PEMBUATAN GAS KLORIN (Cl 2 ) DAN NATRIUM HIDROKSIDA (Naoh) DARI HASIL PEMURNIAN GARAM JANGKA ACEH: Artikel Review Ridwan *), Halim Zaini *) ABSTRAK Garam Jangka mengandung, CaCl 2, MgCl 2, CaSO 4, MgSO 4, Na 2 SO 4, H 2 O, debu, tanah, dan pasir halus dengan kadar kurang dari 78%, tergolong garam kualitas rendah. Garam ini dapat ditingkatkan kadar nya hingga 92% 100% melalui pemurnian bertahap secara fisika, kimia, serta dengan resin penukar ion, menghasilkan garam kualitas tinggi. Salah satu keuntungan garam berkualitas tinggi adalah dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan gas klorin dan natrium hidroksida melalui proses elektrolisis. Hasilnya dapat digunakan pada berbagai industri sebagai bahan pengolahan air bersih, pembuatan sabun, plastik, industri kertas, dan industri kimia lainnya. Kata kunci: Gas klorin, natrium hidroksida, garam, pemurnian, elektrolisis. PENDAHULUAN Sebagian besar wilayah Indonesia terdiri dari laut yang mengandung garam dengan kadar tertentu. Garam tersebut belum dimanfaatkan secara maksimal baik untuk konsumsi rumah tangga maupun untuk industri. Kebutuhan garam yang berkualitas tinggi dengan kadar antara 92% 100% untuk bahan baku industri kimia masih tergantung dari luar negeri. Industri garam dalam negeri seperti garam yang berasal dari garam rakyat Jangka Kabupaten Aceh Utara Nanggroe Aceh Darussalam (NAD), jika dikembangkan ke arah produk yang berkualitas tinggi akan mempunyai prospek cerah serta dapat memasok kebutuhan lokal dan eksport. Garam berkualitas tinggi hasil pemurnian garam seperti garam Jangka dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan gas klorin dan natrium hidroksida. Pada industri, gas klor dan NaOH dibutuhkan untuk berbagai keperluan seperti pada industri pulp, industri air bersih, industri bahanbahan pembersih, industri sabun, mentega, industri obatobatan hama tanaman dan lainnya. JENIS GARAM DAN PENGGUNAANNYA Menurut Prayitno (1999), produk garam dapat dikembangkan menjadi berbagai jenis produk seperti garam curah, briket, garam meja, garam industri makanan, garam untuk pengeboran minyak, garam industri farmasi dan laboratorium. Penggunaan garam yang bermutu tinggi seperti garam industri adalah untuk bahan baku pembuatan gas klor (Cl 2 ), natrium hidroksida (NaOH), dan kaporit (NaOCl). Garam lokal yang berasal dari industri garam di Madura Jawa Timur yang telah lama digunakan oleh PT. Kertas Leces untuk bahan baku proses klor alkali sebelum digunakan, terlebih dahulu mengalami proses pemurnian fisika, kimia, dan proses pertukaran ion, dapat digunakan untuk bahan baku proses elektrolisis dengan spesifikasinya dapat ditampilkan pada Tabel 1 dan Tabel 2. Tabel 1. Spesifikasi larutan garam industri untuk proses elektrolisis 1. 2. Natrium klorida Kadar kalsium 100 < 0.20 ppm Sekitar 3. Kadar magnesium Mg ++ < 0.20 ppm 4. Kadar sulfat SO 4 0.00 Nihil 5. Zat tak larut CaCl 2 0.00 Nihil Sumber: Unit Chlor Alkali Plant PT. Kertas Leces, 1997 *) Staf Pengajar 14
Tabel 2. Spesifikasi garam industri untuk proses elektrolisis 1. Natrium klorida > 98.50 Minimal 2. Kadar air H 2 O < 4.00 3. Kadar kalsium < 0.10 4. Kadar magnesium Mg ++ < 0.06 5. Kadar sulfat SO 4 < 0.20 Sumber: Prayitno, 1999, Spesifikasi pada SII atau SNI no. 139 76 Reaksi Elektrolisa Garam yang sudah mengalami proses pemurnian dapat diuraikan secara proses elektrolisis menghasilkan gas Cl 2 dan NaOH. Reaksi elektrolisis berlangsung dengan memanfaatkan energi listrik melalui elektrodaelektroda menguraikan natrium klorida dengan reaksi: Anoda: Oksidasi: 2 Cl Cl 2 + 2 e E o oks 1.36 V (1) 2 H 2 O O 2 (g) + 4H + + 4e E o oks 1.23 V (2) Katoda: Reduksi: 2 Na + + 2 e 2 Na(p) E o red 2.71 V (3) Potensial elektroda untuk setengah reaksi (1) dan (2) sama besarnya. Harga yang tepat tergantung pada konsentrasi Cl dalam satu persamaan dan konsentrasi H + dalam persamaan yang lain. Bila larutan dipekatkan, cenderung terjadi setengahreaksi (1); bila sangat encer terjadi reaksi (2). Sejauh masih berhubungan dengan setengahreaksi reduksi, reduksi air terjadi lebih mungkin daripada Na + dan umumnya hanya setengahreaksi (4) yang terjadi. Pembuatan Gas Cl 2 dan NaOH Larutan garam yang sudah murni bersumber dari garam Lam Cok atau garam Jangka (mendekati kadar 100 %) dipergunakan 2 H 2 O + 2 e H 2 (g) + 2 OH E o red 0.83 V (4) sebagai bahan baku pembuatan gas klor (Cl 2 ) dan natrium hidroksida (NaOH) melalui proses elektrolisis. Menurut Eni (1989) pengaliran arus listrik ke dalam sel elektrokimia yang berisi larutan elektrolit akan terjadi reaksi kimia, larutan garam akan mengalami elektrolisis menghasilkan gas klor (Cl 2 ) dan soda (NaOH). Reaksi elektrokimia memerlukan sepasang elektroda, anoda dan katoda. Elektroda dipisahkan oleh selaput pemisah atau membran. Pembuatan gas klorin alkali dari larutan, merupakan proses elektrolisis menggunakan larutan pekat dan menurut Hiskia Ahmad (2001) reaksi yang terjadi sebagai berikut: Anoda: Oksidasi: 2 Cl Cl 2 + 2 e E o oks 1.36 V (1) Katoda:Reduksi: 2 H 2 O + 2 e H 2 (g) + 2 OH E o red 0.83 V (4) + Reaksi: 2 Cl(aq) + 2 H 2 O Sumber ion klorida adalah, hasil reaksi selain gas hidrogen (H 2 ) adalah gas klor (Cl 2 ) dan alkali NaOH. Proses yang menghasilkan produk ini dinamakan proses klor alkali, lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 1. Menurut Petrucci dan Suminar (1989), salah satu sel elektrolisa klor alkali adalah sel diafragma. Sel ini terdiri dari sebuah ruangan anoda, tempat gas klor (Cl 2 ) diproduksi, dan sebuah ruangan katoda tempat gas hidrogen (H 2 ) dan NaOH(aq) diproduksi. Gas klor dan hidrogen harus dipisahkan, sebab kedua gas tersebut bila tercampur dapat meledak. Kontak antara Cl 2 dan NaOH(aq) harus juga dicegah. Pencegahan ini 2 OH (aq) + H 2 (g) + Cl 2 (g) E o sel 2.19 V diatasi dengan suatu penyekat atau pembatas yang disebut diafragma. Bila gas Cl 2 dan NaOH(aq) bercampur akan membentuk senyawa NaOCl dan O 3. Perbedaan dalam permukaan larutan dipertahankan sedemikan rupa sehingga natrium klorida (aq) mengalir perlahan dari ruangan anoda ke katoda. Hal ini mengurangi aliran balik dari natrium hidroksida NaOH(aq) ke dalam ruangan anoda. Larutan dari ruangan katoda harus dipekatkan dengan penguapan air dan pemurnian dengan pengkristalan (p). Hasil akhir dalam proses kloralkali adalah cairan soda dengan 15
kadar 50% NaOH(aq) dan gas klor (Cl 2 ) dengan sekitar 1% berupa residu. + I I I I I Cl 2 (g) H 2 (g) OOO OOO O O OOOOO OOOOO OOOO ANODA (aq) (aq) + NaOH(aq) KATODA Gambar 1. Sketsa sel elektrolisa klor alkali PEMURNIAN GARAM Garam Jangka belum layak dikonsumsi sebagai bahan baku industri kimia sehingga terlebih dahulu harus dimurnikan melalui berbagai tahapan proses secara reaksi kimia dan pemisahan secara fisik karena masih mengandung bahanbahan selain seperti garam Ca, Mg. Pada proses soda elektrolisis bahan baku mengandung 92 98 %. Pemurnian Garam Secara Fisika Garam Jangka yang tergolong tinggi kadar impuritiesnya dimurnikan dengan penyaringan larutan garam, yang tertahan pada saringan sebagai pengotor, sedangkan yang lolos saringan direkristalisasi untuk mendapatkan garam yang lebih murni. Cara ini tidak dapat memisahkan komponenkomponen garam yang tidak saling bercampur secara fisik. Komponen kimia garam yang saling bercampur tidak terpisah seperti, Mg ++, dan SO4 masih tetap ada dalam kristal atau larutan garam. Menurut Syafruddin, dkk (2002), garam lokal Lam Chok dan Jangka Aceh Utara yang dimurnikan secara filtrasi (fisika) dapat menghasilkan kadar garam sekitar 94 s/d 98 %. Perbandingan kualitas garam Lam Cok dan garam Jangka dengan garam lokal yang berasal dari Madura dengan spesifikasinya yang digunakan oleh PT. Kertas Leces dapat dilihat pada Tabel 3 dan Tabel 4. Tabel 3. Spesifikasi garam lokal (Madura) untuk PT.Kertas Leces No Nama Komponen 1. Natrium klorida 2. Air 3. Kalsium 4. Magnesium 5. Kadar sulfat 6. Zat tak larut Rumus Kimia H 2 O Mg ++ SO 4 Kadar (%) >92,00 <5,00 <0,15 <0,10 <2,00 <0,50 Sumber: Unit CAP PT.Kertas Leces, 1997. Ket Minimal Tabel 4. Spesifikasi garam lokal (Madura) untuk PT.Kertas Leces 1. Natrium klorida > 92.00 Minimal 2. Magnesium klorida MgCl 2 < 1.85 3. Magnesium sulfat MgSO 4 < 0.51 4. Kalsium sulfat CaSO 4 < 0.41 5. Natrium sulfat Na 2 SO 4 < 2.01 6. Kalsium klorida CaCl 2 < 0.22 7. Zat tak larut < 3.00 Sumber: Laporan PKL TKUGM PT.Kertas Leces, 1997. 16
Pemurnian Garam Secara Kimia Larutan garam selain seperti, Mg ++, dan SO4 diminimalisasikan atau diendapkan dengan penambahan senyawa kimia tertentu, seperti Na 2 CO 3, dan BaCl 2. Reaksi pengendapan merupakan cara yang sangat berharga untuk memisahkan suatu sampel menjadi bagianbagian komponenkomponennya. Bahan yang tertahan pada filtrasi adalah zat yang akan dipisahkan digunakan untuk membuat suatu fasa baru yaitu endapan padatan, sedangkan filtratnya adalah larutan garam natrium klorida yang telah mengalami proses pemurnian primer. (Day and Underwood: 1990). Tabel 5. Hasil kali kelarutan dan kelarutan beberapa garam Komponen Senyawa Hasil Ksp Kelarutan pada 18 o C Garam Proses (gram/100 ml air ) Na + 35.86 CaCO 3 5x10 9 0.0013 Mg ++ Mg(OH) 2 1x10 11 0.001 SO4 BaSO 4 1x10 10 2.3 x 10 4 Fe3 + Fe(OH) 3 1x10 36 5.1 x 10 11 Sumber: Vogel, 1985, dan Day and Underwood, 1990 Hasil Proses (Brine) Menurut Vogel, 1985, terjadi reaksi pengendapan dari ionion komponen garam yang berbentuk larutan dalam suatu bejana (reaktor) pengendapan sebagai berikut: + Na 2 CO 3 CaCO 3 + 2Na + Mg ++ + 2NaOH Mg(OH) 2 + 2Na + SO 4 + BaCl 2 BaSO 4 + 2Cl Fe 3+ + 3NaOH Fe(OH) 3 + 3Na + Garamgaram ini dapat mengendap karena hasil kali kelarutan (Ksp) dan kelarutannya sangat kecil dibandingkan garam yang kelarutannya jauh lebih besar, sehingga garam dapat dimurnikan. Semua senyawa yang terbentuk seperti kalsium karbonat, magnesium hidroksida, barium sulfat, dan besi hidroksida mengendap, sehingga kadar ionion tersebut berkurang. Untuk lebih memaksimalkan pengendapan ionion impurities maka dilakukan penambahan pengendap berlebih, NaOH berlebih 0,5 1,0 gram/liter, Na 2 CO 3 berlebih 0,5 1,0 gram/liter. Pemurnian Garam dengan Resin Penukar Ion Pemurnian lanjutan dilakukan pada kolom resin penukar ion (ion exchanger). Resin diperlukan untuk mengikat ionion yang tidak dikehendaki yang masih tersisa pada proses pemurnian primer. Larutan garam yang keluar dari ion exchanger kandungan dan Mg ++ masingmasing harus kurang dari 0,2 ppm. Bila melebihi angka tersebut segera dilakukan pencucian resin. Untuk mengaktifkan resin, diperlukan air demineral yang dialirkan dari bawah kolom resin, HCl 4 % dialirkan dari atas kolom resin kemudian ditiriskan sampai habis, air demineral dialirkan ditiriskan sampai habis, dicuci dengan NaOH 5 %, selanjutnya dialirkan air demineral lagi dan dibilas sekali lagi dengan air demineral. Reaksi pertukaran ion dilakukan sampai dipenuhi persyaratan kandungan dan Mg ++ masingmasing harus kurang dari 0,2 ppm dan reaksi yang terjadi selama pencucian adalah sebagai berikut: Pencucian Resin: 2 RNa + + R 2 Ca Regenerasi Resin: R 2 Ca + HCl RH Reversi (pengaktifan) Resin: 2 RH + 2 NaOH 2 R Na + + 2 H 2 O PEMBAHASAN Pemurnian garam lokal yang bersumber dari Lam Cok dan Jangka secara fisika hanya dapat memisahkan komponenkomponen pengotor garam seperti debu, tanah, dan pasir dapat menghasilkan dengan kadar 94 % 98%. Hal ini lebih baik dibandingkan dengan 17
garam yang berasal dari Madura dengan kadar nya hanya mencapai 92%. Dengan metode ini komponen kimia yang masih tercampur dengan seperti garamgaram CaCl 2, MgCl 2, CaSO 4, MgSO 4, dan Na 2 SO 4, tidak dapat dipisahkan dan masih bergabung dengan. Garamgaram CaCl 2, MgCl 2, CaSO 4, MgSO 4, dan Na 2 SO 4 yang terkandung dalam larutan garam Jangka dapat dipisahkan secara kimia melalui proses pengendapan. Pengendapan dilakukan dengan menambahkan bahan kimia pengendap yang sesuai untuk masingmasing garam yang akan dipisahkan. Pemisahan menghasilkan kadar di atas 99%. Untuk mereduksi bahanbahan kimia pengotor yang masih terkandung dalam larutan garam dengan kadar di atas 99% dapat dilakukan dengan proses pertukaran ion (ion exchange) pada kolom resin. Pada proses ini kadar pengotor yang tersisa berupa logam Ca dan Mg dapat direduksi hingga kadarnya tersisa dalam larutan di bawah 0,2 ppm. Larutan garam dengan kadar Ca dan Mg 0,2 ppm yang telah murni dengan kandungan pengotor di bawah 0,2 ppm selanjutnya dapat digunakan sebagai bahan baku untuk pembuatan gas klorin (Cl 2 ) dan natrium hidroksida (NaOH) melalui proses elektrolisis. Pembuatan gas klorin dan NaOH dari larutan garam dengan kadar Ca dan Mg dibawah 0,2 ppm dengan sel elektrolisis akan berlangsung secara kontinu dengan pembatasan atau pemisahan produk yang terjadi antara gas klorin dan NaOH tidak boleh terjadi kontak langsung satu dengan lainnya. Jika terjadi kontak langsung gas klorin dan NaOH dapat menimbulkan ledakan yang dahsyat, karena dapat membentuk bahan oksidator sperti NaOCl dan NaOCl 3. Hasil akhir proses klor alkali menghasikan kadar NaOH 50% dan gas Klorin serta sisa larutan garam sebesar 1%. Garam Jangka Aceh Utara dengan kadar garam 94 % 98% secara ekonomis tidak kalah kualitasnya dibandingkan dengan garam lokal yang berasal dari Madura dengan kadar garamnya sekitar 92%. Namun kemungkinan kendalanya terletak pada kuantitas produksinya yang masih rendah dibandingkan dengan garam yang diproduksi di Madura. Meskipun demikian untuk perkembangan industri dalam negeri sudah sepantasnya mengembangkan industri yang berbasis bahan baku lokal. KESIMPULAN 1. Pembuatan gas klor (Cl 2 ) dan natrium hidroksida (NaOH) dari garam industri lokal hasil proses rekristalisasi, dapat dilakukan setelah garam tersebut dilakukan pemurnian primer dan sekunder, sehingga dihasilkan dengan kadar 100%. 2. Pembuatan gas klor (Cl 2 ) dan natrium hidroksida dari bahan baku garam rakyat dari industri lokal (Jangka dan Lam Cok) dapat dilakukan dengan proses elektrolisis. 3. Proses elektrolis larutan garam dengan kadar 100% menghasikan larutan 50% NaOH dan gas klorin (Cl 2 ), serta 1% sisa larutan garam. DAFTAR PUSTAKA Ahmad, Hiskia, 2001, Reaksi Redoks dan Sel Elektrokimia, Praktikum Kimia Dasar, http://alat.dikit.org/lab/kidas/lima.htm. Austin, G.T., dan Jasjfi, E, 1996, Industri Proses Kimia, edisi 5, jilid I, Penerbit Erlangga, Jakarta. Christensen, K, 1991, Pulp Technology, Trondein, John Willey, New York. Petrucci, RH dan Suminar, 1989, Kimia Dasar Prinsip dan Terapan Modern, Edisi 4, Jilid 3, Penerbit Erlangga, Jakarta. PT.Kertas Leces, 1997, Sistem & Manajemen Mutu Dalam Produksi pada Unit CAP. Prayitno, 1999, Proses Pemurnian Garam Untuk Garam Konsumsi Mutu Tinggi, J. BISTEK, edisi no. 07 / Th.VII / April, Politeknik Unibraw Malang. Syafruddin, Ratni Dewi, 2002, Pemurnian Garam Rakyat Untuk Meningkatkan Konsentrasi, Politeknik Negeri Lhokseumawe Depdiknas. Universitas Gajah Mada, 1995, Laporan Praktek Kerja Lapangan (PKL) Mahasiswa FT/Teknik Kimia, PT.Kertas Leces..1989., Ensiklopedi Indonesia (ENI) Elektrokimia, Jakarta, hal: 68. Vogel, Svehla, G, 1985, Buku Teks Analisis An Organik Kualitatif Makro dan Semi Mikro, edisi 5, bagian I, PT. Kalman Media Pustaka, Jakarta. 18