BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Tanah liat 2.1.1 Pengertian Tanah Liat - KARAKTERISASI UNSUR TANAH LIAT DI LOKASI PENAMBANGAN PT. BUKIT ASAM (PERSERO) TBK MENGGUNAKAN SCANNING ELECTRON MICROSCOPY (SEM) SEBAGAI BAHAN BAKU PEMBUATAN SEMEN DAN PENGISI KARET - PO

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Tanah liat

2.1.1 Pengertian Tanah Liat

Bowles (1991) dalam Endriani (2012) mendefinisikan tanah liat (lempung) sebagai partikel berukuran lebih kecil atau sama dengan 0,002 mm, dimana tanah lempung tersebut terdiri dari tanah dengan ukuran mikrokonis sampai dengan submikrokonis yang berasal dari pelapukan unsur-unsur kimiawi penyusun batuan.

Sedangkan menurut Terzaghi (1987) Tanah lempung sangat keras dalam keadaan kering, dan tak mudah terkelupas hanya dengan jari tangan. Permeabilitas lempung sangat rendah, bersifat plastis pada kadar air sedang. Lempung adalah suatu silikat hidraaluminium yang kompleks dengan rumus kimia : Al O .nSiO .kH O dimana n dan k merupakan nilai numerik molekul

yang terikat dan bervariasi untuk masa yang sama. Mineral lempung mempunyai daya tarik menarik individual yang mampu menyerap 100 kali volume partikelnya. Ada atau tidaknya air (selama pengeringan) dapat menghasilkan perubahan volume dan kekuatan yang besar. Partikel-pertikel lempung juga mempunyai gaya tarik antar partikel yang sangat kuat yang untuk sebagian menyebabkan kekuatan yang sangat tinggi pada suatu bongkahan kering (batu lempung). Sifat-sifat yang dimiliki tanah lempung Hardiyatmo (1999) dalam Derry Endriani (2012) adalah sebagai berikut :

1. Ukuran butir halus, kurang dari 0,002 mm

2. Permeabilitas rendah

3. Kenaikan air kapiler tinggi

4. Bersifat sangat kohesif

5. Kadar kembang susut yang tinggi

6. Proses konsolidasi lambat ₆

Menurut wikepidia.org (2013) lempung atau tanah liat ialah kata umum untuk partikel mineral berkerangka dasar silikat yang berdiameter kurang dari 4 mikrometer. Lempung mengandung leburan silika dan/atau aluminium yang halus. Unsur-unsur ini, silikon, oksigen, dan aluminum adalah unsur yang paling banyak menyusun kerak bumi. Lempung terbentuk dari proses pelapukan batuan silika oleh asam karbonat dan sebagian dihasilkan dari aktivitas panas bumi. Lempung membentuk gumpalan keras saat kering dan lengket apabila basah terkena air. Sifat ini ditentukan oleh jenis mineral lempung yang mendominasinya. Mineral lempung digolongkan berdasarkan susunan lapisan oksida silikon dan oksida aluminium yang membentuk kristalnya. Golongan 1:1 memiliki lapisan satu oksida silikon dan satu oksida aluminium, sementara golongan 2:1 memiliki dua lapis golongan oksida silikon dan satu lapis oksida aluminium. Mineral lempung golongan 2:1 memiliki sifat elastis yang kuat, menyusut saat kering dan membesar saat basah. Karena perilaku inilah beberapa jenis tanah dapat membentuk kerutan- kerutan atau “pecah-pecah” bila kering.

Seorang geolog mengungkapkan bahwa tanah liat dibedakan dari kehalusan tanah oleh perbedaan dalam ukuran dan mineralogi. Silts , yang tanah halus yang tidak termasuk mineral lempung, cenderung memiliki ukuran partikel lebih besar dari tanah liat, tetapi ada beberapa tumpang tindih di kedua ukuran partikel dan sifat fisik lainnya, dan ada banyak yang meliputi silts dan juga tanah liat. Perbedaan antara lumpur dan tanah liat bervariasi. Geolog dan ilmuwan tanah biasanya mempertimbangkan pemisahan terjadi pada ukuran partikel dari 2 pm (tanah liat halus yang dari silts), sedimentologists sering menggunakan pM 4-5, dan koloid kimia menggunakan 1 pM. insinyur Geoteknik membedakan antara silts dan tanah liat berdasarkan sifat plastisitas tanah, yang diukur dengan tanah „ Batas Atterberg . ISO 14688 partikel tanah liat sebagai nilai lebih kecil dari 2 pM dan silts lebih besar.

Clay adalah istilah umum termasuk banyak kombinasi satu atau lebih

mineral lempung dengan jejak oksida logam dan bahan organik. liat geologi sebagian besar terdiri dari mineral phyllosilicate mengandung sejumlah variabel air terperangkap dalam struktur mineral. Tanah liat dihasilkan oleh alam, yang bersal dari pelapukan kerak bumi yang sebagian besar tersusun oleh batuan feldspatik, terdiri dari batuan granit dan batuan beku. Kerak bumi tersebut terdiri dari unsur unsur seperti silikon, oksigen, dan aluminium. Aktivitas panas bumi membuat pelapukan batuan silika oleh asam karbonat. kemudian membentuk terjadinya tanah liat (Sappie, 2006). Menurut Sappie (2006) tanah liat atau tanah lempung memiliki ciri-ciri sebagai berikut:

1. Tanahnya sulit menyerap air sehingga tidak cocok untuk dijadikan lahan pertanian.

2. Tekstur tanahnya cenderung lengket bila dalam keadaan basah dan kuat menyatu antara butiran tanah yang satu dengan lainnya.

3. Dalam keadaan kering, butiran tanahnya terpecah-pecah secara halus.

4. Merupakan bahan baku pembuatan tembikar dan kerajinan tangan lainnya yang dalam pembuatannya harus dibakar dengan suhu di atas 1000 C.

Gambar 2.1 ciri-ciri tanah liat

Sumber : Ebook (Sappie,2006)

2.1.2 Jenis-Jenis Tanah Liat 1.

Tanah liat Primer (Wahyu, dkk. 2009) menyebutkan tanah liat primer (residu) adalah jenis tanah liat yang dihasilkan dari pelapukan batuan feldspatik oleh tenaga endogen yang tidak berpindah dari batuan induk (batuan asalnya), karena tanah liat tidak berpindah tempat sehingga sifatnya lebih murni dibandingkan dengan tanah liat sekunder. Selain tenaga air, tenaga uap panas yang keluar dari dalam bumi mempunyai andil dalam pembentukan tanah liat primer. Karena tidak terbawa arus air dan tidak tercampur dengan bahan organik seperti humus, ranting, atau daun busuk dan sebagainya, maka tanah liat berwarna putih atau putih kusam. Suhu matang berkisar antara 1300 C

C, bahkan ada yang mencapai

–1400 1750

C. Yang termasuk tanah liat primer antara lain: kaolin, bentonite,

feldspatik , kwarsa dan dolomite, biasanya terdapat di tempat-tempat yang

lebih tinggi daripada letak tanah sekunder. Pada umumnya batuan keras basalt dan andesit akan memberikan lempung merah sedangkan granit akan memberikan lempung putih. Mineral kwarsa dan alumina dapat digolongkan sebagai jenis tanah liat primer karena merupakan hasil samping pelapukan batuan feldspatik yang menghasilkan tanah liat kaolinit (Sappie, 2006) .

Gambar 2.2 Tanah liat Primer

Sumber : Ebook (Sappie, 2006) Menurut Sappie (2006) dalam ebooknya mengatakan bahwa tanah liat primer memiliki ciri-ciri: Berwarna putih sampai putih kusam

Cenderung berbutir kasar
Bersifat tidak plastis
Daya lebur tinggi
Daya susut kecil
Bersifat tahan api
Dalam keadaan kering, tanah liat primer sangat rapuh sehingga mudah ditumbuk menjadi tepung. Hal ini disebabkan partikelnya yang terbentuk tidak simetris dan bersudut-sudut tidak seperti partikel tanah liat sekunder yang berupa lempengan sejajar. Secara sederhana dapat dijelaskan melalui gambar penampang irisan partikel kwarsa yang telah dibesarkan beberapa ribu kali. Dalam gambar di bawah ini tampak kedua partikel dilapisi lapisan air (water film), tetapi karena bentuknya tidak datar/asimetris, lapisan air tidak saling bersambungan, akibatnya partikel- partikel tidak saling menggelincir (Sappie, 2006).

2. Tanah liat Sekunder

Tanah liat sekunder atau sedimen (endapan) adalah jenis tanah liat hasil pelapukan batuan feldspatik yang berpindah jauh dari batuan induknya (Wahyu, dkk, 2009).

Gambar 2.3 Tanah liat Sekunder

Sumber : Ebook (Sappie,2006) Perpindahan jauh ini dikarenakan tenaga eksogen yang menyebabkan butiran-butiran tanah liat lepas dan mengendap pada daerah rendah seperti lembah sungai, tanah rawa, tanah marine, tanah danau. Dalam perjalanan karena air dan angin, tanah liat bercampur dengan bahan-bahan organik maupun anorganik sehingga merubah sifat- sifat kimia maupun fisika tanah liat menjadi partikel-partikel yang menghasilkan tanah liat sekunder yang lebih halus dan lebih plastis (Sappie, 2006).

Jumlah tanah liat sekunder lebih lebih banyak dari tanah liat primer. Transportasi air mempunyai pengaruh khusus pada tanah liat, salah satunya ialah gerakan arus air cenderung menggerus mineral tanah liat menjadi partikel-partikel yang semakin mengecil. Pada saat kecepatan arus melambat, partikel yang lebih berat akan mengendap dan meninggalkan partikel yang halus dalam larutan. Pada saat arus tenang, seperti di danau atau di laut, partikel

– partikel yang halus akan mengendap di dasarnya. Tanah liat yang dipindahkan bisaanya terbentuk dari beberapa macam jenis tanah liat dan berasal dari beberapa sumber. Dalam setiap sungai, endapan tanah liat dari beberapa situs cenderung bercampur bersama. Kehadiran berbagai oksida logam seperti besi, nikel, titan, mangan dan sebagainya, dari sudut ilmu keramik dianggap sebagai bahan pengotor. Bahan organik seperti humus dan daun busuk juga merupakan bahan pengotor tanah liat (Sappie, 2006).

Karena pembentukannya melalui proses panjang dan bercampur dengan bahan pengotor, maka tanah liat mempunyai sifat: berbutir halus, berwarna krem/abu-abu/coklat/merah jambu/kuning, suhu matang antara 900 C-1400

C. Pada umumnya tanah liat sekunder lebih plastis dan mempunyai daya susut yang lebih besar daripada tanah liat primer (Sappie, 2006). .

Semakin tinggi suhu bakarnya semakin keras dan semakin kecil porositasnya, sehingga menjadi kedap air. Dibanding dengan tanah liat primer, tanah liat sekunder mempunyai ciri tidak murni, warna lebih gelap, berbutir lebih halus dan mempunyai titik lebur yang relatif lebih rendah. Setelah dibakar tanah liat sekunder biasanya berwarna krem, abu- abu muda sampai coklat muda ke tua (Sappie, 2006).. Tanah liat sekunder menurut Sappie (2006) memiliki ciri-ciri: Kurang murni.

Cenderung berbutir halus.
Bersifat plastis.

Berwarna krem/abu-abu/coklat/merah jambu/kuning, kuning muda, kuning kecoklatan, kemerahan, kehitaman. Daya susut tinggi.

C
stoneware, ballclay ).

C, ada yang sampai 1400 C (fireclay,

–1300 Suhu bakar 1200

(earthenware).

C –1180

C, ada yang sampai 1200 C Suhu bakar rendah 900

Warna tanah tanah alami terjadi karena adanya unsur oksida besi dan unsur organis, yang biasanya akan berwama bakar kuning kecoklatan, coklat, merah, wama karat, atau coklat tua, tergantung dan jumlah oksida besi dan kotoran-kotoran yang terkandung. Biasanya kandungan oksida besi sekitar 2%-5%, dengan adanya unsur tersebut tanah cenderung berwarna Iebih gelap, biasanya matang pada suhu yang lebih rendah, kebalikannya adalah tanah berwama lebih terang atau pun putih akan matang pada suhu yang lebih tinggi (Sappie,2006).

Menurut Ro Sulistya (2012) berdasarkan titik leburnya, tanah liat sekunder dapat dibagi menjadi lima kelompok besar, yaitu :

1. Tanah Liat Tahan Api (Fireclay).

Kebanyakan tanah liat tahan api berwarna terang (putih) ke abu- abu gelap menuju ke hitam dan ditemukan di alam dalam bentuk bongkahan padat, beberapa diantaranya berkadar alumina tinggi dan berkadar alkali rendah. Titik leburnya mencapai suhu ± 1500 ºC. Yang tergolong tanah liat tahan api ialah tanah liat yang tahan dibakar pada suhu tinggi tanpa mengubah bentuk, misalnya kaolin dan mineral tahan api seperti alumina dan silika. Bahan ini sering digunakan untuk bahan campuran pembuatan massa badan siap pakai, untuk produk stoneware maupun porselin.

Karena beberapa sifatnya yang menguntungkan, antara lain berwarna putih, mempunyai daya lentur dan sebagainya, maka Kaolin juga dipakai sebagai bahan pengisi untuk produk kertas dan kosmetik.

2. Tanah Liat Stoneware.

Tanah liat stoneware ialah tanah liat yang dalam pembakaran gerabah (earthenware) tanpa diserta perubahan bentuk. Titik lebur tanah liat stoneware bisa mencapai suhu 1400 ºC. Bisaanya berwarna abu-abu, plastis, mempunyai sifat tahan api dan ukuran butir tidak terlalu halus. Jumlah deposit di alam tidak sebanyak deposit kaolin atau mineral tahan api. Tanah liat stoneware dapat digunakan sebagai bahan utama pembuatan benda keramik alat rumah tangga tanpa atau menggunakan campuran bahan lain. Setelah suhu pembakaran mencapai ± 1250 ºC, sifat fisikanya berubah menjadi keras seperti batu, padat, kedap air dan bila diketuk bersuara nyaring.

3. Ballclay.

Disebut juga sebagai tanah liat sendimen. Ballclay berbutir halus, mempunyai tingkat plastisitas sangat tinggi, daya susutnya besar dan bisaanya berwarna abu-abu. Tanah liat ini mempunyai titik lebur antara 1250 ºC s/d 1350 ºC. Karena sangat plastis, ballclay hanya dapat dipakai sebagai bahan campuran pembuatan massa tanah liat siap pakai.

4. Tanah Liat Earthenware.

Bahan ini sangat banyak terdapat di alam. Tanah liat ini memiliki tingkat plastisitas yang cukup, sehingga mudah dibentuk, warna bakar merah coklat dan titik leburnya sekitar 1100 ºC s/d 1200 ºC. tanah liat merah banyak digunakan di industri genteng dan gerabah kasar dan halus. Warna alaminya tidak merah terang tetapi merah karat, karena kandungan besinya mencapai 8%. Bila diglasir warnanya akan lebih kaya, khususnya dengan menggunakan glasir timbal.

5. Tanah Liat Lainnya. Yang termasuk kelompok ini adalah jenis tanah liat monmorilinit .

contohnya bentonit yang sangat halus dan rekat sekali. Tanah liat ini hanya digunakan sebagai bahan campuran massa badan kaolinit dalam jumlah yang relatif kecil.

2.1.3 Proses terbentuknya tanah liat Primer dan Sekunder

Tanah liat merupakan mineral murni yang terdapat pada batuan panas dan padat, karena terjadi pelapukan maka terbentuk partikel- partikel halus dan sebagian besar dipindahkan oleh tenaga air, angin dan gletser ke suatu tempat yang lebih rendah dan jauh dari batuan induk dengan ukuran partikel yang hampir sama, sedangkan sebagian lagi tetap tinggal dilokasi dimana batuan induk berada. Selama berpindah tanah liat menjadi tidak murni, kehilangan mineral-mineral pengikatnya. Hasilnya berupa jenis tanah liat mulai dari yang kasar sampai yang halus dengan kemungkinan terjadi perubahan warna dan komposisinya. Dari peristiwa alam tersebut, maka terdapat tanah liat yang tidak berpindah tempat atau terdapat didaerah asalnya, tanah liat ini disebut tanah liat primer yang merupakan hasil akhir dari serangkaian proses yang juga disebut residu. Contoh tanah liat ini yang umum adalah china clay atau kaolin. Sedangkan tanah liat yang berpindah dari daerah asalnya dan mengendap didaerah rendah disebut tanah liat sekunder atau tanah liat sedimen, seperti ballclay, redmals (campuran tanah liat, pasir, dan kapur), stoneware dan lain-lain.(Sappie, 2006)

Gambar 2.4. Proses pembentukan tanah liat primer dan sekunder

Sumber : Ebook (Sappie,2006) Tanah liat merupakan suatu mineral yang terbentuk dari struktur partikel-partikel yang sangat kecil, terutama dari mineral-mineral yang disebut kaolinit, yaitu persenyawaan dari Oksida Alumina (Al

2 O 3 ), dengan Oksida Silika (SiO ) dan air (H O) (Ambar, 2008).

2 Bentuk partikel-partikelnya seperti lempengan kecil-kecil hampir

terbentuk segi enam (hexagonal) dengan permukaan yang datar yang tidak dapat dilihat dengan mata secara langsung, dengan bentuk partikel seperti ini menyebabkan tanah liat mempunyai sifat liat (plastis) dan mudah dibentuk bila dicampur dengan air, hal ini karena partikel-partikel tersebut saling terjadi perubahan secara alamiah (Norton, 2000).

Gambar 2.5 Bentuk Partikel tanah liat

Sumber : F.H Norton (2000)

Menurut Frank and Janet Hamer (1997) Perubahan alamiah yang berlangsung terus menerus menyebabkan terbentuknya tanah liat primer dan sekunder, yang juga menyebabkan perbedaan tempat ditemukan (pengendapan) tanah liat tersebut.

Secara sederhana asal usul tanah liat dapat digambarkan seperti gambar berikut ini.

Gambar 2.6. Asal Usul tanah liat secara sederhana

(sumber : Frank Hammer and Janet Hammer)

2.1.4 Pembentukan Mineral Lempung

Menurut Prihatin Tri Setyobudi (2010) dalam buku berjudul sifat- sifat fisik mineral „Mineralogy” mengatakan bahwa mineral lempung merupakan koloid dengan ukuran sangat kecil (kurang dari 1 mikron). Masing-masing koloid terlihat seperti lempengan-lempengan kecil yang terdiri dari lembaran-lembaran kristal yang memiliki struktur atom yang berulang (Sappie,2006). lembaran-lembaran kristal yang memliki struktur atom yang berulang tersebut adalah:

1. Tetrahedron / Silica sheet

Merupakan gabungan dari Silica Tetrahedron Gambar 2.6: a. Tetrahedron; b. Silica Sheet

Sumber : Ebook (Sappie,2006)

2. Octahedron / Alumina sheet Merupakan gabungan dari Alumina Octahedron.

Gambar 2.7: c. Octahedron; d. Alumina Sheet

Sumber : Ebook (Sappie,2006)

Mineral lempung terbentuk di atas permukaan bumi dimana udara dan air berinteraksi dengan mineral silikat, memecahnya menjadi lempung dan produk lain (sappie, 2006).

Mineral lempung adalah mineral sekunder yang terbentuk karena proses pengerusakan atau pemecahan dikarenakan iklim dan alterasi air (hidrous alteration) pada suatu batuan induk dan mineral yang terkandung dalam batuan itu. Berdasarkan struktur kristal dan variasi komposisinya dapat dibedakan menjadi belasan jenis mineral lempung dan diantaranya:

Kaolinit -

Halloysite

momtmorillonite (bentonites)
illite
smectite
vermiculite
chlorite
attapulgite
allophone

Dalam dunia perdangan kita mengenal beberapa tipe mineral lempung, diantaranya adalah: Ball clay

Bentonite -
Fire clay

Common clay

Fuller’s earth
Kaolin.
2.1.5 Manfaat Tanah Lempung

Tanah liat lebih dikenal sebagai bahan utama pembuatan keramik atau pun porselen sebagai hiasan rumah. Selain daripada bahab utama tersebut, tanah liat juga memiliki manfaat lain. Dari penelitian, tanah liat juga sangat bermanfaat bagi kesehatan tubuh dan kecantikan kulit. Hal ini terbukti karena tanah liat memiliki 67 mineral penting yang berguna buat tubuh. Ke 67 mineral tersebut antara lain, kalsium, zat besi, magnesium, mangan, potasium, silika,dan elemen-elemen trace lainnya (Jimmy,2011).

Berdasarkan data survei menurut Jimmy (2011), penggunaan tanah liat untuk kesehatan telah dilakukan oleh Bangsa Indian di pegunungan Andes, Suku asli Meksiko, Suku Aborigin di Australia, dan Suku di Afrika Tengah. Perlu diketahui juga kalau sejak 4.000 tahun yang lalu, orang-orang Indonesia telah memakan tanah liat untuk menghilangkan sakit perut, Buruli Ulcer (mirip seperti Lepra) dan Tuberculosis Mycobacterium (penyakit yang memakan daging).

Manfaat tanah liat menurut Jimmy (2011) antara lain sebagai berikut: 1. Sebagai obat untuk sakit perut, karena tanah liat memiliki zat seperti sponge yang berfungsi menyerap racun di tubuh.

2. Sebagai pengurang rasa sakit di luka, hal ini dikarena oleh sifat tanah liat yang adem dan memiliki kandunga Zink dan Zat besi yang membantu penyembuhan luka.

3. Sebagai detox tubuh. Tanah liat yang bersifat seperti sponge ini dapat digunakan untuk menyerap racun-racun ditubuh kita seperti bakteri, zat logam berbahaya, dll.

4. Untuk kecantikan, tanah liat bermanfaat untuk mengencangkan kulit dan memuluskan kulit Anda jika digunakan sebagai masker atau lulur tubuh.

2.1.6 Karakteristik Fisik Tanah Lempung Lunak

Menurut Bowles (1989) dalam Endriani (2012), mineral-mineral pada tanah lempung umumnya memiliki sifat-sifat:

a. Hidrasi

Partikel mineral lempung biasanya bermuatan negatif sehingga partikel lempung hampir selalu mengalami hidrasi, yaitu dikelilingi oleh lapisan- lapisan molekul air yang disebut sebagai air teradsorbsi. Lapisan ini pada umumnya mempunyai tebal dua molekul karena itu disebut sebagai lapisan difusi ganda atau lapisan ganda. Lapisan difusi ganda adalah lapisan yang dapat menarik molekul air atau kation disekitarnya. Lapisan ini akan hilang

pada temperatur yang lebih tinggi dari 600 sampai 1000 C dan akan mengurangi plasitisitas alamiah, tetapi sebagian air juga dapat menghilang cukup dengan pengeringan udara saja.

b. Aktivitas.

Hasil pengujian index properties dapat digunakan untuk mengidentifikasi tanah ekspansif. Hardiyatmo (2006) merujuk pada Skempton (1953) mendefinisikan aktivitas tanah lempung sebagai perbandingan antara Indeks Plastisitas (IP) dengan prosentase butiran yang lebih kecil dari 0,002 mm.

d. Flokulasi dan Dispersi.

Beberapa partikel yang tertarik akan membentuk flok (flock) yang berorientasi secara acak atau struktur yang berukuran lebih besar akan turun dari larutan itu dengan cepatnya membentuk sedimen yang lepas. Flokulasi adalah peristiwa penggumpalan partikel lempung di dalam larutan air akibat mineral lempung umumnya mempunyai pH > 7. Flokulasi larutan dapat dinetralisir dengan

menambahkan bahan-bahan yang mengandung asam (ion H ), sedangkan penambahan bahan-bahan alkali akan mempercepat flokulasi. Untuk menghindari flokulasi larutan air dapat ditambahkan zat asam.

e. Pengaruh Zat cair

Fase air yang berada di dalam struktur tanah lempung adalah air yang tidak murni secara kimiawi. Pemakaian air suling yang relatif bebas ion dapat membuat hasil yang cukup berbeda dari apa yang didapatkan dari tanah di lapangan dengan air yang telah terkontaminasi. Air yang berfungsi sebagai penentu sifat plastisitas dari lempung. Satu molekul air memiliki muatan positif dan muatan negative pada ujung yang berbeda (dipolar). Fenomena hanya terjadi pada air yang molekulnya dipolar dan tidak terjadi pada cairan yang tidak dipolar seperti karbon tetrakolrida (CCl ) yang jika dicampur lempung

4 tidak akan terjadi apapun.

f. Sifat kembang susut (swelling potensial)

Plastisitas yang tinggi terjadi akibat adanya perubahan sistem tanah dengan air yang mengakibatkan terganggunya keseimbangan gaya-gaya didalam struktur tanah. Gaya tarik yang bekerja pada partikel yang berdekatan yang terdiri dari gaya elektrostatis yang bergantung pada komposisi mineral, serta bergantung pada jarak antar permukaan partikel.

2.2 Semen

2.2.1 Pengertian Semen

Semen merupakan material perekat untuk kerikil (agrerat kasar), pasir, batubata, dan material sejenis lainnya. Material semen telah banyak digunakan sejak zaman Yunani, Romawi, dan Mesir Kuno. Sebagian monumen dan bangunan peninggalan sejarah yang saat ini masih bisa kita saksikan, merupakan bukti bahwa material semen sudah digunakan sejak zaman dulu. Orang Mesir sudah menggunakan semenuntuk konstruksi pyramid mereka. Orang Yunani dan orang Roma menggunakan turf vulkanik yang dicampur dengan gamping sebagai semen, dan beberapa diantara bangunan ini masih berdiri sekarang (Syarif Hidayat,2009) . pada abad ke-18 (1700 M) seorang insinyur Sipil, John Smeaton berkebangsaan Inggris telah mebuat campuran semen, yaitu merupakan campuran antara batu kapur dan tanah liat yang kemudian dia pakai untuk membangun menara suar Eddystone di lepas pantai Comwall, Inggris. Namun, bukan Smeaton yang mempatenkan semen ini tapi seorang insinyur yang berkebangsaan sama dengannya yaitu Josep Aspdin yang mematenkan semen pada tahun 1824, yang kemudian di sebut dengan Semen Portland. Dinamai Portland karena warna hasil akhir olahannya mirip tanah liat yang ada di Pulau Portland, Inggris (Syarif Hidayat,2009) .

Hasil rekayassa Aspdin inilah yang sekarang banyak dijumpai di toko- toko bangunan. Sebenarnya, ramuan Aspdin tidak jauh berbeda dengan Smeaton. Dia tetap mengandalkan dua bahan utama, yaitu batu kapur sebagai sumber kalsium karbonat dan tanah lempung yang banyak menggandung silica, alumina, serta oksidasi besi. Kemudian, tahun 1845 Issac Johnson melakukan penelitian lanjutan mengenai semen dan hasilnya sangat berperan dalam pengembangan industri semen modern (Syarif Hidayat,2009).

Menurut SNI 15-2049-2004, Semen Portland adalah semen hidrolisis yang dihasilkan dengan cara menggiling terak (klinker) semen portland terutama yang terdiri atas Kalsium Silikat yang bersifat hidrolisis dan digiling bersama-sama dengan bahan tambahan berupa satu atau lebih bentuk kristal senyawa kalsium sulfat dan boleh ditambah dengan bahan tambahan lain.

Semen merupakan bahan yang digunakan untuk berbagai keperluan terutama dalam pembagunan. Bahan mentah yang dibutuhkan dalam pembuatan semen antara lain batu kapur (Limestone), tanah liat (clay) , pasir silica dan pasir besi. Adapun bahan-bahan tersebut setidaknya mengandung

Limestone (+/- 82%), Clay (+/- 13,5%), Pasir Silika (+/- 3%), dan Pasir besi

(+/- 1,5%).

2.2.2 Bahan baku dan produksi semen

Bahan baku utama yang digunakan yaitu batu kapur (Lime Stone) dan tanah liat (Clay).

1. Batu kapur (Lime Stone) Kalsium karbonat (CaCO ) di alam sangat banyak terdapat di berbagai

tempat. Kalsium karbonat berasal dari pembentukan geologis yang pada umumnya dapat dipakai untuk pembuatan semen Portland sebagai sumber utama senyawa Ca. Kekerasan batu kapur antara 1,8

– 3,0 skala mesh, warna pada batu kapur dipengaruhi oleh tingkat kandungan unsur
– unsur besi,

clay (tanah liat), dan MgO. Batu kapur ini memberikan kandungan CaO dan

sedikit mengandung MgO.

2. Tanah liat (Clay) Tanah liat merupakan bahan baku semen yang mempunyai sumber utama senyawa silikat dan aluminat dan sedikit senyawa besi. Tanah liat memiliki berat molekul 796,40 g/gmol dan secara umum mempunyai warna cokelat kemerah

– merahan serta tidak larut dalam air.

Tabel 2.1 Sifat – Sifat Fisika dan Kimia Bahan Baku Utama

Sifat Komponen Bahan Baku

– Sifat No Bahan Batu Kapur Tanah Liat

1 Rumus kimia CaCO

3 Al

2 O 3 .K

2 O.6SiO 2 .2H

2 O

2 Berat molekul 100,09 g/gmol 796,40 g/gmol

3 Densitas 2,71 g/ml 2,9 g/ml

o o

4 Titik leleh 1339 C Terurai pada 1450 C

5 Warna Putih keabu Coklat kemerah – –

6 Kelarutan abuan merahan Larut dalam air, Tidak larut dalam air, asam NH

4 Cl asam, pelarut lain Sumber: Perry, R. H, tahun 1998

– oksidanya belum memenuhi persyaratan secara kualitatif dan kuantitatif. Pada umumnya, bahan baku korektif yang digunakan mengandung oksida silika, oksida alumina dan oksida besi yang diperoleh dari pasir silika (silica sand) dan pasir besi (iron sand).
– Sifat Bahan Komponen Bahan Baku Pasir Silika Pasir Besi

SiO

Bahan baku tambahan adalah bahan baku yang ditambahkan pada terak atau klinker untuk memperbaiki sifat – sifat tertentu dari semen yang

Bahan Baku Tambahan

159,70 g/gmol 5,12 g/ml Terurai pada 1560

2 O

C Coklat keputihan Tidak larut dalam air, alkali tetapi larut dalam HF

C 2230

60,06 g/gmol 1,32 g/ml 1710

7 Rumus kimia Berat molekul Densitas Titik leleh Titik didih Warna Kelarutan

No Sifat

Tabel 2.2 Sifat – Sifat Fisik dan Kimia Bahan Baku Penunjang

2 O 3 yang biasanya dalam bahan baku utama masih kurang.

2. Pasir besi (iron sand) Pasir besi digunakan sebagai pengkoreksi kadar Fe

2 dalam tanah liat yang rendah.

1. Pasir silika (silica sand) Pasir silika digunakan sebagai pengkoreksi kadar SiO

Bahan baku korektif adalah bahan tambahan pada bahan baku utama apabila pada pencampuran bahan baku utama komposisi oksida

Bahan Baku Penunjang (Korektif)

Hitam Tidak larut dalam air, tetapi larut dalam HCl

Sumber: Perry, R. H, tahun 1989 dihasilkan. Bahan baku tambahan yang biasa digunakan untuk mengatur waktu pengikatan semen adalah Gypsum.

Tabel 2.3 Sifat

– Sifat Fisik dan Kimia Bahan Baku Tambahan

Gypsum

No Sifat – Sifat Bahan

1 Rumus kimia CaSO

4 . 2H

2 O

2 Berat molekul 172,17 g/gmol

3 Densitas 2,32 g/ml

4 Titik leleh 128 C

5 Titik didih 163 C

6 Warna Putih

7 Kelarutan Larut dalam air, gliseril, Na S O

dan garam NH

4 Sumber: Perry, R. H, tahun 1989

Pada dasarnya tiap-tiap industri semen memiliki proses produksi yang hamper sama, perbedaannya terdapat pada tata letak dan peralatan yang digunakan. Secara umum ada dua jenis proses produksi semen, yaitu dry

process

dan wet process. Pada dry process, tahapan penggilingan (grinding) dan pencampuran (blending) bahan baku dilakukan dalam kondisi kering. Namun pada wet process, campuran bahan bakunya dilakukan pada kondisi basah.

2.3 Pengisi Karet (Rubber Filler) Karet adalah tanaman perkebunan tahunan berupa pohon batang lurus.

Pohon karet pertama kali hanya tumbuh di Brasil, Amerika Selatan, namun setelah percobaan berkali-kali oleh Henry Wickham, pohon ini berhasil dikembangkan di Asia Tenggara, di mana sekarang ini tanaman ini banyak dikembangkan sehingga sampai sekarang Asia merupakan sumber karet alami. Di Indonesia, Malaysia dan Singapura tanaman karet mulai dicoba dibudidayakan pada tahun 1876. Tanaman karet pertama di Indonesia ditanam di Kebun Raya Bogor (Micky, 2012).

Sumber utama karet adalah pohon karet Hevea brasiliensis

(Euphorbiaceae). Untuk mendapatkan karet alam, dilakukan penyadapan

terhadap batang pohon tanaman karet hingga dihasilkan getah kekuning- kuningan yang disebut dengan lateks. Lateks merupakan cairan atau sitoplasma yang berisi ±30% partikel karet. Pada tanaman karet, lateks dibentuk dan terakumulasi dalam sel-sel pembuluh lateks yang tersusun pada setiap jaringan bagian tanaman, seperti pada bagian batang dan daun. Penyadapan lateks dapat dilakukan dengan mengiris sebagian dari kulit batang. Penyadapan ini harus dilakukan secara hati-hati karena kesalahan dalam penyadapan dapat membahayakan bahkan mematikan pohon karet (Micky, 2012).

Produk dari penggumpalan lateks selanjutnya diolah untuk menghasilkan lembaran karet (sheet), bongkahan (kotak), atau karet remah (crumb rubber) yang merupakan bahan baku industri karet. Ekspor karet dari Indonesia dalam berbagai bentuk, yaitu dalam bentuk bahan baku industri (sheet, crumb rubber) dan produk turunannya seperti ban, komponen dan sebagainya. Hasil utama dari pohon karet adalah lateks yang dapat dijual atau diperdagangkan di masyarakat berupa lateks segar, slab/koagulasi, ataupun sit asap/sit angin. Selanjutnya produk-produk tersebut akan digunakan sebagai bahan baku pabrik Crumb Rubber (Karet Remah), yang menghasilkan berbagai bahan baku untuk berbagai industri hilir seperti ban, bola, sepatu, karet, sarung tangan, baju renang, karet gelang dan lainnya (Micky,2012).

Industri lateks karet alam merupakan industri yang sudah lama berada di Negara kita Indonesia. dan merupakan salah satu hasil pertanian terkemuka karena banyakmenunjang perekonomian Negara. Indonesia merupakan sebuah negara penghasil produk latekskaret alam dunia seperti sarung tangan. Adapun produk-produk yang dihasilkan dari lateks karet alam antara lain pita berpelekat, balon, pembalut luka elastis, tiub stateskop, pakaian dalam, busa spring bed, dan lain – lain (Ekonopita,2000).

Berdasarkan kajian yang dilakukan oleh Free University, Belanda, diproyeksikan bahwa konsumsi karet sampai dengan tahun 2020 akan tetap meningkat baik untuk karet alam maupun sintetik. Proyeksi konsumsi karet dunia pada tahun 2020 diperkirakan sebesar 13,472 juta ton dan proyeksi produksi sebesar 7,8 juta ton. Dengan demikan terjadi kekurangan pasokan karet sebesar 5,654 juta ton yang merupakan peluang bagi pasar di Indonesia.

Bahan pengisi karet sangat memegang peranan penting dalam industri ban dan polimer, karena fungsi bahan pengisi untuk menurunkan biaya produksi dan menguatkan kekuatan mekanik. Menurut prayitno (1983), bahan pengisi karet sangat berpengaruh pada sifat-sifat karet vulkanisasi yang dihasilkan, baik jenisnya maupun jumlahnya. Pada beberapa pencampuran komponen, arang hitam (black carbon) merupakan bahan pengisi aktif karena selain sebagai pengisi bahan ini juga berfungsi sebagai pewarna (warna hitam) dan penguat.

Karet alam tidak memiliki regangan , kekerasan, dan modulus yang sesuai dengan keperluan pabrik karet.Maka diperlukan untuk menambahkan material yang bertujuan untuk meningkatkan karakteristik karet alam pada tingkatan yang diinginkan (Studebaker, 1957). Untuk menghasilkan barang jadi karet yang tahan terhadap pengusangan perlu penyesuaian sistem vulkanisasi dan ditambahkan anti oksidan, anti ozon, dan sebagainya. Untuk memperkuat sifat fisik dan menekan biaya pengolahan dengan memperbesar volume dapat ditambahkan bahan pengisi.Processing aid digunakan untuk mempermudah pengolahan sehingga terjadi pencampuran yang baik, dispersi bahan pengisi yang baik, akan menghasilkan kompon yang baik sehingga dihasilkan barang jadi yang baik.

Salah satu material yang digunakan dalam pencampuran karet alam adalah bahan pengisi (filler). Bahan pengisi ini membantu dalam mencapai karakteristik yang diinginkan dan merupakan material paling besar kedua dalam hal kuantitas didalam suatu campuran karet setelah karet itu sendiri (Brennan and Jermyn, 1965).

Bahan pengisi digunakan untuk memperkuat karet dengan tujuan untuk mengurangi biaya produksi,pewarnaan, meningkatkan kepadatan dan meningkatkan sifat pemrosesan. Umumnya penguatan karet merupakan bidang yang penting dalam teknologi pemrosesan karet. Dimana penguatan karet dapat meningkatkan satu atau lebih sifat elastomer,yang bertujuan untuk kesesuaian terhadap kegunaannya (Morton, 1987). Dalam hal ini Morton juga mengungkapkan bahwa tanah liat dapat digunakan sebagai bahan pengisi karet dengan di tambahkan carbon black. Perbandingan hasil olahan pebgisi karet dapat dilihat pada tabel berikut.

Tabel 2.4 Hard Clay in SBR (50 Volumes)

Hard N-990 N-650 20 phr (Black) Clay Black Hard clay (104 phr) _O

130 phr 100 phr

ML 1+4 (100 C)

300% modulus, Mpa

1.9

5.3

7.0

pTensile Strength, Mpa

14.2

10.0

18.6 Elongation, % 590 610 620

Hardness _b

78 Compression set (B), %

45 Die C tear, kN/m

17.9 Abrasion Index

27 Sumber : Morton, 1987 Banyak pengisi mineral yang digunakan secara meluas oleh industri karet alam dan lateks karet alam, adapun pengisi tersebut seperti karbon black, kaolin, dan kalsium karbonat. Kalsium karbonat adalah bahan yang paling diminati pada tahun terakhir ini karena ketersediannya dan biaya pengolahannya rendah (Danneberg, 1981).

Penambahan bahan pengisi diterapkan dengan fungsi untuk mengurangi pemakaian kardkk.am dan menambah tingkat kekuatan dari produk yang dihasilkan serta mengurangi biaya produksi. Adapun untuk bahan pengisinya yaitu berupa non-black fillers for elastomer yang diantaranya adalah kalsium karbonat, tanah liat kaolin, silika yang diendapkan, bedak, barit, silika amorf, diatomite (Adnan dkk., 2009).

Maurice Morton dalam buku Rubber Technology ( 1987) dan H.H. Muray dalam buku Aplied Clay Mineralogy (2006) menengungkapkan bahwa tanah liat dapat digunakan untuk berbagai aplikasi karena sifat teknis yang

Tanah liat banyak digunakan sebagai untuk senyawa karet dari semua jenis, termasuk komponen ban seperti senyawa serat perekat, dan seluruh rentang non-ban. Aplikasi karet digunakan karena memiliki daya penguatan baik, biaya moderat dan processability baik yang diinginkan. Tanah liat memiliki sifat semi-memperkuat yang sangat baik dan dapat digunakan sebagai pengisi utama dalam karet atau untuk mengganti sebagian atau memperpanjang lebih tinggi memperkuat karbon hitam. Senyawa karet mengandung rata-rata kurang dari 5 lbs. Bahan kimia tambahan per 100 lbs elastomer , sedangkan

filler biasanya 10-15 kali lebih tinggi . Bahan yang digunakan untuk

memodifikasi sifat-sifat produk karet , bahan pengisi sering memainkan peran penting . Sebagian besar pengisi karet yang digunakan saat ini menawarkan beberapa manfaat fungsional yang memberikan kontribusi untuk processability atau kegunaan produk karet . Butadiene rubber stirena misalnya , memiliki hampir tidak ada penggunaan komersial sebagai senyawa terisi (Ebook Non Black Filler for Rubber hlm 2).

Tanah liat juga digunakan sebagai agen semi-penguat untuk karet, dan sekitar £ 900.000.000 digunakan per tahun di Amerika Serikat Paling adalah tanah liat keras ditambang di Georgia dan Carolina Selatan. Hal ini digunakan dalam bangkai ban, dinding samping, dan isolasi manik. Liat menawarkan beberapa penguatan terhadap senyawa karet tetapi kurang dari memperkuat nilai karbon hitam. Biaya tanah liat biasanya $ 0,03 sampai $ 0,05 per pon. Silan lempung putih yang dimodifikasi digunakan dalam dinding samping putih (CWC 1997).

Tanah liat kaolin biasanya digunakan untuk mengurangi biaya penggunaan senyawa karet serta meningkatkan sifat fisik atau saat operasi. Tanah liat kaolin adalah aluminosilikat platy. Tanah liat yang digunakan untuk pengisi karet di klasifikasikan menjadi dua bagian yaitu tanah liat keras dan tanah liat lunak yang memiliki ukuran partikel yang berbeda dan juga mempengaruhi stuktur kekerasan karet. Tanah liat keras memiliki ukuran partikel rata-rata sekitar 250 sampai 500 nm, dan mempunyai modulus kekuatan tarik tinggi, kekakuan, dan ketahanan abrasi yang baik untuk senyawa karet. Tanah liat lunak memiliki ukuran partikel rata-rata sekitar 1000-2000 nm dan digunakan untuk beban ekonom tinggi dan tingkat ekstrusi lebih cepat lebih penting daripada kekuatan. Dalam anisometry (bentuk planar) dan perhitungan ukuran partikel tanah liat mempengaruhi pada modulus dan kekerasan. Tanah liat keras lebih banyak digunakan dari tanah liat lunak atau lembut karena dalam pencampurannya karet menghasilkan efek semi- memperkuat dan biaya utilitas yang rendah sebagai pelengkap pengisi lainnya.

Tanah liat digunakan untuk menggantikan sebagian dari karbon silika hitam atau endapan silika yang harganya lebih mahal dalam senyawa tertentu tanpa mengurangi sifat fisik produk yang dihasilkan nantinya. Berikut adalah gambar struktur dari tanah liat kaolin (Ebook Non Black Filler for Rubber).

Gambar 2.8 struktur tanah liat kaolin

Sumber : (Ebook Non Black Filler for Rubber)

Beberapa tanah liat dicuci dengan menggunakan air guna meningkatkan pembersihan kotoran pada tanah liat supaya warna tanah liat cerah. Penambahan Aminosilan dan mercaptosilane pada tanah liat keras memberikan penguatan yang lebih baik dan dalam beberapa aplikasi dapat mengurangi penggunaan silika carbon hitam. Berikut adalah beberapa gambar dari tanah liat kaolin yang digunakan sebagai pengisi karet.

A B C D

Gambar 2.9 varius types of kaolin clay fillers

Sumber : (Adnan, dkk, 2009) Menurut Adnan.dkk (2009) terdapat proses dasar untuk memproduksi kaolin

clay untuk penguatan karet dari hasil tambang:

bentuk paling mahal karena tanah liat keras memiliki penguatan moderat yang tinggi.

bijih tanah liat digiling untuk memecah gumpalan. Proses Ini adalah

kemudian pemutihan dan pemisahan magnetik untuk meningkatkan warna tanah liat dan rotary untuk menghasilkan berbagai ukuran partikel yang diinginkan. Pencucian tanah liat dengan air guna menghasilkan penguatan yang lebih tinggi dengan kemampuan untuk mengontrol pH, warna dan ukuran partikel.

tanah liat dicuci dengan air akan melibatkan pemisahan secara gravitasi,

dengan cara memecahkan struktur trombosit dari tanah liat, yang selanjutnya meningkatkan penguatan properti.

delaminated kaolin dilakukan dengan menggunakan bahan kimia atau

C, yang

Dikalsinasi yaitu dengan dipanaskan sampai 1.000 menghasilkan warna putih dengan permukaan timggi mineral serta daerah permukaan inert.

Adapun menurut (Bunga Prameswari, 2008) komposisi kimia tanah liat yang di analisa dengan menggunakan alat Scanning Electron

Microscopy (SEM) dapat dilihat pada Tabel 5.

Tabel 2.5 komposisi Tanah Liat

Elemen Nama Elemen Konsentrasi (%) C Carbon 0,33 O Oksigen 46,91 Al Aluminium 22,05 Si Silika 13,42 S Sulfur 0,23 Ca Kalium 0,21 Fe Besi 14,78

Sumber : (Bunga Prameswari, 2008)

Bahan pengisi adalah merupakan bagian yang sangat penting pada komposit. Bahan pengisi dapat berupa logam,keramik ,dan polimer.Sifat- sifat komposit adalah fungsi dari sifat-sifat zatnya ,jumlah zat yang sesuai dan geometri fasa tersebar. Yang diamksud dengan geometri fasa tersebar adalah bentuk partikel,ukuran partikel ,taburan orientasinya. Interaksi antara matrik polimer dan pengisi dipengaruhi oleh ukuran partikel,aktivitas permukaan ,muatan serta jenis polimer dalam campuran. Interaksi tersebut memberi kesan yang tampak pada sifat mekanik, kandungan gel ,persentase serbuk yang terjerap dan sifat termal campuran pengisi (Callister,2000).

Bahan pengisi pada komposit akan memodifikasi atau memperbaiki sifat-sifat bahan atau menggantikan kandungan matrik dengan bahan yang lebih murah .Secara umum bahan pengisi bersifat sebagai penguat . (Callister,2000).Tingkat penguatan campuran polimer bergantung pada kekuatan interaksi antara polimer dan pengisi .Kekuatan interaksi didominasi oleh penjerapan fisika polimer (Bound Polimer) (Hanafi,2000). Penjerapan polimer ke atas permukaan pengisi dipengaruhi oleh luas permukaan ,aktivasi permukaan dan kekutupan polimer. Pada proses pengolahan karet ada dua macam bahan pengisi yaitu : 1.

Bahan pengisi tidak aktif.

Bahan pengisi ini menambah kekerasan dan kekuatan pada bahan jadi yang dihasilkan, tetapi sifat lainnya menurun. Biasanya bahan pengisi yang tidak aktif lebih banyak digunakan untuk menekan harga karena bahan ini harganya lebih murah contohnya kaolin, tanah liat, kalsium karbonat, magnesium karbonat, barium sulfat.

2. Bahan pengisi yang menguatkan (Aktif).

Bahan pengisi aktif atau penguat, contohnya karbon hitam, silica, aluminium silikat, dan magnesium silikat. Bahan ini mampu menambah kekerasan ,ketahanan sobek, ketahanan kikisan, serta tegangan putus pada barang yang dihasilkan.

Kadang

– kadang bahan pengisi aktif dan tidak aktif diberikan dalam campuran sebagai alternatif penghematan biaya. Bahan pengisi yang digunakan dalam pembuatan benang karet adalah titanium dioksida (TiO

2 ) yang berbentuk tepung dan bewarna putih bersih (Callister, 2000).

2.4 Scanning Electron Microscopy (SEM)

2.4.1 Sejarah Electron Microscopy (SEM)

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Tanah liat 2.1.1 Pengertian Tanah Liat - KARAKTERISASI UNSUR TANAH LIAT DI LOKASI PENAMBANGAN PT. BUKIT ASAM (PERSERO) TBK MENGGUNAKAN SCANNING ELECTRON MICROSCOPY (SEM) SEBAGAI BAHAN BAKU PEMBUATAN SEMEN DAN PENGISI KARET - PO