BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Magnesium klorida Salah satu kegunaan yang paling penting dari MgCl2, selain dalam pembuatan logam magnesium, adalah pembuatan semen magnesium oksiklorida, dimana dibuat melalui eksotermik larutan MgCl2 20% terhadap suatu ramuan magnesia yang didapatkan dari kalsinasi magnesit dan magnesia yang terdapat dalam larutan garam . 5 MgO + MgCl2 + 13 H2O
5 MgO MgCl2.8 H2O
Penggunaanya terutama semen magnesium oksiklorida ini adalah sebagai semen lantai dengan pengisi yang tak reaktif dan pigmen berwarna. Magnesium Klorida juga digunakan sebagai desinfektan (bahan pembersih lantai), sebagai masukan untuk mencukupi kebutuhan magnesium dalam tubuh, bahan pemati api, sebagai zat tahan api pada kayu, sebagai katalis dalam kimia organik serta sebagai bahan baku dalam pembuatan senyawa magnesium yang lain. Magnesium klorida dapat
dalam
bentuk
anhidrat
dan
heksahidrat
MgCl2.6H2O. Sifat-sifat fisik senyawa-senyawa ini dapat dilihat pada tabel 2.1 dibawah ini. Tabel 2.1 Sifat-sifat fisik MgCl2 dan MgCl2.6H2O Uraian
MgCl2
MgCl2.6H2O
Berat Molekul
95,22
203,31
Warna
Putih
Tidak Berwarna
Bentuk Kristal
Heksagonal
Monosiklik
Titik didih
14120C
Mengurai
Densitas g/cm3
2,333
1,585
(Sumber : Kirk-Othmer, 1964) 2.2 Sifat-Sifat Bahan Baku dan Produk pada kondisi 250C 1, atm. 2.2.1 Magnesium Hidroksida Sifat fisik Rumus molekul
: Mg(OH)2
Universitas Sumatera Utara
Massa molekul
: 58,32 g/mol
System kristal
: Hexagonal
Densitas
: 2,36 g/cm3
Warna
: Tidak berwarna
Titik lebur
: 350 0C
ΔHf298
: -924,54 Kj/mol
ΔGf298
: -833,58 Kj/mol
Cp 298
: 77,03 J/mol K
Sifat kimia : -
Mudah larut dalam HCl
-
Tidak larut dalam air
-
Mudah larut dalam garam-garam ammonium
-
Tidak bereaksi dengan HCl jika pada Mg(OH)2 terdapat garam-garam ammonium (Vogel, 1979)
2.2.2 Asam Klorida Sifat fisik : Rumus molekul
: HCl
Massa molekul
: 36,5 gr/mol
Warna
: Tidak berwarna
Titik didih
: -85 0C
Titik Beku
: -114 0C
Sifat kimia : - Larut dalam air - Larut dalam alkohol - Larut dalam eter - Melarutkan magnesium hidroksida
2.2.3 Silikon dioksida Sifat fisik : Rumus molekul
: SiO2
Massa molekul
: 60,08 gr/mol
Universitas Sumatera Utara
Titik didih
: 2230 0C
Titik Beku
: 1650 0C
Densitas
: 2,2 g/cm3
Kelarutan dalam air
: 0,012g/100ml
Sifat kimia : - Tidak larut dalam asam apapun (asam-asam encer) kecuali HF dengan reaksi SiO2 + 6HF → H2SiF6 + 2H2O -
Bereaksi dengan NaOH membentuk Natrium silika trioksida SiO2 + NaOH → Na2SiO3 + H2O
(Sumber : www. Wikipedia.com,1998) 2.2.4 Feri oksida Sifat fisik : Rumus molekul
: Fe2O3
Massa molekul
: 159,69 gr/mol
Titik Beku
: 1566 0C
Densitas
: 2,2 g/cm3 , padat
ΔHf298
: −825.50 Kj/mol
Sifat kimia : -
Tidak larut dalam air
-
Sukar larut dalam asam-asam encer
-
Larut dalam asam-asam kuat Fe2O3 + 6H+ → 2 Fe3+ + 3 H2O (Vogel, 1979)
2.2.5 Kalsium oksida Sifat fisik : Rumus molekul
: CaO
Massa molekul
: 56.077 g/mol
Titik didih
: 2850 °C (3123 K)
Titik Beku
: 2572 °C (2845 K)
Densitas
: 3.35 g/cm3
Sifat kimia : -
Tidak bereaksi dengan asam klorida encer (2M-3M) (Vogel, 1979)
Universitas Sumatera Utara
2.2.6 Magnesium klorida Sifat fisik Rumus molekul
: MgCl2
Massa molekul
: 95,211 g/mol (anhidrat) 203,31 g/mol (hexahidrat)
Warna
: Putih atau kristal padat tidak berwarna
Densitas
: 2,32 g/cm3 (anhidrat) 1,56 g/cm3 (hexahidrat)
Titik lebur
: 714 0C
Titik didih
: 1412 0C
Kelarutan didalam air : 54,3 g/100 ml (200C) ΔHf298
: -641,3 Kj/mol
ΔGf298
: -591,8 Kj/mol
Sifat kimia : - Larut dalam air dan alkohol - Mudah terbakar - Cukup Mengandung racun Sumber : (www. Wikipedia.com,1998)
2.3 Proses-proses pembuatan Magnesium klorida 2.3.1. Pembuatan dari air laut dan kapur (Ca(OH)2) Sebagai bahan baku utama pembuatan magnesium klorida dipilih air laut, kapur dan asam klorida. Garam magnesium yang terkandung didalam air laut dimanfaatkan untuk memperoleh magnesium hidroksida pada temperatur 45 0C dan tekanan 1 atm dengan cara mereaksikan air laut dengan kapur, kemudian magnesium hidroksida dipisahkan dari larutannya dan direaksikan dengan HCl menghasilkan magnesium klorida. Dari proses ini dihasilkan magnesium klorida heksahidrat yang kemudian didehidrasi menghasilkan magnesium klorida anhidrat. ( Kirk-Othmer, 1964)
Universitas Sumatera Utara
2.3.2. Pembuatan dari Dolomite dan Air Laut Pada proses ini, Dolomite digunakan sebagai bahan untuk menyediakan magnesium hidroksida pada temperatur 48 0C dan tekanan 1 atm. Proses selanjutnya sama dengan proses pembuatan magnesium klorida dari air laut. Pabrik yang menggunakan teknologi ini adalah Moss Landing California milik Kaiser Chemical Division. Di Pascagoula, Missisipi, Corning Glass Work membuat garam magnesium dari sumber yang sama.(Kainer, 2003)
2.3.3. Pembuatan dari 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 ini sama dengan perlakuan yang diterapkan pada air laut seperti pada penjelasan sebelumnya. Perbedaan yang ada adalah kandungan magnesium yang terdapat dalam bittern lebih besar dibandingkan dengan kandungan magnesium yang terdapat didalam air laut , komposisi bittern sebesar 18,4 % CaCl2, 30,1 % MgCl2, 3,73 % NaCl dan komposisi air laut sebesar 18,4 % CaCl2, 28,1 % MgCl2, 26,8 % NaCl.
2.3.4. Pembuatan dari Carnallitte Carnallitte adalah salah satu mineral magnesium yang banyak terdapat di kerak bumi. Proses utama yang terjadi pada pembuatan magnesium klorida dari carnallite (KCl MgCl2 6H2O) pada temperatur 46 0C dan tekanan 1 atm adalah dekomposisi KCl dari mineral Carnalitte dengan cara pemanasan. Dari proses ini akan diperoleh larutan MgCl2 28 %. Proses selanjutnya adalah menaikkan konsentrasi MgCl2 dan menghilangkan pengotor yang masih ada dengan cara evaporasi. Logam besi yang masih terdapat didalam larutan dapat dipisahkan dengan cara oksidasi dengan menggunakan KCl pada akhir evaporasi dilanjutkan dengan pemisahan menggunakan Ca(OH)2. (Ettouney, 2002)
Universitas Sumatera Utara
2.3.5. Pembuatan dari Air Garam Bawah Tanah Proses ini sedang dikembangkan oleh Dow Chemical Co. yaitu dengan menggunakan air garam bawah tanah di Michigan dengan komposisi 20,7 % CaCl2, 3,9 % MgCl2, 5,73 % NaCl pada temperatur 42 0C dan tekanan 1 atm . Proses ini diawali dengan menambahkan sedikit bromine dan chlorine kedalam air garam. Setelah itu Mg(OH)2 diendapkan dengan slaker dolomite. Larutan Mg(OH)2 yang dihasilkan diendapkan, disaring dan dicuci untuk menghasilkan lumpur yang mengandung 45 % Mg(OH)2, selanjutnya magnesium hidroksida direaksikan dengan HCl untuk menghasilkan MgCl2. Metode lain untuk memperoleh magnesium klorida dari air garam ini adalah dengan pengendapan menggunakan kalsium hidroksida dan karbonasi lumpur hasil proses dengan karbon dioksida untuk membentuk magnesium klorida dan magnesium karbonat. Selanjutnya magnesium klorida dengan magnesium karbonat dipisahkan. (Ettouney, 2002)
2.3.6. Pembuatan dari Magnesium Hidroksida Magnesium hidroksida terdiri dari Fe2O3, SiO2 , CaO untuk membentuk produk magnesium klorida.. Dari proses ini dihasilkan magnesium klorida heksahidrat yang kemudian didehidrasi menghasilkan magnesium klorida anhidrat seperti terlihat pada tabel 2.3 dibawah ini. Tabel 2.2 Reaksi yang terjadi selama dehidrasi MgCl2.6H2O. No
Range Temperatur
1
95-115 0C
2
135-180 0C
Reaksi MgCl2.6H2O
MgCl2.4H2O + 2H2O
MgCl2.4H2O
MgCl2.2H2O + 2H2O
MgCl2.4H2O
MgOHCl + HCl +2H2O
MgCl2.2H2O
MgCl2.H2O + H2O
3
185-230 0C
MgCl2.4H2O
MgOHCl + HCl +2H2O
4
>230 0C
MgCl2.H2O
MgCl2 + H2O
MgCl2.4H2O
MgOHCl + HCl
( Sumber : Kirk-Othmer, 1964) Cara ini sudah diterapkan di Dow Chemical Co di Freepot dan Velasco, Texas oleh Marine Magnesium Product Co di San Fransisco Selatan. Pembuatan
Universitas Sumatera Utara
magnesium klorida di Dow Chemical Co dilakukan dengan menambahkan magnesium hidroksida dengan HCl 10% untuk memperoleh magnesium klorida. Selanjutnya magnesium klorida dipekatkan dengan cara evaporasi melalui pemanasan langsung. Hasil akhir
adalah
magnesium klorida 50% dengan
temperatur 120 0C pada tekanan 1 atm .
2.4.
Seleksi Proses Pada prarancangan pabrik pembuatan magnesium klorida ini, proses yang
dipilih adalah pembuatan magnesium klorida dari magnesium hidroksida yang direaksikan dengan HCl untuk menghasilkan MgCl2.Alasan pemilihan ini karena produk yang dihasilkan menghasilkan kemurnian produk yang lebih tinggi. Hal ini sesuai dengan proses Dow dimana reaksinya dapat ditunjukkan sebagai berikut : Mg(OH)2 (s) + 2 HCl (aq)
MgCl2 (aq) + 2 H2O (l)
Magnesium klorida ini juga dapat dibuat dari magnesium karbonat dengan reaksi yang sama. (Sumber : www. Wikipedia.com,1998) Karena beberapa alasan tersebut maka proses inilah yang dipilih dalam perancangan pabrik ini.
2.5.
Deskripsi Proses Mula-mula Magnesium Hidroksida padat 98% (aliran1) dalam tangki
penyimpanan (F-101) dialirkan ke reaktor (R-201) melalui elevator yang beroperasi 50 0C dan tekanan 1 bar dengan penambahan HCl 10 % dalam tangki HCl 10% (F103) dengan perbandingan mol 1:2 (Anonim, 2001a), disini impurity seperti CaO, Fe2O3, SiO2 tidak ikut larut dengan penambahan asam klorida encer tersebut (Vogel, 1979) sehingga terbentuk magnesium klorida dengan konversi 94,5%, dengan reaksi sebagai berikut : Mg(OH)2(s) + 2 HCl(aq)
MgCl2(aq) + 2 H2O(l)
Umpan dialirkan ke filter press (H-301) untuk memisahkan padatan dan cairan. Setelah padatan dipisahkan, diumpankan ke tangki pencampur (M-302) yang digunakan untuk melarutkan MgCl2 yang tersisa dengan penambahan air, lalu
Universitas Sumatera Utara
dialirkan ke filter press (H-303) untuk mendapatkan MgCl2 yang dilarutkan oleh air. Sisa padatan (alur 13) dialirkan ke tanki penampung (F-304). Aliran cairan yang keluar dari filter press 2 (aliran 8 dan 12) diumpankan ke evaporator 1 (V-401) dengan temperatur 230 0C dan tekanan 5,4 bar sehingga HCl dan air teruapkan, kemudian HCl dan air yang teruapkan (aliran 15) dikondensasikan pada kondensor (E-403) dan aliran HCl dan air tersebut dinetralkan pada perlakuan pengolahan limbah. Selanjutnya cairan yang keluar dari evaporator 1 (aliran 16) diumpankan ke evaporator 2 (V-404) pada temperatur 250 0C pada tekanan 3,6 bar yang uap panasnya digunakan kembali untuk memanaskan reaktor. Cairan yang berasal dari evaporator 2 (aliran 19) dialirkan ke spray drier (D-601) dengan temperatur 263,78 0C dengan menggunakan gas HCl dan udara panas dengan temperatur 320 0C (aliran 20) . Produksi gas HCl mula-mula dari tangki HCl 37 % (F-105) dialirkan ke flash drum (D-501) dengan suhu 34 0C dengan tekanan 5 bar sehingga terpisah dua aliran. Aliran bawah yang berupa cairan dinetralkan pada perlakuan pengolahan limbah, aliran atas berupa gas HCl dan uap air serta udara yang berasal dari blower (G-503) bersama-sama dengan gas HCl recycle yang berasal dari adsorber (D-701) dialirkan ke furnace (Q-602) dimana temperatur aliran meningkat menjaci 320 0C yang dialirkan ke spray drier (aliran20). Produk pembakaran (aliran gas) yang dihasilkan furnace digunakan untuk memanaskan evaporator 1 dan evaporator 2 Aliran gas dan padatan yang berasal dari spray drier dialirkan ke cyclone 1 (B-604) dan cyclone 2 (B-605),aliran gas dialirkan ke adsorber untuk di recycle ke spray drier yang sebelumnya dipanaskan didalam furnace (aliran 26) dan adsorber yang diregenerasi untuk menghilangkan air dan HCl yang tertinggal didalam. . Padatan yang keluar dari kedua cyclone (aliran 23 dan 25) didinginkan oleh udara yang bertujuan menurunkan suhu MgCl2 padatan, lalu dialirkan ke Tanki penyimpan MgCl2 (F-802) yang merupakan produk dari MgCl2 yang siap untuk dipasarkan.
Universitas Sumatera Utara
