BAB I

PENDAHULUAN

I TUJUAN

Tujuan dari pembuatan makalah ini adalah:

1. Untuk menambah wawasan mengenai industri-industri kimia yang ada di

Indonesia

2. Untuk mengetahui dan memahami proses pembuatan gelas dan kaca

3. Untuk memenuhi tugas mata kuliah proses kimia

II LATAR BELAKANG

Kaca atau gelas adalah salah satu produk industri kimia yang paling akrab

dengan kehidupan kita sehari-hari. Akan tetapi masyarakat luas banyak yang belum

mengerti tentang senyawa unik ini. Kaca atau gelas apabila dipandang dari segi fisika

merupakan zat cair yang sangat dingin. Disebut demikian karena struktur partikel-

partikel penyusunnya yang saling berjauhan seperti dalam zat cair namun dia sendiri

berwujud padat. Ini terjadi akibat proses pendinginan (cooling) yang sangat cepat,

sehingga partikel-partikel silika tidak “sempat” menyusun diri secara teratur. Dari segi

kimia, kaca adalah gabungan dari berbagai oksida anorganik yang tidak mudah

menguap , yang dihasilkan dari dekomposisi dan peleburan senyawa alkali dan alkali

tanah, pasir serta berbagai penyusun lainnya. Kaca memiliki sifat-sifat yang khas

dibanding dengan golongan keramik lainnya. Kekhasan sifat-sifat kaca ini terutama

dipengaruhi oleh keunikan silika (SiO2) dan proses pembentukannya.

Sebagaimana bahan-bahan yang sangat banyak digunakan dalam peradaban

modern, riwayat penemuan kaca tidaklah jelas sama sekali. Salah satu rujukan yang

paling tua mengenai bahan ini dibuat oleh Pliny, yang menceritakan bagaimana

pedagang-pedangang phoenisia purba menemukan kaca tatkala memasak makanan.

Periuk yang digunakannya secara tidak sengaja diletakkan di atas massa trona di suatu

pantai. Penyatuan yang terjadi antara pasir dan alkali menarik perhatian dan orang Mesir

telah berusaha menirunya. Sejak tahun 6000 atau 5000 sebelum Masehi, orang Mesir

telah membuat permata tiruan dari kaca dengan ketrampilan yang halus dan keindahan

yang mengesankan. Kaca jendela sudah mulai disebut-sebut sejak tahun 290. Silinder

kaca jendela tiup ditemukan oleh para pendeta pada abad ke-12. Dalam abad tengah,

Venesia memegang monopoli sebagai pusat industi kaca. Di jerman dan inggris, kaca

baru mulai dibuat pada abad ke-16. Secara keseluruhan sebelum tahun 1900, industri ini

merupakan seni yang dilengkapi oleh rumus-rumus rahasia yang dijaga ketat. Proses

pembuatannyapun bersifat empiris dan hanya berdasarkan pada pengalaman. Kaca atau

gelas merupakan materi bening dan transparan (tembus pandang) yang biasanya di

hasilkan dari campuran silikon atau bahan silikon dioksida (SiO2), yang secara kimia

sama dengan kuarsa. dari segi fisika kaca dipandang sebagai zat cair yang sangat dingin.

Disebut demikian karena struktur partikel-partikel penyusunnya yang saling berjauhan

seperti dalam zat cair namun dia sendiri berwujud padat. Ini terjadi akibat proses

pendinginan (cooling) yang sangat cepat, sehingga partikel-partikel silika tidak

“sempat” menyusun diri secara teratur. Dari segi kimia, kaca adalah gabungan dari

berbagai oksida anorganik yang tidak mudah menguap , yang dihasilkan dari

dekomposisi dan peleburan senyawa alkali dan alkali tanah, pasir serta berbagai

penyusun lainnya. Kaca memiliki sifat-sifat yang khas dibanding dengan golongan

keramik lainnya. Kekhasan sifat-sifat kaca ini terutama dipengaruhi oleh keunikan silika

(SiO2) dan proses pembentukannya.

BAB II

PEMBAHASAN

I. PENGERTIAN

Kaca atau gelas adalah salah satu alat rumah tangga yang bahan utama

penyusunnya adalah SiO2 dengan suhu pelelehan 2000◦ C. Kaca atau gelas merupakan

bahan pejal sekata, biasanya terbentuk apabila bahan cair tidak berkristal disejukkan

dengan cepat, dengan itu tidak memberikan cukup masa untuk jaringan kekisi kristal

biasa terbentuk. Kaca atau gelas termasuk kelompok vitroida atau termogel, yang

merupakan senyawa kimia dengan susunan yang kompleks. Senyawa tersebut diperoleh

dengan membekukan lelehan yang lewat dingin. Kaca atau gelas ialah produk yang

“amorf dan bening dengan kekerasan dan elastisitas yang cukup, tetapi sangat rapuh.

Seperti yang telah dijelaskan di bab sebelumnya bahwa kaca atau gelas apabila

dipandang dari segi fisika merupakan zat cair yang sangat dingin. Disebut demikian

karena struktur partikel-partikel penyusunnya yang saling berjauhan seperti dalam zat

cair namun dia sendiri berwujud padat. Ini terjadi akibat proses pendinginan (cooling)

yang sangat cepat, sehingga partikel-partikel silika tidak “sempat” menyusun diri secara

teratur. Dari segi kimia, kaca atau adalah gabungan dari berbagai oksida anorganik yang

tidak mudah menguap , yang dihasilkan dari dekomposisi dan peleburan senyawa alkali

dan alkali tanah, pasir serta berbagai penyusun lainnya.

Kaca atau gelas merupakan bahan lutsinar, kuat, tahan hakis, lengai, dan secara

biologi merupakan bahan yang tidak aktif, yang dapat dibentuk menjadi permukaan

yang datar dan licin. Ciri-ciri ini menjadikan kaca atau gelas sebagai bahan yang sangat

berguna. Kaca atau gelas biasanya dicampur dengan bahan lain untuk mengubah cirinya.

Misalnya seperti kaca atau gelas bertimah hitam yang menyebabkan kaca atau gelas

menjadi lebih berkilauan, hal ini karena adanya peningkatan index pantulannya,

sementara boron ditambahkan untuk mengubah ciri termal dan elektriknya, seperti

Pyrex. Penambahan barium juga dapat meningkatkan indeks pantulannya, dan serium

ditambahkan untuk kaca atau gelas yang menyerap tenaga infra. Logam oksida juga

ditambahkan untuk memberikan warna pada kaca atau gelas. Peningkatan soda atau

potash dapat menurunkan titik lebur, sementara mangan ditambahkan untuk

menghilangkan warna yang tidak dikehendaki. Kaca atau gelas berwarna diperoleh

dengan menambahkan sedikit oksida logam peralihan. Misalnya, oksida mangan akan

menghasilkan warna ungu, oksida kuprum dan kromium memberikan warna hijau, dan

oksida kolbalt memberikan warna biru.

II. SIFAT-SIFAT KACA ATAU GELAS

Kaca atau gelas memiliki sifat-sifat yang sangat khas bila disbanding dengan

keramik. Kehasan sifat kaca ini disebabkan oleh keunikan silika (SiO2) dan proses

pembentukannya.

Beberapa sifat kaca atau gelas yang sangat umum adalah sebagai berikut :

• Gelas merupakan bahan yang dapat ditembus oleh cahaya tampak dan sinar infra

merah, tetapi tidak oleh sinar ultraviolet.

• Padatan amorf (short range order).

• Berwujud padat tapi susunan atom-atomnya seperti pada zat cair.

• Tidak memiliki titik lebur yang pasti (ada range tertentu)

• Mempunyai viskositas cukup tinggi (lebih besar dari 1012 Pa.s)

• Transparan, tahan terhadap serangan kimia, kecuali hidrogen fluorida. Karena

itulah kaca banyak dipakai untuk peralatan laboratorium.

• Efektif sebagai isolator.

• Mampu menahan vakum tetapi rapuh terhadap benturan.

Secara umum dan ringkas reaksi pembentukan kaca adalah sebagai berikut :

Na2CO3 + aSiO2 –> Na2O.aSiO2 + CO2

CaCO3 + bSiO2 –> CaO.bSiO2 + CO2

Na2SO4 + cSiO2 + Cà Na2O.cSiO2 + SO2 + SO2 + CO

III. PROSES PEMBUATAN KACA ATAU GELAS

a. Bahan-Bahan :

Pada dasarnya, bahan baku pembuatan kaca atau gelas terdiri atas 3 jenis bahan

yang masing-masing memiliki peranan pada kualitas dan hasil akhir dari produk gelas

secara keseluruhan. Ketiga jenis tersebut adalah :

1. Bahan pembentuk gelas

Ø Pasir kuarsa/silika dengan kemurnian SiO2 99.1 – 99.7%

Silikon (IV) oksida ialah molekul kovalen raksasa. Oleh karena itu, silicon (IV)

oksida memerlukan banyak tenaga haba untuk mengatasi setiap ikatan kovalen antara

atom dalam struktur raksasa. Maka, silicon (IV) oksida mempunyai titik lebur yang

sangat tinggi, yaitu 1710 C. Dalam silicon (IV) oksida, setiap atom silikon diikat secara

kovalen kepada 4 atom oksigen dalam bentuk tetrahedron dengan sudut antara ikatan

109.5 . Unit itu diulangi secara tidak terhingga dengan setiap atom oksigen terikat

kepada 2 atom silikon untuk membentuk molekul kovalen raksasa seperti struktur

berlian.

Ø sodium karbonat/soda abu (Na2CO3)

Ø asam borat/borax

Ø phosfor pentaoksida

Ø dolomit (CaCO3.MgCO3)

Dolomit merupakan variasi batu gamping yang mengandung < 50% karbonat.

Secara geologi dolomit dapat terbentuk karena proses primer maupun sekunder. Secara

sekunder dolomit terjadi karena proses dolomitisasi yaitu proses perubahan mineral

kalsit menjadi dolomit, selain itu dapat juga terbentuk karena diendapkan secara

tersendiri sebagai endapan evaporit. Dolomit primer berbentuk urat, yang terbentuk

bersama-sama dalam jebakan bijih. Dolomit mempunyai struktur kristal rhombohedral

yang mempunyai komposisi kimia CaMg(CaCO3)2 atau manganodolomit dan

berkomposisi MgFe(CaCO3)2 atau ferrodolomit. Umumnya dolomit berwarna putih

keabu-abuan atau kebiru-biruan, kekerasan 3,5 – 4, berifat pejal, berat jenis 2,8 – 2,9,

berbutir halus-kasar, mudah menyerap air, mudah dihancurkan.

Ø feldspar, dengan rumus molekul R2O.Al2O3.6SiO2 di mana R2O mewakili Na2O atau

K2O atau gabungan keduanya.

Feldspar adalah nama kelompok mineral yang terdiri atas potasium, sodium dan

kalsium alumino silikat. Pada umumnya kelompok ini terbentuk oleh proses

pneumatolitis dan hidrotermal yang membentuk urat pegmatit. Felspar ditemukan pada

batuan beku, batuan erupsi dan metamorfosa, baik bersifat asam maupun basa. Felspar

mempunyai nilai kekesaran 6 – 6,5 skala Mosh, berat jenis 2,4 – 2,8, warna dari putih

keabu-abuan, merah jambu, coklat, kuning dan hijau. Felspar adalah mineral alumina

anhidrat silikat yang berasosiasi dengan unsur Kalium (K), Natrium (Na) dan Calsium

(Ca) dalam perbandingan yang beragam. Mutu felspar ditentukan oleh kandungan

oksida kimia K2O dan Na2O yang relatif tinggi diatas 6%, oksida Fe2O3 dan TiO2 .

Ø cullet, merupakan pecahan-pecahan kaca atau kaca yang berasal dari produk tak lolos

quality control. Cullet berfungsi untuk menurunkan temperatur leleh dari bahan baku.

Cullet yang diumpankan sebanyak 25% dari total bahan baku.

2. Bahan stabilizer

Bahan stabilizer merupakan bahan yang mampu menurunkan kelarutan di dalam

air, tahan terhadap serangan bahan kimia lain termasuk materi-materi lain yang terdapat

di atmosfer. Contoh bahan stabiliser yang biasa dipakai di industri gelas adalah :

Ø Kalsium Karbonat atau Limestone, membuat produk akhir menjadi tidak larut di

dalam air.

Ø Barium Karbonat, meningkatkan berat spesifik dan indeks bias.

Ø Timbal Oksida, membuat produk menjadi transparan, mengkilat, dan memiliki indeks

bias yang tinggi.

Ø Seng Oksida, membuat gelas tahan terhadap panas yang mendadak, memperbaiki

sifat-sifat fisik dan mekanik, dan meningkatkan indeks bias.

Ø Aluminium oksida

Aluminium oksida adalah sebuah senyawa kimia dari aluminium dan oksigen, dengan

rumus kimia Al2O3 dan nama mineralnya adalah alumina. Disini alumunium oksida

berfungsi untuk meningkatkan viskositas gelas, kekuatan fisik dan ketahanan terhadp

bahan kimia.

3. Komponen sekunder

Ø Refining agent, menghilangkan gelembung-gelembung gas pada saat pelelehan bahan

baku. Bahan yang biasa digunakan sebagai refining agent pada industri gelas adalah

sodium nitrat dan sodium sulfat atau arsen oksida (As2O3).

Ø Penghilang warna (decolorant), menghilangkan warna yang biasanya diakibatkan

oleh kehadiran senyawa besi oksida yang masuk bersama bahan baku. Bahan

penghilang warna yang digunakan adalah mangan dioksida (MnO2), logam selenium

(Se), atau nikel oksida (NiO).

Ø Pewarna (colorant), digunakan untuk membuat gelas khusus sesuai dengan warna

yang dikehendaki.

Ø Opacifiers. Bahan yang digunakan sebagai opacifier adalah fluorite (CaF2), kriolit

(Na3AlF6), sodium fluorosilika (Na2SiF6), timah phospat, seng phospat (Zn3(PO4)2),

dan kalsium phospat (Ca3(PO4)2). Opacifiers adalah zat yang ditambahkan untuk

membuat kaca atau gelas bersifat buram atau tidak dapat ditembus gelombang

elektromagnetik, walaupun kacaatau gelas tersebut transparan.

b. Proses Pembuatan

Secara skematis proses pembuatan kaca atau gelas dapat digambarkan sebagai berikut:

1. Persiapan bahan baku (batching)

Pada tahap ini dilakukan penggilingan, pengayakan bahan baku serta pemisahan

dari pengotor-pengotornya. Serbuk bahan baku ditimbang sesuai komposisi, termasuk

bahan-bahan aditif lain yang diperlukan seperti zat pewarna atau zat-zat yang sesuai

dengan produk kaca yang dikendaki. Pengadukan campuran bahan baku dalam suatu

mixer hal ini dilakukan agar campuran menjadi homogen sebelum dicairkan.

Komposisi dari bahan-bahan penyusunnya adalah sebagai berikut :

Bahan Komposisi (%)Pasir Silika 72,6

Natrium Karbonat 13,0Kalsium Karbonat 8,4

Dolomit 4,0Alumina 1,0

Lain-Lain 1,0

2. Pencairan (melting/fusing)

Bahan baku yang sudah homogen, diayak dahulu sebelum dimasukkan ke dalam

tungku (furnace) bersuhu sekitar 1500oC sehingga campuran akan mencair. Selama

proses pencairan, masing-masing bahan baku akan saling berinteraksi membentuk

reaksi-reaksi kimia berikut :

1. Reaksi-reaksi penguraian

2. Na2SO3 à Na2O + CO2

3. CaCO3 à CaO + CO2

4. Na2SO4 à Na2O + SO2

5. Reaksi antara SiO2 dengan Na2CO3 pada suhu 630 – 780oC

6. Na2CO3 + aSiO2 à Na2O.aSiO2 + CO2

7. Reaksi antara SiO2 dengan CaCO3 pada suhu 600oC

8. CaCO3 + bSiO2 à CaO.bSiO2 + CO2

9. Reaksi antara CaCO3 dengan Na2CO3 pada suhu di bawah 600oC

10.CaCO3 + a2CO3 à Na2Ca(CO3)2

11.Reaksi antara Na2SO4 dengan SiO2 pada suhu 884oC

12.Na2SO4 + nSiO2 à NaO.nSiO2 + SO2 + 0.5O2

13.Reaksi utamaaSiO2 + bNa2O + cCaO + dMgO à aSiO2.bNa2O.cCaO.dMgO

Leburan Kaca

Tungku sebagai tempat mencairkan campuran bahan baku kaca atau gelas,

terbagi menjadi 3 jenis, yaitu :

· Pot furnace

Biasanya dipakai untuk menghasilkan kaca-kaca khusus (special glass) seperti

kaca seni, kaca optik dengan skala produksi yang kecil sekitar 2 ton atau lebih rendah.

Pot terbuat dari bata silica-alumina (lempung) khusus atau platina.

· Tank furnace

Digunakan pada industri gelas skala besar dan terbuat dari bata refraktori (bata

tahan panas). Furnace ini mampu menampung sekitar 1350 ton cairan gelas yang

membentuk kolam di jantung furnace.

· Regenerative furnace

3. Pembentukan (forming/shaping)

Bahan kaca atau gelas yang berbentuk cair lalu dialirkan ke dalam alat-alat yang

berfungsi untuk membentuk kaca padat sesuai yang diinginkan. Ada beberapa jenis

proses pembentukkan kaca, di antaranya adalah :

Ø Proses mekanik :

a. Proses Fourcault

Bahan cair dialirkan secara vertikal ke atas melalui sebuah bagian yang

dinamakan “debiteuse”. Bagian ini terapung di permukaan kaca cair dengan celah sesuai

dengan ketebalan kaca yang diinginkan. Di atas debiteuse terdapat bagian sirkulasi air

pendingin yang akan mendinginkan kaca hingga 650 – 670oC. Pada suhu tersebut kaca

berubah menjadi pelat padat dan akan bergerak dengan didukung oleh roda pemutar

(roller) yang menarik kaca tersebut ke atas. Gambar di bawah ini melukiskan skema

proses Fourcault.

b. Proses Colburn (Libbey-Owens)

Jika proses Fourcault , gerakan kaca berlangsung secara vertikal, maka pada

proses Colburn kaca akan bergerak secara vertical kemudian diikuti gerakan horizontal

setelah melewati roda-roda penjepit yang membentuk leburan gelas menjadi lembaran-

lembaran.

c. Proses Pilkington (float process)

Bahan cair dialirkan ke dalam sebuah kolam berisi cairan timah (Sn) panas.

Kecepatan aliran bahan cair ini merupakan pengatur tebal tipisnya kaca lembaran yang

akan diproses. Kaca akan mengapung di atas cairan timah karena perbedaan densitas di

antara keduanya. Kaca ini tetap berupa cairan dengan pasokan panas yang berasal dari

pembakar di bagian atas kolam. Pengendalian temperatur di dalam kolam dilakukan

agar kaca tetap rata di kedua sisinya serta pararel. Bahan yang biaanya digunakan untuk

keperluan ini adalah gas nitrogen murni. Selanjutnya, aliran kaca melewati daerah

pendinginan (masih di dalam kolam) dan keluar dalam bentuk kaca lembaran bersuhu

±600oC.

sumber : http://www.agc.com/english/csr/environment/products/sp01.htmls

d. Proses tiup (blow)

Proses ini digunakan untuk membuat botol kaca, gelas kemasan, atau aneka bentuk kaca

seni lainnya.

4. Annealing

Fungsi tahapan ini adalah untuk mencegah timbulnya tegangan-tegangan antar

molekul pada kaca yang tidak merata sehingga dapat menimbulkan kepecahan. Proses

annealing kaca terdiri dari 2 aktivitas, yaitu :

· menahan kaca dengan waktu yang cukup di atas temperatur kritik tertentu untuk

menurunkan regangan internal

· mendinginkan kaca sampai temperatur ruang secara perlahan-lahan untuk menahan

regangan sampai titik maksimumnya.

Proses ini berlangsung di dalam “annealing lehr”. Untuk jenis kaca lembaran, annealing

lehr ini dilewati oleh kaca-kaca yang bergerak di atas roda berjalan.

5. Finishing dan pengendalian kualitas (Quality Control)

Beberapa proses penyelesaian akhir pada industri gelas adalah cleaning and

polishing, cutting, enameling, dan grading.

BAB III

PENUTUP

Kesimpulan dari makalah ini adalah sebagai berikut :

1. Kaca atau gelas adalah salah satu alat rumah tangga yang bahan utama penyusunnya

adalah SiO2 dengan suhu pelelehan 2000◦ C yang bersifat transparan dan dingin.

2. Reaksi pembuatan kaca atau gelas secara umum:

Na2CO3 + aSiO2 à Na2O.aSiO2 + CO2

CaCO3 + bSiO2 à CaO.bSiO2 + CO2

Na2SO4 + cSiO2 + C à Na2O.cSiO2 + SO2 + SO2 + CO

3. Pada prinsipnya tahapan proses pembuatan kaca atau gelas ada lima, yaitu:

a. Persiapan bahan baku (batching)

b. Pencairan (melting/fusing)

c. Pembentukan (forming/shaping)

d. Annealing

e. Finishing dan pengendalian kualitas (Quality Control)