Prestasi, Volume 1, Nomor 1, Desember 2011 ISSN

Transkripsi

1 STUDI PENGAMBILAN KEMBALI ALUMINA DARI LIMBAH PADAT LUMPUR PERUSAHAAN DAERAH AIR MINUM (PDAM) INTAN BANJAR Retno Fitriana Sari, Winda Aryani Prasetyo, Rahmatika Nurmedia, dan Agus Mirwan Program Studi Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Unlam Jl. A. Yani Km. 36 Banjarbaru Kalimantan Selatan Telepon/Faks: (0511) / ABSTRAK Limbah Padat Lumpur (LPL) PDAM terbentuk dari proses pengendapan partikel padat dalam air yang telah diberi koagulan seperti tawas dan PAC (Poly Alumunium Chloride). LPL PDAM memiliki kandungan alumina (Al 2 O 3 ) yang cukup tinggi, sehingga memungkinkan untuk dilakukannya proses pengambilan kembali (recovery) alumina. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari proses pengambilan kembali alumina dari LPL PDAM dan mengetahui kondisi proses untuk memperoleh alumina secara optimum. Proses pengambilan kembali alumina dari suatu bahan terbagi menjadi tiga proses utama. Pertama LPL dikalsinasi untuk memutus ikatan kompleks aluminosilikat yang sebelum ditambahkan senyawa untuk mengikat alum. Proses kedua merupakan ekstraksi padat-cair (leaching) yang berfungsi memisahkan silika dan alumina. Silika akan mengendap dan alumina akan larut. Proses yang ketiga merupakan dekomposisi hidrolisis, senyawa Al akan dipanaskan dengan penambahan air sehingga terhidrasi membentuk alumina. Penelitian ini dilakukan dengan beberapa tahap yaitu LPL PDAM ditambahkan CaCl 2 dengan variasi perbandingan CaCl 2 dengan LPL PDAM sebesar 0,5:1, 1:1 dan 1,5:1, kemudian dikalsinasi dengan suhu 800 o C. Hasil kalsinasi dengan ukuran partikel 200 mesh di leaching menggunakan HCl dengan variasi konsentrasi 4 M, 6 M dan 8 M. Larutan yang terbentuk ditambahkan 100 ml air dan dipanaskan sampai tersisa 100 ml. Hasilnya dianalisis %w/w alumina yang terbentuk. Hasil penelitian yang baik menggunakan variasi perbandingan berat CaCl 2 dan LPL PDAM sebesar 1:1 dan konsentrasi HCl proses leaching sebesar 8 M dengan % recovery alumina yang diperoleh sebesar 15,68%. Kata-kata kunci: Limbah lumpur, alumina, kalsinasi, leaching. PENDAHULUAN Latar Belakang Limbah padat lumpur Perusahaan Daerah Air Minum (LPL PDAM) diperoleh melalui pengolahan air baku yang ditambahkan dengan zat kimia (koagulan) seperti tawas (Al 2 (SO 4 ) 3 18H 2 O) dan PAC (Poly Aluminium Cloride). Penambahan koagulan dalam air baku bertujuan mengikat partikel-partikel pengotor dalam air (Kusnaedi, 2000). Pada umumnya LPL PDAM hanya disimpan dalam bak penampungan sementara dan tidak dilakukan proses lanjutan untuk memanfaatkannya, sehingga LPL PDAM hanya menjadi limbah buangan. Menurut 1

2 penelitian lanjutan oleh Isma dan Eka (2009), pengolahan LPL PDAM dapat dimanfaatkan sebagai adsorben logam berat. Selain itu LPL PDAM dapat dimanfaatkan sebagai koagulan dalam bentuk tawas cair seperti yang telah dilakukan oleh Sugiantoro (2009) untuk menjernihkan air sungai Barito dan penelitian yang dilakukan Puput dan Anis (2009) dalam upaya menjernihkan air sungai Martapura. Menurut Suherman (2003), LPL PDAM yang sebagian besar masih mengandung Al(OH) 3, yang dibuang dan ditimbun dalam kolam penampungan sebenarnya dapat diolah kembali menjadi alumina (Al 2 O 3 ). Kandungan alumina LPL PDAM dapat dilihat dari pemanfaatannya sebagai koagulan. Berdasarkan hal ini dapat dilakukan proses pengambilan kembali alumina yang biasanya diaplikasikan pada bahan yang mengandung aluminosilikat seperti bijih tambang bauksit, fly ash (abu terbang batubara) dan lempung kaolin atau clay. Proses pengambilan kembali alumina dilakukan dengan mengekstraksi padatcair (leaching) LPL PDAM yang telah dikalsinasi. Pada proses pengambilan kembali alumina, sebelum dilakukan kalsinasi dilakukan penambahan CaCl 2 yang berfungsi sebagai pengikat alumina dari aluminosilikat (Al 6 Si 2 O 13 ). Pengaruh perbandingan antara CaCl 2 dengan bahan dasar (raw material) mempengaruhi kuantitas dan kualitas dari alumina yang dihasilkan. Pada umumnya rasio massa antara CaCl 2 dengan bahan dasar mencakup range 0,5:1-2:1 (Nehari dkk, 1997). Proses leaching dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu ukuran partikel, pelarut, temperatur dan agitasi fluida (Richardson, 2001). Faktor tersebut mempengaruhi produk yang dihasilkan, namun untuk proses leaching pada pengambilan kembali alumina dari LPL PDAM belum diketahui karena belum adanya penelitian mengenai pengambilan kembali alumina dari LPL PDAM. Keuntungan dari aplikasi proses pengambilan kembali alumina pada LPL PDAM adalah mengurangi jumlah LPL PDAM dan menaikkan nilai ekonomisnya. Alumina yang dihasilkan berguna sebagai koagulan yang dapat digunakan kembali dalam proses pengolahan air baku. Selain itu, alumina juga dapat digunakan adsorben dan katalis untuk proses kimia selanjutnya. Perumusan Masalah Berdasarkan diuraikan tersebut, maka perumusan masalah dalam penelitian ini adalah (1) bagaimana cara menghasilkan alumina dari LPL PDAM agar didapat hasil yang optimum?; (2) bagaimana pengaruh banyaknya penambahan CaCl 2 ke dalam limbah lumpur kering terhadap alumina yang dihasilkan? Tujuan Program Tujuan penelitian ini adalah (1) mempelajari pengolahan LPL PDAM Intan Banjar agar diperoleh alumina; (2) mempelajari dan mendapatkan kondisi proses optimum berdasarkan variasi komposisi dan konsentrasi pelarut dalam ekstraksi alumina dari LPL PDAM Intan Banjar. Kegunaan Program Manfaat dilakukannya program penelitian ini adalah sebagai sarana pembelajaran dalam memanfaatan bahan terbuang menggunakan proses ekstraksi 2

3 padat-cair sehingga dapat diaplikasikan sesuai dengan peruntukannya dalam kehidupan sehari-hari, memberikan kontribusi nyata dalam mempelajari proses pemisahan senyawa dari campuran dan proses pengambilan kembali alumina dari LPL PDAM sehingga dapat dijadikan solusi alternatif untuk memanfaatkan limbah hasil pengolahan air. Selain itu, penelitian ini merupakan peran nyata kontribusi mahasiswa bagi lingkungan masyarakat sekitar, akademisi dan industri. METODE PENELITIAN Pengambilan alumina dari LPL PDAM dilakukan dengan dua proses, yaitu proses kalsinasi dengan suhu sebesar 800 o C selama 3 jam menggunakan furnance dan proses ekstraksi padat cair (leaching) dengan variasi konsentrasi 4N, 6N dan 8N. Alat yang digunakan dalam penelitian ini terdiri dari rangkaian alat tangki berpengaduk (Gambar 1), ember, loyang stainless steel, furnace, crucible cover, screen (ayakan) ukuran 500 dan 125 micron, kuas, propipet, pipet volume ukuran 10 dan 25 ml, labu ukur, beaker glass 100, 250, 400 dan 1000 ml, gelas arloji, gelas ukur, sudip, pengaduk gelas, stopwatch, neraca analitik, lumpang dan alu, erlemeyer 250 ml, hot plate stirrer, kasa, buret 50 ml dan corong Keterangan : 1. Motor pengaduk 2. Pengaduk kecepatan 3. Tangki 4. Baffle 5. Pengaduk Gambar 1. Rangkaian alat tangki berpengaduk. Sedangkan bahan yang digunakan terdiri dari limbah padat lumpur (LPL) PDAM Intan Banjar, CaCl 2, larutan HCl 4N, 6N dan 8N, aquadest, hidrogen peroksida (H 2 O 2 ) 30%, amonium hidroksida (NH 4 OH) p.a, NaOH, natrium etilenadiamina tetraasetat (EDTA), seng sulfat (ZnSO 4.2H 2 O), metil merah, etanol 96%, xylenol orange (C 31 H 28 N 2 Na 4 O 13 S), natrium klorida (NaCl), hexametilena tetramina (C 6 H 12 N 4 ) p.a, Na-asetat, asam asetat dan kertas saring jenis Whatman No. 41. Beberapa tahapan proses penelitian yang telah dilaksanakan, yaitu: (1) perlakuan awal penurunan kadar air LPL dilakukan dengan penjemuran dibawah sinar matahari sampai LPL kering, selanjutnya dilakukan penggerusan dan pengayakan hingga didapatkan ukuran lumpur kering sebesar 500 micron; (2) proses kalsinasi campuran CaCl 2 dan lumpur kering dengan variasi perbandingan massa sebesar 0,5:1, 1:1, dan 1,5:1 menggunakan furnace pada suhu 800 o C selama 4 jam. Selanjutnya dilakukan penggerusan dan pengayakan hingga didapat ukuran hasil kalsinasi sebesar 200 mesh; (3) proses ekstraksi padat cair (leaching) dilakukan 3

4 % recovery alumina Prestasi, Volume 1, Nomor 1, Desember 2011 ISSN melalui penambahan 200 ml larutan HCl dengan variasi konsentrasi sebesar 4 N, 6 N, dan 8N ke dalam 40 gram lumpur hasil kalsinasi. Selanjutnya proses pengadukan dilakukan selama 2 jam dengan kecepatan sebesar 300 rpm. Kemudian larutan didekantasi selama 24 jam dan difiltrasi. Filtrat yang terbentuk dipanaskan sampai volumenya tersisa sebanyak 50 ml; (4) proses dekomposisi hidrolisis atau pembentukan alumina dilakukan dengan cara memanaskan hasil ekstraksi yang sudah ditambahkan dengan 100 ml aquadest sampai volume larutan tersisa sebesar 100 ml. Analisis kadar alumina dilakukan pada LPL PDAM dan hasil dekomposisi hidrolisis menggunakan metode volumetri yang sesuai dengan SNI tentang penentuan kadar Al 2 O 3, Fe 2 O 3, CaO dan MgO contoh lempung dengan volumetrik. HASIL DAN PEMBAHASAN Penelitian sebelumnya yang telah ditunjukkan oleh Isma dan Eka (2009), Sugiantoro (2009) dan Puput dan Anissa (2009), bahwa LPL PDAM dapat dimanfaatkan sebagai koagulan dalam bentuk tawas cair. Kemampuan LPL PDAM sebagai koagulan menunjukkan adanya kandungan alumina. Berdasarkan hasil penelitian yang diperoleh ditunjukkan pada Gambar 2 yang menjelaskan kecenderungan berbagai variasi yang digunakan yaitu variasi perbandingan penggunaan CaCl 2 dengan LPL PDAM dan variasi konsentrasi HCl untuk mendapatkan gambaran umum variasi yang optimal dalam proses pengambilan kembali alumina LPL PDAM Variasi perbandingan 0,5:1 Variasi perbandingan 1:1 Variasi perbandingan 1,5: Konsentrasi HCl (M) Gambar 2. Hubungan % recovery alumina dan konsentrasi HCl pada variasi perbandingan CaCl 2 dengan LPL PDAM. Gambar 2. menunjukkan pengaruh konsentrasi HCl pada proses leaching terhadap % recovery alumina yang diperoleh dengan berbagai variasi perbandingan 4

5 berat CaCl 2 dan LPL PDAM. Perbandingan berat CaCl 2 dan LPL PDAM merupakan rasio jumlah CaCl 2 dan LPL PDAM yang dicampurkan pada awal proses. Secara keseluruhan, semakin besar konsentrasi HCl pada proses leaching maka semakin besar pula % recovery alumina yang diperoleh untuk semua variasi perbandingan berat CaCl 2 dan LPL PDAM. Hal ini sesuai dengan Nehari (1997) yang mengatakan bahwa makin besar konsentrasi pelarut pada proses leaching maka makin banyak senyawa Al yang mampu diikat ion Cl - dan makin banyak pula AlCl 3 yang terbentuk sehingga pada proses dekomposisi hidrolisa dengan penambahan H 2 O (aquadest) akan membentuk alumina. Proses leaching campuran senyawa alumino kalsium silikat dan kalsium alumina yang menggunakan larutan HCl akan membentuk campuran AlCl 3 yang ikut larut dan silika & CaCl 2 yang tidak larut. Hasilnya terdiri dari beberapa jenis garam selain AlCl 3 dan CaCl 2, yaitu FeCl 3, MgCl 2 dan logam berat (Nehari, 1997 dan Cho, 1995). Senyawa silika yang dihasilkan berupa padatan dapat dipisahkan dari larutan menggunakan proses dekantasi dan filtrasi. Proses leaching dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu ukuran partikel, pelarut (solvent) yang digunakan, temperatur serta adanya pengadukan (Richardson, 2001). Perlakuan yang optimum ditunjukkan pada penggunaan variasi perbandingan berat CaCl 2 dan LPL PDAM sebesar 1:1. Hal ini dikarenakan bahwa proses recovery alumina tergantung pada komposisi fase material dan kadar alumina relatifnya. Pada penelitian ini, bahan baku yang digunakan yakni LPL PDAM yang telah diuji kandungan awal aluminanya sebesar 11,71%. Hal ini menunjukkan persen massa alumina yang terdapat dalam LPL PDAM cukup besar jumlahnya. Kadar alumina yang tinggi menyebabkan CaCl 2 yang digunakan pada variasi 1:1 menghasilkan % recovery massa alumina terbesar dan sedikit lebih kecil dengan penggunaan variasi perbandingan massa CaCl 2 dan LPL PDAM sebesar 1,5:1. Hal tersebut menunjukkan CaCl 2 pada perbandingan 1:1 sudah cukup untuk mengambil kembali alumina secara optimal pada LPL PDAM. Hal ini sesuai dengan Nehari (1997) dan Ziegenhain (1975) dalam patennya yang menyatakan CaCl 2 yang ditambahkan pada suatu senyawa aluminosilikat dengan perbandingan berat 0,5:1-3:1 tergantung pada komposisi fase dari material dan kandungan alumina relatifnya serta konsentrasi mulite dan silika yang merupakan impurities. Secara umum perbandingan berat 0,5:1-2:1 merupakan perbandingan terbaik. Berdasarkan hasil tersebut maka variasi yang terbaik untuk recovery alumina pada penelitian ini menggunakan variasi perbandingan berat CaCl 2 dan LPL PDAM sebesar 1:1 dengan konsentrasi HCl pada proses leaching sebesar 8M sehingga diperoleh % recovery alumina sebesar 15,68%. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Kesimpulan yang dapat diambil dari penelitian ini adalah LPL PDAM mengandung senyawa aluminosilikat yang dapat menghasilkan alumina menggunakan proses recovery dan persen perolehan recovery alumina yang besar adalah 1,84% yang diperoleh pada variasi perbandingan berat CaCl 2 dan LPL PDAM sebesar 1:1 dengan konsentrasi HCl proses leaching sebesar 8M. 5

6 Saran Saran yang ingin disampaikan pada penelitian ini adalah sebaiknya dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai recovery alumina dari LPL PDAM dengan proses leaching menggunakan pelarut basa agar diperoleh recovery alumina yang lebih besar dengan cara yang lebih mudah dan ekonomis. DAFTAR PUSTAKA Cho, Jung-Hyun, dkk, 1995, Extraction of Al Component from Kaolin by the Hydrochloric Acid Leaching, Korea Research Institute of Chemical Technology: Kangweon Farah, Isma dan Eka R, 2009, Laporan Penelitian: Studi Awal Penurunan Kadar Besi (Fe) Dan Mangan (Mn) Air Sumur Kota Banjarbaru Memanfaatkan Limbah Lumpur Pdam Sebagai Adsorben. Universitas Lambung Mangkurat: Banjarbaru. Nehari, S., dkk, 1997, Process Recovery of Alumina and Silika, United State Patent: USA No.WO Richardson, J.F.,dkk.,2001,Chemical Engineering Particle Technology and Separation Processes, Butterworth-Heinemann : Oxford. SNI Penentuan Kadar Al 2 O 3, Fe 2 O 3, CaO dan MgO Contoh Lempung dengan Volumetri. Badan Standardisasi Nasional. Sugiantoro, 2009, Laporan Penelitian: Upaya Penjernihan Air Dari Sungai Barito Dengan Memanfaatkan Limbah Padat Lumpur Pdam Sebagai Tawas Cair Menggunakan Metode Koagulasi Dan Flokulasi, Universitas Lambung Mangkurat : Banjarbaru. Sukanta, dkk, 2009, Pemecahan Senyawa Kompleks dalam Kaolin dan Pengambilan Alumina dengan Metode Kalsinasi dan Elutriasi, Universitas Gajah Mada: Yogyakarta. Wulandari, Puput dan Nor Anissa, 2009, Laporan Penelitian: Upaya Penjernihan Air Dari Sungai Martapura Dengan Memanfaatkan Limbah Padat Lumpur Pdam Sebagai Tawas Cair Menggunakan Metode Koagulasi Dan Flokulasi, Universitas Lambung Mangkurat : Banjarbaru. Ziegenhain, W.C., dkk, 1975, Calcining Method for Alumina, United State Patent: USA No.3,979,504 6