STUDI EKSTRAKSI SILIKON DARI PASIR SILIKA INDONESIA …

PROSIDING TPT XXIX PERHAPI 2020

665

STUDI EKSTRAKSI SILIKON DARI PASIR SILIKA INDONESIA DENGAN METODE METALOTERMIK

Lulu Intan Fatmawati*, Abdul Latif, Fahrizal Surya Nanda

Program Studi Teknik Metalurgi, Fakultas Teknik Pertambangan dan Perminyakan, Institut

Teknologi Bandung, (FTTM-ITB) *E-mail: [email protected]

ABSTRAK

Pembangkit listrik di Indonesia mayoritas masih menggunakan bahan bakar fosil sehingga menghasilkan gas buang dalam jumlah besar terutama gas CO2. Gas tersebut merupakan gas rumah kaca sehingga dibutuhkan sebuah solusi untuk menangani hal ini. Salah satu solusi tersebut yakni pemanfaatan Energi Baru dan Terbarukan (EBT). Diantara pemanfaatan EBT tersebut, Indonesia memiliki peluang yang besar untuk Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) karena negara ini terletak di garis khatulistiwa. Saat ini, material yang umum digunakan untuk PLTS adalah silikon. Pada tahun 2019, produksi silikon dunia mencapai 7 juta ton. Menurut data BPS, Indonesia hingga saat ini belum memproduksi produk tambang silikon seperti paduan silikon maupun silikon murni padahal memiliki potensi bahan baku berupa silika sekitar 17 miliar ton yang tersebar hampir di seluruh indonesia. Penelitian ini bertujuan untuk menentukan besar perolehan ekstraksi silikon dari pasir silika Indonesia dengan metode metalotermik. Komposisi pasir silika yang digunakan berasal dari beberapa daerah di Indonesia yang memiliki kadar silika tinggi. Simulasi proses dilakukan dengan menggunakan aplikasi FactSage dengan 3 reduktor berbeda yaitu magnesium, kalsium, dan aluminium pada temperatur operasi 700-1200°C dengan tahapan 50°C. Spontanitas reaksi dapat dilihat dari nilai Energi Bebas Gibbs yang diperoleh dari FactSage. Dari hasil simulasi, diperoleh hasil berupa perolehan silikon tertinggi berasal dari reduksi pasir silika Sukabumi menggunakan aluminium sebesar 99,94%. Dari hasil simulasi diketahui bahwa perolehan silikon tidak dapat mencapai 100%. Hal ini disebabkan oleh pembentukan beberapa senyawa intermetalik seperti CaSi2, Mg2Si, FeSi2, dll. Silikon yang dihasilkan dilakukan proses pemurnian menjadi Silicon Metallurgical Grade (Si-MG) yang menjadi bahan baku untuk memproduksi Silicon Solar Grade (Si-SoG) berupa silicon wafer yang digunakan pada aplikasi photovoltaic. Dengan melihat potensi ini, diharapkan Indonesia dapat memproduksi silicon wafer untuk mengurangi ketergantungan impornya. Kata kunci: Silikon, Pasir Silika, Metalotermik, Reduksi.

ABSTRACT

In general, power plants in Indonesia have been utilizing fossil fuels that produce large amounts of exhaust gases, especially CO2. CO2 is one of greenhouse gas, therefore a solution is needed to deal with this problem. One of the solution is the utilisation of green energy. Among the uses of green energy, Indonesia has a great opportunity for a solar power plant because of this country is located on the equator. Currently, the material commonly used for solar harvesting is silicon. According to BPS data, Indonesia has yet to produce silicon mining products such as silicon alloys or pure silicon. However, Indonesia has the potential for raw material in the form of silica around 17 billion tons which is spread almost all over Indonesia. This research aims to determine the highest yield of silicon extraction from Indonesian silica sand using the metallothermic method. The composition of the silica sand used comes from several areas in Indonesia. The simulation is carried out using FactSage with three different reducing agents, i.e. magnesium, calcium, and aluminum with an operating temperature of 700-1200°C with 50°C step temperature. The reaction spontaneity can be seen from the Gibbs Free Energy value obtained using the FactSage. The results show that the highest silicon yield comes from the reduction of Sukabumi silica sand using aluminum with a 99.94% yield. It is found that the recovery of silicon cannot reach 100%, due to the formation of intermetallic compounds such as CaSi2, Mg2Si, FeSi2, etc. The silicon produced is refined into Silicon


666

Metallurgical Grade (Si-MG) which is the raw material for manufacturing Silicon Solar Grade (Si-SoG) in the form of silicon wafers using for photovoltaic. By seeing this potential, it is expected that Indonesia can produce silicon wafers to reduce Indonesia's dependence on imports.

Keywords: Silicon, Silica Sand, Metallothermic, Reduction

A. PENDAHULUAN

Dalam era industri seperti saat ini, energi merupakan salah satu kebutuhan yang esensial. Salah satu bentuk energi yang sangat krusial untuk kehidupan adalah energi listrik. Hingga Triwulan ke-3 tahun 2019, Rasio Elektrifikasi Indonesia telah mencapai 98,86%, dengan hanya tinggal 3 daerah lagi yang Rasio Elektrifikasi nya dibawah rata-rata nasional, yaitu NTT (73%), Papua (94%), dan Kalimantan Tengah (95%) (IESR, 2015). Walaupun begitu, Rasio Elektrifikasi ini masih belum mencapai target tahun 2019, yaitu 99%. Berdasarkan dokumen Indonesia Energy Outlook 2019, sebesar 86% pembangkit listrik di Indonesia masih menggunakan bahan bakar fosil. Pembangkit Listrik ini menghasilkan emisi berupa gas rumah kaca, salah satunya adalah gas CO2. Gas CO2 menjaga temperatur bumi dengan menyerap radiasi inframerah. Namun, konsentrasi gas CO2 yang terlalu tinggi akan menyebabkan kenaikan suhu permukaan bumi sedikit demi sedikit, sehingga dapat merugikan lingkungan (NASA, 2011). Dilansir dari laman Climate.gov, pada tahun 2019, kadar CO2 di atmosfer mencapai 409,8 ppm. Hal ini merupakan kadar CO2 tertinggi di atmosfer selama 800 ribu tahun. Oleh karena itu, untuk memitigasi emisi gas rumah kaca yang berlebihan, maka pada Konferensi Perubahan Iklim Perserikatan Bangsa-Bangsa 2015 di Paris, Prancis disetujui Paris Agreement.

Salah satu upaya Indonesia untuk meratifikasi Paris Agreement adalah pembuatan Rencana Umum Energi Nasional atau RUEN. RUEN berisi rencana-rencana Indonesia dalam sektor energi, salah satunya adalah pemanfaatan Energi Baru dan Terbarukan (EBT) (ESDM, 2017). Berdasarkan RUEN, Indonesia menargetkan penggunaan EBT sebagai bauran energi primer sebesar 23% pada tahun 2025, dan 31% pada tahun 2050 (ESDM, 2017). Indonesia memiliki potensi EBT sebesar 442 GW yang tersebar di seluruh Indonesia. Potensi ini tersebar pada berbagai sumber energi terbarukan, seperti Air (94.3 GW), Angin (60.6 GW), Bioenergi (32.6 GW), dan Surya (207.8 GWp) (IESR, 2015). Pada tanggal 4 September 2020, Indonesia telah melakukan penandatanganan akta kesepakatan pengembangan energi hijau dengan perusahaan asal Australia, Fortescue Metals Group (FMG). Kerja sama ini dimaksudkan untuk pengembangan ekonomi hijau di Indonesia dimana pihak FMG akan menginvestasikan sejumlah dana untuk percepatan pengembangan EBT di Indonesia dengan rencana pembangunan 60 GW PLTA dan 25 GW PLT-Panas Bumi (antaranews.com). Penggunaan EBT di Indonesia semakin meningkat setiap tahunnya yang didasarkan pada fakta bahwa terjadi peningkatan kapasitas total dari EBT dimana instalansi terpasang sebesar 9.861 MW pada tahun 2019 dibandingkan dengan jumlah terpasang pada tahun 2018 sebesar 9.485 MW (IRENA, 2019). Diperkirakan tren penggunaan EBT di Indonesia akan semakin meningkat seiring dengan adanya akta kesepakatan tersebut (antaranews.com).

Pemanfaatan EBT di Indonesia hingga saat ini baru mencapai 9,861 GW atau baru sekitar 2,23% dari potensi EBT yang dimiliki oleh Indonesia. Dengan melihat realita tersebut maka perlu dilakukan pengembangan dan penelitian lebih lanjut sehingga dapat memanfaatkan potensi EBT yang ada. Diantara pemanfaatan EBT tersebut, Indonesia memiliki peluang yang besar untuk menggunakan Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS). Hal ini didasarkan pada posisi Indonesia yang berada pada garis khatulistiwa yang memungkinkan sinar matahari dapat optimal diterima di hampir seluruh wilayah Indonesia. Menurut Wilson Wenas, salah satu pakar sel surya menyatakan bahwa total intensitas penyinaran matahari per hari di Indonesia mampu mencapai 4.500 watt-jam per meter persegi, yang membuat Indonesia tergolong kaya akan sumber energi matahari ini (Brian, 2017).


667

Saat ini, material yang umum digunakan pada PLTS adalah silikon. Pada tahun 2019, produksi silikon dunia mencapai 7 juta ton. Hingga saat ini, produksi silikon diekstrak dari pasir silika. Data dari ESDM menyebutkan bahwa Indonesia memiliki potensi pasir silika sekitar 17 miliar ton yang tersebar hampir di seluruh wilayah Indonesia (BPPT, 2013). Namun dari data BPS, hingga saat ini pasir silika Indonesia masih belum diolah menjadi produk Silikon seperti silikon murni ataupun FeSi. Dengan melihat potensi dari pasir silika ini, maka dapat dilakukan proses ektraksi silikon dari pasir silika Indonesia. Proses reduksi silika menjadi silikon dapat dilakukan dengan beberapa metode. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis akan melakukan proses simulasi reduksi pasir silika Indonesia menggunakan metode metalotermik dengan menggunakan 3 agen pereduksi, yaitu Aluminium, Kalsium, dan Magnesium.

Penelitian ini bertujuan untuk melakukan studi termodinamika dari proses reduksi silika menjadi silikon. Dari simulasi yang dilakukan tersebut, maka akan didapatkan data nisbah perolehan silikon untuk setiap agen pereduksi yang digunakan. Silikon yang dihasilkan dari proses simulasi ini selanjutnya dilakukan permurnian dengan jalur hidrometalurgi untuk memperoleh Silicon Metallurgical Grade (Si-MG). Selanjutnya dapat dilakukan proses pemurnian lebih lanjut untuk memproduksi Silicon Solar Grade (Si-SoG) yang menjadi komponen utama dari PLTS yaitu Silicon Wafer.

Makalah ini memberikan alternatif pengolahan pasir Silika dengan menggunakan metode metalotermik dikarenakan metode yang telah komersial untuk produksi silikon yaitu metode karbotermik membutuhkan energi listrik yang tinggi. Konsumsi energi listrik yang tinggi ini disebabkan oleh suhu operasi untuk reduksi pasir silika menjadi silikon berada pada rentang 1700 hingga 1900°C. Selain itu, metode karbotermik ini juga menghasilkan emisi gas buang yaitu CO dan CO2 dalam jumlah besar. Dengan alternatif proses reduksi metode metalotermik, diharapkan dapat mengurangi jumlah emisi gas buang khususnya CO2 sehingga dapat mencegah kenaikan temperatur global yang semakin signifikan.

B. METODOLOGI PENELITIAN Pada penelitian ini, dilakukan simulasi reduksi pasir silika Indonesia. Digunakan beberapa data kandungan pasir silika dari berbagai wilayah Indonesia. Data kandungan pasir silika dari berbagai daerah ini didapat dari beberapa literatur. Data kandungan pasir silika dari beberapa wilayah di Indonesia ditunjukkan pada tabel berikut.

Tabel 1. Data Kandungan Pasir Silika dari beberapa daerah di Indonesia Nama Daerah SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O P2O5 Total

Bangka Belitung 99.24 0.0747 0.143 0.107 0.0302 0 0 0 0 99.5949

Kalimantan Selatan 95.4 0.172 2.65 0.74

0.0403 0 0 0 0 99.0023

Kalimantan Barat 99.55 0.0501 0.0513 0.0352 0.0107 0 0 0 0 99.6973

Desa Tanjung Gundul 1 97.7 0.0448 0.523 1.04 0.113 0 0 0 0 99.4208 Desa Tanjung Gundul 2 96.89 0.0546 0.789 1.22 0.301 0 0 0 0 99.2546 Desa Pasir Panjang 1 98.65 0.0584 0.0905 0.747

0.0392 0 0 0 0 99.5851

Desa Pasir Panjang 2 87.95 0.0766 4.06 5.01 0.297 0 0 0 0 97.3936 Sanggau 89.87 0.133 3.8 3.07 0.369 0 0 0 0 97.242 Sekadau 85.62 0.118 7.83 2.05 0.843 0 0 0 0 96.461 BA 98.42 0.19 0.55 0.38 0.18 0.1 0.05 0.22 0.01 100.1 Tap 97.89 0.09 0.69 0.35 0.2 0.1 0.65 0.32 0.01 100.3 TRh 97.45 0.09 0.85 0.36 0.21 0.1 0.19 0.48 0.01 99.74 Sukabumi 96.8 0.04 0.67 0.65 0.75 0.13 0.03 0.08 0 99.15


668

BA = Beting Aceh; Tap = Tanjung Api; Trh = Teluk Rhu Selanjutnya dilakukan simulasi proses reduksi pasir silika dari setiap daerah tersebut menggunakan aplikasi FactSage. Proses reduksi ini dilakukan dengan metode metalotermik menggunakan 3 agen pereduksi, yaitu Aluminium, Kalsium, dan Magnesium pada temperatur operasi dari 700°C hingga 1200°C dengan menggunakan tahapan sebesar 50°C. Nilai kespontanan dari reaksi antara pasir silika dan agen pereduksi dapat dilihat dari nilai Energi Bebas Gibbs yang nilainya diperoleh dari FactSage. Dari proses simulasi akan didapatkan nilai nisbah perolehan silikon dari setiap agen pereduksi untuk pasir silika dari tiap daerah tersebut. Kemudian, data nisbah perolehan tersebut akan dibandingkan antara tiap agen pereduksi yang digunakan. C. HASIL DAN PEMBAHASAN C.1. Reaksi Reduksi Silika Diagram Ellingham menunjukkan plot hubungan antara temperatur dan kestabilan suatu senyawa oksida yang dapat dilihat dari nilai energi bebas gibbs senyawa tersebut. Energi bebas gibbs (ΔG) adalah suatu parameter termodinamika yang menunjukkan kemungkinan terjadinya suatu reaksi. Nilai ΔG yang bernilai negatif mengindikasikan bahwa reaksi tersebut dapat berlangsung secara spontan. Posisi garis untuk setiap reaksi pada diagram ellingham menggambarkan kestabilan dari oksida sebagai fungsi temperatur, dimana untuk reaksi yang posisinya semakin bawah pada diagram tersebut menunjukkan bahwa logam dari oksida tersebut bersifat lebih reaktif dan senyawanya menjadi lebih sulit untuk direduksi (Gaskell, 2018). Pada gambar 1, dapat dilihat bahwa terdapat beberapa unsur yang dapat mereduksi silika. Dari beberapa unsur tersebut, dipilih aluminium, kalsium, dan magnesium untuk menjadi agen pereduksi karena memiliki nilai kelimpahan besar pada kerak bumi (Yaroshevsky, 2006). Selain itu, harga dari logam-logam tersebut yang relatif murah, terutama logam aluminium yang sudah diproduksi di Indonesia.

Gambar 1. Diagram Ellingham (Gaskell, 2018)

Adapun reaksi reduksi silika dengan agen pereduksi yang digunakan adalah sebagai berikut.


669

SiO! + 2Mg = Si + 2MgO ∆G° = −292.3 + 0.0341TkJ/mol (1) SiO! + 2Ca = Si + 2CaO ∆G° = −359.480 + 0.0303TkJ/mol (2) 3SiO! + 4Al = 3Si + 2Al!O" ∆G° = −206.422 + 0.0265TkJ/mol (3)

Untuk setiap reaksi yang memiliki nilai energi bebas gibbs negatif, reaksi tersebut terjadi secara spontan menurut termodinamika (Gaskell, 2018). Dari nilai energi bebas gibbs pada reaksi (1), (2), dan (3) dapat ditarik kesimpulan bahwa reaksi akan berlangsung secara spontan bahkan pada suhu kamar (20oC) namun hal ini tidak bisa terjadi begitu saja karena dibutuhkan energi aktivasi. Ilustrasi dari energi aktivasi dari suatu reaksi agar dapat berlangsung terlihat pada gambar 2.

Gambar 2. Ilustrasi Energi Aktivasi (KhanAcademy)

Selain itu, meskipun suatu reaksi akan berlangsung secara spontan menurut termodinamika, terdapat juga kemungkinan bahwa reaksi itu membutuhkan waktu yang sangat lama sehingga terlihat seperti reaksi tersebut tidak berlangsung. Oleh karena itu, kinetika juga berperan sangat penting dalam berlangsungnya suatu reaksi. Secara umum, suatu reaksi akan berlangsung lebih cepat jika dioperasikan pada temperatur yang lebih tinggi. Hal ini sesuai dengan persamaan arrhenius (Persamaan 5), atau persamaan reaksi heterogen yang dimodelkan sebagai shrinking core model (Levenspiel, 1999) sebagai berikut. k = k#e$%/'( (5)

Keterangan : K = Tetapan Laju Reaksi k0 = Faktor frekuensi E = Energi aktivasi reaksi R = Tetapan Gas Ideal T = Temperatur Reaksi

Gambar 3. Persamaan Shrinking Core Model (Levenspiel, 1999)


670

Kendati demikian, perlu diperhatikan juga pembentukan atau transformasi fasa yang membutuhkan energi yang dapat menurunkan kecepatan reaksi. Namun, pada penelitian ini penulis hanya berfokus pada aspek termodinamika dari proses reduksi pasir silika menjadi silikon. C.2. Data Hasil Simulasi Tabel 2 hingga tabel 8 berikut menyajikan data nisbah perolehan silikon dari pasir silika beberapa wilayah di Indonesia yang direduksi menggunakan aluminium, kalsium, dan magnesium. Suhu operasi reduksi silika yang disimulasikan adalah 700 hingga 1200oC. Persamaan untuk Nisbah perolehan tertera pada persamaan 6.

Nisbah =BeratSiMurnipadaProdukreduksiBeratSipadaPasirsilikaawal

× 100% (6)

Data nisbah perolehan silikon hasil simulasi ditunjukkan sebagai berikut.

Tabel 2. Nisbah Perolehan Silikon dari Pasir Silika BA dan Bangka Belitung

Suhu/Daerah BA Bangka Belitung

Aluminium Kalsium Magnesium Aluminium Kalsium Magnesium 700 99.7082 89.3621 97.0296 99.8854 92.3136 96.6547 750 99.7082 89.6566 97.0800 99.8854 92.3136 96.6547 800 99.7082 89.6576 97.1705 99.8854 92.3136 96.6548 850 99.7082 89.6594 97.2608 99.8854 92.3136 96.6549 900 99.7082 89.6628 97.2625 99.8854 92.3136 96.6551 950 99.7082 0 97.2657 99.8854 0 96.6555 1000 99.7082 0 97.2350 99.8854 0 96.6478 1050 99.7082 0 97.2465 99.8854 0 96.6487 1100 99.7082 0 97.2683 99.8854 0 96.6499 1150 99.7082 0 97.3128 99.8854 0 96.6515 1200 99.7082 0 97.4243 99.8854 0 96.6538

Tabel 3. Nisbah Perolehan Silikon dari Desa Pasir Panjang 1 dan Desa Pasir Panjang 2

Suhu/Daerah Desa Pasir Panjang 1 Desa Pasir Panjang 2



671

Tabel 4. Nisbah Perolehan Silikon dari pasir silika Desa Tanjung Gundul 1 dan Desa Tanjung

Gundul 2

Suhu/Daerah Desa Tanjung Gundul 1 Desa Tanjung Gundul 2


Tabel 5. Nisbah Perolehan Silikon dari Pasir Silika Kalimantan Barat dan Kalimantan Selatan

Suhu/Daerah Kalimantan Barat Kalimantan Selatan


Tabel 6. Nisbah Perolehan Silikon dari Pasir Silika Sanggau dan Sekadau

Suhu/Daerah Sanggau Sekadau

Aluminium Kalsium Magnesium Aluminium Kalsium Magnesium 700 99.7760 52.3868 88.9181 99.7913 29.2457 87.9252 750 99.7760 52.3868 88.9181 99.7913 29.2457 87.9252 800 99.7760 52.3868 88.9182 99.7913 29.2457 87.9253 850 99.7760 52.3868 88.9183 99.7913 29.2457 87.9254 900 99.7760 52.3868 88.9186 99.7913 29.2457 87.9257 950 99.7760 0 88.9189 99.7913 0 87.9261 1000 99.7760 0 88.6163 99.7913 0 87.9267 1050 99.7760 0 88.6172 99.7913 0 87.9276


672

1100 99.7760 0 88.6185 99.7913 0 87.9289 1150 99.7760 0 88.6202 99.7913 0 87.9307 1200 99.7760 0 88.6227 99.7913 0 87.9332

Tabel 7. Nisbah Perolehan Silikon dari Pasir Silika Sukabumi dan Tap

Suhu/Daerah Sukabumi Tap


Tabel 8. Nisbah Perolehan Silikon dari Pasir Silika TRh

Suhu/Daerah TRh

Aluminium Kalsium Magnesium 700 99.8597 85.2940 96.0182 750 99.8597 85.5338 96.0922 800 99.8597 85.5356 96.2251 850 99.8597 85.5389 96.6762 900 99.8597 84.7800 96.6768 950 99.8597 0 96.7764 1000 99.8597 0 96.7886 1050 99.8597 0 96.8115 1100 99.8597 0 96.8553 1150 99.8597 0 96.9460 1200 99.8597 0 97.1751

Dari tabel diatas, dapat dilihat bahwa nisbah perolehan terbesar dapat diperoleh dengan menggunakan aluminium sebagai agen pereduksi, diikuti oleh magnesium dan kalsium. Pada tabel 1 terdapat data senyawa selain silika yang terdapat pada beberapa pasir silika di Indonesia. Senyawa-senyawa tersebut bereaksi satu sama lain, dengan silika, juga dengan agen pereduksi sehingga menurunkan nisbah perolehan silikon. Meskipun nisbah perolehan dengan menggunakan reduktor aluminium bernilai lebih dari 99%, perlu diingat bahwa seluruh produk pada pasir silika berada dalam fasa padat sehingga dibutuhkan proses berikutnya untuk memisahkan silikon murni dari senyawa intermetalik pada produk. Salah satu metode yang dapat digunakan untuk memurnikan silikon hasil proses reduksi ini adalah menggunakan jalur hidrometalurgi, dimana produk hasil reaksi dilakukan proses crushing dan grinding yang kemudian dilarutkan dengan menggunakan suatu reagen kimia tertentu yang dapat melarutkan silikon sehingga dapat dihasilkan silikon dengan tingkat kemurnian yang lebih tinggi, yaitu Silicon Metallurgical Grade (Si-MG). Si-MG ini kemudian


673

dimurnikan lebih lanjut menjadi Silicon Solar Grade (Si-SoG) yang akan digunakan sebagai Silicon Wafer pada Solar Photovoltaic (Solar PV). Produk hasil reaksi reduksi memiliki kenampakan seperti pada gambar 4 dan 5.

Pada gambar di atas tidak diperlihatkan hasil reaksi reduksi dengan agen reduktor kalsium. Lai et al. menyatakan bahwa dari hasil percobaan yang dilakukan dengan reduktor kalsium menunjukkan bahwa tidak terbentuk silikon yang ditandai dengan tidak terdeteksi nya logam tersebut pada proses karakterisasi dengan menggunakan XRD, SEM, dan TEM. Hal ini disebabkan oleh ukuran dari atom kalsium yang cukup besar sehingga proses difusi menjadi terhambat akibatnya proses reduksi tidak berlangsung walaupun secara termodinamika proses reduksi pasir silika dengan silikon dapat terjadi secara spontan. C.3. Pembentukan Senyawa Intermetalik Salah satu faktor yang menyebabkan penurunan nisbah tersebut adalah adanya pembentukan beberapa senyawa intermetalik pada semua silikon hasil reduksi dengan agen-agen pereduksi yang digunakan. Terdapat beberapa senyawa intermetalik dalam jumlah yang cukup besar, terutama jika reduksi dilakukan dengan reduktor kalsium. Reduksi pasir silika menggunakan Magnesium, terbentuk senyawa intermetalik berupa Mg2Si, Si2Ti, CaSi2, dan senyawa lain dengan jumlah kecil. Senyawa intermetalik yang paling banyak terbentuk adalah Mg2Si (Magnesium Silicide). Terjadi reaksi antara magnesium berlebih dan silikon yang dihasilkan dari proses reduksi, namun reaksi pembentukan senyawa intermetalik Mg2Si secara termodinamika hanya terjadi apabila semua SiO2 telah habis bereaksi. Shi et al. menyatakan bahwa apabila terjadi akumulasi panas yang akut maka akan dapat menyebabkan terjadinya reaksi sampingan yaitu pembentukan Mg2SiO4 dari reaksi antara MgO dan SiO2. MgO ini merupakan produk sampingan dari proses reduksi silikon. Pada percobaan ini, dari hasil simulasi FactSage jumlah Mg2Si yang dihasilkan relatif stabil dan tidak terbentuk Mg2SiO4 pada semua rentang temperatur operasi simulasi. Senyawa Intermetalik yang muncul ketika pasir silika direduksi menggunakan kalsium antara lain, CaSi2, Si2Ti, FeSi, dan FeSi2. CaSi2 merupakan senyawa intermetalik yang paling banyak terbentuk pada proses reduksi silika dengan kalsium. Bahkan pada suhu diatas 950°C. Silika murni sudah tidak terbentuk lagi dikarenakan silika murni bereaksi dengan kalsium sisa membentuk senyawa CaSi2. Selain itu, SiO2 yang belum tereduksi akan bereaksi dengan CaO yang terbentuk pada proses reduksi membentuk senyawa Ca2SiO4. Hal ini berdasarkan hasil simulasi dengan FactSage. Hipotesis reaksi adalah sebagai berikut.

Gambar 4. SEM Produk Reduksi dengan Aluminium (Nuruddin, 2020)

Gambar 5. SEM Produk Reduksi dengan Magnesium (Darghouth, 2020)


674

SiO! + 2Ca = Si + 2CaO (7) SiO! + 2CaO = Ca!SiO) (8) Ca + 2Si = CaSi! (9)

Gambar 6. Ilustrasi Reaksi Kalsium dengan Silikon

Gambar 7. Diagram Fasa Ti-Si (Roy, 2014)

Pada reduksi pasir silika dengan aluminium, hampir tidak terbentuk senyawa intermetalik yang signifikan dengan Aluminium. Hanya Titanium yang terdeteksi membentuk senyawa intermetalik dengan silikon berupa Si2Ti sesuai dengan diagram fasa Ti-Si pada Gambar 7. Hal ini yang menyebabkan nisbah perolehan silikon dari proses reduksi pasir silika dengan aluminium menjadi sangat tinggi. D. KESIMPULAN Kesimpulan yang diperoleh dari penelitian ini antara lain:

1. Nisbah Perolehan Silikon dari pasir silika tiap daerah untuk tiap agen pereduksi tertera pada Tabel 2 sampai dengan Tabel 8.

2. Hasil simulasi menunjukkan bahwa aluminium merupakan agen pereduksi yang memberikan nisbah perolehan silikon tertinggi, diikuti dengan magnesium dan kemudian kalsium untuk semua daerah.


675

3. Pada simulasi ini semua fasa yang terbentuk berupa fasa solid, sehingga dibutuhkan proses pemisahan lebih lanjut untuk memisahkan silikon murni dari senyawa intermetaliknya.

UCAPAN TERIMA KASIH Pada kesempatan ini, penulis menyampaikan terima kasih sebesar-besarnya kepada Laboratorium Pirometalurgi Teknik Metalurgi Institut Teknologi Bandung yang telah mengizinkan penulis untuk menggunakan aplikasi FactSage dan juga kepada PERHAPI karena telah menyelenggarakan TPT XXIX PERHAPI 2020. DAFTAR PUSTAKA Climate Change: Atmospheric Carbon Dioxide, data diperoleh melalui situs internet:

https://www.climate.gov/news-features/understanding-climate/climate-change-atmospheric-carbon-dioxide. Diunduh pada tanggal 10 September 2020.

Darghouth, A., Aouida, S., & Bessais, B. (2020): High Purity Porous Silicon Powder Synthesis by Magnesiothermic Reduction of Tunisian Silica Sand. Silicon, 1 - 10.

Effect of Changing the Carbon Cylcle, data diperoleh melalui situs internet: https://earthobservatory.nasa.gov/features/CarbonCycle/page5.php. Diunduh pada tanggal 30 Agustus 2020.

Entwistle, J., Rennie, A., & Patwardhan, S. (2018): A review of magnesiothermic reduction of silica to porous silicon for lithium-ion battery applications and beyond. Journal of Materials Chemistry A, 6(38), 18344 - 18356.

Gaskell, D. R., & Laughlin, D. E. (2018): Introduction to the thermodynamics of materials: 6th Edition, CRC Press, Florida, 422.

Indonesia-Australia teken kesepakatan kembangkan energi terbarukan, data diperoleh melalui situs internet:https://www.antaranews.com/berita/1706422/indonesia-australia-teken-kesepakatan-kembangkan-energi-terbarukan. Diunduh pada tanggal 10 September 2020.

Indonesia Energy Outlook 2019, data diperoleh melalui situs internet: https://www.esdm.go.id/assets/media/content/content-outlook-energi-indonesia-2019-bahasa-indonesia.pdf. Diunduh pada tanggal 10 September 2020.

Kebijakan Nasional Energi Baru Terbarukan dan Konservasi Energi, data diperoleh melalui situs internet: http://iesr.or.id/wp-content/uploads/2019/11/191216-IESR-Clean-Energy-Outlook.pdf. Diundurh pada tanggal 10 September 2020.

Lai, Y., Thompson, J. R., & Dasog, M. (2018): Metallothermic Reduction of Silica Nanoparticles to Porous Silicon for Drug Delivery Using New and Existing Reductants. Chemistry - A European Journal, 24(31), 7913 – 7920.

Levenspiel, O. (1999): Chemical Reaction Engineering: Third Edition, John Wiley & Sons, New York, 570 - 582.

Nuruddin, A., Yuliarto, B., Saputro, A.G., Badruzaman, B., & Ramelan, A. (2020): Preparation of Polycrystalline Silicon from Rice Husk by Thermal Decomposition and Aluminothermic Reduction. Molekul, 15(1), 26 - 33.

Potensi Sumber Daya Silika dan Wacana Pembangunan Industri PV di Indonesia Mengacu Pada Industri PV Global dan Perkembangan Material Maju di Indonesia, data diperoleh melalui situs internet: https://ptm.bppt.go.id/kegiatan-dan-kerja-sama/berita/224-potensi-sumber-daya-silika-dan-wacana-pembangunan-industri-pv-di-indonesia-mengacu-pada-industri-pv-global-dan-perkembangan-material-maju-di-indonesia. Diunduh pada tanggal 30 Agustus 2020.

Peraturan Presiden RI Nomor 22 Tahun 2017 tentang Rencana Umum Energi Nasional, data diperoleh melalui situs internet: https://www.esdm.go.id/assets/media/content/content-rencana-umum-energi-nasional-ruen.pdf \. Diunduh pada tanggal 10 September 2020.

Produksi Barang Tambang Mineral 2015-2018, data diperoleh melalui situs internet: https://www.bps.go.id/indicator/10/508/1/produksi-barang-tambang-mineral.html. Diunduh pada tanggal 30 Agustus 2020.


676

Renewable Capacity Statistics 2020, data diperoleh melalui situs internet: https://www.irena.org/publications/2020/Mar/Renewable-Capacity-Statistics-2020. Diunduh pada tanggal 30 Agustus 2020.

Roy, S., Divinski, S.V., & Paul, A. (2014): Reactive diffusion in the Ti–Si system and the significance of the parabolic growth constant. Philosophical Magazine, 94(7), 683 - 699.

Safarian, J., Tranell, G., & Tangstad, M. (2012): Processes for upgrading metallurgical grade silicon to solar grade silicon. Energy Procedia, 20, 88 - 97.

Sarwono yakini kebijakan makro-energi segera beralih ke rendah emisi, data diperoleh melalui situs internet: https://www.antaranews.com/berita/1703098/sarwono-yakini-kebijakan-makro-energi-segera-beralih-ke-rendah-emisi. Diunduh pada tanggal 10 September 2020.

Shi, L., Wang, W., Wang, A., Yuan, K., & Yang, Y. (2016): Understanding the impact mechanism of the thermal effect on the porous silicon anode material preparation via magnesiothermic reduction. Journal of Alloys and Compounds, 661, 27-37.

Silicon Statistics and Information, data diperoleh melalui situs internet: https://pubs.usgs.gov/periodicals/mcs2020/mcs2020-silicon.pdf. Diunduh pada tanggal 30 Agustus 2020.

Yaroshevsky, A.A. (2006): Abundances of chemical elements in the Earth’s crust. Geochemistry International, 44(1), 48 - 55.

Yuliarto, B. (2017): Memanen Energi Matahari, ITB Press, Bandung, 11.

STUDI EKSTRAKSI SILIKON DARI PASIR SILIKA INDONESIA …

Documents

Transcript of STUDI EKSTRAKSI SILIKON DARI PASIR SILIKA INDONESIA …