Bab IV Hasil dan Pembahasan

Transkripsi

1 Bab IV Hasil dan Pembahasan IV.1 Karakterisasi Lumpur Sidoardjo Objek penelitian ini adalah lumpur yang diperoleh dari kolam spillway di daerah bencana semburan lumpur panas di Sidoardjo. Analisis karakterisasi dilakukan untuk mengetahui sifat-sifat fisik dan kimia yang dimiliki oleh lumpur Sidoardjo sebagai informasi pendahuluan. Analisis karakterisasi yang dilakukan meliputi karakterisasi fisik yaitu kadar air dan kadar volatil dilakukan terhadap lumpur Sidoardjo dalam bentuk slurry, cake/ padatan basah dan padatan yang telah mendapat perlakuan pengeringan dengan cara dianginkan. Hasil analisis diperlihatkan pada Tabel IV.1, Gambar IV.1 memperlihatkan wujud lumpur Sidoardjo dalam fasa slurry, padatan dan padatan kering hasil air dry. Perolehan data dan perhitungan selengkapnya diperlihatkan pada Lampiran B.1 dan Lampiran B.2. Tabel IV.1 Hasil analisis karakterisasi fisik lumpur Sidoardjo Analisis Lumpur slurry Padatan Lumpur Padatan Kering Kadar Air (%) 64,31 13,76 4,82 Kadar Kering (%) 35,69 86,24 95,18 Kadar Volatil (%) 84,36 15,46 9,95 Kadar Abu (%) 15,64 84,54 90,05 ph 8,8 9,04 9,08 Hasil analisis di atas menunjukkan bahwa lumpur dalam bentuk slurry memiliki kadar air dan kadar volatil yang tinggi yaitu 64,31% dan 84,36% dengan ph bersifat netral yaitu 7,82. Nilai kadar air dan kadar volatil yang tinggi tersebut menyebabkan lumpur fasa slurry tidak dapat digunakan langsung untuk proses stabilisasi/solidifikasi sehingga diperlukan proses pendahuluan yaitu proses pemisahan air lumpur dan pengeringan padatan hasil pemisahan tersebut untuk menurunkan kadar airnya. 42

2 Fasa slurry Cake/Padatan basah Padatan kering angin Gambar IV. 1 Lumpur Sidoardjo dalam fasa slurry, padatan basah dan padatan hasil pengeringan Terhadap sample lumpur dalam bentuk slurry dilakukan juga analisis COD, kandungan fenol, oil/grease dan TPH untuk mengetahui kandungan senyawasenyawa kimia yang terdapat di dalam sample. Hasil selengkapnya diperlihatkan pada Tabel IV.2. Tabel IV.2 Hasil analisis air lumpur Sidoardjo Analisis Lumpur Slurry COD (mg/l) 129,25-615,04 Fenol (mg/l) 10,5-12,50 Oil-grease (mg/l) 5,63 TPH (mg/l) <<1 Nilai COD dan kandungan fenol sebesar 615,04 mg/l dan 10,5 mg/l melampaui nilai baku mutu limbah cair yang ditetapkan dalam Kep. Men LH No. 42/MenLH/10/1996 untuk Baku Mutu Limbah Cair bagi Kegiatan Minyak dan Gas serta Panas Bumi yaitu 100 mg/l untuk COD dan 1 mg/l untuk fenol. Sedangkan untuk kandungan oil-grease dan TPH dalam lumpur Sidoardjo berada di bawah baku mutu. Hasil analisis kandungan fenol dan oil-grease memberikan 43

3 penjelasan lebih lanjut tentang tingginya kadar volatil dalam lumpur Sidoardjo pada fasa slurry. Sample lumpur dalam bentuk padatan yang memiliki nilai kadar air 13,76% dan ph 9,04 membutuhkan proses pendahuluan yang tidak serumit lumpur fasa slurry. Proses pengeringan di udara terbuka/kering angin terhadap sample padatan dapat menurunkan kadar air sebesar 13,76% menjadi 4,82% dan menurunkan kadar volatil dari 15,46% menjadi 9,95%. Kadar air sample padatan lumpur setelah proses pengeringan memenuhi persyaratan Peraturan Beton bertulang Indonesia tahun 1971 untuk kadar air agregat halus campuran bahan bangunan yaitu 1-6% (Anatasia, 2007). Sample padatan kering yang selanjutnya akan digunakan dalam proses pembuatan model bata merah dan adsorben dalam proses adsorpsi kemudian dianalisis berat jenis/apparent specific gravity, berat volume dan Atterberg test untuk mengetahui jenis tanah, batas cair batas plastis dan indeks platisitasnya, keseluruhan uji tersebut dinamakan Soil Test. Hasil analisis diperlihatkan pada Tabel IV.3. Perolehan data dan perhitungan selengkapnya diperlihatkan pada Lampiran B.3 dan Lampiran B.4 Tabel IV.3 Hasil analisis soil test padatan lumpur Sidoardjo Keterangan Nilai Apparent specific gravity (g/cm 3 ) 2,45 Bulk specific gravity kering (g/cm 3 ) 2,43 Bulk specific gravity SSD (g/cm 3 ) 2,44 Absorpsi (%) 0,38 Berat volume padat (g/cm 3 ) 1,09 Berat volume gembur (g/cm 3 ) 1,02 Batas cair (%) 68,50 Batas plastis (%) 28,82 Indeks plastisitas (%) 39,68 Modulus kehalusan 1,23 44

4 Berat jenis sample padatan kering sebesar 2,45 g/cm 3 mendekati nilai berat jenis pasir Galunggung yaitu 2,43 g/cm 3, menunjukkan bahwa lumpur Sidoardjo dapat digunakan sebagai agregat halus/ bahan pengisi dalam produk solidifikasi (Anatasia, 2007). Berat jenis padatan pun mendekati nilai berat jenis tanah liat Cilampeni yaitu 2,63 g/cm 3 sehingga dapat digunakan sebagai bahan baku dalam pembuatan bata merah ( Katombo, 1997). Nilai absorpsi menunjukkan kemampuan sample padatan dalam menyerap air sehingga nilai % absorpsi yang tinggi akan menyebabkan kebutuhan air yang lebih banyak pada saat proses solidifikasi (Winurdiastri, 2005). Nilai absorpsi padatan lumpur yang rendah yaitu 0,38 % akan membutuhkan sedikit air pada saat proses solidifikasi. Berat volume menunjukkan berat sample per satuan volume (ASTM C 29-87). Nilai ini dapat digunakan dalam perhitungan berat sample yang diperlukan dalam mengisi cetakan model solidifikasi. Berat gembur adalah berat sample tanpa pemadatan sedangkan berat padat adalah berat sample setelah dilakukan pemadatan dengan cara penusukan. Berat volume dari bahan pengganti agregat halus dalam proses solidifikasi diharapkan lebih kecil dari agregat halus yang umumnya dipakai yaitu pasir agar produk yang dihasilkan lebih ringan (Winurdiastri, 2005). Berat volume padat padatan lumpur sebesar 1,09 g/cm 3 dan berat volume gembur sebesar 1,02 g/cm 3 menunjukkan nilai yang lebih kecil dari nilai berat volume pasir yang umum digunakan sebagai bahan pengisi pada proses solidifikasi sehingga apabila padatan lumpur digunakan sebagai pengganti pasir dalam proses solidifikasi akan dihasilkan produk yang lebih ringan. Gambar IV. 2 memperlihatkan hasil analisis butiran lumpur Sidoardjo dalam fasa slurry. Hasil tersebut menunjukkan bahwa dalam fasa slurry, lumpur Sidoardjo memiliki butiran yang sangat halus, yaitu 84,33% butiran yang lolos saringan No Ukuran dan kuantitas partikel dalam padatan lumpur Sidoardjo kering menunjukkan nilai modulus kehalusan 1,23. Modulus kehalusan adalah nilai yang menggambarkan urutan ayakan yang menahan partikel dalam jumlah yang paling 45

5 besar dari gradasi butiran. Gradasi partikel padatan lumpur Sidoardjo kering hasil analisis ayakan selengkapnya pada Gambar IV.3. dan Gambar IV.4. Data percobaan dan perhitungan selengkapnya diperlihatkan pada Lampiran B.7 Gambar IV. 2 Hasil analisis butiran lumpur Sidoardjo fasa slurry Analisis Saringan Solid Lumpur Sidoardjo Lolos Kumulatif (%) Ukuran Saringan (mm) Sample Batas Bawah Batas Atas Gambar IV. 3 Grafik analisis saringan lumpur Sidoardjo kering 46

6 Gambar IV. 4 Gradasi butiran padatan lumpur Sidoardjo kering Berdasarkan hasil analisis ayakan, padatan lumpur Sidoardjo kering memiliki gradasi ukuran partikel yang baik tetapi berada di bawah standar ASTM. Hal ini dapat terjadi karena padatan lumpur berasal dari butiran halus lumpur Sidoardjo fasa slurry yang mengering secara alami di sekitar spillway. Padatan lumpur tersebut kemudian dikeringkan secara air dry sehingga ukuran butiran sangat tergantung kepada perilaku ikatan lumpur dalam fasa slurry dan selama proses pengeringan. Ukuran butiran padatan lumpur Sidoardjo lebih banyak berada pada rentang 4,76-0,075 mm yang menunjukkan bahwa padatan lumpur Sidoardjo memenuhi persyaratan ASTM C33 ukuran butiran untuk agregat halus dan persyaratan bahan baku pembuatan bata merah (Sinugroho, 1979). Berdasarkan hasil Atterberg Test dalam Lampiran F nilai batas cair, batas plastis dan indeks platisitas apabila diplotkan ke dalam segitiga tekstur tanah pada Gambar II.13 yang dikeluarkan oleh USDA padatan lumpur Sidoardjo termasuk ke dalam klasifikasi silty clay loam/tanah lempung berlanau. Silty loam clay/ tanah lempung berlanau adalah material tanah yang sifat ikatannya kohesif menyerupai tanah lempung, tetapi memiliki lebih sedikit partikel pasir dan lebih banyak partikel halus sehingga terasa lebih halus. Tanah 47

7 lempung berlanau bersifat lengket dan bersifat plastis/ dapat dibentuk dalam kedaan basah dan dapat mengeras apabila telah kering (Brown, 2003). Lempung adalah mineral yang merupakan senyawa alumina silikat yang terdiri dari silika tetrahedral dan alumina oktahedral/ gibbsitte (Das, 1993). Hasil analisis kandungan mineral menggunakan instrumen XRD/X-Ray Difraction pada Gambar IV.5 menunjukkan bahwa padatan lumpur Sidoardjo mengandung mineral Kaolinite (16,0%), Nontronite (21,1%), Illite (62,9%) dan Quartz (kuarsa) yaitu mineral yang umum terdapat pada tanah lempung/clay. Mineral Quartz dan Illite memberikan intensitas yang paling tinggi. Hasil analisis selengkapnya dapat dilihat di Lampiran H. Counts A-original [ ]; [Å]; Nontronite [ ]; [Å]; Illite [ ]; [Å]; Kaolinite [ ]; [Å]; Nontronite; Illite; Kaolinite [ ]; [Å]; Nontronite; Illite; Kaolinite; Quartz, low [ ]; [Å]; Illite; Kaolinite [ ]; [Å]; Illite; Quartz, low [ ]; [Å]; Illite [ ]; [Å]; Illite [ ]; [Å]; Illite [ ]; [Å]; Nontronite; Illite; Kaolinite [ ]; [Å]; Nontronite; Illite; Quartz, low [ ]; [Å]; Nontronite; Illite; Quartz, low [ ]; [Å]; Illite; Quartz, low [ ]; [Å]; Nontronite; Illite [ ]; [Å]; Illite; Kaolinite; Quartz, low [ ]; [Å]; Nontronite; Illite; Kaolinite; Quartz, low [ ]; [Å]; Illite; Kaolinite; Quartz, low [ ]; [Å]; Nontronite; Illite; Kaolinite [ ]; [Å]; Illite [ ]; [Å]; Illite; Quartz, low [ ]; [Å] [ ]; [Å]; Quartz, low [ ]; [Å] Position [ 2Theta] Gambar IV. 5 Grafik analisis XRD padatan lumpur Sidoardjo Mineral Kaolinite adalah alumino-silikat terhidrasi dengan rumus kimia umum Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 merupakan mineral dengan dua lapisan tetrahedral dan oktahedral yang diikat oleh ikatan hidrogen. Lempung dari mineral kaolinite mempunyai sifat mengembang dan mengkerut yang kecil sehingga bersifat stabil. Nilai kapasitas tukar kation mineral kaolinitte berkisar antara 1-10 mek/100g dengan 48

8 luas permukaan 7-30 m 2 /g (Notodarmojo, 2005). Mineral kaolinite memiliki bentuk lempengan tipis dengan diameter Å dan tebal sekitar Å (Das,1993) Mineral Illite dengan rumus kimia KAl 2 [(OH) 2 AlSi 3 O 10 ] memiliki struktur yang mirip dengan kelompok montmorilonite dengan lapisan silika dan alumina yang diikat oleh ikatan kalium sehingga ikatan antar lapisan menjadi lebih kuat yang menyebabkan mineral illite tidak mengembang apabila terkena air. Nilai kapasitas tukar kation mineral ini sekitar 30 mek/100g (Notodarmojo, 2005). Kandungan oksida dalam padatan lumpur Sidoardjo terutama senyawa Al 2 O 3, SiO 2 dan Fe 2 O 3 dapat memberikan informasi tentang sifat pozzolan dari padatan tersebut. Pozzolan menurut ASTM 1976 adalah material silika atau alumina yang pada kondisi kering memiliki sedikit atau tidak sifat mengikat/sementius, tetapi dengan adanya air akan bersifat sementius (Sherwood, 1993). Persyaratan sifat pozzolan ASTM C-618 untuk bahan pengikat/ binder kelas C adalah tidak kurang dari 50% dan kelas F tidak kurang dari 70%. Hasil analisis kandungan oksida padatan lumpur Sidoardjo oleh instrumen EDX diperlihatkan pada Tabel IV.4. Tabel IV. 4 Kandungan oksida padatan lumpur Sidoardjo Oksida logam Kadar (%massa) SiO 2 47,69 Al 2 O 3 25,07 Fe 2 O 3 5,26 Total SiO 2 + Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 78,02 MgO 3,03 Na 2 O 2,43 K 2 O 1,57 CaO 2,10 Nilai dari tiga oksida utama yaitu silikat, aluminat dan oksida besi dari padatan lumpur Sidoardjo adalah 78,02 %. Nilai tersebut memenuhi persyaratan bahan pengikat kelas F, sehingga padatan lumpur Sidoardjo memungkinkan untuk dijadikan bahan tambahan pada proses solidifikasi. 49

9 Berdasarkan hasil analisis SEM/Scanning Electron Micrograph yang ditampilkan pada Gambar IV.6 partikel lumpur Sidoardjo memiliki bentuk pipih yang menyerupai bentuk partikel mineral kaolinite seperti tampak pada Gambar IV.7. Gambar IV. 6 Partikel padatan lumpur Sidoardjo pembesaran SEM 5000 kali Sumber: Das, 1993 Gambar IV. 7 Bentuk partikel mineral kaolinite Kandungan logam yang terdeteksi dalam padatan lumpur Sidoardjo berdasarkan hasil analisis dengan AAS pada Tabel IV.5 umumnya berada di bawah baku mutu 50

10 kandungan logam berat yang diperbolehkan untuk masuk ke dalam landfill menurut Kep. 04/ Bapedal/09/1995. Hasil percobaan dan perhitungan selengkapnya diperlihatkan pada Lampiran B.5. Tabel IV. 5 Kandungan total logam dalam padatan lumpur Sidoardjo Logam Kadar (mg/g) Kadar maksimum* Padatan Slurry Kolom A Kolom B Arsen (As) 11,17 11, Barium (Ba) 42,63 33, Boron (B) T.A T.A Kadmium (Cd) 1,15 1, Kromium (Cr) 32,24 43, Perak (Ag) < 0,0475 < 0, Raksa (Hg) < 0,045 < 0, Selenium (Se) < 4,75 < 4, Seng (Zn) 114,51 91, Tembaga (Cu) 78,76 58, Timbal (Pb) 35,9 66, Ket: T.A : tidak dianalisis * Kep. 04/ Bapedal / 09/1995 Tabel IV. 6 Nilai sebaran logam lumpur Sidoardjo Kandungan Logam Standar Rerata dalam Min Maks Rerata Deviasi lempung Cu (ppm) ,49 4, Pb (ppm) ,40 5, Zn (ppm) , Mn (ppm) ,78 101, Ag (ppm) 0 2 0,95 0,270 0,19 Fe (%) 3,12 3,95 3,55 0,38 4,7 Au (ppb) ,37 4,092 4 Se (ppm) 2, ,528 24,380 0,6 Hg (ppb) ,41 18,245 0,02-0,4 Sumber : Sabtanto et. al, 2007 Kandungan logam yang terdapat dalam lumpur Sidoardjo pada Tabel IV.5 berada pada kisaran jumlah kandungan logam yang umumnya terdapat dalam tanah lempung seperti yang terlihat pada Tabel IV.6. yang merupakan hasil penelitian 51

11 sebaran kandungan logam lumpur Sidoardjo yang dilakukan oleh Pusat Sumberdaya Geologi yang menunjukkan pola sebaran yang semakin menurun seiring dengan jauhnya jarak dari sumber semburan (Sabtanto et.al, 2007). Uji TCLP padatan lumpur Sidoardjo yang diperlihatkan pada Tabel IV.7 menunjukkan nilai yang jauh di bawah baku mutu yang ditetapkan oleh PP 18/99 jo PP 85/99 dan USEPA. Hasil percobaan dan perhitungan selengkapnya diperlihatkan pada Lampiran B.6. Tabel IV. 7 Uji TCLP padatan lumpur Sidoardjo Baku Mutu Logam Metode Analisis 85/99 Kadar PP 18/99 (mg/l) jo PP USEPA Arsen (As) AAS Hydride 0, Barium (Ba) AAS 0, Boron (B) AAS T.A Kadmium (Cd) AAS 0, Kromium (Cr) AAS 0, Tembaga (Cu) AAS 0, Timbal (Pb) AAS 0, Raksa (Hg) Hg Analyzer 0, Selenium (Se) AAS 0, Perak (Ag) AAS 0, Seng (Zn) AAS 0, Nikel (Ni) AAS 0, Ket: T.A : tidak dianalisis Berdasarkan hasil analisis kandungan logam berat dan TCLP pada Tabel IV.5 dan Tabel IV.7 bahwa kandungan logam yang terdapat dalam padatan lumpur Sidoardjo berada di bawah baku mutu. Hal ini menunjukkan bahwa padatan lumpur Sidoardjo tidak akan menyebabkan pencemaran akibat proses pelindian logam berat apabila dimanfaatkan sebagai bahan tambahan pembuatan campuran mortar atau pengganti tanah liat dalam pembuatan bata merah atau keramik. 52

12 IV.2 Solidifikasi Lumpur Sidoardjo sebagai Bata Merah Pembuatan model bata merah dalam penelitian ini dilakukan dengan penambahan logam tembaga (Cu) sebanyak 2000 mg/kg untuk melihat pengaruh proses solidifikasi terhadap pengikatan logam, juga dilakukan variasi penambahan sodium silika untuk melihat pengaruh penambahan sodium silika terhadap kualitas model bata yang dihasilkan. Model I adalah model bata merah tanpa penambahan sodium silika. Model II, Model III dan Model IV adalah model bata merah dengan penambahan sodium silika masing-masing 0,5; 1 dan 1,5%. Model bata merah kemudian dikeringkan selama 0, 7 dan 14 hari dan dibakar pada suhu 600 dan 1140 o C. Uji kualitas terhadap produk bata merah berbahan baku padatan lumpur Sidoardjo meliputi kuat tekan pada kondisi tidak dibakar dan dibakar, uji durabilitas selama 7 siklus dan uji pelindian. IV.2.1 Pemadatan Optimum Salah satu tahapan penting dalam pembuatan bata merah adalah tahap pencampuran bahan baku dengan air agar tanah yang digunakan sebagai bahan baku dapat bersifat plastis/mudah dicetak. Penentuan penambahan air ini berhubungan dengan nilai pemadatan optimum yaitu kondisi dimana penambahan air memberikan nilai kepadatan kering/ dry density bahan yang paling tinggi. Prosedur analisis ini mengacu kepada prosedur Uji Proctor. Hasil penentuan pemadatan optimum dapat dilihat pada Tabel IV.8, hasil pengujian selengkapnya dapat dilihat di Lampiran C.1 dan Lampiran C.2. Hasil Uji Proctor menunjukkan bahwa volume air yang memberikan nilai pemadatan optimum/kadar air maksimum adalah 550ml. Untuk melihat pengaruh penambahan air terhadap sifat plastisitas dan kekuatan model bata pada kondisi basah dilakukan percobaan dengan penambahan air sebanyak 1; 1,5 dan 2 kali 53

13 kadar air maksimum. Tabel IV.9 dan Gambar IV.8 memperlihatkan hasil variasi penambahan air terhadap kuat tekan kondisi basah dan bentuk model bata merah. Tabel IV. 8 Nilai pemadatan optimum padatan lumpur Sidoardjo Air (ml) Kepadatan kering (g/cm 3 ) Kadar air (%) 350 1,37 24, ,38 26, ,40 31, ,35 35, ,23 41,39 Tabel IV. 9 Nilai kuat tekan basah model bata Air Kuat tekan (kg/cm 2 ) 1 x 4,33 1,5 x 0,54 2 x 0,17 Gambar IV. 8 Model bata merah dengan penambahan air 1, 1,5 dan 2 x 550ml Pada penambahan air 1 kali kadar air maksimum proses pencetakan model bata 1X 1.5 X merah dapat dilakukan dengan mudah dan menghasilkan bentuk model dengan permukaan yang halus serta kuat tekan basah paling tinggi. Sedangkan pada penambahan air 1,5 kali dan 2 kali terjadi penurunan bentuk dan kuat tekan yang cukup signifikan dari model bata merah dan proses pencetakan berlangsung lebih sulit karena kadar air yang tinggi menyebabkan bahan baku lebih lembek dan menempel pada alat pencetak. Dari hasil tersebut ditetapkan penambahan air 54

14 sebanyak 550 ml menjadi kondisi standar proses pembuatan model bata merah berbahan baku lumpur Sidoardjo. IV.2.2 Kadar Air Model Bata Merah Pengukuran kadar air terhadap model bata merah dilakukan setelah model mengalami proses pengeringan selama 0, 7 dan 14 hari pada suhu kamar untuk melihat pengaruh waktu pengeringan terhadap kandungan air dalam model. Tabel IV.10 memperlihatkan nilai kadar air model bata merah setelah mengalami proses pengeringan. Hasil percobaan dan perhitungan selengkapnya dapt dilihat di Lampiran C.5 Tabel IV. 10 Kadar air model bata merah setelah pengeringan Model Kadar air setelah pengeringan (hari) bata I 22,43 18,01 15,87 II 23,20 18,96 15,78 III 22,92 18,56 16,30 IV 22,81 19,24 15,94 Pengaruh waktu pengeringan terhadap kadar air model bata merah Kadar Air (%) Model I Model Waktu IIPengeringan Model III (Hari) Model IV Gambar IV. 9 Pengaruh waktu pengeringan terhadap kadar air model bata merah 55

15 Gambar IV.9 memperlihatkan pengaruh waktu pengeringan terhadap kadar air model bata merah. Penurunan kadar air pada model bata disebabkan oleh proses solidifikasi secara self cementious/ swa-semen dimana air yang terikat secara kimia tetap berada dalam campuran setelah proses solidifikasi selesai. Air ini dapat berubah menjadi lindi atau menguap. Sehingga seiring dengan bertambahnya waktu, kadar air dalam model solidifikasi akan semakin menurun (Cole et. al dalam Katombo, 1997). IV.2.3. Kuat Tekan Model Bata Merah Penentuan nilai kuat tekan model bata merah dilakukan pada kondisi pengeringan 0, 7 dan 14 hari terhadap model tanpa pembakaran, pembakaran 600 o C dan pembakaran 1140 o C. Hasil percobaan diperlihatkan pada Tabel IV.11 dan Gambar IV.10, perolehan data percobaan dan perhitungan nilai kuat tekan selengkapnya diperlihatkan pada Lampiran C.6. Tabel IV. 11 Nilai kuat tekan (kg/cm 2 ) model bata merah berbahan baku lumpur Sidoardjo dengan dan tanpa penambahan sodium silika Model Non Bakar Bakar 600 o C Bakar 1140 o C I 4,33 6,93 10,34 24,06 32,10 30,48 84,63 108,55 99,31 II 4,39 6,80 6,14 24,70 31,92 30,32 90,88 110,77 102,71 III 4,36 6,58 6,00 19,23 27,87 21,33 93,59 116,85 111,99 IV 4,30 5,95 4,48 13,73 22,36 14,74 90,93 110,21 64,53 Hasil pengukuran nilai kuat tekan model bata merah beberapa diantaranya ada yang di bawah nilai baku mutu kualitas bata merah yang tertera pada SII No yang diperlihatkan pada Tabel II.5, namun ada juga yang memenuhi nilai baku mutu tersebut. Berdasarkan hasil perhitungan analisis varians dua arah, terdapat efek perbedaan yang diakibatkan oleh proses pembakaran. Hasil perhitungan analisis varians dua arah kuat tekan model bata merah dapat dilihat di Lampiran E.1. 56

16 Nilai Kuat Tekan Model Bata Merah Kuat Tekan (kg/cm 2 ) I II III IV Model Bata Merah 0 hari, non bakar 0 hari, bakar hari, bakar hari, non bakar 7 hari, bakar hari, bakar hari, non bakar 14 hari, bakar hari, bakar 1140 SII Min SII Max Gambar IV.10 Nilai kuat tekan model bata merah berbahan baku lumpur Sidoardjo dengan waktu pengeringan 0, 7 dan 14 hari pada kondisi tanpa pembakaran, pembakaran 600 o C dan pembakaran 1140 o C. Hasil percobaan memperlihatkan bahwa pada model bata tanpa pembakaran dengan waktu pengeringan 0 hari semua model bata memiliki nilai kuat tekan yang hampir sama, pada model bata tanpa penambahan sodium silika nilai kuat tekan semakin meningkat seiring dengan lamanya waktu pengeringan. Hal ini dikarenakan terjadinya ikatan antara lempung dalam model bata yang dipengaruhi oleh air yang berada dalam produk bata tersebut. Molekul air bersifat memiliki dua kutub/dipol yaitu memiliki kutub positif dan kutub negatif. Sifat ini terjadi karena atom hidrogen pada air tidak tersusun secara simetris tapi membentuk sudut 105 o. Molekul air yang memiliki dua kutub akan tertarik oleh permukaan partikel lempung yang bermuatan negatif dan oleh kation 57

17 yang berada dalam lapisan lempung, kemudian kation tersebut akan menempel di permukaan yang bermuatan negatif (Das, 1993). Mekanisme tertariknya molekul air ke permukaan partikel lempung seperti yang diperlihatkan pada Gambar IV.10, dapat terjadi karena adanya ikatan hidrogen dimana satu atom hidrogen pada molekul H 2 O dipakai secara bersama-sama oleh atom oksigen pada permukaan lempung. Dalam penelitian ini, lumpur Sidoardjo yang memiliki muatan negatif dan kation adalah kation yang secara alami berada dalam lumpur ditambah dengan kation logam tembaga yang ditambahkan ke dalam adonan. Kation-kation tersebut kemudian menempel pada permukaan negatif lumpur Sidoardjo. Gaya tarik menarik antara air dan lumpur Sidoardjo akan berkurang jika jarak partikel semakin jauh (Das, 1993). Peningkatan nilai kuat tekan model bata merah berbahan baku lumpur Sidoardjo tanpa penambahan sodium silika setelah pengeringan menunjukkan semakin kuatnya ikatan kimia yang terjadi antara partikel lumpur seiring bertambahnya waktu pengeringan. Sumber: Das, 1993 Gambar IV. 11 Mekanisme tarik menarik antara molekul air dan lempung Pada model bata berbahan baku lumpur Sidoardjo dengan penambahan sodium silika dalam rentang waktu pengeringan yang sama mengalami penurunan seiring 58

18 dengan penambahan jumlah sodium silika ke dalam adonan, hal ini dikarenakan sifat silika yang dapat mengubah muatan molekul dalam lempung sehingga partikel dalam lempung menjadi tolak menolak (Rhodes, 1977). Hal tersebut menyebabkan tidak terjadinya ikatan antara lempung dan molekul air yang menyebabkan ikatan antara air dengan lempung menjadi lemah. Hal inilah yang berpengaruh terhadap penurunan nilai kuat tekan model bata dengan penambahan sodium silika. Seiring dengan bertambahnya waktu pengeringan maka kadar air yang terdapat dalam model bata pun semakin menurun, keadaan ini semakin menurunkan daya ikat antara lempung dan air yang berpengaruh terhadap kemampuan ikatan antara air dan molekul lempung sehingga terjadi penurunan kuat tekan model bata. Nilai kuat tekan model bata merah setelah proses pembakaran 600 o C dan 1140 o C mengalami kenaikan. Hal ini dapat dimungkinkan karena sifat lempung yang plastis dan dapat bersifat rigid setelah mengalami pengeringan. Selain itu lempung memiliki mineral yang dapat bertindak sebagai bahan gelas sewaktu mengalami pembakaran yang dapat meningkatkan kekuatan bahan ( Sinugroho, 1979). Secara umum lempung memiliki kandungan kuarsa yang cukup tinggi yaitu lebih besar dari 45% (Rhodes, 1979). Kuarsa yang memiliki rumus kimia SiO 2 lebih dikenal dengan nama silika. Kristal kuarsa memiliki beragam bentuk yang tergantung kepada suhu. Pada suhu pembakaran 600 o C, silika yang terkandung pada lumpur Sidoardjo hanya mengalami perubahan bentuk kristal dari alpha ke beta yang tidak berpengaruh kepada perubahan sifatnya yang dapat bertindak sebagai bahan gelas (Rhodes, 1979). Kondisi ini menyebabkan pada pembakaran suhu 600 o C kuat tekan model bata hanya mengalami sedikit peningkatan. Nilai kuat tekan model bata merah pada pembakaran 600 o C dengan waktu pengeringan 7 hari yang merupakan nilai tertinggi memenuhi persyaratan kuat tekan SII No untuk bata merah pejal kualitas 25 (kuat tekan minimum 25 kg/cm 2 ). 59

19 Lempung pada pembakaran suhu 1140 o C mengalami proses vitrifikasi. Vitrifikasi adalah proses pengerasan, perapatan dan perubahan lempung menjadi seperti gelas. Proses vitrifikasi pada suhu tinggi dapat menyebabkan lempung bersifat, padat, kuat dan keras seperti batu. Selain silika yang berperan pada proses vitrifikasi adalah mineral besi oksida (FeO). Mineral tersebut dapat memberikan kekuatan terhadap lempung yang mengalami pembakaran pada suhu tinggi (Rhodes, 1979). Selain terjadinya perubahan mineral silika dan besi oksida, pembakaran pada suhu tinggi menyebabkan terbentuknya mullite yaitu mineral yang berasal dari pembakaran aluminium silikat yang dapat memberikan sifat kohesif dan kuat (Rhodes, 1979). Proses perubahan mineral silika, besi oksida dan pembentukkan mullite tersebut menyebabkan nilai kuat tekan model bata merah pada pembakaran 1140 o C mengalami peningkatan yang sangat drastis yaitu sekitar 300%. Nilai kuat tekan model bata merah pada pengeringan 7 hari dan pembakaran 1140 o C memenuhi persyaratan SII No untuk nilai kuat tekan bata merah kelas 100 (kuat tekan minimum 100 kg/cm 2 ). Model dengan penambahan sodium silika 1% memiliki nilai kuat tekan paling tinggi yaitu 116 kg/cm 2. Hasil tersebut menunjukkan bahwa penambahan silika sebanyak 1% dapat meningkatkan kuat tekan sebesar 7,65% dibandingkan dengan model tanpa penambahan silika. Penambahan sodium silika sebanyak 2% b/b terhadap bata merah berbahan baku campuran lempung-fly ash pada suhu pembakaran C dapat meningkatkan kuat tekan dan menurunkan absorpsi. Hasil ini dapat dikatakan sebagai tanda adanya peningkatan dalam kualitas bata tersebu. Selain meningkatkan kualitas sifat fisik bata merah, penambahan sodium silika dapat minimalkan perbedaan struktur kristal di permukaan dan di dalam bata. Analisis mikrostruktur memperlihatkan adanya dua jenis kristal yang berbeda dalam matriks gelas, yaitu struktur kristal quartz dan yang lainnya struktur kristal 60

20 berbentuk jarum yang kemungkinan merupakan kristal dari anorthite, syngenite, seynite dll yang terbentuk pada saat pendinginan (Mukhopadhyay, 2005). IV.2.4. Durabilitas dan Absorpsi Model Bata Merah Uji durabilitas atau uji ketahanan terhadap cuaca untuk kestabilan model dalam keadaan basah dan kering yang disesuaikan dengan kondisi cuaca di Indonesia yaitu musim hujan dan musim kemarau dengan waktu uji/siklus selama 7 siklus mengacu kepada penelitian yang telah dilakukan oleh Hardayani 1996 (uji durabilitas terhadap bata merah) dan Ahsani 2004 (uji durabilitas terhadap mortar) bahwa untuk daerah Indonesia persentase kehilangan berat benda uji pada siklus ke-7 sudah menunjukan nilai yang konstan. Uji ini dilakukan terhadap model bata merah dengan waktu pengeringan 7 hari pembakaran 600 o C dan 1140 o C. Prinsip uji durabilitas adalah menghitung persentase kehilangan berat selama siklus uji mengacu kepada prosedur ASTM D4843. Persentase kehilangan berat pada akhir siklus tidak boleh melebihi nilai 35%. Absorpsi merupakan kemampuan aliran air dalam menembus suatu benda uji. Benda uji diharapkan mempunyai nilai absorpsi yang rendah sehingga dapat menahan aliran air. Nilai adsorpsi berpengaruh terhadap durabilitas, semakin kecil nilai absorpsi maka nilai durabilitas semakin baik. Berdasarkan standar ASTM C62 untuk bata bangunan nilai absorpsi air pada kondisi dingin maksimum 22,5% (Pimraksa et.al, 2001) Tabel IV.12 memperlihatkan nilai kehilangan berat model bata merah selama siklus uji durabilitas dan nilai penyerapan air model bata merah. Perolehan data selengkapnya dapat dilihat di Lampiran C.7 dan Lampiran C.8. Dari hasil yang diperoleh, nilai kehilangan berat dan absorpsi model bata merah yang telah mengalami proses pembakaran 600 o C dan 1140 o C selama siklus uji durabilitas dan percobaan absorpsi masih berada di bawah peryaratan ASTM. 61

21 Tabel IV. 12 Nilai kehilangan berat model bata merah selama siklus uji durabilitas dan nilai penyerapan air model bata merah. Model Bata Durabilitas Absorpsi 600 o C 1140 o C 600 o C 1140 o C I 19,45 10,81 19,69 10,02 II 20,07 10,39 20,12 9,05 III 19,97 10,03 20,70 8,47 IV 20,82 8,81 20,20 7,87 Selain durabilitas dan absorpsi terhadap model bata merah dilakukan uji pelindian. Tes pelindian dilakukan untuk melihat proses pelindian logam Cu, yang ditambahkan ke dalam adonan, akibat proses perendaman selama 7 siklus uji durabilitas. Tes dilakukan terhadap air rendaman uji durabilitas basah pada siklus ke-1 dan siklus ke-7. Tabel IV.13 menunjukkan konsentrasi logam Cu yang terlindikan selama 7 siklus uji durabilitas. Tabel IV. 13 Konsentrasi terlindikan Logam Cu pada air rendaman uji durabilitas kondisi basah Model Konsentrasi Cu di air rendaman (mg/l) Pembakaran 600 o C Pembakaran 1140 o C Siklus Ke-1 Ke-7 Ke-1 Ke-7 I 0,0418 0,0422 0,0953 0,1780 II 0,0138 0,0233 0,2369 0,6414 III 0,0269 0,0367 0,0347 0,1956 IV 0,0273 0,0364 0,0808 0,1376 Hasil analisis kadar logam Cu yang terlarut di air rendaman menunjukkan peningkatan seiring dengan bertambahnya siklus pengujian. Nilai konsentrasi logam Cu yang terlindikan selama 7 siklus kondisi basah uji durabilitas masih berada di bawah baku mutu TCLP PP 18/99 jo PP 85/99. Hal ini berarti model bata merah berbahan baku lumpur Sidoardjo dengan penambahan logam Cu sebanyak 2000 mg/kg tergolong aman untuk digunakan sebagai bahan bangunan. 62

22 IV.2.5. Pelindian Model Bata Merah Tes pelindian terhadap model bata merah dilakukan untuk melihat berapa banyak logam yang dapat terlindikan dari suatu produk solidifikasi. Dalam penelitian ini, dikarenakan kandungan logam dalam lumpur Sidoardjo sangat rendah untuk melihat proses pengikatan logam dan pelindiannya, ke dalam adonan bahan baku bata ditambahkan logam tembaga/cu sebanyak 2000 mg/kg lumpur Sidoardjo. Besarnya penambahan Cu didasari atas nilai kandungan logam Cu yang terdapat dalam limbah dinyatakan berbahaya menurut Kep. 04/ Bapedal / 09/1995 apabila memiliki kandungan di atas 1000 mg/kg. Uji pelindian dilakukan terhadap model bata merah dengan waktu pengeringan 7 hari dengan dan tanpa proses pembakaran, mengikuti prosedur TCLP USEPA Method 1311 menggunakan larutan pelindi #1, asam asetat ph 4,93 hasil selengkapnya dapat dilihat di Lampiran C.9. Tabel IV.14 menunjukkan hasil uji pelindian model bata merah. Tabel IV. 14 Hasil uji pelindian model bata merah berbahan lumpur Sidoardjo Model Bata Konsentrasi terlindikan (mg/g) Non Bakar 600 o C 1140 o C I 1,6135 0,0553 0,2526 II 1,4451 0,0382 0,0635 III 1,3319 0,0112 0,0341 IV 0,8284 0,0084 0,0521 Hasil uji pelindian di Tabel IV.14 memperlihatkan adanya penurunan konsentrasi logam akibat proses penambahan sodium silika dan pembakaran. Hasil tersebut dapat menyatakan bahwa penambahan sodium silika dan pembakaran pada model bata merah berbahan baku lumpur Sidoardjo dapat mengurangi mobilitas logam Cu. Penurunan konsentrasi terlindikan dapat disebabkan karena adanya proses pertukaran ion dalam produk solidifikasi. Proses tersebut dapat terjadi karena 63

23 lumpur Sidoardjo termasuk dalam klasifikasi tanah lempung. Lempung telah dikenal sebagai bahan yang dapat menyerap kation karena memiliki permukaan yang bermuatan negatif, yang berasal dari ion natrium, magnesium, kalsium dan kalium yang teradsorspi, sehingga berkemampuan untuk menukarkan ion. Secara umum nilai tukar kation tanah lempung cukup tinggi (Kim et.al, 2005). Penambahan sodium silika semakin menambah jumlah ion yang dapat dipertukarkan. Silika yang bermuatan negatif dapat bereaksi dengan ion logam Cu untuk membentuk suatu logam silikat yang tidak larut dan tidak reaktif dengan reaksi Cu 2+ + SiO 2-3 Cu SiO 3 (Vogel, 1990). Sehingga dengan semakin tinggi jumlah penambahan sodium silika ke dalam adonan bata merah maka konsentrasi logam Cu yang terlindikan dapat semakin menurun. Model bata merah pada proses pembakaran suhu 600 o C mengalami proses penguraian air kristal (Departemen Perindustrian,1985). Proses ini menyebabkan air bebas yang terdapat dalam model bata merah hilang. Air bebas dalam produk solidifikasi dapat berperan dalam pembentukan lindi (Katombo, 1997). Hilangnya air bebas akibat proses penguraian air kristal menyebabkan konsentrasi terlindikan logam Cu akibat proses pembakaran pada suhu 600 o C menurun. Sedangkan pada pembakaran suhu 1140 o C, walaupun air kristal telah hilang namun kadar logam Cu yang terlindikan lebih besar dari pada kadar terlindikan logam Cu pada pembakaran 600 o C. Hal ini dikarenakan logam Cu memiliki nilai titik leleh pada suhu 1084,62 C. Pada suhu 1140 o C logam Cu tersebut meleleh, namun konsentrasi terlindikannya tidak sebesar konsentrasi terlindikan model tanpa pembakaran karena pada suhu tersebut natrium silika dengan titik leleh 1088 C pun sudah meleleh sehingga dapat mengikat kembali logam Cu. IV.2.6. Perubahan Akibat Proses Pembakaran Proses pembakaran, selain menyebabkan kenaikan nilai kuat tekan dan penurunan konsentrasi terlindikan logam Cu, juga menyebabkan perubakan wujud fisik dan kimia terhadap model bata merah. Gambar IV.12 dan Tabel IV.15 menunjukkan 64

24 perubahan bentuk fisik model bata merah berbahan baku lumpur Sidoardjo akibat proses pembakaran. Tanpa pembakaran Pembakaran 600 o C Pembakaran 1140 o C Gambar IV.12 Perubahan fisik model bata merah berbahan baku lumpur Sidoardjo akibat proses pembakaran Tabel IV. 15 Perubahan bentuk fisik model bata merah akibat proses pembakaran Model I II III IV Keterangan Suhu Pembakaran ( o C) Warna abu-abu merah bata muda merah bata tua Permukaan halus ada retakan halus ada rekahan Volume (cm3) 70,49 79,71 95,82 Warna abu-abu merah bata muda merah bata tua Permukaan halus ada retakan halus ada rekahan Volume (cm3) 68,78 80,32 86,28 Warna abu-abu merah bata muda merah bata tua Permukaan halus ada retakan halus ada rekahan Volume (cm3) 67,34 80,83 90,27 Warna abu-abu merah bata muda merah bata tua Permukaan halus ada retakan halus ada rekahan Volume (cm3) 66,61 82,18 100,16 Pada tahap pembakaran, kandungan senyawa oksida besi (Fe 2 O 3 ), aluminium (Al 2 O 3 ) dan kalsium (CaO) dapat berpengaruh kepada warna produk bata yang 65

25 dihasilkan. Tabel IV.16 memperlihatkan pengaruh kandungan oksida logam tersebut terhadap warna bata merah yang dihasilkan (Sagala, 2000). Tabel IV. 16 Pengaruh kandungan oksida logam besi, alumunium dan kalsium terhadap warna bata merah No. Oksida logam Kadar (%) Warna 1. Fe 2 O Kondisi oksidasi berwarna merah, Al 2 O kondisi reduksi berwarna coklat atau CaO 0 abu-abu mendekati hitam 2. Fe 2 O 3 6 Pada awal vitrifikasi akan berwarna Al 2 O krem atau agak kekuningan/ buff, pada CaO 14 akhir vitrifikasi akan berwarna hitam 3. Fe 2 O 3 1,5-3 Al 2 O Warna hasil pembakaran kuning/buff 4. Fe 2 O 3 <1 Pada suasana oksidasi akan berwarna Al 2 O 3 <1 putih, pada suasana reduksi akan berwarna putih abu-abu Hasil analisis kandungan oksida logam lumpur Sidoardjo pada Tabel IV.4 yaitu kadar Fe 2 O 3 5,26%, Al 2 O 3 25,07% dan CaO 2,10% menunjukkan bahwa pembakaran bata merah berbahan baku lumpur Sidoardjo pada tahap oksidasi akan menghasilkan warna merah, pada kondisi reduksi akan berwarna coklat dan pada tahap vitrifikasi akan berwarna kehitaman. Informasi tersebut sesuai dengan warna hasil pembakaran 600 o C yaitu merah muda dan pada pembakaran 1140 o C berwarna merah bata tua-kecoklatan. Selain perubahan warna, proses pembakaran pun berpengaruh terhadap luas permukaan dan volume bata merah. Perubahan volume dapat terjadi pada tahap oksidasi dan vitrifikasi. Pada tahap oksidasi terjadi perubahan bentuk struktur kristal silika yang terkandung dalam lempung dari bentuk struktur kristal silika alfa menjadi bentuk beta. Perubahan ini akan menaikkan volume sebesar 2% yang akan kembali ke volume semula pada tahap pendinginan. Perubahan ini dapat menyebabkan keretakan pada permukaan produk yang dikenal sebagai dunting (Rhodes, 1979). 66

26 Sedangkan pada pembakaran 1140 o C akibat berlangsungnya proses vitrifikasi menyebabkan terjadi pelelehan material lempung yang dapat memberikan sifat padat, kuat dan keras seperti batu. Pada saat mengalami proses pelelehan biasanya mengalami proses bloating/mengembang seperti kue sebagai hasil dari keluarnya gas yang terperangkap sehingga dapat menyebabkan terjadi perubahan bentuk/deformasi (Rhodes, 1979). Hal ini menjelaskan terjadinya rekahan/ retakan pada model bata merah berbahan baku lumpur Sidoardjo dengan pembakaran 1140 o C. Proses pembakaran dapat menyebakan terjadinya perubahan mieral yang trekandung dalam lempung. Secara umum reaksi perubahan mineral pada lempung yang mengandung mineral kaolinite (Al 2 O 3 Si 2 O 5 (H 2 O) 4 atau Al 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O) akibat pembakaran adalah sebagai berikut (Sagala, 2000): Al 2 O 3 Si 2 O 5 (H 2 O) 4 o C Al 2 O 3 Si 2 O 7 + 2H 2 O (Al 2 O 3 2SiO 2 = meta kaolinite) o C (Al 2 O 3 2SiO 2 ) 2 Al 2 O 3 3SiO 2 + SiO 2 Silicone Spinel/Trydimite o C Al 2 O 3 3SiO 2 o C (Al 2 O 3 SiO 2 ) 2 (Al 2 O 3 SiO 2 ) + SiO 2 Pseudo Mullite 3Al 2 O 3 2SiO 2 ) + SiO 2 Mullite Crystobalite Melalui analisis dengan XRD perubahan mineral lumpur Sidoardjo akibat proses pembakaran dapat terlihat. Gambar IV.13 memperlihatkan spektrum yang dihasilkan oleh padatan lumpur Sidoardjo yang telah mengalami proses pembakaran pada suhu 600 o C. Hasil analisis XRD menunjukkan kandungan mineral lumpur Sidoardjo setelah pembakaran pada suhu 600 o C adalah Chlorite-vermiculite-montmorillonite (23,6%), Illite (76,4%) sebagai mineral dengan intensitas terbesar, juga terdapat Quartz/ SiO 2, Hematite/ Fe 2 O 3 dan Graphite/ C. 67

27 Counts D-Bakar 600 C [ ]; [Å]; Illite-2\ITM\RG#1 [NR] [ ]; [Å]; Chlorite-vermiculite-montmorillonite; Illite-2\ITM\RG#1 [NR] [ ]; [Å]; Quartz [ ]; [Å]; Chlorite-vermiculite-montmorillonite; Illite-2\ITM\RG#1 [NR] [ ]; [Å]; Illite-2\ITM\RG#1 [NR]; Quartz; Graphite [ ]; [Å]; Illite-2\ITM\RG#1 [NR] [ ]; [Å]; Iron(III) oxide [ ]; [Å]; Chlorite-vermiculite-montmorillonite; Illite-2\ITM\RG#1 [NR]; Iron(III) oxide [ ]; [Å]; Illite-2\ITM\RG#1 [NR]; Quartz [ ]; [Å]; Quartz; Iron(III) oxide [ ]; [Å]; Graphite [ ]; [Å]; Chlorite-vermiculite-montmorillonite; Quartz [ ]; [Å]; Quartz; Graphite Position [ 2Theta] [ ]; [Å]; Quartz [ ]; [Å]; Quartz; Iron(III) oxide [ ]; [Å]; Quartz Gambar IV. 13 Hasil analisis XRD padatan lumpur Sidoardjo pembakaran 600 o C Keberadaan Grafit/Karbon dapat disebabkan oleh proses pembakaran senyawa organik lempung pada pembakaran suhu 600 o C yang berjalan tidak sempurna. Terdeteksinya mineral Fe 2 O 3 menjelaskan adanya penguraian dari mineral nontronite dan menjelaskan pula perubahan warna merah pada model bata akibat dari oksidasi senyawa besi pada suhu 600 o C yang merupakan pembakaran tahap oksidasi. Kandungan mineral lumpur Sidoardjo setelah pembakaran pada suhu 1140 o C yang diperlihatkan Gambar IV.14 hanya menunjukkan keberadaan mineral Quartz/ SiO 2 dan Sodium tecto-alumotrisilicate sebagai mineral dengan intensitas terbesar. Tidak adanya sisa mineral besi oksida dan grafit/karbon menunjukan bahwa pada pembakaran 1140 o C proses oksidasi telah berlangsung sempurna, sekaligus menunjukkan bahwa proses vitrifikasi sudah terjadi yang ditandai dengan hanya terdapat mineral berbasis silika pada model bata merah berbahan baku lumpur Sidoardjo. 68

28 Counts E-Bakar 1140 C [ ]; [Å]; Quartz; Sodium tecto-alumotrisilicate [ ]; [Å]; Sodium tecto-alumotrisilicate [ ]; [Å]; Sodium tecto-alumotrisilicate [ ]; [Å]; Sodium tecto-alumotrisilicate [ ]; [Å]; Quartz; Sodium tecto-alumotrisilicate [ ]; [Å]; Sodium tecto-alumotrisilicate [ ]; [Å]; Sodium tecto-alumotrisilicate [ ]; [Å]; Sodium tecto-alumotrisilicate [ ]; [Å]; Quartz; Sodium tecto-alumotrisilicate [ ]; [Å]; Sodium tecto-alumotrisilicate [ ]; [Å]; Quartz; Sodium tecto-alumotrisilicate [ ]; [Å]; Sodium tecto-alumotrisilicate [ ]; [Å]; Quartz; Sodium tecto-alumotrisilicate [ ]; [Å]; Quartz; Sodium tecto-alumotrisilicate [ ]; [Å]; Quartz; Sodium tecto-alumotrisilicate [ ]; [Å]; Sodium tecto-alumotrisilicate [ ]; [Å]; Quartz; Sodium tecto-alumotrisilicate [ ]; [Å] Position [ 2Theta] Gambar IV. 14 Hasil analisis XRD padatan lumpur Sidoardjo pada suhu pembakaran 1140 o C. Perubahan mineral akibat proses pembakaran terhadap lumpur Sidoardjo selengkapnya diperlihatkan pada Tabel IV.17, Gambar IV.15, Gambar IV.16 dan Gambar IV. 17. Tabel IV. 17 Kandungan mineral lumpur Sidoardjo sebelum dan sesudah proses pembakaran pada suhu 600 o C dan 1140 o C Tanpa pembakaran Pembakaran 600 o C Pembakaran 1140 o C Nontronite (21,1%) Chlorite-vermiculitemontmorillonite (23,6%) Illite (62,9%) Illite (76.4%) Kaolinite (16,0%) Quartz Quartz Iron(III) oxide Graphite Quartz (71,5%) Sodium tectoalumotrisilicate (28,5%) 69

29 Keterangan: garis merah = tanpa pembakaran garis biru = pembakaran 600 o C Gambar IV. 15 Perubahan kandungan mineral antara lumpur Sidoardjo tanpa pembakaran dan yang telah mengalami proses pembakaran 600 o C Keterangan: garis merah = tanpa pembakaran garis biru = pembakaran 1140 o C Gambar IV. 16 Perubahan kandungan mineral antara lumpur Sidoardjo tanpa pembakaran dan yang telah mengalami proses pembakaran 1140 o C 70

30 Keterangan: garis merah = tanpa pembakaran garis hijau = pembakaran 600 o C garis biru = pembakaran 1140 o C Gambar IV. 17 Perubahan kandungan mineral antara lumpur Sidoardjo tanpa pembakaran dan yang telah mengalami proses pembakaran 600 o C dan 1140 o C. IV.3 Mekanisme Adsorpsi Logam Tembaga oleh Lumpur Sidoardjo Salah satu proses yang terjadi pada proses immobilisasi logam dalam prosedur solidifikasi/stabilisasi adalah mekanisme adsorpsi yang terjadi antara logam dengan permukaan adsorben. Adsorpsi adalah proses fisika atau kimia dimana suatu zat terakumulasi pada interfasa padatan-larutan (Mihelcic, 1999) IV.3.1 Karakterisasi Adsorben Padatan yang berfungsi untuk mengadsorpsi dikenal dengan nama adsorben. Adsorben dapat berupa serbuk atau butiran dengan luas permukaan yang sangat besar yang merupakan faktor penting dalam proses adsorpsi (Cooney, 1999) Mineral lempung telah diketahui sebagai material yang baik dalam proses adsorpsi kation logam karena memiliki luas permukaan yang besar dan bermuatan negatif (Kim et. al, 2005). Pada umumnya mineral lempung memiliki nilai tukar 71

31 kation yang tinggi yang memungkinkan terjadinya proses petukaran kation logam oleh anion permukaan mineral lempung (Notodarmojo, 2005). Lumpur Sidoardjo yang digunakan dalam penelitian ini termasuk dalam klasifikasi tanah lempung dengan kandungan mineral yang beragam, diantaranya mineral montmorilonite yang memiliki luas permukaan yang sangat besar sehingga memungkinkan terjadinya proses adsorpsi. Proses penyerapan logam Cu oleh lumpur Sidoardjo selain dapat dilihat dari penurunan konsentrasi pada akhir proses, dapat juga dilihat dari perubahan mineral akibat dari menempelnya logam Cu pada permukaan partikel lumpur Sidoardjo. Gambar IV.18 menunjukkan perubahan mineral lumpur Sidoardjo akibat dari proses adsorpsi logam Cu. Hasil analisis menunjukkan adanya perubahan kandungan mineral yaitu ada penambahan mineral Labradorite pada sample padatan lumpur Sidoardjo setelah proses adsorpsi. Counts C-adsorpsi cu [ ]; [Å]; Nontronite [ ]; [Å]; Kaolinite [ ]; [Å]; Kaolinite; Nontronite [ ]; [Å]; Kaolinite; Nontronite; Quartz [ ]; [Å]; Kaolinite; Labradorite [ ]; [Å]; Quartz [ ]; [Å]; Labradorite [ ]; [Å]; Labradorite [ ]; [Å]; Labradorite [ ]; [Å]; Kaolinite; Nontronite; Labradorite [ ]; [Å]; Nontronite; Quartz [ ]; [Å]; Kaolinite [ ]; [Å]; Quartz; Labradorite [ ]; [Å]; Nontronite; Labradorite [ ]; [Å]; Kaolinite; Nontronite; Quartz; Labradorite [ ]; [Å]; Kaolinite; Nontronite; Quartz [ ]; [Å]; Kaolinite; Quartz; Labradorite [ ]; [Å]; Quartz; Labradorite [ ]; [Å]; Kaolinite; Nontronite; Quartz; Labradorite Position [ 2Theta] Gambar IV. 18 Mineral lumpur Sidoardjo setelah proses adsorpsi logam Cu. 72

32 IV.3.2. Mekanisme Adsorpsi oleh Lumpur Sidoardjo IV Percobaan Pendahuluan Percobaan pendahuluan meliputi pelindian pendahuluan, optimasi dosis adsorben dan optimasi konsentrasi logam Cu artifisial. Pelindian pendahuluan dilakukan terhadap sample padatan lumpur Sidoardjo untuk mengetahui konsentrasi terlindikan logam Cu dalam larutan asam klorida (HCl) ph 3, ph 4 dan ph 5 yang akan digunakan sebagai pelarut dalam proses adsorpsi. Optimasi dosis dilakukan untuk melihat pengaruh berat adsorben terhadap persentase penyisihan/ adsorption rate logam Cu selama proses adsorpsi yang dilakukan dengan waktu kontak 2 dan 24 jam. Optimasi konsentrasi dilakukan untuk melihat pengaruh konsentrasi logam Cu artifisial pada berat adsorben optimum terhadap persentase penyisihan logam Cu selama proses adsorpsi yang dilakukan dengan waktu kontak 2 dan 24 jam. IV Pelindian Pendahuluan Proses pelindian dilakukan terhadap padatan lumpur Sidoardjo dengan dan tanpa penambahan sodium silika 1% b/b lumpur dengan variasi waktu pengocokan 0; 0,5; 1; 2; 3 dan 24 jam, pengocokan pada kecepatan 250 rpm, berat padatan 5 gram dan volume pelarut sebanyak 100 ml. Konsentrasi logam Cu dan perubahan ph selama proses pelindian diperlihatkan pada Tabel IV.18, Tabel IV.19 dan Gambar IV.19. Hasil dan perhitungan dapat dilihat di Lampiran D.1. Tabel IV. 18 Hasil pelindian pendahuluan lumpur Sidoardjo dengan pelarut HCl ph 3, 4 dan 5 t (jam) Lumpur Lumpur + Silika 1% ph ,0287 0,0299 0,0329 0,0330 0,0394 0, ,0259 0,0243 0,0276 0,0293 0,0393 0, ,0212 0,0213 0,0219 0,0228 0,0354 0, ,0199 0,0166 0,0194 0,0220 0,0307 0, ,0014 0,0036 0,0042 0,0186 0,0285 0,

33 Tabel IV. 19 ph larutan pada proses pelindian pendahuluan lumpur Sidoardjo dengan pelarut HCl ph 3, 4 dan 5 t (jam) Lumpur Lumpur + Silika 1% ph ,79 5,98 6,02 5,92 6,52 7, ,98 7,99 7,88 8,69 8,52 8,75 1 7,89 8,00 7,96 8,39 8,59 8,56 2 7,85 7,89 7,92 8,28 8,40 8,40 3 7,88 7,95 7,93 8,12 8,33 8, ,96 7,96 7,93 8,10 8,06 8,07 Berdasarkan hasil analisis pelindian lumpur Sidoardjo dengan pelarut HCl ph 3,4 dan 5, konsentrasi logam Cu sangat kecil hingga dapat diasumsikan bahwa konsentrasi Cu tidak akan berpengaruh terhadap nilai penyisihan logam Cu artifisial oleh lumpur Sidoardjo. Perubahan ph selama Proses Pelindian Lumpur Sidoardjo tanpa dan dengan Penambahan Sodium silika 1% b/b ph Waktu (jam) ph 3, Lumpur ph 4, Lumpur ph 5, Lumpur ph 3, Lumpur + Silika 1% ph 4, Lumpur + Silika 1% ph 5, Lumpur Sidoardjo + Silika 1% Gambar IV. 19 Perubahan ph selama proses pelindian lumpur Sidoardjo dengan dan tanpa sodium silika 1% b/b Lumpur. 74

34 IV Optimasi Berat Adsorben dan Konsentrasi Logam Cu Adsorpsi adalah proses akumulasi substansi dalam larutan dengan interfasa yang sesuai. Adsorbat adalah substansi yang akan dihilangkan dalam fasa cair interfasa, adsorben adalah subtansi dimana adsorbat terakumulasi (Metcalf, 2003). Selain dari karakteristik adsorben yang berkaitan dengan tektur, komposisi dan mineralogi, banyaknya adsorben dalam suatu proses adsorpsi memiliki peranan yang penting berkaitan dengan luas permukaan yang dapat digunakan sebagai tempat terjadinya ikatan antara kation logam dengan anion adsorben, semakin banyak adsorben, maka ketersedian jumlah pori yang dapat digunakan ion logam untuk menempel semakin banyak. Pada proses sorpsi oleh lempung semakin tinggi rasio padatan dengan larutan akan menunjukkan peningkatan adsorpsi (Notodarmojo, 2005). Hal ini berlaku juga untuk konsentrasi kation yang akan diadsorpsi, semakin tinggi konsentrasi logam maka ketersediaan kation yang akan disisihkan pun semakin besar sehingga konsentrasi adsorbat berpengaruh terhadap persentase penyisihan (Quek et. al, 1998). Optimasi Dosis Adsorben Persentase penyisihan (%) Berat adsorben (g) Lumpur ph 3 Lumpur ph 4 Lumpur ph 5 Lumpur + silika 1% ph 3 Lumpur + silika 1% ph 4 Lumpur + silika 1% ph 5 Gambar IV. 20 Optimasi dosis adsorben Gambar IV.20 memperlihatkan hasil optimasi dosis dilakukan dengan variasi berat adsorben 1-5 gram. Berdasarkan hasil tersebut, berat adsorben lumpur 75