Prosiding Pertemuan Ilmiah XXIV HFI Jateng & DIY, Semarang 10 April 2010 hal. 61-66
61
APLIKASI PROSES OKSIDASI UNTUK MENENTUKAN POTENSI DAUR ULANG LIMBAH KACA (CULT) Sulhadi, Khumaedi, Agus Yulianto Jurusan Fisika - Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Semarang; Gd. D7 Lt.2 - Kampus Sekaran Gunungpati Semarang
[email protected] INTISARI Telah dapat dilakukan identifikasi penampilan fisik beberapa jenis cult dan karakterisasi titik lelehnya. Untuk karakterisasi titik leleh, sebelum dipanaskan sampel cult ditumbuk terlebih dahulu dan diayak dengan membran saring berukuran 200 mesh. Proses pemanasan (oksidasi) dilakukan mulai pada temperatur 300oC, kemudian dinaikkan secara bertahap dengan interval 50oC hingga mencapai temperatur 700oC. Proses pemanasan dilakukan dengan perangkat mesin oksidasi yang ada di Laboratorium Kemagnetan Bahan Jurusan Fisika Universitas Negeri Semarang. Hasil karakterisasi menunjukkan bahwa semua sampel cult tidak dapat dilelehkan pada temperatur kurang dari 600oC. Sebagian besar cult dapat leleh secara efektif pada temperature sekitar 650oC atau lebih tinggi. Beberapa jenis cult yang tersebut umumnya berpenampilan bening dan memiliki kekerasan sedang. Cult yang lebih keras memiliki titik leleh di atas 700oC. Hasil-hasil tersebut menunjukkan bahwa cult dengan kekerasan sedang memiliki potensi yang lebih baik untuk diolah kembali. Kata kunci: cult, oksidasi, titik leleh
I.
PENDAHULUAN
Teknologi keramik telah dikenal sejak lama dalam peradapan manusia. Bentuk sederhana dari keramik berupa benda-benda gerabah yang terbuat dari lempung, baik diproses melalui pembakaran ataupun tidak. Seiring dengan kemajuan teknologi, saat ini bahan keramik telah dikembangkan menjadi berbagai produk modern dengan keunggulan sifat yang sangat variatif. Kaca termasuk salah satu produk keramik modern yang memiliki bidang pemakaian sangat luas (Doremus, 1973). Penggunaan kaca yang sangat banyak di berbagai keperluan manusia menuntut produksi bahan ini dalam jumlah yang sangat besar. Jumlah produksi yang sangat besar tersebut menimbulkan dampak pada lingkungan sebab kaca tidak bersifat korosif (Mallawany, 2002). Kaca-kaca bekas (disebut cult) yang sudah tidak terpakai lagi merupakan limbah yang tidak akan terurai secara alamiah oleh pengurai organik. Dengan demikian diperlukan berbagai penanganan alternatif untuk menjadikan limbah kaca dapat dikembalikan ke alam secara aman atau mengolahnya kembali menjadi produk yang berdaya guna. Penggunaan kaca sebagai perekat serbuk magnet akan menghasilkan produk magnet yang bersifat unik dan unggul, misalnya magnet yang mengkilap atau transparan. Magnet komposit didefinisikan sebagai dua bahan yang berbeda yang digabung atau dicampur secara makroskopis. Pada umumnya magnet komposit terdiri dari dua unsur, yaitu serbuk bahan magnet dan bahan pengikat serbuk magnet yang disebut matriks. Magnet komposit ini dibuat dengan cara mencampurkan serbuk bahan magnet dengan bahan pengikat nonmagnet, misalnya polimer dengan komposisi yang diinginkan di dalam alat pencampur (Karo-karo dkk, 2002). Salah satu bentuk polimer yang memiliki bidang aplikasi sangat luas adalah kaca (Mallawany, 2002). Berbagai jenis kaca dapat disintesis dengan komposisi yang sangat beragam, tatapi yang paling popular adalah dengan menggunakan bahan dasar silicon oksida atau SiO2 (Doremus, 1973). Meskipun bahan dasar dan komposisi kaca beragam, namun proses pembuatannya hampir selalu sama yaitu memalui proses melting atau pelelehan, quenching dan annealing; seperti ditunjukkan pada Gambar 1.
ISSN 0853 - 0823
62
Sulhadi, dkk. / Aplikasi Proses Oksidasi Untuk Menentukan Potensi Daur Ulang Limbah Kaca (Cult)
Gambar 1. Diagram alir proses pembuatan kaca (Sulhadi, 2005) Untuk menghasilkan suatu produk kaca kadang dipakai bahan dasar asli (raw material), tetapi kadang juga dipakai bahan-bahan yang bersifat daur ulang. Kaca yang dibuat dengan bahan murni sifatnya lebih mudah untuk dikontrol, karena komposisi campuran dapat dikendalikan dengan baik. Sebaliknya, kaca yang dibuat dengan bahan daur ulang sifatnya lebih sulit untuk dikontrol karena beberapa bahan tambahan yang ada pada produk sebelumnya sering tidak teridentifikasi secara baik. Sifat kaca yang diproduksi sebagai daur ulang memang tidak sebagus kaca yang diproduksi dengan menggunakan bahan dasar murni. Namun demikian ada kompensasi yang sangat menguntungkan, yaitu bahan daur ulang umumnya memiliki harganya jauh lebih murah. Dengan bahan yang murah tersebut biaya produksi dapat ditekan dan dapat berlangsung lebih efisien. Pada kaca produk daur ulang umumnya ditambahkan beberapa jenis filler yang berguna untuk meningkatkan sifat mekanik dan sifat optiknya. Filler pewarna tersebut dapat digantikan dengan bahan lain untuk memperoleh sifat yang diinginkan, misalnya dengan serbuk bahan magnet. Dengan filler jenis ini kaca yang dihasilkan akan bersifat magnetik. Kaca magnetik memiliki sifat unik, karena sifat-sifat optiknya akan dipengaruhi dan dikendalikan oleh medan magnet luar. Berbagai produk kaca yang beredar di pasaran dibuat oleh berbagai industri dengan komposisi bahan yang sangat variatif sehingga cult yang dihasilkan juga sangat variatif sifatnya. Hal tersebut dapat menjadi faktor kendala yang mempengaruhi proses daur ulang. Sebagian jenis cult memiliki titik leleh yang sangat tinggi sehingga kurang efisien untuk didaur ulang. Cult dengan penampilan warna buram serta rapuh juga kurang potensial untuk menghasilkan produk daur ulang yang berkualitas tinggi. Dengan demikian diperlukan penyelidikan serta seleksi untuk mengetahui jenis-jenis cult yang lebih potensial untuk diolah menjadi produk daur ulang. Cult dengan titik leleh lebih rendah dianggap lebih potensial untuk didaur ulang karena prosesnya dapat berlangsung secara lebih efisien. Paper ini melaporkan kajian titik leleh berbagai jenis cult melalui proses oksidasi. II. METODE PENELITIAN Sampel penelitian berupa limbah kaca (cult) dikumpulkan dari beberapa tempat penghasil dan penampung cult di wilayah Semarang dan sekitarnya, di antaranya adalah toko-toko kaca serta sebagian pengusaha barang rosok yang juga menampung limbah kaca. Contoh setiap jenis cult diambil seperlunya untuk dijadikan sampel. Sebelum dioksidasi, sampel cult dicuci bersih serta dikeringkan. Sampel cult selanjutnya direduksi ukurannya dengan ditumbuk atau digiling dengan mesin Ball Milling. Butiran cult yang telah ditumbuk tersebut selanjutnya digunakan sebagai sampel untuk dioksidasi. Hal ini dilakukan agar proses oksidasi dapat berjalan lebih efektif. Proses oksidasi dilakukan secara bertahap untuk harga temperatur yang berbeda-beda. Setiap jenis sampel cult dioksidasi mulai temperatur 300°C. Bila pada temperatur tersebut sampel belum meleleh, maka temperatur oksidasi dinaikkan secara gradual dengan interval sebesar 50°C, yaiti 350°C, 450°C,
ISSN 0853 - 0823
Sulhadi, dkk. / Aplikasi Proses Oksidasi Untuk Menentukan Potensi Daur Ulang Limbah Kaca (Cult)
63
500°C, 550°C dan seterusnya hingga harga temperatur mendekati 1000°C. Bila pada suatu harga temperatur semua sampel telah meleleh, maka proses oksidasi telah dianggap cukup dan oksidasi pada temperatur lebih tinggi tidak perlu dilakukan. Proses oksidasi dilakukan dengan menggunakan tungku pemanas atau furnace yang dikembangkan di Laboratorium Kemagnetan Bahan Jurusan Fisika Universitas Negeri Semarang bekerja sama dengan Laboratorium Kemagnetan Batuan Fisika ITB, seperti ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar 2. Sistem tungku yang digunakan untuk proses oksidasi cult Proses oksidasi menghasilkan data titik leleh berbagai jenis cult yang dijadikan sampel. Kisaran harga temperatur titik leleh tersebut digunakan untuk menentukan klasifikasi cult menjadi 3 golongan, yaitu mudah, sedang dan sukar untuk didaur ulang, seperti ditunjukkan pada Tabel 1. Tabel 1. Klasifikasi cult berdasarkan titik leleh Golongan I II III
Harga titik leleh (T :°C) T < 500°C 500C< T < 1000°C T > 1000°C
Klasifikasi Mudah Sedang Sukar
Cult dengan klasifikasi mudah dan sedang dikatakan potensial untuk didaur ulang, sedangkan cult dengan klasifikasi sukar dikatakan kurang potensial untuk didaur ulang. Penetapan ini didasarkan pada perhitungan efisiensi dari energi panas yang digunakan untuk melakukan proses daur ulang. III. HASIL DAN PEMBAHASAN Dalam penelitian ini telah dikoleksi 10 jenis kaca bekas yang dapat ditemukan di wilayah Semarang dan sekitarnya. Kesepuluh jenis kaca tersebut diidentifikasi secara fisik sebagai kaca bening dan masing-masing diberi symbol A s/d J. Bila dilihat dari wujudnya yang bening, diperkirakan kacakaca yang tersebut di atas diproduksi oleh industri dengan menggunakan bahan dasar utama silicon oksida tanpa dicampur dengan pewarna. Tahap pertama oksidasi dilakukan pada temperature 300°C. Pada temperature ini semua jenis kaca belum mengalami pelelehan. Wujud sample relative belum berubah oleh proses oksidasi. Kondisi seperti ini berlaku untuk beberapa harga temperatur di atasnya, yaitu sampai pada temperature 550°C. Pada temperature 600°C mulai ada kaca yang leleh, yaitu kaca jenis C. Pada temperature 650°C sebagian besar kaca telah mengalami pelelehan, sedangkan pada temperature 700°C tinggal kaca jenis D yang belum leleh. Kondisi rinci dari hasil okasidasi tersebut dapat dilihat pada Tabel 2.
ISSN 0853 - 0823
64
Sulhadi, dkk. / Aplikasi Proses Oksidasi Untuk Menentukan Potensi Daur Ulang Limbah Kaca (Cult)
Tabel 2. Kondisi leleh bahan hasil oksidasi cult pada beberapa harga temperatur Simbol Jenis Kaca A B C D E F G H I J
600°C Belum Belum Leleh Belum Belum Belum Belum Belum Belum Belum
Temperatur Oksidasi 650°C Leleh Belum Leleh Belum Leleh Leleh Leleh Leleh Leleh Leleh
700°C Leleh Leleh Leleh Belum Leleh Leleh Leleh Leleh Leleh Leleh
Perbedaan kondisi fisik bahan hasil oksidasi cult pada suatu harga temperature adalah disebabkan oleh perbedaan titik leleh bahannya (Jatiutoro dkk, 2007; Habibi dkk, 2006). Komposisi bahan-bahan penyusun kaca sangat mempengaruhi titik leleh. Dengan demikian dapat diasumsikan bahwa perbedaan harga titik leleh pada beberapa jenis kaca tersebut di atas adalah disebabkan oleh perbedaan komposisi bahan penyusun . Kaca jenis B dan jenis D belum leleh pada temperatur 650°C, bahkan D tetap belum leleh pada temperatur 700°C. Kondisi ini menunjukkan bahwa kedua jenis D tersebut berkemungkinan sebagai kaca dengan status sulit dilelehkan. Oksidasi kaca jenis D tidak dilanjutkan pada harga temperature yang lebih tinggi karena dipandang kaca jenis ini potensinya kurang untuk diolah ulang disebabkan jumlahnya yang sangat terbatas. Tampilan fisik bahan hasil oksidasi cult tersebut dapat dilihat pada gambar-gambar foto pada Tabel 3. Tabel 3. Gambar foto bahan hasil oksidasi cult pada beberapa harga temperatur Simbol Jenis Kaca
A
B
C
ISSN 0853 - 0823
600°C
Temperatur Oksidasi 650°C
700°C
Sulhadi, dkk. / Aplikasi Proses Oksidasi Untuk Menentukan Potensi Daur Ulang Limbah Kaca (Cult)
Simbol Jenis Kaca
600°C
Temperatur Oksidasi 650°C
65
700°C
D
E
F
G
H
I
J
ISSN 0853 - 0823
66
Sulhadi, dkk. / Aplikasi Proses Oksidasi Untuk Menentukan Potensi Daur Ulang Limbah Kaca (Cult)
Berdasarkan hasil proses oksidasi cult tersebut di atas diperoleh bahwa 8 jenis kaca yang diperiksa telah leleh pada temperatur 650°C, dan hanya satu jenis yaitu C, yang telah leleh pada temperatur 600°C. Berdasarkan kriteria daur ulang seperti diberikan pada metode penelitian, kedelapan jenis kaca tersebut digolongkan sebagai jenis kaca dengan kriteria sedang untuk diolah kembali menjadi produk industri. Dengan demikian kedelapan jenis kaca tersebut dipandang sangat potensial untuk didaur ulang menjadi produk tertentu. Kedelapan jenis kaca yang potensial tersebut di atas memiliki tampilan fisik sebagai kaca bening dengan tingkat kekerasan sedang. Serpih kaca dengan ukuran lebih kecil dari 200 mesh relative tidak lagi bersifat tajam sehingga pengolahan serbuknya tidak berpotensi menggores tangan. Variasi bentuk dan ketebalan sample tidak menjadi penghalang pada proses penggerusan dan proses daur ulang (melalui oksidasi). IV. KESIMPULAN Berdasar hasil-hasil yang diperoleh dalam penelitian ini dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut: 1. Beberapa jenis cult yang diperiksa sebagai sampel memiliki tidak leleh pada temperatur di bawah 600°C. Mayoritas sample dapat dilelehkan secara efektif pada temperatur 650°C atau sedikit lebih tinggi. 2. Karakteristik cult yang potensial untuk didaur ulang adalah tidak berwarna (bening) serta memiliki tingkat kekerasan yang tidak terlalu tinggi. 3. Jenis kaca yang keras (seperti sample D) cenderung memiliki titik leleh yang tinggi. Ditambah dengan jumlahnya yang terbatas, pengerjaan daur ulang kaca keras dipandang tidak efektif dan tidak efisien. V. DAFTAR PUSTAKA Doremus, R.H., 1973, Glass Science, John Wiley & Sons, Canada. Habibi, T., Yulianto, A., Dwijananti, P., 2006, Pembuatan dan karakterisasi Magnet Komposit berbahan dasar Karet Alam, Skripsi Sarjana, Fisika UNNES Semarang. Jatiutoro, P., Yulianto, A., Bijaksana, S., 2007, Sintesis Magnet Komposit Barium Heksaferit dengan Binder Semen Portland, Jurnal Sains Materi, Edisi Oktober 2007 (terakreditasi). Karo-karo, A., Suharpiyu, Febri, M., Mujamilah, Evi, Y., Setyo, P., Ridwan, dan Sudirman, 2002, Aplikasi resin poliester dan epoksi dalam pengembangan rigid bonded magnet, Jurnal Sains Materi Indonesia, 3 (2), 10-15. Mallawany, R., 2002, Tellurite Glasses Handbook: Physical Properties and Data, CRC Press LLC. Sulhadi, M. R. Sahar, and M. S. Rohani, 2005, Thermal Stability and Structural Studies in The TeO2– ZnO–MgO–Li2O–Er2O3 Glass System, Proc. in The XXII Regional Conference on Solid State & Technology, Pahang, Malaysia. Yulianto, A., 2006, The Synthesis of Magnetic Material of Barium and Strontium Hexaferrite Made of Iron Sand, Presented on Kentingan Physics Forum, UNS Surakarta.
TANYA JAWAB Anonim ? Sampel kaca yang akan dioksidasi, apakah ada pengukuran sampel? ? Terkait penyusun kaca, apakah ada pengaruh dari suhu?ukuran sampel? ? Apakah mungkin ukuran tersebut bisa digunakan? Sulhadi @ Ada, yaitu dengan ukuran 200 kisi @ Ada, karena hal itu sangat bergantung pada komposisi pembentukan kaca yang berhubungan dengan struktur atom dari former, modifier dan dopingny @ Ini data awal, sehingga perlu uji parameter yang lain misalnya kekekaran dan elastisitasnya
ISSN 0853 - 0823
