Na2SiO3 1
SiO2
+
+
Natrium Silkat [Na2SiO3] (Aramaki, 2001)
2
Silika (SiO2)
Pasir Silika Abu Sekam Padi
3
(Aristanto, 2006)
4
Produksi Na2SiO3 = 4.000.000 ton/tahun
(KEMI, 2008)
5
Metode Umum Pengendalian Korosi :
Inhibitor Korosi
Natrium Silikat = Inhibitor ekonomis, efisiensi tinggi, & green inhibitor 6
Sintesis Senyawa Natrium Silikat dari Silika Lumpur Lapindo sebagai Inhibitor Korosi pada Lingkungan Asam Dan Garam
Ahmad Fauzan ‘Adziimaa NRP 2409 100 028
Dosen Pembimbing I Dr-Ing. Doty Dewi Risanti, S.T., M.T. Dosen Pembimbing II Lizda Johar Mawarani, S.T., M.T.
7
Tujuan Penelitian Melakukan sintesis senyawa inhibitor korosi natrium silikat (Na2SiO3) dari silika lumpur Lapindo
Menghitung nilai efisiensi natrium silikat (Na2SiO3) hasil sintesis sebagai inhibitor korosi
8
Batasan Penelitian Perhitungan laju korosi menggunakan metode kehilangan berat (weight loss) yang mengacu pada ASTM G1-03 dengan variasi perbedaan volume inhibitor Larutan uji yang digunakan adalah air garam yang dibuat dengan NaCl 3,5% dan lumpur Lapindo yang dikondisikan pada suhu 100oC 9
Natrium Silikat dapat disintesis : Na2CO3 + SiO2 → Na2SiO3 + CO2 2NaOH + SiO2 → Na2SiO3 + H2O
SiO2 + Na2O → Na2SiO3
10
Prinsip Dasar Korosi Komponen saat terjadi korosi :
Anoda
Elektrolit
Katoda
Hubungan Listrik
2Fe2O3 + 3C 4Fe + 3CO Fe + O2 + H2O Fe2O3.H2O
11
Jenis Korosi pada Logam
(a)
(b)
(c)
(d) (e) (f) Gambar 2.1 Jenis-jenis korosi a) korosi seragam b) korosi c) korosi retak tegangerosi d) korosi erosi e) a. Korosisumuran seragam d. Korosi korosi galvanik f) korosi celah (Listanto, 2011)
b. Korosi sumuran c. Korosi retak tegang
e. Korosi galvanik f. Korosi celah
12
Pengendalian Korosi dengan Inhibitor
Efisiensi inhibitor (%) =
(𝐶𝑅 𝑛𝑜𝑛 𝑖𝑛ℎ−𝐶𝑅 𝑖𝑛ℎ) 𝐶𝑅 𝑛𝑜𝑛 𝑖𝑛ℎ𝑖𝑏𝑖𝑡𝑜𝑟
x 100% 13
Laju Korosi
Corrosion Rate (CR) = (𝑨𝑺𝑻𝑴 𝑮𝟏 − 𝟎𝟑)
dimana : K : konstanta laju korosi W : berat yang hilang (gr) A : luas permukaan (cm2) D : densitas logam (gr/cm3) T : waktu (jam)
𝑲𝑾 𝑫𝑨𝑻
14
Mulai Persiapan alat dan bahan
Alat :
Mesin gerinda
Ultrasonic cleaner
Mesin bubut
Oven
Furnace
Gunting
Hairdryer
Kertas Bahan : saring
Pipa besi PDAM pH meter digital HCl 37% Tabung Reaksi Penjepit HCl teknis Kayu NaCl teknis Gelas beaker Aquades
Timbangan digital
Kamera digital
Lumpur Lapindo Gunting Sidoarjo Mortar Alumina Kain bludru Acetone Selotip double tip NaHCO3 Ultrasonic cleaner NaOH teknis Tidak Oven
Magnetic stearer
Kertas saring
Mesin gerinda
Lampu 20 watt
Amplas #400, #600, #800, #1000, #1200, dan #2000
Mesin grinder dan polisher
Metodologi Penelitian
Preparasi sampel
Uji XRD
Preparasi larutan uji
Tidak
Ekstrasi SiO2 dari lumpur Lapindo
Ya Sintesis Na2SiO3
Pengujian korosi
Ya Perhitungan dan analisa
Uji FTIR
Pembuatan laporan Selesai 15
Ekstraksi SiO2 1
2 Titrasi dengan HCl 3M pada suhu 40oC
3
5 4
Endapan Silika (SiO2) 16
Sintesis Natrium Silikat NaOH 8 gram + aquades 10 ml
+ 6 gram SiO2
17
Preparasi Sampel 1 - Sampel dipotong dari pipa PDAM - Ukuran 1 x 1 cm2 - Diamplas #400, #600, #800, #1200, #2000 menggunakan mesin grinder 25rpm - Dipoles menggunakan alumnina
5
4
3
2
Penimbangan sampel Dengan timbangan analitik 0,1 mg 18
Persiapan Larutan Uji 1
2
Larutan Lumpur Panas
Larutan NaCl 3,5% 5 hari perendaman
100oC Berdasarkan ASTM G31-72 untuk uji rendam skala laboratorium, volume larutan uji adalah 0,4 kali luas permukaan sampel. Maka dengan luas permukaan sampel sebesar 320 mm2, larutan uji yang digunakan adalah sebanyak : Volume larutan = 0,4 x 320 mm2 = 128 ml 19
Hasil Karakterisasi SEM EDX Sampel Pipa Besi PDAM Unsur
Wt (%)
At %
C
14,12
41,12
Si P S Cr Mn Fe Ni
07,59 00,50 00,28 00,33 01,07 75,73 00,37
09,45 00,57 00,30 00,22 00,68 47,42 00,22
(ASM internasional)
20
Hasil XRD Silika (SiO2) 4000
SiO2
3500
Puncak SiO2 pada daerah 2Ɵ = 23O (Martinez, 2006)
3000
Intensitas
2500 2000
Puncak SiO2 pada daerah 2Ɵ = 26,66O (Davraz, 2005)
1500 1000 500 0
10
20
30
40
50
60
2
Puncak SiO2 pada daerah 2Ɵ = 26O 21
Hasil FTIR Natrium Silikat 1
2
3
4
5
6 78
9
Si-O (Na) stretching (954.44 cm-1)
100
% Transmittance
80
60
40
20
O-Si-O (876.63 cm-1)
0 4000
3500
3000
2500
2000
-1
Wavenumber (cm )
Si-O (Na) stretching 1005 cm-1 (Halasz, 2010)
1500
1000
500 22
Kinerja Inhibitor Natrium Silikat (Larutan Lumpur) 70
Laju Korosi (mpy)
60 50 40 30 20 8
9
10
11
12
pH Larutan Lumpur
Corrosion Rate (CR) =
𝐾𝑊 𝐷𝐴𝑇
(𝐴𝑆𝑇𝑀 𝐺1 − 03) 23
Efisiensi Inhibitor Natrium Silikat (Larutan Lumpur) 70 60
Efisiensi (%)
50 40 30 20 10 0 0
2
4
6
8
10
Volume Inhibitor (ml)
(𝐶𝑅 𝑛𝑜𝑛 𝑖𝑛ℎ − 𝐶𝑅 𝑖𝑛ℎ) Efisiensi inhibitor (%) = x 100% 𝐶𝑅 𝑛𝑜𝑛 𝑖𝑛ℎ𝑖𝑏𝑖𝑡𝑜𝑟 24
Kinerja Inhibitor Natrium Silikat (Larutan NaCl 3,5%) 7.0 6.5
Laju Korosi (mpy)
6.0 5.5 5.0 4.5 4.0 3.5
8
9
10
11
12
pH Larutan Garam
Corrosion Rate (CR) =
𝐾𝑊 𝐷𝐴𝑇
(𝐴𝑆𝑇𝑀 𝐺1 − 03) 25
Efisiensi Inhibitor Natrium Silikat (Larutan NaCl 3,5%) 50 y = 42,4 - 42,4e
-x/0,94
Efisiensi (%)
40 30 20 10 0 0
2
4
6
8
10
Volume Inhibitor (ml)
(𝐶𝑅 𝑛𝑜𝑛 𝑖𝑛ℎ − 𝐶𝑅 𝑖𝑛ℎ) Efisiensi inhibitor (%) = x 100% 𝐶𝑅 𝑛𝑜𝑛 𝑖𝑛ℎ𝑖𝑏𝑖𝑡𝑜𝑟
26
Kesimpulan Silika yang terkandung dalam lumpur Lapindo dapat diekstraksi dengan cara mereaksikan lumpur dan larutan 7M NaOH yang kemudian dititrasi dengan HCl 3M untuk mendapatkan endapan silika amorf. Senyawa Natrium Silikat (Na2SiO3) dapat disintesis dengan cara mereaksikan silika lumpur Lapindo dengan NaOH teknis. Natrium Silikat hasil sintesis dapat digunakan sebagai inhibitor korosi pada besi high carbon dalam larutan asam (lumpur Lapindo) dengan efisiensi tertinggi 60,73% dan larutan garam NaCl 3,5% dengan efisiensi tertinggi 42,37%
27
Terima Kasih
28
Pengaruh ion Cl- terhadap Laju Korosi
29
Pelarut NaOH : 2NaOH + SiO2 → Na2SiO3 + H2O Ion Na+ pada NaOH mudah terionisasi membentuk ion natrium dan hidroksida (Keenan dkk., 1989)
Na2SiO3 selalu stabil dalam larutan murni & alkalin. Dalam larutan asam, ion silikat bereaksi dengan ion hidrogen untuk membetuk asam silikat yang bila dipanaskan akan membentuk silika gel (Fairus, 2009)
NaOH ekonomis dan mudah didapat, Kelarutan NaOH sangat tinggi = 370.000 mg/L Silika amorf mempunyai kereaktifan kimia yang tinggi dibanding bentuk kristalnya sehingga mudah bereaksi dengan senyawa lain Konsentrasi NaOH yang lebih pekat akan mendorong terjadinya reaksi antara silika dengan NaOH. Nilai kelarutan silika amorf sangatlah rendah pada kondisi pH kurang dari 10 dan akan meningkat pada pH lebih dari 10. (Kalapathy, 2002) 30
Lapisan protektif yang terbentuk 1. Fe(OH)2 2. Fe(OH)3 3. FeSiO3 4. Fe2(SiO3)3 5. NaOH 6. Na2SiO3
31
Korosi Besi 2Fe2O3 + 3C 4Fe + 3CO Fe + O2 + H2O Fe2O3.H2O Untuk mereduksi besi oksida (Fe2O3) yang terdapat di alam menjadi unsur (bahan) besi dibutuhkan energi termal, maka dengan demikian unsur besi tersebut mempunyai energi yang tinggi. Oleh karena itu secara spontan dan alamiah besi akan bereaksi kembali dengan oksigen yang tedapat di alam untuk membentuk besi oksida
32
33
34
Kandungan Komposisi Kimia Lumpur Lapindo
Karakteristik Kimia Kadar Air Kadar Klorida (Cl-) Kadar Sulfat (SO42-)
Lumpur Lapindo Lumpur Sawah 41,20 % 61,20 % 3,18 % 0,45 % 1,46 % 0,78 %
35
Kinerja Inhibitor Natrium Silikat (Larutan Lumpur)
70
𝑦=
Laju Korosi (mpy)
60
70,3 − 27,6 + 27,6 1 + 𝑒 (𝑥−3,6)/0,5
50
40
30
20 0
2
4
6
8
10
Volume Inhibitor (ml)
Corrosion Rate (CR) =
𝐾𝑊 𝐷𝐴𝑇
(𝐴𝑆𝑇𝑀 𝐺1 − 03) 36
Efisiensi Inhibitor Natrium Silikat (Larutan Lumpur) 70 60
Efisiensi (%)
50 40
𝑦=
30
−60,73 + 60,73 1 + 𝑒 (𝑥−3,6)/0,5
20 10 0 0
2
4
6
8
10
Volume Inhibitor (ml)
(𝐶𝑅 𝑛𝑜𝑛 𝑖𝑛ℎ − 𝐶𝑅 𝑖𝑛ℎ) Efisiensi inhibitor (%) = x 100% 𝐶𝑅 𝑛𝑜𝑛 𝑖𝑛ℎ𝑖𝑏𝑖𝑡𝑜𝑟 37
Kinerja Inhibitor Natrium Silikat (Larutan NaCl 3,5%) 7.0 6.5
y = 3,83 + 2,81e
-x/0,94
Laju Korosi (mpy)
6.0 5.5 5.0 4.5 4.0 3.5 0
2
4
6
8
10
Volume Inhibitor (ml)
Corrosion Rate (CR) =
𝐾𝑊 𝐷𝐴𝑇
(𝐴𝑆𝑇𝑀 𝐺1 − 03) 38
Efisiensi Inhibitor Natrium Silikat (Larutan NaCl 3,5%) 50 y = 42,4 - 42,4e
-x/0,94
Efisiensi (%)
40 30 20 10 0 0
2
4
6
8
10
Volume Inhibitor (ml)
(𝐶𝑅 𝑛𝑜𝑛 𝑖𝑛ℎ − 𝐶𝑅 𝑖𝑛ℎ) Efisiensi inhibitor (%) = x 100% 𝐶𝑅 𝑛𝑜𝑛 𝑖𝑛ℎ𝑖𝑏𝑖𝑡𝑜𝑟
39
(anodik) K – Za – Na – Mn – Al – Zn – Fe – Sn – Pb – H – Cu – Hg – Ag – Pt – Au (katodik)
40
41
Konsentrasi Natrium Silikat Hasil Sintesis
2NaOH + SiO2 → Na2SiO3 + H2O 0,5 mol ; 0,17 mol → 0,17 mol + 0,17 mol M Na2SiO2 = n/V = 0,17/0,007 = 24,3 mol/L
42
Korosi pada besi Persamaan reaksi reduksi yang dialami oleh oksigen 4e- + 2H2O(l) + O2(g) 4OH-(aq) Persamaan reaksi oksidasi yang dialami oleh besi 2Fe(s) 2Fe2+(aq) + 4ePersamaan keseluruhan yang terjadi pada proses korosi logam paduan besi
43
Ion Fe2+ dan OH- berpindah secara difusi di dalam air. Kemudian kedua ion tersebut bertemu dan bereaksi menghasilkan endapan (precipitate) Besi (II) Hidroksida atau Fe(OH)2, yang kemudian teroksidasi menjadi Besi (III) Hidroksida ataun Fe(OH)3, dan akhirnya terdehidrasi membentuk produk karat (Tamura, 2007). Tahapan pembentukan produk karat dapat dilihat pada persamaan
Diagram Phourbaix
Skema Uji SEM EDX
Skema Uji XRD
47
Skema Uji FTIR
48
Mekanisme Inhibisi Oleh Natrium Silikat • Natrium silikat menghambat korosi dengan membentuk lapisan silika tipis pada permukaan logam dengan mekanisme adsorpsi. • Adsorpsi atau penjerapan adalah suatu proses yang terjadi ketika suatu fluida, cairan maupun gas , terikat kepada suatu padatan atau cairan (zat penjerap, adsorben) dan akhirnya membentuk suatu lapisan tipis atau film (zat terjerap, adsorbat) pada permukaannya. berbeda dengan absorpsi yang merupakan penyerapan fluida oleh fluida lainnya dengan membentuk suatu larutan. • Adsorption is a process that occurs when a gas or liquid solute accumulates on the surface of a solid or a liquid (adsorbent), forming a molecular or atomic film (the adsorbate). It is different from absorption, in which a substance diffuses into a liquid or solid to form a solution. The term sorption encompasses both processes, while desorption is the reverse process.
• Pertama, natrium silikat membentuk lapisan tipis pada area anoda. Jumlah endapan film tergantung dari jumlah produk korosi yang terjadi pada logam. • Silika yang bermuatan negatif akan bereaksi dengan kation untuk membentuk lapisan/film • Penambahan silikat secara berkala akan menyembabkan film meluas ke daerah katodik 51
• Besi merupakan salah satu logam yang memiliki sifat allotropi. Sifat allotropi yang dimiliki besi sendiri ada 3, yaitu : • Delta iron (δ) mampu melarutkan karbon max 0,1% pada 1500° C • Gamma iron (γ) mampu melarutkan karbon max 2 % pada 1130° C • Alpha iron (α) mampu melarutkan karbon max 0,025% pada 723° C 52
Diagram Fase Besi – Karbon Dalam kondisi cair karbon dapat larut dalam besi. Dalam kondisi padat besi dan karbon dapat membentuk : • Larutan padat (solid solution) • Senyawa interstitial (interstitial compound) • Eutectic mixture : campuran antara austenite (γ) dan cementite (Fe3C) • Eutectoid mixture : campuran antara ferrite (α) dan cementite (Fe3C) • Grafit : karbon bebas, tidak membentuk larutan padat ataupun tidak berikatan membentuk senyawa dengan Fe.
53
