Ion sulfat secara alami terdapat dalam beberapa mineral dan air limbah industri setelah pengolahan Barite (BaSO4), Epsomite (MgSO4·7H2O), gypsum (CaSO4·2H2O) dan sulfida logam (terutama Fe, Cu dan Mo).Tingginya kadar ion sulfat menyebabkan masalah lingkungan yang parah, terutama di sektor pertambangan, metalurgi, kimia dan sektor pertanian. Sisa dari batu bara dan logam yang kaya pirat dan kalkopirat teroksidasi menjadi air dan oksigen menghasilkan limbah asam. batubara dan beberapa bijih logam (terutama yang kaya pirit dan kalkopirit) cepat teroksidasi oleh air dan oksigen yang akan menghasilkan limbah asam. limbah cair tersebut atau AMDs (acid mine drainages) mengandung kadar ion logam berat, ion sulfat dan keasaman yang tinggi. Oleh sebab itu penghilangan ion sulfat merupakan salah satu tantangan utama dalam industri pertambangan.
Penghilangan ion sulfat merupakan salah satu permasalahan yang terdapat di bidang pertambangan, metalurgi dan industri kimia. Penghilangan ion sulfat dalam larutan encer merupakan proses yang paling sulit dalam industri tersebut karena prosesnya yang tidak efisien dan membutuhkan biaya yang mahal. Penelitian ini menyajikan metode untuk menghilangkan ion sulfat berdasarkan metode kopresipitasi dengan menggunakan garam aluminium berupa AlCl3 dan garam polyaluminum klorida (PAC) yang kemudian dilanjutkan dengan proses filtrasi. Sementara itu perbedaan spesies Al menimbulkan reaksi yang berbeda dengan sulfat, yaitu antara lain membentuk kompleks larut dan kompleks yang tidak larut yang kemudian menyebabkan ketidaklarutan sehingga dapat dihilangkan. Reaksi kinetik bergantung dari spesies Alb yang diklasifikasikan sebagai polimerik dan dibuktikan dengan berbagai teknik yang berbeda. Hasil yang lebih baik didapat dengan garam anorganik AlCl3 jika dibandingkan dengan PAC. Hal ini mungkin terjadi karena tingginya aktifitas yang dimiliki oleh spesies Al. kopresipitasi dari sulfat bergantung pada tingginya pH yang bernilai optimal pada 4.5, rasio massa antar reagen dan ion sulfat yang optimal pada 7:1 dan waktu selama 10 menit. Akhirnya dapat disimpulkan bahwa teknik yang diusulkan disini memiliki potensi yang baik untuk penghilangan ion sulfat dalam larutan encer.
Bahasan metode yang digunakan:
Natrium sulfat anhidrat (P.A.) digunakan untuk membuat larutan sulfat sebagai prekursor. Garam yang digunakan meliputi Polyaluminium chloride (PAC) dan aluminium klorida (AlCl3) yang digunakan sebagai reagen kopresipitasi ion sulfat. HCl dan NaOH dalam penelitian ini digunakan untuk pengatur pH yang memang diatur pada pH yang berbeda-beda. Kemudian juga digunakan membran selulosa untuk penyaring endapan ion sulfat yang terbentuk.
Metode kopresipitasi dilakukan dalam gelas beker 250 mL yang dilengkapi dengan pengaduk magnetik (magnetic stirrer). Kopresipitasi ion sulfat dilakukan antara pH 3 dan 10.5 dengan reagen larutan sulfat dan aluminium memiliki ratio tetap 3:1, 5:1, 7:1, 10:1 (baik PAC maupun AlCl3), kemudian diaduk dengan magnetic stirrer selama 30 detik pada 15 rpm dan endapan koloid akan disaring setelah 10 menit .
Bahan baku yang dipakai adalah natrium sulfat anhidrat (P.A), garam aluminium klorida (AlCl3), garam polialuminium klorida (PAC), HCl dan NaOH. Natrium sulfat anhidrat yang digunakan untuk menyiapkan larutan sulfat yang akan diendapkan. Garam aluminium klorida (AlCl3) digunakan sebagai reagen untuk membentuk kompleks larut dan tidak larut dengan anion sulfat agar bisa dipisahkan sedangkan garam polialuminium klorida (PAC) sebagai garam pembanding dengan molekul yang lebih besar. Reagen HCl dan NaOH digunakan untuk mengatur pH larutan. Dalam pengaturan pH ini harus menggunakan asam dan basa yang kuat, karena variasi pH pada penelitian ini memiliki range yang lebar sehingga diperlukan asam dan basa kuat agar pH dapat tercapai secara efektif.
Gambar 1. Gambar distribusi aluminium dan interaksinya dengan ion sulfat dalam larutan
2Al3+ + 3SO42-à Al2(SO4)3(s) Ksp = 6.5 x 10-21
Hasil dihubungkan dengan teori
Al terdistribusi menjadi 3 spesies seperti berikut :
Hasil yang terbaik didapatkan ketika ion sulfat dipisahkan dengan reagen Al3+ yang diperoleh dari garam AlCl3 dan PAC pada pH 4.5 dan pada perbandingan reagen dan ion sulfat sebesar 7 : 1 yaitu endapan yang didapatkan >85% dari konsentrasi ion sulfat awal yaitu sebesar 1800 mg L-1. Untuk kondisi yang terbaik didapatkan pada range pH 4.5 - 5.0 dimana spesies Alb merupakan spesies yang menonjol dan berinteraksi dengan ion sulfat.
Gambar 2. Pengaruh pH pada kopresipitasi ion sulfat dalam endapan koloid aluminium.
Gambar 3. Pengaruh pH pada kopresipitasi ion sulfat dengan polialuminium klorida.
Garam aluminium tidak mengendap pada pH di bawah tiga karena kelarutan aluminium dalam medium asam. Hal ini mencegah pemisahan ion sulfat dengan mekanisme kopresipitasi.
Gambar 4. (a) Fotografi SEM dari ion sulfat dalam endapan PAC. (b) fotografi SEM dari endapan PAC
Gambar . 4a menunjukkan adanya ion sulfat yang mengendap dalam permukaan luar polialumunium klorida (PAC), sedangkan gambar. 4b menunjukkan PAC tanpa adanya ion sulfat yang mengendap. Hasil ini dijelaskan dari analisis Energy Dispersive X-ray (EDX), yang memberikan penafsiran dari unsure dalam interaksi secara keseluruhan.
Gambar 5. Kinetika dari penghilangan ion sulfat dengan PAC dan AlCl3, pada pH 4,5. Koagulan: rasio sulfat 7:1. Konsentrasi ion sulfat 1800 mfL-1
Gambar 5 menunjukkan grafik kinetik pemisahan ion sulfat dengan PAC dan AlCl3 pada pH 4,5 dan rasio koagulan sulfat sebesar 7:1. Konsentrasi ion sulfat awal sebesar 1800 mg L-1. Grafik dengan jelas menunjukkan bahwa penggunaan AlCl3 untuk menghilangkan ion sulfat lebih efektif dari pada PAC. Keefektifan ini tampak dari kinetika reaksi keduanya. AlCl3 mampu menghilangkan ion sulfat yang lebih banyak daripada PAC pada waktu yang sama dengan PAC. Konsentrasi akhir ion sulfat dengan penambahan AlCl3 sebesar 250 ppm, sedangkan dengan PAC sekitar 800 ppm dari konsentrasi ion sulfat awal sebesar 1800 ppm.
Kesimpulan:
Ion sulfat (garam sodium) merupakan kopresipitasi yang dipindahkankan dari air dengan koloid aluminium bearing. Kopresipitasi ini terbentuk dari hidrolisis AlCl3 atau polialuminium klorida (PAC) yang bereaksi pada kondisi larutan PH, waktu dan reagen/rasio sulfat yang berbeda. Hasil terbaik dari peneliatian ini adalah AlCl3 pada PH 4,5 (>80% Ion sulfat hilang) dengan waktu 10 menit. Rasio waktu reaksi dan AlCl3/SO42- adalah 7:1. Hasil dari PAC menunjukkan efisiensi yang rendah, sekitar 64% untuk rasio massa 10:1. Bentuk spesies polimer aluminium (Alb) muncul sebagai akibat dari mekanisme yang melibatkan pemindahan sulfat sehinga mendapatkan hasil yang lebih baik. Beberapa peneliti mempelajarinya untuk membuktikan efisiensi dari teknik yang digunakan dan mereka akan mendalami penelitian tersebut lebih lanjut.
Epitaktik
Ada dua tipe reaksi yaitu epitaktik dan topotaktik. Epitaktik lebih tidak spesifik daripada topotaktik. Keduanya menunjukkan hubungan structural antara dua fase. Reaksi epitaktik adalah salah satu tipe reaksi dimana pada reaksi ini hubungan reaksinya dibatasi oleh interface (batasan dua fasa) antara dua kristal. Sebagai contoh, 2 struktur yang memiliki susunan ion oksida pada interface, tetapi struktur pada kedua sisi interfacenya mungkin berbeda. Oleh karena itu reaksi epitaktik hanya memerlukan satu kesamaan struktur dua dimensi pada interface kristal. Contoh pada MgO/BaO.
Sumber : Silva, R., et.al., (2010), Sulphate ions removal from an aqueous solution: I. Co-precipitation with hydrolysed aluminum-bearing salts, mineral engineering 23, 1220–1226, elsevier
Tidak ada komentar:
Posting Komentar