INDUSTRI KERAMIK
Makalah ini disusun untuk memenuhi tugas mata kuliah Ekonomi Industri
Disusun oleh :
1.Febri widyansyah(C1A015009)
2.Muhammad ghafar annafi(C1A015094)
Ilmu ekonomi studi pembangunan
Universitas jenderal soedirman
Fakultas Ekonomi & Bisnis
BAB I
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Indonesia memiliki sumber material alam yang cukup besar dalam bentuk SiO2, Al2O3, CaO, MgO, K2O, Na2O yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan keramik. Perkembangan industri keramik di Indonesia semakin meningkat. Kebutuhan akan keramik sangat meningkat baik keramik untuk hiasan, ubin dan lain-lain.
Keramik pada awalnya berasal dari bahasa Yunani keramikos yang artinya suatu bentuk dari tanah liat yang telah mengalami proses pembakaran. Pada mulanya diproduksi dari mineral lempung yang dikeringkan di bawah sinar matahari dan dikeraskan dengan pembakaran pada temperatur tinggi. Bahan baku keramik yang umum dipakai adalah felspard, ball clay, kwarsa, kaolin, dan air.
Material industri keramik mengalami perkembangan yang begitu pesat. Perkembangan tersebut meliputi di dalam struktur, komposisi, sifat-sifat fisik dan mekanik. Sifat-sifat fisik yaitu berkaitan dengan berat jenis material tersebut, manakala sifat mekanik berkaitan dengan kemampuannya untuk digunakan di dalam produk teknik. Keramik adalah sejenis bahan yang telah lama di gunakan, yaitu sejak 4000 SM. Barang –barang yang di buat dari keramik adalah pot bunga dan bata. Dalam industri otomotif, keramik telah di gunakan sejak berpuluh-puluh tahun yang lalu, yaitu untuk menghasilkan ignition park di dalam proses pembakaran otomotif. Keramik juga berfungsi sebagai isolator listrik. Bahan keramik menjadi bahan yang penting di dalam mesin karena sifatnya yang kuat. Keramik pada dasarnya terbuat dari tanah liat dan umumnya di gunakan untuk perabot rumah tangga dan bata untuk pembangunan perumahan. Pada masa kini keramik tidak lagi hanya terbatas penggunaanya untuk keperluan tradisional, keramik telah mengalami kemajuan dan di kenal dengan bahan keramik termaju. Bahan keramik sudah di gunakan dalam bidang teknik elektro, sipil, mekanik, nuklir bahkan bahan keramik ini di gunakan juga dalam bidang kedokteran. Bahan keramik sebagian sudah di gunakan dalam motor bakar seperti untuk komponen-komponen mesin diesel misalnya untuk turbo charge, klep dan kepala piston.
Keramik yang sangat bermanfaat menjadikan perkembangan industri keramik semakin pesat. Oleh karena itu, makalah ini akan membahas industri keramik dari bahan baku, proses pembuatan, limbah dari industri keramik serta analisis bahan baku dan analisis limbah.
II. Rumusan Masalah
Rumusan masalah yang akan dikemukakan diantaranya sebagai berikut:
Apa saja bahan baku yang digunakan dalam industri keramik?
Bagaimana cara menganalisis bahan baku yang digunakan dalam industri keramik?
Bagaimana proses pembuatan keramik dalam industri keramik?
Bagaimana analisis limbah dari industri keramik?
III. Tujuan
Mengetahui bahan baku yang digunakan dalam industri keramik.
Mengetahui cara menganalisis bahan baku yang digunakan dalam industri keramik.
Mengetahui proses pembuaran keramik dalam industri keramik.
Mengetahui analisis limbah dari industri keramik.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1Keramik
2.1.1Pengertian dan Sejarah Keramik
Keramik pada awalnya berasal dari bahasa Yunani keramikos yang artinya suatu bentuk dari tanah liat yang telah mengalami proses pembakaran. Kamus dan ensiklopedi tahun 1950-an mendefinisikan keramik sebagai suatu hasil seni dan teknologi untuk menghasilkan barang dari tanah liat yang dibakar, seperti gerabah, genteng, porselin, dan sebagainya. Tetapi saat ini tidak semua keramik berasal dari tanah liat. Definisi pengertian keramik terbaru mencakup semua bahan bukan logam dan anorganik yang berbentuk padat.
Umumnya senyawa keramik lebih stabil dalam lingkungan termal dan kimia dibandingkan elemennya. Bahan baku keramik yang umum dipakai adalah felspard, ball clay, kwarsa, kaolin, dan air. Sifat keramik sangat ditentukan oleh struktur kristal, komposisi kimia dan mineral bawaannya. Oleh karena itu sifat keramik juga tergantung pada lingkungan geologi dimana bahan diperoleh. Secara umum strukturnya sangat rumit dengan sedikit elektron-elektron bebas. Kurangnya beberapa elektron bebas keramik membuat sebagian besar bahan keramik secara kelistrikan bukan merupakan konduktor dan juga menjadi konduktor panas yang jelek. Di samping itu keramik mempunyai sifat rapuh, keras, dan kaku. Keramik secara umum mempunyai kekuatan tekan lebih baik dibanding kekuatan tariknya.
2.1.2.Klasifikasi Keramik
2.1.2.1.Keramik tradisional
Keramik tradisional yaitu keramik yang dibuat dengan menggunakan bahan alam, seperti kuarsa, kaolin, dan lain-lain. Yang termasuk keramik ini adalah barang pecah belah (dinnerware), keperluan rumah tangga (tile, bricks), dan untuk industri (refractory).
2.1.2.2.Keramik halus
Fine ceramics (keramik modern atau biasa disebut keramik teknik, advanced ceramic, engineering ceramic, techical ceramic) adalah keramik yang dibuat dengan menggunakan oksida-oksida logam atau logam, seperti oksida logam (Al2O3, ZrO2, MgO,dan lain-lain). Keramik halus digunakan untuk elemen pemanas, semikonduktor, komponen turbin, dan pada bidang medis.
2.1.3.Jenis-Jenis Keramik
2.1.3.1.Keramik Konvensional
Keramik Berstruktur
Keramik jenis ini mempunyai sifat mekanik yang baik. Antara bahan yang termasuk di dalam golongan ini ialah alumina, silicon karbida, silicon nitrida, komposite dan bahan yang di lapisi dengan keramik. Bahan ini sangat potensi di gunakan di dalam mesin diesel sebagai piston dan ruang pra pembakaran, turbo charge dan turbin gas. Ia di gunakan juga sebagai bahan penyekat ruang pembakaran bersuhu tinggi dan mata pahat potong logam (Cutting tool).
Keramik Putih
Keramik putih yaitu jenis keramik yang biasanya berwarna putih dan mempunyai tekstur jaringan yang halus. Keramik ini dibuat dari bahan dasar lempung kualitas terpilih dan fluks dalam jumlah bervariasi yang dipanaskan pada suhu 1200-15000C di dalam tanur (kiln). Contohnya keraamik tanah, porselin, keramik china, ubin keramik putih,dan sebagainya.
Keramik Refraktori
Keramik refrakori yakni keramik yang mencakup bahan – bahan yang digunakan untuk menahan pengaruh termal, kimia dan fisik. Refraktori dijual dalaam bentuk bata tahan api, bata silica, magnesit,dan sebagainya.
Keramik Listrik
Yang termasuk dalam kategori keramik listrik mempunyai fungsi elektromagnet dan optik dan juga fungsi kimia yang berkaitan dengan penggunaannya secara langsung. Keramik ini digunakan sebagai bahan penyekat, magnet, tranducer, dan pensemikonduksi.
2.1.3.2.Keramik Modern
Keramik Oksida
Keramik oksida murni yang digunakan sebagai alat listrik khusus dan komponen peleburan logam. Oksida yang umum digunakan adalah alumina (Al2O3), Zirconia (ZrO2), Thoria (ThO2), Berillia (BeO), Magnesia (MgO), Spinel (MgAl2O4) dan Forsterit (Mg2SiO4).
Keramik elektrooptik
Keramik elektrooptik seperti Lithium Niobate (LiNbO3) dan Lanthanum Zirconat Titanat (PLZT) memberikan sebuah media yang dapat merubah informasi elektrik menjadi informasi optik atau yang dapat menggerakkan fungsi optik dengan perintah dari sinyal elektrik.
Keramik magnetik
Keramik magnetik dengan komposisi dan penggunaan yang bervariasi telah dikembangkan. Bahan ini merupakan bahan dasar dari unit memori magnetik pada komputer yang besar. Keunikan sifat elektriknya terutama digunakan pada aplikasi elektronik gelombang mikro frekuensi tinggi.
Bahan bakar nuklir yang berbasis Uranium Oksida (UO2) sudah sangat luas digunakan. Bahan tersebut mempunyai kemampuan yang unik untuk menjaga sifat-sfat yang unggul setelah penggunaan yang lama sebagai bahan bakar pada reaktor nuklir.
Kristal tunggal dari berbagai jenis bahan sekarang mulai diproduksi untuk mengantikan kristal alami. Rubi dan kristal laser garnet dan tabung sapir dan substrat (substrat = sejenis semikonduktor) dikembangkan dari sebuah peleburan: kristal kwarsa (quartz) yang besar dikembangkan dengan proses hidrotermal.
Keramik nitrida untuk refraktori (refractory = bahan tahan api), dan turbin gas.
Enamel untuk aluminium pada industri arsitektur.
Komposit logam-keramik untuk refraktori.
Keramik karbida untuk bahan abrasif (abrasive = bahan penghalus permukaan).
Keramik borida untuk kekuatan dan temperatur tinggi, tahan terhadap oksidasi.
Keramik feroelektrik (barium titanat) mempunyai konstanta dielektrik yang tinggi.
Gelas-gelas nonsilika misal transmisi infra merah, peralatan semi konduktor.
Penyaring molekuler (molecular sieves)
Keramik gelas.
Polikristal bebas oksida dibuat berbahan baku pada alumina, yttria, dan spinel.
2.1.4.Sifat Keramik
Sifat yang umum dan mudah dilihat secara fisik pada kebanyakan jenis keramik adalah britle atau rapuh, hal ini dapat kita lihat pada keramik jenis tradisional seperti barang pecah belah, gelas, kendi, gerabah dan sebagainya, coba jatuhkan piring yang terbuat dari keramik bandingkan dengan piring dari logam, pasti keramik mudah pecah, walaupun sifat ini tidak berlaku pada jenis keramik tertentu, terutama jenis keramik hasil sintering, dan campuran sintering antara keramik dengan logam. sifat lainya adalah tahan suhu tinggi, sebagai contoh keramik tradisional yang terdiri dari clay, flint dan feldfar tahan sampai dengan suhu 12000C, keramik engineering seperti keramik oksida mampu tahan sampai dengan suhu 20000C. Kekuatan tekan tinggi, sifat ini merupakan salah satu faktor yang membuat penelitian tentang keramik terus berkembang.
Keramik memiliki karakteristik yang memungkinkannya digunakan untuk berbagai aplikasi termasuk :
Kapasitas panas yang baik dan konduktivitas panas yang rendah.
Tahan korosi.
Sifat listriknya dapat insulator, semikonduktor, konduktor bahkan superkonduktor.
Sifatnya dapat magnetik dan non-magnetik.
Keras dan kuat, namun rapuh.
Sifat termal penting bahan keramik adalah kapasitas panas, koefisien ekspansi termal, dan konduktivitas termal. Kapasitas panas bahan adalah kemampuan bahan untuk mengabsorbsi panas dari lingkungan. Panas yang diserap disimpan oleh padatan antara lain dalam bentuk vibrasi (getaran) atom/ion penyusun padatan tersebut.
Keramik biasanya material yang kuat, dan keras dan juga tahan korosi. Sifat-sifat ini bersama dengan kerapatan yang rendah dan juga titik lelehnya yang tinggi, membuat keramik merupakan material struktural yang menarik. Keterbatasan utama keramik adalah kerapuhannya, yakni kecenderungan untuk patah tiba-tiba dengan deformasi plastik yang sedikit. Ini merupakan masalah khusus bila bahan ini digunakan untuk aplikasi struktural. Perbedaan dan kelebihan diantara keramik dengan logam dan bahan polimer adalah seperti berikut:
Keramik: Bahan bukan organik (bukan metalik), keras, kuat, tidak bertindak balas dengan bahan kimia, titik cair tinggi.
Logam: Bahan-bahan organik (metalik), kekerasan dan kekuatan berbeda-beda, tidak stabil terhadap bahan kimia, Titik cair berbeda-beda.
Polimer: Bahan organik, kebiasaan lembut dan lemah, tidak stabil terhadap bahan kimia, temperatur cair rendah.
2.2.Bahan Galian Industri Keramik
2.2.1.Kaolin
Kaolin merupakan masa batuan yang tersusun dari material lempung dengan kandungan besi yang rendah, dan umumnya berwarna putih atau agak keputihan. Kaolin mempunyai komposisi hidrous alumunium silikat (2H2O.Al2O3.2SiO2), dengan disertai mineral penyerta. Proses pembentukan kaolin (kaolinisasi) dapat terjadi melalui proses pelapukan dan proses hidrotermal alterasi pada batuan beku felspartik. Endapan kaolin ada dua macam, yaitu: endapan residual dan sedimentasi. Mineral yang termasuk dalam kelompok kaolin adalah kaolinit, nakrit, dikrit, dan halloysit (Al2(OH)4SiO5.2H2O), yang mempunyai kandungan air lebih besar dan umumnya membentuk endapan tersendiri. Sifat-sifat mineral kaolin antara lain, yaitu: kekerasan 2 – 2,5, berat jenis 2,6 – 2,63, plastis, mempunyai daya hantar panas dan listrik yang rendah, serta pH bervariasi.
2.2.2.Felspar
Sebagai mineral silikat pembentuk batuan, felspar mempunyai kerangka struktur tektosilikat yang menunjukkan 4 (empat) atom oksigen dalam struktur tetraheral SiO2 yang dipakai juga oleh struktur tetraheral lainnya. Kondisi ini menghasilkan kisi-kisi kristal seimbang terutama bila ada kation lain yang masuk ke dalam struktur tersebut seperti penggantian silikon oleh aluminium. Terlepas dari bentuk strukturnya, apakah triklin atau monoklin, felspar secara kimiawi dibagi menjadi empat kelompok mineral yaitu kalium felspar (KAlSi3O8), natrium felspar (NaAlSi3O8), kalsium felspar (CaAl2Si2O8) dan barium felspar (BaAl2Si2O8) sedangkan secara mineralogi felspar dikelompokkan menjadi plagioklas dan K-felspar. Plagioklas merupakan seri yang menerus suatu larutan padat tersusun dari variasi komposisi natrium felspar dan kalsium felspar. Plagioklas felspar hampir selalu memperlihatkan kenampakan melidah yang kembar (lamellar twinning) bila sayatan tipis mineral tersebut dilihat secara mikroskopis. Sifat optis yang progresif sejalan dengan berubahnya komposisi mineralogi memudahkan dalam identifikasi mineral-mineral felspar yang termasuk ke dalam kelompok plagioklas tersebut. Na-plagioklas banyak ditemukan dalam batuan kaya unsur alkali (granit, sienit). Andesin dan oligoklas terdapat pada batuan intermediate seperti diorit sedangkan labradorit, bitownit dan anortit biasanya sebagai komponen batuan basa (gabro) dan anortosit.
Mineral yang termasuk kelompok K-felspar diklasifikasikan berdasarkan suhu kristalisasinya, mulai dari sanidin (suhu tinggi), ortoklas, mikroklin sampai adu-laria (suhu rendah). Keempat mineral mempunyai rumus kimia sama yaitu KAlSi3O8 dan (terutama) ditemukan pada batuan beku asam seperti granit dan sienit, selain itu ditemukan pula pada batuan metamorfosis dan hasil re-work pada batuan sedimen. Keberadaan felspar dalam kerak bumi cukup melimpah. Walaupun demikian untuk keperluan komersial dibutuhkan felspar yang memiliki kandungan (K2O + Na2O) > 10%. Selain itu, material pengotor oksida besi, kuarsa, oksida titanium dan pengotor lain yang berasosiasi dengan felspar diusahakan sesedikit mungkin. Felspar dari alam setelah diolah dapat dimanfaatkan untuk batu gurinda dan felspar olahan untuk keperluan industri tertentu. Mineral ikutannya dapat dimanfaatkan untuk keperluan industri lain sesuai spesifikasi yang ditentukan. Industri keramik halus dan kaca/gelas merupakan dua industri yang paling banyak mengkonsumsi felspar olahan, terutama yang memiliki kandungan K2O tinggi dan CaO rendah.
2.2.3.Pasir Kuarsa
Pasir kuarsa adalah bahan galian yang terdiri atas kristal-kristal silika (SiO2) dan mengandung senyawa pengotor yang terbawa selama proses pengendapan. Pasir kuarsa juga dikenal dengan nama pasir putih merupakan hasil pelapukan batuan yang mengandung mineral utama, seperti kuarsa dan feldspar. Hasil pelapukan kemudian tercuci dan terbawa oleh air atau angin yang terendapkan di tepi-tepi sungai, danau atau laut. Pasir kuarsa mempunyai komposisi gabungan dari SiO2, Fe2O3, Al2O3, TiO2, CaO, MgO, dan K2O, berwarna putih bening atau warna lain bergantung pada senyawa pengotornya, kekerasan 7 (skala Mohs), berat jenis 2,65, titik lebur 17150C, bentuk kristal hexagonal, panas sfesifik 0,185, dan konduktivitas panas 12 – 1000C. Dalam kegiatan industri, penggunaan pasir kuarsa sudah berkembang meluas, baik langsung sebagai bahan baku utama maupun bahan ikutan. Sebagai bahan baku utama, misalnya digunakan dalam industri gelas kaca, semen, tegel, mosaik keramik, bahan baku fero silikon, silikon carbide bahan abrasit (ampelas dan sand blasting). Sedangkan sebagai bahan ikutan, misal dalam industri cor, industri perminyakan dan pertambangan, bata tahan api (refraktori), dan lain sebagainya.
Bahan baku pembuatan keramik ada tiga yaitu lempung (tanah liat), pasir dan feldspar. Lempung merupakan alumunium silikat hidrat yang tidak terlalu murni yang terbentuk sebagai hasil pelapukan dari bahan beku yang mengandung feldspar sebagai salah satu mineral asli yang penting. Reaksinya :
Ada tiga jenis lempung atau tanah liat utama yang dibedakan oleh warna, ukuran partikel, sifat keliatan dan komposisi kimianya yaitu
Tanah liat kaolin berwarna putih, berukuran partikel sederhana, kurang keliatannya/sifat plastis. Dan mengandungi komposisi besi yang kurang dari 1%.
Tanah liat bola (ball clay) berwarna hitam atau kelabu, berukuran partikel halus, keliatan yang tinggi, dan kandungan besi oksida diantara 0 – 2 %.
Tanah liat api (fire clay) berwarna kemerahan, berukuran partikel antara sederhana dan besar dan komposisi besi oksida yang tinggi.
Tanah liat kaolin ini kebanyakan di gunakan dalam industri keramik konvensional seperti industri pembuatan piring, mangkuk, peralatan kamar mandi, lantai dan dinding, perhiasaan rumah seperti pot bunga porselin, peralatan listrik untuk voltan rendah dan tinggi. Beraneka ragamnya sifat fisik lempung dan kandungan tak kemurniannya, sehingga biasanya harus ditingkatkan mutunya terlebih dahulu melalui prosedur benafisiasi, yaitu menyingkirkan pasir dan mika dari lempung.
Ada tiga jenis feldspar yang umum, yaitu potas (K2O. Al2O3.SiO2), soda (NaO. Al2O3.6SiO2), dan gamping (CaO. Al2O3.6SiO2), yang kesemuanya dipakai dalam produk keramik. Feldspar sendiri berfungsi sebagai pemberi sifat fluks dalam formulasi keramik. Bahan – bahan ini termasuk bahan mentah yang di gunakan dalam pembuatan barang keramik konvensional seperti, feldspar, silicon, kalsium karbonat. Selain dari pada bahan di atas, berbagai mineral lain, seperti garam dan oksida juga digunakan sebagai bahan fluks dan perawis refraktori. Seperti Alumina, Zirkonia, Silikon karbida, Silikon nitrida, Barium titanat adalah merupakan sebahagian barangan keramik berteknologi tinggi. Bahan mentah ini mempunyai kemurnian yang tinggi, mahal dan kegunaannya tertumpu kepada industri teknik, mekanik, biological, elektronik dan listrik. Bahan-bahan ini mempunyai potensi dan reputasi masa depan yang tinggi bagi menggantikan bahan-bahan yang telah ada seperti besi dan baja. Hasil penggunaan bahan mentah ini dapat membentuk komponen atau produk yang mempunyai sifat-sifat kekuatan yang amat tinggi, kekerasan yang kuat, tidak bertindak balas dengan bahan kimia, kadar kehalusan yang rendah, mempunyai unsur ketahanan panas dan temperatur cair yang tinggi. Diantara bahan fluks yang biasa digunakan untuk menurunkan suhu vitrifikasi, suhu lebur, dan suhu reaksi adalah boraks (Na2B4O7. 10H2O), soda abu (Na2CO3), tulang kalsinasi, fluorspar (CaF2), kriolit (Na3AlF6), oksida besi, mineral litium, dll. Sedangkan beberapa bahan perawis refraktori khusus misalnya alumina (Al2O3), magnesit (MgCO3), zirnkonia (ZrO2), titania, alumunium silikat, dan lain-lain.
Badan keramik adalah bagian utama dalam pembuatan keramik dan bahan utamanya biasa disebut dengan bahan mentah keramik. Contoh bahan mentah keramik alam seperti kaolin, lempung, felspar, kuarsa, pyrophillit dan sebagainya. Sedangkan bahan keramik buatan seperti mullit, SiC, Borida, Nitrida, H3BO3 dan sebagainya.
Gambar. Bahan Mentah dan Bahan Glasir
Bahan mentah keramik digolongkan menjadi 5 (lima) yaitu :
1. Bahan Pengikat, Contoh : kaolin, ball clay, fire clay, red clay
2. Bahan Pelebur, Contoh : felspar, kapur
3. Bahan Pengisi, Contoh : silika, grog (samot)
4. Bahan Tambahan, Contoh : water glass, talk, pyrophillit
5. Bahan Mentah Glasir. (Bahan yang membuat lapisan gelas pada permukaan benda keramik setelah melalui proses pembakaran pada suhu tertentu), diantaranya adalah :
bahan mengandung SiO2 - pasir kuarsa - lempung – felspar
bahan mengandung oksida basa - potas felspar - batu kapur – soda abu·
bahan mengandung Al2O3 - kaolin – felspar
bahan tambahan Contoh :
- bahan pewarna, Contoh : senyawa cobalt, senyawa besi, senyawa nikel, senyawa chrom dan sebagainya.
- bahan perekat, Contoh : gum
- bahan penutup, Contoh :oksida sirkon, oksida seng
- bahan pelebur, Contoh : asam borat, borax, Na2CO3, K2CO3,
BaCO3 ,Pb3O4 dan sebagainya.
- untuk bahan opacifer : SnO2, ZrO dan sebagainya.
2.2.4 Clay (Lempung)
Clay dikenal sebagai tanah liat (argiles), merupakan sejenis mineral halus berbentuk kepingan, gentian atau hablur yang terbentuk dari batuan sediment (sediment rock) dengan ukuran butir < 1/256 mm. pada umumnya ada 2 jenis clay yaitu: ball clay, dan fire clay. Ball clay digunakan pada keramik karena memiliki plastisitas tinggi dengan tegangan patah tinggi serta pernah digunakan sendiri. Fire clay terdiri dari tiga jenis yaitu: flin fire clay yang memiliki struktur kuat, plastic fire clay yang memiliki workability yang baik, serta high alumina clay yang sering dipergunakan sebagai refraktori dan bahan tahan api.
2.3.Pembuatan Keramik
Semua produk keramik dibuat dengan mencampurkan berbagai kuantitas bahan baku, membentuknya lalu memanaskan sampai suhu pembakaran. Suhu ini mungkin hanya 7000C untuk beberapa glasir luar, tetapi banyak pula vitrifikasi yang dilakukan pada suhu 20000C. Pada suhu vitrifikasi terjadi sejumlah reaksi, yang merupakan dasar kimia bagi konversi kimia:
1. Dehidrasi atau “ penguapan air kimia” pada suhu 150-6500C
2. Kalsinasi, misal CaCO3 pada suhu 600-9000C.
3. Oksidasi besi fero dan bahan organic pada suhu 350-9000C.
4. Pembentukan silica pada suhu 9000C lebih.
Tahapan proses dalam membuat keramik saling berkaitan antara satu dengan lainnya. Proses awal yang dikerjakan dengan baik, akan menghasilkan produk yang baik juga. Demikian sebaliknya, kesalahan di tahapan awal proses akan mengasilkan produk yang kurang baik juga.
Cara-cara pembentukan (forming) berdasarkan kadar air antara lain:
Kadar air 6-7 %
Dibentuk dengan dipres terhadap puder adonan dan dibuat dengan cara spray drying atau penggilingan adonan.
Kadar air 20-25%
Dibenruk dengan jiggering (pengecoran) terhadap lumpur adonan. Misalnya pada pembuatan piring dan mangkuk.
Kadar air 40-60%
Pembuatan dengan cara casting (peuangan) terhadap lumpur adonan. Cetakan terbuat dari gips.
Ada beberapan cara atau teknik pembuatan keramik, yaitu :
a. Teknik coil (lilit pilin)
b. Teknik tatap batu/pijat jari
c. Teknik slab (lempengan)
Cara pembentukan dengan tangan langsung seperti coil, lempengan atau pijat jari merupakan teknik pembentukan keramik tradisional yang bebas untuk membuat bentuk-bentuk yang diinginkan. Bentuknya tidak selalu simetris. Teknik ini sering dipakai oleh seniman atau para penggemar keramik.
d. Teknik putar
Teknik pembentukan dengan alat putar dapat menghasilkan banyak bentuk yang simetris (bulat, silindris) dan bervariasi. Cara pembentukan dengan teknik putar ini sering dipakai oleh para pengrajin di sentra-sentara keramik. Pengrajin keramik tradisional biasanya menggunakan alat putar tangan (hand wheel) atau alat putar kaki (kick wheel). Para pengrajin bekerja di atas alat putar dan menghasilkan bentukbentuk yang sama seperti gentong, guci dan lain-lain.
e. Teknik cetak
Teknik pembentukan dengan cetak dapat memproduksi barang dengan jumlah yang banyak dalam waktu relatif singkat dengan bentuk dan ukuran yang sama pula. Bahan cetakan yang biasa dipakai adalah berupa gips, seperti untuk cetakan berongga, cetakan padat, cetakan jigger maupun cetakan untuk dekorasi tempel.
Cara ini digunakan pada pabrik-pabrik keramik dengan produksi massal, seperti alat alat rumah tangga piring, cangkir, mangkok gelas dan lain-lain. Disamping cara-cara pembentukan diatas, para pengrajin keramik tradisonal dapat membentuk keramik dengan teknik cetak pres, seperti yang dilakukan pengrajin genteng, tegel dinding maupun hiasan dinding dengan berbagai motif seperti binatang atau tumbuh-tumbuhan.
2.4.Keramik Berbahan Dasar Lempung
2.4.1.Gerabah (Earthenware), dibuat dari semua jenis bahan tanah liat yang plastis dan mudah dibentuk dan dibakar pada suhu maksimum 1000°C. Keramik jenis ini struktur dan teksturnya sangat rapuh, kasar dan masih berpori. Agar supaya kedap air, gerabah kasar harus dilapisi glasir, semen atau bahan pelapis lainnya. Gerabah termasuk keramik berkualitas rendah apabila dibandingkan dengan keramik batu (stoneware) atau porselin. Bata, genteng, paso, pot, anglo, kendi, gentong dan sebagainya termasuk keramik jenis gerabah. Genteng telah banyak dibuat berglasir dengan warna yang menarik sehingga menambah kekuatannya.
2.4.2.Keramik Batu (Stoneware), dibuat dari bahan lempung plastis yang dicampur dengan bahan tahan api sehingga dapat dibakar pada suhu tinggi (1200°-1300°C). Keramik jenis ini mempunyai struktur dan tekstur halus dan kokoh, kuat dan berat seperti batu. Keramik jenis termasuk kualitas golongan menengah.
2.4.3.Porselin (Porcelain), adalah jenis keramik bakaran suhu tinggi yang dibuat dari bahan lempung murni yang tahan api, seperti kaolin, alumina dan silika. Oleh karena badan porselin jenis ini berwarna putih bahkan bisa tembus cahaya, maka sering disebut keramik putih. Pada umumnya, porselin dipijar sampai suhu 1350°C atau 1400°C, bahkan ada yang lebih tinggi lagi hingga mencapai 1500°C. Porselin yang tampaknya tipis dan rapuh sebenarnya mempunyai kekuatan karena struktur dan teksturnya rapat serta keras seperti gelas. Oleh karena keramik ini dibakar pada suhu tinggi maka dalam bodi porselin terjadi penggelasan atau vitrifikasi. Secara teknis keramik jenis ini mempunyai kualitas tinggi dan bagus, disamping mempunyai daya tarik tersendiri karena keindahan dan kelembutan khas porselin. Juga bahannya sangat peka dan cemerlang terhadap warna-warna glasir.
2.4.4.Keramik Baru (New Ceramic), adalah keramik yang secara teknis, diproses untuk keperluan teknologi tinggi seperti peralatan mobil, listrik, konstruksi, komputer, cerobong pesawat, kristal optik, keramik metal, keramik multi lapis, keramik multi fungsi, komposit keramik, silikon, bioceramic, dan keramik magnit. Sifat khas dari material keramik jenis ini disesuaikan dengan keperluan yang bersifat teknis seperti tahan benturan, tahan gesek, tahan panas, tahan karat, tahan suhu kejut seperti isolator, bahan pelapis dan komponen teknislainnya.
BAB III
PEMBAHASAN
Bahan baku utama pembuatan keramik
Bahan baku keramik terdiri dari 3 jenis yaitu
Tanah liat (clay)
Pasir
Feldspar
Analisis material keramik
Untuk mementukan sifat-sifat dan kemampuan suatu bahan keramik maka perlu dilakukan suatu pengujian atau analisa. Beberapa jenis pengujian sifat-sifat fisis, sifat mekanik dan sifat termal (porositas, densitas, kekuatan patah, kekerasan)
Struktur Kristal
Kristal yaitu zat padat yang terdiri dari atom-atom yang teratur dalam pola periodik pada ruang tiga dimensi. Seluruh pembagian antara kristal dapat dikategorikan ke dalam tujuh sistem Kristal yaitu ; triclinic, monoklinik, ortorombic, tetragonal, kubic, trigonal (rombohedral) dan heksagonal.
Pengukuran Porositas
Porositas didefinisikan sebagai perbandingan antara jumlah volum pori-pori yang dimiliki zat padat (volum kososng) dengan jumlah volum yang ditempati zat padat. Adanya volum kosong yang disebut pori menjelaskan bahwa didalam keramik terjadi perubahan bentuk.
Perhitungan porositas dinyatakan melalui persamaan sebagai berikut :
Dengan V1 = volum kosong pada zat padat (cm3)
V2= volum yang ditempati zat padat (cm3)
Pada prakteknya perumusan di atas sulit dilakukan karena tidak mudah untuk mengukur volum kosong yang terdapat pada zat padat, oleh sebab itu pengukuran porositas dilakukan dengan Apparent porosity dengan persamaaan :
Dengan W1 : Berat sampel kering (gr), W2 : Berat sampel basah/ setelah direndam air(gr), dan W3 : Berat sampel digantung dalam air(gr).
Pengukuran Densitas
Densitas didefinisikan sebagai massa persatuan volum. Persamaan umum densitas adalah ρ = m/v. Bulk density dapat diukur dengan menggunakan prinsip Archimedes. Dalam perhitungan, jika kawat penggantung diperhitungkan maka dengan prinsip Archimedes diperoleh
Dimana :Wk: Berat sampel kering (gr)
Wb: Berat sampel basah/ setelah direndam air (gr)
Wt: Berat ssampel digantung dalam air (gr)
Analisis menggunakan XRD
Proses awal untuk mengetahui kandungan mineral dari bahan dasar keramik digunakan metode X-Ray Diffraction (XRD). XRD salah satu metode karakterisasi material yang paling tua dan paling sering digunakan hingga sekarang. Teknik ini digunakan untuk mengidentifikasi fasa kristalin dalam material dengan cara menentukan parameter struktur kisi serta untuk mendapatkan ukuran partikel. Difraktometer sinar-X merupakan instrumen yang digunakan untuk mengidentifikasi cuplikan berupa kristal dengan memanfaatkan radiasi gelombang elektromagnetik sinar-X.
Prinsip analisis dengan XRD adalah merekam dan memvisualisasikan pantulan sinar X dari kisi-kisi kristal dalam bentuk grafik. Grafik tersebut kemudian dianalisis, terdiri atas mineral apa saja dan relatif komposisinya. Analisis mineral juga dapat dilakukan dengan contoh berupa serbuk halus (powder). Analisis ini biasanya dilakukan untuk menganalisis pupuk, mineral standar, atau mineral primer yang sulit diidentifikasi dengan mikroskop.
Proses pembuatan pada industri keramik
Penyiapan bahan baku
Bahan baku keramik terdiri dari 3 jenis yaitu
Tanah liat (clay)
Pasir
Feldspar
Bahan baku ini kemudian dihancurkan menjadi bubuk, lalu ditambahkan pelarut untuk dapat menghilangkan pengotor-pengotornya. Endapan yang terbentuk disaring dan bubuk material keramik dipanaskan untuk menghilangkan impuritis dan air. Hasilnya, bubuk dengan tingkat kemurnian tinggi dan berukuran sekitar 1 mikrometer (0.0001 centimeter).
Pembentukan Keramik
Setelah pemurnian, sedikit wax (lilin) biasanya ditambahkan untuk melekatkan bubuk keramik dan menjadikannya mudah dibentuk. Plastik juga dapat ditambahkan untuk mendapatkan kelenturan dan kekerasan tertentu. Bubuk tersebut dapat menjadi bentuk yang berbeda-beda dengan beragam proses pembentukan (molding). Proses pembentukan ini diantaranya adalah slip casting, pressure casting, injection molding, dan extruction.
a. Die pressing:
Pada proses ini bahan keramik dihaluskan hingga mebentuk bubuk, lalu dicampur dengan pengikat (binder) organic, kemudian dimasukkan kedalam cetakan dan ditekan hingga mencapai bentuk padat yang cukup kuat. Metode ini umumnya digunakan dalam pembuatan ubin, keramik elektronik, atau produksi dengan cukup sederhana karena metode ini cukup murah.
b. Rubber mold pressing
Metode ini dilakukan untuk menghasilkan bubuk padat yang tidak seragam dan disebutrubber mold pressing, karena dalam pembuatannya menggunakan sarung yang terbuat dari karet. Bubuk dimasukkan kedalam sarung karet, kemudian dibentuk kedalam cetakan hidrostatis.
c. Extrusion Molding.
Pembentukan keramik pada metode ini melalui lobang cetakan. Metode ini bias digunakan untuk membuat pipa saluran, pipa reaktor, atau material lain yang memiliki suhu normal untuk penampang lintang tetap.
d. Slip Casting
Metode ini dilakukan untuk memperkeras suspensi dengan air dari cairan lainnya, dituang kedalam plaster berpori, air akan diserap dari daerah kontak kedalam cetakan dan lapisan yang kuat akan terbentuk.
e. Injection molding
Bahan yang bersifat plastis diinjeksikan dan dicampur dengan bubuk pada cetakan. Metode ini banyak digunakan untuk memproduksi benda-benda yang mempunyai bentuk yang kompleks.
Pengeringan
Setelah benda keramik selesai dibentuk, maka tahap selanjutnya adalah pengeringan. Tujuan utama dari tahap ini adalah untuk menghilangkan air plastis yang terikat pada badan keramik.Ketika badan keramik plastis dikeringkan akan terjadi 3 proses penting:
Air pada lapisan antarpartikel lempung mendifusi ke permukaan, menguap, sampai akhirnya partikel-partikel saling bersentuhan dan penyusutan berhenti;
Air dalam pori hilang tanpa terjadi susut; dan
air yang terserap pada permukaan partikel hilang.
Proses pembakaran (sintering)
Sintering merupakan proses pemanasan green compact pada suhu tinggi dimana temperatur pemanasannya dibawah temperatur cair unsur utama. Green compact terdiri dari partikel yang kecil dan mamiliki daerah permukaan luas. Pada proses sintering terjadi perubahan dimensi, baik berupa pemuaian maupun penyusutan, bergantung pada bentuk dan distribusi ukuran partikel, komposisi serbuk dan prosedur sintering. Ada 2 macam sintering, yaitu:
Solid-state sintering
Proses ini dilakukan pada suhu dibawah temperatur cair, sehingga transport atom dalam keadaan padat akan mengubah mechanical bonds menjadi metallurgical bonds.
Liquid-state sintering
Proses ini dilakukan pada suhu diatas temperatur cair. Liquid yang terbentuk akan mengalir ke partikel.
Reaksi pembakaran keramik:
1. Dehidrasi, yaitu penghilangan dari air yang mengikat pada suhu (150-650)°C.
Reaksi: A12O3 + 2SiO2 → Al2O3 + 2SiO2 + 2H2O
2. Kalsinasi, yaitu penguraian senyawa CaCO3 menjadi CaO dan CO2 pada suhu (600-900)°C, di mana pada suhu ±940°C alumina berubah menjadi kristal alumina dan H2O.
3. Oksidasi, di mana oksidasi besi fero (Fe2+) dan bahan-bahan organik lainnya pada suhu (350-900)°C.
4. Pembentukan silika pada suhu 900°C atau lebih, di mana pada suhu di atas 1000°C
aluminium + silika → illit dan melepas panas.
Reaksi : 3A12O3.2SiO2.2H2O (kaolinit) → 3A12O3.2SiO2 (mullit) + 4SiO2 (crytobalit) + 6SiO2
Proses sintering dapat berlangsung apabila :
Adanya perpindahan materi diantara butiran yang disebut proses difusi
Adanya sumber energi yang dapat mengaktifkan transfer materi, energi tersebut digunakan untuk menggerakkan butiran hingga terjadi kontak dan ikatan yang sempurna.
Ada beberapa mekanisme difusi selama proses sintering yaitu : difusi volum, difusi permukaan, difusi batas butir dan difusi secara penguapan dan kondensasi. Tiap-tiap mekanisme difusi tersebut akan memberikan efek terhadap perubahan fisis bahan setelah sintering antara lain perubahan : densitas, porositas, penyusustan dan pembesaran butiran.
Beberapa parameter yang dapat dijadikan acuan untuk mengevaluasi proses sintering material keramik adalah : porositas, densitas, sifat fisik, kekuatan mekanik, dan ukuran butir. Pengaruh suhu sintering terhadap perubahan densitas dan porositas saling berlawanan, suhu sintering semakin tinggi maka densitas, kekuatan mekanik dan ukuran butir semakin besar sedangkan porositas dan sifat listrik menurun.
Tahap penyempuran
Keramik yang sudah jadi kemudian ditambahkan bahan-bahan tambahan yang disesuaikan dengan produk yang digunakan. Bila produk yang dihasilkan berupa keramik berupa guci dan keramik hiasan lainnya dilakukan proses pengglasiran Proses pengglasiran ini dapat dilakukan dengan dicelup, dituang, disemprot, atau dikuas. Fungsi glasir pada produk keramik adalah untuk menambah keindahan, supaya lebih kedap air, dan menambahkan efek-efek tertentu sesuai keinginan.Bahan-bahan tambahan pada keramik meliputi:
Fluxing agent :
Borax- fluorspar
Boric acid- cyolite
Soda abu- barium mineral
Nepheline syenite- dll
Refractory ingredient
Alumina- dolomit
Olivine- chromite
Zircona- magnesite
Titania- dll
Analisis limbah pada industri keramik
Salah satu limbah dari industri keramik ini adalah adanya sisa pemakaian gypsum pada proses glasir keramik. Gypsum ini merupakan limbah padat yang cukup banyak dan belum dimanfaatkan. Kemudian dilakukan analisis untuk memurnikan gypsum ini agar dapat dimanfaatkan. Pemurnian dan pengaktifan gypsum ini dilakukan secara kimia fisika, melalui pencucian dan pelarutan bahan pengotor dengan air dan asam sulfat pada pH 4-5, sedangkan pengaktifan dilakukan dengan pemanasan pada suhu 160-170oC. Hasil pemurnian dikarakterisasi dengan difraktometer sinar X, analisa kimia basah dan uji fisika dibandingkan dengan gypsum standar. Gypsum hasil pemurnian dan pengaktifan memberikan sifat yang layak untuk dipakai kembali.
BAB IV
PENUTUP
Kesimpulan
Bahan baku utama dari pembuatan keramik ini adalah clay (lempung), pasir kuarsa dan feldsper serta bahan tambahan.
Analisis material keramik ini adalah dengan menggunakan metode XRD, ukuran porositasnya, densitas, dan struktur kristalnya.
Proses pembuatan keramik meliputi, penyiapan bahan baku, proses pembentukan keramik dengan beberapa metode, proses pembakaran, dan proses penyempurnaan.
Salah satu limbah yang dihasilkan dari industri ini adalah gypsum yang kemudian dimurnikan menjadi gypsum yang dapat digunakan kembali.
DAFTAR PUSTAKA
Kasmayadi, Wirman, et al. 2007. Analisis termal dan Studi Transformasi Fase Sistem Badan Keramik Lempung Batu Kumbung Lombok, Feldsper. Jurusan Kimia ITS. Surabaya.
Nurhakim, Draft Modul BGI Teknik Kimia, Hal. 7
Ramlan dan Akmal Johan. 2009. Identifikasi Keramik Na- β”-Al2O3 dengan Penambahan Variasi Komposisi (0%, 3%, dan 6%) Berat MgO. Jurnal Penelitian Sains. Volume 12, Nomer 1(B), 12103
Suhanda, et al. 1997. Pemurnian dan Pengaktifan Gipsum Bekas dari Industri Keramik Dengan Cara Kimia Dan Fisika. Jurnal Keramik & Gelas Indonesia.
http://www.ceramicindustry.com
Tidak ada komentar:
Posting Komentar