Prarancangan Pabrik Magnesium Oksid dari Bittern dan Batu Kapur dengan Kapasitas 40.000 ton/tahun
BAB I PENDAHULUAN
A. LATAR BELAKANG Indonesia sebagai negara yang memiliki garis pantai terpanjang, memiliki banyak industri pembuatan garam dari penguapan air laut. Setiap tahun Indonesia memproduksi kurang lebih 1,2 juta ton garam. Pada proses pembuatan garam dari air laut, selain menghasilkan garam, proses tersebut juga menghasilkan bittern, yaitu larutan induk hasil penggaraman. Selama ini, larutan bittern selalu dibuang sebagai ampas residu pembuatan garam. Jika ditinjau komposisinya, larutan bittern dapat dijadikan sumber mineral yang cukup besar. Komposisi larutan bittern adalah sebagai berikut: CaSO4.2H2O
0,0297%
NaCl
18,3114%
MgSO4
5,0174%
MgCl2
6,6550%
NaBr
0,9963%
KCl
1,0999%
H2O
67,8903%
Selama ini, larutan bittern selalu dibuang sebagai ampas residu pembuatan garam. Jika ditinjau komposisinya, larutan bittern dapat dijadikan sumber senyawa logam yang cukup besar. Salah satu senyawa yang dapat dimanfaatkan yang terkandung dalam bittern adalah magnesium. Salah satu senyawa magnesium yang dapat diperoleh dari pengolahan bittern adalah magnesium oksid. Penggunaan magnesium oksid dalam industri antara lain sebagai bahan dasar semen oksiklorid, bahan semikonduktor, elemen pemanas, starting point dalam industri garam magnesium, dan bahan baku utama industri bata tahan panas.
Permadi Cahyo Pamungkas Prillian Akbar Akhiruddin
(11/320116/TK/38973) (11/318969/TK/38118)
1
Prarancangan Pabrik Magnesium Oksid dari Bittern dan Batu Kapur dengan Kapasitas 40.000 ton/tahun Selama ini kebutuhan magnesium oksid di Indonesia dipenuhi dengan mengimpornya dari Amerika Serikat dan China,karena di Indonesia hingga saat ini belum didirikan pabrik magnesium oksid. Pendirian pabrik magnesium oksid dari bittern dan batu kapur ini dapat mengurangi ketergantungan Indonesia terhadap impor magnesium oksid, selain itu juga dapat memanfaatkan limbah yang dihasilkan dari pabrik garam.
B. TINJAUAN PUSTAKA Bittern Bittern adalah larutan sisa proses pembuatan garam dari air laut dengan menggunakan energi matahari. Dalam proses pembuatan garam, komponen yang diambil dari air laut adalah natrium klorida. Perlakuan yang diterapkan pada bittern untuk memperoleh magnesium klorida Perbedaan yang ada adalah kandungan magnesium yang terdapat dalam bittern lebih besar dibandingkan dengan kandungan magnesium yang terdapat didalam air laut. Komposisi larutan bittern adalah sebagai berikut: CaSO4.2H2O
0,0297%
NaCl
18,3114%
MgSO4
5,0174%
MgCl2
6,6550%
NaBr
0,9963%
KCl
1,0999%
H2O
67,8903%
Magnesium Oksid Magnesium Oksid adalah padatan berwarna putih yang bersifat higroskopis (menyerap air). Zat ini terdiri dari ion Mg2+ dan ion O2- yang berikatan secara ionik. Magnesium sendiri adalah salah satu logam yang tergabung dalam kelompok Alkali Tanah golongan II A pada Tabel Periodik dan digunakan dalam berbagai bidang. Permadi Cahyo Pamungkas Prillian Akbar Akhiruddin
(11/320116/TK/38973) (11/318969/TK/38118)
2
Prarancangan Pabrik Magnesium Oksid dari Bittern dan Batu Kapur dengan Kapasitas 40.000 ton/tahun
Gambar 1-1. Gambar Serbuk Magnesium Oksid (Sumber: google) Magnesium oksid banyak digunakan dalam berbagai bidang, seperti bidang industri bahkan bidang kesehatan. Contohnya untuk produksi semen dan untuk obat-obatan. Berikut sifat dari MgO. Massa Molar
: 40.3044 g/mol
Kenampakan
: Bubuk putih
Odor
: Odorless
Massa Jenis
: 3.58 g/cm3
Titik Leleh
: 2,852 °C (5,166 °F; 3,125 K)
Titik Didih
: 3,600 °C (6,510 °F; 3,870 K)
Kelarutan dalam air
: 0.00062 g/100 mL (0 °C), 0.0086 g/100 mL (30 °C)
Kelarutan
: Larut dalam asam dan ammonia, tidak larut dalam alkohol
Struktur kristal
: Halite (cubic), cF8
Kapasitas Panas (Cp) : 37.8 J/mol K Std enthalpy of formation (ΔHf0) : −601.8 kJ·mol−1[3] Gibbs free energy (ΔG˚)
: -596.6 kJ/mol
Karena karakteristiknya yang tidak dapat terbakar dan memiliki titik leleh yang tinggi, Magnesium oksid dapat digunakan sebagai refraktori atau batu tahan api (refractory brick). Misal dalam industri yang menggunakan furnace suhu tinggi, dinding furnace dapat dibuat dari keramik yang terbuat Permadi Cahyo Pamungkas Prillian Akbar Akhiruddin
(11/320116/TK/38973) (11/318969/TK/38118)
3
Prarancangan Pabrik Magnesium Oksid dari Bittern dan Batu Kapur dengan Kapasitas 40.000 ton/tahun dari Magnesium oksid. Selain itu, batu tahan api juga dapat dipakai untuk bangunan maupun tempat penyimpanan untuk menjaga dokumen penting dari bahaya kebakaran.
Batu Kapur Batu kapur adalah padatan berwarna putih yang banyak digunakan di kehidupan sehari-hari. Batu kapur yang diperoleh dari penambangan batuan sebagian besar dalam bentuk senyawa Karbonatnya (CaCO3). Untuk mendapatkan Kalsium dalam bentuk Oksidanya (CaO), CaCO3 dipanaskan untuk menghilangkan CO2. Berikut reaksinya. CaCO3(s)
CaO(s) + CO2(g)
Kalsium Oksid jika dicampur dengan air, akan bereaksi membentuk Ca(OH)2. CaO(s) + H2O(l
Ca(OH)(aq)
Berikut sifat dari CaO. Massa Molar
: 56.0774 g/mol
Kenampakan
: Putih agak kekuningan/coklat
Odor
: odorless
Massa Jenis
: 3.34 g/cm3[1]
Titik Leleh
: 2,613 °C (4,735 °F; 2,886 K)[1]
Titik Didih
: 3,850 °C (6,960 °F; 4,120 K) (100 hPa)[2]
Kelarutan dalam air
: 1.19 g/L (25 °C), 0.57 g/L (100 °C), reaksi eksotermis
Kelarutan dalam asam
: larut (juga dalam glycerol, sugar solution)
Kelarutan dalam metanol
: tidak larut (juga dalam diethyl ether, n-octanol)
Keasaman (pKa)
: 12.8
Struktur kristal
: NaCl
Std molar entropy (So298) : 40 J·mol−1·K−1[4] Std enthalpy of formation (ΔHfo298)
Permadi Cahyo Pamungkas Prillian Akbar Akhiruddin
: −635 kJ·mol−1[4]
(11/320116/TK/38973) (11/318969/TK/38118)
4
Prarancangan Pabrik Magnesium Oksid dari Bittern dan Batu Kapur dengan Kapasitas 40.000 ton/tahun
C. PEMILIHAN PROSES Pada umumnya produk magnesium oksida diperoleh dengan mengumpankan magnesium hidroksida ke dalam furnace lalu dipanaskan hingga suhu sekitar 1000 °C - 1500 °C sehingga magnesium hidroksida mengalami kalsinasi. Mg(OH)2
MgO (s) + H2 (g)
Adapun proses pembuatan magnesium hidroksida dari air laut adalah mengendapkan magnesium dari larutan garamnya dengan menggunakan basa kuat. Proses-proses pembuatan magnesium hidroksida yang telah dikembangkan oleh pabrik-pabrik di Amerika antara lain: • Marine Chemical Process Pembuatan magnesium hidroksida dari air laut tanpa penguapan lebih dahulu. Air laut dan batu kapur direaksikan dalam flocculator sampai terbentuk endapan magnesium hidroksida. Hasil endapan ini selanjutnya dimasukkan dalam thickener, disaring dalam difilter dan akhirnya dikeringkan. • Chesney Process Pembuatan magnesium hidroksida dari air laut dan dolomit. Air laut mula-mula disaring kemudian dipompa dengan hydrotreater. Dolomit yang sudah dikalsinasi ditambahkan dan sebagai hasilnya akan diperoleh endapan magnesium hidroksida. endapan yang terbentuk ini dimasukkan ke thickerner, disaring dan dikeringkan. • California Chemical Process Pembuatan magnesium hidroksida dari bittern dan batu kapur. Pada proses ini bittern yang banyak mengandung ion-ion suldat direaksikan dengan larutan kalsium klorida membentuk magnesium klorida dan gips. Larutan magnesium klorida direaksikan dengan slurry kalsium hidroksida menghasilkan
magnesium
hidroksida
dan
kalsium
klorida.
Slurry
magnesium hidroksida kemudian dimasukkan thikerner, disaring, dan dikeringkan. Permadi Cahyo Pamungkas Prillian Akbar Akhiruddin
(11/320116/TK/38973) (11/318969/TK/38118)
5
Prarancangan Pabrik Magnesium Oksid dari Bittern dan Batu Kapur dengan Kapasitas 40.000 ton/tahun • Dow Process Pembuatan magnesium hidroksida dari dolomite dan deep well brine. Dari keempat proses pembuatan magnesium hidroksida tersebut, dipilih california chemical process dengan pertimbangan berikut: 1. Bahan baku bittern mudah didapat. Bittern adalah larutan induk hasil penggaraman, selama ini bittern biasanya langsung dibuang ke laut. Indonesia memiliki banyak industri garam, sehingga bahan baku bittern yang diperlukan dapat dengan mudah diperoleh. 2. Bahan baku batu kapur mudah didapat. Batu kapur banyak terdapat di Indonesia, sehingga bahan baku ini dapat dipenuhi oleh pasar dalam negeri. 3. Diperoleh hasil samping gips Selain magnesium oksida sebagai hasil utama, proses ini juga menghasilkan gips yang cukup banyak.
D. PENENTUAN KAPASITAS Magnesium oksid, atau yang biasa dikenal dengan nama Magnesia, adalah senyawa oksida dari Logam magnesium yang tergolong dalam kelompok Alkali tanah pada tabel periodik unsur. Penggunaan magnesium oksid sangat luas di berbagai bidang, dalam bidang industri sendiri, dari MgO dapat diambil logam Magnesiumnya yang kemudian dapat menjadi bahan pencampur dalam berbagai macam campuran logam. Sampai saat ini pun masih terus dikembangkan berbagai campuran logam, seperti baja ringan yang menggunakan magnesium dalam campurannya karena memiliki sifat bahan yang menguntungkan. Dalam produksi kaca, Magnesium oksid berguna untuk memperkuat sifat dari kaca silika yang dibuat. Setidaknya, kadar MgO digunakan dalam produksi kaca antara 1 – 7 % berat tergantung dari jenis kaca yang akan diproduksi. Misal dalam kaca jenis Soda-lime silica glass, Jumlah berat magnesium oksid yang digunakan sebesar 3,9%. (NSG Group, 2013).
Permadi Cahyo Pamungkas Prillian Akbar Akhiruddin
(11/320116/TK/38973) (11/318969/TK/38118)
6
Prarancangan Pabrik Magnesium Oksid dari Bittern dan Batu Kapur dengan Kapasitas 40.000 ton/tahun Dalam berbagai industri seperti produksi karet maupun plastic, MgO biasa digunakan sebagai penetralisir asam, curing agent saat terjadi reaksi cross linking, serta berbagai kegunaan lainnya. Dalam indutri pulp dan kertas pun magnesium
oksid
digunakan
dalam
proses
sulphite
pulping
untuk
menghilangkan lignin dari matriks selulosa. Selain dalam bidang industri, magnesium oksid juga banyak digunakan dalam bidang kesehatan seperti untuk obat pencahar. Dalam bidang pertanian dan peternakan, magnesium oksid digunakan dalam pupuk maupun pakan ternak. Magnesium oksid merupakan produk magnesium yang paling banyak diperjualbelikan di seluruh dunia dan merupakan bahan kimia anorganik yang tingkat produksinya sangat tinggi, dengan produksi setiap tahunnya mencapai 6 juta ton. Berikut data produksi di seluruh dunia (The BAT, 2010). Tabel 1-1. Data Produksi Magnesium Oksid di Seluruh Dunia
Permadi Cahyo Pamungkas Prillian Akbar Akhiruddin
(11/320116/TK/38973) (11/318969/TK/38118)
7
Prarancangan Pabrik Magnesium Oksid dari Bittern dan Batu Kapur dengan Kapasitas 40.000 ton/tahun Dengan penggunaan magnesium oksid dalam industri di seluruh dunia, serta trend penggunaannya dalam industri logam.
Gambar 1-2. Konsumsi magnesium oksid di seluruh dunia
Gambar 1-3. Trend Penggunaan Magnesium Oksid dalam Industri Logam Penggunaan magnesium oksid di seluruh dunia masih didominasi oleh industri logam sebesar 65%, meskipun penggunaannya semakin menurun. Hal ini menunjukkan bahwa kebutuhanakan magnesium oksid masih sangat tinggi Terdapat banyak penggunaan magnesium oksid pada berbagai bidang yang menunjukkan pentingnya magnesium oksid itu sendiri. Indonesia yang di dalamnya memiliki berbagai macam industri serta berbagai macam bidang yang Permadi Cahyo Pamungkas Prillian Akbar Akhiruddin
(11/320116/TK/38973) (11/318969/TK/38118)
8
Prarancangan Pabrik Magnesium Oksid dari Bittern dan Batu Kapur dengan Kapasitas 40.000 ton/tahun membutuhkan magnesium oksid, untuk memenuhi kebutuhan magnesium masih dengan mengimpor karena di Indonesia tidak terdapat pabrik yang secara khusus memproduksi magnesium oksid. Berikut data impor magnesium di Indonesia
berdasarkan
data
yang
diperolehdari
website
Kementrian
Perindustrian. Tabel 1-2. Data Impor Magnesium di Indonesia.
Dari data di atas, magnesium yang diimpor tidak berbentuk magnesium oksid melainkan dalam bentuk yang lain seperti magnesium hidroksida (Mg(OH2)), magnesium klorida (MgCl2), magnesium sulfat (MgSO4), bahkan dalam bentuk logam magnesiumnya (Mg). Kemungkinan industri yang ada di Indonesia mengolah sendiri magnesium oksid dari MgCl2 maupun dari MgSO4, atau langsung menggunakanMg(OH)2 dalam prosesnya. Meski demikian, kebutuhan akan magnesium oksid memang cukup besar dan semakin lama semakin meningkat. Untuk impor magnesium hidroksida sendiri setiap tahunnya meningkat sebesar 10,23 %, dan impor yang peningkatannya paling tinggi terdapat pada impor logam magnesium. Indonesia memiliki potensi yang besar dalam produksi magnesium oksid karena dari segi bahan baku pun sangat berlimpah. Indonesia adalah Negara kepulauan dimana 80% wilayahnya berupa lautan serta memiliki garis pantai Permadi Cahyo Pamungkas Prillian Akbar Akhiruddin
(11/320116/TK/38973) (11/318969/TK/38118)
9
Prarancangan Pabrik Magnesium Oksid dari Bittern dan Batu Kapur dengan Kapasitas 40.000 ton/tahun yang sangat panjang yaitu 99.093 km (NatGeo, 2013), memiliki potensi yang sangat besar dari segi kelautan khususnya sebagai Negara yang memproduksi magnesium karena laut merupakan salah satu sumber magnesium. Dengan berbagai pertimbangan di atas, maka kapasitas pabrik optimum untuk rancangan adalah sebesar 40.000 ton/tahun, dengan tujuan :
Mengurangi kebutuhan impor;
Menambah suplai kebutuhan magnesium oksid dalam negeri;
Sebagai stimulan pertumbuhan berbagai macam industri yang berbahan
baku magnesium oksid.
Dapat menjadi eksportir magnesium oksid ke Negara-negara tetangga
Permadi Cahyo Pamungkas Prillian Akbar Akhiruddin
(11/320116/TK/38973) (11/318969/TK/38118)
10
