KARAKTERISASI BENTONIT PACITAN

Buchari* dan Muji Harsini**

* FMIPA, ITB, Jalan Ganesha 10, Bandung** FMIPA Universitas Airlangga, Surabaya

INTISARI

Benronit merupakan lempung yangmempunyai sifat plastis dan koloidal yangtinggi, dengan kandungan utama mineralsmekit (monmorillonit). Secara komersial dike-nal dua macam bentonit, yaitu kalsiumbentonit dan natrium bentonit. Hasil analisisDTA, XRD dan IR terhadap bentonit Pacitanmenunjukkan bahwa penyusun utamanya ada-lah monmorillonit yang bercampur dengansedikit kuarsa. Bentonit 1111 mempunyaikapasitas pertukaran kation (KPK) 45,98-62,42mek/toO gram, berat jenis 2,14-2,28 g/ml.,luas permukaan 641,44-737,29 m /g, volumepori 0,88-1,25 mUg dan swelling indek 78,95-163,16 %. Berdasarkan XRD dan harga KPKmenunjukkan jenis kalsium bentonit,

ABSTRACT

Bentonite is high plastivity andcolloidal clay which contains smectite(montmorillonite) mineral as major thecomponent. Commercially, there are two kindsof bentonite, which are calcium bentonite andsodium ben-tonite. Results of DTA, XRD andIR analysis on Pacitan bentonite, show that themajor component is montmorillonite mixedwith a little quartz. Cation exchange capacity(CEC), specific gravity, surface area, porevolume and swelling index of this bentonite are45,98-62.42 meq/lOO gram; 2,14-2,28 g/mL;641,44-737,29 m /gram; 0,88-1,25 mL/gramand 78,95-163,16 %, respectively. Based onXRD and CEC value Pacitan bentonites are ofthe calcium bentonite type.

PENDAHULUAN

Bentonit merupakan lempung yangmempunyai sifat plastis dan koloidal tinggidengan kandungan utama mneral smektit(mon-morillonit) dengan kadar 85-95 %.Rumus teoritik smektit adalah

J (OH)4Si8AI4020nH20, dengan komposisiSi02 66,79%, AI2 03 28,3 % dan H2 ° 5 %[II·

Secara komerisal dikenal dua jenisbontonit yaitu kalsium bentonit dan natriumbentonit. Kalsium bentonit digunakan sebagai

JKTl Vol. 6. No. 1-2, Desember 1996

bahan penyerap, pemueat minyak goreng, zatperekat pasir eetak dalam proses pengecoranbaja, sebagai katalisator dalam industri kimia,pengisi dan sebagainya. Natrium benton itdapat digunakan sebagai lumpur pembilas(drilling mud) dalam pengeboran minyak, gasdan panas bumi, pencampuran semen, bahanpenyumbat kebocoran bendungan dansebagainya [21.

Hal-hal yang perlu diperhatikan sehu-bungan dengan pemanfaatan bentonit adalahmutu bentonit yang dapat diketahui dari kom-posisi dan jenis mineral penyusun benton it,komposisi kimia, sifat kimia seperti pHmaupun kapasitas pertukaran kation dan sifatfisika bentonit seperti luas permukaan,kemampuan mengembang (swelling), dansebagainya.

Di Pacitan, Jawa Timur, terdapat ca-dangan bentonit yang tcrdapat dalam formasiPunung, dengan ketebalan sampai lO meter,cadangan potensialnya sekitar 2 juta ton [3].Pada saat ini bentonit tersebut telah ditambangoleh P.T. Indobent Wijaya Mineral yangberlokasi di Desa Punung, Pacitan, JawaTimur. pada umumnya karakterisasi yangdilakukan terbatas pada komposisi mineral,komposisi kimia dan beberapa sifat fisik yangberkaitan dengan pemanfaatan bentonittersebut. Pada penelitian ini di sampingkarakterisasi tersebut, dilakukan pulakarakterisasi dengan metoda instrumentalseperti analisis differensial termal (DTA),spektroskopi infra merah serta luas permukaan.Data yang diperoleh diharapkan dapatmelfambah informasi tentang mutu bentonitasal Pacitan ini.

METODE

Sampel

Sampci yang digunakan adalahbentonit yang berasal dari Desa Punung,Pacitan yang diperoJeh dari PT IndobentWijaya Mineral, Paeitan. Jawa Timur. Samplebentonit yang diambil ada tiga macam, yaitu:bentonit yang berasal dari lapisan atasberwarna kemerahan (B-1); lapisan tengahberwarna abu-abu muda (B-2) dan lapisr r

bawah berwarna abu-abu tua (B-3). Lok:

43

.pel:!.~mbilan sam pel adalah sekitar aktivitasiJa":';;~UJgan. Bcrdasarkan keteranganperagas: diharapkan sampel yang diambil

mewakili bentonit Pacitan dari Desa0. Sebagai pembanding, dikarakterisasi

bentonit dari Waco. Amerika Serikat (B-

Identifikasi Awal

Termogram DTA bentonit Pacitanmaupun standar dapat dilihat pada Gambar I.Kurva tersebut mempunyai pola yang sangatkhas, yang menunjukkan bahwa penyusunutama bentonit adalah monmorillonit. Darikurva tersebut dapat dilihat adanya puncakendotermik pada temperatur 100-200 °C, inimenunjukkan hilangnya air teradsorbsi atauhydrasi (H,)O). Pada puncak endotcrmiktemperatur 4-75-5250Cmenunjukkan hilangnyamolekul air yang menempati ruang intermellaratau air interkalasi (H20+). Pada bentonitstandar 8-4, tidak terlihat adanya puncak ini.Hal ini bisa disebabkan oleh sedikitnya airyang menempati ruang interlamellar. Puncakendotermik pada 600-700oC menunjukkanadanya dehidroksilasi mineral monmorillonit,yaitu lepasnya gugus OW pada kerangkastruktur mineral monmorillonit, termasuk yangberasal dari H-OH. Puncak eksotermis pada875-950oC menunjukkan adanya perubahanstruktur mineral monmorillonit. Perubahanstruktur ini dapat berasal dari leburan kristallama menjadi kristal baru atau perubahan zatamorf menjadi kristal. Secara umum bebrapalitcratur menyatakan bahwa analisis DTAterhadap mineral smeotite memperlihatkanpuncak endotermik pada suhu <300oC yangmenyatakan hilangnya air teradsorbsi, puncakendotermik pada suhu 500-700 °C yangmenyatakan dehidroksilasi dan puncakeksotermik pada suhu >850oC yang menyata-kan adanya perubahan struktur mineral.

Cara Kerja

Analisis mineral dilakukan denganmenggunakan analisis differensial termal(DT A). difraksi sinar-x (XRD) danspektroskopi infra-merah (Ik). Komposisikimia ditcntukan dengan cara gravimetri danspcktrofotornetri serapan atom (SSA) [4, 5].Sifat kimia ditentukan terhadap kapasitaspetukaran kation (KPK) dengan merendahnyadalam larutan amonium asetat I M. kemudianion-ion yang tertukar seperti Na+. K+. Ca2+dan Mg2+. ditentukan dengan menggunakanSSA. Ditentukan pula pH masing-masingbentonit dalam larutan NaCI I M. Sifat fisikditentukan terhadap luas perrnukaan, volumepori, swelling index dan berat jenis. Luaspermukaan ditentukan dengan metodametilenbiru. volume pori ditentukan dengantitrasi dengan air. swelling index ditentukandengan mengukur proses volume pem-bcngkakan dari bentonit setelah direndam da-lam air. Bcrat jenis ditentukan dengan pikno-meter.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Gambar I. Tcrmogr.u: I)TAt'cntonit Pacitan B-1. B-2. B-3 dan bentonit standar (B-4).

44 JKTl Vol.6.No. 1-2, Desember 1996

Berda:saIkan difraktogram pada Gambar 2terliha.tbahwa intensitas yang paling kuat padajarak antara bidang dasar, d 12,61 - 16,67 A,bal ini menunjukkan bahwa penyusun utarnaempung bentonit adalah monmorillonit.Adanya molekul air di dalam ruanginterlamellar mempengaruhi jarak antarbidang dasar ini. Pada sample I bentonit B-1,B-2 dan B-3 harga d = 14,71 A dan 16,67 A,menunjukkan bahwa jenis mineral lempungadalah kalsium monmorillonit yang memilikidua lapis molekul air (d = 14,5 - 15,5 A).Sedangkan untuk bentonit standar, B-4mempunyai harga d = 12,61 A yangdiperkirakan jenis mineralnya adalah natrium

monmorillonit yang memiliki satu lapismolekul air pada ruang interlamellar (d = 12,5A) [1]. Sedangkan puneak-puneak yang lainpada d = 4,52; 3,04 dan 2,53 A adalahmerupakan em monmorillonit denganintensitas yang lebih rendah. Puneak pada d =

9,40 A dengan intensitas rendah diduga berasaldari sebagian keeil kristal monmorillonitmengalarni pemendekan jarak antar bidangdasar, karena kehilangan molekul air di dalamruang interlamellar dalam strukturmonmorillonit yang disebabkan olehpemanasan. Puneak pada d = 4,31 dan 3,36 Amenunjukkan mineral kuarsa yang seringterdapat pada berbagai ragam tanah [6].

-- ...•....•..• •...•......

Gambar 2. Difraktogram bentonit Paeitan B-1, B-2, B-3 dan bentonit standar (B-4).

Spektrum IR bentonit Pacitan dan bentonitstandar dapat dilihat pada Gambar 3.Berdasarkan spektrum IR, dapat dilihat bahwapola tersebut khas utuk mineral monmorillonit~6].Pita A pada bilangan gelombang 3630 em-menunjukkan getaran ulur hidrosil dari AI-

Mg-OH atau AI-AI-OR. Pita B pada 3400 em-lyang diperkuat oleh pita C yan~ masing-masing menunjukkan ulur O-H dan" tekuk H-

JKTI Vol. 6, No. 1-2, Desember 1996

O-H yang diakibatkan oloeh adsorpsi molekulair. Pita D pada 1050 em-l menunjukkangetaran ulur Si-O yang seharusnyamemperkuat pita getaran Si-OH pada bilangangelombang 3700 - 3200 em.-l Selanjutnya pitaE pada 930 em-l menunjukkan tekuk AI-AI-OH [7]. Sedangkan pita pada 2330 em-l padaB-3 dan B-4 menunjukkan adanya C02, yangterperangkap dalam pori-pori bentonit.

45

""",,---;;;:;;'--.-.-, "'''''.. ...-- Bil ••..'l.£*I .•~Io~...,.. (Ct"r')-J)

Secara sekilas tidak ada perbedaan antaraspektrum IR sampel bentonit Pacitan danbentonit standar B~4. Tetapi apabila dilihatsecara seksama ada perbedaan intensitas (luaspuncak) pada pita B 3400 cm-l maupun pita Cpada 1630 cm-l Luas puncak pada pita-pita inidipengaruhi oleh adanya molekul air yangmenempati ruang interlamellar. Luas puncakpada bentonit Pacitan pada pita B maupun Ccukup besar, menunjukkan kalsium bentonityang dalam keadaan biasa memiliki dua lapismolekul air pada ruang interlamellar. Sedang-kan pita B dan pita C pada bentonit standar B-4 memiliki luas puncak yang relatif kecil,menun-jukkan jenis natrium bentonit yangmemiliki satu lapis molekul air, pada ruanginterlamellar. Hal ini telah diperkuat oleh dataDTA maupun XRD.

Gambar 3. Spektra inframerah bentonit Pacitan B-1, B-2, B-3 dan bentonit standar (b-4).

Analisis Kompisisi Kimia

Hasil analisis komposisi kimiadisajikan pada Tabel 1 yang dinyatakansebagai oksida-oksida Iogamnya, Komponenutama bentonit adalah siliki (Si02) danalumina (AI203 ) sedangkan kandunganlogam lainnya keci!. Kandungan air padabentonit sampel B-1, B-2 dan B-3 cukup besar,yaitu sekitar 18 % yang digolongkan dalam

46

dua jenis air yaitu air lembab (H20-) yanghilang pada pemanasan 105 - 110 °C dan airinterkalasi (H20+) yang hilang padapemanasan 400 vc

Penyusun utama bentonit adalahsmektit yang mempunyai angka banding teori-tis Si02 dan AI2 03 sebesar 2,34. Angkabanding Si02 / AI2 03 dalam B-1, B-2, B-3dan B-4 berturut-turut adalah 2,54; 2,44; 3,32dan 3,19, yang semuanya mempunyai hargayang lebih besar daripada 2,35. Hal ini menun-jukkan kadar Si02 yang lebih tinggi.Kelebihan Si02 ini mungkin saja berasal darikuarsa atau mineral silikat lainnya.

Tabel 1. Hasil analisis komposisi kimia bentoint Pacitan danbentonit standar

Oksida B-1 B-2 B-3 B-4 B*(%) (%) (%) (%)

Si02 50,38 49,68 54,07 55,55 55,44A1203 19,85 20,38 16,28 17,39 20,14Fe203 8,11 6,42 6,38 3,84 3,67MgO 2,66 3,24 4,54 4,44 2,49CaO 1,43 1,12 1,19 1,51 0,50Na203 0,16 0,20 0,14 1,87 2,75K20 0,16 0,28 0,18 0,24 0,60H20- 14,45 12,70 13,49 10,09 14,70H20+ 3,72 4,56 4,17 1,52

JKTI Vol.6,No. 1-2, Desember 1996

• Bentonit Upton, Wyoming USA [8].

Adanya logam Fe, Ca, Mg, Na dan Kyang ada dalam bentonit dikarenakan dalamperkembangannya dipengaruhi oleh kondisi-kondisi di sekitarnya yang memungkinkanbentonit tersebut mengadakan adsorpsi danpertukaran kation maupun anion. Atau dapatjuga adanya logam-logam tersebut berasal darioksida-oksida bebas sebagai pengotor. Kan-dungan oksida besi yang cukup tinggi padabentonit Pacitan yaitu 6,38-8,11 % didugamerupakan akibat terjadinya substitusi AI olehFe dalam struktur smektit dan atau beasal darioksida besi bebas yang sering terdapat dalamtanah. Sayang sekali tidak diperoleh informasitentang bentonit dari Amerika Serikat yangdigunakan sebagai referensi, tentang kandung-an CaO yang lebih besar dari kandungan CaObentonit Pacitan. Pada hal berdasarkan kan-dungan Na2 0, diduga bentonit referensi terse-but termasuk jenis natrium bentonit.

Sifat Kimia

Harga kapasitas pertukaran kationKPK bentonit Pacitan dan bentonit standardapat dilihat pada Tabel 2. Berdasarkan tabeltersebut dapat dilihat bahwa bentonit PacitanB-1, B-2 dan B-3 mempunyai pH 6 ataubersifat asam. Sifat asam ini diduga berasaldari proton yang ada dalam ruang interlamellaryang berfungsi sebagai ion penyeimbang.Proton ini hanya akan lepas apabila ada kationlain yang menukarnya, misalnya Na+ yangdigunakan untuk penentuan pH lempung.Sedangkan bentonit standar B-4 mempunyaipH 8, yang berarti bersifat basa. Hal inikemungkinan disebabkan oleh penggunaannatrium karbonat yang bersifat alkali sebagaisumber ion Na+ pada aktivasi bentonit ini.

Tabel 2. Harga pH clan kapasitas pertukaran kation bentonitPacitan clan bentonit standar

Sampel pH Kation (mekl100 g) KPK total-~------------------------- (meklI00g)Na K Ca Mg

B-1 6 1,58 0,00 30,20 14,20 45,98B-2 6 1,73 0,07 40,43 18,57 60,80B-3 6 1,94 0,00 44,72 15,76 62,42B-4 6 27,57 0,23 42,87 2,03 72,70---------------------------------

Penentuan sifat KPK dalam hal iniadalah penentuan Na+ , K+ , Ca2+ dan Mg2+yang dapat dipertukarkan oleh ion NH4+ darilarutan amonium asetat dengan konsentrasicukup besar (I N) pada pH 7, supayapertukaran terjadi secara maksimum. IonNH4+ digunakan sebagai ion penukar karenamempunyai daya tembus yang tinggi sehingga

JKTl Vol. 6, No. 1-2, Desember 1996

ion-ion lain dapat dipertukarkan [6]. MenurutWay, kekuatan pertukaran ionm adalah Na+<K+ '<Ca2+ ,Mg2+ <NH4+ [8] yang berartibahwa ion NH4+ dapat menukar ion-ion Na+ ,K+ , Ca2+ dan Mg2+ relatif lebih mudah.

Berdasarkan hasil penentuan KPKdapat dilihat bahwa kation yang dapat dipertu-karkan yang dominan pada B-1, B-2 dan B-3adalah kation Ca2+ yang berkisar antara 30,20- 44,72 mek/IOO gram, kemudian disusulMg2+ 14,20-18,57 mek/IOO gram, sedangkanion Na+ dan K+ sangat kecil. Dari data inijuga dapat dikatakan bahwa bentonit Pacitanadalah jenis kalsium bentonit.

Pada bentonit standar B-4, kationyang dapat dipertukarkan yang dominanadalah Ca2+ yaitu 42,87 mek/IOO gram,kemudian disusul Na+ 27,57 mek/IOO gramsedangkan ion Mg2+ dan K+ sedikit. KPKuntuk Ca2+ yang cukup besar ini diperkuatdengan hasil penentuan CaO-nya yang relatiftinggi pula.

Sampel B-1 mempunyai harga KPKpaling kecil, yaitu 45,98 mek/IOOgram, hal inidisebabkan B-1 berada pada lapisan palingatas, yang kemungkinan kandunganmonmorillonitnya sedikit karena bercampurdengan bahan-bahan organik dari tumbuhan.Sedangkan untuk B-2 dan B-3 mempunyaiharga KPK yang relatif sama, yaitu 60,80 dan62,42 mek/IOO gram. Bentonit standar B-4mempunyai harga KPK paling besar yaitu72,70 mek/IOOgram.

Sifat Fisik

Hasil penentuan sifat-sifat fisik bento-nit sampel dan bentonit dapat dilihat padaTabel 3. Dari tabel tersebut dapat dilihat beratjenis bentonit Pacitan B-1, B-2 dan B-3berkisar pada harga 2,14-2,28 g/ml.,sedangkan bentonit standar B-4 mempunyaiberat jenis 2,10 g/mL. Harga-harga ini sesuaidengan BJ monmorillonit 2-2,7 g/ml., beratjenis ini berkurang dengan bertambahnya kan-dungan air [9].

Tabel 3. Sifat-sifat fisik bentonit Pacitan clan bentonit standar

Sampel BJ Luas permu- Volume Swelling(g/ml) kaan (m2/g) pori index (%)

(ml/g)

8-18-28-38-4

2,142,282,222,10

641,44737,29636,94727,76

1,01 144,401,25 163,160,88 78,951,74 372,73

47

Pada Tabel 3 dapat dilihat bahwa luaspermukaan bentonit Pacitan berkisar antara636,94-737,29 m2 Igram, yang tidak berbedadengan luas permukaan bentonit standar B-4yaitu 727,76m2/gram. Monmorillonit mempu-nyai luas permukaan spesifik 700-800m2/gram. Luas permukaan ini cukup besar,karena monmorillonit mempunyai permukaanaktif luar dan antar lapis. Dari keduanya, luaspermukaan antar lapis merupakan bagianutama (90%) dari luas permukaan total (Tan,1982). Oleh karena luas permukaannya besar,bentonit merupakan adsorben yangbaik.Volume pori bentonit sampel 0,88-1,25mL/gram, sedangkan volume pori bentonitstandar B-4 adalah 1,74 mL/gram. Volumepori antara lain dipengaruhi oleh bentuk pori.Bentuk pori bola atau kubus mempunyaivolume pori yang besar.

Swelling index yang menunjukkankemampuan mengembang bentonit, untuksampel 78,95-163,16 %. Sampel B-3 mempu-nyai kemampuan mengembang yang kecil,kemungkinan disebabkan oleh adanya kuarsadalam jumlah yang lebih banyak terdapat padalempung bentonit lapisan paling bawah ini.Kuarsa mempunyai kemampuan yang sangatsedikit mengembang (Tan, 1982). Bentonitstandar B-4 mempunyai kemampuan mengem-bang yang cukup besar yaitu 372,73 %, yangdiduga jenisnya adalah natrium bentonit.

Luas permukaan, volume pori danswelling index sampel menunjukkan adanyakesesuaian, yaitu B-2> B-1> B-3. Adanyapengotor sejenis kuarsa yang memiliki strukturtiga dimensi sangat stabil, agaknya menyebab-kan penurunan sifat daya mengembang danporositas dari sampel bentonit. Kuatnya ikatanselikon-oksigen pada kuarsa memberikan sifatinert yang besar.

KESIMPULANBerdasarkan hasil penelitian dan pem-

bahasan dapat diambil kesimpulan sebagaiberikut.1. Hasil analisis mineral dengan analisis dife-

rensial termal, difraksi sinar-x dan spektros-kopi infra-merah menunjukkan bahwa pe-nyusun utama bentonit Pacitan adalah mi-neral lempung monmorillonit yang diperki-rakan bercampur dengan sedikit kuarsa.

48

2. Hasil analisis komposisi kimiamenunjukkan bahwa komponen utama

. bentonit Pacitan adalah silika dan aluminadengan perban-dingan Si02 IAl2 03 yanglebih besar dari ada harga perbandinganteoritis. Kandungan oksida besi cukup tinggiyaitu 6,38-8,11 %, sedangkan kandunganoksida logam lainnya kecil.

3. Hasil analisis dengan difraksi sinar-x dankapasitas pertukaran kation yang dominanmenunjukkan bahwa bentonit Pacitan adalahkalsium bentonit yang mempunyai hargaKPK 45,98-62,42 mek/IOOgram, berat jenis2,14-2,28g1mL, luas permukaan 641,44-727,29m2/gram, volume pori 0,88-1,25 mLlgram dan swelling index 78,95-163,16 %.

PUSTAKA1. RE., Grim, Clay Mineralogy, McGraw-Hill

Book Co. Inc., New York (1968).2. A., Riyanto, Bahan Galian Industri

Bentonit, PPTM, Bandung (1992).3. T.S., Kunrat, A. Sudradjat, Propek Usaha

Pertambangan Bentonit, PPTM, Ban-dung(1994).

4. 1.R, Cater, M.T. Hatcher and Larry DC,Quantitative Analysis of Quartz andChirtobalite in Bentonite Clay BasedProduct by X-ray Diffraction, AnalChem., 59,513-519 (1987).

5. T. W ., Endang, Penggunaan MetodeDifraksi Sinar-x untuk Deteksi Perubahanristal Mineral Lempung Akibat Pema-nasan dan Aktivasi, Berkala J/miahFMIPA-UGM, tahun IV, No.3, Januari,37-44 (1993).

6. K. H., Tan, Dasar Dasar Kimia Tanah,terjemahan Didiek H.G., dkk., GadjahMada University Press, Yogyakarta (1982).

7. S. W., Webb, D. A . Stanley and B.1.Scheiner., An Infrared Examination of IonExchanged Monmorillonite, Treated withPolyethylene Oxide, Report of Investigation9038, Bureau of Mines (1986).

8. R E., Grim, Bentonites: Geology,Mineralogy, Propertis and Uses, ElsevierScientific Publishing Co., Amsterdam(1978).

9. N., Mason, L.G. Berry, Elements ofMineralogy, Toppan Co., Ltd., Tokyo(1968).

JKTI Vol.6,No. 1-2, Desember 1996