BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Kelarutan hidrogen fluorida Fluor terdapat secara meluas, misalnya sebagai fluorspar, CaF2 , Na3AlF6, fluorapatit , 3Ca3(PO4)Ca(F,Cl)2 , ia lebih melimpah dari klor. Fluor semula diisolasi oleh Moissan dalam tahun 1886. Gas yang kehijauan diperoleh melalui elektrolisis lelehan fluorida(Cotton F.A., 1989). Kelarutan fluoride dari logam alkali yang umum dari perak, merkurium, aluminium, dan nikel, mudah larut dalam air, sedang fluoride dari timbal, tembaga, besi (III), barium, dan litium larut sedikit, dan fluoride dari logam alkali tanah yang lainnya tidak larut dalam air. Pada suhu kamar gas hidrogen fluorida hamper sempurna mengalami dimerisasi, maka rumusnya yang telah ditulis sebagai H2F2. pada suhu yang tinggi (misalnya 90ºC), gas ini berdisosiasi sempurna menjadi hidrogen fluorida monomer: H2F2
2HF
Hasil yang sama dicapai lebih cepat dengan mencampurkan fluorida padat dengan Silika yang sama volumenya (bulk), membuatnya menjadi pasta dengan asam sulfat pekat dan memanaskannya dengan perlahan-lahan (Svehla. G1979). Dengan kereaktifannya gas ini juga disebut sebagai agen pengoksidasi dari hampir semua element. Fakta Reaksi yang ekstrim dari fluorida adalah reasksi dengan kaca, keramik dan hampir seluruhnya logam. Reaksi fluoride dengan air menurut persamaan:
Universitas Sumatera Utara
5
2H2O(l) + 2F2(g)
4HF(g) + O2(g)
(University Science Book). Dengan membandingkan tabel potensi reduksi standar kita lihat bahwa reduksi F2(g) menjadi Fˉ(aq) cenderung terjadi pada semua setengah reaksi reduksi. Sebaliknya, Oksidasi Fˉ(aq) menjadi F2(g) mempunyai kecenderungan kecil untuk terjadi pada semua kemungkinan setengah reaksi reduksi yang dapat digabungkan dengan setengah reaksi oksidasi menjadi F2(g) melalui cara kimia dan mengapa metode elektrolisis diperlukan untuk membuat unsur bebas dari sumber alamnya (Petrucci H.R, 1985).
2.1. Sifat hidrogen fluorida Asam fluorida (HF) memiliki sejumlah sifat fisik, kimia, dan sifat beracuni yang membuatnya sangat berbahaya untuk ditangani, Baik dengan asam fluorida anhidrous maupun asam fluorida encer. Sifat fisik dan sifat kimia dari hidrogen fluorida adalah:
Sifat fisik Compound
: Hydrofluoric acid
Synonyms
: Hydrogen fluoride, fluoric acid, hydrofluoride, fluorine monohydride
CAS No
: 7664-39-3
Mol. Formula
: HF
Mol. Weight
: 20.01
Boiling point
: 68°F (20°C) at 760 mmHg
Specific gravity : 0.99 at 19°F (-7°C)
Universitas Sumatera Utara
Vapor pressure : 400 mmHg (34°F) Vapor density:
0.7 (air=1)
Sifat kimia pKa
: 3.15
Description
: gas tidak berwarna atau dalam uap cair. Disagreeable, berbau menyengat dibawah 1 ppm
Solubility
: dapat bercampur dengan air dengan mengeluarkan panas
Flammability
: tidak mudah terbakar
(Guidelines for the Safe Use of Hydrofluoric Acid).
2.2. Limbah gas Limbah gas yang dikeluarkan oleh limbah pabrik industry dapat berupa gas murni, muliputi: hidrogen flourida (HF), hidrogen sulfida (H2S), karbon monoksida (CO), karbon dioksida (CO2), dan lain lain. Suatu gas murni dapat menjadi polutan udara yang menjadi polutan udara yang bersifat racun, sehingga tindak diperkenankan. Adapun tetapan gas HF yang ditetapkan oleh pemerintah berdasarkan KEP – 13/MENLH/3/1995 tentang baku mutu emisi sumber tidak bergerak, lampiran VB (Baku mutu emisi untuk jenis kegiatan lain) adalah 10 mg/m³. Limbah dari pabrik reduksi berasal dari gas buangan operasi tungku reduksi yang mengandung gas HF yang sangat berbahaya bagi kesehatan. Gas buangan operasi tungku reduksi di hisap dan dikeluarkan dalam sistem pembersihan gas untuk mengurangi kadar gas HF didalam nya
karena sangat membahayakan lingkungan
terutama tumbuhan, gas keluaran dari sistem pembersih gas dikeluarkan langsung
Universitas Sumatera Utara
7
melalui cerobong tanpa pengolahan lebih lanjut karena telah memenuhi baku mutu buangan gas (PT INALUM, 1998). 2.3. Proses terbentuknya gas hidrogen fluorida (HF) Pada proses elektrolisa alumina terjadi pemisahan fluorida dari larutan elektrolit (Na3AlF6), sehingga menyebabkan terbentuknya gas HF dalam suatu tungku reduksi pada pabrik pembuatan aluminium. Untuk mengurangi gas hidrogen fluorida dari kriolit (Na3AlF6) kita harus mengetahui proses terbentuknya gas HF. 2AlF3(S) + 3H2O (5NaF.3ALF3) + H2O
Al2O3(S) + HF (g) NaAlF6(s) +
Al2O3 + HF (g)
2.4. Faktor- faktor terbentuknya gas HF a. Temperatur tungku reduksi Dengan temperature operasi normal 965ºC, kesetimbangan tekanan uap kriolit (Na3AlF6) dari leburan bath bertambah dengan semakin tingginya temperature, dengan demikian pembentukan gas hidroge fuorida bertambah. b. Ratio bath (NaF-AlF3) Sesuai dengan kriolit (Na3AlF6) yang terdiri dari Na-AlF3, kesetimbangan tekanan uap dari NaAlF4 bertambah sesuai dengan berkurangnya ratio kriolit NaF-AlF3 c. Konsentrasi alumina
Universitas Sumatera Utara
Kesetimbangan utama uap Na3AlF6 bertambah dengan menurunnya konsentrasi alumina pada kriolit, apabila konsentrasi alumina pada kriolit dibawah dari 1% maka akan terjadi AE(Anode Effect) yang menambah pengemisian fluorida. Oleh karena itu selama operasi berlangsung konsentrasi alumina dalam kriolit (Na3AlF6) harus tetap terjaga (PT INALUM, 1998).
2.5 Teknologi pembersih gas Selama operasi normal pada tungku maka gas yang dikeluarkan cukup banyak seperti:CO2, CO, HF, Serta SO2. Gas ini terbawa keluar melalui saluran gas selama tungku Reduksi beroperasi. Sistem pemberihan gas pada pabrik peleburan aluminium di PT INALUM (Persero) terdiri atas dua bagian yaitu: a.
Gas collection system
Sistem ini bertujuan untuk menampung gas yang terbentuk dari tungku Reduksi. Dalam sistem Prebaked Anode Furnance (PAF), gas yang dihasilkan dari proses peleburan dikumpulkan secara efisien dengan adanya Closer Side Cover , dan gas yang telah tertampung tersebut dikirim ke sistem pembersih dengan sebuah penghisap yang bernama fan kemudian gas tersebut dialirkan melalui saluran gas (gas Duct).
b
Fluorida recovery system
Sistem ini adalah untuk memperoleh kembali gas hidrogen fluorida (HF) yang dikeluarkan dari tungku reduksi dengan cara Alumina segar sebagai penyerap gas HF
Universitas Sumatera Utara
9
tersebut menjadi Alumina campuran (Reacted Alumina) dan selanjutnya Alumina ini dikirim kedalam tungku reduksi, sedangkan gas-gas lainnya seperti: CO, CO2, dan SO2 tidak dapat bereaksi dengan Alumina segar (PT INALUM, 1998). 2.6 Metode yang digunakan dalam analisis gas HF A.Metode Potensiometri Potensiometri merupakan salah satu cara pemeriksaan fisiokimia yang menggunakan peralatan listrik untuk mengukur potensial elektroda indikator. Besarnya potensial elektroda indikator ini bergantung pada kepekatan ion-ion tertentu dalam larutan. Karena itu dengan memakai persamaan Nerst, kepekatan ion dalam larutan dapat dihitung langsung dari harga potensial yang diukur itu . Kendati demikian, seperti telah diterangkan, potensial suatu elektroda tidak dapat diukur tersendiri, tetapi dapat ditentukan dengan mengabungkan elektroda indikator dengan elektroda pembanding yang mempunyai harga potensial yang tetap selama pengukuran. Elektroda pembanding yang yang diambil sebagai baku internasional adalah elektroda hidrogen . Harga elektroda potensial ini ditetapkan nol pada keadaan baku (Pada [H]= 1M, tekanan gas H2 = 1 atm dan suhu 25°C) sedangkan gaya gerak listrik (ggl) pasangan elektroda itu diukur dengan bantuan potensiometer yang sesuai, biasanya dipakai Volt meter bertransistor. Elektroda indikator untuk pengukuran potensiometri terdiri atas dua jenis, yakni elektroda indikator logam dan elektroda selaput. Elektroda selaput disebut juga dengan elektroda selektifion.(Rivai.H, 1995).
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.6.1 Beberapa elektroda selektif
Bromida
Kisaran Konsentrasi M
Tipe
Ion
Keadaan padat
sampai
Beberapa Interperensi ,
1 Kadmium
Keadaan padat
Kalsium
Membran cair
sampai 1 sampai 1
Klorida
Keadaan padat
sampai 1
Kuprat
Keadaan padat
Sianida
Keadaan padat
sampai 1 sampai 1
Fluorida
Keadaan padat
Iodida
Keadaan padat
sampai 1 sampai
, S2O3²
1 Timah Hitam
Keadaan padat
Nitrat
Membran cair
sampai 1 sampai 1
Kalium
Membran cair
sampai 1
Natrium
Gelas
sampai 1
Tetrafenil Borat Membran cair
sampai 1
(R.A Day, Jr. 1998).
Universitas Sumatera Utara
11
B. Metode HF Analizer HF analizer adalah penganalisa dioda laser dengan prinsip pengukuran didasarkan pada penyerapan cahaya kusus komponen gas yang berbeda. HF analizer merupakan pengukur yang cepat dalam mengukur konsentrasi gas dan jumlah gas dalam proses pembentukannya. Satu atau dua sinyal bahkan sampai tiga titik pengukuran diproses secara bersamaan oleh unit HF analizer. Sensor Cross Product pada setiap titik pengukuran dapat diamati pada layar hingga 700 m dari unit pusat dengan menggunakan kabel serat optik. Sensor dirancang untuk operasi dibawah kondisi lingkungan yang normal. Spesifikasi gas yang dapat dianalisa oleh HF analizer O2, NH3, HF, H2O, CO2, CO, HCl Komponen spesifik pengukuran hingga 0 – 5ppm Batas deteksi 0,1ppm (http://www.raeco.com/products/gas-analizer/Siemens-LDS6.html).
2.7 Kelebihan dan Kekurangan Metode Potensiometri dan HF analizer Kelebihan metode potensiometri
Harga peralatan murah
Data yang dihasilkan akurat
Mudah dilakukan dalam analisa pada gas cleaning sistem (GCS)
Universitas Sumatera Utara
Kekurangan metode Potensiometri
Waktu yang dibutuhkan untuk menganalisa lama
Membutuhkan larutan standart dalam analisa sampel
Peralatan yang digunakan rumit
Membutuhkan indikator dalam analisa Kelebihan metode HF analizer
Waktu real time dalam analisa gas HF
Data yang dihasilkan akurat
Analisa cepat dilakukan
Tidak membutuhkan peralatan tambahan dalam analisa
Tidak membutuhkan larutan standart dalam analisa Kekurangan metode HF analizer
Harga alat yang digunakan mahal
Pemasangan laser pada alat harus dilakukan oleh para ahli
(PT INALUM. 2015) 2.8. Bahaya hidrogen fluorida HF merupakan asam korosif dan beracun yang digunakan di banyak industri, seperti perawatan logam, kaca dan lain sebagainya (a health and safety solution). Ion fluoride yang akut dan
beracun kronis. Efek akut dari paparan HF termasuk iritasi pernapasan, kerusakan mata berat dan edema paru. Kulit, mata, atau paparan paru-paru untuk terkonsentrasi larutan HF (> 50%) akan menyebabkan luka bakar (Jafferson Journal).
Universitas Sumatera Utara
