Karakterisasi Kandungan Bijih Besi Alam Sebagai Bahan Baku Magnetit Nanopartikel

Transkripsi

1 Karakterisasi Kandungan Bijih Besi Alam Sebagai Bahan Baku Magnetit Nanopartikel Sadang Husain 1),*, Eka Suarso 1), Akhiruddin Maddu 2), Sugianto 3) 1 Prodi Fisika, FMIPA Universitas Lambung Mangkurat 2 Departemen Fisika, FMIPA, Institut Pertanian Bogor 3 Prodi Pendidikan Fisika, Universitas Muhammadiyah Jakarta * sadanghusain@yahoo.com Abstrak Telah dilakukan karakterisasi kandungan bijih besi di daerah Tanah Laut Kalimantan Selatan. Bijih besi merupakan sumber daya alam yang cukup melimpah di Indonesia, salah satunya di Pulau Kalimantan. Kalimantan Selatan merupakan salah satu daerah penghasil bijih besi terbesar di Indonesia. Bijih besi mengandung material magnetik berbasis besi (Fe) dalam bentuk mineral oksida besi yaitu Magnetit (Fe 3O 4), Maghemit (γ-fe 2O 3), dan Hematit (α-fe 2O 3). Karakterisasi bijih besi menggunakan XRF dan XRD. Hasil karakterisasi bijih besi dari Tanah Laut Kal-Sel adalah jenis Hematit (α-fe 2O 3) yang didukung oleh warna merah kecoklatan. Bijih besi memiliki kandungan rata-rata Silikon (Si) 0.3%, Fosfor (P) 0.1%, Kalsium (Ca) 0.15%, Krom (Cr) 0.09%, Mangan (Mn) 0.26%, Besi (Fe) 98.23%, Nikel (Ni) 0.1%, Tembaga (Cu) 0.1%, Brom (Br) 0.17%, Lantanum (La) 0.07%, Iterbium (Yb) 0.02%, Seng (Zn) 0.04%, Renium (Re) 0.05%, Rubidium (Rb) 0.21%, Vanadium (V) 0.01%, Europium (Eu) 0.17%. Kata kunci: Bijih Besi, XRF, Tanah Laut, XRD Abstract Characterization of iron ore deposits in the Tanah Laut, South Kalimantan. Iron ore is a natural resource that is abundant in Indonesia, one of them on the island of Borneo. South Kalimantan is one of the largest iron ore producer in Indonesia. Iron ore-based magnetic material containing iron (Fe) in mineral form of iron oxide that is Magnetite (Fe3O4), Maghemit (γ-fe2o3) and Hematite (α-fe2o3). Characterization of iron ore using XRF and XRD. The results of iron ore characterization of Tanah Laut Sout Kalimantan is a type of Hematite (α-fe2o3) which is supported by a brownish-red color. Iron ore contains an average of Silicon (Si) 0.3%, Phosphorus (P) 0.1%, Calcium (Ca) 12:15%, chromium (Cr) 12:09%, manganese (Mn) 12:26% Iron (Fe) 98.23%, Nickel (Ni) 0.1% Copper (Cu) 0.1%, bromine (Br) 12:17%, Lanthanum (La) 12:07%, ytterbium (Yb) of 0.02%, Zinc (Zn) 12:04%, Rhenium (Re) of 0.05%, Rubidium ( rb) 0:21%, Vanadium (V) a 0.01%, Europium (Eu) 12:17%. Keywords: Iron Ore, XRF, Tanah Laut, XRD 1. PENDAHULUAN Bijih Besi merupakan salah satu komoditas tambang yang cukup memadai di Indonesia. Berdasarkan data Neraca Sumber Daya Mineral Logam dan Non Logam, Pusat Sumber Daya Geologi 2008 didapatkan bahwa sumber daya bijih besi Indonesia sebesar ,95 ton dengan cadangan mencapai ton [1]. Ini menunjukkan potensi yang cukup besar sebagai bahan baku besi baja. Salah satu daerah penghasil besi terbesar di Indonesia yaitu Kalimantan Selatan. Di Kalimantan Selatan,cadangan bijih besi mencapai 7,472,600 ton [2]. TABEL 1. Komposisi kimia (%) bijih besi Kalimantan Selatan Tipe bijih Fe Tot SiO 2 CaO MgO Al 2O 3 Cr 2O 3 P S Ni LOI Lateritic ,5-2 0, ,5 0,05-0,1 0,05-0,1 0,15-0, Metasomatic ,5-2 0, <0,1 <0,1 <0,1 - <2 (Magnetite&Hematit) Sumber: [2] Daerah Tanah Laut merupakan salah satu Daerah di Kalimantan Selatan yang memiliki sumber daya bijih besi yang cukup melimpah. Namun, bijih besi yang terkandung yang ada 146

2 memiliki tingkat pengotor (zat lainnya) yang cukup beragam. Untuk itu perlu dilakukan uji terlebih dahulu sebelum sintesis lebih lanjut Bijih besi secara umum memiliki komposisi utama besi oksida (Fe 2O 3 dan Fe 3O 4), silikon oksida (SiO 2) serta unsur-unsur lain seperti Ni, Mg, Ca, Si, Cr dan Zn dengan kadar rendah [3]. Bijih Besi dengan kandungan Fe 2O 3 dapat didistribusikan secara luas dan merupakan sumber terpenting besi pada kondisi murni mengandung 70% besi dan sisanya mengandung silika dan aluminium serta sulfur dan fosfor dengan kandungan yang sangat rendah. Namun ada juga bijih besi kelas rendah dengan kandungan besi 20% - 40% berkadar silika tinggi, beberapa diantaranya telah berhasil ditambang [4]. Magnetit Magnetit adalah salah satu senyawa oksida besi dalam bentuk Fe 2O 3.FeO atau Fe 3O 4. Magnetit memiliki banyak manfaat terutama jika memiliki ukuran nanometer di antaranya: 1. Memiliki separasi gradien magnet yang tinggi 2. Sebagai teknologi Resonansi magnetik 3. Sebagai drug delivery 4. Sebagai agen reaktif pada biomolekul membran [5]. 5. Sebagai adsorben [6] tersebut mampu mereduksi zat warna 24,40% dengan kondisi awal zat warna 100 mg/l pada ph larutan 6 dengan jumlah magnetit 0,8 g/l selama 30 menit [8]. GAMBAR 2. Pola difraksi XRD pada magnetit [7,8] 2. METODE PENELITIAN Penelitian dilakukan di laboratorium material Fisika FMIPA ULM, dengan analisis XRD dan XRF dilakukan di laboratorium Material dan Laboratorium Mineral dan Material Maju FMIPA UM. Bahan yang dipakai adalah biji besi daerah Tanah Laut. Adapun alat-alat yang digunakan antara lain SEM dan EDX, palu, magnet permanen, dan ayakan mesh. (a) GAMBAR 1. Struktur Magnetit [5] Penelitian tentang magnetit telah banyak dilakukan. Pembuatan nanopartikel magnetit dari pasir besi telah berhasil membuat superparamagnetik magnetit dengan rata-rata ukuran 12,6 nm dan magnetisasi saturasi 36,68 emu/g [7]. Sintesis magnetit Fe 3O 4 juga telah dilakukan untuk penghilang zat warna pada larutan. Magnetit yang dihasilkan memiliki ukuran rata-rata 5-20 nm dan magnetisasi saturasi sebesar 89,46 emu/g. Penelitian (b) GAMBAR 3. Sampel bijih besi (a) sebelum digerus, dan (b) setelah digerus Penelitian diawali dengan studi pustaka, pengambilan sampel, diteruskan dengan preparasi sampel di laboratorium. Sampel bijih 147

3 besi ditunjukkan seperti pada Gambar 3. Bijih tersebut dibersihkan dari pengotor yang menempel dengan menggunakan aquades. Setelah dicuci, dilanjutkan dengan mebuat serbuk besi dengan menggunakan palu dan mortar dan pastel. Bijih besi digerus hingga lewat ayakan 230 mesh.selanjutnya sampel dikarakterisasi. Uji karakterisasi bijih besi menggunakan XRF untuk melihat komposisi. 3. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil karakterisasi dengan XRF pada bijih besi ditunjukkan seperti pada Tabel 2. Berdasarkan tabel tersebut, dapat dilihat nilai unsur Fe yang mencapai 99,04% dengan ratarata 98,23%. Kandungan unsur Fe yang ada pada bijih besi tersebut cukup besar dibandingkan dengan unsur logam lainnya. Biasanya keberadaan besi pada bijih besi berupa senyawa oksida. Bijih besi yang diuji juga mengandung unsur-unsur logam yang lain. Sebagai pembanding, kandungan besi yang ada di daerah Solok Selatan Sumatera Barat memiliki kandungan besi 87,5% [9], penelitian yang dilakukan oleh Septityana, dkk mendapatkan bahwa kandungan besi pada bijih besi sebesar 75,5% [10][11]. Penelitian Kumari, et al. (2010), bijih besi yang berasal dari Karnataka, India mengandung kadar besi sebesar Fe 63,84% [12], sedangkan Kecamatan Batu Licin, Kalimantan Selatan mengandung kadar Fe 56,6% [13]. Untuk Kabupaten Trenggalek Provinsi Jawa Timur mengandung kadar besi sebesar Fe total 22,28 s.d 51,26 % [14]. TABEL 2. Kandungan unsur bijih besi Unsur Persentase atom (%) Sampel 1 Sampel 2 Sampel 3 Sampel 4 Sampel 5 Sampel 6 Rerata Si P Ca Cr Mn Fe Ni Cu Br La Yb Zn Re Rb V Eu Sampel bijih besi yang dikarakterisasi masih banyak mengandung unsur lain selain besi. ada silikon (Si), fhosfor (P), kalsium (Ca), krom (Cr), mangan (Mn), nikel (Ni), tembaga (Cu), Brom (Br), lantanum (La), iterbium (Yb), seng (Zn), renium (Re), rubidium (Rb), vanadium (V), dan europium (Eu). Unsur silikon memiliki kandungan terbanyak dibanding unsur lain yang mencapai 0,82%. Banyaknya unsur logam lain dalam bijih besi menjadi kendala tersendiri untuk menghasilkan nanopartikel magnetik yang murni. Unsur-unsur tersebut bisa mengotori sifat nanopartikel magnetik yang dihasilkan. Namun, unsur-unsur logam lainnya memiliki kandungan yang sangat kecil sehingga bisa diabaikan. Jenis oksida besi yang terdapat pada bijih besi dominan senyawa hematit Fe 2O 3. Gambar 148

4 6 menunjukkan pola difraksi XRD pada bijih besi sebagai fase hematit dengan ukuran kristal nm. Ini juga didukung warna yang ada pada sampel bijih besi merah kecoklatan. Pernyataan ini juga didukung oleh hasil sintesis bijih besi tersebut. Bijih besi yang diberikan asam klorida (HCL) dan Sodium hidroksida (NaOH) akan menghasilkan warna merah kecoklatan yang merupakan ciri dari hematit Fe 2O 3. Bijih besi yang diberikan HCL dan besi Fe 2+ akan menghasilkan Fe 3O 4 [15] GAMBAR 4. Pola difrasi XRD pada bijih besi Bijih besi+hcl+naoh GAMBAR 5. Sintesis bijih besi 4. KESIMPULAN Karakterisasi kandungan bijih besi berhasil dilakukan dengan unsur besi mencapai 99,04% dengan fase dominan hematit. Sampel bijih besi bisa dijadikan sebagai bahan baku magnetit nanopartikel dengan unsur pengotor kurang dari 1%. 5. UCAPAN TERIMA KASIH Bijih besi+feso4 +HCL+NaOH Terima kasih kami ucapkan kepada Kementerian Riset, Teknologi dan Perguruan Tinggi yang telah mendanai penelitian ini. Penelitian ini masih dalam proses penyelesaian. 6. REFERENSI 1. T. Ishlah, POTENSI BIJIH BESI Indonesia Dalam Kerangka Pengembangan Klaster Industri Baja, B. Pardiarto, Tinjauan Rencana Pembangunan Industri Besi-Baja di Kalimantan Selatan, R. Cornell and U. Schwertmann, Less Common or Rare Iron Oxides in Iron Oxides in the Laboratory, Extended. Wiley VCH, E. Harianto, Studi Pemanfaatan Bijih Besi (Hematit dan magnetit Low Grade dan Grade di Indonesia Sebagai Bahan Baku Pembuatan Besi Co., in Prosiding Pertemuan Ilmiah Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Bahan, (2008). 5. L. Blaney, Magnetite (Fe 3O 4): Properties, Synthesis, and Applications, Lehigh Rev., vol. 15, pp (2007). 6. P. L. Hariani, M. Faizal, and D. Setiabudidaya, Synthesis and Properties of Fe 3O 4 Nanoparticles by Coprecipitation Method to Removal Procion Dye, Int. J. Environ. Sci. Dev., vol. 4, no. 3, pp (2013). 7. T. Rusianto, M. W. Wildan, K. Abraha, and K. Kusmono, Iron Sand as Renewable Resource for Production Magnetic Nano Particles Materials, in Engineering International Conference 2013 Proceeding, (2013). 8. H. El Ghandoor, H. M. Zidan, M. M. H. Khalil, and M. I. M. Ismail, Synthesis and Some Physical Properties of Magnetite (Fe 3O 4) Nanoparticles, Int. J. Electrochem. Sci., vol. 7, pp (2012). 9. R. Rantawulan, Karakterisasi Bijih Besi Alam Sebagai Bahan Baku Magnetit Pada Tinta Kering, K. D. Septityana, T. P. Rahman, W. Nugroho, R. Ikono, N. N. Maulana, and N. T. Rochman, Sintesis dan Karakterisasi Pigmen Hematit (α - Fe 2O 3) dari Bijih Besi Alam Melalui Metode Presipitasi, in Prosiding Semirata FMIPA Universitas Lampung, pp (2013). 11. K. D. Septityana, P. Priyono, N. T. Rochman, Yuswono, T. P. Rahman, D. W. Nugroho, R. Ikono, Nofrizal, and N. N. Maulana, Sintesis Dan Karakterisasi 149

5 Pigmen Hematit (Α - Fe 2O 3) Dari Bijih Besi Alam Melalui Metode Presipitasi, Youngster Phys. J., vol. 1, no. 4, pp (2013). 12. N. Kumari, A. Vidyadhar, J. Konar, and R.. Bhagat, Beneficiation Of Iron Ore Slimes From Karnataka Though Dispersion And Selective Flocculation, in Proceedings of the XI International seminar on Mineral Processing Technology (MPT-2010), pp (2010). 13. N. S. Ningrum, Uji Sulfidasi Biji Besi Kalimantan Selatan dan Ampas Pengolahan Tembaga PT. Freeport Indonesia Untuk Katalis Pencair Batu Bara, in Seminar Rekayasa Kimia dan Proses, pp (2010). 14. W. Widodo, P. Bambang, and Sari, Model Keterdapatan Bijih Besi Di Kabupaten Trenggalek Provinsi Jawa Timur, T. A. Kusumawati, Sintesis Nanopartikel Pigmen Oksida Besi Hitam (Fe 3O 4), Merah (Fe 2O 3) dan Kuning (FeOOH) Berbasis Pasir Besi Tulungagung, Universitas Negeri Malang,