Artikel : PENGGUNAAN FELDSFAR SEBAGAI FLUX DALAM PROSES PEMBAKARAN DALAM PEMBUATAN KERAMIK HALUS

PENGGUNAAN FELDSFAR SEBAGAI FLUX DALAM PROSES PEMBAKARAN DALAM PEMBUATAN KERAMIK HALUS.

A.   DATA GEOLOGI

Feldspar adalah masa batuan yang tersusun dari mineral – mineral yang terdiri atas alumunium silikat dari potassium, kalium dan sodium. Pada umumnya kelompok mineral ini terbentuk oleh proses pneumatolitis dan hidrotermal yang membentuk urat  pegamati. Feldspar ditemukan dalam batuan beku, batuan erupsi dan batuan metamorfosa (yang bersifat asam maupun basa).

Secara kimiawi, feldsfar merupakan alumunium silikat yang mengandung sodium, potassium, besi, kalsium atau barium atau kombinasi elemen – elemen tersebut. Batuan granit mengandung 60 % feldspar yang berasosiasi dengan kuarsa, mika khlorit, beryl dan rutile, sedang pada batuan pegmatite berasosiasi dengan kuarsa, mika dan topaz.

Berdasar pada keterdapatannya endapan feldspar dapat dikelompokkan menjadi 3 jenis, yaitu :

1. Feldspar primer
2. Feldspar Diagenetik
3. Feldspar Alluvial

Setiap jenis endapan memiliki karakteristik yang berbeda-beda. Feldspar primer terdapat dalam batuan granities, feldspar diagenetik  terdapat dalam batuan sediment piroklastik, sedangkan feldspar alluvial terdapat dalam batuan yanmg telah mengalami metamorfosa. Dari seluruh jenis feldspar di atas yang dikenal memiliki nilai ekonomis adalah feldspar yang berasal dari batuan asam.

Berdasarkan kandungan-kandungan unsur kimianya, secara mineralogi feldspar dapat diklasifikasikan menjadi dua kelompok:

1.    Alkali feldspar

2.    Plagioklas.

Kelompok alkali feldspar adalah sanidin sebagai kalium-natrium feldspar dan orthoklas sebagai natrium-kalium feldspar. Sedangkan orthoklas dan mikroklin keduannya termasuk sanidin, namun masing-masing mempunyai system kristal monoklin, sedangkan mikroklin mempunyai system kristal triklin.

Seluruh jenis feldspar umumnya mempunyai sifat fisik hampir sama, yaitu nilai kekerasan sekitar 6 – 6,5, skala Mohs dan berat jenisnya 2,4 – 2,8 gr/ml, sedangkan warna bervariasi mulai dari putih keabu-abuan, merah jambu, coklat, kuning dan hijau.

Berdasarkan data dari Direktorat Sumber Daya Mineral, Indonesia mempunyai potensi cadangan feldspar sangat banyak, yaitu cadangan proved 271.693.000 ton, cadangan probable 11.728.000 ton dan cadangan possible 56.561.000 ton. Dari jumlah cadangan tersebut, hanya beberapa perusahaan yang bergerak dalam penambangan feldspar, itu pun diproduksi masih dalam bentuk raw material.

B.    PENAMBANGAN

Penambangan bahan galian feldspar dilakukan dengan cara tambang terbuka. Penambangan didahului dengan  pengupasan lapisan tanah penutup yang berupa lempung. Apabila ditemukan lapisan feldspar akan dilakukan penambangan secara selektif.

Penambangan selanjutnya dilakukan dengan system teras (bench system) seperti pada gambar 1, dengan ketinggian dan lebar teras 3 x 5m. Sistem penambangan ini dapat menghasilkan suatu front penambangan yang aman dan memudahkan pekerjaan penambangan selanjutnya. Lapisan tanah penutup atau endapan feldspar yang berkualitas rendah dibuang/dipindahkan ke suatu tempat yang tidak mengganggu jalannya penambangan.

Endapan feldspar yang baik dan halus, digali kemudian disortir langsung di tempat penggalian. Setelah disortir, kemudian diangkut ke tempat penimbunan (gudang). Pengangkutan dari tempat penambangan ke gudang penimbunan biasa dilakukan deng ntenag manusia dengan menggunakan peralatan pengki (untuk local).

Dari gudang, bahan galian diangkut ke konsumen dengan menggunakan truk. Penjualan dilakukan dengan harga loko gudang, dengan demikian pengangkutan ketempat pabrik/industri dilakukan oleh pembeli. Sebelum dipasarkan, dilakukan pemeriksaan laboraturium atas beberapa contoh yang diambil dari stock yang ada digudang.

C.        PENGOLAHAN

Pada umumnya, pengolahan mineral feldspar adalah untuk menghilangkan atau menurunkan kadar material pengotor seperti besi, biotite, tourmaline, mika atau / muscovite dan kuarsa. Apabila kadar Fe₂O₃ terlalu tinggi maka akan mengakibatkan perubahan warna pada proses pembuatan badan keramik. Sebagai contoh untuk pembuatan badan porselen berkualitas baik adalah dengan kadar Fe₂O₃ maksimum adalah 0,50%.

Cara pengolahan feldspar dapat dilakukan dengan cara sederhana yaitu dengan penggilingan  (milling), pencucian dan pengayakan (sizing). Penggilingan dapat dilakukan dengan alat pot mill atau pebblemill. Feldspar yang terdapat dalam batauan yang telah mengalami deformasi, maka proses pengolahannya akan lebih rumit lagi. Dalam proses magnetit, intensitas magenet tinggi hanya dapat memisahkan hematite namun mineral-menieral pengotor lainnya tetap tidak terpisahkan dan kadar alkali feldspar juga tidak akan meningkat.

Cara pengolahan yang telah umum dilakukan terhadap semua jenis batuan yang telah mengalami ubahan adalah proses pengilangan lanau (deslining) dikombinasikan dengan proses flotasi buih (froth flotation). Flotasi buih adalah proses yang memanfaatkan media gelembung udara untuk mengapungkan secara selektif mineral yang bersifat hidrofobi. Proses ini dapat menghasilkan produk-produk berkadar tinggi seperti feldspar, kuarsa dan mika secara terpisah.

D.   KEGUNAAN FELDSPAR

Mutu feldspar ditentukan oleh kandungan oksida kimia K₂O dan Na₂O yang relative tinggi  (di atas 6%) oksidaFe₂O₃ dan TiO_2. Feldspar digunakan di berbagai industri, dalam industri  keramik diperlukan sebagian bahan pelebur atau perekat pada suhu tinggi dalam proses pembuatan keramik halus seperti barang pecah belah, saniter, isolator dan juga dalam industri gelas/kaca.

Selain dalam industri keramik feldspar juga berperan sebagai bahan baku atau pokok untuk industri gelas, industri gelas ember (gelas berwarna coklat), industri kaca lembaran dan lain-lain.

Namun setiap industri mematok spesifikasi feldspar dengan kualitas tertentu, hal ini mendapatkan hasil akhir produk industri yang diinginkan oleh konsumen. Misalnya saja feldspar digunakan dalam industri gelas harus memnuhi persyaratn khusus yang harus dipenuhi yaitu:

1.    Syarat kimia atau komposisi oksida(%)

-     SiO₂ anatara 68,00 – 69,99

-     Al₂O₃ diatas 17

-     (K₂O + Na₂O) diatas 11

-     Fe₂O₃ anatara 0,1 – 0,2

2.   Syarat fisik

Ukuran fisik : +16 mesh- 0

                       +20mesh -1 (maks)

                       -100mesh -25 (maks)

Berbeda dengan industri kaca lembaran, yang menentukan feldspar sebagai bahan bakunya harus memenuhi kriteriannya yaitu:Al₂O₃ lebih besar dari 18%, FeO₃ lebih kecil dari 0,8 %dan K₂O (alkali komponen) lebih besar dari 10% penggunaan feldspar sebagai bahan pengisi (filter) diutamakan yang ukuran butirnya berkisar antara 200 mesh samapai 10 mikron.

E.    PENGGUNAAN FELDSPAR SEBAGAI FLUX

1.       Spesifikasi Feldspar sebagai Flux untuk Keramik

                Jenis feldspar yang digunakan dalam pembuatan keramik adalah orthoklas/mikroklin dan albit/plagioklas asam (natrium feldspar). Feldspar dalam bentuk plagioklas basa dengan kadar kalsium tinggi tidak digunakan untuk keramik.

                Komposisi senyawa dan sifat unsur-unsur kimia dalam feldspar mempengaruhi tingkat kereaktifannya. Feldpar yang benyak mengandung senyawa alkali cendrung bersifat kurang aktif, akan tetapi sangat cocok digunakan sebagai fluk atau pelebur dalam proses pembuatan keramik halus.

                Adapun persyaratan komposisi kimia feldspar untuk ondustri keramik, berdasarkan Standar Nasional Indonesia (SNI No. 1145 – 1984) dapat dilihat pada table II.

SYARAT FELDSPAR UNTUK PEMBUATAN KERAMIK HALUS

Oksida	Feldspar Untuk
	Porselen (%)	Saniter (%)	Gerabah Halus Padat (%)
K2 + Na2O	6,0 – 15,0	6,0 – 15,0	6,0 – 15,
Fe2O3 + maks	0,5	0,7	0,8
TiO2 + maks	0,3	0,7	-
CaO + maks	0,5	0,5	1,0

2.       Mekanisme Penggunaan Feldspar

                        Adapun prosedur atau tahapan proses pembuatan keramik halus, terdiri dari beberapa tahap, yaitu :

1. Preparasi

Proses ini terbagi atas beberapa tahap, yakni :

-          crushing material (penghancuran) dengan jaw crusher dengan ukuran partikel 1-3 m.

-          grinding (penggerusan) dengan alat pot mill

-          pemisahan partikel berdasarkan ukuran butir (sizing) kurang dari 100 mesh

-          pengeringan material dalam oven/tungku baker selama 24 jam dengan suhu pengeringan 100^oC.

2. Mixing

proses ini terdiri dari beberapa tahapan proses, yakni :

-      penentuan komposisi berta bahan campuran agar sesuai dengan produk yang ingin dihasilkan. Dalam hal ini kadar bahan yang diperlukan adalah 35% adalah mineral feldspar, 45 % kuarsa, 10%kaolin dan 10% lagi adalah  lempung/ball clay.

-      pencampuran bahan-bahan tersebut dilakukan dengan menambahkan 10% air agar lebih mudah bercampur, diaduk sampai seluruh material tercampur rata.

-      adonan tersebut didiamkan selama 24 jam.

3. Firing(pembakaran)

Bahan keramik yang telah kering kemudian disusun dalam tungku pembakar dan ditutup rapat untuk menjaga kestabilan udara panas dalam tungku selama proses pembakaran karena udara tidak keluar dari tungku. Proses pembakaran tersebut melewati tigatahap temperature pembakaran yakni 1200^o, 1250^o, 1280^oC. Secara bertahap peningkatan temperature akan terjadi 5^oC .

4. Cooling(Pendinginan)

Proses pendinginan ini berlangsung perlahan agar badan keramik yang telah dibakar tidak mengalmi retakan ataupun merekah karena pengaruh perubahan temperature yang menjadi turun. Pada proses ini keramik tetap dibiarkan didalam tungku pembakar kemudian didiamkan selama 24 jam dalam suhu kamar (lebih kurang 27^oC)

5. Testing(pengujian kulitas)

Pengujian atau pengamatan dilakukan adalah untuk memastikan kualitas badan keramik yang telah dibakar untuk memenuhi standar mutu baku. Tes ini meliputi uji kuat lentur dan uji daya penyerapan/adsorpsi air kuat lentur ditentukan dengan menggunakan rumus :

KL =  3GP / 2LT (kg/cm)

Sementara, nilai adsorpsi air dapat diketahui dengan membandingkan anatara berat keramik yang telah terendam dalam air selama 24 jam. Untuk menentukan besarnya penyerapan air (Edwink, Frank, 1995) adalah :

PA = (BJ – BK) / BK x 100%

dimana :

KL       : Kuat lentur (kg/m²)

G          : Kuat tekan (kg)

P         : Jarak antar pendukung (cm)

T          : Tinggi sample keramik (cm)

L          : Lebar sample keramik (cm)

PA      : Daya serap air (%)

Hasil dari uji kuat lentur dan uji adsorpsi air tersebut, terlihat bawah keramik yang dibakar dalam ruang bakar pada temperatur 1280^oC, merupakan produk pembakaran yang lebih optimal dari semua keramik yang dibakar pada suhu yang lebih rendah.

KUAT LENTUR DAN ADSORPSI AIR PADA BADAN KERAMIK UJI

TEMPERATUR PEMBAKARAN	Uji Kuat lentur (kg/m2)			Adsorpsi Air (%)
	1	2	3	1	2	3
1200	142,8	165,1	204,5	9,091	15,120	11,970
1250	160,30	193,0	176,1	8,782	9,950	9,427
1280	207,5	176,1	228,3	9,902	8,427	8,231

Kondisi sifat fisik badan keramik yakni kuat lentur dan daya adsorpsi air, mengindikasikan badan keramik yang dibakar pada temperatur 1280^oC ini memiliki kualitas yang lebih baik. Kuat lentur badan keramik 202,3 kg/cm² dan daya adsorpsi air 8,88%, lebih besar dari rata-rata produk yang sama pada temperatur baker yang lebih rendah.

Saat Proses pembakaran badan keramik berlangsung, kandungan senyawa-senyawa oksida dalam feldspar mulai bereaksi, selanjutnya terbentuk fase kristal alumino-silikat (mullite). Terbentuknya fase ii berlangsung diikuti dengan terjadinya proses vitrivikasi (pengerasan) badan keramik akibat peleburan feldspar terhadap senyawa oksida Al₂O₃  dan SiO₂. Selama proses vitrivikasi ini, larutan silikat pekat terbentuk, menyatu dan tersepar ke pori-pori keramik dalam badan keramik. Larutan pekat inilah yang merekatkan partikel-paritikel material badan keramik, dengan mengisi pori yang ada.

Hasilnya, badan keramik hasil pembakaran pada temperature tersebut dengan menggunakan feldspar sebagai campuranya, memiliki daya tahan yang lebih baik dan tidak mudah lapuk.