PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI SEMI-HARD MAGNETIC Fe 2 O 3 BERBASIS MILL SCALE LIMBAH INDUSTRI BAJA DENGAN PENAMBAHAN FeMo SKRIPSI

Transkripsi

1 PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI SEMI-HARD MAGNETIC Fe 2 O 3 BERBASIS MILL SCALE LIMBAH INDUSTRI BAJA DENGAN PENAMBAHAN FeMo SKRIPSI SANTA SIMANJUNTAK DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016

2 PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI SEMI-HARD MAGNETIC Fe 2 O 3 BERBASIS MILL SCALE LIMBAH INDUSTRI BAJA DENGAN PENAMBAHAN FeMo SKRIPSI Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains SANTA SIMANJUNTAK DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016

3 PERNYATAAN PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI SEMI-HARD MAGNETIC Fe 2 O 3 BERBASIS MILL SCALE LIMBAH INDUSTRI BAJA DENGAN PENAMBAHAN FeMo SKRIPSI Saya mengaku bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya. Medan, 19 Juli 2016 SANTA SIMANJUNTAK

4 PENGHARGAAN Puji dan syukur kehadirat Tuhan yang Maha Esa yang telah memberikan Rahmat, Karunia dan Bimbingan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini yang berjudul Pembuatan dan Karakterisasi Semi-Hard Magnetic Fe 2 O 3 Berbasis Mill Scale Limbah Industri Baja dengan Penambahan FeMo. Laporan Tugas Akhir ini diajukan untuk memenuhi salah satu syarat mencapai gelar Sarjana Fisika. Penelitian ini dilakukan di Pusat Penelitian Fisika (P2F) Lambaga Ilmu Penelitian Indonesia (LIPI) Serpong, Tangerang Selatan. Disampaikan banyak terima kasih kepada : 1. Drs. Kerista sebayang M.S sebagai dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (MIPA) USU. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku Ketua Departemen Fisika FMIPA USU, Bapak Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc selaku sekretaris Departemen Fisika FMIPA USU beserta seluruh Staf Pengajar dan Pegawai Departemen Fisika FMIPA USU. 2. Drs. Kerista Sebayang M.S dan Bapak Prof.Drs.Perdamean Sebayang M.Sc selaku Dosen Pembimbing yang telah membimbing, mengajari, memberikan masukan serta bantuan dalam menyelesaikan tugas akhir ini. 3. Orang tua tercinta Mangasi simanjuntak dan Rumondang Hutajulu yang telah mengenalkan saya dengan dunia ini, yang telah menyekolahkan saya sampai ke jenjang perkuliahan dan memberikan kesempatan kepada saya untuk bisa belajar dan menyelesaikan Tugas akhir ini. Terimakasih dari hati yang terdalam atas semua doa, dukungan, susah payah dan keringat kalian untuk bisa membuat memperoleh gelar Sarjana. 4. Yuli simanjuntak, Morina simanjuntak, adik-adik dan keluarga besar simanjuntak atas segala bantuan, doa dan dukungan kepada saya sehingga bisa menyelesaikan Tugas akhir ini. 5. Zefanya pardosi, yang selalu meberikan semangat, dukungan, doa, sekaligus menjadi tempat berbagi suka-duka dan membantu dalam menyelesaikan skripsi ini. 6. Sahabat-sahabat saya wike saragih, Fretty Simanjuntak yang selalalu

5 memberi semangat, doa dan menanyakan kepulangan saya sehingga saya bersemangat dalam mengerjakan tugas akhir ini. 7. Seluruh anak kos kece L48 Cut Hani safira (Bunda), Marta nainggolan, Sulistra Simamora, Riris tambunan, Mia Aulia Dhika dan Fitry Silaban yang selalu menjadi teman berbagi dan minta pertolongan saat ada yang tidak saya mengerti dalam pengerjaan penelitian. 8. Seluruh anggota my fams, Fransisco Purba, Ivo Zoel Sinulaki, Zefanya Pardosi, yani Permata Sari dan Marta Masniary Nainggolan terimakasih untuk setiap kebersamaan kita selama di perkuliahan juga untuk setiap semangat, dukungan dan doa yang kalian berikan. 9. Kepada Elisabeth Sinaga, Sahabat curhat saya yang selalu memberikan dukungan, semangat, doa dan bantuan lainnya sehingga kami bisa samasama menyelesaikan penelitian kami masing-masing. 10. Kepada teman-teman peneliti lainnya terkhusus melpa yang menjadi partner penelitian saya, yang setia menemani saya saat lembur, setia dan sabar menemani saya mengambil data berulang-ulang, kepada Tania L.Tobing, Mareanus Mendrova, Karyaman zebua, dan Teman-teman seperjuangan di Fisika Usu 2012 terimakasih atas segala bantuan dan dukungannya. 11. Kepada pak Ahmad dan bang Anggi yang selalu membantu saya saat pembuatan sampel dan menggunakan alat lainnya pada saat penelitian. Tak lupa juga kepada Pak lukman, Bang Mardi, Buk Yati dan semua pegawai LIPI lainnya yang ikut berpartisipasi dalam menyelesaikan penelitian ini. Saya menyadari masih banyak kekurangan dalam penyusunan skripsi ini. Oleh karena itu, saya mengharapkan kritik dan saran yang membangun yang dapat memperbaiki skripsi ini. Kiranya skripsi ini dapat bermanfaat bagi setiap orang yang membacanya.

6 PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI SEMI-HARD MAGNETIC Fe 2 O 3 BERBASIS MILL SCALE LIMBAH INDUSTRI BAJA DENGAN PENAMBAHAN FeMo ABSTRAK Pembuatan dan karakterisasi material magnetik berbasis mill scale limbah industri baja dengan penambahan 1, 3, 5, 7 dan 9% wt FeMo telah dilakukan. Bahan baku mill scale dimilling menggunakan Planetary Ball Mill (PBM) sedangkan FeMo dimilling menggunakan High Energy Milling (HEM) dengan metode wet milling. Kemudian dilakukan pengujian XRF dan menunjukkan kandungan mill scale adalah 98,7% Fe dan unsur lain berupa Mn, Si, Al, Cr, Nb dan Cu sedangkan unsur penyusun FeMo adalah 60,3% Mo dan 38,5% Fe dan unsur lain seperti Al, Si, Cu, dan Ni. Kemudian serbuk mill scale dan FeMo dimixing menggunakan HEM selama 15 menit. Dilakukan Pengujian true density dimana hasilnya berkisar 5,63 5,93 g/cm 3 dan pengukuran VSM menunjukkan nilai koersivitas berkisar 402,64 442,13 g/cm 3. Kemudian campuran serbuk mill scale dan FeMo dikalsinasi pada suhu 900 o C (2 jam) dan dilakukan Karakterisasi XRD dan VSM dimana hasilnya menunjukkan telah terbentuknya fasa tunggal Fe 2 O 3 (hematit) dengan nilai koersivitas berkisar 2,2 2,3 koe. Bahan yang telah dikalsinasi tersebut dikompaksi (70kgf/cm 2 ) dan disintering pada suhu 1150 o C dan 1250 o C. Kemudian diukur nilai bulk density dan porositas yang menunjukkan kondisi optimum berada pada suhu 1250 o C. Sampel yang menunjukkan kondisi optimum dianalisis menggunakan XRD dan menunjukkan tidak terjadi perubahan fasa dan karakterisasi VSM menunjukkan sampel pada penambahan 1, 5 dan 9% wt adalah semi-hard magnetik dengan koersivitas 0,7 1,2 koe dan dapat diaplikasikan sebagai sensor magnetic, hysteresis device dan telekomunikasi. Sedangkan pada penambahan 7% wt FeMo mampu menghasilkan hard-magnetik dan dapat diaplikasikan pada electric motors pada jam dan komputer, printers, galvanometer, lousdpeaker, microphone, dan Nuclear Magnetic Resonance (NMR). Kata Kunci: FeMo, Mill Scale, semi hard magnetik

7 SYNTHESIS AND CHARACTERISATION OF SEMI-HARD MAGNETIC Fe 2 O 3 BASED ON MILL SCALE STEEL INDUSTRIAL WASTE WITH FeMo ADDITION ABSTRACT Synthesis and characterisation magnetic material based on mill scale with 1, 3, 5, 7 and 9% wt FeMo addition has been done. The raw material of mill scale milled using Planetary Ball Mill (PBM) while FeMo milled using High Energy Milling (HEM) in wet milling method. And then XRF analysed has done and show the element compiler of mill scales are 98.7% iron and the other element are Mn, Si, Al, Cr, Nb and Cu. while the compiler of FeMo are 60.3% Molybdenum, 38,5% iron and there are Al, Si, Cu and Ni. Mixing process of mill scale and FeMo powder has done using HEM for 15 minutes. The true density measurement was done and the value range g/cm 3 as the result, while VSM measurement got the coercivity about g/cm 3. After that, the mixed powder of mill scale and FeMo calcined at 900 o C for 2 hours. And the analisys of XRD shown a single phase namely hematite (F 2 O 3 ) and VSM measurement got the coercivity about koe. Than, the powder were calcined pressed with 70kgf/cm 2 for 2 minutes and sintered at 1150 o C and 1250 o C for 2 hours. The bulk density and porosity measurement show that optimum condition when the sample sintered at 1250 o C and The XRD characterisation of sample sintered at 1250 o C show that the phases is not change with coercivity about koe, when added 1, 5 and 9 wt % FeMo and it is conclude into semi-hard magnetic materials and can be applied as magnetic sensor and telecomunication devices. When 7 wt % FeMo added, it produced hard magnetic and can be applied as electric motors for watches and computer, printers, galvanometer, loudspeaker, microphone and Nuclear Magnetic resonance (NMR). Keywords: FeMo, Mill Scale, Semi-hard magnetik.

8 DAFTAR ISI Persetujuan Pernyataan Penghargaan Abstrak Abstrac Daftar Isi Daftar Tabel Daftar Gambar Daftar Lampiran Halaman i ii iii v vi vii x xi xiii BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Rumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian Sistematika Penulisan 4 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Mill scale Hematite Ferromolybdenum (FeMo) Pembuatan Sampel Uji Bentuk dan ukuran Partikel Distribusi Ukuran Partikel Mechanical Milling Tipe Milling Bola Milling Kecepatan Milling Waktu Milling Mekanisme Sintering Magnet Medan Magnet Momen Magnetik Induksi Magnetik Kuat Medan Magnetik Intensitas Kemagnetan Bahan Magnetik Bahan Diamagnetik Bahan Paramagnetik Bahan Ferromagnetik Bahan Anti Ferromagnetik 17

9 2.5.5 Bahan Ferrimagnetik Sifat-sifat Magnet Jenis-jenis Magnet Magnet Permanen Magnet tidak Tetap Karakterisasi Densitas Porositas X-Ray Diffraction (XRD) Vibrating Sample Magnetometer (VSM) X-ray Fluoresence (XRF) 25 BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian Tempat Penelitian Waktu Penelitian Peralatan dan Bahan Peralatan Bahan Tahapan Penelitian Diagram Alir Penelitian Prosedur Penelitian Preparasi sampel Milling Pengeringan Mixing kalsinasi Kompaksi Sintering Karakterisasi Karakterisasi dengan X-Ray Fluorescence (XRF) Karakterisasi dengan Optical Microscope Uji True Density karakterisasi sampel dengan X-ray Diffraction (XRD) Pengujian Bulk Density Sampel Pengujian Porositas Karakterisasi desngan Vibrating Sample Magnetometer(VSM) 37 BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Analisa X-Ray Fluoresence (XRF) Pengujian True Density Karakterisasi ukuran partikel Analisa X-Ray Diffractometer (XRD) Bulk Density Porositas Kurva Histerisis 48

10 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Saran 54 DAFTAR PUSTAKA 55 Lampiran

11 DAFTAR TABEL Nomor Tabel Judul Halaman 4.1 Nilai true density dari campuran serbuk mill scale dan FeMo 4.2 Hubungan Komposisi FeMo dengan diameter ratarata partikel 4.3 Hasil pengukuran sifat magnet dari mill scale dengan penambahan 1, 5, 7, dan 9% wt FeMo menggunakan VSM Hasil pengukuran sifat magnet dari mill scale dengan penambahan FeMo sebanyak 1, 5, 7, dan 9% berat setelah kalsinasi pada suhu C (2 jam) menggunakan VSM. Hasil pengukuran sifat magnet dari mill scale dengan penambahan FeMo sebanyak 1, 5, 7, dan 9%wt setelah sintering pada suhu C (2 jam) menggunakan VSM 51 52

12 DAFTAR GAMBAR Nomor Gambar Judul Halaman 2.1 Bola-bola milling Arah momen magnetik bahan non magnetik Arah momen magnetik bahan magnetik Material magnetik lunak dan Material Magnetik keras Loop Histerisis Pola Difraksi sinar X Diagram lir penelitian Skema kalsinasi sampel pada suhu C 3.3 Skema Sintering Sampel Pada Suhu C Skema Sintering Sampel Pada Suhu C Hubungan antara true density mill scale dengan penambahan FeMo (1,3,5,7 dan 9 % berat) Foto sebuk mill scale 400X perbesaran (b.) Hasil outline menggunakan software ImageJ dari mill scale. Foto serbuk FeMo 400X perbesaran (b). Hasil outline menggunakan software Imagej dari FeMo. Foto serbuk 99% wt mill scale + 1% wt FeMo 400X perbesaran (b). Hasil outline menggunakan software ImageJ dari 99% wt mill scale + 1% wt FeMo. Hasil OM 97% mill scale + 3% wt FeMo 400X perbesaran (b). Hasil outline menggunakan software ImageJ dari 97% wt mill scale + 3% wt FeMo. (a). Foto serbuk 95% wt mill scale + 5% wt FeMo 400X perbesaran (b). Hasil outline menggunakan software ImageJ dari 95% wt mill scale + 5% wt FeMo. a). Foto serbuk 93% wt mill scale + 7% wt FeMo 400X perbesaran (b). Hasil outline menggunakan software

13 ImageJ dari 93% wt mill scale + 7% wt FeMo. a). Foto serbuk 91% wt mill scale + 9% wt FeMo 400X perbesaran (b). Hasil outline menggunakan software ImageJ dari 91% wt mill scale + 9% wt FeMo. Hasil Analisis XRD dari Serbuk FeMo. Hasil analisis XRD dari: (a). Serbuk Mill scale (b). 93% Mill scale + 7% wt FeMo setelah kalsinasi C, 2 jam. Hubungan Bulk density dengan komposisi FeMo Hubungan porositas terhadap penambahan 1, 3, 5, 7 dan 9 % wt FeMo pada suhu C dan C, 2 jam. Loop histerisis dari mill scale dengan penambahan 1, 5, 7 dan 9% wt FeMo. Loop Histerisis dari mill scale dengan penambahan FeMo sebanyak 1, 5, 7, dan 9% berat setelah kalsinasi pada suhu C (2 jam). Loop Histerisis dari mill scale dengan penambahan FeMo sebanyak 1, 5, 7 dan 9% wt setelah sintering pada suhu C (2 jam)

14 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1 : Gambar Alat dan Bahan Lampiran 2 : Data Pengukuran True Density Lampiran 3 Histogram Distribusi Partikel Dari Mill Scale dan FeMo Lampiran 4 : Hasil Analisis XRD Lampiran 5 : Grafik dan Data pengukuran VSM