PENINGKATAN KUALITAS BREKSI BATU APUNG SEBAGAI KOMPOSITKERAMIK LIMBAH DENGAN PROSES SOLIDIFIKASI.

Supriyanto, C.,Paul PujiyonoP3TM-BATAN. JI. Babarsari Kotak Pas 1008. Yogyakarta 55010SuhandaBa/ai Besar Litbang Kerall!ik. Bandung

ABSTRAK

PENINGKATAN KUAUTAS BREKSI BATU APUNG SEBAGAI KOMPOSIT KERAMIKL/MBAH DENGAN PROSES SOL/DIFIKASI. Telah dilakukan pembuatan komposit keramiklimbah dati campuran breksi batu apung (BBA) dan kulet lunak dengan proses solidifikasi.Preparasi swat breksi batu apung dilakukan dengan penghalusan dan pengayakan hingga Iotas200 mesh, kemudian dilakukan pencucian menggunakan akuabides. Diperoleh suhu aktifasrfisis yang optimal yakni pada suhu 300 °C, aktivasi khemis dengan dijenuhkan menggunakanlarutan NaCI 1 N, dengan digojog selama 5 jam. Konsentrasi Cs yang optimal 350 ppm,memberikan 80 % konsentrssi Cs yang terkungkung sebagai komposit keramik BBA-Cs,dengan waktu kontak yang optimal ac(alah 2 jam. Perbandingan prosen beret antara BBA-Csdan kulet yang paling optimaladalah 20 ..80 %, pada suhu pembakaran 680 °c selama 3 jam.Dari hasil uji lindi terl1adap BBA-Cs hasil proses solidifikasi menunjukan uji lindi terl1adaplarutan NaOH 3 M memberikan hasillucut yang lebih besar dibanding pads larutan NaOH 0,1M, maupun HCI 3M, sedangkan uji lindi pada HCI 0,1 M dan air taut tidak teljadi lucut. Uj/ tekanpada BBA-Cs memberikan hasil yang cukup stabil dengan gaya 213,22 N/mm2 komposit barumulai pecah. -

ABSTRACT

THE IMPROVEMENT OF PUMICE QUALITY AS A COMPOSITE OF WASTE CERAMICUSING SOLIDIFICA TION PROCESS. The composite of waste ceramic was made from themixture of pumice and weak cullet using solidification process. The materials pumice weregrinded. sieved to get through 200 mesh, rinsed with aquadest. It were obtained that the optimaltemperature of physical activation was 300 °c and chemical activation were mixed with NaCI1N was 5 hours. The activated pumice were cof'ltacted with cesium. It were obtained that theoptimal concentration of Cs was 350 ppm, yielded 80 % of Cs was immobilized as a pumice-Csceramic composite at the contact time for 2 hours. The optimal weight ratio of pumic-Cs andcul/et was 20 ..80 % at the firing temperature of 680 °c for 3 hours. The results of leaching testshowed that leaching test with NaOH 3 M were greater than those with NaOH 0.1 M and HCI 3M, and there was no leaching with HCI 0.1 M or sea water. The pressure test for ceramiccomposite was stable for 213,22 N/mm2. '.

PENDAHULUANmengingat lingkungan merupakan faktor pentingbagi kehidupan manusia(I.2)

Limbah yang ditimbulkan oleh suatuindustri, baik industri nuklir maupun industri nonnuklir, apabila tidak dilakukan penanganan yangoptimal dapat mengakibatkan pencemaranlingkungan hidup baik secara langsung maupuntidak langsung, terutama jika dikaitkan dengankesehatan man usia. Pengolahan limbah bahanberbahaya dan beracun (B-3) berdasarkan PPNomor 19 tahun 1994, adalah rangkaian kegiatanpengolahan limbah yang mencakup penyimpanan,pengangkutan, pengelolaan, serta penimbunan hasilpengolahan tersebur3)

P

erkembangan industri di Indonesia tidak dapat

dipisahkan dari pcrtimbangnn lingkungan hidupsebagai upaya untuk melestarrkan sumber dayaalam, untuk itu dipcrlukan suntu keseimbanganyaitu perkembangan industri tkink mencemarkanlingkungan clan perubahan lingkungan tidakmenghambat perkembangan industri. Hal ini

menyangkut limbah yang ditimbulkan oleh industri,

yang mempunyai dampak penting terhadaplingkungan, terutama lingkungan perairan yangmerupakan tcmpat buangan timbah tcrscbut,

Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Penelitian Dasar tlmu Pengetahuan dan Teknologi NuklirP3TM-BATAN Yogyakarta. 25 -26 Juli 2000

356 ISSN 0216-3128 Supriyanto. C. dkk

masing-masing buatan Merck, akuatrides buatanlaboratorium PPNY -SA TAN Yogyakarta

Cara kerjaProses pembuatan keramik limbah melalui

3 tahapan yaitu preparasi awal, pembuatan relet dan

pembakaran. Masing-masing tahapan prosesterse but dilakukan pada kondisi yang palingoptimal, diperoleh dengan menentukan beberapaparameter yang optimal sebagai berikut

Preparasi awalPreparasi awal dilakukan dengan tara BBA

ditumbuk dengan mortir, untuk memperoleh ukuranbutir yang lebih kecil, kemudian dihaluskan lagidengan penggiling clan diayak hingga lolos 100,200, dan 400 mesh. Breksi barn apung berat 50 gdimasukkan dalam gelas beker 500 ml ditambahkanakuades 300 ml diaduk dengan stirer. Pencucian inidilakukan berulang-ulang sampai diperoleh BBAbebas lumpur (filtrat jemih), kemudian disaring dandikeringkan dalam oven < 70 °C

Dalam kaitannya dengan pengolahanlimbah (8-3), maupun limbah nukiir, dewasa ini diP3TM sedang dilakukan program penelitian tentang

kemungkinan penggunaan bahan alam (zeolit,benton it, breksi batu apung, feisdpar) sebagai bahandasar pembuatan komposit keramik untukmengungkung limbah tersebut. Untuk mendukungprogram tersebut, teiah dilakllkan pembuatankomposit keramik limbah dari Calnpllran bahan aiambreksi batu apung (BBA) dan kulct ilmak,

sedangkan unsur Cesium-137 digunakan sebagaisimulasi. limbah. Diharapkan dari penelitian iniakan diperoleh suatu komposit keramiK cesium-137

yang dapat menjadi suatu aiterl1ati£ penangananlimbah radioaktif sebelum dibllang ke tempatpenampungan akhir.

Proses pcmbllatan komposit keramik BBA-Cs dilakukan melalui 3_t~an(4), yaitu tahap

preparasi awal meiipllti proses penggerusan BBAhingga lolos 100,200, dan 400 mesh, kemudiandilakukan pencucian menggunakan akuabidesberulang-ulang hingga diperoleh filtrat yangjernih.Hasil pencucian kemudian dilakukan proses aktivasisecara fisis dengan kalsinasi, sedangkal\ aktivasikhemis dilakUkan dengan dijenuhkan menggunakanlarutan NaCI, hasil penjenuhan kemudian di-keringkan dalam oven. iahapan berikutnya auaiahpengungkungan iimbah Cs-137 dengan tara limbahCs-137 dikontaknan dengan BBA yang telahdiaktivasi. Tahapan terakhir adalah pembllatan peletdari campuran BBA-Cs, dan kulet Jlmak , hinggadiperoleh dalam bentllk pelet, kc1nudian dilakukanproses .solidivikasv yaitu dengan melakukanpembak~ran peJet tersebut daiam tungku. Hasilpembakaran setelah dingin dilakukan beberapa ujimeliputi uji tekan, uji komposisi, uji mineral, dan ~ilucut (leaching).

Karakterisasi Breksi Batu Apung (BBA) "

Breksi Batu Apung berat 0,2 g, dan telahlolos 400 mesh dalam beker teflon ditambahkan 3milif 40 % dun 2 ml HCIO4, dipanaskan denganpenangas pasir sampai keluar asap putih,ditambahkan akuabides berulang-ulang hinggadiperoleh larutan yang jemih. Hasil pelarutandidinginkan, kemudian ditepatkan dengan akuabideshingga volume tertentu. Larutan kemudian dianalisismcnggunakan AAS, Sedangkan khusus untukanalisis Si dilakukan dengan menggunakan teflonborn digester pacta suhu 60 °c selama 4 jam, denganpelarut 1,5 ml akuaregia, dan 5 ml Hf 40 %, Hasilpelarutan dinetralkan dengan asam borat 1 gram dandiencerkan dengan akuabides sampai 50 ml, Larutandiannlisis kndar Si nya. '

TATA KERJA

AlatPersia pan BBA sebagai penukar ion.

Breksi Batu Apung berat 20 g hasilpencucian dilakukan aktivasi fisis yaitu dikalsinasidengan variasi suhu 300, 500, dan 700 DC, masing-masing selama I jam. Hasil kalsinasi didinginkan,kemudian dilakukan aktivasi khemis dengandijenuhkan menggunakan larutan NaCI IN. dalamgelas beker, aduk selama 5 jam, dan dibiarkanselama I malam. Hasil penjenuhan didekantir,kemudian dicuci dengan akuabides untukmengllilangkan sisa NaCI dan ion CI. Larutan diujiterhadOip iO11 C1-nya dengan AgNO), hinggamenunjukan tes negatif.

Seperangkat alat spektrofotometri sera panatom (SSA) model AA-300-P, buatanVarianTechtron Australia yang dilengkapi dengangraphite tube atomizer (GT A-96) danprogrammable sample changer (PSC-56).. Peralatanlainnya adalah tungku, oven, hydrolic press, vialdari polietilen, labu takar, multipipet buatanEppendorf, kombitip dan neraca analisis.

BahanBahan yang digunakan pada penelitian ini

adalah breksi batu apung berasal dari WukirsariIolos 400 mesh, kulet lunak berasal dari Fak. TeknikUGM Yogyakarta, larutan cesillm nitrat, natriumkhiorida, asam fluorida, dan asam nitrat supra pure

Optimasi konsentrasi ion CsBreksi Batu Apung aktif berat 0,5 g

dimasukan dalam botol polietilen, ditambahkan 25

Prosiding Per1emuan dan Presentasi Ilmiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi NuklirP3TM-BATAN Yogyakarta. 25 -26 Juli 2000

Supriyanto. Co. dkk ISSN 0216-3128 357

ml larutan Cs dengan variasi konsentrasi 50, 100,150, 200, 250, 350, 500, dan 700 ppm. Digojokdengan kecepatan putaran 200 rpm selama 1 jam.Larutan disaring dan filtrat hasil penyaringandianalisis kandungan Cs dengan AAS.

Tabell. Karakterisasi breksi barn apung

No.1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.

UnsurSiAIFeNa

KCa

~ZnCuMnNiCd

5,8~3,0:f: 0,070,6 :f: 0,02 '!

1,6:f: 0,384,8 :f: 0,280,3 :f: 0,04

66,7 :f: 4,901

23,3:f: 4,70')O,06:f: 0,0020,02 :f: 0,001

O,17:f:O,O4

Optimasi waktu kontakBreksi Batu Apung aktif berat 0,25 g dalam

botol polietilen ditambahkan 20 m1 larutan Csdengan konsentrasi yang optimum, digojog denganvariasi waktu I, 2, dan 3 jam. Larotan disaring danfiltrat hasil penyaringan didisahkan dan dianalisiskandungan Cs dengan AAS.

Kelerangan : .) do/am ppmPembakaran kcramik limbah

Sam pel berat 1,5 g yang terdiri daricampuran BB4-Cs dan kulet dengan variasikomposisi 20 : 80, 30 : 70, 40 : 60, dan 50 : 50 %dicampur hingga homogen, kemudian masing-masing dibentuk menjadi padatan terkompaksi(pelet) pada tekanan 50 KN. Hasil pemadatankemudian dibakar dalam tungku pada temperatur680 DC, selama 3 jam. Hasil pembakaran setelahdingin, dilakukan beberapa uji yaitu uji tekan, ujimineral, uji komposisi dan uji lucut.

130E 120 "

g;110.';:' 100 .cc

~ 90.=

t 80.GI

~ 70.III

Y.. 6050

HASIL DAN PEMBAHASAN 0 4 52 3Waktu kontak ORm)

Gambar J. Kurva hubungan an tara waktu '.kontakIowan [CsJ tertukar.

120100..

~ 80t 60..';;' 40~

20

0

Gambarl. Kurva hubungan antara temperaturaktivasi Iowan {CsJ tertukar.

Aktivasi fisis dilakukan pada variasitemperatur 300, 500 dan 700 °c, kemudian masing-masing bahan dikontakan dengan Cs dengan waktukontak yang optimal (2 jam). Pada gambar 2 terlihatbahwa temperatur aktivasi fisis yang optimal adalahpada temperatur 300 °c. Aktivasi diatas temperatur300 °c penukaran ion Cs menurun. ~al inidisebabkan aktivasi pada temperatur tinggi dapatmerusak' struktur mineral breksi barn apung.Aktivasi secara fisis dengan cara kalsinasi ini perludilakukan untuk membentuk pori-pori serta

Data komposisi breksi batu apung berupakandungan unsur-unsur AI, Si, Fe, Na, K, Ca, Mg,Zn, Cu, Mn, N.i dan Cd , data optimasi konsentrasiCs, clan data optimasi waktu kontak ditunjukan padatabell, gambar I clan gambar 2.

Komposisi breksi batu apung, seperti

disajika~ .pada tab~l I, hila dibandingkan den~ankomposlsl yang dtlakukan oleh Kunrat T.S() ,

rnenunjukan bahwa kornposisi breksi batu apungdari Wukirsari mempunyai komposisi yang relatifsarna khususnya kandungan SiO2 berkisar 60,00 -

75,00 %, dan AI berkisar 12,00 -15 %. Komposisi

unsur logam dan alkali (alkali tanah) diperolehdengan rnelakukan analsis menggunakan metodaspektrofotornetti serapat atom. Karakterisasikornposisi breksi batu apung (BBA) sangatdiperlukan, karena keberhasi!an pembentukankornposit keramik sangat ditentukan o1eh komposisibahan dasar, d.isamping cara perlakuan awal atau

pengolahannya.Pad a gambar ! disajikan hubungan antara

waktu kontak yang optimal antara I3llA-Na-300dengan Cs sebagai limbah. Variasi \\"aktu kontakyang dilakukan mulai dari I, 2, dan 3 jam, padagambar 1 terlihat bahwa waktll kontak yang optimaladalah 2 jam dengan konsentrasi Cs yang tetukaroleh BBA-300-Na = 103,2 ppm. Pada gambar 2

disajikan temperatur aktivasi yang optimal.

Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImiah Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi NuklirP3TM-BATAN Yogyakarta. 25 -26 Juli 2000

358 ISSN 0216-3128 Supriyanlo. C. dkk

Komposit keramik BBA-Cs yangdiha~ilkan perlu dilakukan beberapa uji yaitu ujilindi, uji mineralogi, dan uji tekan. Uji lindidilakukan pada komposit keramik BBA-Cs dengancara direndam dalam media sodium hidroksida(NaOH) 3 M, clan 0,1 M, asam khlorida 3 M, clan0,1 M, dan air laut. Uji lindi dengan NaOH 3 Mkonsentrasi Cs yang terlepas paling besar dibandingpada NaOH 0, I M, sedangkan uji lindi pada asamkhlorida 0, I M, dan air laut tidak terjadi, sepertidisajikan pada gambar 4 sebagai berikut:

menambah luas pennukaannya. Material-materialyang menutup pori seperti material organik, harusdihilangkan. Material organik akan menghilangpada pemanasan suhu tinggi tanpa oksigen.

Untuk mengetahui sejauh manakemampuan breksi batu apung sebagai penukar ion(Cs), dilakukan variasi konsentrasi Cs yangdikontakkan dengan BBA-300-Na, mulai dari 50,100, 150, 250, 350, dan 500 ppm seperti disajikanpada gambar 3. Pada gambar 3 terlihat bahwakonsentrasi Cs yang optimal dapat tertukar adalahpada konsentrasi 350 ppm, dengan konsentrasi Csyang tertukar sebesar 268 ppm masuk dalam BBA-300 Na.

130-

...~.~.. .

150

EQ. 140

.3:f/)IVQ.~ .i: 120.2.'Iii' 110~

100

300

E 250

8: 200

J 150~ 100~£ 50

050 100 150 200 250 350 500

[Cs] terserap, ppm

Gambar 3. Kurva hZlbZlngan an tara {CsJ awal dan{CsJ lerserap.

Dari data-data yang telah diperoleh sepel1idisajikan baik pada gambar I, 2, maupun padagambar 3, masing-masing kondi~i yang optimalyang telah diperoleh kemudian diterapkan pad apembuatan komposit keramik limbah (BBA-Cs)..Untuk menurunkan titik lebur Cs diperlukanpenambahan bahan aditif yaitu kulet. Sebelumproses solidifikasi pada proses pembuatan keramiklimbah, dilakukan variasi penggunaan kulet sebagaibahan aditif, variasi penggunaan kulet berdasarkanperbandingan prosen berat an tara BBA-300-Na dankulet. Perbandingan prosesn be rat BBA-300-Na dankulet masing-masing adaiah 20 : 80; 30 : 70; 40 :60; dan 50 : 50. Masing-masing perbandingan berattersebut kemudian dibuat pe)et dengan ditekandengan tekanan 50 kilo newton, kemudian dibakarpada suhu 680 °c. Pemilihan temperaturpembakaran 680 °C., adalah berdasarkan pada titiklebur Cs :t 700 °c, sehingga pada saat pembakarandiharapkan Cs tidak akan menguap. Dari 4 macamperbandingan prosen berat setelah dilakukan prosessolidivikasi , secara visual komposit keramik yangterbaik adalah pacta perbandingan BBA-300-Na dankulet 20 : 80. Hal ini juga didukung dengan data

basil uji komposisi komposit. Uji komposisi yangdilakukan terhadap komposit BBA-Cs, menunjukankandungan Cs yang dapat terkungkung dalam BBA-Cs adalah 0,0124 %.

I I I I J

0 2 3 5 7

Waktu Ilindi (hari)

Gailibur 4. Kurva hubungan antara waktu lindiIowan [CsJ yang terlepas.

Pada gambar 4 kurva, memmjukanhubllngan antara waktu lindi lawan konsentrasi Csyang terlepas. Uji lindi yang dilakukan dengan asamkhlorida , larutan NaOH, masing-masing 0,1 N danair laut tidak terjadi pelepasan konsentrasi Cs.Sedang uji lindi menggunakan asam khlorida, danlarutan NaOH masing-masing 3 N, menunJukanpelepasan Cs masing-masing 7,26 x 10.s g cm. har,

dan 5,45 x 10's g cm'2 har,1Untuk mengetahui komposisi mineral yang adadalam breksi batu apung, dilakukan anal is ismenggunakan XRD, dan analisis XRD dilakukan diBalai Keramik Bandung. Data hasil uji mineralmenunjukan bahwa mineral penyusun breksi barnapung adalah mineral magnet it, anorthit, clanmonmorillonit (Iampiran 1).

Untuk mengetahui kekuatan kompositkeramik BBA-Cs yang dihasilkan, dilakukan ujitekan menggunakan hydrolic pressure dengan hasilBBA-Cs yany cukup stabil yakni pada tekanan213,22 N/mm BBA-Cs baru pecah.

KESIMPULAN

Berdasarkan data yang diperolehmenunjukan bahwa breksi batu apung dapatdigunakan untuk pertukaran ion, dengan prosesperlakuan awal lolos 200 mesh, aktivasi fisis yangoptimal dengan dikalsinasi pacta suhu 300 °C,

Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi NuklirP3TM-BATAN Yogyakarta. 25 -26 Juli 2000

Supriyanto, C., dkk ISSN 0216-3128 359

aktivasi khemis yang optimal diperoleh dengan

dijenuhkan menggunakan NaCI 1 N waktupenjenuhan 5 jam, konsentrasi Cs yang optimal 350ppm, waktu kontak BBA-300-Na dengan Cs yangoptimal 2 jam, perbandingan prosen berat BBA-Csdan kulet adalah 20: 80, dengan suhu pembakaran680 °C selama 3 jam. Berdasarkan beberapa ujiyang telah dilakukan terhadap komposit BBA.Cs,

seperti uji I.indi, uji tekan, dan uji mineral,menunjukan bahwa komposit nnA-Cs yangdihasilkan cukup stabil .

TANYA JAWAB

DAFT AR PUST AKA

I. BENEFIELD, L.D & JOSEPH F.H, "ProcessChemistry for Water and WaterwasteTreatment", Prentice Hill Inc Englewood Cliffs,New Jersey, 1982, pp 365 -399.

2. SOEMARWOTO, 0., "Analisis DampakLingkungan", Gadjah Mada University Press,Yogyakarta,1988.

3. Anonim,Peraturan No 19/tahun1994,"Pengolahan Limbah Bahan Beracun dan

Berbahaya".4. PC.SUMARDl, "Pengembangan teknologi

keramik maju berbasis sumber day a lokal",Seminar Teknologi Keramik, Fakultas TeknikUniversitas Gadjah Mada Yogyakarta, 1993.

5. KUNRAT, T.S., 1993, "Batu apung Indonesiadan prospeknya", Buletin PPPTM, 3, Volume 15No3.

..., '" '~~"-'Lampiran

Ii: ;-;;:.-:::=-- ~.:=~ ;2:;-:;::':::: ::~;::::--- '..

,.,'".,JI..

i~~,.' I

" "i :~ ~ '

,,-..,. ..[:~, }.."I 1.J--.t::.=~:..:=.:. !:!.1 Z::;~1:;::o' -~~;:-.:::-::!!:--c:~~::t:!~.:~; ~'::-~ "'~~r,:I:',;' ==~~--=:::=' ~m_~._. ~'. :",\.~..,~. Hasil uji mi/1eral brekl'; batu apung

~

Susanna T.S. '.)- penggunaan breksi barn apung untuk

mengungkung Cs dalam bentuk kompositkeramik, sebagimana dengan logam-logarn yanglain yang acta dalam suatu limbah ?

Supriyanto-<>- Pada tahap penelitian ini logam Cs yang

digunakan sebagai limbah, karena Cs-137merupakan limbah nuklir yang mempunyai)vaktu paruh yang cukup lama, sedanglogam-logam yang lain belum dilakukan.

Isyunlarto)- Bagaiman tindak lanjut dari penelitian ini ?)- Apakah selain batu apung, dapat juga digunakan

bahan lain?

Supriyanto-<> Tindak lanjut penelitian ini dengan

melakukan penelian menggunakan logam-logam campuran khususnya logam-logam B-3 seperti Pb, Cd, Cr dll. Yang ado dalam/imbah industri,

-<> Dapat, seperti zeolit don bentonit yangmemplmyai struktur mineral yang" relatifsarna dengan breksi batu apung terutamakandungan Si don Al nya.

Sudarmadjl)- Suhu kalsinasi hanya sampai 680 DC, apa

akibatnya hila pemanasan > 680 DC. ?)- Uji lucut dilakukan pada suasana air laut asam

dan basa, bagaimana bila pacta air sungai atau airyang bisa dlkonsumsi sebagai air minum ?

Supriyanto-<> Suhu kalsinasi sampai dengan 680 DC. hal ini

dilakukan untuk mengantisipasi Cs ikutmenguap, karena titik lebuh Cs :t 700 °c.

-<> Uji lucut baru dilakukan pada suasana asam(HCI) dan Baso (NaOH) serta air laut,sedang untuk air sungai dan yang lainnyatidak dilakukan.

Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Penelitian Dasar flmu Pengetahuan dan Teknologi NuklirP3TM-BATAN YoQyakarta. 25 -26 Juli 2000