ORBITH Vol. 7 No. 3 November 2011: 355-359
PENGARUH TEMPERATUR LARUTAN ELEKTROLIT TERHADAP ENDAPAN SERBUK NIKEL PADA PROSES ELECTROREFINING Oleh : Abdul Syukur A1) , Susilo Adi W2), Sri Nugroho2) 1) Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Semarang Jl. Prof. H. Sudarto, SH, Tembalang, Kotak Pos 6199/SMS, SEMARANG 50329 Telp (024) 7473417, 7466420 (Hunting), Fax. 7472396 Email:
[email protected] 2) Program Studi Magister Teknik Mesin Universitas Diponegoro Semarang Jl.Prof. H. Sudarto, SH - Tembalang, SEMARANG 50275 Telp (024) 7460059-70420846, Email:
[email protected] Abstrak
Proses electrorefining salah satu metode yang digunakan pada proses pembuatan serbuk nikel dan pemurnian logam dengan proses elektrolisa , yang merupakan reaksi anoda nikel (Ni) pada katoda besi (Fe) . Logam nikel (Ni) sebagai anoda dilarutkan dalam tangki yang mengandung larutan elektrolit ( NiCl2, NiSO4, H3BO3 ) dan diendapkan kembali pada katoda (Fe ) dengan bantuan arus listrik. Pada proses pembuatan serbuk endapan nikel pada katoda digerus untuk dikeringkan dengan proses pengeringan. Penelitian ini dilakukan untuk menganalisa pengaruh temperatur larutan terhadap endapan pada proses electrorefining untuk pembuatan serbuk nikel. Metode yang digunakan dengan cara memfariasikan besaran temperatur 25, 30, 35, 40 oC pada rapat arus katoda dari 0.453,0.509, 0.567, 0.623 A/dm 2 dan waktu pengendapan 5 menit terhadap massa (g) endapan nikel dengan Ph tetap 5 . Hasil dari percobaan ini adalah: terjadi peningkatan deposisi nikel akibat peningkatan pada temperatur 30 dan 40 oC. Kata kunci: rapat arus katoda, endapan nikel, serbuk nikel, electrorefining 1. Pendahuluan Nikel merupakan logam yang sangat penting dan banyak digunakan di industri sebagai salah satu bahan baku untuk membuat baja tahan karat, baja tahan temperatur tinggi, bahan magnit, proses pelapisan logam, paduan logam bukan besi (non ferrous), katalis, sel bahan bakar (fuel cell) dan bahan kimia. Dalam metalurgi serbuk, serbuk nikel dapat berfungsi sebagai bahan utama produk atau bahan pengikat. Sehingga dalam prosesnya, serbuk dapat dicampur dari dua jenis bahan serbuk atau lebih, dengan gaya grafitasi atau gaya pendorong lainnya, serbuk dapat dialirkan atau dapat dipadatkan, ukuran dan bentuk partikel
berpengaruh pada karakteristik mekanik produk sinter. Serbuk nikel dapat dibuat dengan berbagai cara diantaranya adalah dengan proses deposisi (pengendapan) elektrolisis. Proses Electrorefining merupakan reaksi anoda dan katoda dari nikel (Ni) dan besi (Fe). Batangan logam nikel sebagai anoda dilarutkan dengan larutan elektrolit dan diendapkan kembali pada katoda dengan aliran arus listrik. Serbuk yang terkumpul pada katoda harus diambil dengan cara digerus untuk dikeringkan. Larutan elektrolit mengandung aditif organik yang berfungsi
355
Pengaruh Temperatur Larutan Elektrolit……....Abdul Syukur A1) , Susilo Adi W2), Sri Nugroho2) untuk mengontrol nikel dan membantu mencegah larut partikulat dari pengendapan (surfaktan). Larutan elektrolis yang digunakan adalah Nickel Clouride (NiCl2) 125 g/l, Nickel Sulfat (Ni SO4 ) 5 g/l, Boric Acid (H3BO3 ) 1 g/l, suhu larutan elektrolit dijaga 25- 40 oC. 2. Tinjauan Pustaka Berdasarkan hukum Faraday banyaknya endapan sebanding dengan kuat arus yang dinyatakan Ampere/dm2. Rapat arus antara anoda dan katoda besarnya berbeda dan rapat arus katoda merupakan besaran yang perlu diperhatikan agar kualitas endapan pada katoda berkualitas baik. Semakin besar rapat arus maka laju endapan makin cepat dan waktu yang diperlukan untuk memperoleh endapan dengan ketebalan tertentu akan makin singkat. Rapat arus yang terlalu tinggi menyebabkan terjadinya panas sehingga katoda dapat terbakar. Hukum Faraday mengenai elektrolisis adalah sebagai berikut: Berat (w) logam yang terelektrolisis di permukaan katoda sebanding dengan jumlah muatan yang dilewatkan (q) yang sebanding dengan kuat arus (I) di kali waktu (t), untuk jumlah muatan (It) berat logam yang terelektrolisis sebanding dengan equivalen massa Molar logam tersebut (M/nF). Hukum Faraday mengenai elektrolisis di atas dapat dirumuskan dengan persamaan sebagai berikut: W = I.e Ni .T I : rapat arus (A) T : waktu (detik) e Ni : equivalen elektrokimia untuk nikel Ni/ 96500 = 0,3041 g/ A det x 10-3 Efisiensi arus didefinisikan sebagai perbandingan antara berat logam (wd) yang terelektrolisis pada permukaan anoda 356
dengan berat logam (wt) yang terelektrolisis secara teoritik menurut hukum Faraday efisiensi arus ditentukan dengan: η=(wd/wt)x100% Apabila logam dimasukkan pada larutan yang mengandung ionnya sendiri akan menimbulkan beda potensial antara logam tersebut dengan larutan. Beda potensial ini disebabkan karena atom dari logam untuk menjadikan satu atau lebih muatan negatip dan lepas ke dalam larutan dalam bentuk ion. Pada saat yang bersamaan terjadi reaksi kebalikan dalam larutan. Dua reaksi yang berlawanan tersebut berlangsung pada kecepatan yang tidak sama, maka potensial ini akan diatur oleh permukaan logam dan elektrolit yang berhubungan dengan permukaan logam. Rapat arus adalah arus yang diberikan pada elektroda (Anoda) di bagi area aktif elektroda tersebut. Besarnya dinyatakan dalam Amper/dm2. Rapat arus menentukan laju pelepasan kation logam dari anoda dan produktifitas gelembung udara (Hidrogen/Oksigen). Kuantitas rapat arus yang digunakan pada proses elektrokoagulasi adalah bervariatif dari 0.453 A/dm2 hingga 0.623 A/dm2. Perbedaan kuantitas rapat arus yang digunakan tergantung pada perbedaan kondisi aplikasi. Rapat arus tinggi dipilih bila aplikasi melibatkan proses flotasi dengan dimensi proses yang besar. Sebuah analisis sitematik dibutuhkan untuk mendifinisikan dan menjelaskan hubungan antara rapat arus dengan faktor-faktor pemisah yang diinginkan. 3. Metode Penelitian Penelitian yang dilakukan yaitu : a. Percobaan pembuatan serbuk nikel dengan metode electrorefining. Dengan cara batangan atau lempengan logam nikel dilarutkan dan diendapkan kembali
ORBITH Vol. 7 No. 3 November 2011: 355-359
c.
d.
e.
f.
g.
Gambar 1. Proses electrorifining nikel yang di kembangkan 4. Hasil dan Pembahasan Data hasil pengukuran dilakukan dengan cara menimbang endapan serbuk nikel pada katoda setelah dikeringkan. Tabel.1. Berat endapan nikel pada rapat arus 0.453 A/dm2 Berat endapan (g)
25 0.5796
Suhu 30 1.6441
o
C 35 0.5289
40 1.3679
Hasil pengukuran digambarkan dalam grafik sebagai berikut:
Pengaruh Temperatur Terhadap Endapan Serbuk Nikel
2 1.5 Endapan (g)
b.
pada katoda. Serbuk nikel dikeluarkan dari sel untuk selanjutnya ditampung dalam tangki penampungan dan dicuci dengan air dan alkohol kemudian disaring dan dikeringkan,Variasi arus yang digunakan, 8, 9, 10, 11 Amper. Arus listrik dari rectifier dialirkan ke sel elektrolisis yang dipasang seri. Dalam masing-masing sel dipasang 4 katoda stainless steels dan 5 buah anoda nikel. Menentuan variabel serbuk nikel Menentukan variabel yang mempengaruhi karakteristik serbuk nikel hasil proses elektrolisa metode electrorifining. Pengujian bentuk serbuk nikel Pengujian ini dilakukan dengan mikroscop untuk mengetahui bentuk serbuk nikel. Pelaksanaannya benda uji setelah proses etsa langsung dilihat struktur mikronya dengan alat bantu mikroskop yang dilengkapi dengan kamera untuk mengambilan data sebagai dukumen. Pengujian ukuran serbuk nikel. Pengujian ini dilakukan dengan proses pengayakan untuk mengetahui ukuran serbuk 46µm63 µm . Pengujian komposisi Pengujian komposisi ini dilakukan dengan spectrometri untuk mengetahui komposisi kimia serbuk nikel. Pengujian komparasi Pengujian komparasi adalah pengujian dengan membandingkan ukuran dan bentuk serbuk nikel hasil pembuatan dengan electrorefining dengan serbuk nikel produk industri. Analisa hasil dan karakteristik serbuk nikel Analias hasil disampaikan dalam tabel dan grafik, hubungan antara rapat arus katoda, temperatur larutan.
1 Rapat arus 0.453 A/dm2
0.5 0 20
25
30 35 40 Temperatur (C)
45
Gambar 2. Pengaruh temperature terhadap endapan serbuk nikel pada rapat arus 0.453 A/dm2 357
Pengaruh Temperatur Larutan Elektrolit……....Abdul Syukur A1) , Susilo Adi W2), Sri Nugroho2) Tabel.2. Berat endapan nikel pada rapat arus 0.509 A/dm2 o
C 35 0.6424
40 1.5913
Hasil pengukuran digambarkan dalam grafik sebagai berikut:
Pengaruh Temperatur Terhadap Endapan Serbuk Nikel
Endapan (g)
2
Rapat arus 0.509 A/dm2 20
25 Temperatur 30 35 (C) 40
25 1.0568
Suhu 30 0.844
o
C 35 0.9434
40 1.0132
Hasil pengukuran digambarkan dalam grafik sebagai berikut:
Pengaruh Temperatur Terhadap Endapan Serbuk Nikel
1.5
1
0
Berat endapan (g)
Endapan (g)
Berat endapan (g)
25 0.6559
Suhu 30 1.3811
Tabel.4. Berat endapan nikel pada rapat arus 0.623 A/dm2
1
0.5
Rapat arus 0.623 A/dm2
0 20
45
25 Temperatur 30 35 (C) 40
45
Gambar 3. Pengaruh temperatur terhadap endapan serbuk nikel pada rapat arus 0.509 A/dm2
Gambar 5. Pengaruh temperatur terhadap endapan nikel pada rapat arus 0.623 A/dm2
Tabel.3. Berat endapan nikel pada rapat arus 0.567 A/dm2
Perhitungan Efisiensi Arus Besarnya efisiensi arus terhadap rapat arus ditentukan dengan persamaan Faraday, hasil perhitungan digambarkan dengan gambar grafik sebagai berikut:
Berat endapan (g)
25 0.9423
Suhu 30 1.054
o
C 35 0.8837
40 2.0152
Pengaruh endapan serbuk nikel terhadap efisiensi arus
Hasil pengukuran digambarkan dalam grafik sebagai berikut:
Endapan (g)
4
2 Rapat arus 0.567 A/dm2
0 20
25
30 35 40 Temperatur (C)
45
Gambar 4. Pengaruh temperatur terhadap endapan nikel pada rapat arus 0.567 A/dm2 358
55 Efisiensi arus (%)
Pengaruh Temperatur Terhadap Endapan Serbuk Nikel
50 45 40 Arus 8 A
35 30 0.5
0.55
0.6
0.65
0.7
Endapan nikel (g)
Gambar 6. Pengaruh endapan serbuk nikel terhadap efisiensi arus
ORBITH Vol. 7 No. 3 November 2011: 355-359
Efisiensi arus (%)
Pengaruh temperatur terhadap efisiensi pengendapan nikel 80 70 60 50 40 30 20 10 0
Temperatu r 25 C
7 8 9 10 11 12 Arus (amper)
Gambar 6. Pengaruh temperatur terhadap efisiensi pengendapan nikel 5. Kesimpulan Dari hasil penelitian ini dapat disimpulkan : a. Endapan serbuk nikel meningkat bila temperatur dinaikan b. Efisiensi arus pengendapan nikel di permukaan katoda meningkat bila rapat arus proses elektrolis ditingkatkan DAFTAR PUSTAKA ASM Handbook, (1998), ” Powder Metal Technologies and Applications.” C.S.Carney, C.J.Gump, A.W.Weimer, (2006),” Rapid Nickel Oxalate Thermal Decomposition for Producing Fine Porous Nickel Metal Powders,” Material Sience and Engineering A 431, hlm 112.
Jinxing.Ji, (1994), ”Fundamental Aspects of Nickel Electrowinning from Chloride Electrolytes”, Columbia, February. Kuniaki Murase, Takeshi Honda and Yasuhiro Awakura, (1985), ”Measurement of pH in the Vicinity of a Cathode during the Chloride Electrowinning of Nickel”. Mettallurgical and Material Transactions B, Vol. 29B, (Desember):1193. Lantropov, (1977), Theoretical Electrochemistry, 2nd ed. Moscow: Mir Publisher. R. Ghanem, H.Farag, Y.Eltaweel and Mona E.O,(2009), ” Electro-winning of Nickel from Spent nickel Catalyst Leachate with Sulphoric Acid”, Journal of Chemical Engineering Research, Volume 1, Number 2. Shinji. I, Masatoshi. M, Keiji. K, Yoshie. T (2008),” Production of Nickel Powder by The Titanium Redox method and its Application to Conductive materials,” Jurnal Appl Electrochem, 38:1211-1216 Published online: 11 March 2008 Subagja, R., Binudi, R., Arief, A., Sudaryat, Undang, A.H. ( 1996 ), “ Percobaan Pembuatan Serbuk Tembaga ,Nikel Dalam Skala Pilot Plant “, Prosiding Pemaparan Hasil Litbang Ilmu Pengetahuan Teknik, Bandung. Widyanto, S. A. ( 2008 ), “Proses Sinter – Deposisi Multi Material ( MMD –Is )”, Teknik Mesin Undip, Semarang.
Entshev. D.I, Nikola.K.T, Haralamplev.A.G, (1973), ” Method For Electrorefining Of Nikel,” United States Patent, Agust 28. German, M.R. ( 1994 ), ”Powder Metallurgy Science” , Metal Powder Industries Federation, New Jersey.
359
