Lempung Montmorilonit

12/27/2008 11:49:00 pm | ilmu tanah with 0 comment »

Berbeda dengan material konstruksi lainnya, kekuatan geser tanah bukanlah suatu nilai yang tetap. Kemampuan tanah dalam menahan tegangan yang mengakibatkan pergeseran pada tanah dipengaruhi oleh banyak faktor. Faktor-faktor tersebut antara lain adalah derajat kejenuhan (koefisien B), kandungan mineral yang terdapat pada tanah tersebut dan juga metode pengujian yang dilakukan.

Berdasarkan Craig (1987), tanah divisualisasikan sebagai suatu kerangka partikel padat (solid skeleton) yang membatasi pori-pori dimana pori-pori tersebut mengandung air dan/atau udara. Sehingga pada prinsipnya tanah dapat dibagi menjadi 2 bagian, yaitu bagian padat tanah dan bagian pori/rongga. Jika bagian pori diisi seluruhnya oleh air maka tanah dikatakan berada dalam kondisi jenuh sempurna (koefisien B = 1). Sebaliknya jika bagianpori diisi oleh udara maka tanah dikatakan dalam keadaan kering sempurna (koefisien B = 0). Dari penjelasan di atas dapat didefinisikan bahwa derajat kejenuhan (koefisien B) adalah perbandingan antara volume air dengan volume pori dari suatu tanah. Meningkatnya jumlah air yang dikandung oleh suatu tanah (derajat kejenuhannya meningkat) akan menyebabkan volume tanah meningkat namun kepadatan tanah tersebut akan menurun. Fenomena tersebut dikenal sebagai swelling. Terjadinya penurunan kepadatan tanah akan menyebabkan gaya tarik antara partikel-partikel padat tanah semakin berkurang dan kecendreungan partikel-partikel padat untuk tergelincir dan terguling akan semakin meningkat.

Fenoma swelling terjadi hampir pada seluruh jenis tanah. Namun fenomena itu terlihat dengan jelas pada tanah lempung ekspansif. Tanah ekspansif adalah bagian dari tanah lempung yang banyak mengandung mineral lempung montmorilonit. Mineral lempung montmorilonit inilah yang menyebabkan faktor swelling pada tanah lempung. Semakin banyak mineral montmorilonit yang dikandung oleh suatu tanah lempung maka faktor swellingnya akan semakin besar. Mineral lempung montmorilonit adalah mineral lempung yang mempunyai struktur dasar sebuah lembaran alumina oktahedron yang diapit oleh dua lembaran silika tetrahedron yang mana ruangan diantara kombinasi-kombinasi lembaran diisi oleh molekuk air dan kation-kation (dapat diganti) selain potassium. Kekuatan ikatan antara kombinasi-kombinasi lembaranini sangat lemah. Pada montmorilonite dapat terjadi swelling bila ada penambahan air yang terserap di antara kombinasi-kombinasi lembaran tersebut.

A. GENESA BENTONIT

Bentonit adalah sejenis lempung yang mengandung mineral Montmorilonit, Bentonit sebagai

mineral lempung yang terdiri dari 85% Montmorilonit yang mempunyai rumus kimia A12 O3

4SiO2 x H2O.

Genesa Bentonit secara umum dapat dibagi menjadi 4 (empat) macam yaitu :

a.       Terjadi karena pengaruh pelapukan.

b.       Terjadi karena pengaruh hydrothermal.

c.    Terjadi karena akibat devitrivikasi dari tufa gelas yang diendapkan di dalam air (lakustrin

sampai neritic).

d.      Terjadi karena proses pengendapan kimia dalam suasana basa (alkali) dan sangat silikan.

Pelapukan sebagai faktor utama yang menyebabkan terbentuknya jenis mineral lempung.

Dalam proses ini adalah komposisi mineral batuan, komposisi kimia dari air dan daya alir air

tersebut dalam batuan. Secara umum faktor yang berpengaruh adalah iklim, macam batuan,

relief dan tumbuh-tumbuhan yang berada di atas batuan tersebut.

Proses hydrothermal mempengaruhi alterasi yang sangat lemah sehingga mineral-mineral

yang kaya akan magnesium seperti hornblende dan biotit cenderung membentuk chlorit. Pada

alterasi lemah kehadiran unsur-unsur logam alkali dan alkali tanah, kecuali kalium, mineral-

mineral mika, ferromagnesia dan feldspar plagioklas umumnya akan membentuk

montmorilonit terutama disebabkan adanya magnesium.

Kehadiran kalium baik yang berasal dari feldspar ataupun mika primer yang terbentuk karena

alterasi hydrothermal membentuk zona-zona lingkaran dengan susunan serisit, kaolinit,

montmorilonit dan chlorit.

Proses tranformasi (ubahan) dari abu vulkanis yang mempunyai komposisi gelas akan

menjadi mineral lempung (devitrivikasi) yang lebih sempurna terutama pada daerah danau,

lautan dan cekungan sedimentasi. Tranformasi dari gunung berapi yang sempurna akan

terjadi apabila debu gunung api diendapkan dalam cekungan seperti danau dan laut. Bentonit

yang terjadi akibat proses tranformasi umumnya bercampur dengan sedimen laut lainnya

yang berasal dari daratan seperti batu pasir dan lanau.

Proses pengendapan bentonit secara kimiawi dapat berbentuk tidak saja dari tufa tetapi dapat

berupa endapan sedimen dalam suasana basa (alkali) yang sangat silikan (authigenic

neoformation) dan terbentuk pada cekungan sedimen yang bersifat basa dimana unsur

pembentukannya antara lain karbonat, silika pipih, phospat laut dan unsur lainnya yang

bersenyawa dengan unsur alluminium dan magnesium.

Berdasarkan kenampakan di lapangan terutama pengamatan secara megaskopis terhadap

beberapa singkapan bentonit yang muncul pada beberapa daerah diketahui bahwa endapan

bentonit yang terbentuk pada daerah Wonosari dan sekitarnya, terjadi karena adanya proses

pelapukan secara dominan yang dicirikan dengan adanya perubahan warna pada beberapa

daerah yang masih termasuk di dalam proses pembentukannya dimana adanya cekungan dan

daerah dataran sedang.

Bentonit dapat dibagi menjadi 2 golongan berdasarkan kandungan alumunium silikat

hydrous, yaitu activated clay dan fuller's Earth. Activated clay adalah lempung yang kurang

memiliki daya pemucat, tetapi daya pemucatnya dapat ditingkatkan melalui pengolahan

tertentu. Sementara itu, fuller's earth digunakan di dalam fulling atau pembersih bahan wool

dari lemak.

Sedangkan berdasarkan tipenya, bentonit dibagi menjadi dua, yaitu :

a.       Tipe Wyoming (Na-bentonit – Swelling bentonite)

Na bentonit memiliki daya mengembang hingga delapan kali apabila dicelupkan ke dalam

air, dan tetap terdispersi beberapa waktu di dalam air. Dalam keadaan kering berwarna putih

atau cream, pada keadaan basah dan terkena sinar matahari akan berwarna mengkilap.

Perbandingan soda dan kapur tinggi, suspensi koloidal mempunyai pH: 8,5-9,8, tidak dapat

diaktifkan, posisi pertukaran diduduki oleh ion-ion sodium (Na+).

b.      Mg, (Ca-bentonit – non swelling bentonite)

Tipe bentonit ini kurang mengembang apabila dicelupkan ke dalam air, dan tetap terdispersi di dalam air, tetapi secara alami atau setelah diaktifkan mempunyai sifat menghisap yang baik. Perbandingan kandungan Na dan Ca rendah, suspensi koloidal memiliki pH: 4-7. Posisi pertukaran ion lebih banyak diduduki oleh ion-ion kalsium dan magnesium. Dalam keadaan kering bersifat rapid slaking, berwarna abu-abu, biru, kuning, merah dan coklat. Penggunaan bentonit dalam proses pemurnian minyak goreng perlu aktivasi terlebih dahulu. 

B.     KEGUNAAN DAN EVALUASI KWALITAS

Pemakaian bentonit dalam berbagai keperluan industri harus memenuhi persyaratan sebagai

berikut :

1.      Untuk lumpur pemboran dalam industri pertambangan dan perminyakan

         Menurut America Petroleum Institute (API)

a.       Kekentalan untuk larutan 10 gram dalam 350 ml air adalah 8 Cp.

b.      Hilang dalam penyaringan melalui kertas pelapis untuk larutan 10 gram dalam 350 ml

adalah < 14 ml.

c.       Sisa tertampung oleh 200 # (mesh) adalah < 2,5 %.

d.      Kandungan Uap air (kelembaban) adalah < 12 %.

         Menurut Oil Companies Materials Association (OCMA)

a.       Kekentalan dalam larutan 6,5 gram bentonit dalam 100 ml cairan dasar adalah >15 Cp.

b.      Hilang dalam penyaringan melalui kertas pelapis (filter) untuk larutan 7,5 gram dalam 100

ml adalaaah <15 ml

c.       Kandungan uap air adalah < 15%.

d.      Sisa pada 200# (mesh) pada penyaringan basah adalah <2,5%.

e.       Lepas dari 100# (mesh) pada penyaringan kering adalah > 98%.

2.      Untuk Pembuatan Tambahan Makanan Ternak (Urea Molasses Block).

a.       Kandungan dalam bentonit adalah < 30%.

b.      Ukuran butir bentonit adalah 200# (mesh).

c.       Memiliki daya serap air dalam bentonit adalah > 60 %.

d.      Memiliki kandungan mineral mantmorilonit dalam bentonit adalah 70%.

3.      Untuk Industri Kosmetik.

a.       Mengandung mineral silikat magnesium (Ca-Bentonit).

b.      Mempunyai pH netral yaitu 7.

c.       Kandungan air dalam bentonit < 5%.

d.      Tidak ada perubahan panas selama dan setelah pemanasan.

e.       Ukuran butir bentonit adalah 325 # (mesh).

C. PENYEBARAN DI INDONESIA

Endapan bentonit Indonesia tersebar di P. Jawa, P. Sumatera, sebagian P. Kalimantan dan P.

Sulawesi, dengan cadangan diperkirakan lebih dari 380 juta ton, serta pada umumnya terdiri

dari jenis kalsium (Ca-bentonit) .

Beberapa lokasi yang sudah dan sedang dieksploitasi, yaitu di Tasikmalaya, Leuwiliang,

Nanggulan, dan lain-lain. Indikasi endapan Na-bentonit terdapat di Pangkalan Brandan;

Sorolangun-Bangko; Boyolali.

Pada bahasan ini sebagai contoh bahan galian Bentonit adalah di Desa Wonosari dan Desa

Habalanjati Kecamatan Besitang Kabupaten Langkat Propinsi Sumatera Utara. Berdasarkan

pengamatan megaskopis, ketebalan singkapan rata-rata adalah 15 meter dengan ditutupi

lapisan tanah penutup setebal 2 m sampai 3 m.

D. TEKNIK PENAMBANGAN

Berdasarkan kondisi geologi pada daerah potensial mengandung endapan bentonit yang

umumnya berada pada daerah perbukitan sedang dengan variasi daerah daratan rendah maka

Metode Penambangan yang dapat diterapkan adalah Tambang terbuka. Hal ini didasarkan

atas pertimbangan teknis dan ekonomis sesuai dengan daerah setempat

selain itu dengan menggunakan sistem tambang terbuka diharapkan bahwa dengan adanya

kegiatan penambangan secara tambang terbuka ini dapat menyerap banyak tenaga kerja

terutama bagi penduduk setempat. Dengan demikian diharapkan dapat meningkatkan

pendapatan dan kesejahteraan disamping menciptakan lapangan kerja sebagai alternatif

menanggulangi krisis ekonomi pada saat ini.

Prinsip penambangan tambang terbuka ini adalah mengupas lapisan tanah penutup yang

dimulai dari bagian atas perbukitan menuju daerah lereng perbukitan tersebut terutama

sampai endapan bentonit tersingkap dan muncul dipermukaan bumi. Adapun tahap kegiatan

penambangan menggunakan metode tambang terbuka ini adalah :

a.       Tahap Pembabatan (Clearing)

Pada tahap ini pekerjaan yang dilakukan adalah pembersihan lahan yang merintangi

pekerjaan selanjutnya. Hal ini misalnya pembuatan jalan masuk tambang, pembuatan parit air

untuk menyalurkan air yang akan keluar dari tambang, menuju daerah yang relatif rendah,

penebangan pohon-pohon besar dan kecil, semak-semak dan pembuatan lahan sebagai tempat

penumpukan ataupun tempat pembuangan tanah penutup. Lahan yang dipilih umumnya tidak

jauh dari kegiatan penambangan.

b.      Tahap Perintisan (Pioneering)

Pada tahap ini pekerjaan yang umumnya dilakukan adalah kelanjutan dari pekerjan

pembabatan. Dalam pekerjaan ini hal yang penting adalah pembuatan dan perencanaan jalan

masuk dan jalan keluar tambang. Tujuannya adalah untuk memperlancar kegiatan

penambangan terutama kelancaran alat mekanis yang akan bekerja secara optimal.

c.       Tahap Pengupasan Tanah Penutup (Stripping)

Pada tahap ini perkerjaan yang dilakukan adalah pengupasan lapisan tanah penutup dan

langsung memindahkan pada tempat yang telah disediakan. Pekerjaan ini harus dilakukan

secara optimal sehingga tidak mengganggu aktifitas penambangan selanjutnya. Hasil

pengupasan tanah penutup ini jika diperlukan dapat dibuang pada daerah bekas penambangan

sebagai upaya menjaga lahan agar tetap seimbang demi kelestarian lingkungan. Pada akhir

penambangan nanti, dapat dilakukan upaya reklamasi berupa penanaman pohon.

d.      Tahap pembongkaran (Loosening)

Pada tahap ini dapat juga dikatakan sebagai tahap kegiatan penambangan dimana endapan

bahan galian bentonit yang telah muncul ke permukaan bumi digali oleh alat mekanis

maupun alat tradisional. Jika diperlukan produksi besar maka alat mekanis dapat

dipertimbangkan pemakaiannya sesuai dengan kebutuhan pasar

Selain mudah dan praktis pemakaiannya, pemakaian alat mekanis secara ekonomis dapat

memberikan keuntungan secara tepat. Peralatan mekanis yang dapat dipakai untuk

menunjang kegiatan penambangan bentonit antara lain adalah Back Hoe, Power Shovel,

Bulldozer dan Claim Shell. Sedangkan pemakaian alat tradisional adalah sekop dan cangkul.

e.       Tahap Pembuatan (Loading)

Pada tahap ini perkerjaan yang dilakukan adalah pemuatan hasil penggalian yang telah

dilakukan oleh peralatan mekanis dan tradisional. Bentonit yang telah digali dan dimuat

selanjutnya diangkut dengan Dump Truck menuju ke tempat penampungan sementara (Stock

Pile) maupun langsung menuju gudang yang telah disediakan. Pekerjaan pemuatan dan

penggalian diusahakan sinkron untuk mencapai hasil yang optimal.

Peralatan mekanis yang umumnya dipakai adalah Bulldozer dengan berbagai tipe dan

kapasitas daya angkutnya. Pemilihan alat angkut disesuaikan dengan kondisi lapangan dan

produksi yang akan dihasilkan oleh perusahaan tambang.

f.       Tahap Pengangkutan

Pada tahap ini pekerjaan yang dilakukan adalah mengangkut bahan galian ke tempat yang

telah disediakan baik stock pile maupun gudang. Peralatan mekanis yang lazim dipakai

adalah Dump Truck dengan berbagai variasi daya angkutnya.

E. TEKNIK PENGOLAHAN

Hasil bentonit dari tambang yang berupa bongkahan diangkut dengan truk menuju pabrik

pengolahan dengan melalui beberapa proses yaitu penghancuran, pemanasan, penggilingan

dan pengayakan. Untuk pengecilan ukuran, digunakan temperatur 480 F. tujuan pengeringan

adalah mengurangi kadar air rata-rata 30% menjadi kadar air rata-rata sebesaar 8%.

sedangkan penggerusan dan pengemasan, umumnya bentonit digerus sampai 200 mesh

dengan micro grider dan untuk mendapatkan - 200 mesh digunakan classifier.

Teknik pengolahan bentonit untuk keperluan sebagai berikut :

A.    Pembuatan Urea Molasses Block (Makanan Tambahan Untuk Ternak)

bahan utama yang diperlukan antara lain mollasses (tetes tebu) sebagai sumber energi, pupuk

urea sebagai sumber nitrogen (protein) dan bahan pengisi berupa dedak padi, dedak gandum,

bungkil kelapa, bungkil biji kapuk, sebagai bahan pengeras dipakai bentonit, tepung

batugamping dan sebagai bahan tambahan dipakai garam dapur dan mineral campuran.

Proses pengolahan adalah sebagai berikut :

1.      Cara Dingin

Cara ini hanya digunakan dengan mencampur mollasses dan urea dengan bahan lain sebagai

bahan pengisi, pengeras dan bahan tambahan lainnya sampai adonan menjadi merata

kemudian dipadatkan dengan cetakan. Cara ini digunakan apabila mollasses yang diolah

relatif sedikit.

2.      Cara Hangat

Mula-mula mollasses dipanaskan sampai suhu antara 400 C dan 500 C. Setelah tercapai

kondisi suhu tersebut maka dicampur dengan urea, bahan pengisi pengeras dan bahan

tambahan lainnya.

Setelah adonan menjadi rata kemudian dicetak dan dipadatkan sesuai dengan ukuran yang

telah ditentukan.

3.      Cara Panas

Pembuatan makanan ternak dengan cara panas dilakukan apabila jumlah mollasses (tetes

tebu) dan bahan pengisi dipanaskan sampai suhu 1000 C - 1200 C selama 10 menit. Setelah

adonan didinginkan sampai suhu 700 C maka adonan dicampur dengan urea dan bahan

pengeras lainnya kemudian dituangkan ketempat percetakannya dan adonan tersebut diaduk

terus agar tidak mengeras. Jumlah bentonit yang dicampurkan ke dalam adonan adalah

sebanyak 2 - 6 % dari jumlah adonan.

B.     Pembuatan Lumpur Pemboran.

Pengecilan ukuran bentonit digunakan hammer hingga ukuran 0,25 inch. Selanjutnya

dilakukan proses pengeringan dengan temperatur 480 F. Alat yang dipakai adalah Rotary

Drier. Dengan adanya proses pengeringan ini diharapkan air dapat dikurangi dari kadar rata-

rata 30 % menjadi rata-rata 8 %.

Setelah proses pengeringan selesai selanjutnya dilakukan proses penggilingan dengan

menggunakan mikro grinder sampai mencapai ukuran 200 mesh. Untuk ukuran sampai - 200

dapat digunakan alat Classifier ataupun Cyclone.

Bentonit yang digunakan sebagai persyaratan lumpur pemboran adalah Bentonit jenis Na-

Bentonit. Untuk bentonit jenis Ca-Bentonit, di dalam proses pengolahan dicampurkan dengan

Sodium Karbonat atau Soda Abu (Na2CO3).

Persyaratan Bentonit untuk lumpur pemboran :

         America Petroleum Institute (API).

a.       Kekentalan untuk larutan 10 gr dalam 350 ml air adalah > 8 Cp

b.      Hilang dalam penyaringan melalui kertas pelapis (filter)

c.       Sisa yang tertampung oleh 200 mesh adalah < 2,5 %

d.      Kandungan uap air (kelembaban) adalah < 12 %

         Oil Companies Materials Association (OCMA).

a.       Kekentalan dalam larutan 6,5 gr bentonit dalam 100ml cairan dasar adalah >15 Cp.

b.      Hilang melalui kertas filter untuk larutan 7,5 gr dalam 100 ml air adalah <15 ml.

c.       Kandungan uap air adalah < 15 %

d.      Sisa pada 200 mesh pada penyaringan basah adalah < 2,5 %.

e.       Lepas dari 100 mesh pada penyaringan kering adalah > 98 %