FANI BESPRINA HAREFA

Transkripsi

1 PEMANFAATAN LIMBAH PADAT PULP GRITS DAN DREGS DENGAN PENAMBAHAN KAOLIN SEBAGAI BAHAN PEMBUATAN KERAMIK KONSTRUKSI SKRIPSI Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains FANI BESPRINA HAREFA DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2009

2 PERSETUJUAN Judul : PEMANFAATAN LIMBAH PADAT PULP GRITS DAN DREGS DENGAN PENAMBAHAN KAOLIN SEBAGAI BAHAN PEMBUATAN KERAMIK KONSTRUKSI Kategori : SKRIPSI Nama : FANI BESPRINA HAREFA Nomor Induk Mahasiswa : Program Studi : SARJANA (S1) FISIKA Departemen Fakultas : FISIKA : MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM (FMIPA) UNIVERSITAS SUMATERA UTARA Diluluskan di Medan, Maret 2009 Diketahui/Disetujui oleh Departemen Fisika FMIPA USU Ketua Pembimbing DR. Marhaposan Situmorang Drs. Anwar Dharma Sembiring, M.S NIP : NIP :

3 PERNYATAAN PEMANFAATAN LIMBAH PADAT PULP GRITS DAN DREGS DENGAN PENAMBAHAN KAOLIN SEBAGAI BAHAN PEMBUATAN KERAMIK KONSTRUKSI SKRIPSI Saya mengaku bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya Medan, Maret 2009 FANI BESPRINA HAREFA

4 PENGHARGAAN Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang Maha Pemurah dan Maha Penyayang, dengan limpah karunia-nya skripsi ini berhasil diselesaikan dalam waktu yang telah ditetapkan. Ucapan terima kasih saya sampaikan kepada Drs. Anwar Dharma S, M.Sc selaku pembimbing Akademik dan Bachtiar Effendi ST selaku pembimbing di Pendidikan Teknologi Kimia Industri (PTKI) pada penyelesaian skripsi ini yang telah memberikan panduan dan arahan kepada saya untuk menyempurnakan skripsi ini. Ucapan terima kasih juga ditujukan kepada Ketua dan Sekretaris Departemen Dr. Marhaposan Situmorang dan Dra. Justinon, M.Si., Dekan dan Pembantu Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara, dan semua Dosen pada Departemen Fisika FMIPA USU, Pegawai di FMIPA USU, rekanrekan fisika semuanya khususnya angkatan 2004 yang telah mendukung dan membantu saya dalam penyelesaian skripsi ini Akhirnya, ucapan terima kasih teristimewa saya tujukan kepada orang tua saya, Bapak (Baziduhu Harefa) dan Ibu (Suasani Hia), abang (Glori Bonison Harefa) dan adik (Opin Firmanda Harefa dan Geni Andalria Harefa) serta semua sanak keluarga yang selalu memberikan dukungan, semangat dan doa kepada saya dalam penyelesaian skripsi ini. Semoga Tuhan selalu memberikan kesehatan, umur panjang dan berkat kepada kita semua, Amin.

5 ABSTRAK Telah dilakukan penelitian dengan tujuan pemanfaatan limbah padat pulp grits dan dregs dalam pembuatan keramik konstruksi dengan variasi penambahan kaolin 0 %, 5%, 10%, 20%, 25%, 30%, 40% dan 50% (berat). Temperatur sintering pada C dan sampel keramik dibentuk dengan cara dry pressing pada tekanan 5000kgf. Dari hasil pengujian diperoleh hasil kuat tekan yaitu: 23,90MPa 96,28MPa. Hasil pengujian porositas yaitu: 37,40% - 44,80% dan hasil pengujian susut bakar yaitu: 1,55% - 23,56%. Hal ini menunjukkan bahwa keramik dapat dibuat dengan memanfaatkan limbah padat pulp pada penambahan kaolin 25% - 50%.

6 ABSTRACT Research about ceramics from solid waste result from factory of pulp as raw material has been made by addition 0 %, 5%, 10%, 20%, 25%, 30%, 40% and 50% (weight) of kaolin. Sintering temperatur at C and sample of ceramics has been made by dry pressing method and giving pressure up to 5000kgf. The result of analysis obtained that value of compressive strength 23,9MPa - 96,28MPa, porosity 37,40% - 44,80% and fired shrinkage 1,55% - 2,56%. This result show that ceramics can be made from solid waste result factory of pulp by addition 25% - 50% of kaolin.

7 DAFTAR ISI Persetujuan Pernyataan Penghargaan Abstrak Abstract Daftar Isi Daftar Tabel Daftar Gambar Halaman ii iii iv v vi vii ix x Bab 1 Pendahuluan 1.1 Latar Belakang Batasan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian Tempat Penelitian Sistematika Penulisan 4 Bab 2 Tinjauan Pustaka 2.1 Tanah Liat Kaolin Limbah Limbah Padat Pulp Keramik Pengertian Keramik dan Bahan Bakunya Klasifikasi Keramik Sifat-Sifat Keramik Keramik Berbahan Dasar Lempung Proses Pembuatan Keramik Preparasi Serbuk Pembentukan Pengeringan Pembakaran (Sintering) 18 Bab 3 Metodologi Penelitian 3.1 Alat dan Bahan Peralatan Bahan Diagram Alir Penelitian Diagram Alir AnalisisSenyawa Kimia Bahan 21

8 3.2.2 Diagram Alir Pembuatan Sampel Prosedur Pembuatan Sampel Keramik Analisis Senyawa Kimia Bahan Persiapan Bahan Pencampuran Bahan Pencetakan/Pembentukan Pengeringan Pembakaran (Sintering) Prosedur Pengujian Sampel Pengujian Susut Bakar Pengujian Porositas Pengujian Kuat Tekan Pengujian Kekerasan 28 Bab 4 Hasil dan Pembahasan 4.1 Hasil Penelitian Hasil Analisa serbuk Pulp dan Kaolin Pengujian Susut Bakar Pengujian Porositas Pengujian Kuat Tekan Pengujian Kekerasan Pembahasan Pengujian Susut Bakar Pengujian Porositas Pengujian Kuat Tekan Pengujian Kekerasan 42 Bab 5 Kesimpulan dan Saran 5.1 Kesimpulan Saran 44 Daftar Pustaka 45 Lampiran

9 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Komposisi Kimia Basa kaolin 8 Tabel 2.2 Komposisi Kimia Limbah Padat Pulp 11 Tabel 3.1 Komposisi Campuran Kaolin dan Limbah Padat Pulp 25 Tabel 4.1 Komposisi Kimia dari Hasil Analisa Serbuk Pulp 30 Tabel 4.2 Komposisi Kimia Basa Kaolin 31 Tabel 4.3 Data Hasil Pengujian Susut Bakar 32 Tabel 4.4 Data Hasil Pengujian Porositas 34 Tabel 4.5 Data Hasil Pengujian Kuat Tekan 36

10 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Pensinteran Padat 18 Gambar 4.1 Grafik Susut Bakar terhadap Persentase Komposisi Kaolin 39 Gambar 4.2 Grafik Porositas terhadap Persentase Komposisi Kaolin 40 Gambar 4.3 Grafik Kuat Tekan terhadap Persentase Komposisi Kaolin 41

11 BAB I PENDAHULUAN 1.1. LATAR BELAKANG Keramik adalah merupakan bahan anorganik dan metalik yang merupakan campuran antara metal dan nonmetal yang terikat secara ionik dan kovalen yang susunannya sangat bervariasi, mulai dari senyawa yang sangat sederhana. sampai beberapa fasa kompleks. Umumnya bahan pembuatan keramik banyak tersedia pada kerak bumi, misalnya SiO 2, Al 2 O 3, CaO, MgO, Na 2 O, dan masih banyak yang lainnya. Keramik mempunyai sifat-sifat yang baik seperti kuat, keras, stabil pada suhu tinggi, dan tidak korosif sehingga cocok digunakan sebagai bahan konstruksi bangunan. Sekarang, seiring dengan berkembangnya teknologi keramik, keramik tidak hanya dapat dibuat secara tradisional menggunakan tanah liat tetapi telah dapat dibuat dan dibentuk dengan bermacam-macam cara yang disesuaikan dengan penggunaannya. Berbagai jenis keramik termasuk semen, bata untuk bangunan, bata tahan api dan gelas telah dipergunakan sejak lama sebagai bahan konstruksi bangunan. Industri pulp dan kertas merupakan salah satu komoditi andalan yang diharapkan mampu menunjang perekonomian Indonesia, apalagi bahan bakunya banyak tersedia dan didukung dengan jumlah tenaga kerja yang terus bertambah. Selain menghasilkan produk yang dapat digunakan oleh manusia, kegiatan produksi industri pulp ini juga menghasilkan produk lain yang belum begitu banyak dimanfaatkan yaitu limbah, baik limbah padat, limbah cair, dan limbah gas.

12 Dengan konsentrasi dan kuantitas tertentu, kehadiran limbah dapat berdampak negatif terhadap lingkungan terutama bagi kesehatan masyarakat di lingkungan pabrik maupun kawasan sekitarnya. sehingga perlu dilakukan penanganan terhadap limbah tersebut. Menurut data di lapangan jumlah limbah padat pulp di PT. TPL Porsea cukup besar yaitu mencapai hampir 7 ton perharinya, berupa grits, dregs, dan biosludge sehingga timbul suatu pemikiran bagaimana caranya memanfaatkan limbah ini menjadi material baru yang berguna dan bernilai positif untuk meningkatkan ekonomi masyarakat. Limbah padat pulp grits dan dregs diharapkan dapat menjadi material pengisi keramik, dimana telah diketahui dari analisis senyawa kimia bahwa Grits dan dregs mengandung senyawa senyawa kimia penyusun keramik, seperti SiO 2 dan Al 2 O 3. Berdasarkan penjelasan diatas, penulis melakukan penelitian tentang pemanfaatan limbah padat pulp Grits dan Dregs dengan menambahkan bahan kaolin sebagai pengikat butirannya untuk dijadikan bahan baku dalam pembuatan keramik konstruksi

13 1.2 BATASAN MASALAH 1. Limbah padat pulp yang digunakan adalah Grits dan Dregs yang merupakan sisa olahan industri PT.TOBA PULP LESTARI (TPL) Porsea. 2. Bahan pengikat yang digunakan adalah kaolin ( 0%, 5%, 10%, 20%, 25% 30%, 40%, 50%). 3. Pembakaran dilakukan pada suhu sintering C dengan waktu penahanan selama ± 1 jam. 4. Karakterisasi keramik diperoleh dari hasil : a. Pengujian fisis yaitu porositas dan susut bakar. b. Pengujian mekanik yaitu uji kuat tekan dan uji kekerasan 1.3 TUJUAN PENELITIAN 1. Mengolah dan memanfaatkan limbah padat pulp (Grits dan Dregs) menjadi bahan baku pembuatan keramik konstruksi. 2. Mengetahui pengaruh suhu sintering terhadap karakterisasi keramik. 3. Mengetahui pengaruh variasi limbah padat pulp (Grits dan Dregs) terhadap karakterisasi pembuatan keramik konstruksi. 1.4 MANFAAT PENELITIAN Limbah padat pulp yang diolah menjadi bahan baku pada pembuatan keramik, diharapkan bermanfaat dalam kehidupan sehari-hari, selain dapat meningkatkan

14 perekenomian masyarakat, dapat juga mengurangi dampak-dampak pencemaran lingkungan akibat limbah industri. 1.5 TEMPAT PENELITIAN Penelitian dilakukan di Laboratorium Material Test Pendidikan Teknologi Kimia Industri (PTKI) Medan. 1.6 SISTEMATIKA PENULISAN Penulisan laporan tugas akhir ini terdiri dari lima bab dengan sistematika sebagai berikut: 1. Bab I merupakan pendahuluan, yang menjelaskan tentang latar belakang, permasalahan, batasan masalah, tujuan, manfaat penelitian, lokasi penelitian, dan sistematika penulisan. 2. Bab II berisi tentang teori yang mendasari penelitian. 3. Bab III berisi tentang metodologi penelitian yang merupakan penjelasan. Tentang prosedur penelitian yaitu peralatan, bahan dan cara kerja. 4. Bab IV merupakan hasil analisis dan pembahasan. 5. Bab V merupakan kesimpulan hasil penelitian dan saran untuk penelitian selanjutnya.

15 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Tanah Liat Tanah liat (lempung) sebagai bahan pokok untuk pembuatan keramik, merupakan salah satu bahan yang kegunaannya sangat menguntungkan bagi manusia karena bahannya yang mudah didapat dan pemakaian hasilnya yang sangat luas. Dilihat dari sudut ilmu kimia, tanah liat termasuk hidrosilikat alumina dan dalam keadaan murni mempunyai rumus: Al 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O dengan perbandingan berat dari unsur-unsurnya: Oksida Silinium (SiO 2 ) 47%, Oksida Aluminium (Al 2 O 3 ) 39%, dan Air (H 2 O) 14%. Berdasarkan tempat pengendapan dan jarak pengangkutannya dari daerah asal, tanah liat dapat dibagi kedalam jenis-jenis berikut: 1. Tanah liat residu (tanah liat primer): yaitu tanah liat yang terdapat pada tempat dimana tanah liat itu terjadi atau dengan kata lain tanah liat tersebut belum berpindah tempat sejak terbentuknya.. Sebagian merupakan hasil pelapukan dari batuan keras seperti basalt, andesit, ganit dan lain-lain. Pada umumnya batuan keras basalt/andesit akan memberikan lempung merah, sedangkan granit akan memberikan lempung putih. Tanah liat ini mempunyai sifat-sifat: a. berbutir kasar bercampur batuan asal yang belum lapuk

16 b. tidak plastis (rapuh) Contoh tanah liat residu adalah: kaolin. 2. Tanah liat endapan (tanah liat sekunder): yaitu tanah liat yang dipindahkan oleh air, angin, gletser dan sebagainya, dari tempat batuan cadas induk. Tanah liat ini biasa juga disebut batuan sedimen karena pada umumnya setelah terbentuk dari batuan keras, tanah liat akan diangkut oleh air, angin, dan diendapkan di suatu tempat yang rendah. Tanah liat ini mempunyai sifat-sifat: a. kurang murni karena tercampur oleh unsur-unsur lain pada waktu perpindahan dari tempat asal. b. berbutir lebih halus dan lebih plastis contoh tanah liat endapan adalah tanah limpah sungai, tanah marin (laut), tanah rawa, tanah danau. Tanah liat mempunyai sifat-sifat fisis dan kimia yang penting untuk pembuatan keramik. Sifat-sifat itu adalah: 1. Sifat Liat (Plastis) Tanah liat harus dapat dibentuk dengan mudah. Besar kecilnya partikel-partikel (butir-butir) tanah dan juga zat-zat organis seperti akar tumbuh-tumbuhan, sisasisa binatang kecil, zat-zat yang telah membusuk serta bakteri lainya yang ada dalam tanah itu sangat mempengaruhi sifat plastisnya. 2. Sifat Porous Tanah liat mengandung patikel-partikel pembentuk tanah yang terdiri dari partikel halus dan partikel kasar. Perbandingan dan besar butir dalam tanah sangat mempengaruhi sifat tanah tersebut. Tanah liat harus cukup porous, agar: - Air plastis(air pembentuk: yaitu sejumlah air ang diberikan pada tanah liat untuk dapat dibentuk) menguap dengan mudah pada waktu dikeringkan. Pada saat ini akan terjadi penyusutan karena hilangnya air pembentuk tadi. - Air yang terikat secara kimia (air kimia : yaitu air yang terkandung di dalam tanah liat itu sendiri secara alami) dengan mudah dapat dkeluarkan pada waktu

17 permulaan pembakaran sehingga terhindar dari letusan-letusan uap dan retakretak. 3. Sifat Menggelas Tanah liat mengandung mineral-mineral lain yang dapat bertindak sebagai bahan pembentuk bahan gelas saat dibakar. Tanah liat harus menjadi padat, keras dan kuat (menggelas) pada suhu yang diperlukan untuk pembuatan keramik. Yang dinamakan penggelasan sebenarnya adalah suatu proses pencairan dalam mana bagian-bagian tertentu dari tanah liat mulai mencair menjadi gelas. Jika waktu dan suhu pembakaran bertambah, maka bagian-bagian yang mencair tadi sedikit demi sedikit melarutkan sisa komposisi tanah liat itu. 4. Sifat Pada Pembakaran Tanah liat mengandung senyawa-senyawa besi yang memberikan warna merah setelah dibakar. Misalnya: a. Kaolin dengan kandungan oksida besi sebanyak 0,5% memberi hasil bakar dengan warna yang sangat putih. b. Kaolin endapan dengan kandungan besinya sebanyak 0,7% akan berwarna sedikit krem setelah dibakar. 2.2 Kaolin (Al 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O) Kaolin berasal dari bahasa Cina yaitu Kaoling dan disebut juga China Clay. Kaolin merupakan jenis tanah liat primer yang digunakan sebagai bahan utama dalam pembuatan keramik putih, dan mengandung mineral kaolinit Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 sebagai bagian yang terbesar. Dalam lempung alam, mineral-mineral ini terbentuk secara sendiri-sendiri atau bersama. Dilihat dari sifat dan keadaan bahan, kaolin berwarna putih karena kandungan besinya sangat rendah, tidak plastis, berbutir kasar, berat jenis 2,60-2,63 g/cm 3, titik lebur C, daya hantar panas dan listrik yang rendah. Kaolin juga mempunyai tingkat keplastisan yang rendah sehingga taraf penyusutan dan kekuatan keringnya pun lebih rendah dan sangat tahan api. Oleh karena itu kaolin tidak dapat dipakai

18 begitu saja untuk membuat barang-barang keramik, melainkan harus dicampur dahulu dengan bahan lain.. Cadangan Kaolin di Indonesia diperkirakan sebesar ton. Cadangan tersebut mempunyai mutu yang cukup baik sebagai bahan keramik dan untuk pengisi (misalnya dalam industri kertas), sedang untuk keperluan industri yang lain perlu adanya penelitian lebih lanjut Hasil Analisa Komposisi Kimia Basa Kaolin dengan menggunakan AAS (Atomic Absorption Spectrometer ) dapat dilihat pada tabel (2.1) dibawah ini: Tabel 2.1 Komposisi Kimia Basa Kaolin No Komponen % berat 1 SiO 2 71,20 2 Al 2 O 3 13,36 3 Fe 2 O 3 2,00 4 TiO 2 0,26 5 CaO 0,15 6 MgO 3,55 7 K 2 O 0,27 8 Na 2 O 0,51 9 LOI 8,70 Sumber: LIPI Kaolin banyak dipakai dalam berbagai industri, baik sebagai bahan baku utama maupun sebagai bahan pembantu. Hal ini karena adanya sifat-sifat kaolin seperti kehalusan, kekuatan, warna, daya hantar listrik dan panas yang rendah, dan lain-lain..dalam industri, kaolin dapat berfungsi sebagai pelapis (coater), pengisi (filler), barang-barang tahan api dan isolator. Penggunaan kaolin yang utama adalah

19 dalam industri-industri kertas, keramik, cat, karet/ban, plastik, semen, pestisida, pupuk, absorbent, kosmetik, pasta gigi, detergent, tekstil, dan lain-lain. Kaolin ini juga dapat dipakai sebahai bahan konstruksi, seperti: a. Keramik halus (gerabah putih atau white-earthenware) dan porselen, baik sebagai salah satu komponen dalam badan maupun gelasir b. Barang-barang tahan api dalam bata-bata kaolin c. Bahan-bahan bangunan keramik seperti tegel dalam gerabah atau porselen 2.3 Limbah Limbah adalah buangan yang dihasilkan dari suatu proses produksi baik industri maupun domestik (rumah tangga), yang kehadirannya pada suatu saat dan tempat tertentu tidak dikehendaki lingkungan karena tidak memiliki nilai ekonomis. Seiring dengan peningkatan industri, juga akan terjadi peningkatan jumlah limbah. Bermacam limbah industri yang dapat mencemari lingkungan antara lain: limbah industri tekstil, limbah agroindustri (limbah kelapa sawit, limbah industri karet remah dan lateks pekat, limbah industri tapioka, dan limbah pabrik pulp dan kertas ), limbah industri farmasi, dan lain-lain. Selain kegiatan industri, diperkotaan limbah juga dihasilkan oleh hotel, rumah sakit dan rumah tangga. Bentuk limbah yang dihasilkan oleh komponen kegiatan tersebut di atas adalah limbah padat dan limbah cair, yang menimbulkan dampak merugikan bagi lingkungan dan selanjutnya akan mengganggu atau mempengaruhi kehidupan masyarakat itu sendiri. Dampak dari kegiatan industri yang berpengaruh buruk tersebut terutama disebabkan oleh bahan-bahan pencemar yang dihasilkan oleh pabrik-pabrik industri. Bahan-bahan buangan tersebut dapat mencemari udara, perairan, dan tanah terutama disekitar kawasan industri tersebut. Bila ditinjau secara kimiawi, limbah ini terdiri dari bahan kimia organik dan anorganik. Limbah organik dapat membusuk atau terurai oleh mikroorganisme, dapat

20 berupa sampah padat yang terdiri dari daun-daun kering ataupun sampah rumah tangga. Limbah anorganik biasanya tidak dapat membusuk dan sulit terurai oleh mikroorganisme. Limbah anorganik pada umumnya berasal dari industri yang menggunakan unsur-unsur logam seperti Arsen(As), Kadmium (Cd), Timbal (Pb), dan lain-lain. Dengan konsentrasi dan kuantitas tertentu, kehadiran limbah dapat berdampak negatif terhadap lingkungan terutama bagi kesehatan manusia, sehingga perlu dilakukan penanganan terhadap limbah. Berdasarkan karakteristiknya, limbah industri dapat digolongkan menjadi 4 bagian: 1. Limbah cair 2. Limbah padat 3. Limbah gas dan partikel 4. Limbah B3 (Bahan Berbahaya dan beracun) Faktor yang mempengaruhi kualitas limbah adalah: 1. Volume limbah 2. Kandungan bahan pencemar 3. Frekuensi pembuangan limbah Limbah Padat Pulp Pulp (bubur kertas) merupakan susunan yang terdiri dari komponen-komponen senyawa organik, antara lain : selulosa, hemiselulosa, zat ekstraktif dan lignin dalam jumlah kecil. Selulosa diperoleh dari biomasssa seperti kayu, jerami, batang tebu, bambu, dan lain-lain.

21 Proses pembuatan pulp (bubur) bertujuan untuk memisahkan serat-serat selulosa dari komponen lain yang tidak diinginkan yang terdapat dalam bahan berserat selulosa menjadi individu-individu serat. Sumber utama serat selulosa terdapat dalam tumbuh-tumbuhan, serta serat selulosa sebagai bahan baku pembuatan pulp (bubur) kertas dapat diperoleh dari bahan baku kayu dan non kayu. Secara kmia, kandungantiap zat bebeda-beda. Unsur-unsur kimia yan terdapat di dalamnya terdiri dari karbon, oksigen, hidrogen dan sejumlah kecil nitrogen. Limbah padat pulp adalah limbah yang diperoleh dari sisa-sisa pengolahan industri pulp. Limbah ini berupa grits, dregs, dan bio sludge. Grits berasal dari proses recousstisizing,yang tidak bereaksi antara green liquor dan kapur tohor, berwarna coklat muda, kandungan utamanya pasir yang mangandung hidroksida. Grits mempunyai berat jenis 1,88 g/cm 3. Komposisi kimia dari grits ditunjukkan pada tabel 2.2. Dregs adalah material padat yang berwarna abu-abu kecoklatan yang merupakan bahan endapan dari green liquor yaitu smelt yang dilarutkan dengan weak wuash dari lime mud washer. Kandungannya silika dan karbon residu organik yang tidak sempat terbakar dalam boiler, bahan ini kaya akan karbon karena tidak bereaksi. Dregs mempunyai berat jenis 1,92 g/cm 3. Komposisi kimia dari grits ditunjukkan pada tabel 2.2. Biosludge merupakan limbah dari proses pembuatan pulp dan industri kertas yang berupa campuran dari endapan limbah cair,berwarna cokelat kehitaman, kandungan utamanya adalah selulosa dan bakteri yang mati. Biosludge mempunyai berat jenis 1,65 g/cm 2. Komposisi kimia limbah padat pulp PT. TPL Porsea hasil analisa menggunakan AAS (Atomic Absorption Spectrometer) dapat dilihat pada tabel (2.2) dibawah ini: Tabel 2.2. Komposisi Kimia Limbah Padat Pulp

22 No Parameter Grit Komposisi (% berat) Dreg 1 Al 2 O 3 24,74 26,35 2 SiO 2 56,42 55,21 3 Na 2 O 0,33 0,30 4 K 2 O 0,25 0,27 5 MgO 9,40 9,12 6 CaO 2,12 2,30 7 Fe 2 O 3 2,62 2,34 8 TiO 2 3,38 3,31 (Sumber : LIPI) 2.4 Keramik Pengertian Keramik dan Bahan Bakunya Keramik berasal dari bahasa Yunani keramos yang artinya suatu bentuk dari tanah liat yang telah mengalami proses pembakaran. Kamus dan ensiklopedi tahun 1950-an mendefinisikan keramik sebagai suatu hasil seni dan teknologi untuk menghasilkan barang dari tanah liat yang dibakar, seperti gerabah, genteng, porselin, dan sebagainya. Tetapi saat ini tidak semua keramik berasal dari tanah liat. Definisi pengertian keramik terbaru mencakup semua bahan bukan logam dan anorganik yang berbentuk padat, yang terikat secara ionik dan kovalen. Pada dasarnya bahan baku (dasar) keramik dapat dikelompokkan menjadi: 1. Bahan plastis

23 Bahan ini berupa tanah liat dengan kandungan mineral dan tambahan yang berasal dari endapan kotoran. Mineral ini berupa silikat, Mg, Fe, bersifat kapur dan alkalis. 2. Bahan pelebur (Fondan) Bahan ini berupa feldspar dengan kandungan alumina silikat alkali beraneka ragam yang terdiri dari a. Orthose : (SiAl) O 8 K, b. Potassis Albite : (SiAl) O 8 Na, Sodis c. Anorthite : (SiAl) O 8 Ca, Kalsis 3. Bahan Penghilang Lemak Bahan ini berupa bahan-bahan baku yang mudah dihaluskan dan koefisien penyusutannya sangat rendah. Biasanya bahan ini berfungsi sebagai penutup kekurangan-kekurangan yang terjadi karena plastisitas yang eksresif dari tanah liat dan terdiri dari silika dan quartz yang berbeda-beda bentuknya. 4. Bahan Tahan Panas Bahan ini terdiri dari bahan yang mengandung Mg dan Silika Aluminium Klasifikasi keramik Pada prinsipnya keramik terbagi atas: a. Keramik tradisional; Keramik tradisional yaitu keramik yang dibuat dengan menggunakan bahan alam, seperti kuarsa, kaolin, dll. Yang termasuk keramik ini adalah: barang pecah belah (dinnerware), keperluan rumah tangga (tile, bricks), dan untuk industri (refractory). b. Keramik halus; Fine ceramics (keramik modern atau biasa disebut keramik teknik, engineering ceramic,) adalah keramik yang dibuat dengan menggunakan oksidaoksida logam atau logam, seperti:oksida logam (Al2O3, ZrO2, MgO, dll).penggunaannya:elemen pemanas, semikonduktor, komponen turbin, dan pada bidang medis.

24 2.4.3 Sifat-Sifat Keramik Keramik memiliki karakteristik yang memungkinkan untuk digunakan dalam berbagai aplikasi, termasuk : a. Kapasitas panas yang baik dan konduktivitas panas yang rendah b. Tahan terhadap korosi c. Dapat bersifat magnetik dan non magnetik d. Keras, dan kuat e. Rapuh f. Sifat listriknya dapat menjadi isolator, semikonduktor, konduktor bahkan superkoduktor Keramik Berbahan Dasar Lempung 1. Gerabah (Earthenware), dibuat dari semua jenis bahan tanah liat yang plastis dan mudah dibentuk dan dibakar pada suhu maksimum 1000 C. Keramik jenis ini struktur dan teksturnya sangat rapuh, kasar dan masih berpori. Agar supaya kedap air, gerabah kasar harus dilapisi glasir, semen atau bahan pelapis lainnya. Gerabah termasuk keramik berkualitas rendah apabila dibandingkan dengan keramik batu (stoneware) atau porselin. Bata, genteng, kendi, gentong dan sebagainya termasuk keramik jenis gerabah. Genteng telah banyak dibuat berglasir dengan warna yang menarik sehingga menambah kekuatannya. 2. Keramik Batu (Stoneware), dibuat dari bahan lempung plastis yang dicampur dengan bahan tahan api sehingga dapat dibakar pada suhu tinggi ( C).

25 Keramik jenis ini mempunyai struktur dan tekstur halus dan kokoh, kuat dan berat seperti batu. Keramik jenis ini termasuk kualitas golongan menengah. 3 Porselin (Porcelain), adalah jenis keramik bakaran suhu tinggi yang dibuat dari bahan lempung murni yang tahan api, seperti kaolin, alumina dan silika. Oleh karena porselin jenis ini berwarna putih bahkan bisa tembus cahaya, maka sering disebut keramik putih. Pada umumnya, porselin dipijar sampai suhu 1350 C atau 1400 C, bahkan ada yang lebih tinggi lagi hingga mencapai 1500 C. Porselin yang tampaknya tipis dan rapuh sebenarnya mempunyai kekuatan karena struktur dan teksturnya rapat serta keras seperti gelas. Oleh karena keramik ini dibakar pada suhu tinggi pada porselin terjadi penggelasan atau vitrifikasi. Secara teknis keramik jenis ini mempunyai kualitas tinggi dan bagus, disamping mempunyai daya tarik tersendiri karena keindahan dan kelembutan khas porselin. Juga bahannya sangat peka dan cemerlang terhadap warna-warna glasir. 4 Keramik Baru (New Ceramic), adalah keramik yang secara teknis, diproses untuk keperluan teknologi tinggi seperti peralatan mobil, listrik, konstruksi, komputer, cerobong pesawat, kristal optik, keramik metal, keramik multi lapis, keramik multi fungsi, komposit keramik, silikon, bioceramic, dan keramik magnit. Sifat khas dari material keramik jenis ini disesuaikan dengan keperluan yang bersifat teknis seperti tahan benturan, tahan gesek, tahan panas, tahan karat, tahan suhu kejut seperti isolator, bahan pelapis dan komponen teknis lainnya 2.5 Proses Pembuatan Keramik Material keramik umumnya berupa senyawa polikristal yang proses pembuatannya dapat dikelompokkan menjadi beberapa tahap yaitu: Preparasi serbuk, pembentukan, pengeringan dan pembakaran (sintering). Parameter-parameter proses pembuatan keramik tergantung pada jenis keramik yang akan dibuat, bidang aplikasinya, dan sifat-sifat yang diharapkan. Misalnya proses pembuatan keramik tradisional memiliki parameter yang berbeda dengan pembuatan keramik teknik. Karena pada keramik tradisional hanya memerlukan bahan baku alam dengan kemurnian yang tidak perlu tinggi, sedangkan untuk pembuatan keramik teknik

26 diperlukan bahan baku dengan kemurnian tinggi serta terkontrol agar diperoleh sifat bahan yang diinginkan sesuai dengan aplikasinya Preparasi Serbuk Untuk memisahkan butiran kasar menjadi butiran halus dalam mesh, diperlukan alat penghancur atau penggiling dan ayakan. Penyaringan dapat dilakukan dengan dua cara yaitu : a. Cara Kering Bila bahannya mengandung batuan yang berbutir kasar dan keras, diperlukan alat penghancur atau penggiling dan ayakan untuk melumatkan dan memisahkan butiran kasar dan butiran halus. Bahan kering yang sudah digiling dan diayak dengan halus tadi kemudian dicampur air secukupnya, sehingga dapat diadon bahan keramik yang cukup plastis. b. Cara Basah Pemisahan kotoran-kotoran tanah ini dilakukan dengan pencucian dengan banyak air, proses ini sangat sederhana, bahan-bahan dicampur dengan air yang membentuk suatu suspensi encer dalam bak-bak pengaduk, suspensi dalam air lalu disaring lagi dan dibiarkan mengendap dalam suatu tempat, kemudian disaring Pembentukan Sebelum pembentukan, terlebih dahulu dilakukan pencampuran (mixing) untuk mendapatkan campuran material bahan baku keramik dengan pengaturan komposisi dan ukuran butir hingga homogen. Proses pencampuran ini dapat meningkatkan densitas dan mengurangi porositas yang terdapat dalam keramik tersebut.

27 Pada umumnya pembentukan keramik dilakukan dengan pengadukan serbuk dengan air plastis, selanjutnya dimasukkan kedalam cetakan sampai kering tertentu. Ada beberapa proses atau cara pembentukan keramik, diantaranya: a. Dry Pressing Metode ini merupakan pembentukan terhadap serbuk halus yang mengandung sedikit air atau penambahan bahan organik dengan pemberian tekanan yang dibatasi oleh cetakan menjadi produk padat yang kuat. Pada metode ini bahan (serbuk) dicampur dengan air (7-10 %) agar tetap lembab sehingga menambah sifat plastis bahan. Proses pembentukan ini banyak digunakan oleh pabrik refraktori untuk menghaslkan produk produk seperti ubin lantai dan dinding. b. Extrussion Molding Pembentukan keramik dengan metode ini dilakukan untuk bahan yang memiliki plastisitas yang tinggi, dengan cara mendorong bahan plastis (kadar air antara 12-20%) melalui ruang kosong sehingga diperoleh bentuk dengan penampang melintang yang tetap. Metode ini digunakan pada pembentukan batu bata, pipa, dan tegel berlubang. c. Injection Molding Plastik dicampur dengan bubuk dan proses pembentukan sama dengan pada plastic. d. Rubber Mold Pressing Pembentukan terhadap serbuk halus dengan menggunakan pembungkus yang terbuat dari karet serta diberi tekanan ke keseluruh permukaan karet, dan menghasilkan bahan yang padat. e. Slip casting Pembentukan dengan cara suatu suspensi dengan kekentalan dan kandungan padatan tertentu, kemudian dituang kedalam cetakan plaster berpori-pori cair atau cetakan penyerap yang biasanya disebut gips Pengeringan

28 Pada umumnya, pengeringan zat padat berarti pemisahan sejumlah kecil air atau zat cair lainnya dari bahan padat, sehinnggga mengurangi kandungan sisa zat cair di dalam zat padat tersebut. Proses ini harus dikontrol, karena melibatkan penekanan yang diakibatkan oleh perbedaan shrinkage atau tekanan gas dapat menyebabkan cacat pada produk yang dihasilkan. Pada sistem pengeringan, energi panas harus melewati permukaan produk, yang selanjutnya akan menghasilkan uap air. Selama pengeringan, pemanasan akan meningkatkan tekanan uap air dari cairan dan kapasitas penyerapan dari udara kering. Benda-benda yang akan dibakar harus dikeringkan terlebih dahulu, karena jika masih basah, kemungkinan akan terjadi ledakan uap air sewaktu dibakar, sehngga dapat terjadi keretakan. Mengeringkan benda keramik berarti menghilangkan apa yang disebut air plastisnya saja, sedangkan air yang terikat dalam molekul bahan keramik (air kimia) hanya dapat dihilangkan melalui pembakaran. Proses pengeringan dapat juga diikuti dengan proses penyusutan. Kerusakan seperti cacat/retak dapat terjadi pada saat pengeringan karena pencampuran bahannya yang tidak homogen dan pengeringan yang tidak sama pada bagian-bagiannya. sehingga terjadi tegangan-tegangan antara bagian-bagian tersebut. Permukaaan yang retak tersebut menunjukkan permukaaan bahan yang rapuh. Kelebihan kadar air dapat juga membuat permukaan produk menjadi lengkung, retak dan keporiannya meningkat. Lengkungan dihasilkan oleh pengeringan yang tidak merata dan terjadi penyusutan sehingga bentuknya berubah Pembakaran (Sintering) Pembakaran adalah suatu perlakuan yang utama dalam pembuatan bahan keramik. Tujuan dari pembakaran ini adalah untuk mengaglomerasi partikel kedalam bentuk massa koheren melalui proses sintering.

29 Proses sintering dipengaruhi oleh faktor-faktor ukuran partikel, temperatur, waktu, energi permukaan, dan lain-lain. Melalui proses ini terjadi perubahan struktur mikro seperti pengurangan jumlah dan ukuran pori, pertumbuhan butiran, peningkatan densitas dan penyusutan. Sedangkan pada bahan keramik, terjadi beberapa perubahan pokok yaitu berkurangnya luas permukaan, berkurangnya volume bulk dan bertambahnya kekuatan. Seperti yang diperlihatkan pada gambar 2.1, terdapat dua permukaan diantara setiap dua partikel sebelum pensinteran. Setelah pensinteran, terdapat batas butir tunggal. Kedua permukaan merupakan batas-batas energi tinggi; batas butir memiliki energi yang jauh lebih rendah. Jadi, reksi ini terjadi dengan sendirinya jika suhu cukup tinggi sehingga atom-atom dalam jumlah yang signifikan dapat berdifusi. Partikelpartikel tersebut menjadi lebih rapat sehingga menghasilkan penyusutan dan reduksi porositas. (a) (b) Gambar 2.1 Pensinteran Padat a. Partikel sebelum sinter mempunyai dua permukaaan terpisah yang berdekatan. b. Setelah sinter, butir-butir mempunyai satu batas. Gaya gerak untuk pensinteran adalah pengurangan luas permukaan (yang berarti pengurangan energi permukaaan). Faktor-faktor yang menentukan proses dan mekanisme sintering antara lain jenis bahan, komposisi, bahan pengotornya dan ukuran partikel. Proses sintering dapat berlangsung apabila: 1. Adanya transfer energi materi diantara butiran yang disebut proses difusi.

30 2. Adanya sumber energi yang daat mengaktifkan transfer materi, energi tersebut digunakan untuk menggerakkan butiran hingga terjadi kontak dan ikatan sempurna. Difusi adalah aktivitas termal yang berarti bahwa terdapat energi minimum yang dibutuhkan untuk pergerakan atom atau ion dalam mencapai energi yang sama atau di atas energi aktivasi untuk membebaskan dari letaknya semula dan bergerak ke tempat yang lain yang memungkinkannya. Penyusutan Akibat Pembakaran Proses densifikasi pada sintering menyebabkan terjadinya penyusutan, besar penyusutan ini bergantung pada temperatur dan waktu pembakaran, juga berhubungan dengan keadaan awal porositas. Tidak semua proses penyusutan dapat berlangsung merata. Penyusutan yang tidak merata dapat terjadi jika: 1. Perbedaaan ukuran dan komposisi partikel akibat pemisahan partikel dalam proses pembentukan. 2. Distribusi temperatur tidak merata. 3. Waktu sintering yang berbeda untuk setiap titik. 4. Adanya penyusutan anisotropik dari orientasi partikel. 5. Aliran yang terjadi akibat tegangan yang dihasilkan oleh gravitasi selama masa pembakaran pada temperatur tingggi. 6. Gesekan antara klin base (alas tempat pembakaran). BAB III METODOLOGI PENELITIAN

31 3.1 Alat dan Bahan Peralatan Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini, adalah: 1. Neraca Analitik berfungsi untuk mengukur berat bahan dan sampel 2. Jangka sorong berfungsi untuk mengukur diameter dan tinggi sampel 3. Ayakan 200 mesh berfungsi untuk mengayak/menyaring butiran bahan 4. Cetakan berbentuk silinder dengan ukuran diameter 4 cm dan tinggi 0,5 cm 5. Tungku berfungsi untuk membakar sampel 6. Alat penekan cetakan (press hydrolic) berfungsi untuk mencetak sampel 7. Hardness Tester Vickers berfungsi untuk pengujian kekerasan sampel 8. UTM (Universal Tensile Machine) berfungsi untuk pengujian kuat tekan sampel Merek : MAEKAWA TESTING MACHINE MFG.CO Type MR-20-CT 9. AAS (Atomic Absorption Spectrometer) berfungsi untuk menganalisa komposisi kimia bahan Bahan-bahan 1. Grits dan Dregs, yaitu limbah padat PT.Toba Pulp Lestari Porsea 2. Kaolin 3. Air PDAM Tirtanadi Medan 3.2. Diagram Alir Penelitian

32 3.2.1 Diagram Alir Analisa Senyawa Kimia Bahan Dregs Grits Kaolin Pembutiran/ Pengayakan 200mesh Analisis Senyawa Kimia AAS

33 3.2.2 Diagram Alir Pembuatan Sampel Analisis senyawa kimia limbah dan Kaolin Grits Dregs Kaolin 0%, 5%, 10%, 20%, 25%, 30%, 40%, 50% AirPlastisan Pengayakan 200 mesh Pencampuran Pencetakan Tekanan : 5000 kgf Pengeringan Pembakaran Suhu : C selama ± 1 jam - Susut Bakar - Porositas - Kuat Tekan - Kekerasan Pengujian Keramik : Analisa Data dan Hasil Penelitian

34 3.3 Prosedur Pembuatan Sampel Keramik Analisis Senyawa Kimia Bahan Bahan limbah padat (grits dan dregs) dan kaolin yang berbentuk serbuk dianalisis dengan metode AAS (Atomic Absorption Spectrometer) untuk mengetahui komposisi senyawa kimia penyusunnya. Untuk mengetahui sifat-sifat dan komposisi pulp terlebih dulu dilakukan preparasi sample dengan prosedur sebagai berikut: 1. Sample berupa serbuk ditimbang dengan menggunakan timbangan analitik sebanyak W1 = 20 gram. 2. Sample dikeringkan dalam lemari pengering pada suhu 100 o C selama 24 jam, kemudian ditimbang beratnya, yaitu: W1' gram. W1' Berat Kering = x 100 %...(1) W1 3. Sample serbuk yang telah ditimbang dibakar dengan tungku listrik pada suhu 1000 o C dan ditahan selama 2 jam. Setelah didinginkan kemudian ditimbang lagi dengan timbangan analitik yang dinyatakan dengan W2. 4. Berat sample yang telah terbakar dan disebut sebagai bahan yang terbakar (combustible material) dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut: W1 W2 Bahan yang terbakar = x 100 %.(2) W1 5. Untuk menghitung kandungan abu (ash content) dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut: W2 Kadar abu = x 100 %...(3) W1 6. Sampel yang telah dibakar sebelumnya dengan massa sebesar W2 gram, selanjutnya diproses pemanasan (dibakar) sampai suhu 1300 o C dengan menggunakan tungku listrik, kemudian didinginkan kembali sampai suhu

35 ruang. Massa sampel yang telah dibakar pada suhu 1300 o C kemudian ditimbang dan disebut sebagai W3 gram. 7. Untuk mengetahui nilai Lost of Ignition (LOI) digunakan persamaan sebagai berikut : W2 W3 LOI = x 100 %...(4) W2 8. Selanjutnya untuk menganalisa kandungan unsur-unsur kimianya dilakukan tahapan preparasi sampel sebagai berikut: a. Dibuat larutan 25 % HCl sebanyak 1000 ml. b. Sampel yang telah dibakar sebelumnya dengan massa sebesar W3 gram dilarutkan ke dalam 250 ml larutan 25 % HCl panas, sambil diaduk menggunakan magnetic stirrer sampai semua padatan terlarut dengan sempurna. c. Kemudian larutan sebanyak 250 ml dibagi menjadi 10 bagian dan untuk setiap bagian mempunyai volume 25 ml. d. Untuk mengetahui kadar unsur unsurnya dianalisa dengan menggunakan alat AAS, dimana masing masing bagian dari larutan sebanyak 25 ml yang diperoleh pada tahapan (c) adalah sebagai medianya. Unsur-unsur yang dianalisa antara lain adalah: Al, Si, Na, K, Mg, Ca, Fe, dan Ti. e. Dengan menggunakan AAS tipe AA 680 (Atomic Absorption/Flame Emission Spectrophotometer), dimana hasil yang didapat sudah ditampilkan dalam bentuk senyawa Al 2 O 3, SiO 2, Na 2 O, K 2 O, MgO, CaO, Fe 2 O 3 dan TiO Persiapan Bahan a. Kaolin (tanah liat) dihancurkan dengan penggiling dan dihaluskan kemudian disaring menggunakan ayakan 200 mesh sampai terbentuk serbuk (powder).

36 b. Limbah padat Grits dan Dregs dihaluskan kemudian disaring dengan ayakan 200 mesh sampai terbentuk serbuk (powder) Pencampuran Bahan a. Setelah bahan-bahan dipersiapkan, kemudian ditimbang sesuai dengan komposisi yang telah ditentukan. (seperti pada tabel Tabel 3.1) b. Selanjutnya, setiap bahan diaduk kemudian ditambahkan air secukupnya sehingga merata (homogen) seluruhnya. Tabel 3.1 Komposisi Campuran Kaolin dan Limbah Padat Pulp Komposisi Campuran Sampel Uji Kode Sampel Kaolin Grits Dregs Uji (%) (%) (%) ,5 47, ,5 37, Pencetakan / Pembentukan Sampel Pencetakan sampel uji dilakukan dengan alat tekan atau menggunakan metode dry pressing. Serbuk yang telah dicampur merata dituang ke dalam cetakan berbentuk silider dengan ukuran diameter = 4cm dan tinggi 1 cm kemudian ditekan dengan beban sebesar 5000 kgf selama 60 detik hingga padat. d = 4 cm t = 0,5 cm

37 3.3.5 Pengeringan Proses pengeringan dilakukan dengan cara didiamkan di suhu ruangan dan tidak sampai terkena sinar matahari langsung Pembakaran (Sintering) Proses sintering merupakan tahapan yang sangat penting dalam menentukan sifat-sifat produk keramik. Faktor-faktor yang menentukan proses dan mekanisme sintering adalah jenis bahan, komposisi bahan, dan ukuran partikel. Sebelum melakukan proses ini, terlebih dahulu diukur diameter sampel dengan jangka sorong, sebagai data untuk uji susut bakar. Kemudian dimasukkan ke tungku pembakaran dengan suhu sintering C dan waktu penahanan 60 menit.

38 3.4 Prosedur Pengujian Sampel Keramik Pengujian Susut Bakar Susut Bakar adalah perubahan dimensi atau volume bahan yang telah dibakar. Salah satu parameter yang menunjukkan terjadinya proses sintering adalah penyusutan akibat adanya perubahan mikrostruktur (butir atau batas butir). Sebelum dan sesudah dibakar, diameter sampel diukur dengan jangka sorong. Persamaan yang dipakai untukmenentukan besarnya susut bakar adalah: Susut Bakar (%) = d d 0 d 0 1 x 100 % (3.1) dengan: d 0 = Diameter sampel uji sebelum dibakar (mm) d 1 = Diameter sampel uji sesudah dibakar (mm) Pengujian Porositas Porositas dalam suatu material keramik dinyatakan dalam % rongga atau fraksi volume dari suatu rongga yang ada dalam bahan tersebut. Porositas dinyatakan dalam % yang menghubungkan antar volume pori terbuka terhadap volume benda keseluruhan, yang memenuhi persamaan: Mb Mk 1 Porositas (%) = x x 100% V b ρ air (3.2) Dengan: Mb = Massa kering benda uji (gram) Mk = Massa basah benda uji, setelah direndam dalam air selama 2x24 jam (gram) V b = Volum benda uji (cm 3 ) ρ air = Massa jenis air gr 3 cm

39 3.4.3 Pengujian Kuat Tekan Pengujian kuat tekan dilakukan dengan cara menyalakan alat UTM (Universal Testing Machine), kemudian memposisikan jarum skala gaya pada skala 0. Sampel keramik diletakkan pada dasar alat UTM. Setelah itu dinyalakan tombol penekan. Ketika sampel sudah menunjukkan keadaan retak (tampak pada penglihatan mata) maka tombol penekan UTM dimatikan. Persamaan kuat tekan : P f c = (3.3) A dengan: f c P = Tekanan (Pa) = Beban maksimum (N) A = Luas bidang permukaan (m 2 ) Pengujian Kekerasan Kekerasan (Hardness) dapat didefenisikan sebagai kemampuan bahan keramik terhadap penetrasi pada permukaan. Pengujian kekerasan dilakukan dengan menggunakan Microhardness Tester Vickers. Prosedur pengujian kekerasan dengan menggunakan Microhardness Tester Vickers adalah sebagai berikut: 1. Pilih potongan kecil sampel keramik yang baik, yaitu tidak banyak terjadi gelembung dan salah satu permukaannya rata. 2. Permukaan sampel dihaluskan dengan menggunakan amplas secara berurutan. 3. permukaan yang telah diamplas, dipoles sampai permukaannya rata dan mengkilap

40 4. Sampel diuji kekerasannya dengan metode vickers. Sampel diletakkan di tempat sampel, kemudian dilakukan penekanan hingga intan piramid tepat mengenai sampel tersebut. 5. Jejak yang terbentuk setelah proses penekanan, diukur diagonalnya dan dapat diketahui nilai kekerasannya. Nilai kekerasan Vickers ditentukan oleh persamaan berikut: 1,854xP HV = 2 d Dengan: HV = Nilai kekerasan menurut metoda Vickers (kgf/mm 2 ) P = Beban yang digunakan (kgf) d = Panjang diagonal rata-rata (mm) (3.4)

41 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Penelitian Hasil Analisa Serbuk Pulp dan Kaolin dengan Menggunakan AAS (Atomic Absorption Spectrophotometer) Tabel 4.1. Komposisi Kimia dari Hasil Analisa Serbuk Pulp No Parameter Komposisi (% berat) Grit Dreg 1 Al 2 O 3 24,74 26,35 2 SiO 2 56,42 55,21 3 Na 2 O 0,33 0,30 4 K 2 O 0,25 0,27 5 MgO 9,40 9,12 6 CaO 2,12 2,30 7 Fe 2 O 3 2,62 2,34 8 TiO 2 3,38 3,31 Data-data hasil pengukuran Kode sampel W1 W1' W2 W3 (g) (g) (g) (g) Bio Sludge 20 16,286 6,006 5,9513 Grit 20 18,490 16,056 15,9372 Dreg 20 18,932 11,986 11,890

42 Nilai hasil perhitungan: Kode sampel Berat Kering (%) Bahan yang terbakar (%) Kadar abu (%) LOI (%) Bio Sludge 81,43 69,97 30,03 0,91 Grit 92,45 19,72 80,28 0,74 Dreg 94,66 40,07 59,93 0,80 Formula / Rumus Pers. (1) Pers. (2) Pers. (3) Pers. (4) Tabel 4.2 Komposisi Kimia Basa Kaolin No Komponen % berat 1 SiO 2 71,20 2 Al 2 O 3 13,36 3 Fe 2 O 3 2,00 4 TiO 2 0,26 5 CaO 0,15 6 MgO 3,55 7 K 2 O 0,27 8 Na 2 O 0,51 9 LOI 8,70

43 4.1.2 Pengujian Susut Bakar Hasil pengujian susut bakar terhadap sampel keramik diperoleh sesuai dengan persamaan (3.1) sebagai berikut: dengan: Susut Bakar = d d 0 d 0 1 x 100 % d 0 = Diameter sampel uji sebelum dibakar (mm) d 1 = Diameter sampel uji sesudah dibakar (mm) Tabel 4.3 Data Hasil Pengujian Susut Bakar Persentese Kaolin (%) Diameter Awal d 0 (cm) Diameter Akhir d 1 (cm) Susut Bakar (%) Rata-rata (%) 0 4, , , , ,1 4,035 4,033 4,040 1,58 1,63 1,46 1, ,1 4,025 4,027 4,024 1,82 1,78 1,85 1, ,1 4,020 4,017 4,015 1,95 2,02 2,07 2, ,1 3,997 3,995 3,993 2,51 2,56 2,63 2,56

44 Contoh perhitungan pengujian susut bakar adalah sebagai berikut Susut bakar pada persentase kaolin 50 % adalah Diketahui: Diameter Awal (d 0 ) = 4,1 cm Diameter Akhir (d 1 ) = 3,997 cm Maka, Susut bakar (%) berdasarkan persamaan (3.1) : Susut Bakar (%) = d d 0 d 0 1 x 100 % = 4,1 3,997 4,1 x 100 % = 0,103 4,1 x 100 % = 2,51 % Untuk perhitungan susut bakar rata-rata: Susut Bakar Rata-rata (%) = 2,51% + 2,56 % + 3 2,63 % = 2,56 %

45 4.1.3 Pengujian Porositas Hasil pengujian porositas dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan (3.2) sebagai berikut: Mb Mk 1 Porositas (%) = x x 100% V b ρ air Dengan: Mb = Massa kering benda uji (gram) Mk = Massa basah benda uji, setelah direndam dalam air selama 2x24 jam (gram) V b = Volum benda uji (cm 3 ) ρ air = Massa jenis air gr 3 cm Persentase Kaolin (%) Tabel 4.4 Data Hasil Pengujian Porositas Massa Kering Massa Basah Porositas (m k ) (m b ) (%) (gram) (gram) Rata-rata (%) 25 10, , , , , , ,60 44,95 44,87 44, , , , , , , ,30 43,24 43,41 43, ,1787 9,0462 9, , , , ,93 41,34 41,53 41, ,0688 9,0712 9, , , , ,33 37,66 37,23 37,40

46 Contoh perhitungan pengujian Porositas adalah sebagai berikut: Porositas untuk Persentase komposisi kaolin 50 % Diketahui: Massa kering ( m ) = 9,0972gr k Diameter (d) = 4,002 cm Tebal (t) = 0,5 cm Volum benda (V b ) = 2 π r t = 3,14 x (2,001) 2 x 0,5 = 6,286 cm 3 Maka, porositas(%) sampel berdasarkan persamaan (3.2) : Mb Mk 1 Porositas (%) = x x 100% V b ρ air (11,4379 9,0972) gr 6,286cm = 3 2,3407gr 1 x 3 6,286cm 1gr / cm = 3 1 1gr / cm x 3 x 100 % x 100 % = 37,23 % Porositas Rata-rata (%) = 37,23% + 37,33% ,66% = 37,40%

47 4.1.4 Pengujian Kuat Tekan Pengujian Kuat Tekan sampel keramik dilakukan dengan menggunakan alat Universal Testing Machine (UTM). Besarnya tekanan diperoleh sesuai dengan persamaan (3.3) sebagai berikut dengan: ' f c = Tekanan ( N 2 ) m ' f c = P = Beban maksimum ( kg ) P A 2 A = Luas bidang permukaan ( m ) Persentase Kaolin (%) Tabel 4.5 Data Hasil Pengujian Kuat Tekan Beban tekan (P) (kgf) Beban Tekan (P) (N) Luas (A) (cm 2 ) Tekanan (F) (kgf/cm 2 ) Tekanan (F) (MPa) Rata-rata (MPa) ,8 9672, ,5 246,75 246,50 23,76 24,18 23,76 23, , ,25 34,05 34,30 34,42 34, , ,01 85,26 85,38 85,21

48 , , ,04 96,29 96,53 96,28 Contoh perhitungan pengujian kuat tekan adalah sebagai berikut: Tekanan pada Persentase Kaolin 50 % adalah Diketahui: Beban maksimum (P) = 3920 kgf = 3920 x 9,8 = N Luas bidang permukaan (A) = 4 cm 2 = 4 x 10-4 m 2 Besar kekuatan tekan (f c ) sampel berdasarkan persamaan (3.3) f c = P A N = 4 2 4x10 m = 96,04 x 10 6 Pa = 96,04 MPa Untuk perhitungan kuat tekan rata-rata: Kuat Tekan Rata-rata ( ' f c ) = 96,04MPa + 96,29MPa + 96,53, MPa 3 = 96,28 MPa

49 4.1.5 Pengujian kekerasan Hasil pengujian kekerasan terhadap sampel keramik diperoleh sesuai dengan persamaan (3.4) sebagai berikut 1,854xP HV = 2 d Dengan : HV = Nilai kekerasan menurut metoda Vickers (kgf /mm 2 ) P = Beban yang digunakan (kgf) d = Panjang diagonal rata-rata (mm 2 ) Dari hasil pengujian kekerasan sampel keramik, nilai kekerasan hanya diperoleh pada persentase kaolin 50 % dan Limbah 50 %, yaitu sebesar 7,243 MPa. Contoh perhitungannya adalah: Diketahui : P = 25 gr = 25 x 10-3 kgf d = 80 μm = 80 x 10-3 mm Maka nilai kekerasannya : (25x10 3 HV = 1,854 x ( 3 ) x10 ) kgf mm 3 (25x10 ) kgf = 1,854 x 6 2 (6400x10 ) mm 3 6 (25x10 x10 ) kgf = 1,854 x mm

50 3 (25x10 ) kgf = 1,854 x mm 3 46,350x10 kgf 6400mm = 2 HV = 7,243 MPa 4.2 Pembahasan Pengujian Susut Bakar 3 2,5 2,56 Susut Bakar (%) 2 1,5 1 1,55 1,81 2,01 0, Persentase Kaolin (%) Gambar 4.1 Grafik Susut Bakar Terhadap Persentase Kaolin Dari grafik diperoleh nilai susut bakar yaitu antara 1,55 % 2,56 %. Pada persentase kaolin 25% dan limbah 75% susut bakarnya 1,55%. Pada persentase kaolin 30% dan limbah 80 %, susut bakarnya 1,81 %. Pada persentase kaolin 40% dan limbah 60 %, susut bakarnya 2,01 %. Pada persentase kaolin 50% dan limbah 50 %, susut bakarnya 2,56 %. Penyusutan tertinggi terdapat pada persentase kaolin 50 %, dan terendah pada persentase kaolin 25 %. Jadi, semakin banyak kaolin yang dicampurkan maka nilai susut bakarnya semakin besar juga.

51 Dari hasil pengujian diketahui bahwa penyusutan tidak terjadi pada sampel keramik dengan persentase kaolin 0%, 5%, 10%, dan 20 %. Dilihat dari komposisinya, limbah padat dregs adalah bahan yang kaya akan karbon karena tidak bereaksi, sehingga pada saat pembakaran, sampel dengan komposisi limbahnya cukup besar, akan cepat terbakar atau menguap. Persentase kaolin yang kecil dapat mengakibatkan kaolin tidak mampu berperan sebagai pengikat. Selain komposisi, suhu pembakaran juga mempengaruhi terbentuknya keramik. Tidak tercapainya suhu sinter dan waktu pembakaran yang terlalu singkat membuat proses sintering tidak terjadi secara maksimal. Salah satu parameter yang menunjukkan terjadinya proses sintering adalah penyusutan, yang dapat dilihat dari berkurangnya ukuran volume atau diameter sampel setelah dibakar. Penyusutan terjadi akibat proses pemadatan dan pengurangan pori setelah sintering. Pada sampel keramik terjadi perubahan mikrostruktur (butir atau batas butir) sehingga berkurangnya ukuran dan jarak partikel dalam sampel Pengujian Porositas 60 Porositas (%) ,8 43,31 41,6 37, Persentase Kaolin (%) Gambar 4.2 Grafik Porositas Terhadap Persentase Komposisi Kaolin

52 Dari pengujian diperoleh hasil porositas pada persentase kaolin 25%, 30%, 40% dan 50% berturut-turut adalah 44,8%, 43,31%, 41,6%, dan 37,4%. Dari grafik diperoleh nilai porositas berkisar antara 37,4% 44,8 %. Porositas terbesar diperoleh pada persentase kaolin 25%, yaitu 44,8 %, dan terendah pada persentase kaolin 50 % yaitu 37,4 %. Hal ini menunjukkan bahwa persentase campuran kaolin berbanding terbalik dengan porositas. Jika persentase kaolin bertambah maka porositas akan semakin kecil, dan sebaliknya Pengujian Kuat Tekan ,28 Kuat Tekan (MPa) ,25 85, , Persentase Komposisi Kaolin (%) Gambar 4.3 Grafk Kuat Tekan Terhadap Persentase Komposisi Kaolin Dari pengujian diperoleh kuat tekan pada persentase kaolin 25%, 30%, 40%, dan 50% berturut-turut adalah 23,9MPa, 34,25MPa, 85,2MPa dan 96,28MPa. Kuat tekan tertinggi yaitu 96,28MPa dengan komposisi limbah 50 % dan Kaolin 50%.

53 Sedangkan kuat tekan terendah yaitu 23,9 MPa dengan komposisi limbah 75 % dan kaolin 25 %. Nilai kuat tekan mengalami kenaikan yang sangat besar mulai dari persentase kaolin 30% yaitu dari 34,95 MPa menjadi 85,21 MPa pada persentase kaolin 40 %, hal ini disebabkan oleh pengaruh suhu pembakaran yang belum mencapai suhu sintering, dimana pada suhu C keramik dengan persentase kaolin dibawah 40% belum mengalami sintering sehingga tidak mengalami penyusutan dan kuat tekan rendah. Sedangkan keramik dengan campuran kaolin 40% dan 50% dianggap telah sintering sehingga sampel mengalami penyusutan dan kekuatan semakin bertambah. Dapat dilihat juga bahwa persentase limbah berbanding terbalik dengan besarnya tekanan yaitu semakin banyak limbah yang dicampurkan, maka kuat tekan semakin rendah, sedangkan persentase kaolin berbanding lurus dengan besarnya kuat tekan yaitu jika kaolin semakin banyak maka kuat tekan juga semakin bertambah Pengujian Kekerasan Dari hasil pengujian, nilai kekerasan hanya diperoleh pada sampel keramik dengan komposisi kaolin 50% dan limbah 50% yaitu 7,243 MPa. Hasil ini menunjukkan bahwa apabila dilihat dari kekerasannya yaitu 7,243 MPa, limbah padat pulp grits dan dregs dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan keramik konstruksi pada komposisi persentase kaolin 50% dan limbah pulp 50% tetapi dengan nilai kekerasan yang sangat rendah untuk dapat digunakan sebagai keramik konstruksi.

54 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Berdasarkan hasil pembahasan diatas, maka penulis dapat menarik kesimpulan sebagai berikut: 1. Variasi komposisi limbah padat grits dan dregs yang dicampurkan dengan kaolin sangat berpengaruh terhadap karakteristik keramik Sedangkan limbah yang dicampurkan dengan persentase kaolin 25%-50% dapat digunakan sebagai bahan pembuatan keramik konstruksi dengan karakteristik tertentu. 2. Diketahui bahwa limbah padat pulp grits dan dregs dengan penambahan kaolin dapat dimanfaatkan sebagai bahan pembuatan keramik. Sedangkan dari pengujian yang dilakukan, diperoleh karakterisasi keramik dengan kekuatan tekan berkisar antara antara 23,90 MPa 96,28 MPa, porositasnya 37,40% - 44,80%, susut bakarnya 1,55% - 2,56 %, dan kekerasan 7,243 MPa 3. Suhu sintering sangat berpengaruh pada saat pembentukan keramik. Pada saat persentase kaolin 0%, 5%, 10%, 20% keramik tidak mengalami proses sintering yang sempurna. 4. Persentase campuran kaolin berbanding lurus dengan kuat tekan dan susut bakar, sedangkan untuk porositas berbanding terbalik..

55 5.2 Saran 1. Perlu kiranya diteliti lebih lanjut penggunaan limbah padat pulp sebagai bahan pembuatan keramik dengan persentase yang berbeda untuk mendapatkan keramik konstruksi dengan sifat fisis dan mekanis yang lebih baik sehingga lebih menguntungkan dan dapat dipakai dalam kehidupan sehari-hari 2. Sebaiknya diperhatikan suhu pembakaran dan waktu penahanannya, karena dapat mempengaruhi sifat keramik yang dihasilkan. 3. Diharapkan pada penelitian lanjutan dilakukan pengujian lainnya seperti koefisien ekspansi termal dan SEM (Scanning Electron Microscope).

56 DAFTAR PUSTAKA Astuti Ambar, 1997, Pengetahuan Keramik, Gadjah Mada University Press, Yogyakarta. Daryanto, 1994, Pengetahuan Teknik Bangunan, Rineka Cipta, Jakarta. Norton, F. H. 1974, Elements of Ceramics, Second Edition, Addison Wesley, Massachusets. Sembiring, Anwar Dharma, 2007, Teori Pengantar Keramik, Medan. Surdia. T dan Saito. S, 1995, Pengetahuan Bahan Teknik, Penerbit PT. Pradnya Paramita, Jakarta. Sunu, Pramudya, 2001, Melindungi Lingkungan Dengan Menerapkan ISO 14001, Gramedia Widiasarana Indonesia, Jakarta. S. Timoshenko, 1999, Dasar Dasar Perhitungan Kekuatan Bahan, Restu Agung, Jakarta. Van Vlack, Lawrence H. 2004, Elemen-Elemen Ilmu dan Rekayasa Material, Edisi ke-6, Terjemahan Ir. Sriati Djaprie, Erlangga, Jakarta. Van Vlack, Lawrence H. 1964, Physical Ceramics for Engineers, Addison Wesley, Massachusets. Van Vliet, G. L. J. dan Both. W. 1984, Teknologi untuk Bangunan Mesin Bahanbahan 1, Terjemahan Haroen, Erlangga, Jakarta. Wargadinata, Arijanto Salmoen, 2002, Pengetahuan Bahan, Universitas Trisakti Press, Jakarta.

57 LAMPIRAN 1 GAMBAR ALAT-ALAT PERCOBAAN 1. UTM ( Universal Testing Machine) 2. Tungku Pembakaran 3. Neraca Analitik

58 4. Jangka sorong 5. Ayakan 200 mesh 6. Atomic Absorption Spectrometer (AAS)

59 LAMPIRAN 2 GAMBAR BAHAN-BAHAN PERCOBAAN 1. Kaolin 2. Grit 3. Dregs

60 Contoh Sampel Sampel sebelum dibakar Sampel setelah dibakar