ISSN 0216-3128Dwiretnani, dkk. 89~- --

KHLORINASI P ASIR ZIRKON SECARA LANGSUNG

Dwiretnani Sudjoko, Budi Sulistyo, Pristi Hartati daD SunardjoPuslitbang Teknologi Maju BATAN. Yogyakarta

ABSTRAKKHWRINASI PASIR ZIRKON SECARA LANGSUNG. Telah dilakukan khlorinasi pasir zirkon secaralangsung didalam satu unit alat khlorinasi.Proses dilakukan secara semi catu. Gas hasil yang terjadi diserapmenggunakan NaOH encer. Diteliti pengaruh waktu. perbandingan pereaksi dan ukuran butiran pasirterhadap kadar Zr dan kadar Si didalam hasil. Dari penelitian ini didapatkan bahwa bertambahnya waktu, ratio perbandingan pereaksi menaikkan kadar Zr, tetapi akan menurunkan kadar Si. sedangkan penurunanukuran butir pasir menurunkan kadar Zr tetapi menaikkan kadar Si.

ABSTRACTDIRECT CHLORINATION OF ZIRCON SAND. It was investigated the direct chlorination of zircon sand ina unit chlorination equipment. The process was in semi batch. The product gas was scrubbed in aqueousNaOH. It was search the influence of time. ratio of reactant and size of particle sand to the concentration ofZr and Si in the product. From these research it was found that as the times. ratio of reactant increased, theconcentration of Zr increased. but the concentration of Si decreased. while as grain size of zircon sanddecreased the concentration ofZr decreased. but the concentration of Si increased.

PENDAHULUANM ineral zirkon merupakan hasil samping dari

pertambangan dan prosesing dari "heavymineral sand", Sejumlah heavy mineralkebanyakan mengandung zircon ilmenite, rutilataupun mineral timah (I. 2,3,4,5 ). Di Indonesia

mineral zirkon ban yak diperoleh sebagai hasilsamping pabrik timah di pulau Bangka, Dari hasilanalisis yang dilakukan pada tahun 1982 diketahuibahwa kadar mineral zirkon didalam pasir buanganini adalah sebesar 68,05 %, cukup besar sehinggamemadai untuk diproses lebih lanjut, Dalammineral zirkon senyawa yang ada adalah berupaZrSiO4,

sarna dengan calcined petroleum coke dalam ballmill, khlorinasi dilakukan dalam fluidized reactor.Peneliti yang lain membuat umpan berupa briketdari campuran zirkon dioksida dan karbonmenggunakan sukrosa sebagai binder< 1.4.6 ).

Pacta proses khlorinasi reaksi yang terjadisecara total adalah sebagai berikut

ZrSiO4 +4C+4CI2 ~

ZrCl4 + SiCl4 + 4CO ( 1)

Tujuan utama dari proses ini adalah untukmemisahkan zirconium dari silikon. Zirkoniumtetrakhlorid akan terdesublimasi dalam kondensorsedangkan silikon tetrakhlorid akan tertangkapdidalam larutan penyerap bersama-sama gas Cl2yang tidak bereaksi, tetapi acta sebagian dari silikontetrakhlorid yang terikut dalam kondensor. Dalampenelitian ini akan diteliti pengaruh waktu,perbandingan pereaksi dan terhadap kadar Zr dankadar Si dalam hasil.

Zirkonium tetrakhlorid dibutuhkansebagai material awal untuk pembuatan zirkoniumdioksida maupun logam zirkonium. Pada saat inipenggunaan zirkonium dioksida dalam industrisangat luas, sehingga kebutuhannya sangat besar,dibandingkan dengan penggunaan logamzirkonium. Logam zirkonium sekitar 90% dariproduksi yang ada digunakan untuk industrinuklir, sehingga terbatas sekali pemakaiannya,sisanya digunakan dalam industri non nuklir (2.3,4.5) .

Ada beberapa proses yang dilakukan untukmembuat zirkon tetrakhlorida, khlorinasi ZrO2menggunakan reduktor karbon sambi I dialiri gasCl2 dalam fixed bed reactor(I,6) , khlorinasi pasirzirkon menggunakan fluidized reactor (4.7).

Didalam mineral zirkon, silikon akan dikhlorinasibersama- sarna dengan zirkon, menyebabkankonsumsi Cl2 bertambah besar. Ada beberapa carayang telah dilakukan untuk memperbesar effisiensiScheel dkk (7 ) menggerus mineral zirkon bersama-

TATA KERJA

Bahanpasir zirkon. gas C12. petroleum coke dan Na OH

Alat

Alat yang digunakan adalah satu unit alat khlorinasiyang terdiri alas reaktor. pemanas lengkap denganpengatur suhu clan pcnyerap.

---Proslding Pertemuan dan Presentasilimiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr

P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 2002

90 ISSN 0216.903128 Dwiretnani, dkk

Cara Kerja

Campuran pasir zirkon dan karbon denganperbandingan tertentu dan sukrose sebagai binderdimasukkan krus dalam reaktor. Rangkaian alatdipasang dan dicek kebocorannya. Pemanasdijalankan, reaktor dialiri inert sampai suhu operasi,selanjutnya gas klor dialirkan sesuai variabel yangditeliti. Bila waktu proses telah tercapai, aliran gasklor dihentikan. Reaktor dibuka setelah dingin,basil proses diambil dan dianalisis .

50.00

I40.00

~ 30.00 I

:;i I]~ 20.00

10.00

HASIL DAN PEMBAHASAN0.00

Hasil penelitian yang telah dilakukan dapatdilihat dalarn Tabel 1 sarnpai 3 dan Garnbar 1-3.Karbon dalarn penelitian ini berfungsi sebagaireduktor untuk rnernisahkan zirkon dan silikon,$elanjutnya bcrcaksi dengan gas khlor rnernbentukZrCl.! dan SiCI.! .Panas reaksi yang dilepaskanoleh kcdua reaksi ini kira-kira harnpir sarna hanyauntuk silikon sedikit lebih tinggi dibandingkandengan zirkon dioksida. Reaksi khlorinasi zirkonrnaupun silikon terjadi serentak dalarn reaktorkhlorinasi, hasilnya berupa zirkon tetrakhloridrnaupun silikon tetrakhlorid keluar dari reaktorberbentuk gas. ZrCI4 akan terdesublirnasi dalarnsublirnator, sedangkan SiCI.! akan keluar bersarna -sarna dengan sisa gas khlor daD diserap di dalarnpenyerap. Sebagian dari SiCI4 akan ikutterdesublirnasi dalarn kondenser sehingga akanrnengurangi kernurnian ZrCI4 yang diperoleh,selanjutnya SiCI4 ini akan dipisahkan dari ZrCI..dengan distilasi fraksinasi. Untuk rnengetahuipcngaruh waktu terhadap kadar Zr rnaupun kadar Sidalarn ZrCI.! dapat dilihat dalarn Tabel 1 daDGarnbarl

10 20 30

Waktu, nr.nit

40

Gambar Pengaruh waktu terhadap kadar Zr dankadar Si dalam hasi!

Tabel Pengaruh waktu terhadap kadar Zr danSi daiam hasii ( suhu 9000 C, ukuranbutir pasir -0. J06+0.063mm, perban-dingan pereaksi J:8 .kecepatan gas Ci2270 mil menit)

r---;a~~mt

~

Kadar Si, %

24,85 5,1410

20

35,22 9,78

38,71

17,9930

Dalam Tabel 1 dan Gambar 1 dapat dilihat hilawaktu proses bertambah, maka kadar Zr dalamhasil makin besar, sedangkan kadar Si dalam hasilmakin berkurang. Hal ini dapat dimaklumi karenamakin lama waktu proses, zat-zat yang bereaksisemakin banyak, sehingga panas reaksi yangdilepaskan juga semakin banyak. Akibatnya suhugas-gas yang keluar reaktor khlorinasi semakintinggi. ZrCl4 maupun SiCl4 pada waktuterdesublimasi juga akan melepaskan panassehingga suhu sublimator makin lama makin tinggi,akibatnya SiCl4 yang terdesublimasi makinberkurang, karena suhu desublimasi dalamsublimator makin naik. ZrCl4 yang terdesublimasimakin besar sehingga kadarnya juga makin naik.

Perbandingan pereaksi akan mempengaruhihasil yang diperoleh. Dari persamaan 1 dapatdilihat secara teoritis untuk liar 1 mol ZrSiO4diperlukan 4 mol karbon. Selain sebagai reduktorkarbon disini juga diperlukan oleh sisa uap airyang ada dalam umpan, uap air yang terbentuk padadekomposisi binder yang pada suhu tinggi yaitusuhu proses akan bereaksi dengan karbonmembentuk CO2 dan juga CO2 yang timbul dalamreaktor karena pemanasan pada suhu tinggi.Menurut Doerner ( Stephen, 1952) karbon dengankarbon dioksida akan membentuk kesetimbanganyang akan menambah kebutuhan karbon. Hasilpenelitian yang diperolah dengan variasiperbandingan pereaksi karbon terhadap pasir dapatdilihat dalam Tabel 2 dan Garnbar 2

Dalarn Tab"el 2 dan Gambar 2 dapat dilihatbahwa rnakin besar perbandingan pereaksi yangdigunakan, prosen Zr rnaupun prosen Si ,makinbertarnbah besar pada kondisi operasi yang sarna,

I ".) I"' I 15,26 I40 44.96

Prosldlng Pertemuan dan Presentasilimiah Penelitlan Dasar limu Pengetahuan dan Teknologl NukllrP3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 2002

1:8 1:12

Perbandingan Pereaksi

1:16:4

Gambar 2 .Pengaruh perbandingan pereaksi ferhadap kadar Zr dan Si daiam hasii

Gambar 3. Hubungan antara ukuran butir pasir de.ngan kadar Zr dan Si dalam hasilkarena makin besar jumlah karbon yang digunakan

reaksi reduksi makin ban yak sehingga hasil yangdiperoleh makin besar, atau prosentase hasil makinbesar . tidak sarna. Makin kecil ukuran butirnya kadar Zr

rnaupun kadar Si yang diperoleh rnakin rnenurun.Tetapi hila dilihat dari perbedaan kadar yang tidakterlalu besar. rnaka ketiga kelornpok ukuran inicukup rnenguntungkan untuk diolah, selain supayabisa rnengurangi jurnlah pasir zirkon yang dijadikanbuangan. sehingga bisa rnengurangi pengotoran

lingkungan.

Variabel selanjutnya yang diteliti adalahpengaruh ukuran butiran karbon. Hasil yangdiperoleh dapat dibaca dalam Tabel 3 clan Gambar3. Sebelum dilakukan penelitian ini pasir zirkonyang ada diayak terlebih dahulu. Hasil yangdiperoleh menunjukkan ada tiga kelompok pasirzirkon yang mempunyai fraksi massa yang cukupbesar .sehingga ketiga kelompok ini dicobadiklorinasi. Secara teoritis, makin kecil ukuranbutiran yang bereaksi, reaksi semakin baik, karenaluas bidang kontak semakin besar. Oari penelitianyang telah dilakukan makin kecil ukuran butiranpasir memang jumlah pasir yang terkhlorinasisemakin besar, letapi dari hasil analisis yang

KESIMPULANDari penelitian ini dapat ditarik kesimpulan

bahwa makin lama waktu proses dan makin besarperbandingan pereaksi kecenderungannya akanmemperbesar kadar Zr dalam hasil, sedangkan

92 ISSN 0216 -923128 Dwiret1lani, dkk

makin kecil ukuran butiran pasir ,maka hasil yangdiperoleh mempunyai kadar Zr yang makin rendahsebaliknya kadar Si makin besar. Tetapi perbedaanhasil dari tiap ukuran butir tidak terlalu besar,sehingga ketiga ukuran butiran pair layak untukdiproses

TANYAJAWAB

Santin..Berapa normalitas N aOH encer ?

..Berapa pengaruh waktu yang dapat menaikkankadar zirkon , dan berapa kadar zirkonnya, danjuga dapat menurunkan kadar Si berapa ?

UCAP AN TERIMAKASIH

Penulis rnengucapkan terirnakasih kepadasdr Mujirnan, sdr Ade Sita Ema Kusurnawaty jugakepada ternan-ternan yang lain yang telahrnernbantu terlaksananya penelitian ini sarnpai

selesai.

Dwiretnani.NaOHyang digunakan 0,1 N.Pengaruh waktu daTi 10 -40 menit

menaikkan kadar Zr daTi 24,85% menjadi44,96%.

.Mulai waktu 40 men it kadar Si turun daTiJ 7,99% pada menit ke 30 menjadi J 5,26%pada men it ke 40.

Philips...Mengapa yang digunakan harus petroleum

coke, bukan cokes yang lain seperti foundrycokes

...Apa beda foundry cokes dengan petrolemcokes.

Dwiretnani.Kebetulan yang tersedia di laboratorium

kami adalah petroleum cokes, jadi bahanini yang digunakan.

.Pada prinsipn)'a untuk reduktor dapatdigunakan karbon dalam bentuk apa saja,mestinya makin mumi makin bagus,sehingga tidak menambah kadar pengotor.

DAFTARPUSTAKA1. LUSTMAN, B dan KERSZE, F, The

Metallurgy of Zirconium, 1st edition, Mc GrawHill Book Company, Inc. New York ( 1955)

2. http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/comodit

y/zirconium

3. http://www.chemlink.com.au/zircon.htm

4. STEPHEN,W.W dan Gilbert, H.L.,Chlorination of Zirconium Oxide, Journal ofMetals ( 1952)

5. http://www.chemistrypromona.edu/chemistry.peri odictab leI elementzirconi um/zirco ni urn. h tm

6. http://www.mineral org.au/pages/page3

7. http:// doc.tms.org/site.product.nsf

8. http://www.alleghenytechnologies.com

9. Min Chen, Y, Wen Chang, F and YuanChang, C, Chlorination of Silicon Dioxide inthe Presence of Carbon, Ind.Eng.Chemistry.Res. 29 (1973)

Prosidlng Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltlan Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologl NukllrP3TM.BATAN Yogyakarta, 27 Junl2002