KINETIKA REAKSI PEMBUATAN KALSIUM KARBONAT DARI LIMBAH ...core.ac.uk/download/pdf/ . Sebagai bahan pembantu pada industri pulp, kertas dan industri fartilasi. ... pemanfaatan limbah industri marmer menjadi

  • Published on
    06-Feb-2018

  • View
    218

  • Download
    3

Embed Size (px)

Transcript

  • KINETIKA REAKSI PEMBUATAN KALSIUM KARBONAT DARI LIMBAH MARMER DENGAN

    NA TRIUM KARBONAT

    Retno Dewati Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri UPN "Veteran" Jawa Timur

    JI. Raya Rungkut Madya - Gunung Anyar - Surabaya Email: dewati.r@gmail.com

    Ab.~trak

    Penelitian ini dilakllkan dengan tlljllan mempelajari killetika reaksi pembuatan kalsium karhonat (CoCo) dengan proses soda dengan jalan menentllkan tingkat reaksi kimia (orde reaksi) sel'la menentllkan lajll reaksi kimia dan mempelajari pengart/h peuhah-pellhah proses, $111m dOli waktu proses. AlaI ulnma pada pelle/ilion ini adalah labu /eher liga yang dilenglulpi magnetic slirrer. Lart/lan StlSU ka/wr direaksikan dengan lart/lan soda ash dalam labu leher liga, kemtldian diaduk del/gan kecepalall konstall. Adaplln petlha}mya adalah suml reaks; 60"C, 7ffe, 80"C, I OffC, dan waklll reaksi 50, 60, 70,80, 90 (menU). Diperoleh CaC03 lerbesar yaitu pada suhu60C dan waklll 90 menil, dengan kOl1slanla kecepatan reaksi 0,458 menir', harga ellergi pengaklijannya sehesar 193, -199 cal/mol dan konversi lerlillggi dicapai sebesar 36,9%. Reaksi 101'111011 Co (OH)2 dan lam Ian Na;zCO,? berlangsllng pada orde satll.

    Kata kline; : Kinelika reaksi, proses soda, susu kapllr

    Abstract

    The aim of Ihis research was to stlldy the reaction kinetics of calcium carbonate (CaCY))) preparation by soda process by means determinc the chemical reaction order (reaction order) and determilling the chemical reactioll rate and study the effect of process variables, temperatllre process time. The major eqllipmellf in this research was a three-neck pask equ.pped with magnetic stirrer. Lime sO/lltioll was reacted with soda ash solution in the three-neck flask then they were stirred hy constant rale. While the variables lYere the reaction temperature of 60C, 70C, 80C, 100C,and the reactioll time of 50, 60, 70, 8e, 90 (ill minutes). It was obtained Ihe largesl CaCO; namely at 60C and in the lime period of 90 mim/les, with reaction rale constanl of 0.458 minule-', its aclivation energy value was qf 193.499 callmol and the highest conversion was achieved as large as 36.9%. Reactioll (i Ca(OH) 2 and Na2CO; done look place ill order one.

    Keywords: Reaction kinetics, soda process, lime stone

    PENDAHULUAN Indonesia dikenal dengan kekayaan

    alamnya yang berlimpah ruah, baik itu dapat diperbarui ataupun yang tidak dapat diperbarui,tetavi yang perlu disayangkan adalah pemanfaatan kekayaan aJam yang teratur, terarah dan dengan memperhatikan masalah lingkungan.

    Diantara kekayaan alam itu adalah batuan marmer yanJ banyak dijumpai di beberapa tempat di Indonesia, seperti di daerah Tulungagung, Trenggalek, Ujung pan

    Jumali'eknik Kimia Vo1.2,No.2 April 2008

    -dang, Bandung dan kota-kota lainnya. Batuan marmer setelah mengalami proses-proses tertentu hasilnya dapat digunakan sebagai ubin lantai untuk keperluan arsitektur dan untuk hiasan rumah tangga serta kerajinan. Limbah darj batuan marmeT dapat dimanfaatkan menjadi hahan kimia, salah satunya adaJah kalsium karbonat.

    Kalsium karbonat terbentuk dari hasil pembakaran marmer pada suhu yang tinggi hingga terbentuk CaO. Kalsium karbonat (CaC03) adalah salah satu bahan yang tertua yang dikenal oleh manusia. Pemakaian dari kalsium karbonat oleh manusia sudah lama

    161

  • dan sejalan dengan perkembangan kebudayaan umat. Sejalan pula dengan perkembangan teknologi modem di jaman sekarang lUI, pemakaian CaC03' telah mengalami kemajuan - kemajuan yang sangat pesat, terutama di bidang-bidung industri. (Othmer, 1965).

    Departemen Perindustria:l membuat kalsium karbonat dari batu bintang pada tabun 1981,dan Carlos E. pada tabun 1997 membuat kalsium karbonat dari pasta kalsium hydroxide Ca (OHh.

    Pada penelitian ini akan dibuat kalsium karbonat dari Iimbah marmer dengan mereaksikannya dengan soda abu melalui proses soda.

    Dari hasil penelitian diharapkan diperoleh data-data kinetika reaksi pembuatan kalsium karbonat dalam tangki berpengaduk dapat menunjang industri kimia serta dapat menunjang industri kimia serta dapat menunjang pengembangan ilmu pengetahuan.

    Secara sederhana proses pembentukan batu marmer terjadi karena proses dari alam. Batu marmer yang terbentuk berupa bongkahan batu yang sangat besar dan biasanya terdapat pada daerah pegunungan batu kapur.

    Pada awalnya prose~ pengolahan batu marmer hanya melalui proses pemotongan, namun saat ini proses pengolahan batu marmer tidak hanya melalui proses pemotongan, tetapi sudah mulai berkembang sampai proses pemolesan atau penghalusan dan finishing.

    Saat ini banyak ditemukan kemajuan-kemajuan dalam teknik pengolahan marmer, baik itu kemajuan dalam pemaduan corak marmer, penggunaan wama marmer dalam membuat hasH kerajinan dari marmer. Selajn di Indonesia di negara-negara Eropa kerajinan marmer juga diminati sehingga memungkinkan untuk menyimpan bahan baku dari Eropa seperti Turki, Italia, dan negara Asia seperti Cina. Selain itu batu marmer import, batu-batu marmer lokal berasal dari Tulungagung. Trenggalek, Ujung Pandang, Bandung dan lain-lain.

    Diimportnya batu marmer dari negeri tersebut dikarenakan batu marmer dari luar negeri memiliki struktur corak yang berbeda dan kekuatan yang berbeda pula. Selain alasan tersebut batu marmer yang diimport dari luar negeri lebih bagus sehingga clapat dihasilkan kerajinan batu marmer yang lebih bagus dan inovatif.

    Jurnal Teknik Kimia Vo1.2,No.2 April 2008

    Batu marmer setelah mengalami proses-proses tertentu hasilnya dapat digunakan sebagai ubin lantai untuk keperluan arsitektur dan untuk hiasan rumah tangga dan kerajinan. Salah satll jenis batuan metamorfosa adalah batwm marmer. Proses metamorfosa ini diakibatkan tckanan dan panas yang berada jauh di bawah permukaan bumi. Proses ini yang membuat batu kapur sangat padat dan keras schingga menjadi batu marmer atau batu pualam.

    Batu marmer sangat banyak dimanfaatkan untuk dokorasi bangunan, baik sebagai interior maupun eksterior, sehingga bangunan tersebut mempunyai nHai keindahan yang tinggi. Pemanfaatan batu marmer tersebut diantaranya Lntuk: a. Tegel mozaik marmer b. Tegel torazzo marmer c. Seni ukir dan pahat

    Pada penelitian ini memanfaatkan limbah marmer yang bentuknya berupa lempengan-lempengan atau berupa butiran-butiran keci\. Limbah mamler ini banyak ditemukan di depar.. rumah penduduk di daerah pertambangan marmer Besole, Tulungagung yang setiap harinya bisa menghasilkan sampai 0,5 m3 limbah marmer untuk pengrajin yang berskala besar. Batuan Manner

    Kata marmer berasal dari Bahasa Yunani "marmoros" yang berarti batu yang asli atau yang lebih popular disebut batu pualam. Definisi batu marmer adalah sejenis batu alam yang tersusun dari satu atau lebih macam hablur mineral kalsit, dol mit dan supertin. Semua ini bersatu memadat dan mampu untuk digosok halus sehingga mengkilap atau bisa dipoles.

    Batu marmer terdapat di beberapa belahan bumi, yang terbentuk melalui proses kristalisasi. Proses ini berlangsung alami puluhan juta tahun (30-60 juta tahun) yang lalu. Komposisi bahan marmer secara umum dalam % berat adalah:

    Si02 Fez03 + AI203 CaC03 MgO

    1-1,5% 1%

    = 95 - 97% 1%

    Penambangan batu marmer di Jawa Timur berlokasi di Besole, Tulungagung. Batu marmer ditambang melalui beberapa proses, yaitu:

    Tahap awal disebut "stripping". yaitu proses penghilang deposit marmer yang masih mentah untuk mendapatkan batuan

    162

  • marmer berkualitas baik yang berupa blok-blok marmer. Tahap kedua, batuan marmer diolah yang meliputi penggergajian blok-blok marmer diu bah menjacii lempengan-lempengan dig~rinda dan dipoles hingga mengkilap.

    Batuan marmer disebut juga dengan kalsium karbonat (CaC03). Kalsium karbonat ini merupakan padatan putib kristalin Gernih seperti kristal) semua jenis kalsium karbonat hampir tidak dapat lamt dalam air mumi tetapi teljadi penguraian, dengan adanya karbon dioksida untuk pembentukan hydrogen karbonate (bikarbo'1at).

    CaC03 + H20 + CO2 ~Ca2+ + 2HC03' ................. (1)

    Kalsium Karbonat Kalsium karbonat adalah salah satu

    bahan yang tertua yang dikenal manusia. Pemakaian dari kalsium karbonat oleh manusia sudah lama dan sejalan dengan perkembangan kebudayaan umat manusia.

    Seeara umum masyarakat mengenal CaC03 hanya sebagai kalsium karbonat berat. Tetapi sebenamya CaCO) berat dan CaCO) ringan. Berdasarkan sifat kimianya kedua jenis CaCO) ini hampir sama, perbedaan dasar terdapat pada kerapatan ruah (bulk density), karbonat berat mempunyai kerapatan ruah I - 1,2 sedangkan karbonat ringan hanya 0,15 - 0,6. hal ini disebabkan karbonat berat tetjadi seeara alamiah dan dikenal di alam sebagai batu kapur atau lime stone sementara karbonat ringan tetjadi melalui proses kimia (Artiticial).

    Kalsium karbonat umumnya digunakan untuk mendukung p"brik kimia lainnya. Penggunaannya antara lain sebagai berikut (Othmer, 1965). I. Sebagai bahan pembantu pada industri

    pulp, kertas dan industri fartilasi. 2. Unt.uk refrigeration brine, cheap

    drying agent, dust proofing pengendali es dan food additive.

    3. Digunakan pada industri fungisida. 4. Digunakall pad a industri tambang

    sebagai freeze proofing batu bara dan gas.

    5. Digunakan untuk campuran beton untuk meningkatkan kekuatan awal dan ultimate strength. Kebutuhan kalsium karbonat sejak

    tahun 1983 terus meningkat seiring dengan perkembangan industri, pemakaiannya antara lain: industri cal, pipa lJlastik, PVC

    Jumal Teknik Kimia Vo1.2,No.2 April 2008

    compound, ban, sepatu karet, kosilletik, k"lit imitasi, pasta gigi dan industri lain. Berdasarkan data yang ada kebutuhan kalsium karbonat mencapai 62,967 ton terdiri dari import dan komoditi dalam negeri.

    Sifat-sifat kalsium karbonat (Arthur & Ross, 1950) a. Sifat-sifat fisika CaC03 (Calcite)

    Mempakan bubuk putih atau kristal-kristal transparant. Tidak berbau dan tidak berasa Bentuk padatan Tidak leleh 1339C Specific gravity 2,711

    b. Sifat-sifat kimia CaCOl (Calcite) Rumus kimia CaCO) Berat molekul ] 00,09 Kelarutan dalam air 0,0014 grl100 gr H20 pada 25C 0,002 grll00 gr H20 pada 100C

    Sifat-sifat bahan Kalsium Hidroksida (Cn(0H)2 merupakan baso'\ yang agak kuat dengan seriikit lamt dalam air. Bita ditambah CO2 akan membentuk CaCO) yang tak dapat larut. Kalsium hidroksida dapat dibuat dengan menambahkan air pada padatan kalsium oksida menu rut reaksi :

    CaO + H20 ~ Ca(OH)2 ................ (2) Dengan mengeluarkan panas.

    Macam-Macam Proses Pembuatan CaCOJ Pembuatan kalsium karbonat secara

    kimiawi, dapat dilakukan melalui berbagai bahan dan cara, antara lain: 1. Proses soda adalah proses pembentukan

    kalsium karbonat dengan mereaksikan soda abu dan susu kapur (Kobe, 1948).

    NB2C0:l + Ca(OHh ~ CaC0:l + 2 NaOH. ..... " ..... (3)

    2. Mereaksikan susu kapur dengan gas C02 (Agra dkk, 1971). Reaksi yang tetjadi: Ca (OHh + CO2 -> CaC03 + 2H20

    ........... " (4) 3. Kalsium klorida, Ammonium

    hidroksida dan gas CO2 (Kirk dan Othmer, 1980). Reaksi yang tetjadi:

    CaCh + 2NH40H + CO2 -> CaC03 + 2NRt + H20 "" ..... " ........ ". (5)

    Proses Soda Untuk mendapatkan CaO yang diinginkan, marmer dipanaskan dalam suhu tinggi (calcining) pada suhu antara 900 - JOOOoC

    163

  • karena pad a suhu tersebut kapur akan berdisosiasi, menurut persamaan reaksi:

    CaC03 + Panas ~ CaO + C02 ... (6) (BPPI, 1981)

    Kapur Tohor (CaO) yang terbentuk diproses lebih lanjut sesuai dengan tujuan. Bila kapur tohor tersebut ditambah air, akan tcrhidrasi menjadi kalsium hidroksida, menurut persamaan reaksi:

    CaO + H20 -+ Ca(OH)2 .......... (7) (Shreve, 1956)

    Proses soda adalah pembentukan kalsium karbonat dengan mereaksikan susu kapur dengan soda abu. Reaksi yang terjadi :

    Ca (OH)2 + Na2C03 -+ CaC03 + 2NaOH .......... (8)

    Pada penelitian terdahulu (Sudjarno) kalsium karbonat dapat dibuat dari hasil samping industri pupuk ZA Penelitian limbah pup uk ZA ini dilaksanakan analisa uji hasil pembakaran dari percobaan yang dilakukan, maksud ana lisa ini adalah untuK mengetahui komposisi yang tericandung dalam hasil percobaan tersebut, yang kemudian dari hasil uji analisa ini dicari jenis limbah ZA yang menghasilkan kadar CaO terbesar, sehingga dapat digunakan untuk bahan pembuatan karbonat (CaCO). Kalsium kat bonat dapat juga dibuat dari Iimbah industri marmer dengan variabel yang berbeda pula, antara lain variabel tetap (volume susu kapur dan putaran pengadukan) dan variabel yang dijalankan (waktu, suhu dan perbandingan mol), sehingga nanti diharapkan adanya peningkatan dalam pemanfaatan limbah industri marmer menjadi k&lsium karbonat (CaCo~) apabiJa digunakan variabel-variabel tersebut. Selain itu limbah marmer dapat juga dimanfaatkan untuk pembuatan marmer sintetis. (Agus Wahyudiono, 2002).

    Kinetika reaksi merupakan ilmu yang mempelajari kecepatan atau laju reaksi kimia juga faktor-faktor yang mempengaruhinya.

    Pada penelitian kinetika reaksi pembulltan CaC03 dari marmer bertujuan untuk menentukan tingkat reaksi (orde reaksi), konstanta /aju reaksi.

    Sedangkan laju reaksi adalah suatu laju perubahan konsentrasi pereaksi terhadap waktu (-dc/dt). Reaksi pada proses soda adalah:

    Jurnal Teknik Kimia Vo1.2,No.2 April 2008

    aA + bB -+ cC + dD................... (9)

    Persamaan laju reaksi di atas dapat ditulis:.

    -rA=k.CA.CB ................................. (10)

    Reaksi oi atas adalah orde A terhadap B, jadi orde total =: (a + b), dimlina k sebagai konstanta kecepatan reaksi. Apabi/a mekanisme reaksi tidak diketahll;, harlls mencoba dengan data-data percobaan paJa persamaan kecepatan reaksi lIntuk orde-orde sebagai berikut:

    a. Reaksi orde satu Persamaan reaksi:

    dCA -rA= -- =k. CA .................... (11) dt

    dCA --- =k. dt ........................... (12) CA C

    A dCA t - f - = k. J dl ................ (13) C CA 0 "AO

    - (In CA + In CAO) = k.t ............... (14)

    CA -In- = kt ............................ (IS) CAO

    Dengan CA = CAO (1 - X.0, maka

    CA(l-XA) - In = kt .................. (16)

    CAO Didapat persamaan:

    -In (1 - XA) = k t ........ ............ ..... (17)

    Plot antara -In(I-XA) vs t merupakan garis lurus, maka reaksi adalah reaksi orde satu dengan harga k sebagai slope-nya.

    b. Reaksi Orde Dua Persamaan reaksi:

    -dCA -rA = -- = k. CA2 ................ (I 8) dt

    dCA 2 '. 2 - --2 = k. c,\ - k. CAO 0 - XA) .(19)

    CA

    164

  • Persamaan yang didapat

    1 X A C A~- x (1 _ X A) = k . t.. ....... (21)

    X Plot antara A versus t merupakan

    l-XA garis lurus, m.lka reaksinva adalah reaksi orde dua dengan slope = k . CAo.

    Faktor-Faktor yang Berpengaruh pada Proses Soda

    Faktor-taktor yang berpengaruh pada kecepatan reaksi pembentukan kalsium karbonat dengan proses soda antara lain: I. Waktu

    Pada reaksi: A + B --+ C + D, dengan waktu reaksi ya'lg semakin lama, maka jumlah mol A semakin berkurang shg kecepatan reaksi berkurangnya A semakin keci!. Sebaliknya jumlah C yang terbentuk bertambah dan kecepatan 'reaksi pembentukan C semakin bertambah.

    2. Suhu Apabila suhu dinaikan maka kecepatan reaksi makin bertambah cepat pula, yang mana hal ini sesuai dengan rumus Arrhenius. k = ko . e .E.:RT.............................. (22)

    -E In k = R . T + In ko ....................