Proses Pemisahan Kalium

Dasar-Dasar Teknik Kimia

ISSN 1410-9891

Peningkatan Daya Saing Nasional Melalui Pemanfaatan Sumber Daya Alam untuk Pengembangan Produk dan Energi Alternatif

1

PROSES PEMISAHAN KALIUM DAN NATRIUM DARI SODA Q

Faleh Setia Budi

Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Jl. Prof. Sudharto, SH, Tembalang, Semarang, 50239 Indonesia

e-mail: [email protected]

Abstrak Soda Q yang merupakan hasil pembakaran kulit buah kapuk randu mengandung 50,78 % K2CO3 , 26,27 % Na2CO3 dan 4,37 % NaOH. Oleh karena itu soda Q mempunyai potensi untuk dijadikan sebagai sumber K dan Na. Agar K dapat digunakan secara lebih spesifik maka soda Q perlu dilakukan proses separasi untuk memisahkan K dan Na. Penelitian ini bertujuan mengambil Kalium yang terdapat dalam Soda Q dengan cara direaksikan dengan asam tartat. Variabel yang ditetapkan sebagai variabel bebas adalah suhu dan rasio larutan soda Q dengan asam tartat, sedangkan variabel lain dibuat tetap. Parameter yang diamati adalah berat dan kadar K/Na dalam produk. Kondisi operasi optimum yang diperoleh adalah suhu 50oC dan rasio larutan soda Q dengan Asam Tartrat 1 : 2 . Pada kondisi optimum ini didapatkan berat Kalium Tartrat 31,7 gram dan kadar Kalium 21,08%. Kadar Natrium dalam produk 20 ppm, lebih kecil daripada kadar Natrium awal. Kata kunci : Soda Q, Kalium, Natrium, Kalium Tartrat

Abstract

Soda Q which is the product of kapok randu fruit shell burning contains 50,78 % K2CO3 , 26,27 % Na2CO3 and 4,37 % NaOH. Therefore soda Q has potency to become as the source of K and Na. In order it can be used more specifically, soda Q is necessary to be processed to separate the potassium (K) and the sodium (Na). This research aims to take the potassium, which presents in the soda Q by reacted with tartaric acid. The variables fixed as the independent variables are temperature and rasio the solution of soda Q to the tartaric acid, while the others are the dependent variables. The observed parameters are the weight of product and the content of K/Na in the product. The conditions of optimum operasion obtained are temperature 50 oC and rasio the solution of soda Q to than tartaric acid 1: 2. In this condition it is gained the weight of the potassium tartrate 31,7 grams and the content of K 21,08 %. The content of Na in the product is average 20 ppm, less than the content of Na in the material. Keywords : Soda Q, Potassium, Sodium and Potassium tartrate.

1. Pendahuluan.

Selama ini kebutuhan pupuk KCl Indonesia dipenuhi dari impor karena kurangnya sumber K. Hal ini dapat dilihat dari impor KCl Indonesia masih sangat tinggi. Pada tahun 2000 impor KCl mencapai 359.453 ton dengan nilai beli US$50.041.070, sedangkan impor K2CO3 sebesar 3.781 ton dan Na2CO3 mencapai 647.685 ton dengan nilai beli lebih dari US$ 87 Juta (BPS, 2000). Karena itu sangat penting untuk mencari alternatif sumber bahan tersebut untuk mengurangi impor. Salah satu bahan yang


ISSN 1410-9891


2

mempunyai potensi adalah kulit buah kapuk randu (Ceiba pentranda). Kulit buah kapuk randu mengandung kalium 20 25 %.

Berdasarkan hasil analisa kimia di Laboratorium Sucofindo, hasil ekstraksi abu kulit buah kapuk randu yang populer dengan nama soda Q mengandung senyawa Kalium Karbonat (K2CO3) 50,78 %; Natrium Karbonat (Na2CO3) 26,27 % dan Natrium Hidroksida (NaOH) 4,37 %. Selama ini abu kulit buah kapuk randu hanya digunakan sebagai bahan tambahan pada industri sabun dan soda kue secara terbatas dan belum ada usaha untuk memisahkan Kalium yang terdapat dalam soda Q. Jika Kalium dan Natrium yang terdapat dalam soda Q bisa dipisahkan maka pemakaian soda Q bisa bertambah luas karena manfaat Kalium dan Natrium sangat banyak. Oleh karenanya penelitian ini bertujuan untuk untuk memisahkan Kalium (K) dan Natrium (Na) yang ada di dalam produk ekstraksi abu kulit buah kapuk randu (soda Q). Dari penelitian ini diharapkan didapatkan cara pemisahan Kalium dari unsur-unsur lain yang terdapat dalam soda Q beserta kondisi operasinya.

Tabel 1. Kandungan Komponen Soda Q Parameter Unit Jumlah

Kandungan NaOH % 4,37 Kandungan Na2CO3 % 26,27 Kandungan K2CO3 % 50,78 Kandungan Cl dalam NaCl % 1,20 Kandungan SiO4 % 3,63 Kandungan SiO2 % 13,68 Kandungan Al dalam Al2O3 % 0,04 Kandungan Fe dalam Fe2O3 % 0,03 Kandungan Ca dalam CaO Ppm 24,08 Kandungan Mg dalam MgO Ppm 39,02

*Analisa kadar diatas dalam berat 250 gram

Kristalisasi Kristalisasi merupakan salah satu dari berbagai macam cara proses pemisahan/separasi yang banyak

digunakan sebagai metoda untuk pemurnian, artinya memisahkan salah satu senyawa dari campuran senyawa-senyawa sehingga diperoleh produk berupa kristal yang lebih murni. Dengan pengertian tersebut proses kristalisasi dapat dilakukan dengan 2 metoda yaitu : kristalisasi dari larutan/solution dan kristalisasi dari lelehan/melt. Kebanyakan proses kristalisasi di industri kimia menggunakan metoda kristalisasi dari larutan sedangkan metoda kristalisasi dari lelehan banyak ditemui di industri gelas kristal dan semikonduktor seperti kristal Silicon dan Ga-As untuk pembuatan chips integrated circuit (IC).

Kristalisasi adalah proses terbentuknya fasa padat kristalin dari suatu solute yang ada didalam larutan. Suatu solute dapat mengkristal dari larutannya apabila konsentrasi solute tersebut telah melewati konsentrasi saturasinya (larutan tersebut sudah lewat jenuh/supersaturasion). Larutan yang konsentrasi solutenya melebihi konsentrasi jenuhnya ini disebut larutan supersaturasi atau larutan lewat jenuh. Selisih konsentrasi solute pada kondisi lewat jenuh dengan konsentrasi jenuhnya disebut derajat supersaturasi = C, sehingga : C = C supersaturasi - C saturasi Jadi jumlah solute yang bisa mengkristal adalah maksimum sebesar C ini, karena slurry yang keluar dari kristaliser terdiri dari butiran-butiran kristal plus larutan yang sering disebut larutan induk (mother liquor) dengan konsentrasi solutenya minimum = konsentrasi larutan jenuh atau saturasinya. Cara lain menyatakan besaran larutan supersaturasi adalah dengan perbandingan atau rasio antara konsentrasi supersaturasi dengan konsentrasi saturasi : S S = C supersaturasi / C saturasi Dalam operasionalisasi kristaliser dengan metoda pendinginan, operator lebih senang menggunakan beda suhu saturasi dan suhu kristalisasi yang lebih rendah = supercooled = T , sehingga :

Derajat supersaturasi : T = Tsaturasi - Tkristaliser Karena proses kristalisasi adalah proses perpindahan massa mass transfer, dimana sebagai driving force dalam mass transfer adalah beda konsentrasi, sehingga dengan semakin tinggi derajat supersaturasi, akan semakin cepat proses kristalisasinya dan semakin banyak/berat kristal yang terbentuk (Danny S, 2003).


ISSN 1410-9891


3

Secara teori untuk mendapatkan larutan lewat jenuh bisa dilakukan dengan berbagai macam cara antara lain:

Pendinginan larutan, Penguapan solven dengan evaporasi-panas, Penguapan solvent dengan pemvacuman, Reaksi kimia, Penambahan zat lain untuk mengganggu keseimbangan kelarutan.

Pada penelitian ini akan mencoba menggunakan metode reakdi kimia untuk memisahkan kalium dari natrium dan unsur-unsur lain yang terdapat dalm soda Q. Apabila kalium direaksikan dengan asam tartat akan terbentuk endapan kalium tartat, sedangkan unsur-unsur yang lain dalam soda Q tidak membentuk endapan bila direakiskan dengan asam tartat. Oleh karena itu asam tartat ada kemungkinan bisa digunakan untuk memisahkan kalium dengan unsur-unsur lain dalam soda Q. Reaksi yang terjadi antara kalium dengan asam tartat sebagai berikut;

K+ + H2C4H4O6 ' KHC4H4O6 + H+ dan

K+ + H . C4H4O6 - ' KHC4H4O6 Endapan Kalium Tartrat, KHC4H4O6 yang diperoleh tidak berwarna, dan kristalin (Vogel, 1979).

2. Metode Percobaan.

Penelitian ini bertujuan untuk mengambil K yang terdapat dalam Soda Q dengan metode pengendapan menggunakan pereaksi asam tartat. Bahan-bahan yang digunakan antara lain: soda Q, aquadest, asama tartat dan larutan buffer. Sedangkan alat-alat yang digunakan antara lain: Beaker glass 1 liter, pemanas listrik, magnetic stirer, alat penyaring, termometer dan oven.

Varibel yang divariasi dalam penelitian ini adalah rasio volume soda Q dengan Asam Tartrat (1:3, 1:2, 1:1, 2:1, 3:1) dan suhu operasi (30 oC, 40 oC, 50 oC, 70 oC dan 90 oC). Sedangkan variabel lainnya dibuat tetap seperti konsentrasi asam tartat 0,6 M, waktu pengadukan 10 menit dan lain-lain. Sebelumnya dilakukan percobaan pendahuluan untuk mencari data kelarutan soda Q dalam pelarut air pada suhu atmosferik. Pada percobaan pendahuluan ini dilakukan pelarutan soda Q dengan berbagai macam perbandingan/rasio (1:1, 1:2, 1:3, 1:4, 1:5, 1:6, 1:7 dan 1:8) dalam berat pada suhu atmosferik.

Gambar 1. Diagram alir proses pengambilan K dari soda Q.

Prosedur percobaan dalam penelitian: Melarutkan soda Q dalam air (aquadest) dengan rasio

berdasarkan data hasil percobaan pendahuluan. Mengaduk campuran air dan soda Q tersebut dengan

Filtrat

Pelarutan

Filtrasi

Pengendapan K2CO3

Filtrasi Endapan (K Tartrat)

Aquadest

Endapan kotoran

Lart buffer, As. Tartrat

Soda qie


ISSN 1410-9891


4

magnetic stirer sampai homogen (selama 10 menit) dan kemudian menyaring campuran dengan saringan penghisap. Filtratnya diambil sebanyak 100 ml dan mengecek pH-nya. Apabila pH yang diperoleh jauh di atas 7 (basa) maka perlu ditambahkan larutan asam untuk menaikkan pH-nya menjadi sekitar 7. Agar pH larutan stabil selama proses reaski maka perlu ditambahkan larutan buffer kedalam filtrat yang telah disaring. Menambahkan senyawa Asam Tartrat ke dalam filtrat dengan rasio volume 1:3 pada suhu 30 oC hingga terbentuk endapan putih. Kemudian endapan disaring menggunakan saringan penghisap dan dikeringkan dengan oven. Selanjutnya endapan Kalium Tartrat yang telah dipisahkan ditimbang dan dianalisa. Mengulangi prosedur di atas untuk variabel yang lain.

Variabel respon/parameter yang diamati untuk mengetahui hasil percobaan adalah berat produk dan kadar Kalium (K) dan Natrium (Na) dalam produk. Analisa kadar kalium (K) dan Natrium (Na) dilakukan dengan menggunakan AAS.

3. Hasil dan Pembahasan.

Hasil Penelitian.

Tabel 2. Data kelarutan soda Q pada suhu kamar (30 oC)

Rasio Soda Q: Air Berat Soda Q (gr) Air (ml) Berat Endapan (gr) Filtrat (ml)

1 : 1 20 20 1,65 22,5

1 : 2 20 40 1,05 44

1 : 3 20 60 1,00 62

1 : 4 20 80 0,90 82

1 : 5 20 100 0,65 104

1 : 6 20 120 0,65 121

1 : 7 20 140 0,60 141

1 : 8 20 160 0,40 161

Tabel 3. Data berat endapan Kalium Tartrat

Berat Endapan (gr) Rasio volume Soda Q : As Tartrat

30 oC 40 oC 50 oC 70 oC 90 oC

rasio 3 : 1 0,1 0,2 0,6 0,4 0,1

rasio 2 : 1 0,25 0,4 1,6 1 0,3

rasio 1 : 1 0,3 6,8 11,5 10,2 9,7

rasio 1 : 2 11,5 24,7 31,7 28,4 25,7

rasio 1 : 3 26,7 31,3 39,5 30,8 29,3


ISSN 1410-9891


5

Tabel 4. Data analisa kadar K dan Na

00.20.40.60.8

11.21.41.61.8

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Rasio air/soda Q (dalam berat)

Ber

at e

ndap

an (g

r)

Gambar 2.. Grafik hubungan berat endapan terhadap rasio soda Q dengan air.

05

1015202530354045

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Suhu (oC)

Ber

at p

rodu

k (g

r) rasio 3 : 1

rasio 2 : 1

rasio 1 : 1

rasio 1 : 2

rasio 1 : 3

Gambar 3. Grafik hubungan berat endapan Kalium Tartrat terhadap suhu.

Hasil No Rasio vol

Soda Q : As Tartrat

Suhu (oC) Kadar K (%) Kadar Na (ppm)

1 40 21,99 26,84

2 50 22,49 18,36

3

1 : 1

70 22,99 23,19

4 40 20,41 21,21

5 50 21,08 20,05

6

1: 2

70 22,65 14,97

7 40 21,91 14,99

8 50 17,26 25,20

9

1 : 3

70 22,57 15,94


ISSN 1410-9891


6

16

17

18

19

20

21

22

23

24

30 40 50 60 70 80

Suhu (oC)

Kad

ar K

dal

am p

rodu

k (%

)

rasio 1 : 1

rasio 1 : 2

rasio 1 : 3

Gambar 4. Grafik hubungan kadar Kalium terhadap suhu.

Pembahasan Dari data kelarutan Soda Q pada suhu kamar (30 oC) yang didapat nampak bahwa berat endapan

semakin menurun dengan bertambahnya rasio air dengan soda Q. Tetapi mulai pada titik 1 : 5 peningkatan rasio air dengan soda Q tidak menurunkan berat endapan secara signifikan bahkan berat endapannya cenderung konstan/tetap. Hal ini dikarenakan dengan bertambahnya volume air maka kelarutan soda Q akan semakin meningkat. Tetapi setelah mencapai kelarutannya berat, endapan yang diperoleh beratnya konstan karena endapan ini berasal dari kotoran. Oleh karena itu berdasarkan grafik pada gambar 2. rasio soda Q dan air yang digunakan sebagai variabel tetap adalah 1 : 6.

Berdasarkan data pengaruh rasio volume soda Q dan Asam Tartrat pada hasil nampak bahwa dengan bertambahnya volume Asam Tartrat dengan konsentrasi 0,6 M yang ditambahkan ke dalam larutan soda Q dengan konsentrasi 0,78 M akan didapatkan berat endapan Kalium Tartrat yang semakin besar. Hal tersebut disebabkan semakin banyak Asam Tartrat yang ditambahkan dalam larutan soda Q maka semakin banyak pula gugus Tartrat yang bereaksi dengan ion K+ sehingga endapan Kalium Tartrat yang terbentuk semakin meningkat. Ini dapat dilihat dari gambar 3 yang menunjukkan peningkatan berat endapan akibat peningkatan rasio volume air dengan asam tartat dimana berat endapan Kalium Tartrat paling besar pada rasio volume soda Q dan Asam Tartrat 1 : 3. Tetapi dari hasil analisa kadar Kalium(K) dalam produk didapatkan bahwa kadar K yang semakin menurun dengan bertambahnya rasio volume soda Q dan Asam Tartrat. Hal ini disebabkan tidak semua gugus Tartrat bereaksi dengan ion K+ membentuk Kalium Tartrat tetapi ada sebagian yang tidak bereaksi dan tetap berupa asam tartrat karena ion K+ yang ada sudah habis bereaski semua. Asam Tartat yang tidak bereaski ikut mengkristal karena sudah melewati kelarutan jenuhnya. Hal ini dapat dilihat pada gambar 4. dimana kadar K paling besar pada rasio volume soda Q dan Asam Tartrat 1:1. Tetapi kondisi optimum untuk mendapatkan endapan Kalium Tartrat dan kadar K yang optimum dipilih pada rasio volume soda Q dan Asam Tartrat 1 : 2 karena pada rasio volume soda Q dan Asam Tartrat 1 : 2 berat endapan dan kadar K yang diperoleh cukup tinggi.

Sedangkan data pengaruh suhu yang didapatkan menunjukkan bahwa dengan bertambahnya suhu reaksi, berat endapan Kalium Tartrat yang diperoleh akan semakin naik sampai pada suhu 50 oC dan setelah suhu tersebut berat endapan akan semakin turun dengan bertambahnya suhu. Ini dapat dilihat pada gambar 3. dimana berat endapan paling besar pada suhu 50 oC. Pada suhu 30 50 oC didapatkan berat endapan yang semakin meningkat karena semakin banyak molekul-molekul pereaksi yang bereaksi membentuk endapan Kalium Tartat. Hal ini sesuai dengan persamaan Arhenius k = Ae-Ea/RT, dimana besarnya harga konstanta kecepatan reaksi k berbanding lurus terhadap suhu. Semakin tinggi suhu maka harga konstanta kecepatan reaski semakin besar yang berarti kecepatan reaksi akan semakin besar karena kecepatan reaksi berbanding lurus dengan konstanta laju reaksi. Oleh karena itu hasil endapan Kalium Tartat yang diperoleh juga akan semakin besar. Pada suhu 50 90 oC didapatkan berat endapan yang semakin turun. Hal ini disebabkan pada suhu tinggi (di atas 50 oC) endapan Kalium Tartrat yang telah terbentuk akan melarut


ISSN 1410-9891


7

kembali sehingga endapan yang dihasilkan menjadi sedikit. Kondisi optimum untuk mendapatkan endapan Kalium Tartrat dan kadar K yang maksimal adalah suhu 50 oC.

Kandungan Na awal dalam soda Q adalah 30% dan setelah dilakukan proses pemisahan kandungan Na dalam hasil (Kalium Tartrat) sebesar 20 ppm. Hal ini dapat disebabkan Na tidak bereaksi dengan Asam Tartrat sehingga Na yang terikut dalam hasil (kalium tartrat) kecil.

4. Kesimpulan dan Saran. Kesimpulan Berdasarkan data hasil percobaan dapat diambil kesimpulan bahwa: a. Kelarutan Soda Q dalam air pada suhu kamar adalah 1 : 6. b. Kondisi optimum pengambilan Kalium dari soda Q adalah suhu 50 oC dan rasio volume soda Q dan

Asam Tartrat 1 : 2. Pada kondisi optimum tersebut didapatkan berat endapan Kalium Tartrat 31,7 gram dan kadar Kalium 21,08 %. Sedangkan kadar Natrium dalam hasil (Kalium Tartrat) atau setelah proses pemisahan sebesar 20 ppm, lebih kecil daripada kadar Natrium awal (Soda Q).

Saran. Fltrat hasil pemisahan dengan endapan Kalium Tartrat sebaiknya dianalisa untuk mengetahui seberapa besar kadar Na dan kadar K yang masih terikut dalam filtrat tersebut.

Ucapan Terima Kasih

Ucapan terima kasih disampaikan kepada saudara Maulida H dan Rayung Wulan PS yang telah membantu pelaksanaan percobaan ini serta Bp. Prasanto yang telah membantu analisa hasil penelitian ini.

Daftar Pustaka 1. Biro Pusat Statistik, 2000, Laporan Perdagangan Luar Negeri Indonesia, BPS, Semarang,

2. Danny S, 2003, Variabel Proses dan Produk Kristal dalam Proses Kristalisasi, hal 2-3, Semarang.

3. George, T.A, (1984)., Shreves Chemical Process Industries, 5th ed., International Student Ed., New York,

4. Keenan, Charles, W., Kleinfelter, Wood, Jesse, H., Ilmu Kimia Untuk Universitas , 6th ed., penerbit Erlangga, Jakarta.

5. Muniroch, 1999, Laporan Penelitian Pembuatan KOH dari Abu kulit Buah Kapuk, Jurusan Teknik Kimia-UNDIP, Semarang,

6. Perry, Robert H., Don Green, 1976, Perrys Chemical Engineers Handbook, 6th ed., Mc-Graw Hill Book Co., USA,

7. UndeRwood, A.L., Day, R.A., Analisa Kimia Kuntitatif , 5th ed., Penerbit Erlangga, Jakarta

8. Vogel, 1979, A Text Book of Macro and Semimicro Qualitative Inorganic Analysis, page: 308, Longman Group Limited, London,

Halaman UtamaDaftar Makalah Dasar-Dasar Teknik Kimia

Proses Pemisahan Kalium

Documents

Transcript of Proses Pemisahan Kalium