BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Belerang

2.1.1 Sejarah Belerang

Belerang mempunyai sejarah yang tidak kalah tua dari bahan kimia manapun dan telah berkembang dari bahan kuning menjadi suatu bahan yang sangat bermanfaat dalam peradaban modern. Dalam upacara-upacara praperadaban, bahan ini dibakar untuk mengusir roh-roh jahat dan bahkan pada masa itu pun uapnya sudah digunakan untuk memutihkan kain dan jerami. Selama bertahun-tahun, sebuah perusaan Perancis memonopoli perdagangan belerang dunia dengan menguasai sumber penting yang terdapat di Sisilia. Mungkin karena harganya sangat tinggi dan mungkin karena di Amerika banyak terdapat pirit, penggunaan belerang di Amerika Serikat sedikit sekali sebelum tahun 1914. Walaupun belerang ditemukan di daerah Teluk Meksiko di Amerika Serikat pada tahun 1869, bahan itu sukar ditambang karena adanya lapisan penutup yang terdiri dari pasir hanyut. Sebelum tahun 1914, di Amerika Serikat membuat sebagian besar dari kebutuhan asam sulfatnya dari pirit yang diimpor maupun pirit dalam negeri, serta dari sulfur dioksida. Penambangan belerang di Texas dan Louisiana dengan proses Frasch berkembang sejak tahun 1914, sedemikian rupa sehingga kemudian merupakan sumber terbesar bagi pemenuhan kebutuhan dalam negeri Amerika Serikat dan masuk ke pasar dunia. Pada tahun-tahun terakhir ini, sumber utama untuk pembuatan belerang unsur adalah H2S yang merupakan hasil sampingan dari desulfurisasi gas bumi asam (artinya mengandung belerang) dan minyak bumi asam. Kanada, Perancis, dan Amerika Serikat adalah megara-negara penghasil belerang pulihan yang terbesar.

Pada tahun 1980, produksi belerang dunia, dalam segala bentuknya, berjumlah 54,6 x 106 t1a (100kg) diantara 26,2 persen diproduksi dengan cara Frasch, 32,2 % merupakan hasil pulihan, 5,5% belerang unsur lainnya, dan 36,2% didapat dari sumber-sumber bukan unsur seperti pirit dan gas pabrik logam.

2.1.2 Sifat dan Sumber Belerang

Sifat Belerang

Belerang atau sulfur adalah unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki lambang S dan nomor atom 16. Belerang merupakan unsur non-logam yang tidak berasa. Belerang, dalam bentuk aslinya, adalah sebuah zat padat kristalin kuning. Belerang adalah unsur penting untuk kehidupan dan ditemukan dalam 2 asam amino.

Sulfur (S) : berat atom 32,07, Titik leleh 112,8o C (rhombik), 119,0o C

(monoklin), Titik didih 444,6oC

Sumber Belerang

Belerang merupakan salah satu bahan dasar yang paling penting dalam industri pengolahan kimia. bahan ini terdapat di alam dalam wujud bebas dan dalam keadaan senyawa pada bijih-bijih seperti pirit(FeS2), sfalerit(ZnS) dan kalkopirit(CuFeS2) dan juga terdapat di dalam minyak bumi dan gas bumi(sebagai H2S).

Sebagai bahan baku digunakan sulfur, yang dapat diperoleh dari sulfur alam (penambangan) 56%, dari senyawa-senyawa sulfur seperti pyrite(FeS2) atau batuan sulfida/ sulfat lainnya 19%, dan dari gas buangan industri minyak bumi/ batu bara (H2S, SO2) 25%. 70-85% dari produksi sulfur tersebut digunakan untuk pembuatan asam sulfat.

Penambangan belerang di lakukan di gunung berapi. Di Indonesia penambangan belerang dilakukan di gunung Talagabodas, Kawah Ijen, Gunung Welirang, gununng Dieng, dan Gunung Tangkupan Perahu.

2.1.3 Proses Pengambilan Belerang

Proses pengambilan belerang dari alam dapat dilakukan dengan beberapa cara, berikut ini.

a. Pengambilan sulfur alamiah dari deposit di dalam tanah (proses frasch)

Dasar pengambilan sulfat pada proses ini adalah pencairan S di bawah tanah/laut dengan air panas, lalu memompanya ke atas permukaan bumi menggunakan 3 pipa konsentris 6”, 3” dan 1”.

Air panas 3250 C, 250 psi, dipompakan kedalam batuan S melalui bagian pipa 6”, sehingga S akan meleleh (2350 F). Lelehan S yang lebih berat dari air masuk kebagian bawah antara pipa 3” dan 1”, dan dengan tekanan udara yang dipompakan melalui pipa 1”, air yang bercampur dengan S akan naik keatas sebagai “crude S”, untuk kemudian menjadi “crude bright” atau “refined S”.

Proses ini dilakukan di Gulfcoast (USA), kapasitas 500-800 ton/hari, ke dalam 500-1500 ft, dan pemakaian air 4-6 ton/ton belerang.

b. Pengambilan sulfur alamiah dari deposit gunung berapi (Indonesia)

Deposit S digunung berapi dapat berupa batuan, lumpur sidemen atau lumpur sublimasi, kadarnya tidak begitu tinggi (30-60%) dan jumlahnya tidak begitu banyak (600-1000 juta ton, total).

Di gunung Talagabodas didapat dalam bentuk lumpur dengan kadar S 30-70% dan jumlah deposit 300 juta ton. Tempat-tempat lainnya adalah kawah Ijen, gunung Welirang, gunung Dieng, dan gunung Tangkuban Perahu.

Untuk pemanfaatan sumber ala mini diperlukan peningkatan kadar S terlebih dahulu, anatara lain dengan cara flotasi dan benefication process dengan cara pemanasan. Dalam flotasi dilakukan penambahan air dan frother sehingga S akan terapung dan dapat dipisahkan. Sedangkan dalam ‘benefication process’ S setelah ditambahkan air dan reagen-reagen dipanaskan dalam autoclave selama ½ - ¾ jam pada 3 atm, sehingga partikel kecil S terkumpul, kemudian dilakukan pencucian dengan air untuk menghilangkan tanah, lalu dipanaskan kembali dalam autoclove sehingga terpisah sebagai lapisan S dengan kadar 80-90%.

c. Pengambilan sulfur dari gas buang

Belerang diperoleh dari flue gas asal pembakaran batu bara atau pengilangan minyak bumi yang tidak boleh dibuang ke udara Karena dapat menimbulkan pencemaran udara. Gas-gas tersebut terlebih dahulu diabsorbsi dengan menggunakan etanolamin dan sebagainya, kemudian dipanaskan kembali untuk mendapatkan gasnya kembali untuk diproses lebih lanjut.

Dewasa ini, makin banyak hidrogen sulfida yang disingkirkan dari pemurnian gas bumi asam, gas tanor kokas dan gas kilang minyak dengan cara melarutkannya di dalam larutan kalium karbonat atau etanolamina, diikuti dengan pemanasan untuk regenerasi. Hidrogen sulfida yang dihasilkan dengan cara ini dibakar untuk membuat sulfur dioksida guna menghasilkan asam sulfat. Namun, sebagian besar di antaranya dikonversi menjadi belerang unsur melalui berbagai modifikasi proses Claus, yang reaksinya adalah sebagai berikut :

H2S(g) + 32

O2(g) → SO2(g) + H2O(g) ∆H = -518,8 kJ (1)

Fe2O3

SO2(g) + 2H2S(g) → 3S(l) + H2O(g) ∆H = -142,8 kJ (2)

Penggunaan proses ini dilukiskan pada Gambar 2. Peraturan pencemaran udara mensyaratkan konversi minimum 98 persen, provinsi Alberta di Kanada bahkan menghendaki konversi 99,5 persen. Untuk dapat memenuhi persyaratan baru ini, telah dikembangkan proses untuk membersihkan sisa-sisa belerang dari gas sisa pabrik pemulihan. Salah satu proses yang digunakan untuk mengolah gas sisa itu terlihat pada Gambar 2 kira-kira separuh sari total produksi belerang-unsur dunia dibuat melalui pengolahan gas.

Sumber belerang lain yang ada atau yang potensial adalah gas tanur kokas dan minyak bumi sintetik yang berasal dari pasir ter dan minyak serpih. Pabrik-pabrik pengolahan pasir ter dan minyak serpih sekarang sudah beroperasi di Kanada dan Brazil. Dari batu bara dewasa ini masih sedikit belerang yang dipulihkan. Tetapi usaha-usaha yang dilakukan akhir-akhir ini untuk mengurangi emisi sulfur dioksida melalui pengembangan, bahan bakar bersih batu bara, diperkirakan akan menghasilkan sejumlah besar belerang di masa datang. Teknologi pembersihan batu bara dapat mengeluarkan sekitar separuh dari belerang yang terkandung dalam batu bara, tetapi belerang organik hanya dapat disingkirkan dengan proses gasifikasi likuefaksi dan hidrogenasi. Beberapa proses ini sekarang masih dalam tahap pengembangan. Bila menggunakan bahan bakar yang mengandung belerang, sulfur dioksidanya harus disingkirkan dengan metode pembersihan gas cerobong, atau dengan teknik pembakaran yang dirancang khusus untuk menyingkirkan belerang pada waktu pembakaran.

Lokasi Suhu OC Lokasi Suhu OC1 1049 6 1662 379 7 2083 149 8 2244 258 9 1335 332 10 538

Gambar 2. Unit pemulihan belerang jenis Claus di parbik Okotoks

Umpan gas asam (191.000 std m3/hari, 38OC) terdiri dari 75,1 % H2S 24,7% CO2 dan 0,2% hidrokarbon

d. Pengambilan sulfur dari batuan sulfida/sulfat

Berhubung dengan adanya peraturan pencemaran udara yang ketat, banyak pabrik asam belerang yang dibangun untuk menyingkirkan dan memanfaatkan SO2 yang terdapat di dalam gas yang keluar dari pemanggangan bijih-bijih sulfida, peleburan bijih, dan pembakaran asam bekas pakai dan lumpur asam dari pengilangan minyak. Kadang-kadang sulfur dioksida cair lebih disukai sebagai produk dari sumber ini

Kemampuan pemulihan belerang pada pabrik peleburan tembaga yag konvensional sangat terbatas karena bagian-bagian gas keluarannya ada yang mengandung sulfur dioksida terlalu rendah, sehingga pembuatan asam sulfat dari gas ini tidak ekonomis. Peleburan dengan tanur listrik atau cara kilat dapat menghasilkan sulfur dioksida dalam konsentrasi lebih tinggi, sehingga memungkinkan pemulihan belerang unsur atau asam sulfat dari sini.

Diantara proses-proses untuk pemulihan belerang unsur dari pirit adalah proses peleburan-kilat Outokumpu, proses Orkla dan proses Noranda. Dewasa ini hanya proses Outokumpu yang masih beroperasi secara komersial. Peleburan kilat Outokumpu, serta peleburan kontinu Mitsubishi dan Noranda, juga digunakan untuk melebur bijih tembaga secara kontinu. Proses ini menghasilkan gas yang mengandung sulfur dioksida cukup tinggi untuk pembuatan asam sulfat.

Pada dewasa ini, bijih-bijih pirit dan seng sulfida biasanya dipanggang dalam unggun fluidisasi, walaupun ada beberapa pemanggang kilat dan pemanggang tungku berganda yang masih beroperasi. Lumpur asam dari pengilangan minyak juga telah berhasil diregenarasi dan menghasilkan asam sulfat daur ulang yang bersih. Pemulihan belerang dari gas cerobong pada pabrik-pabrik pembangkit tenaga belum berhasil, kecuali pada beberapa instalasi kecil. Bila diharuskan mengolah gas buangnya, pabrik pembangkit tenaga biasanya mengolah gasnya dengan larutan alkali gamping atau natrium dan membuang limbahnya, biasanya dalam bentuk kalsium sulfat dan sulfit.

Belerang yang berasal dari pemanggangan pirit dan gas buang peleburan di seluruh dunia mencapai 20 x 106 t pada tahun 1980.

2.2 Asam Sulfat

2.2.1 Sejarah Asam Sulfat

Asal-usul pengenalan asam sulfat kurang jelas, tetapi zat ini sudah disebut-sebut sejak abad kesepuluh. Pembuatannya melalui pembakaran belerang dengan salpeter, pertama kali dijelaskan oleh valentinus pada abad kelima belas. Pada tahun 1746, Roebuck dari Brimingham, Inggris, memperkenalkan proses kamar timbal. Proses yang menarik ini, namun sekarang sudah kuno.

Proses kontak pertama kali ditemukan pada tahun 1831 oleh Phillips, seorang Inggris, yang patennya mencangkup aspek-aspek penting dari proses kontak yang modern, yaitu dengan absorbsi sulfur dioksida dan udara melalui katalis, kemudian diikuti oleh absorbsi sulfur triosida di dalam asam sulfat 98,5% sampai 99%. Penemuan Phillips ini tidak terlalu berhasil secara komersial selama 40 tahun, agaknya karena :

1. Belum banyak permintaan terhadap asam kuat2. Pengetahuan tentang reaksi gas dengan bantuan katalis masih terbatas3. Perkembangan teknologi kimia masih lambat

Kebutuhan akan asam kuat baru meningkat bersamaan dengan zat warna, di nama asam itu dibutuhkan untuk pembuatan alizarin dan berbagai bahan pewarna organik lainnya. Pada tahun 1889, diketahui bahwa proses kontak dapat ditingkatkan dengan menggunakan oksigen secara berlebihan di dalam campuran gas reaksi. Proses kontak sekarang telah banyak mengalami penyempurnaan dalam rincinya dan deawasa ini telah merupakan suatu proses industri yang murah, kontinu dan dikendalikan secara otomatis. Semua pabrik asam sulfat yang baru menggunakan proses kontak. Salah satu kelemahan proses kamar yang menyebabkan orang yang tidak memakainya lagi ialah karena proses ini hanya mampu menghasilkan asam sulfat dengan konsentrasi sampai 78% saja. Pemekatannya merupakan suatu operasi yang mahal, sehingga pada tahun 1980, hanya tinggal satu pabrik saja yang menggunakan proses kamar yang masih beroperasi di Amerika Serikat.

2.2.2 Sifat dan Sumber

Sifat Asam sulfat

Asam sulfat adalah suatu asam berbasa dua yang kuat. Di samping

itu asam sulfat merupakan bahan pengoksidasi dan bahan

penhidrasi, lebih-lebih terhadap senyawa organik. Aksi

dehidrasinya sangat penting dalam menyerap air yang terbentuk

dalam konversi kimia seperti nitrasi, sulfonasi, dan esterifikasi,

sehingga hasilnya menjadi lebih besar.

Larutan asam sulfat dapat dipekatkan secara ekonomis sampai

sekitar 93 % berat H2SO4. Asam yang lebih pekat lagi dibuat

dengan melarutkan sulfur trioksida di dalam asam sulfat 98 sampai

99 %. Asam sulfat membentuk bermacam-macam hidrat yang

masing-masing mempunyai titik lebur tertentu. Hidrat ini pulalah

yang menyebabkan adanya ketakteraturan dalam hubungan antara

kekuatan asam sulfat dengan gravitas spesifik dan titik bekunya.

Asam sulfat banyak dijual dalam bentuk berbagai larutan H2SO4 di

dalam air, atau SO3 di dalam H2SO4. Yang tersebut terakhir ini

dinamakan oleum dan dipasarkan atas dasar persen kandungan

SO3 ny. Oleum 20 % berarti mengandung 20 kg SO3 dan 80 kg

H2SO4 100 % (monohidrat), akan menghasilkan berat total 104,5

kg. Larutan asam sulfat di dalam air dijual atas dasar gravitas

spesifiknya, diukur dengan derajat Baume’ (Be’o). Gravitas

spesifik asam sulfat biasanya bertambah secara beraturan sampai

1,844 pada 15oC untuk asam 97 % dan sesudah itu berkurang

sampai menjadi 1,839 pada suhu 15oC untuk asam 100%. Oleh

karena itu, konsentrasi pekat ini, yaitu di atas 95 % harus diukur

dengan menggunakan cara lain selain densitas. Densitas dapat

digunakan untuk konsentrasi sedang saja. Konduktans listrik,

indeks refraksi, transmitan bunyi juga dipakai untuk mengukur

konsentrasi asam secara kontinu di dalam pabrik –pabrik modern.

Oleh karena asam hasil pabrik kontak sudah menggantikan asam

pabrik kamar , kekuatan asam sekarang dinyatakan dengan

menggunakan angka presentase H2SO4. Asam yang biasa

diperdagangkan di Amerika Utara mengandung 93,19% H2SO4

( asam 66oBe’). Kandungan airnya kecil, sehingga biaya

angkutannya lebih murah. Asam ini dapat disimpan dan diangkut

dalam tangki-tangki dan bejana baja. Titik bekunya (-7oC) lebih

rendah dari asam 96 %. Di eropa, biasanya digunakan asam

dengan konsentrasi sedikit lebih tinggi (sekitar 95 % H2SO4).

Asam 98 % dan oleum juga ada , tetapi dalam jumlah yang lebih

kecil. Asam dengan konsentrasi 93 % , H2SO4 sangat cocok untuk

pembuatan pupuk, yang merupakan pemakai tersebar asam sulfat.

Kekuatan normal oleum komersial dibagi dalam tiga kategori ,

masing-masing dinyatakan dalam persen sulfur trioksida: 10 %

sampai 35 %, 40 %, dan 60 %, sam pai 65 %. Titik beku oleum 35

% adalah sekitar 29oC, oleum 40 % sekitar 34oC, sehingga oleum

dengan konsentrasi tersebut kadang-kadang diberi sedikit asam

nitrat ( bila hal ini tidak mengganggu ) untuk mencegah terjadinya

pembekuan pada waktu pengapalan dalam musim dingin.

Pencemaran oleh belerang

Masalah pengurangan pencemaran oleh belerang dan

senyawaannya sudah banyak diteliti dengan harapan bahwa pada

suatu waktu nanti semua belerang itu dapat dipulihkan dan

digunakan kembali. Desulfurasi bahan bakar biasanya

menghasilkan belerang dalam bentuk hidrogen sulfida. Sulfur

dioksida dari peleburan logam nonfero atau pembakaran bahan

bakar paling ekonomis bila dipulihkan sebagai asam sulfat dan

kadang-kadang juga sebagai sulfur dioksida cair, belerang, atau

garam-garam sulfat. Asam sulfat sudah lama dibuat dari gas

berkadar tinggi dari pabrik peleburan yang mempunyai penyaluran

ke pasaran.

Belerang dalam jumlah besar dipulihkan dari fraksi gas atau cairan

ringan migas. Di Amerika serikat, 2,3 x 106 t yang dipulhakn ; 7,0

x 106 t diluahkan dari proses industri terutama peleburan dan hanya

0,8 x 106 t yang dipulihkan. Kebanyakan sumber itu terlalu kecil

terlalu encer, atau terlalu terpencil, sehingga tidak dapat diolah

secara ekonomis. Namun demikian, peraturan pencemaran udara

memaksa pabrik-pabrik peleburan itu untuk memulihkan 90 % dari

belerang yang masuk dam memberi batasan yang ketat mengenai

emisi sulfur dioksida dari pembakaran bahan bakar. Peraturan ini

telah melahirkan berbagai peralatan untuk desulfurasi bahan bakar

dan membangkitkan kembali perhatian terhadap bahan bakar cair

dan gas dari batu bara yang berkadar belerang rendah . Dewasa ini

sudah ada beberapa pabrik perintis untuk memisahkan sulfur

dioksida dari gas-gas limbah pusat pembangkit tenaga listrik.

Emisi dari pabrik-pabrik asam sulfat baru dibatasi pada 2 kg sulfur

dioksida dan 75 kg kabut asam per ton metrik asam yang

dihasilkan. Pemulihan dengan proses Claus tidak pernah mencapai

100 %, karena reaksinya merupakan suatu keseimbangan.

Peraturan mengenai emisi yang diperbolehkan dari pabrek –pabrik

ini berbeda dari satu lokasi ke lokasi lain dan biasanya lebih ketat

untuk pabrik-pabrik besar. Banyak pabrik baru mempunyai sebuah

konverter tambahan dan beberapa unit pembersihan gas dipasang

pada pabrik lama dan baru.

Pabrik untuk peleburan tembaga secara kontinu, seperti proses

outokumpu O4, Mitsubishi, dan Noranda, banyak yang dibangun

dengan pemulihan gas sulfur dioksida berkadar tinggi yang cocok

untuk dikonversi menjadi asam sulfat. Cara demikian dapat

mengurangi pencemaran udara.

Emisi dari instalasi ketel uap baru yang besar dan menggunakan

batu bara, sekarang dibatasi pada 516 g SO2 per 1000 MJ bahan

bakar yang digunakan. Biasanya kelebihan SO2 di atas nilai itu

disingkirkan di dalam pembasuh gas buang dan sulfat dan/atau

sulfit yang diperoleh, dibuang tanpa mencoba memulihkan nilai

belerangnya.

Pencemaran air sungai dan sumber-sumber air minum lainnya

dikendalikan dengan membatasi keasaman, kekeruha, kebutuhan

oksigen dan sebagainya. Pembuangan limbah cair, gas, atau padat

diatur dengan undang-undang federal dan lokal di Amerika Serikat,

dan semuanya ini harus dipatuhi. Untuk setiap jenis penerapan,

harus ada izin pembuangan yang diperoleh dengan susah payah dan

biaya besar.

Walaupun asam sulfat yang mendekati 100% dapat dibuat, ia akan

melepaskan SO3 pada titik didihnya dan menghasilkan asam

98,3%. Asam sulfat 98% lebih stabil untuk disimpan, dan

merupakan bentuk asam sulfat yang paling umum. Asam sulfat

98% umumnya disebut sebagai asam sulfat pekat.

Terdapat juga asam sulfat dalam berbagai kemurnian. Mutu teknis

H2SO4 tidaklah murni dan seringkali berwarna, namun cocok untuk

digunakan untuk membuat pupuk. Apabila SO3(g) dalam konsentrasi

tinggi ditambahkan ke dalam asam sulfat, H2S2O7 akan terbentuk.

Senyawa ini disebut sebagai asam pirosulfat, asam sulfat berasap,

ataupun oleum. Konsentrasi oleum diekspresikan sebagai %SO3

(disebut %oleum) atau %H2SO4 (jumlah asam sulfat yang

dihasilkan apabila H2O ditambahkan); konsentrasi yang umum

adalah 40% oleum (109% H2SO4) dan 65% oleum (114,6% H2SO4).

H2S2O7 murni terdapat dalam bentuk padat dengan titik leleh 36 °C.

Asam sulfat murni berupa cairan bening seperti minyak, dan oleh

karenanya pada zaman dahulu ia dinamakan 'minyak vitriol'.

Nama sistematis : Asam Sulfat

Nama lain : Minyak vitriol

Rumus Molekul : H2SO4

Massa molar : 98,078 g/mol

Densitas : 1,84 g cm−3

Titik Leleh : 10 °C, 283 K, 50 °F

Titik didih : 290 °C, 563 K, 554 °F

Visakositas : 26,7 cP pada 20°C

Sifat bahaya : Sangat korosif

Asam sulfat merupakan asam kuat, karena mudah menyumbang

sebuah proton kepada air membentuk ion hidronium (H30+) dan

ion bisulfat (HSO4-)

H2SO4(aq) + H20(l) —— H3O+ + HSO4-

Asam sulfat murni berupa cairan kental, tidak berwarna dan tidak

berbau serta mudah terurai menjadi SO2 dan H20 bila dipanaskan.

Pengenceran asam sulfat dengan air menghasilkan panas

eksotermik karena terjadi reaksi :

H2SO4 pekat + H20 —— H30+ + HSO4-

Asam sulfat bersifat pengoksida lemah dalam suasana dingin, tetapi

pengoksida kuat dalam suasana panas.

2X- + 3H2SO4 —— X2 + SO2 + 2H2O + HSO4-

Asam sulfat merupakan asam diprotik kuat

H2SO4 —— H+ + HSO4- (100%)

HSO4- —— H+ + SO4- (10%)

Reaksi dengan air

Reaksi hidrasi asam sulfat sangatlah eksotermik. Selalu tambahkan

asam ke dalam air daripada air ke dalam asam. Air memiliki massa

jenis yang lebih rendah daripada asam sulfat dan cenderung

mengapung di atasnya, sehingga apabila air ditambahkan ke dalam

asam sulfat pekat, ia akan dapat mendidih dan bereaksi dengan

keras. Reaksi yang terjadi adalah pembentukan ion hidronium:

H2SO4 + H2O → H3O+ + HSO4-

HSO4- + H2O → H3O+ + SO4

2-

Karena hidrasi asam sulfat secara termodinamika difavoritkan,

asam sulfat adalah zat pendehidrasi yang sangat baik dan

digunakan untuk mengeringkan buah-buahan. Afinitas asam sulfat

terhadap air cukuplah kuat sedemikiannya ia akan memisahkan

atom hidrogen dan oksigen dari suatu senyawa. Sebagai contoh,

mencampurkan pati (C6H12O6)n dengan asam sulfat pekat akan

menghasilkan karbon dan air yang terserap dalam asam sulfat

(yang akan mengencerkan asam sulfat):

(C6H12O6)n → 6n C + 6n H2O

Efek ini dapat dilihat ketika asam sulfat pekat diteteskan ke

permukaan kertas. Selulosa bereaksi dengan asam sulfat dan

menghasilkan karbon yang akan terlihat seperti efek pembakaran

kertas. Reaksi yang lebih dramatis terjadi apabila asam sulfat

ditambahkan ke dalam satu sendok teh gula. Seketika ditambahkan,

gula tersebut akan menjadi karbon berpori-pori yang mengembang

dan mengeluarkan aroma seperti karamel.

Reaksi lainnya

Sebagai asam, asam sulfat bereaksi dengan kebanyakan basa,

menghasilkan garam sulfat. Sebagai contoh, garam tembaga

tembaga(II) sulfat dibuat dari reaksi antara tembaga(II) oksida

dengan asam sulfat:

CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O

Asam sulfat juga dapat digunakan untuk mengasamkan garam dan

menghasilkan asam yang lebih lemah. Reaksi antara natrium asetat

dengan asam sulfat akan menghasilkan asam asetat, CH3COOH,

dan natrium bisulfat:

H2SO4 + CH3COONa → NaHSO4 + CH3COOH

Hal yang sama juga berlaku apabila mereaksikan asam sulfat

dengan kalium nitrat. Reaksi ini akan menghasilkan asam nitrat dan

endapat kalium bisulfat. Ketika dikombinasikan dengan asam

nitrat, asam sulfat berperilaku sebagai asam sekaligus zat

pendehidrasi, membentuk ion nitronium NO2+, yang penting dalam

reaksi nitrasi yang melibatkan substitusi aromatik elektrofilik.

Reaksi jenis ini sangatlah penting dalam kimia organik.

Asam sulfat bereaksi dengan kebanyakan logam via reaksi

penggantian tunggal, menghasilkan gas hidrogen dan logam sulfat.

H2SO4 encer menyerang besi, aluminium, seng, mangan,

magnesium dan nikel. Namun reaksi dengan timah dan tembaga

memerlukan asam sulfat yang panas dan pekat. Timbal dan

tungsten tidak bereaksi dengan asam sulfat. Reaksi antara asam

sulfat dengan logam biasanya akan menghasilkan hidrogen seperti

yang ditunjukkan pada persamaan di bawah ini. Namun reaksi

dengan timah akan menghasilkan sulfur dioksida daripada

hidrogen.

Fe (s) + H2SO4 (aq) → H2 (g) + FeSO4 (aq)

Sn (s) + 2 H2SO4 (aq) → SnSO4 (aq) + 2 H2O (l) + SO2 (g)

Hal ini dikarenakan asam pekat panas umumnya berperan sebagai

oksidator, manakala asam encer berperan sebagai asam biasa.

Sehingga ketika asam pekat panas bereaksi dengan seng, timah,

dan tembaga, ia akan menghasilkan garam, air dan sulfur dioksida,

manakahal asam encer yang beraksi dengan logam seperti seng

akan menghasilkan garam dan hidrogen.

Asam sulfat menjalani reaksi substitusi aromatik elektrofilik

dengan senyawa-senyawa aromatik, menghasilkan asam sulfonat

terkait:[4]

Sumber

Asam sulfat murni yang tidak diencerkan tidak dapat ditemukan

secara alami di bumi oleh karena sifatnya yang higroskopis.

Walaupun demikian, asam sulfat merupakan komponen utama

hujan asam, yang terjadi karena oksidasi sulfur dioksida di

atmosfer dengan keberadaan air (oksidasi asam sulfit). Bahan baku

utama pembuatan asam sulfat adalah sulfur atau belerang, yang

berwarna kuning. Biasanya ditambang dari pegunungan, seperti di

tangkuban perahu, dieng, atau bromo (ini lokasi - lokasi yang orang

awam biasanya tahu. masih banyak lainnya).

2.2.3 Produksi

Pada waktu masalahnya hanya membuat H2SO4 pada konsentrasi sedang

dari SO2 yang dibangkitkan melalui pembakaran pirit dan pada waktu

energi masih murah, pabrik H2SO4 relatif sederhana. Tetapi setelah harga

energi meningkat tinggi sekali, energi yang banyak yang dihasilkan dari

oksidasi belerang dan sulfur dioksida menjadi suatu komoditi yang amat

berharga. Pabrik – pabrik melakukan berbagai modifikasi besar agar

dapat memanfaatkan energi ini untuk membangkitkan uap bertekanan

tinggi guna pembangkitan tenaga listrik . Dengan demikian, energi dapat

dipulihkan sebanyak – banyaknya, sedang energi yang digunakan dalam

proses dibuat seminimum mungkin. Gabungan antara pabrik kimia dan

system pembangkitan listrik (atau uap) disebut Kogenerasi. Oleh karena

itu, pabrik asam sulfat modern merupakan suatu system pembangkit

tenaga listrik. Fungsi kedua ini tentu saja membuat system operasi pabrik

tersebut menjadi lebih rumit, tetapi biaya produksi asam sulfat menjadi

lebih murah atau rendah. Pabrik – pabrik juga dibuat jauh lebih besar

agar dapat memanfaatkan ekonomi skala besar.

Proses Kamar Timbal (Lead Chamber Process)

Pada tahun 1746, Roebuck dari Birmingham Inggris, memperkenalkan

proses kamar timbal. Proses ini menarik , namun sudah kuno. Pembuatan

asam sulfat dengan menggunakan proses kamar timbal ini telah

digunakan selama lebih kurang 200 tahun.

Proses kamar timbal merupakan proses pertama dari dua proses dalam

pembuatan asam sulfat yang mengandung 62 %-78% H2SO4. Proses ini

menggunakan ruang reaktor yang di lapisi timbal (Pb). Lapisan Pb

bereaksi dengan asam sulfat sehingga membentuk endapan atau lapisan

tipis PbSO4 yang memeudahkan reaksi lebih lanjut dengan asam sulfat.

Gas SO2 dan NO dimasukkan ke menara Glover bersamaan dengan gas-

gas dari menara Gay Lussac, gas yang keluar dari menara Glover

dimasukkan ke dalam kamar timbal dan disemprotkan dengan air

sehingga menghasilkan asam sulfat 60-67%. Hasil ini sebagian

dikembalikan ke menara Glover yang akan menghasilkan asam 77%.

Asam ini sebagian dimasukkan ke dalam menara Gay Lussac untuk

menyerap gas-gas NO dan NO2 (katalisator). Gas yang terserap ini

dimasukkan kembali ke menara Glover kamar timbal berbentuk silindris

volumenya cukup luas. Permukaan dalamnya dilapisi timbal tipis dan

disekat-sekat agar panas dapat ditransfer dengan baik, dinding bagian

luar diberi sirip-sirip. Sehingga di dalam menara ini terjadi pengembunan

uap asam sulfat. Menara Gay Lussac berfungsi untuk memungut kembali

katalisator gas NO dan NO2 di kamar timbal dengan menggunakan asam

sulfat 77%. Penyerapan dilakukan pada suhu rendah antara 40-60°C.

Menara Glover bertugas memekatkan hasil asam sulfat dari kamar

timbal. Pemekatan panas ini perlu panas dan ini dapat diambil dari panas

yang dibawa GHP (gas hasil pembakaran) belerang (400-600°C).

Pembuatan Dengan Proses Kontak

Sampai tahun 1900, belum ada pabrik dengan proses kontak yang

dibangun di Amerika Serikat, walaupun proses ini sudah sangat berperan

di Eropa, di mana terdapat kebutuhan terhadap oleum dan asam

konsentrasi tinggi untuk digunakan pada sulfonasi, terutama pada industri

zat warna . Dalam periode 1900 sampai 1925, banyak pabrik asam

kontak yang dibangun dengan menggunakan platina sebagai katalis .

pada tahun 1930 , proses kontak ini telah dapat bersaing dengan proses

kamar pada segala konsentrasi asam yang di hasilkan. Sejak pertengahan

tahun 1920-an , kebanyakan fasilitas yang baru di bangun dengan

menggunakan proses kontak dengan katalis vanadium.

Proses kontak kemudian mengalami modifikasi secara berangsur –

angsur dan menggunakan absorpsi ganda ( juga disebut katalis ganda ) ,

sehingga hasilnya lebih tinggi dan emisi SO2 yang belum terkonversi dari

cerobong asap berkurang . Baru – baru ini , peraturan pemerintah

Amerika Serikat telah menentukan batas emisi SO2 maksimum yang

diperbolehkan dari pabrik asam dan mengharuskan semua pabrik

menggunakan proses absorbsi ganda , atau kalau tidak dilengkapi dengan

system pembasuhan gas cerobong , sehingga tingkat emisinya setingkat

dengan hasil cara pertama.

Kalor pembakaran belerang dimanfaatkan di dalam ketel uap kalor

limbah atau ketel uap dan ekonomiser guna membangkitkan uap yang

dipakai untuk melebur belerang serta untuk keperluan tenaga disekitar

pabrik . Uap merupakan salah satu hasil pabrik itu. Pabrik – pabrik yang

modern membangkitkan uap pada tekanan 6 MPa , lebih tinggi dari

tekanan 2 MPa yang diperoleh beberapa tahun yang lalu.

Reaksi SO2 menjadi SO3 adalah suatu reaksi eksotermik yang dapat

balik . Tetapan keseimbangan 19 untuk reaksi ini dihitung dari tekanan

bagian sesuai dengan hokum aksi massa dan dapat dinyatakan sebagai :

Kp =PSO3

PSO2x P

O2

12

Nilai Kp telah ditentukan dari percobaan dan nilai ini atas dasar P dalam

atmosfer.

Proses – proses pembuatan Asam Sulfat dilakukan dengan cara :

a. Pembakaran

b. Oksidasi

c. Menaikan Tekanan

d. Absorber

e. Penguapan

f.

Bahan Baku

Katalis

Fungsi katalis dalam setiap reaksi katalitik adalah meningkatkan laju

reaksi. Katalis konversi sulfur dioksida ini biasanya terdiri dari tanah

diatomea , yang disusupi dengan lebih dari 7 % V2O5 katalis komersial

mengandung garam kalium ( sulfat , pirosulfat dan sebagainya )

disamping V2O5. Pada suhu operasi pewaris aktif ialah garam lebur

yang terdapat pori – pori pelet silika.

Belerang

Belerang merupakan salah satu bahan dasar yang paling penting dalam

industri pengolahan kimia . Bahan ini terdapat di alam dalam wujud

bebas dan dalam keadaan senyawa pada bijih – bijih seperti pirit

( FeS2 ) , Sfalerit ( ZnS ) dan Kalkopirit ( CuFeS2 ) . Bahan ini juga

terdapat di dalam minyak dan gas bumi ( sebagai H2S ). Penggunaannya

yang terbesar adalah dalam pembuatan asam sulfat.

Komposisi , sifat fisika dan kimia bahan baku

Asam sulfat terdiri dari sulfur atau belerang dan beberapa

gabungan dari unsur – unsur lainnya. Sekeping sulfur melebur

menjadi cecair merah darah. Apabila terbakar, ia mengeluarkan

nyala berwarna biru.Pada suhu bilik, sulfur adalah satu pepejal

lembut berwarna kuning terang. Walaupun sulfur adalah terkenal

dengan baunya yang tidak menyenangkan - kerap dipadankan

dengan telur-telur busuk - bau tersebut adalah sebenarnya ciri bagi

hidrogen sulfida (H2S); sulfur keunsuran adalah tidak berbau. Ia

terbakar dengan nyalaan biru dan mengeluarkan sulfur dioksida,

yang dikenali kerana bau peliknya yang menyesakkan. Sulfur adalah

tak larut dalam air tetapi larut dalam karbon disulfida dan pada kadar

kelarutan yang kurang sedikit dalam pelarut organik lain seperti

benzena. Keadaan pengoksidaan sulfur yang biasa termasuk −2, +2,

+4 dan +6. Sulfur membentuk sebatian stabil bersama semua unsur

kecuali gas nadir.

Sulfur dalam keadaan pepejal biasanya wujud sebagai siklik berbentuk

mahkota yang terdiri daripada molekul-molekul S8. Sulfur mempunyai

banyak alotrop selain S8. Dengan membuang satu atom daripada mahkota

akan menghasilkan S7, yang yang berperanan dalam warna kuning sulfur

yang unik. Terdapat banyak lagi bentuk cincin lain yang disediakan,

termasuk S12 dan S18. Secara bandingannya, jirannya oksigen yang lebih

ringan hanya wujud dalam dua keadaan yang mempunyai kepentingan

kimia: O2 dan O3. Selenium, analog sulfur yang lebih berat boleh

membentuk cincin tetapi lebih sering dijumpai sebagai satu rangkaian

polimer.

Kristalografi sulfur adalah kompleks. Bergantung kepada keadaan-keadaan

yang tertentu, alotrop sulfur membentuk beberapa struktur hablur berbeza,

antara yang paling terkenal adalah rombus dan monoklinik S8.

Suatu sifat unik ialah kelikatan sulfur yang lebur, iaitu berbeza dengan

kebanyakan cecair lain, ia meningkat dengan suhu oleh

keranapembentukan rangkaian-rangkaian polimer. Bagaimanapun, setelah

menjangkau suhu yang tertentu, kelikatan mula menurun kerana

terdapatnya tenaga yang mencukupi untuk memecahkan rantaian-

rantaian.Sulfur amorfus atau "plastik" boleh dihasilkan melalui

pendinginan segera sulfur yang lebur. Kajian-kajian kristalografi sinar-x

menunjukkan bahawa bentuk amorfus mungkin mempunyai satu struktur

berlingkar dengan lapan atom setiap pusingan. Bentuk ini adalah

metastabil pada suhu bilik dan ia akan beransur-ansur kembali semula

kepada bentuk hablur. Proses ini berlaku dalam tempoh antara beberapa

jam sehinggalah beberapa hari dan boleh dipantaskan dengan

menggunakan mangkin.

3. DESKRIPSI PROSES PEMBUATAN ASAM SULFAT

( Gambar 19.3 )

Pembakaran

Bahan baku biasanya adalah belerang dan berbagai bijih sulfid. Oleh

karena belerang cair biasanya lebih murni dan biaya transpornya lebih

murah , belerang biasanya didatangkan dan disimpan dalam keadaan cair .

zat cair itu dipompakan dalam tangki penimbunan malalui pipa – pipa

berpemanas dan disemprotkan ke dalam tanur dengan menggunakan

pembakar yang hampir serupa dengan yang biasanya dipakai untuk

menyuling minyak bakar.

Pengolahan Gas Bakar

Gas sulfur dioksida hasil pembakaran mungkin mengandung karbon

dioksida, nitrogen dan berbagai ketakmurnian seperti klor , arsen , fluor ,

sedikit debu. Arsen dan fluor hanya ada apabila bahan yang dibakar bukan

belerang unsur. Guna mencegah terjadinya korosi oleh gas dari

pembakaran , biasanya udara untuk pembakaran belerang dan oksidasi SO2

itu dikeringkan dulu sampai kandungan airnya kurang 3 mg/m3.

Penukaran Kalor dan Pendingin

Sebelum gas itu ditumpahkan kedalam konventer tahap pertama , biasanya

suhunya diatur agar mencapai suhu minimum yang diperlukan supaya

katalis dapat meningkatkan kecepatan reaksi dengan cepat , biasanya pada

suhu 425°C sampai 440°C. Gas itu harus didinginkan lagi diantara tahap –

tahap katalis agar menghasilkan konversi yang tinggi.

Konventer

Konversi Kimia sulfur dioksida menjadi sulfur trioksida dirancang untuk

menghasilkan konversi maksimum dengan memperhatikan bahwa :

1. Keseimbangannya merupakan fungsi kebalikan suhu dan fungsi

langsung rasio oksigen terhadap sulfur dioksida.

2. Laju reaksi merupakan fungsi langsung suhu

3. Komposisi gas dan banyaknya katalis mempengaruhi laju konversi

dan kinetika reaksi

4. Penyingkiran sulfur trioksida yang terbentuk sehingga lebih

banyak sulfur dioksida dapat dikonversi

Absorber Sulfur Trioksida

Sudah sejak lama diketahui bahwa asam sulfat dengan konsentrasi 98,5

persen – 99 persen merupakan bahan yang paling efisien untuk digunakan

sebagai penyerap sulfur trioksida, mungkin karena asam dengan

konsentrasi tersebut mempunyai tekanan uap yang jauh lebih rendah dari

kosentrasi – konsentrasi lainnya. Asam dengan konsentrasi tersebut

digunakan pada absorber – antara dan absorber – akhir. Untuk menyerap

SO3 secara hampir sempurna, sebelum gas yang telah terkonversi sebagian

itu masuk kembali ke dalam konvertor dan gas limbah dibuang ke udara.

Dalam hal ini, air tidak dapat digunakan karena kontak langsung antara

sulfur trioksida dan air akan menghasilkan kabut asam yang hampir tidak

mungkin diabsorbsi. Oleh karena asam penyerap itu terus menjadi lebih

pekat, maka harus disediakan fasilitas untuk menyerap bagian asam yang

keluar dari absorber yang akan diresirkulasikan. Asam resirkulasi ini

diencerkan dengan menambahkan asam sulfat encer atau air dalam jumlah

yang diperlukan, sehingga mendinginkan asam penyerap, dan kelebihan

asam yang ada dikeluarkan dari system untuk kemudian dijual.

Blower

Blower digunakan untuk menghembuskan udara atau gas yang

mengandung belerang melalui peralatan pengolahan. Blower ini

ditempatkan di dalam aliran sehingga dapat menangani udara atau gas

yang mengandung sulfur dioksida.

Pompa Asam

Pompa biasanya dibenamkan di dalam tangki pompa yang terbuat dari baja

berlapis bata yang terdapat di dalam daerah proses. Pompa ini dapat

digerakkan dengan motor listrik atau turbin uap.

Pompa Belerang

Digunakan untuk memompakan belerang dari sumur penimbunan ke

dalam atomizer dan pembakar belerang. Pompa ini mempunyai pipa –

pipa penyaluran luar bermantel uap, sehingga belerang tidak menjadi

dingin dan membeku, karena titik lebur belerang adalah 115 C.

Pendingin Asam

Asam yang disirkyulasikan pada menara absorbsi harus didinginkan untuk

mengeluarkan kalor absorbsi dan kalor sensible gas masuk. Asam yang

disirkulasikan pada menara pengering harus pula didinginkan untuk

mengeluarkan kalor pengenceran dan kalor kondensasi kelembapan yang

terdapat di dalam gas atau udara masuk.

Pemurnian Gas

Pabrik yang harus menangani gas sulfur dioksida yang tidak murni,

misalnya gas yang keluar dari pabrik peleburan, pemanggangan bijih besi

dan proses – proses lain, biasanya mempunyai ketel kalor limbah.

Presipitator elektrostatik untuk pengumpulan debu, menara pembasuh dan

pencuci, dan akhirnya presipitator elektrostatik untuk pemisahan kabut

asam seerta sisa debu dan uap. Sesudah itu, gas siap untuk masuk ke dalam

menara pengering.

Bahan Konstruksi

Dalam system pemurnian gas, baja digunakan untuk menangani gas sulfur

dioksida yang mempunyai suhu di atas titik embun asam. Untuk suhu di

bawah titik embun dan untuk zat cair, digunakan timbale, baja berlapis

timbale, dengan lapisan bata atau tidak, baja paduan dan bahan plastic

untuk kondisi operasi tertentu. Pendinginan asam lemah dalam system

pemurnian gas tidak boleh dibuat dari besi cor atau baja karena bahan ini

akan terkorosi dengan cepat.

Pemulihan Asam Sulfat Bekas Pakai

Sebagian besar asam sulfat yang dipakai dipulihkan untuk didaur

ulangkan.asam bekas pakai biasanya disebut dengan asam limbah. Tetapi

istilah ini salah kaprah. Kebanyakan pemakai tidak mengkonsumsi asam

itu, tetapi mengencerkan atau mengkontaminasinya. Sebagian asam ini

dapat dipulihkan dan digunakan kembali dengan biaya lebih murah dari

asam perawan. Sebagian asam ini terpaksa dipulihkan karena ketentuan

lingkungan atau untuk menghidari pengeluaran biaya untuk netralisasi.

Pencemaran Oleh Belerang

Masalah pengurangan pencemaran oleh belerang dan senyawanya sudah

banyak diteliti dengan harapan bahwa pada suatu waktu nanti semua

belerang itu dapat dipulihkan dan digunakan kembali. Desulfurisasi bahan

bakar biasanya menghasilkan belerang dalam bentuk dalam hydrogen

sulfide. Sulfur dioksida dari peleburan non loganm non fero atau

pembakaran bahan bakar paling ekonomis bila dipulihkan sebagai asam

sulfat dan kadang – kadang juga sebagai sulfur dioksida cair, belerang,

atau garam – garam sulfat. Asam sulfat sudah lama dibuat dari gas

berkadar tinggi dari pabrik peleburan mempunyai penyaluran ke pasaran.

Perbandingan antara Proses Kamar Timbal dengan Proses Kontak

Keterangan Proses kontak Proses kamar timbal

Konversi Biaya produksi 98,5 – 99 % 77 – 79%

Biaya produksi Rendah Tinggi

Kualitas produk Lebih pekat Kurang

Proses produksi Satu kali proses dalam

Meningkatkan

konsentrasi asam

Dua kali proses dalam

Meningkatkan

konsentrasi asam

Katalis Vanadium Pentoksida NO dan NO2

Setelah dibandingkan antara proses kontak dengan proses kamar

timbal, maka kebanyakan dari perancangan pabrik asam sulfat memilih Proses

Kontak dengan pertimbangan :

a. Konversi yang tinggi dan kualitas produk lebih pekat.

b. Biaya produksi lebih murah.

c. Umur katalis dapat mencapai 10 tahun dalam pemakaian normal.

d. Proses produksi satu kali proses dalam meningkatkan konsentrasi asam.