Karakterisasi Kaolin Lokal Kalimantan Selatan Hasil Kalsinasi Sunardi1), Utami Irawati1) dan Totok Wianto2)
Abstrak: Kajian tentang karakteristik kaolin lokal asal Tatakan, Tapin, Kalimantan Selatan setelah proses kalsinasi pada temperatur 800°C selama 3 jam telah dilakukan untuk mengetahui perubahan struktur kaolin. Sampel kaolin sebelum dan setelah proses kalsinasi dianalisis menggunakan spektroskopi infra merah (FTIR), difraksi sinar X (XRD) dan scanning electron microscopy (SEM). Hasil analisis menggunakan FTIR menunjukkan terjadinya kerusakan struktur dari kaolin akibat proses kalsinasi yang ditandai dengan hilangnya puncak serapan khas dari kaolin. Berdasarkan data XRD dan analisis morfologi menggunakan SEM, proses kalsinasi menyebabkan perubahan struktur kaolin dari pseudoheksagonal berlapis menjadi fasa amorf. Kata Kunci: kaolin, kalsinasi, amorf
PENDAHULUAN
tetrahedral
Kaolin sering digunakan untuk
dan
lembaran
alumina
oktahedral. Masing-masing pasangan
menyebut mineral lempung putih yang
dari
mempunyai komposisi terbesar berupa
melalui atom oksigen secara selang-
kaolinit (Al2O3.2SiO2.2H2O). Partikel
seling menjadi satu kesatuan melalui
kaolin
lembaran
ikatan hidrogen antara oksigen dari
heksagonal dengan diameter sekitar
silika dan oksigen hidroksil dari alumina
0,05-10 µm (rata-rata 0,5 µm). Mineral
dengan ketebalan tiap lapisan sekitar
kaolin dapat terjadi melalui proses
0,72 nm (Gambar 1). Ikatan hidrogen
pelapukan
hidrotermal
tersebut cukup kuat sehingga kaolin
alterasi pada batuan beku felspartik
tidak mengembang ketika terhidrat dan
dan mika. Kaolin biasanya berada
kaolin
sebagai mineral kaolinit murni, atau
permukaan luar. Kaolin merupakan
mineral yang berhubungan, misalnya,
salah satu mineral lempung dengan
haloisit,
yang
nilai kapasitas tukar kation (KTK) yang
bergabung dengan mineral lain seperti
relatif rendah (3-15 mek/100g) serta
smektit, mika, kuarsa, dan feldspar
luas permukaan spesifik yang relatif
sebagai pengotor (Murray, 1999).
kecil, yaitu tidak lebih dari 20 m2/g
biasanya
dan
nakrit
berupa
proses
dan
dikrit
Struktur kristal kaolin terdiri dari pasangan 1) 2)
lapisan
lembaran
lembaran
hanya
tersebut
bergabung
mempunyai
(Konta, 1995).
silika
Staf Pengajar Program Studi Kimia FMIPA, Universitas Lambung Mangkurat, Banjarbaru. Staf Pengajar Program Studi Fisika FMIPA, Universitas Lambung Mangkurat, Banjarbaru.
59
luas
60
Jurnal Fisika FLUX, Vol. 8 No.1, Pebruari 2011 (59 – 65)
Kaolin banyak digunakan untuk
sebagainya (4%) (45%) (Murray, 2002).
berbagai macam aplikasi dalam industri
Untuk
berdasarkan
sifat
kimianya.
Pemanfaatan
fisika
dan
sifat kaolin
memperbaiki
sifat
berbagai
metode
aktivasi
dilakukan
para
peneliti
kaolin, telah
misalnya
sebagian besar untuk industria kertas
melalui metode aktivasi asam, aktivasi
(45%), refraktori dan keramik (31%),
basa dan metode
fiberglas (6%), semen (6%), karet dan
melalui proses kalsinasi (Belver et. al.,
plastik
2002).
(5%),
cat
(3%)
dan
lain
aktivasi termal
Gambar 1. Struktur Kaolin (Zhu et al. 2009) METODOLOGI PENELITIAN
selama 24 jam pada temperatur 90oC.
Alat dan Bahan
Kaolin kering dihaluskan menggunakan
Alat-alat yang digunakan adalah
penggerus porselin dan diayak hingga
spektrofotometer FTIR (Shimadzu FTIR
lolos saringan 170 mesh. Selanjutnya
Prestige-21 dan FTIR – 4200 type A),
dilakukan
XRD
SEM
metode
sedimentasi
(Scanning Electron Microscopy) JEOL
seperti
pada
JSM-6360, furnace, oven (memert),
(Sunardi, 2009).
seperangkat
2. Proses kalsinasi
(Shimadzu
pengayak
XRD-6000),
alat
gelas
berukuran
(pyrex),
170
mesh
proses
Kaolin
purifikasi dan
artikel
dengan sifoning
sebelumnya
hasil
preparasi
(Retsch), mortar, pengaduk magnet
dimasukkan ke dalam cawan porselin.
dan hot plate stirrer.
Selanjutnya dikalsinasi dengan furnace pada temperatur 800°C selama 3 jam.
Prosedur Kerja
Kaolin
1. Preparasi kaolin
hingga
Sampel
padatan
kaolin
dari
daerah Tatakan, Tapin, Kalimantan Selatan
dikeringkan
dalam
oven
hasil
kalsinasi
temperatur
didinginkan
ruangan
dan
dianalisis menggunakan FTIR, XRD dan SEM.
Sunardi, Irawati, U. dan Wianto, T., Karakterisasi Kaolin Lokal ..............
HASIL DAN PEMBAHASAN
FTIR
61
yang memiliki perbedaan lingkungan
Berdasarkan serapan spektra
yaitu –OH yang terikat pada atom Al
dari
oktahedral pada permukaan atau pada
proses
sampel
kalsinasi
kaolin
pada
sebelum
Gambar
2,
antar lapis silikat.
terlihat puncak serapan tajam pada -1
daerah 400 cm
yang merupakan
Bilangan fungsional
gelombang
tersebut spektra
kaolin
sama
serapan hasil vibrasi Si-O dan puncak
dengan
serapan pada daerah 540,07 cm-1 yang
dikemukakan oleh Belver et al., (2002)
merupakan serapan hasil vibrasi ulur
yaitu pada bilangan gelombang 468
dari Si-O-AlVI (Al oktahedral).
dan 428 cm-1 (adanya vibrasi ulur Si-
Pita
data
hampir
gugus
yang
serapan yang muncul pada bilangan
O), 536 cm-1 (vibrasi
gelombang 1010,70 dan 1033,85 cm-1
oktahedral), 1633 cm-1 (vibrasi tekuk –
menunjukkan vibrasi ulur Si-O- yang
OH), 3459 cm-1 (vibrasi ulur –OH) dan
merupakan serapan khas dari mineral
3696
kaolinit.
oktahedral).
Selain itu, puncak serapan
cm-1
(vibrasi
Si-O-AlVI, Al
ulur
–OH,
Hal ini menunjukkan
pada daerah 1620,21 dan 3448,72 cm-1
bahwa
berturut-turut adalah vibrasi tekuk –OH
Tatakan dapat digolongkan ke dalam
yang terperangkap dalam kisi kristal
keluarga mineral silikat alumina yang
dan vibrasi ulur –OH. Sedangkan pada
menyerap air yang mengarah pada
-1
puncak serapan daerah 3600 cm
struktur
kaolin
asal
mineral kaolinit.
menunjukkan adanya vibrasi ulur –OH
Gambar 2. Spektra FTIR kaolin sebelum dan setelah proses kalsinasi
desa
62
Jurnal Fisika FLUX, Vol. 8 No.1, Pebruari 2011 (59 – 65)
Dari Gambar 2 juga dapat dilihat bahwa puncak-puncak khas dari kaolin sebelum
kalsinasi
tidak
dari
beberapa
ditemukan
Berdasarkan
membandingkan
terlihat
yang
Identifikasi komponen penyusun mineral
2
fungsi
hilang.
pada spektra kaolin setelah kalsinasi. Gambar
gugus
kaolin
dilakukan
dengan
posisi
puncak
perubahan yang signifikan terjadi pada
intensitas
puncak-puncak khas kaolin, dimana
difraktogram sinar-X sampel dengan
beberapa
pada
harga posisi puncak intensitas difraksi
spektra kaolin sebelum kalsinasi hilang
(2θ) standar yang terdapat pada Joint
pada spektra kaolin setelah kalsinasi.
Committee
Hilangnya puncak serapan gugus –OH
Standards (JCPDS).
puncak
yang
ada
-1
pada daerah 4000-3000 cm
difraksi
for
(2θ)
Powder
pada
Diffraction
Harga posisi
yang
puncak intensitas difraksi dari kaolin
sebelum kalsinasi terlihat kuat namun
alam Tatakan ditunjukkan pada gambar
pada spektra setelah kalsinasi tidak
3.
muncul kembali. Hilangnya gugus –OH
pada 2θ (°) = 6,28°; 12,14°; 12,42°;
pada
oleh
12,45°; 18,90°; 20,00°; 20,40°; 20,88°;
dehidroksilasi akibat pemanasan saat
22,12°; 24,88°; 25,00° dan 26,66°.
proses
yang
Harga 2θ (°) untuk mineral kaolinit
Puncak
adalah 12,42°; 20,40°; 24,88°, mineral
gelombang
klorit adalah 6,28°; 12,45°; 18,90°;
-1
25,00°, mineral kuarsa adalah 20,88°;
kaolin
disebabkan
metakaolinisasi
melibatkan
suhu
serapan pada
tinggi.
bilangan
1111, 1033, 1010 dan 910 cm kaolin
yang
menunjukkan
dari
adanya
Puncak-punvak serapan muncul
26,66°,
kristobalit
adalah
22,12°
ikatan antara Si-O dan Al-O tidak
(Amman, 2003) dan mineral
haloisit
terdapat pada spektra kaolin setelah
adalah 12,14°; 20,00° (Tan, 1998).
kalsinasi. Hal ini disebabkan pada
Gambar 3 menunjukkan bahwa
kaolin setelah kalsinasi telah terjadi
difraktogram kaolin setelah kalsinasi
perubahan struktur akibat pemanasan
tidak memberikan puncak-puncak yang
yang menyebabkan putusnya ikatan-
khas selain puncak-puncak dari kuarsa
ikatan antara Si-O dan Al-O. Spektra
akibat
kalsinasi
pada
FTIR
temperatur mencapai 800ºC.
Kaolin
kaolin
sebelum dan
setelah
proses
kalsinasi dapat menjelaskan bahwa
memiliki bentuk yang berlapis-lapis,
proses tersebut dapat menghasilkan
akibatnya
spesies Si dan Al yang reaktif dilihat
lapisnya tidak terlalu kuat, sehingga dengan
interaksi
pemanasan
ikatan
ikatan
antar
antar
Sunardi, Irawati, U. dan Wianto, T., Karakterisasi Kaolin Lokal ..............
63
lapisan kaolin akan mudah putus.
Si-O dan Al-O pada mineral kaolin.
Puncak-puncak dari kaolin sebelum
Mineral
kalsinasi hilang akibat hancur/rusaknya
kerusakan karena berada pada struktur
struktur kaolin menjadi fasa amorf
yang sangat stabil dan baru akan rusak
akibat
pada temperatur yang lebih tinggi, yaitu
proses
kalsinasi
yang
disebabkan tidak cukup kuatnya ikatan
kuarsa
tidak
mengalami
sekitar 1200ºC.
Gambar 3. Difraktogram sinar X kaolin sebelum dan setelah proses kalsinasi (komposisi K = Kaolinit, H= Haloisit, K = Kuarsa, Cl= Clorit dan Cr = Cristobalit)
Gambar 4. Foto SEM kaolin sebelum dan sesudah proses kalsinasi
64
Jurnal Fisika FLUX, Vol. 8 No.1, Pebruari 2011 (59 – 65)
Analisis morfologi dari kaolin
dan terjadi pembentukan metakaolin
sebelum dan setelah kalsinasi berupa
dengan fasa amorf mengikuti reaksi
hasil foto menggunakan SEM disajikan
berikut (Alkan, 2005) :
pada Gambar 4 yang menunjukkan bahwa
kandungan
dominan
Al2Si2O5(OH)4 (s) Al2Si2O5(OH)xO2-x (s) + (2-x/2) H2O (l)
dari
morfologi khas kaolin yang berupa kelompok
lembaran
berlapis
dengan
heterogen. ukuran
ukuran
Struktur
yang
kaolin
µm
1-10
heksagonal
memiliki
dengan
jumlah
KESIMPULAN Proses kalsinasi kaolin pada temperatur
800ºC
menunjukkan
selama
terjadinya
3
jam
kerusakkan
lembaran tiap lapis sekitar 10-50 buah
struktur dari kaolin menjadi fasa amorf
(Murray, 2000). Gambar foto SEM
tanpa diikuti kerusakan dari fraksi
kaolin
kuarsa
setelah
proses
kalsinasi
menunjukkan perubahan morfologi dari
yang
mempunyai
stabilitas
termal lebih tinggi.
kaolin dengan penampakan berupa telah
hancurnya
lembaran
Penulis
pseudoheksagonal dari kaolin awal. Kalsinasi pada
adalah
temperatur
menghilangkan serta
pemanasan
tertentu
komposisi
menghilangkan
(dehidroksilasi).
untuk tertentu
molekul
Pada
temperatur
pada pori di permukaan kaolin. Pada temperatur
~100-400ºC
terjadi
penghilangan
berat yang
berkaitan
proses
merupakan lapisan
predehidrasi,
hasil
penataan
oktahedral,
yang ulang
pertama-tama
terjadi pada gugus OH dipermukaan dan terjadi
pada
temperatur proses
mengucapkan
terima
kasih kepada Sdri. Teti Wahyuningsih, Fitriani dan Hesti Yuliana yang telah membantu pelaksanaan penelitian ini.
air
rendah < 100ºC terjadi penyerapan air
dengan
UCAPAN TERIMA KASIH
~400-800ºC dehidroksilasi
(penghilangan gugus OH pada kaolin
DAFTAR PUSTAKA Alkan, M., C. Hopa, Z, Yilmas, H dan Guler., 2005. The effect alkali concentration and solid/liquid ratio on the hydrothermal synthesis of zeolite NaA from natural kaolinite. Microporous and Mesoporous Materials 86, 176-184. Belver, C., Muoz, M,A B., and Vicente, M.A. 2002. Chemical Activated Of A Kaolin Under Acid And Alkaline Conditions. Chem. Mater. 14: 2033-2043.
Sunardi, Irawati, U. dan Wianto, T., Karakterisasi Kaolin Lokal ..............
Konta, J. 1995. Clay and Man: Clay Row Materials in The Service of Man. Appl. Clay Sci. Murray, H. H. 1999. Traditional and New Applications for Kaolin, Smectit, and Plygorskite: A General Overview. Appl. Clay Sci. Murray, H. H,. 2000. Traditional and New Applications for Kaolin, Smectite, and Polygorskita: A general overview. Appl. Clay Sci. 34: 39-49.
65
Mursi, S dan Minta R. 1994. ‘Zeolit’. Tinjauan Literatur Pusat Dokumentasi dan Informasi Ilmiah LIPI, Jakarta Sunardi., Arryanto, Y., Sutarno. 2009. Adsorption Gibberelic Acid Onto Natural Kaolin From Tatakan, South Kalimantan. Indo. J. Chem., 2009,9(3), 373-379. Tan, K.H., 1982. Dasar-dasar Kimia Tanah. terjemahan oleh Goenadi, D.H., Edisi I, Gadjah Mada University Press, Yogyakarta.
