BPPT UPT PSTKP
Analisa bahan dan Benefiasi Bahan Mentah Keramik LAPORAN TEKNIS
Penyusun : M. Dachyar Effendi, ST Staf UPT-PSTKP Bali
Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi Unit Pelaksana Teknis Pengembangan Seni dan Teknologi Keramik dan Porselin Bali Deputi Bidang Teknologi Informasi, Energi, Material dan Lingkungan Agustus 2002
LEMBAR PENGESAHAN
Analisa bahan dan Benefiasi Bahan Mentah Keramik
Penyusun : M. Dachyar Effendi, ST Staf UPT-PSTKP Bali
Mengetahui, Kepala UPT-PSTKP Bali
Drs. I Gusti Ketut Astana NIP. 680001353
ii
DAFTAR ISI
HAL Halaman Judul …………………………………………………………………..
i
Lembar Pengesahan ……………………………………………………………
ii
Daftar Isi ………………………………………………………………………….
iii
Kata Pengantar ………………………………………………………………….
iv
Ringkasan …………………………………………………………………………
v
1.
Pendahuluan
1
2.
Studi Literatur
1
2.1.
Hubungan antara Komposisi, Sifat-Sifat dan Kelakuan Suatu
1
2.2.
Bahan Bahan Pengotor
2
3.
Pembahasan
3
3.1.
Pembahasan Umum
3
3.2.
Pembahasan Khusus
4
3.2.1.
Teknik Menentukan Komposisi dan Kerangka
4
3.2.2.
Kebutuhan akan Mutu dan Kebenarannya
4
3.2.3.
Teknik Analisa Bahan
5
3.2.4.
Benefisiasi
7
4.
Kesimpulan dan Saran
8
4.1.
Kesimpulan
8
4.2.
Saran
8
Daftar pustaka
9
iii
KATA PENGANTAR
Atas berkat rahmat Tuhan YME, akhirnya laporan Teknis Analisa bahan dan Benefiasi Bahan Mentah Keramik dapat diselesaikan dengan baik Tulisan ini dibuat dalam rangka mencari upaya penyelesaian masalahmasalah yang timbul dalam dalam praktek pengolahan bahan mentah keramik yang dilakukan oleh bagian produksi Unit Pelaksana Teknis Pengembangan Seni dan Teknologi Keramik, terutama mengenai mutu bahan baku agar dapat menghasilkan produk yang sesuai
Semoga laporan ini dapat digunakan sebagaimana mestinya.
Denpasar,
Agustus 2002
Penulis
iv
RINGKASAN
Seperti telah kita ketahui hahya bahan mentah/baku pada umumnya merupakan campuran beberapa mineral secara heterogen, sedangkan analisa kimia hanya menunjukkan jumlah oksida tertentu saja. Sifat-sifat mineral utamanya dapat diketahui dari struktur atomnya dan tergantung dari banyaknya mineral, yang terkandung di dalam suatu bahan. Sifat-sifat mineral penyusun batuan
akan
saling
mengakibatkan
mempengaruhi
sifat-sifat
campuran
didalam
kelompoknya,
tersebut
tidak
sehingga
tepat
dalam
perhitungannya. Ada beberapa sifat yang mempengaruhi dengan cara sedemikian rupa, sehingga mengakibatkan kesukaran dalam melakukan perhitungan pada berbagai fase komposisi. Kebutuhan
akan mutu
sangat mendorong
pada
pengembangan
teknologi mineral yang mempunyai sifat ganda, yaitu : untuk proses yang ada (sedang berjalan) harus disediakan atau diketemukan bahan baku yang cocok, dan untuk bahan mentah/ baku yang tersedia diperlukan proses dan penggunaannya yang tepat Penggunaan bahan secara optimum ditentukan oleh hubungan berbagai macam kriteria antara parameter yang mencakup semua cara-cara, seperti penambangan endapan pengolahan
kembali
bahan
prodak
dilakukan
sampingan
secara efisien, termasuk menjadi
suatu
produk
yang
berharga.Oleh Karena itu ada baiknya hal-hal tersebut dilakukan secara terstruktur untuk mendapatkan bahan yang bermutu. Sumber bahan mentah/baku yang bermutu tinggi agak terbatas, oleh karena itu benefisiasi bahan-bahan yang tingkat mutunya rendah menjadi sangat penting untuk dilaksanakan
v
1. Pendahuluan Menilai suatu bahan baku hanya dengan analisa kimia saja tidaklah cukup memadai. Sifat dan tabiat (kelakuan) bahan baku perlu ditinjau dari fase komposisi dan kerangkanya ("Fabric"). Seperti telah kita ketahui hahya bahan mentah/baku pada umumnya merupakan campuran beberapa mineral secara heterogen, sedangkan analisa kimia hanya menunjukkan jumlah oksida tertentu saja. Sifat-sifat mineral utamanya dapat diketahui dari struktur atomnya dan tergantung dari banyaknya mineral, yang terkandung di dalam suatu bahan. Sifat-sifat mineral penyusun batuan akan saling mempengaruhi didalam kelompoknya, sehingga mengakibatkan sifat-sifat campuran tersebut
tidak tepat dalam
perhitungannya. Ada beberapa sifat yang mempengaruhi dengan cara sedemikian rupa, sehingga mengakibatkan kesukaran dalam melakukan perhitungan pada berbagai fase komposisi. Peranan utama sifat mineral ditentukan oleh beberapa faktor, seperti komposisi kimia dan mineralnya, sifat-sifat fisik dan kimia, serta kerangka (fatric) mineral tersebut. Kemudian baru dapat diperkirakan tabiat bahan tersebut dari perubahan kondisi fisik dan kimianya. Komposisi
kimia
terbatas oleh banyak sedikitnya jumlah kandungan unsur kimia
saja, sedangkan komposisi mineral terbatas pada fase mineral dan "Stoichiometry" Kedua kombinasi komposisi tersebut di atas dapat memberikan gambaran di dalam pemisahan unsur-unsurnya. Yang masih menjadi ;pertanyaan sekarang adalah bagaimana kalau terdapat unsur-unsur ikutan yang mungkin jumlahnya sedikit (kurang dari 1%) yang kadang-kadang sering diabaikan, tetapi dapat menimbulkan akibat yang kurang baik (merugikan) terhadap sifat-sifat produk akhir.Untuk memahami hal l ini perlu diperhatikan bangun (kerangka) mineral tersebut.
2. Studi Literatur 2.1.Hubungan antara Komposisi, Sifat-Sifat dan Kelakuan Suatu Bahan Baku Tekstur adalah hubungan antara butir-butir pembentuk batuan/mineral. Yang termasuk di dalam tekstur adalah pembagian ukuran besar butir, geometri, butir, permukaan butir, warna dan derajat kristalinitas Sedangkan struktur
berhubungan dengan kondisi fisik
(misalnya amorf, koloidal, kristalin dan sebagainya), dan pembagian ruang unsur yang berhubungan satu dengan lainnya (susunan atom di dalam batuan) . Hal yarig terakhir yaitu mengenai kerangka (Fabric), ini sangat berhutungan dengan orientasi butir. Masing-masing butir kristal bahan pada umumnya menunjukkan sifat tidak
1
isotropi dan butiran yang berbeda dengan bentuk "spherical"
cenderung berorientasi
kepada badan. Sifat-sifat, tabiat dan sistim orientasi
kebanyakan
sangat berbeda dengan perlakuan
tekno-logi yang diharapkan. Hubungan antara komposisi, sifatsifat dan tabiat suatu bahan dapat dilihat pada tabei 1. Tabel 1 Hubungan antara Komposisi, Sifat-Sifat dan Tabiat Suatu Bahan Ta
biat
Sifat-Sifat Kimia
Komposisi Kimia
Sifat-Sifat Fisik
Tingkat Komposisi
Kerangka ("Fabric")
Data yang sangat penting dan merupakan dasar informasi diperlihatkan didalam komposisi kimia, minerologi dan kerangkanya ("fabric") atau disebut data dasar. Sifat suatu bahan mentah/baku berasal dari data dasar ini, sedangkan tabiat suatu bahan ditentukan oleh sijfat-sifat fisik dan kimianya. Tanpa mempunyai informasi dasar (data dasar) yang lengkap mengenai bahan mentah/baku, maka akan sukar untuk menentukan perlakuan atau proses yang akan dilaksanakan. Sebagai contoh, walaupun beberapa bahan diperiksa secara minerologi menunjukkan hasil yang sama, tetapi kalau hasil analisa kimianya berbeda, maka setelah diproses dapat menghasilkan produk yang berbeda mutunya. 2.2. Bahan Pengotor Pada umumnya yang dinamakan bahan pengotor adalah beberapa bahan dalam bentuk yang berbeda-beda yang secara teknis menyebabkan penyimpangan dalam komposisi suatu bahan. Bahan pengotor ini terdapat di dalam setiap mineral dalam jumlah yang berbeda, kecuali di dalam bahan kimia yang murni. Pada bahan baku kimia (bila bergabubg didalam suatu bahan di dalam struktur dari fase mineral lain) dan dari alam (bila terdapat di dalam fase mineral yang terpisah) terdapat pula bahan pengotor. Kalau dipandang dari sudut teknologi, maka yang disebut bahan pengotor selalu akan 2
menimbulkan suatu masalah, baik terhadap proses maupun produk hasil akhir. Beberapa jenis bahan pengotor dapat dibedakan sebagai berikut. - Bahan pengotor yang
lebih rendah tingkatannya dari suatu bahan baku tanpa
berpengaruh pada proses maupun produk. - Bahan pengotor yang mempengaruhi sifat-sifat dan tabiat dari bahan baku - Bahan pengotor yang bertentangan dengan proses dan mutu produk - Bahan pengotor yang menyebabkan pencemaran lingkungan. Untuk meningkatkan efisiensi di dalam proses dan mutu produk, maka beberapa unsur yang tidak dikehendaki harus dikurangi dalam tingkat yang berbeda-beda dengan beberapa kemungkinan operasional seperti di bawah ini: - Cara seleksi pada waktu penambangan dengan membuang (menyingkirkan) bahanbahan pengotornya. ~ Menghilangkan bahan pengotor dengan proses tertentu. - Mengurangi/menekan akibat adanya bahan pengotor atau menetralkan dengan penambahan bahan-bahan yang bersifat melawan (menetralisir), seperti decolarizing agent dsb.
3. Pembahasan 3.1. Pembahasan Umum Semua pekerjaan yang telah disebutkan di atas sangat berkaitan dengan penambahan biaya, dan lagi kesemuanya mempunyai beberapa keterbatasan.Sebagai contoh, cara seleksi, ini akan mengakibatkan berkurangnya suinber dan pemborosan lahan. Menghilangkan bahan pengotor dengan cara benefisiasi tidak pemah sempurna, tetapi masih terdapat bahan pengotor yang tertinggal bersama bahan yang dimurnikan. Terakhir walaupun penambahan bahan lain untuk mengurangi bahan pengotor sudah dilakukan secara benar, tetapi bersamaan dengan hal tersebut, akan berpengaruh juga terhadap sifatsifat yang lain dan akhirnya akan mengakibatkan mutu produk menjadi lebih rendah. Pemecahan masalah pada tiga parameter yaitu
teknologi dan ekonomi, kemudian pada
akhir-akhir ini timbul parameter ke ketelitian, reproduksi, waktu, biaya dan bermacammacam faktdr lalnnya., Teknologi merupakan suatu tantangan yang harus segera ditanggulangi. Oleh karena itu keberhasilan cara menganalisa dan testing harus dilaksanakan secara operational. Penelitian yang dilakukan dengan cara sangat teliti kebanyakan penggunaannya di dalam bidang
teknologi agak terbatas karena
kurang efisiensi.
Pada prakteknya
3
pelaksanaan yang cepat walaupun hasilnya agak kurang teliti akan lebih baik dari pada hasilnya teliti tetapi memerlukan waktu yang lama (beberapa bulan). Seperti yang telah kita sebutkan di atas, maka untuk menetapkan mutu bahan baku merupakan masalah rumit. Untuk ini diperlukan berbagai macam cara dan berbagai pendekatan yang berkaitan dengan anaiisa. Beberapa cara analisa dan testing yang baik untuk me-ngetahui sifat-sifat bahan baku akan memakan waktu dan memerlukan biaya yang mahal. Bilamana urutan prioritas diketahui, maka skema pelaksanaan testing mungkin dapat dirumuskan
Sehagai pengganti
dari analisa yang lengkap, dapat dilaksanakan hanya
analisa sebagian saja yang bsrhubungan de.ngan bahan pengotor yang akan dihilangkan. Apabila informasi mengenai mutu telah dianggap cukup, maka kwalifikasi tidak perlu dilanjutkan.
Bila hanya cenderung ke arah pengembangan khusus yang dikehendaki,
maka adanya data semi kwantitati telah cukup.
3.2. Pembahasan Khusus 3.2.1. Teknik Menentukan Komposisi dan Kerangka Semua yang telah disebutkan dl atas merupakan suatu contoh pola penyederhanaan suatu analisa dan testing menurut prosedur yang tepat. Ini merupakan suatu ide yang baik dimana kita dapat memperoleh
informasi sebanyak-banyaknya dengan melakukan
pekerjaan penelitian sesedikit mungkin. Cara yang berkaitan dengan analisa bahan dapat dibagi menjadi beberapa golongan sesuai dengan prinsip penggunaannya.Hal ini dapat dilihat pada tabel 2. Di dalam daftar ini disajikan informasi yang berkaitan dengan komposisi dan kerangkanya ("fabric"). Terdapat juga beberapa teknik lain untuk menentukan komposisi dan kerangka (fahrik). Pada umumnya
keuntungan
suatu cara khusus dapat diketahui,
tetapi kerugiannya
biasanya dilupakan. Sekalipun perkembangan metoda dan peralatan modern dengan ketelitian yang lebih tinggi, seperti electron micro analysis sangat pesat, namun cara-cara dan peralatan yang sederhana masih tetap dipertahankan karena dianggap efisiensinya tinggi Biasanya, kombinasi dari beberapa cara untuk menentukan komposisi dan kerangka suatu bahan masih diperlukan. 3.2.2. Kebutuhan akan Mutu dan Kebenarannya. Kebutuhan-kebutuhan akan mutu dan jumlah kelas mutu bahan-baku yang khusus
4
diperlukan untuk beberapa jenis penggunaan yang khusus pula. Ini adalah suatu kriteria yang sesuai dengan petunjuk prosedur pengamatan mutu. Kebutuhan akan mutu harus diformulasikan sejak dari permulaan penggunaanya. Apabila suatu konsep perencanaan dilaksanakan dengan baik, didalam mengulangi proses, dan pembuatan produk, maka dapat diharapkan paling tidak hasilnya akan sama atau dapat menghasilkan produk yang mutunya lebih baik. Walaupun demikian dalam pelaksanaannya, kerusakan dan kegagalan pada waktu percobaan penggunaan bahan dapat terjadi. Untuk menghindari hal tersebut, keperluan akan mutu pada waktu yang lalu dan yang akan datang harus ditentukan kembali. Pada saat ini bahan-bahan baku yang dihasilkan suatu Industri yang tergolong skala besar dapat memberikan gambaran (informasi) mengenai tabiat dan sifat-sifat bahan baku hasil produksinya. Untuk maksud tersebut, maka jaminan mutu bahan baku menjadi sangat penting. Kebutuhan akan mutu ini mempunyai beberapa maksud: -
Spesifikasi mutu dan jumlah unsur-unsur penting yang terkandung di dalam bahan baku dapat diketahui.
-
Spesifikasi dan pembatasan bahan pengotor yang sifatnya merugikan pada mutu produk telah ditetapkan.
-
Studi perbandingan pada bebe-rapa jenis }-bahan yang sama tetapi berasal dari deposit yang berbeda, dapat dilakukan. Kebutuhan akan mutu ditentukan oleh beberapa cara yang satu sama lain berbeda.
3.2.3. Teknik Analisa Bahan Pada permulaan penggunaan, perlu dicatat secara ringkas semua informasi yang berkaitan dengan mutu bahan dari suatu produk pahrik tertentu, misalnya disertai dengan surat keterangan (sertifikat)
yang menjelaskan mengenai
minerologi dan fisik serta dilengkapi pengolahan (perlakuan)
dengan
penampakan, sifat-sifat kimia,
keterangan singkat tentang prosedur
bahan tersebut. Beberapa endapan bahan mentah/ baku yang
telah lama ditambang dan dijual kepada industri pemakai
biasanya
akan menjadi
terkenal, seperti bentonit dari Wyoming, kaolin Sedlec, Cornish stone, China clay, dan sebagainya.
Bahan-bahan tersebut oleh industri keramik atau industri yang lain hampir
diseluruh dunia sudah dapat-digolongk&n sebagai bahan
baku yang memenuhi standar
internasional.
5
Tabel 2 Teknik Analisa Bahan Teknik Analisa Kimia
.... DIfraksl-X- Ray
Informasi Kerugian - Komposisi kwantitatif dan kualitatif - Tidak ada data (unsur-unsur yang banyak dan pemlsahanunsur-unsur sedikit) antara fase mineral pada waktu yang sama - Komposisi modal - Kwalitatif, (semi .kwantitatif fase komposisi). - Kerangka (Fabric)
Mikroskop Optik, - Kwalitatif (semi kwantitatif) walaupun dalam butir-butir tunggal - Kerangka (fabric)
- Tidak dapat mengetahui fase amorf - Batas detekslnya agak tinggi - Blayanya mahal - Preparasi khusus - Memerlukan preparasi khusus
Thermal Analyses - Kwalitatif (semi kwantitatif fase - Memakan waktu lama - komposisi) dari beberapa mineral - Biaya mahal - Sifat-sifat dan tabiat panas (nilai panas, energi dan perubahan massa) Analisa Butir
Electron Microscope dan Electron Probe Microscope
- Fabric (pembagian besar - Badan umumnya butir,geometri dan permukaan butir, ditentukan secara tidak struktur dalam). langsung. . - Komposisi mineral dan kimia tidak diketahui - Analisa kimia kwalitatif dan kwan - Biayanya mahal - titatif, fase analisa. - Memakao waktu lama. - Pembagian dan pemisahan unsur- Preparasi khusus unsur - Fabric
Akibat yang ditimbulkan dari pengalaman pada penggunaan pertama akan sangat berpengaruh. Perkembangan teknologi selalu disertai dengan
pembaharuan, demikian
pula perubahan kebutuhan akan mutu juga semakin meningkat. Oleh karena kuatnya pendirian yang lama (kuno), maka segala perubahan kearah pembaharuan harus diperkenalkan secara perlahan-lahan dan penggunaannya .berdasarkan pengalaman serta pengamatan yang seksama. Hal ini merupakan suatu kriteria yang harus benar-benar diperhatikan. Dalam banyak hal, suatu sistem kebutuhan akan mutu akan menjadi amat rumit karena kurangnya pengalaman operasional dan tidak adanya pembuktian.
6
3.2.4. Benefisiasi Seperti yang telah kita uraikan pada bagian depan, bahwa. sumber bahan mentah/baku yang bermutu tinggi agak terbatas, oleh karena itu benefisiasi bahan-bahan yang tingkat mutunya rendah menjadi sangat penting untuk dilaksanakan. Sebab hanya ada beberapa bahan mentah yang dapat langsung digunakan dalam keadaan aslinya (belum diolah). Kebanyakan bahan mentah setelah ditambang (digali), sedikit banyak telah mengalami perlakuan-perlakuan yang tujuannya untuk mempermudah transportasi, proses dan penggunaannya. Yang dimaksud dengan perlakuan terhadap bahan (treatment) disini ialah suatu perlakuan yang tidak mengakibatkan
perubahan komposisi kimia (dressing) seperti
: penggilingan, penepungan,dan klasifikasi. Sedangkan benefisiasi adalah suatu proses pengolahan bahan yang disertai dengan perobahan fase komposisi dan komposisi kimia. Contoh dari hal ini dapat dilihat pada tabel 3. Benefisiasi selain membuang mineralmineral yang tidak kehendaki atau perubahan struktur karena pembakaran pada
suhu
tinggi atau pada peleburan. Beberapa bahan baku buatan (sintetis) juga digunakan, di dalam hal ini karena ada penggunaannya
diperlukan
disamping sifat-sifat lain yang diperlukan, seperti tahan menimbulkan warna
kemurniannya yang tinggi, suhu
tinggi atau dapat
yang dikehendaki.Bahan-bahan sintetis dibuat dari
bahan mentah
yang tidak murni (mengandung bahan pengotor) dengan cara teknologi kimia. Tabel 3 Perubahan Fase komposisi dan Komposisi Kimia di dalan Proses Benefisiasi Bahan Mentah/Baku Keadaan asli Perlakuan tanpa perubahan komposisi
Jenis - lempung - batu kapur - batu sabak - phonolite Benefisiasi yang disertai dengan - bentonit perubahan fase komposisi dan - pasir kwarsa koroposisi kimia - kaolin - fluorite
Benefisiasi.yang disertai dengan - bauksit,dias perubahan fase komposisi pore - magnesit - basalt Dibuat dengan cara diproses (sin- -..alumina, te tetik) tania - magnesia
Perlakuan yang digunakan - Perendaman/tidak ada. - penggilingan - Penghalusan/penepungan. - klasifikasi - activation - penapisan - penggilingan/penghalusan - pemisahan dengan gravitasi - pemisahan dengan magnit - flotasi - kalsinasi - sinter - peleburan - ekstrasi pemurnian - kristalisasi - kalsinasi.
7
4. Kesimpulan dan Saran 4.1. Kesimpulan Kebutuhan akan mutu sangat mendorong pada
pengembangan teknologi mineral
yang mempunyai sifat ganda, yaitu : untuk proses yang ada (sedang berjalan) harus disediakan atau di-ketemukan bahan baku yang cocck, dan untuk bahan mentah/ baku yang tersedia diperlukan proses dan penggunaannya yang tepat, Sifat yang pertama menyatakan karakter
atau kondisi pada negara-negara industri yang telah maju,
sedangkan yang kedua merupakan keadaan yang yang sedang berkembang. Untuk industri-industri
sangat penting bagi negara-negara yang memerlukan persyaratan mutu
yang tinggi, pada umumnya sumber bahannya agak terbatas. Di segi lain, untuk bahanbahan baku yang telah dikenal (diketahui mutunya) , kemungkinannya lebih banyak digunakan. 4.2. Saran Penggunaan bahan secara optimum ditentukan oleh hubungan berbagai macam kriteria antara parameter yang mencakup semua cara-cara, seperti penambangan endapan bahan dilakukan
secara efisien, termasuk
pengolahan kembali prodak sampingan menjadi
suatu produk yang berharga.Oleh Karena itu ada baiknya hal-hal tersebut dilakukan secara terstruktur untuk mendapatkan bahan yang bermutu. Sumber bahan mentah/baku yang bermutu tinggi agak terbatas, oleh karena itu benefisiasi bahan-bahan yang tingkat mutunya rendah menjadi sangat penting untuk dilaksanakan.
8
DAFTAR PUSTAKA
1. Bo, M.K. et al., "The Effect of Particle Size Distribution on the Permeability of Filter Cakes", Trans.Instn.Engrs, 43T288-T231 (1965) 2. Phelps, G.W., "Slip Casting", in Ceramic Monograph-Handbook of Ceramics, Verlag Schmid GmbH Frieburg i.Br, 1982 3. Adcock, D.S. and I.C.McDowal, "The Mechanism of Filter Pressing and Slip Casting", Journal of The American Ceramic Society 40 (10) 355-362 (1957) 4. Reed, J.S. and T.J.Fennelly, "Mechanics of Pressure Slip Casting", Journal of The American Ceramic Society, 55 (5) 264-268 (1972) 5. McCabe, W. and J.C.Smith., "Unit Operations of Chemical Engineering", 2nd ed, McGraw Hill Book Company, New York :1967 6. Phelps, G.W. and M.G. McLaren, "Particle Size Distribution and Slip Properties", in Ceramic Processing Before Firing edited by G.Y. Onoda, Jr and; L.L.Hench, John Wiley & Sons, New York :1978 pp 221-225 7. Brown,G.G.,"Unit Operation", John Wiley & Sons Inc, New York:1955 pp 242-246 8. Reed,J.S., "CES 510 Notes, Spring Semester 1987", Alfred University, Alfred. 9. Adamson.W.A., '"'PhysicaiChemistry of Surfaces", 4th ed, John Wiley & Sons, New York : 1982 pp 56.
9
