Berbagai Kegunaan, Fungsi, dan Efek dari Borax

Gonjang-ganjing tentang adanya temuan borax yang digunakan untuk tambahan makanan hampir selalu terjadi setiap tahunnya. Dari beberapa berita dan desas-desus selalu disebutkan bahwa borax adalah bahan kimia berbahaya, dan tidak aman untuk digunakan. Polemik yang berkepanjangan ini sangat tidak baik dipelihara, tanpa kita tahu informasi tentang apakah sebenarnya borax itu, mengapa borax diproduksi, dan apa saja kegunaan borax.

Menganggap bahan-bahan kimia adalah sumber bahaya adalah tindakan yang tidak tepat, karena pada dasarnya semua yang ada di bumi merupakan unsur-unsur kimia, termasuk juga tubuh manusia, hewan, dan tumbuhan. Penyalahgunaan pemakaian suatu unhsur kimia tidaklah serta merta membuat kita menjadi antipati terhadap bahan-bahan kimia.

Sebagaimana halnya borax, garam dapur yang kita konsumsi tiap hari adalah bahan kimia dengan rumus kimia NaCl, klorofil yang merupakan unsur zat hijau daun juga merupakan senyawa kimia yang dibentuk dari unsur-unsur kimia. Gula, udara, air, semua merupakan bahan kimia.

Borax adalah senyawa kimia, yang terbuat dari unsur kimia metalloid Boron (B), oksigen (O), dan natrium (Na). Borax memiliki beberapa nama lain, antara lain ; sodium borate, sodium borate, atau disodium tetraborate. Senyawa borax yang kering memiliki warna putih bersih.

Borax digunakan dalam berbagai bidang, mulai dari industry manufaktur hingga pertanian. Borax digunakan sebagai bahan baku deterjen, kosmetik, enamel atau email pada kawat konduktor, enamel untuk glasur keramik, bahan baku untuk fiber glass, flux untuk metalurgi, pupuk, bahan tahan api, dan dibeberapa negara digunakan untuk pembentuk tekstur pada makanan (saat ini penggunaan borax pada makanan sudah dilarang)..

Dalam kondisi padat (kristal), boraks memiliki beberapa varian, khususnya yang berhubungan dengan air sebagai hidrat. Varian-varian tersebut seperti di bawah ini.

  • Boraks anhidrat (Na2B4O7)
  • Borax pentahidrat (Na2B4O7.5H2O)
  • Borax decahydrate (Na2B4O7.10H2O)

Borax yang sering ditemukan di pasaran umumnya disebut sebagai Na2B4O7.10H2O (borax dekadihrat). Namun, rumus kimia yang lebih tepat adalah Na2 [B4O5(OH)4].8H2O, karena boraks juga mengandung ion [B4O5 (OH)4] 2-. Borax mudah dikonversi menjadi asam dan borat yang memiliki banyak aplikasi. Reaksi dengan asam klorida untuk membentuk asam borat adalah:

Na2B4O7.10H2O + 2 HCl → 4 H3BO3 + 2 NaCl + 5 H2O

Borax decahydrate cukup stabil untuk digunakan sebagai standar primer untuk titrimetri asam dan basa. Ketika boraks dibakar menggunakan api biru, warna nyala menjadi hijau kuning.

Fungsi dan Kegunaan Borax

Borax memiliki banyak fungsi fital dalam kehidupan dan dunia industry. Beberapa kegunaan borax akan dipaparkan pada bagian berikut.

  • Produk Rumah Tangga

Boraks digunakan dalam berbagai produk laundry dan pembersih rumah tangga. Borax juga digunakan sebagai bahan tambahan dalam formula pasta gigi.Berbagai bentuk borat digunakan untuk memproduksi deterjen, pembersih rumah tangga atau industri, dan produk perawatan pribadi. Dalam aplikasi ini, sifat unik dari borat berguna untuk  meningkatkan laju penghapusan noda dalam proses pencucian dan pembilasan, menstabilkan enzim-enzim, sebagai buffer untuk mengatasi kesadahan air (melembutkan air), dan meningkatkan kinerja surfaktan.

Karena borat juga bisa bertindak sebagai biostat, maka senyawa kimia ini juga bisa digunakan untuk mengendalikan bakteri dan jamur dalam produk perawatan pribadi.
Sebagian besar pakaian yang dicuci menggunakan aditif  borat secara signifikan mampu meningkatkan laju pembersihan, menurunkan kadar kotoran dalam pakaian, membuat pakaian menjadi lebih cerah dan bersih.

  • Larutan Penyangga pH (pH Buffer)

Sodium borat digunakan di laboratorium kimia dan biokimia untuk membuat larutan buffer, misalnya untuk gel elektroforesis DNA, seperti TBE atau larutan penyangga SB atau BBS (borat buffered saline) dalam prosedur coating.

  • Bahan Pembentuk Co-Complexing

Borax sebagai sumber borat telah digunakan untuk membentuk ion kompleks dengan berbagai zat di dalam air maupun pada saat peleburan logam dan unsur kimia metaloid. Pada saat pelelehan logam, borax mengoksidasi logam-logam dasar menjadi senyawa kompleks dengannya.

  • Bahan Kimia Pelunak Air

Senyawa Boron, tanpa hadirnya ion natrium, tidak memiliki afinitas tinggi mengatasi kation penyebab kerasnya air (kesadahan air). Kesadahan air disebabkan adanya kation Mg dan Ca yang larut di dalam air tersebut. Turunnya kesadahan air jika dicampur dengan borax disebabkan adanya kation natrium (Na+) yang berasal dari borax. Reaksi kimia antara borax dan air sadah adalah reaksi substitusi, dimana ion natrium berganti pasangan dengan ion kalsium dan magnesium, membentuk senyawa kalsium borat dan magnesioum borat yang tak larut, dan ion natrium yang larut dalam air. Dasar inilah yang menjadikan borax efektif untuk menurunkan kesadahan air.

Ca2+ (aq) + Na2B4O7 (aq) → CaB4O7 (s)  + 2 Na+ (aq)

Mg2+ (aq) + Na2B4O7 (aq) → MgB4O7 (s)  + 2 Na+ (aq)

 

Fluks Untuk Pengelasan dan Peleburan Logam

Campuran boraks dan amonium klorida digunakan sebagai fluks ketika pengelasan besi dan baja. Penggunaan borax dapat menurunkan titik leleh dari senyawa besi oksida (skala), yang memungkinkan senyawa ini terpisah dari permukaan besi. Boraks juga digunakan sebagai fluks saat melelehkan dan membuat logam perhiasan emas dan perak. Pada dasarnya boraks bersifat oksidator, yang mampu mengoksidasi logam-logam dasar menjadi senyawanya.

Saat berlangsungnya proses pelelehan emas, borax yang cair bersama logam-logam yang dilelehkan, mengoksidasi cairan logam-logam atau metalloid yang memiliki potensial elektroda rendah. Tembaga mampu dioksidasi menjadi senyawa kompoleks dengan borax, namun perak dan emas tak teroksidasi. Kemampuan ini dimanfaatkan oleh para perajin emas dan penambang kecil untuk memurnikan logam mereka. Logam paduan emas + perak hasil penambangan umumnya masih bercampur dengan sebagian tembaga, dan ada kemungkinan juga bercampur dengan timbal dan beberapa jenis metalloid. Borax bekerja saat logam mencair, dimana cairan logam-logam yang tak diinginkan akan dioksidasi oleh cairan borax pada suhu tinggi. Hasil akhirnya, logam emas dan perak menjadi bersih dari berbagai unsur kimia ikutan.

  • Pupuk Untuk Pertanian

Boron merupakan salah satu dari tujuh mikronutrien penting untuk proses pembuahan, buah dan produksi benih. Mikronutrien dari boraks memiliki efek yang luas terhadap tanaman. Kekurangan boron adalah hal yang paling sering ditemui dari setiap tanaman, dan mempengaruhi pada hampir semua tanaman utama di seluruh dunia. Unsur kimia boron harusnya ada di semua lapisan dan jenis tanah, dimana kekurangan unsur kimia ini bisa berdampak luas terhadap pertumbuhan tanaman.

  • Insektisida

Borax yang dicampur dengan gula dan / atau madu serta dilarutkan dalam air mendidih , bisa efektif dalam membunuh semut . Dalam lingkungan yang basah, campuran ini lebih unggul dan efektif dibanding penggunaan asam borat dalam lingkungan basah.

  • Bahan Pembuatan Keramik dan Kaca Pyrex

Selama berabad-abad, borax telah menjadi unsur penting di dalam glasir keramik dan enamel porselen (vitreous). Glasir merupakan lapisan tipis seperti kaca, yang melapisi bagian luar dari keramik, baik keramik lantai dan sanitasi, maupun keramik untuk peralatan makan yang terbuat dari porselen.

Sebelum digunakan dalam glasir dan enamel, borat dimasukkan ke Frit untuk membuat senyawa ini larut. Frits adalah bahan yang bersifat kaca kaya silika (SiO2), yang diperoleh dengan menggabungkan bahan kristal yang berbeda pada suhu tinggi (hingga 1550 ° C), dan pendinginan lelehan dengan cepat. Bahan yang dihasilkan kemudian dicampur dengan bahan lainnya termasuk air, dan ditumbuk halus untuk membuat suspensi yang dapat diterapkan pada permukaan substrat yang diinginkan. Setelah aplikasi, substrat dikeringkan dan dibakar untuk memadukan glasir atau enamel ke permukaan yang akan dilapisi.

Dalam glasir dan enamel, borat digunakan untuk memulai pembentukan kaca dan mengurangi viskositas kaca, membantu untuk membentuk permukaan halus dan mengurangi ekspansi termal. Borat juga meningkatkan indeks bias (atau luster), meningkatkan daya tahan mekanik dan ketahanan terhadap bahan kimia, dan membantu untuk melarutkan zat pewarna.

Kemampuan borax menurunkan ekspansi thermal (koefisien muai ruang) membuat senyawa ini cocok digunakan sebagai pencampur kaca yang memiliki ketahanan suhu tinggi. Kaca pyrex adalah kaca yang merupakan perpaduan antara silica dan senyawa boron. Kaca ini tahan terhadap panas disebabkan rendahnya koefisien muai ruangnya. Peralatan-peralatan laboratorium yang menggunakan kaca mampu panas umumnya terbuat dari bahan pyrex. Kaca pyrex juga telah digunakan sebagai panci untuk memasak makanan, khususnya makanan-makanan yang cair (misalnya sup, sayur, dan jenis lainnya).

Sifat Racun dari Borax

Boraks atau natrium tetraborat decahydrate, menurut beberapa penelitian yang dilakukan, tidak termasuk bahan kimia yang memiliki sifat racun berbahaya. Namun jika dikonsumsi secara oral, senyawa ini bisa menyebabkan kanker pada tubuh manusia.

Debu sodium tetraborat decahydrate yang terhirup ke rongga penafasan bisa menyebabkan iritasi pada saluran pernafasan. Borax tidak berbahaya untuk kulit, dan tidak menyebabkan terjadinya iritasi pada kulit. Konsumsi borax dalam makanan dapat menyebabkan gangguan pencernaan seperti mual, muntah terus-menerus, sakit perut, dan diare. Konsumsi boraks juga bisa ber-efek pada sistem pembuluh darah dan otak termasuk sakit kepala dan lemah lesu. Pada kondisi konsumsi yang sangat tinggi dapat menimbulkan keracunan, seperti ruam kulit, tak sadarkan diri, depresi, dan gagal ginjal.

Sumber Penambangan Borax

Borax merupakan senyawa dari unsur kimia boron, yang merupakan 1 dari unsur-unsur kimia berjenis metalloid. Bahan baku borax diperoleh dari proses penambangan mineralnya. Saat ini, negara-negara penghasil borax utama adalah Turki (sebagai produsen terbesar), diikuti oleh Amerika Serikat dan Cina. Di Indonesia, pada beberapa lokasi ditemukan senyawa mineral boron, dimana jika senyawa ini diproses lebih lanjut akan menghasilkan boraks. Namun hingga saat ini belum ditemukan adanya pihak-pihak yang melakukan eksplorasi dan eksploitasi mineral ini.

Unsur Kimia Stibium (Antimony), Sifat Kimia dan Fisikanya

Antimony merupakan suatu unsur kimia mirip logam, yang termasuk dalam golongan metalloids. Antimony adalah nama populer dari unsur kimia stibium (Sb), dimana dalam berbagai reaksi kimia selalu menggunakan symbol kimia Sb. Unsur kimia ini banyak ditemukan di alam, dimana umumnya berikatan kimia dengan belerang dalam senyawa sulfide Sb2S3, yang dalam ilmu geologi diberi nama stibnite.

Pada tabel periodik unsur-unsur kimia, antimony ditempatkan pada kelompok nitrogen (kelompok 15). Antimony stabil di udara pada suhu kamar, tapi bereaksi dengan oksigen jika dipanaskan, membentuk senyawa baru antimony III oksida, Sb2O3. Unsur kimia antimony adalah metalloid yang berwarna abu-abu keperakan,  berkilau jika terkena sinar. Antimony termasuk unsur metalloid yang relatif tahan terhadap serangan beberapa jenis asam.

Nomor Atom                                                 51

Massa Atom                                                   121.75 g.mol -1

Elektronegatifitas Skala Pauling         1.9

Massa Jenis Pada suhu Kamar             6.684 g.cm-3

Titik Leleh                                                      631 °C

Titik Didih                                                      1587 °C

Potensial Elektroda Standar                  0.21 V ( Sb3+| Sb)

 

Antimony di Alam

Antimony banyak ditemukan di pegunungan yang kaya akan batuan mineral logam. Jumlah unsur kimia ini diperkirakan lebih besar dari unsur kimia perak, dan ditemukan di hampir setiap jenis batuan mineral logam. Kandungan antimony terbesar berada pada batuan berjenis stibnite, yang merupakan sumber utama dari antimony. Antimony juga ditemukan dalam jumlah signifikan pada batuan berjenis arsenopyrite, galena, dan sphalerite. Meskipun di  Finlandia ditemukan deposit antimony yang sudah elemental (sudah berupa metalloid murni), namun sebagian besar antimony yang diproduksi berasal dari bahan baku batuan stibnite.

 

Senyawa-senyawa Antimony

1. Antimony Oksida (Stibium Oksida)

Antimony umumnya memiliki valensi electron +3 dan +5, dimana valensi +5 memiliki tingkat kestabilan yang lebih baik.

Di alam, antimony umumnya ditemukan dalam senyawa sulfide, dengan dominasi antimony III (antimony bervalensi +3). Antimony bisa membentuk senyawa oksida dan hidroksida, khususnya jika unsur ini bereaksi dengan beberapa jenis bahan kimia. Antimony trioksida terbentuk jika unsur antimony terbakar oleh udara pada suhu tinggi. Antimony trioksida (antimony III – Sb2O3) dan antimony pentaoksida (Sb2O5) juga bisa terbentuk akibat reaksi antara logam antimony atau senyawa antimony trisulfida bereaksi dengan larutan HNO3 pekat.

2. Antimony Halida

Antimony membentuk 2 senyawa dengan unsur-unsur kimia golongan halide (F, Cl, Br, I). Senyawa trihalida SbF3, SbCl3, SbBr3, dan SbI3 adalah senyawa yang memiliki struktur geometri piramida trigonal.

Stibium trifluoride dibuat melalui reaksi antara senyawa stibium trioksida dan asam fluoride, dengan reaksi sebagai berikut :

Sb2O3 (s) + 6 HF (l) → 2 SbF3 (l) + 3 H2O (aq)   ………………(i)

Senyawa stibium triklorida dibuat melalui reaksi kimia antara senyawa antimony trisulfida dan larutan HCl pekat. Reaksi yang terjadi sebagai berikut :

Sb2S3 (s) + 6 HCl (l) → 2 SbCl3 (l) + 3 H2S (l)    ………………….(ii)

Hasil dari reaksi (ii) akan berubah jika larutan diencerkan menggunakan air, dengan reaksi sebagai berikut :

SbCl3 (l)  +  H2O (aq)  →  Sb2O3 (s)  +  HCl (l)    ………………..(iii)

Dari reaksi (iii) terlihat bahwa larutan SbCl3 terurai menjadi senyawa antimony trioksida, yang terjadi akibat dilakukannya pengenceran larutan menggunakan air.

Disamping dengan golongan halida, antimony juga bisa larut dalam asam sitrat dan asam tartarat.

Proses Produksi Antimon

Metode industri untuk memproduksi antimon dilakukan dengan cara memanggang dan pengurangan sulfur menggunakan karbon atau reduksi langsung stibnit menggunakan logam besi.

Cara ekstraksi antimony dari batuan mineralnya tergantung pada kadar antimony di dalam batuan tersebut. Sebagian besar bahan baku antimon ditambang sebagai mineral sulfida, dimana untuk batuan yang memiliki kadar antimony rendah dilakukan proses flotasi terlebih dahulu, sementara terhadap batuan berkadar tinggi dipanaskan hingga mencapai suhu 500-600° C , suhu di mana stibnit mencair dan dipisahkan dari mineral ikutan . Pemanasan yang disertai campuran dengan skrap besi atau aluminium dapat mereduksi antimony dari sulfidanya , dimana besi atau aluminium bertindak  sebagai reduktor.

Sb2S3 + 3 Fe → 2 Sb + 3 FeS                                      …………..(iv)

Cara ke-2 adalah memanggang antimony pada suhu tinggi, yang disertai tiupan udara panas. Proses ini menghasilkan senyawa antimony trioksida. Selanjutnya antimony trioksida direduksi menggunakan karbon pada suhu tinggi, dimana reaksi yang terjadi sebagai berikut :

Sb2S3 (s)  +  6 O2 (g)  →  2 Sb2O3 (s)  +  3 SO2 (g)  ……………..(v)

2 Sb2O3 + 3 C → 4 Sb + 3 CO2                             ……………….(vi)

 

Aplikasi

1.    Bahan Anti Api

Antimon trioksida digunakan sebagai salah satu bahan untuk pembuatan senyawa anti api. Senyawa antimony trioksida dikombinasikan dengan dengan halogen untuk membentuk bahan kimia anti api. Pembentukan senyawa antimoni terhalogenasi adalah penyebab melambatnya pembakaran oleh api, karena reaksi senyawa ini dengan atom hidrogen dan mungkin juga dengan atom oksigen dan radikal OH. Di pasaran, aplikasi tahan api ini digunakan untuk pakaian , mainan , pesawat, selimut,  dan kursi mobil. Bahan ini juga digunakan dalam industri komposit fiberglass sebagai aditif resin polyester untuk barang-barang seperti mesin pesawat ringan. Resin akan terbakar saat dikenai api, namun akan padam seketika saat api dijauhkan dari resin tersebut.

  1. Paduan Logam

Antimony membentuk paduan yang sangat baik dengan logam timah dan timah hitam, terutama untuk meningkatkan kekerasan dan kekuatan mekanis dari paduan. Paduan antimony dan timbal pada baterai aki bertujuan meningkatkan karakteristik pengisian arus listrik, dan mengurangi pembentukan gas hidrogen yang tidak diinginkan saat berlangsungnya pengisian (charging). Paduan antimony dan timah hitam bertujuan untuk meningkatkan daya tahan dan kekerasan timbal. Sifatnya yang cenderung isolator juga dimanfaatkan sebagai bagian dari selubung kabel.

  1. Penggunaan Lain

Antimoni digunakan untuk membuat beberapa jenis perangkat semikonduktor, seperti dioda dan detektor inframerah. Paduan timah putih dan antimon dapat meningkatkan sifat-sifat fisika dan kimia dari paduan yang digunakan dalam solder, peluru, dan bantalan biasa. Masih ada ratusan manfaat antimony, khususnya yang berhubungan dengan industri non makanan.

Efek Kesehatan Terhadap Paparan Antimony

Terutama orang-orang yang bekerja dengan antimon dapat menderita efek paparan dengan bernapas di debu antimon. paparan antimon dapat berlangsung dengan menghirup udara, air minum dan makan makanan yang mengandung itu, tetapi juga melalui kontak kulit dengan tanah, air dan zat-zat lain yang mengandung itu. Bernapas dalam antimon yang ikatan hidrogen dalam fase gas, yang terutama menyebabkan efek kesehatan.

Paparan antimony dalam konsentrasi yang relatif tinggi di udara (9 mg / m3 udara) dalam jangka waktu panjang bisa menyebabkan iritasi mata, kulit dan paru-paru.
Saat paparan terus berlanjut, efek kesehatan yang lebih serius dapat terjadi, seperti penyakit paru-paru, gangguan jantung, diare, muntah dan sakit maag.

Namun hingga kini belum ditemukan adanya korelasi antara paparan antimony dan penyakit kanker atau kegagalan reproduksi.
Efek Cemaran Antimony Trhadap Tanah dan Perairan

Dalam keadaan normal, biasanya antimony dapat ditemukan dalam jumlah yang sangat kecil di tanah, air dan udara. Namun cemaran senyawa antimony yang di atas ambang aman dapat membahayakan tanah dan perairan. Beberapa senyawa antimony bisa larut ataupun terbawa dalam air, sehingga pencemaran di tanah juga membawa efek pada pencemaran perairan. Beberapa uji laboratorium terhadap tikus, kelinci, dan marmut yang dilakukan oleh beberapa institusi telah menunjukkan bahwa tingkat paparan antimony yang relatif tinggi di tanah dan perairan dapat membunuh hewan kecil. Tikus mungkin mengalami kerusakan paru-paru, jantung, hati, dan ginjal ; paparan yang lebih besar menyebabkan kematian terhadap hewan tersebut.

Hewan yang bernapas dalam udara yang tercemar antimony tingkat rendah tingkat rendah dalam waktu yang lama akan mengalami iritasi mata, rambut rontok dan kerusakan paru-paru. Anjing mengalami masalah jantung saat terpapar cemaran antimony dalam tingkat yang rendah. Hewan yang bernafas selama beberapa bulan dalam udara yang tercemar antimony tingkat rendah dapat mengalami masalah kesuburan.

Potensi Ekonomi Penambangan Antimony

Antimon adalah logam penting dalam perekonomian dunia. Saat ini Cina masih menjadi produsen terbesar antimon dan senyawanya. Ketersediaan mineral metalloid ini sangat besar di Indonesia, dengan potensi ekonomi yang sangat menarik jika dieksploitasi. Beberapa bukti menunjukkan bahwa pada saat masih dijajah Belanda, produksi antimony telah dilakukan di beberapa tempat di Indonesia, khususnya di pulau Jawa. Namun saat ini belum ada bukti adanya produksi antimony, baik yang dilakukan swasta, maupun badan usaha pemerintah.

Unsur-unsur Kimia Golongan Metalloid

Unsur-unsur kimia golongan metalloid

Unsur-unsur kimia golongan metalloid adalah unsur kimia yang memiliki sifat di antara unsur kimia logam dan unsur kimia non logam, atau unsur kimia yang memiliki sifat campuran antara logam dan non-logam.

Unsur-unsur kimia jenis metaloid yang umum dikenal adalah boron, silikon, germanium, arsen, antimony, dan telurium.

Sifat – Sifat Metaloid

Unsur-unsur kimia golongan metalloid biasanya terlihat seperti logam tetapi sebagian besar perilakunya seperti non logam. Secara fisik unsur kimia ini memiliki warna mengkilap. Secara struktural, metaloid adalah unsur kimia yang keras tapi rapuh dan mudah pecah. Namun unsur metalloid memiliki kekuatan jika dipadu dengan unsur-unsur kimia lainnya.

Unsur-unsur metalloid juga bisa menjadi penghantar listrik jika tegangan listrik yang dikenakan padanya telah melewati ambang batas tegangan minimum, yang biasa disebut dengan istilah “tegangan jatuh”.

Meskipun secara kimia unsur-unsur ini memiliki sebagian perilaku non logam, namun mereka dapat membentuk paduan dengan logam. Unsur metaloid dan senyawanya digunakan sebagai campuran pada paduan logam dan metaloid, bahan kimia untuk proses biologi, katalis, bahan tahan api, gelas dan kaca, media penyimpanan optik dan optoelektronik, kembang api, semikonduktor dan berbagai komponen elektronik.

Sebaran Metaloid di Alam

Metaloid mudah ditemukan di alam, terutama unsur kimia silikon. Di alam, silikon umumnya berbentuk senyawa silikon dioksida. Silikon dioksida memiliki rumus kimia SiO2, yang memiliki nama populer “kwarsa / kuarsa / silika”. Silika ditemukan di seluruh permukaan bumi, dengan kandungan yang berbeda-beda di tiap lapisan dan batuan.

Meskipun memiliki sifat kelistrikan yang hampir sama dengan silikon, namun unsur kimia germanium termasuk jenis metalloid yang agak jarang ditemukan.

Unsur antimony, tellurium, dan arsen ditemukan di hampir setiap jenis batuan mineral logam. Umumnya mereka berasosiasi dengan belerang, atau berasosiasi dengan logam-logam beserta belerang. Unsur-unsur metalloid adalah salah satu dari faktor kesulitan yang dihadapi dalam proses ekstraksi logam dari batuan mineralnya.

Silika memiliki sifat yang keras dan titik leleh tinggi. Jumlah silika yang banyak akan menyulitkan dalam proses pelelehan logam. Stibium (antimony) membuat logam menjadi sulit diekstrak, karena umumnya unsur kimia yang sulit larut ini bersenyawa dengan logam-logam yang akan diekstrak.

Proses sianidasi emas dengan cara biasa akan mengalami kesulitan jika dilakukan pada batuan yang mengandung antimony tinggi. Antimony hidroksida yang berupa larutan pun mudah diadsorbsi oleh adsorbent. Kesulitan dalam proses leaching dan adsorbsi bisa berdampak pada kerugian. Oleh karena itu proses ekstraksi mineral logam perlu mempertimbangkan keberadaan mineral metalloid, dan perlunya pengetahuan yang cukup untuk mengatasi persoalan yang disebabkan kehadiran metalloid pada batuan.

Potensi Mineral Titanium dalam Pembangunan Perekonomian Nasional

Kecuali logam emas perak, tembaga, dan timah hitam dan timah putih, hingga saat ini Indonesia masih merupakan negara pengimpor puluhan jenis logam ; mulai dari aneka jenis logam dasar, logam-logam mulia golongan platina, dan logam-logam tanah jarang (rare earth elements). Meskipun sebagai negara dengan kandungan mineral logam terlengkap di dunia, namun hingga saat ini industri metalugi mineral kita justru belum berdaya untuk menghasilkan produk logam dan produk bahan kimia dari logam.

pasir titanium

 

 

 

 

 

 

 

Gambar 1. Mineral Titanium

Sejak puluhan tahun yang lalu negeri ini sudah memiliki industri baja, dimana bahan bakunya berasal dari besi dan besi bekas, namun industri pembuat besi (berbahan baku batu besi atau pasir besi) justru baru akan (sedang) didirikan. Jadi kita masih mengimpor sebagian dari kebutuhan bahan baku industri baja nasional, sedangkan batuan atau pasir besi yang merupakan bahan baku pembuatan besi justru diekspor dalam bentuk raw material (terutama sebelum diberlakukannya Peraturan Pemerintah N0.1 tahun 2014).

Pemerintah pada dasarnya telah mendukung tumbuh kembangnya industri mineral logam dalam negeri, melalui berbagai kebijakan mulai dari undang-undang, peraturan pemerintah, dan belasan peraturan di bawahnya. Namun hal ini tidak dilihat oleh sebagian besar pengusaha dan dunia akademis sebagai peluang raksasa yang harus dimanfaatkan. Yang terjadi justru masuknya sebagian kecil investasi asing untuk pendirian industri pengolahan mineral, yang mana hal ini hanya memiliki dampak kecil terhadap kemajuan perekonomian nasional.

tepung titanium dioksida

 

 

 

 

 

 

 

Gambar 2. Titanium Dioksida

Pengusaha nasional masih bergelut di perkotaan, berebut rejeki dari industri jasa dan perdagangan, sementara potensi mineral logam yang memiliki nilai raksasa justru diabaikan. Begitupun yang terjadi di dunia akademis dan lembaga-lembaga penelitian, yang masih menomor sepuluhkan potensi komoditas mineral logam sebagai objek penelitian dan pengembangan sains.

Untuk melihat betapa luar biasanya potensi mineral logam jika diolah menjadi bahan jadi, berikut kita membahas tentang 1 jenis mineral logam, titanium, yang memiliki banyak kegunaan ditinjau dari segala aspek, dan memiliki nilai ekonomi yang sangat fantastis.

I. Sifat Fisika dan Kimia Titanium

Titanium adalah unsur kimia logam yang diberi simbol Ti dan nomor atom 22. Titanium termasuk dalam golongan logam transisi yang memiliki warna bercahaya kemilau keperakan, massa jenis yang rendah, keras, dan memiliki kekuatan yang tinggi. Logam ini kebal terhadap korosi dari air laut, berbagai larutan asam, gas klorin, dan berbagai jenis basa.

Titanium dapat dipadu dengan besi, aluminium, vanadium, molybdenum, dan beberapa jenis logam lainnya, untuk menghasilkan paduan logam yang kuat, ringan, dan tahan terhadap korosi. Tiga sifat yang paling berguna dari logam ini adalah kekebalan terhadap korosi, kekerasan, dan kekuatan yang sangat tinggi dibanding logam-logam lainnya. Dalam kondisi murni, titanium jauh lebih kuat dibanding baja yang lebih tebal darinya, namun berat jenisnya justru jauh lebih rendah.

Titanium adalah logam yang kuat dan memiliki massa jenis rendah. Logam ini berwanra putih metalik berkilau, titik leleh yang tinggi (tahan panas), konduktifitas listrik dan termal yang sangat rendah.

Seperti lapisan permukaan logam aluminium dan magnesium, logam titanium dan paduannya langsung teroksidasi sesaat setelah terpapar udara. Titanium mudah bereaksi dengan oksigen pada 1.200 ° C (2190 ° F) di udara, dan pada 610 ° C (1130 ° F) di oksigen murni, membentuk titanium dioksida. Namun demikian, lapisan oksida titanium langsung menutup bagian logam yang lebih dalam, sehingga terhalang dari oksidasi lebih lanjut. Saat terbentuknya lapisan oksida pertama, lapisan pelindung ini hanya memiliki ketebalan antara 1 – 2 nm, namun lapisan oksida perlahan makin tebal (akibat penetrasi oksigen yang berlangsung perlahan), dimana dalam usia 5 tahun, lapisan oksida kemungkinan telah memiliki ketebalan 25 nm.

Lapisan titanium oksida sangat sulit bereaksi dengan berbagai bahan kimia, sehingga logam ini menjadi sangat kebal terhadap korosi. Seperti halnya logam platina dan emas yang inert, titanium juga mampu menahan oksidasi asam-asam encer dan asam-asam organic. Asam-asam pekat hanya memiliki pengaruh yang sedikit terhadap kekebalan titanium. Berdasarkan deret volta, logam ini memiliki potensial elektroda yang sangat negative ; artinya, pada dasarnya logam ini sangat reaktif terhadap udara. Titanium hanya bisa mencair hanya mungkin dalam suasana yang inert, atau dalam ruang hampa.

II. Sumber-sumber Mineral Logam Titanium

Di alam, titanium selalu ditemukan dalam bentuk senyawa, dimana senyawa yang paling umum adalah titatnium dioksida. Logam ini selalu berdekatan dan bercampur dengan mineral logam besi, dimana persentase antara keduanya selalu berkebalikan di dalam material batuan atau pasir.

Di Indonesia, ketersediaan titanium dioksida sangatlah besar dan sulit dihitung besaran volumenya. Senyawa logam ini mudah ditemukan pada hampir seluruh pantai barat Sumatera, pantai selatan Jawa, Bali, NTB, NTT, Maluku, Sulawesi, Kalimantan, dan juga di ribuan pulau-pulau kecil lainnya.

III. Penggunaan Titanium dalam Industri

Titanium makin luas digunakan di berbagai sector industry. Industri pembuat pesawat terbang komersial menjadikan unsur kimia ini sebagai logam utama dalam konstruksi suatu pesawat udara.  Boeing, suatu perusahaan pembuat pesawat raksasa dunia, telah menggunakan 14% dari titanium dalam konstruksi pesawat Boeing 787 Dreamliner (http://www.boeing.com/commercial/aeromagazine/articles/qtr_4_06/article_04_2.html). Seperti halnya perusahaan pembuat boeing, Airbus pun tak ketinggalan menempatkan logam ini sebagai komponen utama dalam pesawat-pesawat terbaru mereka. Airbus A 380 menggunakan titanium hingga mencapai 17% dari total berat pesawatnya.

Penggunaan titanium pada pesawat tempur juga makin intensif, dimana unsur kimia ini telah menjadi 25% dari total berat pesawat tempur F 35 (http://www.lockheedmartin.com/us/news/press-releases/2011/september/NewTitaniumMachiningProce.html). Produsen-produsen pesawat tempur Rusia dan Cina juga menggunakan titanium sebagai bahan utama konstruksi pesawat mereka. Penggunaan titanium terus meningkat dari tahun ke tahun, seiring dengan makin tingginya tuntutan akan kekuatan dan ketangguhan suatu pesawat tempur. Titanium dipakai sebagai komponen utama dalam pembangunan sebuah pesawat angkasa luar. Titanium juga digunakan secara luas dalam industry pembuatan senjata, mulai dari pipa untuk senapan angin, hingga bagain-bagian penting dari suatu senjata tempur.

Industri kimia dan petro-kimia, industri pertanian, proses desalinasi, industri pulp dan kertas, otomotif, medis, olah raga, perhiasan, ponsel, arloji, dan ratusan aplikasi lainnya, makin banyak menempatkan unsur kimia titanium dalam produk dan alat proses.

IV. Titanium Sebagai Industri Strategis Nasional

Indonesia juga pengguna logam titanium dan berbagai senyawa kimianya. Namun hingga kini penggunaan unsur kimia ini tak diikuti dengan upaya memproduksinya, sedangkan sebaran mineral titanium sangat massif ditermukan di berbagai tempat.

Harga fero-titanium yang merupakan logam paduan besi-titan berkisar antara US$ 3.500,00 – US$ 5.600,00  5.60 per metric ton, per 31 Maret 2016 (http://www.infomine.com/investment/metal-prices/ferro-titanium/). Harga ini sangat menggiurkan, karena ketersediaan bahan baku yang sangat besar. Produk-produk titanium lainnya seperti titanium dioksida juga memiliki harga yang sangat baik, dengan permintaan pasar yang sangat besar juga.

Kapitalisasi market titanium dunia yang sangat besar rupanya belum dilirik oleh berbagai kalangan di dalam negeri. Perlu kiranya beberapa pihak mulai memikirkan secara serius akan hal ini. Titanium, tak hanya sebagai industri komoditi yang bernilai tinggi, namun juga sangat penting bagi industri militer dalam negeri.

 

 

Zinc Anode Sebagai Pelindung Kapal dari Korosi Air Laut

Penulis : Eko Indra Purwanto

 

Kapal-kapal modern yang mengutamakan kekuatan fisik, daya angkut beban besar, dan kecepatan tinggi, menggunakan baja di sebagian besar konstruksi fisik dan permesinannya. Kapal-kapal besar terdiri dari kapal-kapal niaga, kapal-kapal penumpang, kapal-kapal riset dan SAR, serta kapal-kapal perang, dan kapal-kapal untuk kegunaan lainnya.

Besi yang merupakan bagian terbesar dari konstruksi kapal, mudah mengalami korosi yang disebabkan oleh air laut. Untuk menurunkan laju korosi yang tinggi, maka baja harus mendapat perlindungan yang baik. Perlindungan didapat melalui pelapisan permukaan baja menggunakan cat anti korosi, dan perlindungan bagian-bagian yang penting menggunakan logam-logam yang lebih reaktif sebagai anoda.

Proteksi katoda adalah cara pengendalian korosi suatu logam menggunakan reaksi elektrokimia, di mana reaksi oksidasi dalam sel galvanik terkonsentrasi pada anoda, yang mampu menekan laju korosi katoda dalam sel yang sama.

PerlindunganKatoda (Catode Protection / CP)

Ketika logam berbeda berada dalam kontak listrik atau fisik di dalam larutan elektrolit, korosi galvanik dapat terjadi pada logam tersebut. Proses ini mirip dengan sel DC sederhana di mana logam yang lebih reaktif bertindak sebagai anoda yang lebih mudah teroksidasi, dan logam yang kurang reaktif bertindak sebagai katoda yang dilindungi. Gaya gerak listrik (EMF) seri yang ditunjukkan pada Tabel 1 dapat digunakan untuk memprediksi logam yang akan menimbulkan korosi pada kontak dengan logam lain, berdasarkan apakah itu katoda atau anoda terhadap yang lain.

Proteksi katoda adalah cara pengendalian korosi menggunakan prinsip elektrokimia, di mana reaksi oksidasi dalam sel galvanik terkonsentrasi pada anoda dan menekan korosi dari katoda dalam sel yang sama. Gambar 1 menunjukkan sistem perlindungan katoda sederhana. Pipa baja katodik dilindungi oleh koneksi ke anoda magnesium yang ditanam di elektrolit tanah yang sama.

Perlindungan katodik pertama kali dikembangkan oleh Sir Humphrey Davy pada tahun 1824 sebagai cara untuk mengendalikan korosi pada kapal-kapal angkatan laut Inggris. Hampir semua pipa modern dilapisi dengan lapisan pelindung organik yang dilengkapi dengan sistem proteksi katodik berukuran tertentu, untuk mencegah korosi pada lapisan pelindung. Kombinasi lapisan pelindung dan proteksi katodik digunakan pada hampir semua struktur baja karbon yang tenggelam atau tertanam, dengan pengecualian dari platform produksi minyak lepas pantai dan struktur beton bertulang.

Dasar-dasar Perlindungan Katodik

Tabel 1 menunjukkan teori potensi elektrokimia yang diperoleh logam murni dalam 1 N larutan ion mereka sendiri. Gambar 1 menunjukkan dua logam ini – besi dan seng – secara terpisah direndam dalam asam klorida. Reaksi kimia yang terjadi dalam Gambar 1 adalah:

2 H+  + 2e   =====>  H2  ,   reaksi reduksi

2 H+  +  Fe   ======>   Fe2+  +  H2  , reaksi reduksi-oksidasi

Zn  ======>   Zn2+  +  2e  , reaksi oksidasi

2 H+  + 2 e  ======>   H2   , reaksi reduksi

2 H+  +  Zn  ======>   Zn2+  +  H2  reaksi reduksi-oksidasi

Tabel 1
Deret gaya gerak listrik standar (Potensial Elektroda Standar) untuk beberapa jenis logam

Nama Logam        Potensial Elektroda Standar

Ag Ɩ Ag+                             0,80  volt
Cu Ɩ Cu2+                           0,34  volt
H2 Ɩ H+                               (referensi) 0
Fe Ɩ Fe2+                           -0,44  volt
Zn Ɩ Zn2+                                   -0,76  volt
Al Ɩ Al3+                            -1,66  volt
Mg Ɩ Mg2+                        -2,36  volt

Kedua logam (pada gambar 1) menimbulkan korosi, dan kedua reaksi korosi (oksidasi) yang seimbang dengan reaksi reduksi yang sama, yang dalam kedua kasus melibatkan pembebasan gas hidrogen dari lingkungan asam. Dua reaksi korosi adalah independen satu sama lain dan ditentukan oleh laju korosi asam klorida pada dua logam yang bersangkutan.

Jika dua logam direndam dalam asam yang sama dan terhubung secara elektrik (Gambar 2), maka reaksi untuk zinc akan menjadi:

Zn ———> Zn2+ + 2e               Oksidasi
2H+ + 2e ———–>  H2               Reduksi

Pada gambar 2, terlihat bahwa hampir semua reaksi oksidasi (korosi seng) terkonsentrasi di elektroda seng (anoda), dan hampir semua reaksi reduksi (pembebasan hidrogen) terkonsentrasi pada elektroda besi (katoda). Oksidasi yang terjadi pada anoda seng di gambar 2 terjadi dalam laju yang jauh lebih cepat dibanding oksidasi yang terjadi pada Gambar 1. Pada saat yang sama, sebagian besar korosi besi pada Gambar 1 telah berhenti pada Gambar 2. Seperti yang ditunjukkan secara skematis, anoda seng pada Gambar 1 digunakan untuk melindungi katoda besi pada Gambar 2.

Tentu saja, beberapa korosi dari besi masih mungkin terjadi; apakah terjadi atau tidak, tergantung pada ukuran relatif dari elektroda seng dan besi. Beberapa reduksi ion hidrogen menjadi gas nya mungkin masih terjadi pada anoda seng. Anoda adalah elektroda di mana reaksi oksidasi logam terjadi, sedangkan katoda adalah elektroda tempat terjadinya reaksi reduksi. Semua sistem proteksi katodik membutuhkan anoda, katoda, sebuah sirkuit listrik antara anoda dan katoda, dan larutan elektrolit. Dengan demikian, perlindungan katodik tidak akan bekerja pada struktur yang berada di lingkungan udara. Udara adalah zat elektrolit yang buruk, yang mencegah arus mengalir dari anoda ke katoda.

CP dapat dilakukan dengan dua metode yang digunakan secara luas. Salah satu metode adalah sistem kopling struktur tertentu (katakan Fe) dengan logam yang lebih aktif seperti seng, aluminium, atau magnesium. Cara ini menghasilkan sel galvanik, di mana logam yang lebih reaktif bekerja sebagai anoda dan menyediakan fluks elektron pada struktur, yang kemudian menjadi katoda. Pada metode ini, katoda dilindungi oleh anoda progresif yang akan hancur akibat oksidasi, dan karenanya sering disebut sebagai anoda korban.

besi dan zinc terpisah dalam HCl

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gambar 1. Korosi yang terjadi pada logam zinc dan besi pada larutan HCl

 

Katoda Besi dan Anoda zinc yang terhubung kabel listrik

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gambar 2: Proteksi Katodik Besi Yang Dilakukan Zinc sebagai Anoda

 

Bahan – Bahan  Anoda

Ada tiga logam utama yang sering digunakan sebagai anoda galvanik, magnesium, aluminium dan seng. Logam-logam ini Mereka semua tersedia dalam bentuk batangan, piringan, atau lembaran. Masing-masing jenis anoda memiliki kelebihan dan kekurangan.

Magnesium memiliki potensial elektroda standar yang paling negatif dari tiga jenis anoda, dan lebih cocok untuk daerah di mana zat elektrolit (tanah atau air) memiliki resistivitas yang lebih tinggi. Elektroda ini biasanya digunakan untuk pipa dalam tanah  dan struktur baja ditanam lainnya, meskipun juga digunakan pada kapal di air tawar dan di pemanas air.

Seng dan aluminium umumnya digunakan dalam air garam, di mana resistansi larutan umumnya memiliki nilai yang lebih rendah. Seng dan aluminium digunakan untuk anoda lambung kapal dan perahu, pipa lepas pantai, sistem pendingin  mesin kelautan, pada baling-baling perahu kecil dan kemudi kapal, dan untuk permukaan internal tangki penyimpanan.

Zinc dianggap sebagai bahan yang dapat diandalkan, tetapi tidak cocok untuk digunakan pada suhu yang lebih tinggi, karena cenderung untuk pasif (tegangan elektroda standar menjadi kurang negatif); jika hal ini terjadi, arus listrik mungkin berhenti mengalir dan anoda berhenti bekerja.

Aluminium memiliki beberapa keunggulan, seperti bobot yang lebih ringan, dan kapasitas elektron yang jauh lebih tinggi dari seng. Namun, perilaku elektrokimia aluminium yang cenderung sangat mudah teroksidasi (tak seperti halnya seng), dan akan pasif pada konsentrasi ion klorida di bawah 1.446 ppm (1 ppm = 1 part per million / 1 per 1 juta). Oleh karena itu, penggunaan aluminium sebagai anoda korban hanya dilakukan pada bagian-bagian tertentu dari struktur suatu kapal.

Secara volume, zinc lebih banyak digunakan sebagai anoda dibanding aluminium. Ini disebabkan moderatnya sifat-sifat zinc, dan laju oksidasi yang lebih rendah dibanding logam aluminium.

Penggunaan Zinc Anode Pada Kapal Niaga Nasional      

Kapal-kapal yang terbuat dari baja, tak terhindarkan, haruslah menggunakan anoda zinc (zinc anode), jika pemiliknya menginginkan umur lapisan baja yang panjang, dan biaya perawatan yang rendah. Kapal-kapal barang, kapal tanker, kapal penumpang, kapal-kapal untuk kegunaan khusus, dan kapal-kapal perang, haruslah menggunakan anoda zinc (zinc anode) sebagai anoda pelindung baja dari bagian-bagian penting dari kapal.

Dari segi nilai ekonomi, biaya yang dikeluarkan untuk pengadaan zinc anode sebagai anoda korban pada ribuan kapal nasional bukanlah suatu nilai yang kecil. Dari beberapa sumber data, dapat diperkirakan pengeluaran untuk zinc anode bisa mencapai trilyunan per tahunnya.

Penggunaan Zinc Anode Pada Kapal Perang

Seperti halnya kapal niaga yang terbuat dari baja, kapal-kapal perang juga dilindungi oleh zinc anode. Ada ratusan kapal perang Indonesia yang menggunakan zinc anode dalam struktur mereka. Sebagai bagian dari alutsista, penggunaan zinc anode yang hingga saat ini masih berasal dari impor tentu memiliki kerawanan, ditinjau dari segi kemandirian pertahanan nasional. Dengan embargo zinc anode saja, dapat dipastikan kapal-kapal perang nasional menjadi tak layak untuk berlayar dan menjaga kedaulatan perairan nasional.

Potensi Industri Pembuatan Zinc Anode Dalam Negeri

Sebagai negara maritim dengan luasan laut yang mencapai 2/3 dari luas negara, maka kebutuhan akan anoda zinc (zinc anode) dalam industri pelayaran nasional sangatlah tinggi. Tak hanya untuk kebutuhan komersial, industri pertahanan juga sangat membutuhkan logam ini.

Banyaknya ketersediaan batuan mineral zinc di hampir setiap wilayah Indonesia mestinya menjadi peluang tumbuhnya industri yang memproduksi logam zinc, dimana salah satunya berguna sebagai zinc anode. Dan juga, dalam rangka kemandirian alutsista, perlu dipikir bagaimana kebutuhan akan zinc anoda dalam kapal-kapal perang TNI diproduksi di dalam negeri.