Pembuatan dan Karakterisasi Semi-Hard Magnetic Fe2O3 Berbasis Mill Scale Limbah Industri Baja dengan Penambahan FeMo

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI SEMI-HARD MAGNETIC Fe2O3
BERBASIS MILL SCALE LIMBAH INDUSTRI BAJA DENGAN
PENAMBAHAN FeMo

SKRIPSI

SANTA SIMANJUNTAK
120801058

DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016

Universitas Sumatera Utara

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI SEMI-HARD MAGNETIC Fe2O3
BERBASIS MILL SCALE LIMBAH INDUSTRI BAJA DENGAN
PENAMBAHAN FeMo

SKRIPSI

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana
Sains

SANTA SIMANJUNTAK
120801058

DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016

Universitas Sumatera Utara

PERNYATAAN

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI SEMI-HARD MAGNETIC Fe2O3
BERBASIS MILL SCALE LIMBAH INDUSTRI BAJA DENGAN

PENAMBAHAN FeMo

SKRIPSI

Saya mengaku bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa
kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.

Medan, 19 Juli 2016

SANTA SIMANJUNTAK
120801058

Universitas Sumatera Utara

PENGHARGAAN

Puji dan syukur kehadirat Tuhan yang Maha Esa yang telah memberikan Rahmat,
Karunia dan Bimbingan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir
ini yang berjudul Pembuatan dan Karakterisasi Semi-Hard Magnetic Fe2O3
Berbasis Mill Scale Limbah Industri Baja dengan Penambahan FeMo. Laporan

Tugas Akhir ini diajukan untuk memenuhi salah satu syarat mencapai gelar
Sarjana Fisika. Penelitian ini dilakukan di Pusat Penelitian Fisika (P2F) Lambaga
Ilmu Penelitian Indonesia (LIPI) Serpong, Tangerang Selatan.
Disampaikan banyak terima kasih kepada :
1. Drs. Kerista sebayang M.S sebagai dekan Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam (MIPA) USU. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang
selaku Ketua Departemen Fisika FMIPA USU, Bapak Drs. Syahrul
Humaidi, M.Sc selaku sekretaris Departemen Fisika FMIPA USU beserta
seluruh Staf Pengajar dan Pegawai Departemen Fisika FMIPA USU.
2. Drs. Kerista Sebayang M.S dan Bapak Prof.Drs.Perdamean Sebayang M.Sc
selaku Dosen Pembimbing yang telah membimbing, mengajari, memberikan
masukan serta bantuan dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
3. Orang tua tercinta Mangasi simanjuntak dan Rumondang Hutajulu yang
telah mengenalkan saya dengan dunia ini, yang telah menyekolahkan saya
sampai ke jenjang perkuliahan dan memberikan kesempatan kepada saya
untuk bisa belajar dan menyelesaikan Tugas akhir ini. Terimakasih dari hati
yang terdalam atas semua doa, dukungan, susah payah dan keringat kalian
untuk bisa membuat memperoleh gelar Sarjana.
4. Yuli simanjuntak, Morina simanjuntak, adik-adik dan keluarga besar
simanjuntak atas segala bantuan, doa dan dukungan kepada saya sehingga

bisa menyelesaikan Tugas akhir ini.
5. Zefanya pardosi,

yang selalu meberikan semangat, dukungan, doa,

sekaligus menjadi tempat berbagi suka-duka dan membantu dalam
menyelesaikan skripsi ini.
6. Sahabat-sahabat saya wike saragih, Fretty Simanjuntak yang selalalu

Universitas Sumatera Utara

memberi semangat, doa dan menanyakan kepulangan saya sehingga saya
bersemangat dalam mengerjakan tugas akhir ini.
7. Seluruh anak kos kece L48 Cut Hani safira (Bunda), Marta nainggolan,
Sulistra Simamora, Riris tambunan, Mia Aulia Dhika dan Fitry Silaban yang
selalu menjadi teman berbagi dan minta pertolongan saat ada yang tidak
saya mengerti dalam pengerjaan penelitian.
8. Seluruh anggota my fams, Fransisco Purba, Ivo Zoel Sinulaki, Zefanya
Pardosi, yani Permata Sari dan Marta Masniary Nainggolan terimakasih
untuk setiap kebersamaan kita selama di perkuliahan juga untuk setiap

semangat, dukungan dan doa yang kalian berikan.
9. Kepada Elisabeth Sinaga, Sahabat curhat saya yang selalu memberikan
dukungan, semangat, doa dan bantuan lainnya sehingga kami bisa samasama menyelesaikan penelitian kami masing-masing.
10. Kepada teman-teman peneliti lainnya terkhusus melpa yang menjadi partner
penelitian saya, yang setia menemani saya saat lembur, setia dan sabar
menemani saya mengambil data berulang-ulang, kepada Tania L.Tobing,
Mareanus Mendrova, Karyaman zebua, dan Teman-teman seperjuangan di
Fisika Usu 2012 terimakasih atas segala bantuan dan dukungannya.
11. Kepada pak Ahmad dan bang Anggi yang selalu membantu saya saat
pembuatan sampel dan menggunakan alat lainnya pada saat penelitian. Tak
lupa juga kepada Pak lukman, Bang Mardi, Buk Yati dan semua pegawai
LIPI lainnya yang ikut berpartisipasi dalam menyelesaikan penelitian ini.

Saya menyadari masih banyak kekurangan dalam penyusunan skripsi ini.
Oleh karena itu, saya mengharapkan kritik dan saran yang membangun yang
dapat memperbaiki skripsi ini. Kiranya skripsi ini dapat bermanfaat bagi
setiap orang yang membacanya.

Universitas Sumatera Utara

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI SEMI-HARD MAGNETIC Fe2O3
BERBASIS MILL SCALE LIMBAH INDUSTRI BAJA DENGAN
PENAMBAHAN FeMo

ABSTRAK

Pembuatan dan karakterisasi material magnetik berbasis mill scale limbah industri
baja dengan penambahan 1, 3, 5, 7 dan 9% wt FeMo telah dilakukan. Bahan baku
mill scale dimilling menggunakan Planetary Ball Mill (PBM) sedangkan FeMo
dimilling menggunakan High Energy Milling (HEM) dengan metode wet milling.
Kemudian dilakukan pengujian XRF dan menunjukkan kandungan mill scale
adalah 98,7% Fe dan unsur lain berupa Mn, Si, Al, Cr, Nb dan Cu sedangkan
unsur penyusun FeMo adalah 60,3% Mo dan 38,5% Fe dan unsur lain seperti Al,
Si, Cu, dan Ni. Kemudian serbuk mill scale dan FeMo dimixing menggunakan
HEM selama 15 menit. Dilakukan Pengujian true density dimana hasilnya
berkisar 5,63 – 5,93 g/cm3 dan pengukuran VSM menunjukkan nilai koersivitas
berkisar 402,64 – 442,13 g/cm3. Kemudian campuran serbuk mill scale dan FeMo
dikalsinasi pada suhu 900oC (2 jam) dan dilakukan Karakterisasi XRD dan VSM
dimana hasilnya menunjukkan telah terbentuknya fasa tunggal Fe2O3 (hematit)
dengan nilai koersivitas berkisar 2,2 – 2,3 kOe. Bahan yang telah dikalsinasi

tersebut dikompaksi (70kgf/cm2) dan disintering pada suhu 1150oC dan 1250oC.
Kemudian diukur nilai bulk density dan porositas yang menunjukkan kondisi
optimum berada pada suhu 1250oC. Sampel yang menunjukkan kondisi optimum
dianalisis menggunakan XRD dan menunjukkan tidak terjadi perubahan fasa dan
karakterisasi VSM menunjukkan sampel pada penambahan 1, 5 dan 9% wt adalah
semi-hard magnetik dengan koersivitas 0,7 – 1,2 kOe dan dapat diaplikasikan
sebagai sensor magnetic, hysteresis device dan telekomunikasi. Sedangkan pada
penambahan 7% wt FeMo mampu menghasilkan hard-magnetik dan dapat
diaplikasikan pada electric motors pada jam dan komputer, printers,
galvanometer, lousdpeaker , microphone, dan Nuclear Magnetic Resonance
(NMR).
Kata Kunci: FeMo, Mill Scale, semi hard magnetik

Universitas Sumatera Utara

SYNTHESIS AND CHARACTERISATION OF SEMI-HARD MAGNETIC
Fe2O3 BASED ON MILL SCALE STEEL INDUSTRIAL WASTE WITH FeMo
ADDITION

ABSTRACT

Synthesis and characterisation magnetic material based on mill scale with 1, 3, 5,
7 and 9% wt FeMo addition has been done. The raw material of mill scale milled
using Planetary Ball Mill (PBM) while FeMo milled using High Energy Milling
(HEM) in wet milling method. And then XRF analysed has done and show the
element compiler of mill scales are 98.7% iron and the other element are Mn, Si,
Al, Cr, Nb and Cu. while the compiler of FeMo are 60.3% Molybdenum, 38,5%
iron and there are Al, Si, Cu and Ni. Mixing process of mill scale and FeMo
powder has done using HEM for 15 minutes. The true density measurement was
done and the value range 5.63 – 5.93 g/cm3as the result, while VSM measurement
got the coercivity about 402.64 – 442.13 g/cm3. After that, the mixed powder of
mill scale and FeMo calcined at 900 oC for 2 hours. And the analisys of XRD
shown a single phase namely hematite (F 2O3) and VSM measurement got the
coercivity about 2.2 – 2.3 kOe. Than, the powder were calcined pressed with
70kgf/cm2for 2 minutes and sintered at 1150oC and 1250oC for 2 hours. The bulk
density and porosity measurement show that optimum condition when the sample
sintered at 1250oC and The XRD characterisation of sample sintered at 1250 oC
show that the phases is not change with coercivity about 0.7 – 1.2 kOe, when
added 1, 5 and 9 wt % FeMo and it is conclude into semi-hard magnetic
materials and can be applied as magnetic sensor and telecomunication devices.

When 7 wt % FeMo added, it produced hard magnetic and can be applied as
electric motors for watches and computer, printers, galvanometer, loudspeaker,
microphone and Nuclear Magnetic resonance (NMR).
Keywords: FeMo, Mill Scale, Semi-hard magnetik.

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI

Persetujuan
Pernyataan
Penghargaan
Abstrak
Abstrac
Daftar Isi
Daftar Tabel
Daftar Gambar
Daftar Lampiran

Halaman

i
ii
iii
v
vi
vii
x
xi
xiii

BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
1.2 Rumusan Masalah
1.3 Batasan Masalah
1.4 Tujuan Penelitian
1.5 Manfaat Penelitian
1.6 Sistematika Penulisan

1
2

3
3
4
4

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Mill scale
2.1.1 Hematite
2.2 Ferromolybdenum (FeMo)
2.3 Pembuatan Sampel Uji
2.3.1 Bentuk dan ukuran Partikel
2.3.2 Distribusi Ukuran Partikel
2.3.3 Mechanical Milling
2.3.4 Tipe Milling
2.3.5 Bola Milling
2.3.6 Kecepatan Milling
2.3.7 Waktu Milling
2.3.8 Mekanisme Sintering
2.4 Magnet
2.4.1 Medan Magnet
2.4.2 Momen Magnetik
2.4.3 Induksi Magnetik
2.4.4 Kuat Medan Magnetik
2.4.5 Intensitas Kemagnetan
2.5 Bahan Magnetik
2.5.1 Bahan Diamagnetik
2.5.2 Bahan Paramagnetik
2.5.3 Bahan Ferromagnetik
2.5.4 Bahan Anti Ferromagnetik

5
6
7
8
8
9
9
10
10
11
11
12
12
13
13
14
14
14
15
15
16
16
17

Universitas Sumatera Utara

2.5.5 Bahan Ferrimagnetik
2.6 Sifat-sifat Magnet
2.7 Jenis-jenis Magnet
2.7.1 Magnet Permanen
2.7.2 Magnet tidak Tetap
2.8 Karakterisasi
2.8.1 Densitas
2.8.2 Porositas
2.8.3 X-Ray Diffraction (XRD)
2.8.4 Vibrating Sample Magnetometer (VSM)
2.8.5 X-ray Fluoresence (XRF)

17
17
21
21
21
22
22
23
23
24
25

BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian
3.1.1 Tempat Penelitian
3.1.2 Waktu Penelitian
3.2 Peralatan dan Bahan
3.2.1 Peralatan
3.2.2 Bahan
3.3 Tahapan Penelitian
3.4 Diagram Alir Penelitian
3.5 Prosedur Penelitian
3.5.1 Preparasi sampel
3.5.2 Milling
3.5.3 Pengeringan
3.5.4 Mixing
3.5.5 kalsinasi
3.5.6 Kompaksi
3.5.7 Sintering
3.6 Karakterisasi
3.6.1 Karakterisasi dengan X-Ray Fluorescence (XRF)
3.6.2 Karakterisasi dengan Optical Microscope
3.6.3 Uji True Density
3.6.4 karakterisasi sampel dengan X-ray Diffraction (XRD)
3.6.5 Pengujian Bulk Density Sampel
3.7.6 Pengujian Porositas
3.6.7 Karakterisasi desngan Vibrating Sample Magnetometer(VSM)

26
26
26
26
26
28
28
28
30
30
30
30
31
31
32
32
34
34
34
35
36
36
37
37

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Analisa X-Ray Fluoresence (XRF)
4.2 Pengujian True Density
4.3. Karakterisasi ukuran partikel
4.4. Analisa X-Ray Diffractometer (XRD)
4.5. Bulk Density
4.6. Porositas
4.7 Kurva Histerisis

39
39
41
44
46
47
48

Universitas Sumatera Utara

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
5.2 Saran
DAFTAR PUSTAKA
Lampiran

53
54
55

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL

Nomor
Tabel

Judul

Halaman

4.1

Nilai true density dari campuran serbuk mill scale
dan FeMo

40

4.2

Hubungan Komposisi FeMo dengan diameter ratarata partikel

44

4.3

Hasil pengukuran sifat magnet dari mill scale dengan
penambahan 1, 5, 7, dan 9% wt FeMo menggunakan
VSM

59

4.4

Hasil pengukuran sifat magnet dari mill scale dengan
penambahan FeMo sebanyak 1, 5, 7, dan 9% berat
setelah kalsinasi pada suhu 9000C (2 jam)
menggunakan VSM.

51

4.5

Hasil pengukuran sifat magnet dari mill scale dengan
penambahan FeMo sebanyak 1, 5, 7, dan 9%wt
setelah sintering pada suhu 12500C (2 jam)
menggunakan VSM

52

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR

Nomor
Gambar

Halaman

Judul

2.1

Bola-bola milling

11

2.2

Arah momen magnetik bahan non magnetik

13

2.3

Arah momen magnetik bahan magnetik

14

2.4

Material magnetik lunak dan Material Magnetik keras

18

2.5

Loop Histerisis

20

2.6

Pola Difraksi sinar X

24

3.1

Diagram lir penelitian

29

3.2

Skema kalsinasi sampel pada suhu 9000C

31

3.3

Skema Sintering Sampel Pada Suhu 11500C

33

0

3.4

Skema Sintering Sampel Pada Suhu 1250 C

4.1

Hubungan antara true density mill scale
penambahan FeMo (1,3,5,7 dan 9 % berat)

dengan

40

4.2

Foto sebuk mill scale 400X perbesaran (b.) Hasil outline
menggunakan software ImageJ dari mill scale.

41

4.3

Foto serbuk FeMo 400X perbesaran (b). Hasil outline
menggunakan software Imagej dari FeMo.

42

4.4

Foto serbuk 99% wt mill scale + 1% wt FeMo 400X
perbesaran (b). Hasil outline menggunakan software
ImageJ dari 99% wt mill scale + 1% wt FeMo.

42

34

4.5

Hasil OM 97% mill scale + 3% wt FeMo 400X perbesaran
(b). Hasil outline menggunakan software ImageJ dari 97%
wt mill scale + 3% wt FeMo.

4.6

(a). Foto serbuk 95% wt mill scale + 5% wt FeMo 400X
perbesaran (b). Hasil outline menggunakan software
ImageJ dari 95% wt mill scale + 5% wt FeMo.

4.7

a). Foto serbuk 93% wt mill scale + 7% wt FeMo 400X
perbesaran (b). Hasil outline menggunakan software

Universitas Sumatera Utara

42

43

43

ImageJ dari 93% wt mill scale + 7% wt FeMo.

4.8

a). Foto serbuk 91% wt mill scale + 9% wt FeMo 400X
perbesaran (b). Hasil outline menggunakan software
ImageJ dari 91% wt mill scale + 9% wt FeMo.

4.9

Hasil Analisis XRD dari Serbuk FeMo.

4.10

Hasil analisis XRD dari: (a). Serbuk Mill scale (b). 93%
Mill scale + 7% wt FeMo setelah kalsinasi 9000C, 2 jam.

46

4.11

Hubungan Bulk density dengan komposisi FeMo

47

4.12

Hubungan porositas terhadap penambahan 1, 3, 5, 7 dan 9
% wt FeMo pada suhu 11500C dan 12500C, 2 jam.

48

4.13

Loop histerisis dari mill scale dengan penambahan 1, 5, 7
dan 9% wt FeMo.

49

4.14

Loop Histerisis dari mill scale dengan penambahan FeMo
sebanyak 1, 5, 7, dan 9% berat setelah kalsinasi pada suhu
9000C (2 jam).

50

4.15

Loop Histerisis dari mill scale dengan penambahan FeMo
sebanyak 1, 5, 7 dan 9% wt setelah sintering pada suhu
12500C (2 jam).

51

Universitas Sumatera Utara

43
45

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 : Gambar Alat dan Bahan
Lampiran 2 : Data Pengukuran True Density
Lampiran 3 Histogram Distribusi Partikel Dari Mill Scale dan FeMo
Lampiran 4 : Hasil Analisis XRD
Lampiran 5 : Grafik dan Data pengukuran VSM

Universitas Sumatera Utara