Pemanfaatan Tailing Penambangan Bijih Tembaga sebagai Bahan Baku Geopolimer Kelompok B.67.3.06 Yuli Puspita Sari [13004096] dan Ririn Rizqi Annisa [13004101] Pembimbing Dr. T. Walmiki Samadhi, S.T., M.T. dan Prof. Dr. Ir. Tjandra Setiadi, M. Eng. Program Studi Teknik Kimia - Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Bandung Abstrak Pemanfaatan tailing untuk produksi geopolimer perlu dijajaki lebih luas mengingat laju produksi tailing oleh PTFI begitu tinggi yang akan mempercepat kerusakan lingkungan. Penelitian ini bertujuan untuk membuktikan kelayakan teknis pembuatan geopolimer dari tailing PTFI serta mempelajari pengaruh komposisi bahan baku, waktu curing, dan temperatur operasi curing terhadap sifat-sifat fisik sampel produk geopolimer. Ruang lingkup penelitian ini meliputi persiapan bahan baku, percobaan pendahuluan, penentuan rentang nilai variabel-variabel proses produksi, produksi sampel geopolimer dengan menggunakan rancangan percobaan metoda 2k full factorial, dan pengujian sifat-sifat fisik produk geopolimer. Temperatur merupakan variabel yang paling berpengaruh pada kuat tekan. Semakin besar temperatur maka semakin besar kuat tekan produk geopolimer. Pada pengukuran susut kering radial, tidak ada faktor yang berpengaruh secara signifikan. Sedangkan pada pengukuran susut kering aksial, faktor yang berpengaruh adalah rasio Si/Al. Analisis XRD menunjukkan reaksi geopolimerisasi pada penelitian ini belum tuntas. Kata Kunci : tailing, geopolimer, curing
1. PENGANTAR Tailing merupakan partikulat mineral ikutan yang tertinggal setelah konsentrat mineral dipisahkan dari bijih melalui proses penggilingan dan flotasi. Tailing yang ditinjau dalam penelitian ini berasal dari proses pemisahan bijih tembaga dengan proses flotasi. Tailing jenis ini memang tidak beracun, tetapi diproduksi dalam volume yang sangat besar hingga mendekati 250.000 ton per hari. Sejauh ini, tailing tersebut hanya diendapkan di areal Sungai Ajkwa sampai ke laut Arafura. Penanganan tailing dalam jangka panjang memerlukan suatu solusi alternatif pemanfaatan tailing secara komersial. Tailing sisa penambangan tembaga di PTFI memiliki kandungan mineral yang berpotensi sebagai bahan baku pembuatan keramik. Material yang terkandung di dalam tailing antara lain mineral quartz, K-Feldspar dan senyawa oksida seperti alumina (Al2O3), silika (SiO2), kalsium oksida (CaO). Kandungan alumina dan silika yang cukup tinggi dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku keramik karena sifatnya yang kuat, keras, dan tahan terhadap temperatur, maupun bahan kimia. Produk-produk yang berpotensi untuk dibuat dari tailing antara lain adalah semen Portland, kaca, produk keramik konvensional seperti produk keramik domestik dan keramik struktural, maupun geopolimer. Geopolimer
dapat digunakan sebagai beton, batu bata, keramik, komposit dan sebagainya. Tidak seperti pembuatan jenis keramik, pembuatan geopolimer dapat dilakukan pada kondisi temperatur dan tekanan rendah. Penelitian ini dilaksanakan dengan tujuan untuk membuktikan kelayakan teknis pembuatan geopolimer dari tailing PTFI serta mempelajari pengaruh komposisi tailing, pasir kwarsa/alumina, lempung, waktu curing, dan temperatur operasi curing terhadap sifat-sifat fisik sampel produk geopolimer yang dihasilkan, yaitu susut kering, kuat tekan, serta komposisi fasa melalui analisis XRD. Metode yang digunakan pada penelitian ini adalah penyiapan pasta geopolimer dengan tahapan meliputi persiapan bahan baku, percobaan pendahuluan, penentuan rentang nilai variabel-variabel proses produksi sampel geopolimer, produksi sampel geopolimer dengan menggunakan rancangan percobaan metoda 2k full factorial, serta pengujian sifat-sifat fisik produk geopolimer. 2. TEORI Geopolimer pertama kali dikenal sebagai salah satu jenis ikatan mineral dengan komposisi kimia mirip dengan zeolit tetapi dengan struktur molekulnya amorf
B.67.3.06/1
(Davidovits, 1978). Saat ini geopolimer dikenal sebagai polisialat yaitu alkali alumina-silikat. Sialat terdiri atas AlO4- dan SiO4- yang terhubung secara tetrahedral. Rumus empirik polisialat adalah: Mn {-(SiO2)z-AlO2}n • wH2O
(2-1)
Dengan M merupakan kation seperti Na atau K; n merupakan derajat polikondensasi; dan z = 1, 2, atau 3 atau lebih besar sampai dengan 32. Polisialat merupakan rantai dan cincin polimer Si 4+ dan Al3+ dalam koordinasi VI-fold I terhadap oksigen. Davidovits (1988) menemukan adanya tiga jenis polisialat yaitu polisialat (-Si-O-Al-O-), polisialatsiloxo (-Si-O-Al-O-Si-O-) dan polisialat-disiloxo (Si-O-Al-O-Si-O-Si-O-) yang mungkin muncul sebagai unit struktur dari geopolimer, saat silika sebagai reaktan meningkat di dalam sistem. Skema strukturnya terlihat pada gambar 2.1.
sekitar 3 kg batch, cetakan berbentuk silinder dengan diameter 60 mm, tinggi 60 mm. Variabel tetap meliputi natrium silikat dengan perbandingan SiO2/Na2O=2 sebanyak 5% berat total campuran dan konsentrasi NaOH sebesar 4M. Variabel berubah meliputi komposisi Si/Al: 3 dan 10; waktu curing: 48 dan 72 jam; serta temperatur: 100 dan 50º C. Persiapan bahan baku padatan dilakukan dengan penghomogenan ukuran partikel padatan umpan melalui penggilingan dan pengayakan. Sedangkan percobaan utama pembuatan geopolimer meliputi pembuatan pasta geopolimer yaitu dengan mencampurkan bahan baku padatan dan bahan larutan, pencetakan, dan proses curing. Hasil yang diperoleh adalah spesimen geopolimer yang selanjutnya diuji sifat fisiknya. Metoda analisis percobaan data didasarkan pada metoda analisis varians (ANOVA) dengan menguraikan varians total dalam data menjadi varians karena main effect, interaction effect, dan galat percobaan (random error). Yi =ax 1 1 +ax 2 2 +ax 3 3 +a12xx 1 2 +a23x2x3+a13xx 1 3 +a123xx 1 2x3 +εrr (3.1) dengan : Y = sifat fisik yang diuji a1 , a2 , a3 , a12 , a13 , a23 , a123 = koefisien x1 = faktor waktu curing x2 = faktor Si : Al
Gambar 2.1 Struktur Kimia dari Polisialat (S. Wallah ; B. V. Rangan, 2006) Geopolimerisasi melibatkan reaksi antara alumina silikat oksida (Si2O 5, Al2O 2) dengan polisilikat alkali menghasilkan ikatan polimer yaitu Si-O-Al. Persamaan 2-2 memperlihatkan contoh reaksi polikondensasi oleh alkali menjadi polisialat dan polsialat-siloxo.
x3 = faktor temperatur
ε rr = error
Harga koefisien masing-masing komponen pada persamaan 3.1 menunjukkan pengaruh faktor variasi variabel berubah terhadap sifat fisik yang diuji. Perhitungan harga masing-masing koefisien ini menggunakan bantuan perangkat lunak Minitab. 4.
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengaruh Variabel-Variabel Percobaan terhadap Respon Sifat-Sifat Fisik Produk Geopolimer 4.1.1. (2-2) 3. PERCOBAAN 3.1 Bahan Bahan baku yang digunakan adalah tailing PTFI, pasir kwarsa, alumina, lempung, dan NaOH. Bahan penunjangnya digunakan natrium silikat sebagai aktivator, deflokulan dan lubricant. 3.2 Alat Peralatan yang digunakan pada penelitian ini adalah alat penggiling (ball mill), ayakan standar ukuran (100 mesh), alat pencampur, cetakan, plastik, dan alat pengering (oven). Alat pencampur yang digunakan merupakan mixer batch. Kapasitas alat pencampur
Pengaruh Variabel-Variabel Percobaan terhadap Kuat Tekan (Compressive Strength) Variabel percobaan yang divariasikan terdiri dari rasio Si/Al, waktu curing, dan temperatur curing. Pengujian terhadap kuat tekan dilakukan di Laboratorium Struktur dan Mekanika Tanah, Program Studi Teknik Sipil, ITB. Hasil pengujian kuat tekan untuk semua tempuhan ditampilkan pada gambar 4.1.
Gambar 4.1 Perbandingan nilai Compressive Strength (CS) Produk terhadap level variasi
B.67.3.06/2
Pada gambar 4.1 terlihat bahwa nilai kuat tekan yang paling besar dicapai pada kondisi dengan variasi Si/Al = 10, waktu curing 72 jam, dan temperatur curing 100oC. Kuat tekan produk geopolimer pada kondisi ini mencapai 3,2 MPa. Sedangkan nilai kuat tekan yang paling kecil dicapai pada kondisi dengan variasi pada temperatur 50oC. Produk geopolimer yang dihasilkan pada variasi dengan temperatur 50oC, kuat tekannya sangat kecil sehingga hampir tidak terukur oleh alat yang ada. Hanya produk pada variasi temperatur 50oC dengan Si/Al = 3 dan waktu curing 48 jam yang masih terukur dan nilainya pun hanya 0,268 MPa. Data hasil percobaan kuat tekan produk geopolimer dimunculkan sebagai model empirik linear dengan memunculkan interaksi antar ketiga faktor. Metoda analisis data percobaan didasarkan pada metoda analisis varians (ANOVA) dengan menggunakan alat bantu perangkat lunak MINITAB. Tingkat kepercayaan (Level of Significance) yang digunakan dalam analisis varians adalah 95%. Pengolahan data dengan bantuan perangkat lunak MINITAB menghasilkan persamaan empirik 4.1 dengan analisis statistik menggunakan coded unit ditampilkan pada tabel 4.1 dan hasil analisis (ANOVA) ditampilkan pada tabel 4.2.
Waktu Curing (A)
Si/Al (B) Temperatur (C) A*B A*C B*C A*B*C
Koefisien 1,34642 0,01442 0,03558 1,27892 0,20358 0,08192 0,10308 0,13608
T 15,72 0,17 0,42 14,93 2,38 0,96 1,20 1,59
P 0,000 0,868 0,683 0,000 0,030 0,353 0,246 0,132
T = T-statistic; P values = error probability Tabel 4.2 ANOVA dari Koefisien Regresi Persamaan 4.1 Source
Df
SS
MS
F
P
Main Effects
3
39,2904
2-Way Interactions
3
1,4108
0,4703
2,67 0,083 2,52 0,132
3-Way Interactions
13,0968 74,36
1
0,4444
0,4444
Residual Error
16
2,8181
0,1761
Pure Error
16
2,8181
0,1761
df = degrees of freedom; SS = Sum of Square; MS= Mean of Square; F = F-statistic; P values = error probability
Persamaan empirik 4.1 didasarkan pada uji nilai P. Jika P < α, faktor dari variabel tersebut berpengaruh terhadap persamaan yang dibangun. Dalam hal ini, predictor yang dimasukkan ke dalam persamaan adalah faktor temperatur dan faktor interaksi antara waktu curing dan Si/Al menggunakan uncoded unit. Koefisien pada persamaan empirik 4.1 merupakan hasil regresi dengan model yang sudah disederhanakan. CS (MPa) = 0,0512 Temperatur +0,00033[Waktu Curing, Si/Al] − 2,62(4.1) Dengan temperatur dalam 0C, waktu curing dalam jam, dan Si/Al dalam mol. Harga koefisien masing-masing komponen pada persamaan 4.1 menunjukkan pengaruh faktor variabel berubah terhadap sifat fisik yang diuji. Pada pengujian kuat tekan geopolimer, faktor temperatur merupakan faktor yang paling berpengaruh karena memiliki koefisien terbesar yaitu sebesar 0,0512. Hal ini juga terlihat pada gambar 4.2 yang menunjukkan temperatur memberikan efek terbesar terhadap kuat tekan produk geopolimer. Interaksi waktu curing dan perbandingan Si/Al juga berpengaruh terhadap kuat tekan tetapi tidak terlalu signifikan.
Tabel 4.1 Analisis Statistik terhadap Regresi Data Percobaan (α = 0,05) Predictor Konstanta
Gambar 4. 2 Kurva probabilitas efek variabel percobaan terhadap kuat tekan (α = 0,05)
0
Besarnya kuat tekan pada geopolimer dipengaruhi kuatnya ikatan antar molekul pada geopolimer. Hal ini menyangkut cross-linking antar ikatan geopolimer. Ikatan cross-linking terjadi pada saat proses curing yang merupakan proses penyempurnaan reaksi geopolimerisasi. Temperatur merupakan salah satu faktor yang berperan dalam proses curing. Pada percobaan yang dilakukan, temperatur menjadi faktor yang sangat berpengaruh pada kuat tekan geopolimer yang dihasilkan. Variasi temperatur curing dengan level yang lebih tinggi menghasilkan kuat tekan yang lebih besar. Hal ini menunjukkan bahwa pada percobaan yang dilakukan, kondisi temperatur curing yang cukup tinggi menjadikan cross-linking yang terjadi lebih bagus dibandingkan dengan temperatur yang lebih rendah. 4.1.2. Pengaruh Variabel-Variabel Percobaan Terhadap Susut Kering Pengamatan susut kering dilakukan dengan mengukur panjang diameter dan tinggi sampel sejak sampel akan di-curing sampai dengan hari ke-28. Produk geopolimer yang dapat diukur hanya pada tempuhan 1 sampai
B.67.3.06/3
dengan tempuhan 4. Pada tempuhan 5 sampai dengan tempuhan 8, muncul kristal-kristal di permukaan geopolimer yang menyebabkan pengukuran panjang maupun diameter tidak dapat dilakukan. Hasil pengukuran panjang diameter dan tinggi produk geopolimer pada setiap tempuhan dapat dilihat pada gambar 4.3 dan 4.4. Dari gambar 4.3 dan 4.4 terlihat bahwa susut yang terjadi merupakan susut akibat pengeringan pasta geopolimer yang sedang melalui proses curing. Hal ini terlihat dari perubahan diameter dan tinggi sampel geopolimer yang sangat mencolok yaitu pada hari ke-nol (pasta geopolimer) menuju hari kesatu (pasta geopolimer mengering).
1,96%. Pada variasi lainnya terlihat bahwa perubahan diameter tidak terlalu berarti setelah hari kesatu. Hal ini menunjukkan kelembaban udara tidak terlalu berpengaruh pada penyusutan produk geopolimer ke arah radial. Pada pengukuran tinggi sampel geopolimer, perubahan yang paling signifikan juga terjadi pada tempuhan kedua. Persentase penyusutan ke arah aksial sekitar 10,3% dari kodisi basahnya. Setelah melalui proses curing di oven, sampel geopolimer tidak mengalami penyusutan ke arah aksial. Hal ini menunjukkan produk geopolimer yang dihasilkan tidak mengalami susut ke arah aksial sebagai akibat kelembaban udara. Data hasil percobaan susut kering produk geopolimer dimunculkan sebagai model empirik linear dengan memunculkan interaksi antar kedua faktor, karena pada kasus ini variabel temperatur tidak diamati . Metoda analisis data percobaan didasarkan pada metoda analisis varians (ANOVA) dengan menggunakan alat bantu perangkat lunak MINITAB. Tingkat kepercayaan yang digunakan dalam analisis varians adalah 95%. Analisis statistik menggunakan coded unit ditampilkan pada tabel 4.3. Tabel 4.3 Analisis Statistik Susut Kering Radial terhadap Regresi Data Percobaan (α = 0,05) Predictor Koefisien T P Konstanta 5,5175 17,15 0,000
Gambar 4.3 Hasil pengukuran diameter sampel geopolimer terhadap waktu
Waktu Curing (A)
Si/Al (B) A*B
0,5050 1,57 -0,5050 -1,57 0,0425 0,13 T = T-statistic; P values = error probability
0,192 0,192 0,901
Gambar 4.4 Hasil pengukuran tinggi sampel geopolimer terhadap waktu Hari kesatu pengukuran diameter dan tinggi sampel geopolimer merupakan merupakan waktu selesainya proses curing di oven. Setelah hari kesatu, sampel geopolimer dibiarkan pada ruangan yang sama, dengan asumsi kondisi temperatur dan kelembaban udara pada ruangan tersebut dianggap tidak berubah secara signifikan terhadap perubahan waktu. Pada gambar 4.3 dan 4.4, terlihat sampel geopolimer tidak mengalami penyusutan yang berarti setelah hari kesatu. Pada pengukuran diameter sampel geopolimer, perubahan yang paling signifikan terjadi pada tempuhan kedua, yaitu pada variasi Si/Al = 3, waktu curing = 72 jam, dan temperatur 100oC. Persentase total penyusutan ke arah radial sekitar 7,4% dari kodisi basahnya yang berupa pasta. Sedangkan, persentase penyusutan radial setelah melalui proses curing di oven hanya berkisar
Gambar 4.5 Kurva probabilitas efek variabel percobaan terhadap susut kering radial (α = 0,05) Berdasarkan tabel 4.3, jika P < α, faktor dari variabel tersebut berpengaruh terhadap persamaan yang dibangun. Dalam kasus ini, tidak ada variabel yang berpengaruh secara signifikan karena nilai P > α. Pengolahan data susut kering arah aksial dilakukan dengan bantuan perangkat lunak MINITAB menghasilkan persamaan empirik 4.2 dengan analisis
B.67.3.06/4
statistik menggunakan coded unit ditampilkan pada tabel 4.4 dan hasil analisis (ANOVA) ditampilkan pada tabel 4.5. Tingkat kepercayaan (Level of Significance) yang digunakan dalam analisis varians adalah 95%. Tabel 4.4 Analisis Statistik Susut Kering Aksial terhadap Regresi Data Percobaan (α = 0,05) Predictor Koefisien T P Konstanta 5,603 10,61 0,000 Waktu Curing (A)
0,862 1,63 Si/Al (B) -2,585 -4,89 A*B -0,430 -0,81 T = T-statistic; P values = error probability
0,178 0,008 0,461
Tabel 4.5 ANOVA dari Koefisien Regresi Persamaan 4.2 Source Main Effects 2-Way Interactions Residual Error Pure Error
Df 2 1 4 4
SS MS F P 59,409 29,705 13,3 0,02 1,479 1,479 0,66 0,46 8,927 2,232 8,927 2,232
df = degrees of freedom; SS = Sum of Square; MS= Mean of Square; F = F-statistic; P values = error probability
Kecenderungan besarnya penyusutan yang terjadi pada produk geopolimer dapat dilihat dari variasi yang dilakukan. Hasil pengukuran diameter dan tinggi sampel geopolimer menunjukkan bahwa variasi dengan Si/Al = 3 (tempuhan 1 dan 2) lebih mudah mengalami penyusutan daripada variasi dengan Si/Al = 10 (tempuhan 3 dan 4). Penyusutan yang dimaksud terutama susut arah aksial. Perbandingan silika dan alumina ketika geopolimerisasi sangat menentukan pembentukan geopolimer. Ketika rasio silika terhadap alumina tidak sesuai dengan kebutuhan untuk reaksi yang terjadi, kemudian ditambah pengaruh temperatur yang mengakselerasi reaksi, kristal zeolit yang terdapat dalam bahan baku dapat menyebabkan susut dan degradasi pada matriks ikatan geopolimer. Kaitannya dengan perbandingan Si/Al pada percobaan ini yaitu variasi Si/Al = 3 yang menyebabkan susut lebih besar, tidak terlalu sesuai dengan reaksi yang terjadi. Lamanya waktu curing juga sebenarnya mempengaruhi besarnya penyusutan. Walaupun dalam analisis statistik tidak terlihat pengaruh yang signifikan tetapi terdapat kecenderungan pada geopolimer dengan variasi waktu curing yang lebih lama, mengalami penyusutan yang lebih besar dibandingkan geopolimer dengan waktu curing yang lebih singkat. Hal ini terlihat jelas pada gambar 4.4. Pengaruh penyusutan akibat variasi waktu curing lebih disebabkan penguapan pelarut yang terjadi selama proses curing dalam oven. Semakin lama geopolimer berada dalam oven, semakin banyak pelarut yang menguap sehingga produk geopolimer akan semakin menyusut.
Gambar 4.6 Kurva probabilitas efek variabel percobaan terhadap susut kering aksial (α = 0,05) Persamaan empirik 4.2 didasarkan pada uji nilai P. Jika P < α, faktor dari variabel tersebut berpengaruh terhadap persamaan yang dibangun. Dalam hal ini, predictor yang dimasukkan ke dalam persamaan adalah faktor Si/Al yang telah menggunakan uncoded unit.
Susut Kering Aksial(mm) = 2,098 − 0,124 Si/Al Dengan Si/Al dalam mol.
efek terbesar terhadap susut kering aksial produk geopolimer.
4.2. Hasil Analisis Produk Geopolimer dengan X-Ray Diffraction (XRD) Analisis XRD dilakukan untuk mengetahui komponen yang terkandung di dalam bahan baku dan produk. Analisis dilakukan di Laboratorium XRD, Program Studi Teknik Pertambangan ITB dengan menggunakan alat Philip Analytical X-Ray B.V. Hasil analisis XRD pada tailing, lempung, dan produk geopolimer pada tempuhan 2 dapat dilihat pada gambar 4.7 sampai dengan 4.9.
(4.2)
Harga koefisien masing-masing komponen pada persamaan 4.2 menunjukkan pengaruh faktor variabel berubah terhadap sifat fisik yang diuji. Pada pengujian susut kering aksial produk geopolimer, faktor perbandingan Si/Al merupakan faktor yang paling berpengaruh. Hal ini juga terlihat pada gambar 4.6 yang menunjukkan Si/Al merupakan faktor yang memberikan
B.67.3.06/5
Gambar 4.7 Hasil analisis material lempung dengan metode XRD
Dari analisis XRD yang telah dilakukan, teridentifikasi beberapa kandungan mineral pada tailing, lempung, dan geopolimer. Hal ini ditampilkan pada tabel 4.6.
Pada tabel 4.6 terlihat bahwa material yang teridentifikasi dalam bahan baku geopolimer tidak semuanya teridentifikasi kembali dalam produk geopolimer. Pada gambar 4.7 terlihat bahwa material yang masih sangat jelas terkandung dalam geopolimer adalah quartz atau kuarsa. Pada gambar 4.7 terlihat bahwa intensitas kuarsa pada produk lebih kecil dibandingkan dengan bahan baku (terutama lempung). Hal ini menunjukkan adanya SiO2 yang bereaksi membentuk geopolimer. Pada proses geopolimerisasi, ikatan yang terbentuk merupakan ikatan amorph atau semi-kristalin. Banyaknya peak yang muncul pada saat analisis XRD produk geopolimer menandakan produk geopolimer yang dihasilkan masih memiliki kristalinitas tinggi. Hal ini menunjukkan reaksi geopolimerisasi yang terjadi sebenarnya belum tuntas.
Gambar 4.8 Hasil analisis material tailing dengan metode XRD
4.3. Pengaruh Komposisi Bahan Baku terhadap Geopolimerisasi Geopolimer merupakan hasil reaksi polimerisasi dari polisialat (alumina dan silikat) dengan alkali kuat. Pada dasarnya geopolimer dapat dibuat dari berbagai sumber material yang memiliki kandungan alumina dan silikat, yang perbandingannya sesuai atau mencukupi untuk berlangsungnya reaksi. Hanya saja, keberadaan zat tertentu dalam bahan baku pembuatan geopolimer dapat mempengaruhi jalannya reaksi geopolimerisasi.
Gambar 4.9 Hasil analisis material geopolimer (tempuhan ke-2) dengan metode XRD Tabel 4.6 Analisis material dengan metode XRD Tailing Orthoclase Albit, calcian, Quartz, Clinochlore, ferro Magnetite,
KAlSi3O8 (Na,Ca)Al(Si,Al)3O8 SiO2 (Mg,Fe,Al)6(Si,Al)4O10 Fe, Fe2O4
Lempung Quartz, Muscovite Kaolinite
SiO2 H2KAl3(SiO4)3 Al2Si2O5(OH)4
Geopolimer Quartz, Albit, calcian, Magnitite, Muscovite Orthoclase
SiO2 (Na,Ca)Al(Si,Al)3O8 Fe, Fe2O4 H2KAl3(SiO4)3 KAlSi3O8
Untuk mengetahui pengaruh komposisi bahan baku yang digunakan dalam pembuatan geopolimer, kandungan oksida dalam bahan baku dan produk diuji. Hasil pengujian oksida terhadap tailing, lempung, dan geopolimer ditampilkan pada tabel 4.7. Tabel 4.7 Komposisi Oksida bahan baku dan produk geopolimer kode (%-w/w) SiO2 CaO MgO Fe2O3 Al2O3
Tailing
lempung
59,2 5 11,2
73,46 0 3,04 2,87 13,03
Geopolimer (tempuhan ke-2)
68,98 1,49 5,78 3,77 6,23
Bahan baku geopolimer pada percobaan ini merupakan campuran tailing, lempung, dan tambahan alumina atau silika dengan jumlah tertentu sehingga rasio Si/Al dari bahan baku sesuai dengan variasi yang diinginkan. Dalam membuat geopolimer yang baik diperlukan sumber aluminosilikat yang baik pula. Hal ini berkaitan dengan kereaktifan dari material yang digunakan sebagai bahan baku geopolimer. Pada proses geopolimerisasi, alumina dan silikat yang ada membentuk gel ketika dicampur dengan larutan alkali. Proses pembentukan gel ini sangat penting karena menentukan arah reaksi. Jika di dalam material bahan baku yang digunakan terdapat kalsium bebas dan kandungan silika-nya terlalu tinggi pada awal reaksi, kemungkinan akan terbentuk
B.67.3.06/6
kalsium silikat yang lemah dan tidak stabil. Hal ini menyebabkan silika yang akan bereaksi dalam ikatan geopolimer tersingkirkan dari sistem dan matriks geopolimer pun menjadi lemah. Pada percobaan pembuatan geopolimer dari tailing dan lempung dengan metoda pembuatan pasta, produk geopolimer yang dihasilkan kurang sempurna. Kemungkinan disebabkan kurang sempurnanya reaksi geopolimerisasi. Hal ini terlihat dengan adanya kristal putih di permukaan geopolimer. Kristal putih yang muncul diduga sebagai silikat dan NaOH yang tidak bereaksi yang telah terkarbonasi (carbonated) misalnya Natrium Karbonat. NaOH yang tidak bereaksi dapat berinteraksi dengan CO2 di udara sehingga membentuk Natrium Karbonat. Uji pH dilakukan pada kristal putih yang muncul, dan hasilnya memperlihatkan bahwa kristal putih tersebut sangat basa (pH = 12). 5.
KESIMPULAN DAN SARAN
Beberapa hal yang dapat disimpulkan dari percobaan ini adalah karakteristik kekuatan geopolimer dari tailing PTFI masih jauh dari kekuatan geopolimer pada umumnya. Pada pengujian kuat tekan geopolimer, faktor temperatur merupakan faktor yang paling berpengaruh. Pada pengukuran susut kering radial, tidak ada faktor yang berpengaruh secara signifikan. Sedangkan pada pengukuran susut kering aksial, faktor yang berpengaruh adalah rasio Si/Al. Melalui analisis komposisi fasa dengan XRD menunjukkan bahwa reaksi geopolimerisasi belum tuntas. Hal-hal yang disarankan untuk percobaan selanjutnya adalah percobaan pembuatan geopolimer dapat ditambah variasinya pada rentang level yang lebih kecil, sehingga kecenderungan karakteristik geopolimer yang dihasilkan dapat lebih jelas. Variasi temperatur disarankan lebih dari 50oC agar proses curing berjalan lebih sempurna. Pembungkusan (sealing) sampel geopolimer ketika curing dilakukan dengan baik agar pelarut tidak cepat terlepas dari pasta geopolimer. Varibel lain yang dapat digunakan dalam percobaan ini adalah penggunaan activator yang berbeda-beda. Sebagai pembanding dapat digunakan sumber Si dan Al yang lain. UCAPAN TERIMA KASIH Puji syukur dipanjatkan kehadirat Allah SWT, karena atas rahmat dan karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan penulisan laporan penelitian yang berjudul “Pemanfaatan Tailing Penambangan Bijih Tembaga sebagai Bahan Baku Geopolimer”. Laporan penelitian ini merupakan salah satu syarat dalam menyelesaikan studi pada Program Sarjana Program Studi Teknik Kimia Institut Teknologi Bandung. Pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada : 1. Dr.T. Walmiki Samadhi selaku Dosen Pembimbing I, 2. Prof.Dr.Tjandra Setiadi selaku Dosen Pembimbing II,
3. Semua pihak yang telah memberikan bantuan dalam penulisan laporan penelitian ini. Penulis telah berusaha untuk menyajikan yang terbaik dalam penulisan laporan penelitian ini. Namun demikian, penulis masih mengharapkan saran dan kritik. Akhir kata, semoga laporan penelitian ini bermanfaat bagi pihak-pihak terkait. LITERATUR Chang, T. W., dan Chiu, J. P., “Fire-resistant geopolymer produced by granulated blast furnace slag”, Mineral Engineering, 16(3), halaman 205-210, 2003. [2] Comrie, D. C., Paterson, J. H., & Ritchey, D. J. “Geopolymer Technologies in Toxic Waste Management”. Compiegne, France, 1988. [3] Davidovits, J.”Geopolymer Chemistry and Properties”, Compiegne, France, 1988. [4] Davidovits, J., “Properties of Geopolymer Cements”, In Kiev (Ed.), First International Conference on Alkaline Cements and Concrete, halaman 131-149, Kiev State Technical University, 1994. [5] Davidovits, J., “Chemistry of Geopolymeric Systems, Terminology”, Saint-Quentin, France, 1999. [6] Duxson, P., et al, “The effect of alkali and Si/Al ratio on the development of mechanical properties of metakaolin-based geopolymers”, The University of Melbourne, Australia and The University of Illinois at Urbana-Champaign, USA, 2006. [7] Gourley, J. T., “Geopolymers; Opportunities for Environmentally Friendly Construction Materials”, Sydney, 2003. [8] Gourley, J. T., & Johnson, G. B., “ Developments in Geopolymer Precast Concrete”, Perth, Australia, 2005. [9] Hime, W. G., “Comments on Geopolymer Concrete, Private communication”, 2003. [10] Kementrian Energi dan Sumber Daya Mineral, “Produksi Mineral 2005-2006” dpmb.esdm.go.id.html. [11] Lembaga Afiliasi Penelitian dan Industri (LAPI), ITB, “Pemanfaatan Tailing sebagai Bahan Beton dan Prospek Tailing sebagai Bahan Baku Semen dan Kaca” Bandung, 2006. [12] PT Freeport Indonesia,“Pengangkutan Tailing melalui Sungai”, www.ptfi.com.html, 2004. [13] PT Freeport Indonesia, “Program Pengelolaan Tailing”, www.ptfi.com/content.html, 2004. [14] PT Freeport Indonesia, “Operasi”, www.ptfi.com/content.html, 2004. [15] Xu, Hua dan J.S.J. Van Deventer, “The geopolymerisation of alumino-silicate minerals”, The University of Melbourne, Australia, 1999. [16] “USPTO Patent Full-Text and Image database”,www.uspto.gov, 2004. [1]
SIMBOL Superskrip k : jumlah variabel yang berubah
B.67.3.06/7
