BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Besi di alam ditemukan dalam bentuk senyawa hematit (Fe2O3) dan

magnetit (Fe3O4). Selain berikatan dengan oksigen membentuk oksida besi, besi

juga tercampur dengan pengotor- pengotor seperti sulfur, posfor dan lain- lain.

Sewaktu dilebur, pengotor - pengotor tersebut terpisah dari besi membentuk terak,

untuk mengikat dan menghasilkan terak diperlukan batu kapur (CaCO3) selain itu

juga digunakan untuk menjaga kebasaan furnace.

Batu kapur tidak dapat langsung bereaksi dengan terak di furnace,

sehingga harus diubah menjadi oksida (CaO), dengan proses kalsinasi yang dapat

dilakukan baik secara langsung maupun secara terpisah dengan furnacenya.

Kalsinasi merupakan salah satu proses pra-olahan dengan tujuan untuk

menghilangkan air kristal (hidrat) ataupun karbonat yang terkandung dalam bijih,

dengan melakukan pemanasan pada temperatur yang tidak melebihi temperatur

lelehnya.

1.2 Tujuan Percobaan

Adapun tujuan dari percobaan ini yaitu untuk mengetahui dan mempelajari

pengaruh variasi bentuk bijih pada reaksi kalsinasi yang dilakukan pada

temperatur tertentu selama waktu tertentu.

1.3 Batasan Masalah

Pada percobaan ini, permasalahan dibatasi mengenai penggunaan variasi

bentuk bijih yang akan dilakukan kalsinasi, sehingga dapat diketahui pengaruhnya

terhadap perubahan berat produk yang dihasilkan.

1

1.4 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan laporan ini terdiri dari lima bab sebagai kajian

utama. Bab I menjelaskan latar belakang, tujuan percobaan, batasan masalah, dan

sistematika penulisan laporan yang digunakan. Bab II merupakan tinjauan pustaka

yang berisi mengenai teori singkat yang terkait dengan percobaan yang dilakukan.

Bab III menjelaskan mengenai metode penelitian yang dilakukan. Bab IV

menjelaskan mengenai hasil percobaan, dan pembahasan berdasarkan tinjauan

pustaka dari data yang telah diperoleh. Bab V menjelaskan mengenai kesimpulan

dari percobaan yang telah dilakukan, yang dilengkapi dengan saran seputar

percobaan. Sebagai kajian tambahan, di akhir laporan terdapat lampiran yang

memuat contoh perhitungan, jawaban pertanyaan dan tugas khusus, gambar alat

dan bahan yang digunakan dalam praktikum serta blanko percobaaan.

2

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Definisi Kalsinasi

Kalsinasi adalah penghilangan air, karbon dioksida, atau gas lain yang

mempunyai ikatan kimia dengan bijih. Kalsinasi dikerjakan pada temperatur

tinggi tanpa terjadi pelelehan dan disertai dengan penambahan reagen, hal ini

dimaksudkan untuk mengubah bentuk senyawa konsentrat. Kalsinasi biasa disebut

juga Dekomposisi Thermal (penguraian dengan temperatur). Contoh: Hidrat,

karbonat, FeCO3, Mg(OH)2, MgCO3, CaCO3. Penghilangan air dalam senyawa

karbonat dilakukan dalam berbagai variasi temperatur tergantung jenis senyawa

dan ikatan air pada senyawa. Kalsinasi merupakan proses endotermik yang berarti

memerlukan panas, dan juga lebih endotermik daripada proses Drying.

Dalam aplikasinya di industri, kalsinasi dilakukan dalam berbagai furnace,

diantaranya yaitu:

1. Untuk kuarsa, CaCO3, digunakan Shaft Furnace.

2. Untuk lumps digunakan Rotary Kiln.

3. Untuk material of uniform dengan ukuran kecil digunakan Fluidized

Bed.

Kalsinasi adalah thermal treatment yang dilakukan terhadap bijih dalam

hal ini batu kapur agar terjadi dekomposisi dan juga untuk mengeleminasi

senyawa yang berikatan secara kimia dengan batu kapur yaitu karbon dioksida

dan air. Proses yang dilakukan adalah pemanggangan dengan temperatur yang

bervariasi bergantung dari jenis senyawa karbonat. Kebanyakan senyawa karbonat

berdekomposisi pada temperatur rendah. Contoh, MgCO3 pada temperatur 417oC,

MnCO3 pada 377oC, dan FeCO3 pada 400oC. Tetapi untuk kalsium karbonat

diperlukan suhu 900oC untuk melakukan dekomposisi hal ini dikarenakan ikatan

kimia yang cukup kuat pada air kristal.

3

Kalsinasi adalah proses yang endotermik, yaitu memerlukan panas. Hal ini

dapat dilihat dari nilai ΔHo yang postif. Panas diperlukan untuk melepas ikatan

kimia dari air kristal karena dengan panas maka ikatan kimia akan menjadi

renggang dan pada temperatur tertentu atom- atom yang berikatan akan bergerak

sangat bebas menyebabkan terputusnya ikatan kimia. Panas juga diperlukan untuk

mengoksidasi batu kapur menjadi oksidanya.

Reaksinya :

CaCO3 = CaO + CO2, ΔHo = 42,5 Kcal..............(1)

Panas mengalir secara konduksi ke seluruh bagian batu kapur. Laju

kalsinasi batu kapur memiliki persamaan dengan reaksi yang dikendalikan oleh

difusi. Dengan ukuran dan bentuk butiran yang sama, semakin tinggi temperatur

semakin cepat proses dekomposisi. Waktu yang diperlukan dalam proses kalsinasi

bergantung pada ukuran dan bentuk dari butiran batu kapur. Dengan temperatur

yang sama semakin kecil ukuran semakin cepat proses kalsinasi, bentuk yang

bulat akan mempercepat proses kalsinasi.

2.2 Aspek Termodinamika dari Kalsinasi

Pada aspek termodinamika kalsinasi batu kapur, menghasilkan reaksi

kimia yang terjadi adalah :

CaCO3 = CaO + CO2

Dari suatu padatan batu kapur (CaCO3) dihasilkan suatu padatan oksida kapur

bakar (CaO) dan gas karbondioksida. Dalam keadaan kesetimbangan didapatkan

suatu ketetapan kesetimbangan:

K=

[CaO ] [CO2 ][CaCO3 ]

..................................................................................(2)

Dapat dimisalkan aktifitas dari padatan adalah satu (a = 1). Maka persamaan

menjadi,

K=[CO2 ] .............................................................................................(3)

gas dinyatakan dalam bentuk tekanan,

4

K=PCO2

................................................................................................(4)

jadi tetapan kesetimbangan dari reaksi kalsinasi batu kapur adalah PCO2 .

Untuk menentukan apakah reaksi kalsinasi batu kapur dapat berlangsung

atau tidak dapat dilihat dari nilai ΔGo dari reaksi, jika nilainya adalah negatif

maka reaksi dapat berlangsung. Persamaan energi bebas dari reaksi dekomposisi

batu kapur adalah:

∆GT0 = 40.250-34.4T kal/mol..............................................................(5)

2.3 Aspek Kinetika Dari Kalsinasi

Temperatur Pada saat proses kalsinasi, batu kapur dipanaskan hingga

mencapai 900oC. Energi panas yang dihasilkan oleh furnace mengalir secara

konduksi ke seluruh bagian permukaan batu kapur. Panas tersebut cukup untuk

menguraikan batu kapur menjadi oksidanya dan gas karbon dioksida. Proses

penguraian tersebut menyebabkan massa dari batu kapur berkurang.

Gambar 2.3 Zone Kalsinasi dalam Furnace dan Temperature Kalsinasi

Dalam furnace ada tiga zone pemanasan dalam kalsinasi :

1. The preheating zone

Batu kapur dipanaskan sampai 800oC, belum terjadi reaksi kalsinasi.

2. The reaction zone

5

Batu kapur dipanaskan dengan suhu 900oC, temperatur efektif untuk

proses kalsinasi batu kapur. Dalam zone ini terjadi reaksi kalsinasi.

3. The cooling zone

Batu kapur yang dipanskan, dalam zone ini didinginkan sampai suhu

100oC. Proses kalsinasi banyak digunakan dalam industri, seperti pada

industri semen, pembuatan serbuk nikel ferit dan pembuatan kalsium

hidrofosfat.

6

BAB III

METODE PERCOBAAN

3.1 Diagram Alir Percobaan

Percobaan ini secara umum digambarkan dalam bentuk diagram alir

sehingga memudahkan pelaksanaan percobaan.

7

Persiapan 3 sampel Batu kapur

Penggerindaan batu kapur untuk membuat bentuk

bola, kubus, dan balok

Penimbangan sampel batu kapur yang sudah dibentuk

mengunkan

Proses Pemanasan di Tube Furnace

selama 10 menit pada suhu 900oC

Pengeluaran sampel dan pendinginan, kemudian

penimbangan berat akhir sampel

Pembahasan

Kesimpulan

Data Literatur

Gambar 3.1 Diagram Alir Percobaan

3.2 Alat dan Bahan

3.2.1 Alat yang digunakan

1. Tube Furnace

2. Crucible Baja (tempat sampel untuk kalsinasi)

3. Neraca Teknis

4. Penjepit

5. Kikir

6. Batu kapur

7. Sarung Tangan

8. Stopwatch

7. Jangka Sorong

8. Mesin Grinda

9. Martil ( Palu )

10. Penjepit

3.2.2 Bahan yang digunakan

1. Batu kapur 3 buah

1.3 Prosedur Percobaan

1. Mempersiapkan 3 buah batu kapur.

2. Membentuk batu kapur tersebut menjadi bentuk kubus, bola, dan

Balok.

3. Menimbang berat dan ukuran batu kapur.

4. Memanaskan batu kapur pada 900o selama 15 menit.

5. Setelah dilakukan pemanasan, mengeluarkan sampel batu kapur

dengan penjepit dan mendinginkan batu kapur tersebut kemudian

ditimbang kembali.

6. Melakukan pengamatan dan pembahasan data hasil berat dan ukuran

batu kapur tersebut.

8

7. Membuat kesimpulan.

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Percobaan

Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan, diperoleh data percobaan

yang ditunjukkan dalam tabel 1.

Tabel 4.1 Hasil Kalsinasi Batu Kapur pada Temperatur 900OC selama

10 menit.

No Sample Temperature Massa ( gram ) P co2

     Sebelum

PemanasanSesudah

pemanasan  

1 Bola 900OC 11, 5 gr 10,1 gr 1,044

2 Kubus 900OC 2 gr 1 gr 1,044

3 Balok 900OC 7,3 gr 6,9 gr 1,044

4.2 Pembahasan

Mengacu pada tabel 4.1 pada sub bab hasil percobaan, maka dapat di

jelaskan hubungan fraksi yang bereaksi pada bijih batu kapur yang dilakukan

proses kalsinasi dengan variari bentuk, sesuai dalam gambar 4.2

9

bulatkubus

balok

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

sampel

Frak

si ya

ng b

erea

ksi

Gambar 4.2 Grafik Hubungan Bentuk Sampel terhadap Jumlah Fraksi yang

Bereaksi pada Sampel yang Mengalami Kalsinasi

Berdasarkan tabel 4.1 data menunjukan bahwa pada sampel yang

berbentuk bola, setelah dilakukan proses kalsinasi, fraksi yang bereaksi

menunjukkan hasil terbesar yaitu sebesar 0,12 %. Untuk bentuk Kubus sebesar

0,5% hal ini di sebabkan bentuk kubus tidak tepat dan ukuran terlalu kecil

sehingga menghasilkan data yang tidak akurat sehingga nilai fraksi tidak sesuai

dengan literatur, yang mana literatur menjelaskan bahwa nilai fraksi terbesar

seharusnya nilai fraksi bentuk bola. Sedangkan untuk bentuk balok ukuran dan

bentuk cukup sesuai, kesimpulan ini dapat di ambil karena jumlah fraksi pada

bentuk balok lebih kecil di bandingkan bentuk bola yakni sebesar 0,054%. Hal ini

berarti bahwa bentuk sampel bola lebih mudah bereaksi atau terdekomposisi

akibat dilakukannya kalsinasi. Sedangkan pada dua sampel lainnya, nilai fraksi

yang bereaksi yang lebih rendah menunjukkan bahwa bentuk sampel seperti

tersebut kurang optimum untuk bereaksi. Artinya, untuk mendapatkan fraksi yang

sama, dibutuhkan waktu reaksi kalsinasi yang lebih lama.

Sesuai dengan literatur bahwa bentuk bola lebih mudah bereaksi atau

menurut teori kinetika reaksi, bentuk benda yang menyerupai partikel bola (sangat

halus), maka akan lebih mudah bereaksi sehingga perolehan fraksi yang

bereaksinya akan lebih besar. Adapun pada hasil percobaan yang diperoleh dari

praktikum kalsinasi ini, ternyata benar sampel bentuk bola mengalami

10

pengurangan berat yang paling besar yaitu 1,4 gr. Oleh karena itu, mengacu

kepada data percobaan dengan perbandingan berat awal dan berat akhir sampel

serta sesuai dengan tinjauan literatur, maka dapat diketahui bahwa sampel

berbentuk bola lebih mudah bereaksi dibandingkan sampel berbentuk kubus

ataupun balok.

11

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

1.1 Kesimpulan

Setelah melakukan praktikum Kalsinasi di Laboratorium Metalurgi I

didapat kesimpulan sebagai berikut :

1. Sampel berbentuk bola lebih mudah bereaksi dibandingkan dengan

sampel berbentuk balok, hal ini ditunjukkan dengan nilai fraksi yang

bereaksi pada sampel bentuk bola memiliki nilai yang paling tinggi,

dengan catatan bahwa temperatur dan waktu proses kalsinasi dibuat

sama untuk semua jenis bentuk sampel.

2. Perbandingan pengurangan berat sampel terhadap berat awal memiliki

nilai paling besar pada sampel bentuk bola yaitu sebesar 1,4 gr

sehingga dapat dikatakan bentuk bola lebih mudah bereaksi

dibandingkan sampel dengan bentuk kubus ataupun prisma segitiga.

5.2 Saran

Saran yang dapat diberikan untuk praktikum kalsinasi pada kesempatan

selanjutnya, yaitu membuat bentuk sampel batu kapur dengan benar sehingga

ukuran geometrinya dapat diukur dengan teliti dan menggunakan variasi waktu

agar praktikan dapat mengetahui pengaruhnya terhadap kehilangan berat setelah

proses kalsinasi. Untuk lebih memahami pemahaman tentang kalsinasi, maka

dapat juga dilakukan praktikum kalsinasi dengan jenis sampel yang berbeda,

selain batu kapur untuk menghilangkan kandungan karbonat, misalnya dengan

menggunakan sampel yang mengandung air kristal (hidrat) sehingga dapat

diketahui sampel jenis apa yang lebih cepat bereaksi dengan proses kalsinasi

dengan waktu dan temperatur tertentu.

12