of Tanjung Tiram beach, regency of Asahan, North Sumatera and then washed repeatedly with a rubbed and dried. Then it mashed and sieved using a 100 mesh sieve. The quartz sand that had been metal oxides and organic compounds to produce silica (SiO ) in the form of white solid and
2
then characterized by XRD. Then silica reduced to silicon by magnesiotermic method with
o
ratio between silica : magnesium powder was 1 : 2 at the temperature of 800 C with time variation of 4 hours, 5 hours, and 6 hours. The resulting mixture of reduction was purified
o
through three stages using HCl, CH
3 COOH, and HF by heating at the temperature of 80 C for
3 hours to produce silicon which is then analyzed using XRD, where the purity silicon at the
o
temperature of 800 C for 3 hours, 4 hours, and 6 hours are 84,0%; 90,4%; and 94,3%
DAFTAR ISI
JUDUL Halaman
LEMBAR PERSETUJUAN iii
LEMBAR PERNYATAAN iv
LEMBAR PENGHARGAAN v
ABSTRAK vi
ABSTRACT vii
DAFTAR ISI viii
DAFTAR TABEL xi
DAFTAR GAMBAR xii
DAFTAR LAMPIRAN xiii
BAB 1. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
1
1.2. Permasalahan
3
1.3. Pembatasan Masalah
4
1.4. Tujuan Penelitian
4
1.5. Manfaat Penelitian
5
1.6. Lokasi Penelitian
5
1.7. Metodologi Penelitian
5 BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Pasir Kuarsa
6
2.2. Silika
7
2.3. Silikon
9
2.4. Metode Reduksi Silika
10
1. Reduksi Aluminotermik
10
2. Reduksi Karbotermik
11
3. Reduksi Kalsiotermik
11
4. Reduksi Magnesiotermik
12
2.5. Pengaruh Suhu dan Waktu Terhadap Laju Reaksi
13
2.6. Difraksi Sinar X
15
2.7. Metode Kuantitatif dari Difraksi Sinar X
17
1. Metode Kalibrasi Sederhana
17
2. Metode Kalibrasi Sederhana (Pembilasan Matriks)
18
3. Metode RIR (Refence Intensity Ratio )
18 BAB 3. METODOLOGI
3.1. Alat dan Bahan
20
3.1.1. Alat-Alat
20
3.1.2. Bahan-Bahan
20
3.2. Prosedur Penelitian
21
3.2.1. Preparasi Pasir Kuarsa
21
3.2.2. Pemurnian Silika dari Pasir Kuarsa
21
3.2.3. Reduksi Silikon dari Silika
22
3.2.4. Tahap Pemurnian Silikon
22
3.2.4.1. Pemurnian Tahap I
22
3.2.4.2. Pemurnian Tahap II
22
3.2.4.3. Pemurnian Tahap III
22
3.3. Bagan Penelitian
23
3.3.1. Preparasi Pasir Kuarsa
23
3.3.2. Pemurnian Silika dari Pasir Kuarsa
24
3.3.3. Reduksi Silika Menjadi Silikon
25
3.3.4. Tahap Pemurnian Silikon
25
3.3.4.1. Pemurnian Tahap I
25
3.3.4.2. Pemurnian Tahap II
26
3.3.4.3. Pemurnian Tahap III
27 BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Preparasi Pasir Kuarsa
C Selama 5 jam
44 LAMPIRAN
43 DAFTAR PUSTAKA
5.2. Saran
43
5.1. Kesimpulan
39 BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN
C Selama 6 jam
o
4.4.3. Difraktogram Sinar X dari Silikon Suhu 800
37
o
28
4.4.2. Difraktogram Sinar X dari Silikon Suhu 800
34
C Selama 4 jam
o
4.4.1. Difraktogram Sinar X dari Silikon Suhu 800
33
4.4. Tahap Pemurnian Silikon
32
4.3. Reduksi Silika Menjadi Silikon
28
4.2. Pemurnian Silika dari Pasir Kuarsa
46
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Sifat-sifat Pasir Kuarsa8 Tabel 4.1. Peak Difraktogram XRD Silika Ukuran 100 mesh dari Pasir Alam
29 Tabel 4.2. Komposisi Tingkat Kemurnian Silika Ukuran 100 Mesh dari Pasir Alam Menggunakan Metode RIR
31 Tabel 4.3. Peak Difraktogram XRD Silikon Suhu 800 C Selama 4 jam
35 Tabel 4.4. Komposisi Tingkat Kemurnian Silikon Pada Suhu 800 C Selama 4 jam Menggunakan Metode RIR
35 Tabel 4.5. Peak Difraktogram XRD Silikon Suhu 800
o
C Selama 5 jam
37 Tabel 4.6. Komposisi Tingkat Kemurnian Silikon Pada Suhu 800 C Selama 5 jam Menggunakan Metode RIR
38 Tabel 4.7. Peak Difraktogram XRD Silikon Suhu 800
o
C Selama 6 jam
40 Tabel 4.8. Komposisi Tingkat Kemurnian Silikon Pada Suhu 800 C Selama 6 jam Menggunakan Metode RIR
40
DAFTAR GAMBAR
o
39 Gambar 4.13. Difraktogram XRD Tingkat Kemurnian Silikon Pada Suhu 800 C Selama 6 jam dengan Metode RIR
C Selama 6 jam
o
39 Gambar 4.12. Difraktogram XRD Silikon Suhu 800
37 Gambar 4.11. Difraktogram XRD Tingkat Kemurnian Silikon Pada Suhu 800 C Selama 5 jam dengan Metode RIR
C Selama 5 jam
o
36 Gambar 4.10. Difraktogram XRD Silikon Suhu 800
34 Gambar 4.9. Difraktogram XRD Tingkat Kemurnian Silikon Pada Suhu 800 C Selama 4 jam dengan Metode RIR
C Selama 4 jam
34 Gambar 4.8. Difraktogram XRD Silikon Suhu 800
Gambar 2.1. Pasir Kuarsa34 Gambar 4.7. Silikon Hasil Pemurnian
33 Gambar 4.6. Campuran Hasil Reduksi Pada Pemurnian Tahap III
32 Gambar 4.5. Campuran Hasil Reduksi Silika
Tanjung Tiram dengan Metode RIR
2 ) dari Pasir Alam
29 Gambar 4.4. Difraktogram XRD Tingkat Kemurnian Silika (SiO
29 Gambar 4.3. Difraktogram XRD Silika Ukuran 100 mesh dari Pasir Alam
29 Gambar 4.2. Silika Hasil Pemurnian
14 Gambar 4.1. Campuran Silika Dengan Zat-Zat Pengotornya
8 Gambar 2.3. Kurva Konsentrasi Sebagai Fungsi Waktu Pada Suhu Tetap
6 Gambar 2.2. Perubahan Polimorf dari Silika
41