PENDAHULUANEnergi Photovoltaic menggunakan bahan baku solar grade silicon (SoG-Si), cukup mahal dan menjadikan kendala di dalam pembangunan industri sel surya. Ketergantungan pada silikon off-grade ini menyebabkan keterbatasan suplai SoG-Si. Untuk mendapatkan bahan baku yang murah, pendekatan yang paling menarik adalah dengan meng-upgrade silikon metalurgi (MG-Si/99%Si) dengan memurnikannya dari pengotor yang ada dari kadar yang tinggi sampai ke tingkat kurang dari 1 ppma (part per million atom) melalui jalur proses metalurgi. MG-Si diperoleh dari hasil proses reduksi carbothermic terhadap silika (SiO2) yang mengandung beberapa unsur pengotor logam dan non logam. Pengotor logam seperti besi (Fe), aluminium (Al), kalsium (Ca), dan pengotor non logam seperti fosfor (P) dan boron (B). Penletian ini melaporkan hasil percobaan pemurnian MG-Si dengan proses pelarutan kimia. Proses pelarutan terhadap MG-Si menggunakan asam-asam HCl, HF dan HNO3 dan dilakukan secara bertahap serta menggunakan dua sistem pengadukan yaitu mekanik dan ultrasonik.PROSEDUR PERCOBAANAlur proses penelitian yang dilakukan, secara keseluruhan ditunjukkan pada Gambar di bawah ini. MG-SiPenggerusanPengayakanProses PelarutanJenis pelarut : HCl, HF, HNO3 dan waktu pelarutan147 mPencucianPengeringanKarakterisasi hasil pelarutanPengadukan1. MG-SiPada tahap ini dilakukan karakterisasi dan pengamatan metalografi pada bahan baku MG-Si yang bertujuan untuk mengetahui komposisi pengotor dan penyebaran unsure pengotor yang terkandung di dalam MG-Si.2. Penggerusan dan pengayakanProses penyiapan sampel meliputi penggerusan (grinding), pengayakan (seiving) dengan ukuran 147 m dan pemisahan unsur Fe menggunakan alat pemisah magnetik (magnetic separator). Kemudian konsentrat MG-Si diendapkan, dikeringkan dan dianalisis kimia untuk mengetahui pengurangan unsur Fe dari MG-Si.

3. Proses PelarutanDigunakan jenis pelarut asam HCl, HF, dan HNO3 dengan waktu pelarutan 8 jam. 4. Jenis Pengadukan, pencucian dan pengeringanMenggunakan pengadukan mekanik dan pengadukan ultrasonik, yang dilanjutkan dengan analisis kimia terhadap hasil pelarutan asam.5. Karakterisasi Hasil PelarutanTerdapat 3 metoda, yaitu Atomic Absorption Spectrophotometer (AAS), Scanning Electron Microscope (SEM) dan Metallographic.

HASIL PERCOBAANAnalsis Komposisi Kimia Mg-Si menggunakan alat XRF terdiri dari unsure Fe dengan %berat 0,277 unsure Ca, unsure Mg, unsure Ti, unsure Al, dan unsure Si. Analisis identifikasi pengotor pada sampel Mg-Si secara kualitatif dan semi kuantitatif dilakukan dengan alat SEM-EDX. Hasil pengujian pada posisi dot 003 menunjukkan adanya bintik-bintik putih yang terkonsentrasi pada batas butir, yang mana bintik putih tersebut merupakan pengotor yang mengandung Fe, Ca, Ti, Al, dan Mo. Sedangkan pada posisi dot 006 menunjukkan permukaan yang relative bersih, yang mengindikasikan bahwa area tersebut hanya terdiri atas logam silicon. Selanjutnya pada pemurnian MG-Si, setelah dilakukan pelarutan dengan berbagai jenis asam pada ukuran partikel 147 m selama 4 jam menggunakan gerakan pengadukan mekanik didapatkan konsentrasi pengotor untuk pelarut HCl 0,278%, pelarut HNO3 0,185%, dan pelarut HF 0,118% dengan % Si peda pelarut HCl sebesar 99,72, pelarut HNO3 sebesar 99,82 dan pelarut HF sebesar 99,88.

Unsur Konsentrasi

% berat Ppm

Fe 2770

Ca 0,0122 122

Mg 0,0204 204

Ti 0,128 1280

Al 0,182 1820

Si > 99.38

HASIL DAN PEMBAHASANPengaruh jenis larutan asamDari hasil analisa kimia terhadap konsentrasi pengotor setelah pelarutan dengan berbagai jenis asam, didapatkan bahwa ketiga jenis asam (HCl, HNO3, HF) dapat menurunkan konsentrasi pengotor yang ada di dalam sampel MG-Si walaupun keefektifan larutan dan efisiensi ekstraksi berbeda-beda. Hasil perhitungan terhadap keefektifan untuk larutan HF mencapai 80,90% sedangkan larutan HCl dan HNO3 masing-masing mencapai 70,22% dan 55,11%. Begitu pula hasil perhitungan terhadap efisiensi ekstraksi, bahwa efisiensi ekstraksi dari larutan HCl adalah paling rendah sedangkan efisiensi ekstraksi dari larutan HF paling tinggi untuk setiap unsur pengotor. Sedangkan persentase hasil ekstraksi seluruh pengotor dengan gerakan pengadukan ultrasonik mencapai 91,9%, lebih tinggi dibandingkan dengan gerakan pengadukan mekanik yaitu 87,64% pengaruh gerakan pengadukan mekanik lebih rendah dari gerakan pengadukan ultrasonik untuk unsur pengotor Al, Ca dan Mg sedangkan untuk unsur pengotor Fe dan Ti masih berimbang..KESIMPULANBerdasarkan percobaan pemurnian MG-Si dengan metoda pelarutan Kimia, dapat disimpulkan bahwa 1. Proses pelarutan MG-Si dengan asam adalah satu cara yang ekonomis untuk menurunkan kandungan pengotor logam. 2. Penurunan kandungan unsur pengotor menggunakan pelarut HF mencapai 80,90% dengan efisiensi ekstaksi lebih tinggi dibandingkan dengan pelarut HCl dan HNO3 yang masing-masing mencapai 55,11 dan 70,22%. 3. Penurunan kandungan unsur pengotor dengan menggunakan gerakan pengadukan ultrasonik meningkat mencapai 91,87% dengan efisiensi ekstaksi lebih tinggi dibandingkan dengan gerakan pengaduk

Saran: Penentuan variable proses dalam kaitannya dengan proses pemurnian MG-Si sebaiknya lebih divariasikan agar di dapat data yang lebih akurat. Dan ukuran serbuk MG-Si masih perlu dikecilkan hingga mencapai ukuran lebih kecil dari ukuran butir rata-rata silikon.