BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Senyawa – Senyawa Magnesium

Magnesium merupakan unsur kimia di dalam sistem berkala yang

mempunyai simbol Mg bernomor atom 12 dan mempunyai berat atom 24,31.

Magnesium berasal dari bahasa Yunani untuk sebuah daerah di Thessaly yang

bernama Magnesia. Joseph Black dari Inggris yang memperkenalkan magnesium

sejenis unsur pada tahun 1755, Sir Humphry Davy memisahkan logam magnesium

secara elektrolisis pada tahun 1808 dari campuran magnesia dan HgO, sementara

A.A.B. Bussy telah menyediakan dalam bentuk koheren pada tahun 1831.

Magnesium merupakan unsur kedelapan paling banyak terdapat dalam kerak Bumi

sebesar 1,9 persen. (Thophick, 2008)

Magnesium ini digunakan sebagai bahan untuk membuat campuran

aluminium magnesium, yang biasanya dinamakan magnalium.

Gambar 2.1 Magnesium Padat

Magnesium murni tidak terdapat di alam sebagai unsur, namun dalam bentuk

senyawa dalam mineral. Sebagai contoh magnesium dalam bentuk senyawa karbonat

terdapat dalam mineral magnesit dan dolomit (MgCO3.CaCO3). Air laut mengandung

0,13% magnesium, dan merupakan sumber magnesium yang tidak terbatas.

(Rhamandica, 2009)

Sumber garam magnesium yang terpenting adalah air laut, sumur garam,

bittern (cairan sisa penguapan) dari air laut, air asin, dolomite, dan magnesit

(MgCO3). Senyawa magnesium banyak digunakan untuk refraktori dan bahan isolasi,

disamping juga dalam pembuatan karet, tinta cetak, obat-obatan, dan bahan

kebersihan misalnya magnesium oksida mulai banyak yang dipakai dalam sistem

pengendalian pencemaran udara untuk menyingkirkan sulfur dioksida dari gas

cerobong asap.

Universitas Sumatera Utara

Pembuatan senyawa magnesium dari air laut sudah lama dilaksanakan di

Jerman. Hasil penelitian kimia dan fisika, International Minerals and Chemical

Corp. adalah pembuatan magnesium klorida dari langbeinit dengan mengeluarkan

kristal kranalit (KCl.MgCl2.6H2O). Garam rangkap ini kemudian diuraikan sehingga

menghasilkan magnesium klorida.

Senyawa magnesium dapat diperoleh dari air laut oleh karena magnesium

hidroksida sukar larut di dalam air. Keberhasilan mendapatkan senyawa magnesium

dari proses tersebut bergantung pada

1. Cara melunakkan air laut yang murah, biasanya dengan gamping atau

dolomit kalsinasi.

2. Pembuatan bubur gamping murni atau dolomit dengan sifat-sifat tertentu

3. Pengeluaran endapan hidroksida secara ekonomis dari sejumlah besar air.

4. Pemurnian endapan hidro secara murah

5. Pengembangan cara penyaringan lendir

Reaksinya adalah :

MgCl2(aq) + Ca(OH)2(s) Mg(OH)2(s) + CaCl2(aq) ∆H = +9,46 kJ

MgSO4(aq) + Ca(OH)2(s) Mg(OH)2(s) + CaSO4(c) ∆H = -13,3 kJ

Mg(OH)2 dapat dikalsinasi pada suhu sekitar 700oC menjadi MgO kimia

aktif, atau pada suhu antara 1475 dan 1650oC menjadi MgO periklase. Mg(OH)2 ini

sangat berlainan dengan Mg(OH)2 yang diendapkan oleh alkali larut atau susu

gamping. Hanya kira-kira 7 persen dolomit yang diperlukan untuk mengendapkan

kristal Mg(OH)2 yang setelah diendapkan. Disaring, dan dicuci. Hidroksida ini

kemudian dapat dikonversikan menjadi produk-produk lain (Austin, 1996).

2.2 Kegunaan Magnesium Hidroksida (Mg(OH)2)

Magnesium dalam senyawa Mg(OH)2 banyak digunakan dalam kegiatan

beberapa industri, antara lain sebagai bahan refraktori, bahan pengisi kertas, dan

dalam pembuatan semen oksoklorida. Selain itu juga digunakan sebagai bahan baku

dalam pembuatan obat mag, dimana Mg(OH)2 bersama-sama Al(OH)3 sebagai

antasid yang bekerja menetralkan asam lambung dan menginaktifkan pepsin, sebagai

nyeri hati akibat iritasi oleh asam lambung dan pepsin berkurang.

Universitas Sumatera Utara

Reaksi dari magnesium hidroksida akan menghasilkan magnessium sulfat

yang dikenal sebagai garam Epsom yang digunakan sebagai bahan pengisi dan

sebagai bahan tahan api. Selain itu, Mg(OH)2 yang dihasilkan digunakan untuk

pembuatan MgO yaitu sebagai bahan pelapis furnace.

Adapun beberapa kegunaan lain dari magnesium hidroksida adalah sebagai

berikut :

Tabel 2.1 Kegunaan magnesium hidroksida dalam berbagai bidang

Bidang Fungsi

1. Farmasi : sebagai obat maag

(Sumber: Anonim, 2008)

2. Industri kimia

(Sumber : Nitiatmodjo, 2003)

- Efek laksatif dari Magnesium hidroksida

akan mengurangi efek konstipasi dari

Aluminium hidroksida

- Bahan refraktori

- Proses pemurnian gula

- Pengeringan produk makanan

- Bahan tambahan residu minyak bakar

- Proses pemurnian unsur radioaktif uranium

2.3 Sifat – Sifat Bahan Baku dan Produk

2.3.1 Sifat-Sifat Bahan Baku

A. Air laut

Air laut merupakan sumber utama bagi magnesium dan kalsium. Dalam setiap

m3 air laut diperkirakan terdapat 5.443.080 kg magnesium dan 1.723.642 kg kalsium

(Kirk dan Othmer, 1967). Senyawa magnesium yang terdapat dalam air laut

umumnya adalah MgCl2 dan MgSO4 sedangkan senyawa kalsium adalah CaSO4.

Proses pembuatan magnesium dari air laut dalam skala besar dilakukan

melalui proses pengendapan Mg(OH)2 dari air laut, yaitu dengan menambahkan

kapur.

MgCl2(aq) + Ca(OH)2(s) Mg(OH)2(s) + CaCl2(aq) (1)

Universitas Sumatera Utara

MgSO4(aq) + Ca(OH)2(s) Mg(OH)2(s) + CaSO4(c) (2)

Sumber : Kirk dan Othmer (1967)

Magnesium hidroksida yang terbentuk selanjutnya diolah menjadi produk –

produk yang lain. Adapun komponen yang terdapat dalam air laut dapat dilihat pada

table 2.1 di bawah ini.

Tabel 2.1 Komposisi Air Laut

B. Air Bersih (H2O)

Sifat-sifat fisika (Perry, 1999) :

1. Berat molekul : 18,016 gr/gmol

2. Titik lebur : 0°C (1 atm)

3. Titik didih : 100°C (1 atm)

4. Densitas : 1 gr/ml (4°C)

5. Spesifik graviti : 1,00 (4°C)

6. Indeks bias : 1,333 (20°C)

7. Viskositas : 0,8949 cP

8. Kapasitas panas : 1 kal/gr

9. Panas pembentukan : 80 kal/gr

10. Panas penguapan : 540 kal/gr

11. Temperatur kritis : 374°C

12. Tekanan kritis : 217 atm

Adapun sifat-sifat kimia air sebagai berikut:

1. Elektrolisis Air

Senyawa Kandungan (%)

NaCl 2,680 %

MgCl2 0,320 %

MgSO4 0,220 %

CaSO4 0,120 %

KCl 0,070 %

NaBr 0,008 %

H2O 96,582 %

Universitas Sumatera Utara

Molekul air dapat diuraikan menjadi unsur-unsur asalnya dengan mengalirinya

arus listrik. Proses ini disebut elektrolisis air. Pada katoda, dua molekul air bereaksi

dengan menangkap dua elektron, tereduksi menjadi gas H2 dan ion hidrokida (OH-).

Sementara itu pada anoda, dua molekul air lain terurai menjadi gas oksigen (O2),

melepaskan 4 ion H+ serta mengalirkan elektron ke katoda. Ion H+ dan OH-

mengalami netralisasi sehingga terbentuk kembali beberapa molekul air. Reaksi

keseluruhan yang setara dari elektrolisis air dapat dituliskan sebagai berikut.

2 H2O(l) → 2 H2(g) + O2(g)

Gas hidrogen dan oksigen yang dihasilkan dari reaksi ini membentuk gelembung

pada elektroda dan dapat dikumpulkan. Prinsip ini kemudian dimanfaatkan untuk

menghasilkan hidrogen dan hidrogen peroksida (H2O2) yang dapat digunakan

sebagai bahan bakar kendaraan hidrogen.

2. Kelarutan

Air adalah pelarut yang kuat, melarutkan banyak jenis zat kimia. Zat-zat yang

bercampur dan larut dengan baik dalam air (misalnya garam-garam) disebut sebagai

zat-zat "hidrofilik", dan zat-zat yang tidak mudah tercampur dengan air (misalnya

lemak dan minyak), disebut sebagai zat-zat "hidrofobik". Kelarutan suatu zat dalam

air ditentukan oleh dapat tidaknya zat tersebut menandingi kekuatan gaya tarik-

menarik listrik (gaya intermolekul dipol-dipol) antara molekul-molekul air. Jika

suatu zat tidak mampu menandingi gaya tarik-menarik antar molekul air, molekul-

molekul zat tersebut tidak larut dan akan mengendap dalam air.

3. Kohesi dan Adhesi

Air menempel pada sesamanya (kohesi) karena air bersifat polar. Air memiliki

sejumlah muatan parsial negatif (σ-) dekat atom oksigen akibat pasangan elektron

yang tidak digunakan bersama, dan sejumlah muatan parsial positif (σ+) dekat atom

oksigen. Dalam air hal ini terjadi karena atom oksigen bersifat lebih elektronegatif

dibandingkan atom hidrogen yang berarti, atom oksigen memiliki lebih "kekuatan

tarik" pada elektron-elektron yang dimiliki bersama dalam molekul, menarik

elektron-elektron lebih dekat ke arahnya (juga berarti menarik muatan negatif

elektron-elektron tersebut) dan membuat daerah di sekitar atom oksigen bermuatan

lebih negatif ketimbang daerah-daerah di sekitar kedua atom hidrogen. Air memiliki

pula sifat adhesi yang tinggi disebabkan oleh sifat alami kepolarannya.

Universitas Sumatera Utara

4. Tegangan Permukaan

Air memiliki tegangan permukaan yang besar yang disebabkan oleh kuatnya

sifat kohesi antar molekul-molekul air. Hal ini dapat diamati saat sejumlah kecil air

ditempatkan dalam sebuah permukaan yang tak dapat terbasahi atau terlarutkan maka

air tersebut akan berkumpul sebagai sebuah tetesan. Di atas sebuah permukaan gelas

yang amat bersih atau bepermukaan amat halus air dapat membentuk suatu lapisan

tipis karena gaya tarik molekular antara gelas dan molekul air (gaya adhesi) lebih

kuat dibanding gaya kohesi antar molekul air.

C. Dolomit (CaCO3.MgCO3)

Dolomit termasuk rumpun mineral karbonat, mineral dolomit murni secara

teoritis mengandung 45,6% MgCO3 atau 21,9% MgO dan 54,3% CaCO3 atau 30,4%

CaO. Rumus kimia mineral dolomit dapat ditulis meliputi CaCO3.MgCO3,

CaMg(CO3)2. Dolomit di alam jarang yang murni, karena umumnya mineral ini

selalu terdapat bersama-sama dengan batu gamping, kwarsa, rijang, pirit dan

lempung. Dalam mineral dolomit terdapat juga pengotor, terutama ion besi.

Dolomit berwarna putih keabu-abuan atau kebiru-biruan dengan kekerasan

lebih lunak dari batugamping, yaitu berkisar antara 3,50 - 4,00 bersifat pejal, berat

jenis antara 2,80 - 2,90, berbutir halus hingga kasar dan mempunyai sifat mudah

menyerap air serta mudah dihancurkan. Klasifikasi dolomit dalam perdagangan

mineral industri didasarkan atas kandungan unsur magnesium, Mg (kimia), mineral

dolomit (mineralogi) dan unsur kalsium (Ca) dan magnesium (Mg). Kandungan

unsur magnesium ini menentukan nama dolomit tersebut. Misalnya, batu gamping

mengandung ± 10 % MgCO3 disebut batu gamping dolomit, sedangkan bila

mengandung 19% MgCO3 disebut dolomit.Penggunaan dolomit dalam industri tidak

seluas penggunaan batu gamping dan magnesit. Kadang-kadang penggunaan dolomit

ini sejalan atau sama dengan penggunaan batu gamping atau magnesit untuk suatu

industri tertentu. Akan tetapi, biasanya dolomit lebih disukai karena banyak terdapat

di alam.

2.3.2 Sifat-Sifat Produk

A. Magnesium Hidroksida

Universitas Sumatera Utara

Magnesium Hidroksida adalah senyawa anorganik dengan rumus Mg(OH)2.

Mg(OH)2 ini dalam bentuk suspensi dalam air berupa susu magnesia. Bentuk padatan

Mg(OH)2 dikenal dengan brucite.

Magnesium hidroksida umum diproduksi dengan proses pengendapan dari

larutan magnesium dan proses pengendapan dari air laut. Senyawa ini banyak

digunakan di industri farmasi/obat dalam pembuatan obat maag dan obat lainnya,

Pada industri kimia Mg(OH)2 banyak digunakan dalam proses pemurnian gula,

pengeringan produk makanan, bahan tambahan residu minyak bakar, serta digunakan

pada proses pemurnian unsur radioaktif uranium.

Sifat-sifat fisika Mg(OH)2:

1. Berat molekul : 58,3197 g/mol

2. Titik lebur (oC) : 350

3. Densitas : 2,3446 g/cm3

4. Kelarutan (g/100 g H2O) : 1,2mg

5. Bentuk putih solid

(wikipedia,2009)

Sifat-sifat kimia Mg(OH)2:

1. Entalpi pembentukan standar pada ΔfHo298 : –925 kJ/mol

2. Entropi molar standar : 63 J K–1 mol–1

3. pH : 9,5-10,5

4. Reaksi pembentukan magnesium hidroksida:

Mg2+ (aq) + 2 OH- (aq) → Mg(OH)2(s)

(wikipedia,2009)

B. Kalsium Sulfat

Kalsium sulfat, CaSO4 dikenal dengan nama gipsum merupakan mineral alam

yang terbentuk dari garam-garam yang telah mengendap selama ribuan tahun.

Beberapa kegunaan dari kalsium sulfat:

1. Dalam dunia kedokteran, kalsium sulfat digunakan sebagai bahan penambal gigi

dan tulang buatan.

2. Menghaluskan permukaan logam nikel.

3. Melapisi dinding atas pertambangan dan bagian bawah jembatan.

Universitas Sumatera Utara

4. Dalam dunia pertanian, kalsium sulfat digunakan untuk mengurangi kadar

garam dalam tanah serta menyediakan belerang dan kalsium

5. Sebagai pigment, pengisi, dan pengering dalam industri cat.

6. Digunakan dalam pembuatan tinta.

Sifat – sifat fisika CaSO4:

1. Warna : putih

2. Berat Molekul : 136,14

3. Bentuk kristal : rhombic

4. Warna : tidak berwarna

5. Indeks bias : 1,576

6. Densitas : 2,96

7. Titik leleh (0C) : 1460

8. Titik didih (0C) : 1193

9. Kelarutan (g/100 g H2O) : 0,298 pada 200C dan 0,1619 pada 1000C

(wikipedia,2009)

Sifat-sifat kimia CaSO4:

1. Entalpi pembentukan standar pada ΔfHo298 : –1434,5 kJ/mol

2. Reaksi pembentukan kalsium sulfat:

CaSO4.2H2O + panas → CaSO4 + 2H2O

(wikipedia,2009)

2.4 Proses pembuatan Mg(OH)2

Ada beberapa proses pembuatan Mg(OH)2 yaitu :

1. Pembuatan dari air laut tanpa evaporasi, yaitu dengan cara

menggunakan air laut dan gamping sebagai bahan baku utama. Cara ini

menggunakan senyawa magnesium yang dilarutkan di dalam asam

klorida 10% untuk menghasilkan magnesium klorida 76% yang siap

untuk diteruskan ke sel elektrolit untuk mendapatkan larutan elektrolit

Mg(OH)2.

Kelebihan dari proses ini yaitu :

Universitas Sumatera Utara

- Menghasilkan Mg(OH)2 dengan kemurnian yang lebih tinggi

- Proses pembuatan dengan menggunakan semi batch

Kekurangan dari proses ini yaitu :

- Biaya operasional dalam pembuatan Mg(OH)2 ini mahal.

- Elektrolisisnya menghasilkan gas Cl2 yang beracun sehingga

menambah biaya pengolahan limbah.

2. Pembuatan dari cairan induk hasil evaporasi air laut pada pembuatan

garam. Evaporasi air laut ini menggunakan bantuan tenaga surya untuk

mendapatkan Mg(OH)2.

Kelebihan dari proses ini yaitu :

- Proses pembuatan Mg(OH)2 lebih sederhana

- Biaya operasional dalam pembuatan Mg(OH)2 lebih murah

Kekurangan dari proses ini yaitu :

- Pengaruh cuaca menghambat pembuatan Mg(OH)2.

- Proses pembuatan Mg(OH)2 tidak kontinu disebabkan cuaca

berubah-ubah / tidak menentu.

- Kemurnian Mg(OH)2 yang dihasilkan lebih rendah. 3. Pembuatan Mg(OH)2 dari dolomit dan air laut paling umum digunakan

di seluruh dunia, disebabkan bahan baku yang digunakan tersedia

banyak dan murah. Cara ini menggunakan bahan baku dolomit, dimana

dolomit ini akan bereaksi dengan garam-garam yang terlarut dalam air

laut sehingga menghasilkan Mg(OH)2 dan garam-garam lainnya.

Kelebihan dari proses ini yaitu :

- Biaya bahan baku murah

- Bahan baku mudah didapat

- Kemurnian Mg(OH)2 relatif lebih tinggi

- Konversi Mg(OH)2 tinggi

Kekurangan dari proses ini yaitu :

- Proses pemurnian Mg(OH)2 rumit

4. Pembuatan dari air asin sumur dalam. Produksi ini menghasilkan CaCl2,

MgCl2, NaCl. Sejumlah kecil Brom yang dibebaskan oleh klor, dan

Universitas Sumatera Utara

sesudah dikeluarkan Mg(OH)2 yang dihasilkan lalu diendapkan, disaring

dan dicuci sehingga menjadi bubur yang mengandung Mg(OH)2.

Kelebihan dari proses ini yaitu :

- Proses pembuatan Mg(OH)2 lebih sederhana.

- Proses pembuatan Mg(OH)2 kontinu.

Kekurangan dari proses ini yaitu :

- Kemurnian Mg(OH)2 rendah.

- Dalam proses ini menghasilkan gas Br2, zat beracun sehingga

diperlukan pengolahan limbah lagi sehingga menambah biaya.

- Pengolahan limbah mahal.

2.5 Deskripsi Proses

Dengan mempertimbangkan kelebihan dan kekurangan dari keempat proses

di atas dalam pra rancangan pabrik ini, proses yang digunakan yaitu proses nomor

tiga, karena terdapat banyak kelebihan salah satu-nya yaitu bahan baku murah dan

mudah diperoleh. Deskripsi proses dalam proses pembuatan magnesium hidroksida

(Mg(OH)2) yaitu sebagai berikut :

Dolomit diangkut ke dalam furnace (B-130) untuk dikalsinasi hingga

kemudian terbentuk CaO dan MgO dimasukkan ke dalam reaktor 1 (R-210).

Pada reaktor 1 (R-210) dimasukkan air bersih sehingga terbentuk Ca(OH)2 dan

Mg(OH)2 kemudian diangkut ke reaktor 2 (R-220).

Air laut dipompakan ke reaktor 2 (R-220) pada temperatur 30OC pada

tekanan 1 atm dengan pengadukan yang terus menerus dengan waktu tinggal sekitar

1 jam sehingga terjadi reaksi yang menghasilkan Mg(OH)2, CaCl2 dan CaSO4

kemudian dipompakan ke rotary filter (H-310) untuk dipisah antara filtrat dan

residu.

Residu dari rotary filter (H-310) dipompakan ke hydroclone (F-320) dan

ditambahkan air bersih untuk memisahkan antara Mg(OH)2 dan CaSO4.

Sedangkan filtrat yang dihasilkan dari rotary filter (H-310) dibuang ke limbah.

Mg(OH)2 yang dihasilkan dari hydrocylone (F-320) dipompakan ke

hydrocylone (F-330) untuk menghasikan Mg(OH)2 murni. Aliran atas dari

hydrocylone (F-330) dibuang ke limbah. Aliran bawah menghasilkan suspensi

Universitas Sumatera Utara

Mg(OH)2 dikeringkan dengan spray dryer (DE-340) menghasilkan butiran-butiran

dan diangkut ke tangki penyimpanan (TT-410).

Aliran bawah dari hydroclone (F-320) menghasilkan lumpur CaSO4, yang

dialirkan ke hydroclone (F-350) yang telah ditambahkan air bersih untuk pemisahan

lanjutan supaya diperoleh hasil CaSO4 yang lebih murni. Aliran atas dari hydroclone

(F-350) dibuang sebagai limbah, sedangkan aliran bawahnya merupakan lumpur

CaSO4 yang diangkut ke spray dryer (DE-370) untuk dikeringkan kemudian

diangkut ke kristalisator (K-360) untuk diperoleh kristal CaSO4. Kristal CaSO4 yang

telah kering diangkut ke tangki penyimpanan (TT-420)

Universitas Sumatera Utara