PROSE S INDUSTRI KIMIA
BAB 9SENYAWA GARAM DAN SENYAWA NATRIUMI. SENYAWA NaCl
Sifat-sifat fisis garam NaClBerat molekul = 58,45Spec. Gravity=
2,165Titik leleh = 800 oCTitik didih= 1113 oCKelarutan0oC= 35,7
g/100 g 100 oC= 39,8 g/100 g
Garam adalah suatu bahan kimia yang penting dan murah.
Pemakaiannya terutama untuk bahan pangan dan industri.
Dalam industri, garam (NaCl) merupakan bahan baku untuk
pembuatan bahan kimia turunan, yang dapat dipakai sebagai bahan
dasar atau bahan penolong industri lain.
Bahan yang dapat dibuat dari NaCl : Na2CO3, NaOH, HCl. NaOCl,
NaClO2, NaClO3, NaClO4, Na2SO4, NaHSO4, Na2S2O7, NaHS, Na2S2O3,
NaO.nSiO2, Na2O2-SH2O, NaBO3, NaNH2, NaCN dan lain-lain.
3Sumber garam NaCl adalah :Air laut (3% NaCl)Larutan garam
alamiah (natural brine solution, 20-25% NaCl)Batuan garam
(rocksalt, 95-99% NaCl).
Batuan garam yang dalam letaknya, dapat dikeluarkan sebagai
larutan (artificial brine), yang sifat-sifatnya menyerupai larutan
garam alamiah.
Penggunaan garam terutama untuk pangan, pengawetan, dan bahan
baku industri bahan kimia.Pemakaian yang luas dalam industri ini,
disebabkan karena sifat oksidasi atau reduksi atau sifat kimia
lainnya sesuai dengan jenis turunannya.
Proses pengambilan garam dari sumbernya :
Pengambilan garam dari air lautPengambilan garam dari air laut
dengan cara penguapan menggunakan panas matahari pengambilan secara
Solar Evaporator. Air laut dialirkan ke tambak-tambak penggaraman
di tepi laut kemudian dilakukan penguapan.Garam NaCl dipisahkan
dari larutan dan kotoran lainnya dengan cara menguapkan airnya dan
mengkristalkan garamnya secara bertahap (Fractional
Crystalization).Kalsium karbonat dan gipsum (CaSO4.2H2O) akan
mengendap terlebih dahulukemudian diikuti oleh bulk garam
NaCl.Sedangkan sisa-sisa garam Mg dan K masih tetap terlarut dalam
mother liquor bittern (yang biasanya dibuang atau diproses lebih
lanjut sebagai sumber garam Mg dan K).Pemurnian garam NaCl yang
dihasilkan , dilakukan dengan cara mencuci kristal garam tersebut
dengan larutan NaCl pekat (jenuh).Faktor-faktor yang akan
mempengaruhi proses ini : - kemampuan mengabsorpsi panas matahari-
kelembaban udara- kecepatan angin.- tanah yang stabil pada
konstruksi kolam juga diperlukan supaya tidak terjadi banyak
peresapan, sehingga memudahkan pada operasi pengumpulan endapan
yang terjadi.Proses ini hanya dapat dilakukan di negara-negara
tropis/sub tropis dengan curah hujan yang kecil sekali. Pengambilan
garam dari larutanPengambilan garam dari larutannya dapat pula
dilakukan dengan penguapan menggunakan panas pembakaran. Seperti
dilakukan di Jepang.Cara ini lebih mahal dan umumnya hanya
digunakan untuk larutan garam 25% NaCl (brine solution).Penguapan
dilakukan dengan open pan evaporation atau dengan multi effect
evaporators (multi effect vacuum system).Penggalian langsung dari
batuan garamPenggalian langsung dapat dilakukan pada batuan garam
NaCl yang letaknya tidak begitu dalam.Hasil yang diperoleh berupa
garam yang cukupmurni dengan kadar NaCl 98-99%.Operasi
pengolahannya meliputi :- crushing- grinding- screening. 10Pada
proses penyiapan bahan baku, pengaturan yang dilaksanakan antara
lain :
Kadar Ca++Kadar Ca++ dalam larutan garam yang akan masuk ke
dalam sel eletrolisa tidak boleh melebihi 0,01 gr/l.Bila kadar Ca++
lebih besar dari 0,01 gr/l bisa menyebabkan :- ion Ca++ akan
berikatan dengan Hg membentuk CaHg yang sukar terhidrolisa.- ion
Ca++ juga akan menyebabkan timbulnya kerak dalam media grafit,
sehingga kemampuan menghidrolisa akan berkurang.- ion Ca++ akan
menyebabkan terjadinya produksi H2 yang berlebihan, sehingga
berbahaya bagi sel karena dapat menimbulkan terjadinya ledakan.
Untuk mengikat ion Ca++ dalam larutan garam umpan sel, perlu
ditambahkan Na2CO3 sebagai pengikat :Ca++ + Na2CO3 CaCO3 + 2
Na+
Kadar Mg++Kadar Mg++ maksimum yang diijinkan dalam larutan garam
adalah 0,001 gr/l.Larutan garam yang mempunyai kandungan melebihi
harga tersebut di atas, akan menyebabkan terjadinya
kesulitan-kesulitan yang sama dengan kesulitan yang ditimbulkan
Ca++.Untuk mengikat ion Mg++ diperlukan larutan NaOH 10% persamaan
reaksinya adalah :13Mg++ + NaOH Mg(OH)2 + 2 Na+
Kadar Fe3+Kadar Fe3+ maksimum yang diijinkan dalam larutan garam
adalah 0,0001 gr/l. Bila kandungan ion Fe3+ melebihi harga
tersebut, akan menyebabkan masalah yang sama dengan yang
diakibatkan oleh kelebihi ion Ca++. Logam ini juga dapat
menyebabkan terjadinya hubungan pendek dalam sel elektrolisa.Untuk
mengikat ion Fe3+ dipakai larutan NaOH 10%. Persamaan reaksinya
:
Fe3+ + NaOH Fe(OH)3 + 3 Na+
Kadar SO42-Kadar SO42- dalam larutan garam yang diijinkan adalah
5 gr/l sampai 10 gr/l.Bila kadar SO42- terlalu tinggi akan
menyebabkan - kerak pada anoda sehingga pemakaian listrik akan
bertambah besar.- keausan yang lebih cepat pada anoda grafit.SO42-
dapat diikat dan diendapkan dengan BaCl2, akan tetapi BaCl yang
terlalu mahal maka lebih disukai garam dengan kadar SO42- serendah
mungkin, sehingga penggunaan BaCl2 dapat ditekan. Reaksi
pengendapannya :
SO42- + BaCl BaSO4 + 2 Cl-
II. INDUSTRI SODA ABU
Soda abu merupakan suatu zat padat yang ringan, larutan dalam
air dan biasa terdiri dari 92% Na2CO3.
Soda abu alam dapat diperoleh dari danau-danau yang mengandung
garam di negara Barat, misalnya : danau Searles, danau Owen di
California.
Pembuatan soda abu merupakan salah satu industri kimia berat
yang terpenting soda ini sangat berguna pada industri-industri
sabun, detergent, pulp dan kertas (paper), tekstil, dan
sebagainya.
Mula-mula soda abu dibuat dengan proses Le Blanc proses
pembakaran salt cake dengan carbon dan limestone dalam rotary
furnance.Penemuan proses Solvay menyebabkan proses Le Blanc hampir
tidak digunakan lagi.Proses Solvay = proses amonia sodaKeunggulan
proses Solvay : Amonia yang telah dipakai, dapat direcover kembali,
sehingga biaya produksi lebih murah. Juga kaena harga amonia lebih
mahal dari harga soda abu itu sendiri.
Bahan mentah yang digunakan pada proses Solvay : garam, lime dan
amonia (garam digunakan dalam bentuk brine yang dibuat dari rock
salt).Untuk lime stone impurities SiO2, Al2O3, Fe2O3 diusahakan
sekecil mungkin.
Proses Solvay
Reaksi-reaksi yang terjadi pada proses Solvay:
NH3(g) + H2O NH+4OH-(aq)NH4OH(aq) + CO2(g) (NH4)2CO3(aq) +
H2O(l)(NH4)2CO3 + CO2 + H2O 2NH4HCO3NH4HCO3 + NaCl NH4Cl + NaHCO3
19
Natrium bikarbonat yang dihasilkan akan disaring dan dipanaskan
dihasilkan normal karbonat (soda ash) + karbondioksida (yang dapat
digunakan sebagai pereaksi kembali).Reaksi yang terjadi :
v. 2NaHCO3(c) Na2CO3(c) + CO2(g) + H2O(g).
CO2 juga dihasilkan dari limestone yang dipanaskan.Hasil yang
lain Kalsium oksida dapat diubah menjadi kalsium hidroksida
menghasilkan kalsium khlorida dengan amonium khlorida sebagai hasil
samping dari proses Solvay.
CaCO3(c) CaO(c) + CO2(g)
CaO(s) + H2O(l) Ca(OH)2(c)
Ca(OH)2(c) + 2NH4Cl(aq) 2NH3 + CaCl2(aq) + 2H2O
Dari reaksi-reaksi di atas penggunaan bahan baku adalah
semaksimal mungkin sehingga dengan reaksi berputar ini senyawa yang
sebelumnya belum bereaksi dapat direaksikan,
Jadi reaksi utama untuk proses Solvay :
NaCl(s) + NH4HCO3(s) NaHCO3(s) + NH4Cl(s)
Dan reaksi kesetimbangan lebih berat ke kanan sehingga sodium
bikarbonat yang dihasilkan lebih banyak.
Reaksi-reaksi yang penting dalam pembuatan soda ash adalah :
NaCl(s) + NH3(g) NaCl(s) + NH3(s)NaCl(s) + NH3(s) + CO2(g)
NaCl(s) + NH3HCO3(s)NaCl(s) + NH4HCO3(s) NaHCO3(s) + NH4Cl
Dimana reaksi (i) terjadi dan dilakukan di dalam Ammonia
Absorption Tower reaksi perubahan fasa gas NH3 menjadi cairan
karena terjadi penyerapan gas NH3 oleh larutan NaCl.24Jadi gas NH3
yang dialirkan biasanya dalam tekanan dan temperatur yang terbaik
dan biasanya tekanan agak tinggi dan cukup panas.Sebelum masuk ke
reaksi (ii), temperatur harus cukup dingin, yaitu sekitar 25oC.
Reaksi (ii) dilaksanakan pada Carbonating Tower.Pada menara ini
:Hasil dari absorber di atas dialirkan ke Carbonating tower dari
atas Gas CO2 dialirkan dari bawah.Hasil NaHCO3 akan cukup banyak
pada temperatur cukup rendah agar NaHCO3 banyak mengendap (biasanya
suhu 25oC di atas menara dan 22oC di bawah menara).Tetapi karena
kecepatan absorbsi/reaksi pada temperature rendah adalah kecil,
maka di tengah-tengah menara dipakai temperature cukup tinggi ( 45
550 oC).
Dari reaksi :NaCl(s) + NH4HCO3(s) NaHCO3(s) + NH4Cl
Dari reaksi di atas :reaksi berupa kesetimbangan reaksi yang
diharapkan adalah terjadinya NaHCO3(s) sebanyak mungkin.NH4HCO3
yang ada diharapkan tidak mengganggu proses selanjutnya (misal
dalam pencucian, atau mengganggu kemurnian soda ash sebagai hasil
utama).
Hasil carbonating Tower :27Natrium Bicarbonatberupa pasta yang
disaring, kemudian dicuci dari garam khloridanya .Lalu dipanaskan
sehingga memberikan Natrium carbonate normal atau Soda Ash, CO2 dan
uap air (reaksi v)NH4Clini direaksikan dengan Ca(OH)2 hasil dari
limestone yang dibakar kemudian ditambah air.Sehingga didapat CaCl2
sebagai hasil samping dari proses Solvay.Sedang NH4OH yang
dihasilkan juga dipanaskan gas NH3 dan uap H2O.NH3 dan uap H2O ini
digunakan sebagai preaksi kembali pada proses.Tetapi ada kalanya
juga NH4Cl ditampung sebagai hasil samping dan digunakan misalnya
untuk pupuk, bahan baterei dan lain-lain.
Proses pemisahan NaHCO3 dari NH4Cl cukup penting :NH4Cl dapat
mengsalting out Na-bikarbonat karena tidak murninya garam yang
dipakai. Adanya Kalium bikarbonat akan mengganggu permurnian
natrium bikarbonat jadi sebaiknya dipakai garam NaCl yang cukup
murni.Untuk menganalisa kemurnian soda ash
dengan menyerapkannya terhadap gas CO2 dan air, sehingga
membentuk kembali Na-bikarbonat (reaksi Na-bikarbonat menjadi
Na-karbonat adalah reaksi kesetimbangan).Menggunakan NaOH untuk
menyerap CO2Dianalisa dengan menitrasi suatu asam (misal HCl).
30Dari soda ash dapat dibuat beberapa variasi soda yang
mempunyai rumus molekul sama tapi berbeda karena dalam bentuk
kristal. Misalnya :Washing sodaNa2CO3.iH2O dibuat dengan cara
pelarutan soda ash ke dalam air, kemudian
dikritalisasi.MonohydrateNa2CO3.H2O dibuat dengan cara di atas tapi
dalam keadaan panas.Senyawa ini berupa tepung
putih.SesquiNa2CO3.NaHCO3.2H2O dibaut dari kristalisasi larutan
yang mengandung karbonat dan bikarbonat.
Proses Le Blanc
Asam sulfat dan garam dimasukkan ke dalam salt cake furnance
menghasilkan hidrogen khlorida dan natrium sulfat.Reaksinya : 2
NaCl + H2SO4 Na2SO4 + 2 HCl
Pada mulanya HCl dibuang ke udara, tetapi menjadi gangguan
(polusi) maka diabsorpsi dan didapatkannya sebagai hidro khloric
acid (berupa larutan HCl).
Natrium sulfat dan coke dan limestone dimasukkan ke
Reverberatory furnance / Black ash Furnance. Dalam furnance, secara
pendekatan berlangusng reaksi sebagai berikut :
Na2SO4 + 2 C Na2S + 2 CO2Na2S + CaCO3 Na2CO3 + CaS
Produk tidak mencair dan menarik diri sebagai padatan yang
berpori.Produk kasar (Black Ash) ini dileaching dengan air pada
temperature rendah agar tidak kemasukkan udara.Larutan mengandung
natrium karbonat, natrium suifida , natrium hidroksida dan banyak
zat pengotor lainnya.
Terima kasih
