Jumat, 14 Desember 2018

Pemanfaatan Zirkonium dalam bidang Industri dan Kesehatan

Zirkonium merupakan unsur paling banyak ke 19 dikerak bumi, dimana zirconium lebih melimpah daripada tembaga dan timah merupakan golongan titanium logam, kelompok yang juga termasuk titanium dan hafnium dan yang disukai di industri untuk konduktivitas listrik baik dan kecenderungan membentuk garam logam karena stabil dalam banyak konfigurasi electron dan keadaan fisik.  Zirconium merupakan  unsur yang berwarna putih keabu-abuan, lunak sehingga mudah ditekuk dan dibentuk. Pada Tabel Periodik, zirconium bersimbol Zr. Zirkonium memiliki nomor atom 40, unsur yang terletak diperiode 5 dan grup 4 dari table periodik. Zr merupakan unsur radioaktif. Zr merupakan logam yang sering ditemukan dan diekstraksi dari silikat zirconium silikat mineral dan oksida mineral baddeleyite. Zirkonium dapat digunakan dalam berbagai bidang industry, seperti industry baja, bidang nuklir dan lain sebagainya.

            Apa Itu Zirkonium ?

Zirconium adalah logam transisi yang bersifat radioaktif sehingga logam ini jarang ditemui bebas dialam. Senyawa ini banyak terdapat dalam mineral zircon dan baddelyit yaitu berupa persenyawaan yang berbentuk zirconium silikat pada zircon (ZrSiO4) dan zirconium oksida pada badelleyit (ZrO2), sedangkan untuk zirconium dalam jumlah sedikit biasanya terdapat dalam mineral titanah, tantolo niobat, tanah jarang, silikat dan sebagainya. Zirconium yang terdapat dialam biasanya didapatkan dalam batuan vulkanik, basalt, dan batuan granit. Zirconium ini terdalam banyak mineral zircon yang bervariasi yaitu dari 61% sampai dengan 67%.
(https://bikifi.com/biki/periyodik-sistem-tarihce-ve-ozellikler)
Selain senyawa-senyawa diatas, zirconium ini memiliki bentuk lain yaitu dalam bahasa kimia nya biasa disebut dengan Allotrop. Allotrop dari zirconium ini ada 2 yaitu α dengan struktur hexagonal yang stabil dalam suhu 863 ◦C kebawah, dan bentuk ᵝ dengan struktur kubik berkisi-kisi yang stabil pada suhu 863 ◦C keatas.      

            Siapa Penemu Zirkonium 

Zirkonium ditemukan oleh kimiawan Jerman yang bernama Martin Heinrich Klaproth. Beliau merupakan pertama kali mengisolasi oksida dari zircon pada tahun 1789. Serbuk logam pertama kali diproduksi oleh kimiawan Swedia, Jons. J. Berzelius pada tahun 1824. Bentuk-bentuk logam yang dapat diisolasi tidak murni dan sangat rapuh. Pada tahun 1925 kimiawan Belanda, Anton E, Van Arkel dan J.H.de Boer pertama menemukan pemurnian logan dengan cara proses iodide termal dengannya mereka menguraikan zirconium tetraiodida secara termal. Kelemahan dari metode ini terkait dengan biaya yang terlalu mahal. Kemudian William Justin Kroll dari luksemburg menemukan proses yang lebih murah yaitu menggunakan magnesium untuk memecah zirconium tetraklorida. Proses ini menghasilkan zirconium yang lebih murni dalam jumlah besar dan cukup untuk keperluan industry.

Apa Manfaat Zirkonium ?

       Zirkonium digunakan dalam beberapa industry misalnya baja, besi, dan tenaga nuklir. Dalam industry baja digunakan untuk menghilangkan nitrogen dan sulfur dari besi, sehingga meningkatkan kualitas metalurgi baja. Ketika ditambahkan ke besi, digunakan untuk menciptakan paduan, zirconium meningkatkan machinability, ketangguhan dan keuletan besi. Aplikasi industry umu lainnya dari zirconium dapat digunakan dalam pembuatan lampu photoflash dan peralatan bedah dan penyamakan kulit.
       Meskipun kemampuannya untuk digunakan dalam berbagai aplikasi industry, sebagian zirconium yang dihasilkan saat ini digunakan dalam reactor nuklir berpendingin air. Zirkonium memiliki sifat tahan korosi yang kuat serta mempu membatasi fragmen fisi dan neutron sehingga neutron termal atau lambat tidak diserap dan terbuang, sehingga meningkatkan efisiensi reactor nuklir. Bahkan pada tahun 1989 digunakan dalam reactor nuklir baik dalam wadah bahan bakar atau selubung nuklir.

Raw Material

       Dari dua bentuk mineral di mana zirkonium terjadi, zirkon sejauh ini adalah sumber yang lebih penting. Ditemukan terutama di batuan beku, zirkon juga muncul di kerikil dan pasir yang dihasilkan sebagai batuan beku mengikis. Dalam bentuk ini, sering dicampur dengan silika, ilmenit, dan rutil. Sebagian besar zirkon yang digunakan dalam industri saat ini berasal dari deposit pasir dan kerikil ini, dari mana zirkon paling murni diekstraksi dan disempurnakan untuk digunakan sebagai logam zirkonium. Zirconium yang kurang murni digunakan dalam bentuk zirkonia stabil untuk refraktori dan produk keramik. Tambang zirkon terbesar di dunia ada di Australia, Afrika Selatan, dan Amerika Serikat.

Pemanfaatan Sifat Radioaktif Zirkonium

Zirconium termasuk dalam jenis logam yang sangat tahan terhadap suhu yang luar biasa tinggi, sehingga biasanya digunakan sebagai pelapis tanur. Selain itu zirconium juga tahan terhadap korosi dan tidak bereaksi dengan air dan asam (nitrat dan sulfat sebagai pelarut). Karena sifatnya yang tahan terhadap korosi, zirconium ini dalam bidang industry biasanya digunakan sebagai bahan tambahan pembuatan pompa, kran, pipa, alat penukar panas dan tangki bahan kimia terutama asam sulfat dan asam hidroksida karena sifatnya yang tidak larut dalam asam.
Selain dapat digunakan sebagai perabotan rumah, zirconium ini juga bisa digunakan  sebagai reactor dalam pembuatan nuklir, karena dalm pembuatan nuklir dibutuhkan material yang tahan terhadap korosi, daya serap neutron yang rendah, dari sifat-sifat mekanika yang sesuai ini dapat digunakan sebagai bahan pendukung struktur serta permukaan untuk perpindahan panas yang baik.

            Pemanfaatan Zirkonium 

            Semakin berkembangnya teknologi dan munculnya ilmuan-ilmuan yang luar biasa, pemanfaatan dari zirconium ini semakin luas lagi yaitu pada penelitian terbaru pada tahun 2018 ini zirconium dimafaatkan untuk memodifikasi pemaksimalan manfaat dari zeolit yaitu sebaga katalis yang mana fungsi dari zirconium sendiri ini adalah untuk membuka pori-pori pada zeolit untuk meningkatkan luas permukaan dari zeolit dan juga meningkatkan sifat keasaman yang mengakibatkan kerja zeolit sebagai katalis dalam reaksi ini akan semakin maksimal, dengan logam zirconium yang digunakan adalah ZrOCl2.8H2O yang didapat dari ekstrak pasir zircon yang diproduksi oleh PSTA-BATAN Yogyakarta.
Selain itu dalam bidang kesehatan,senyawa zirconium ini juga sudah mulai digunakan yaitu sebagai campuran dalam memaksimalkan gigi buatan sehingga tidak terjadi fraktur dalam mulut pengguna yang dapat dilihat dari uji kekuatan impaks, kekuatan transversal dan kekuatan tarik serta kekuatan fatik. Faktur gigi basis tiruan ini biasanya dipengaruhi oleh kekuatan impak yang kurang memadai sehingga bahan gigi basis tiruan mudah faktur akibat terjatuh atau terjadi benturan yang sangat keras secara tiba-tiba.
Adapun mineral dari zirconium yang digunakan adalah senyawa baddelyit yaitu dalam bentuk zirconium oksida (ZrO2) konsentrasi 5% yang ditambahkan dan serat kaca konsentrasi 2%. Penambahan bahan kimia ini digunakan sebagai bahan penguat berupa cross-linking-agent, rubber particles dan filler kimia. Syarat-syarat ideal dari suatu bahan basis gigi tiruan antara lain biokompatibel (kemampun suatu material untuk menyesuaikan dengan kecocokan dengan tubuh penerima), mempunyai sifat fisis dan mekanis yang baik, estetis (nilai keindahan), stabilitas warna yang baik, stabilitas dimensi yang baik, penyerapan air rendah, mudah dimanipulasi dan mudah diperbaiki jika rusak dan yang paling penting adalah mudah dibersihkan.
Tebukti dari hasil penelitian ini didapatkan bahwa penambahan zirconium oksida dan serat kaca ini memberikan peningkatan kekuatan impak dan transversal sehingga bahan gigi basis tiruan yang dihasilkan menjadi lebih kuat dibandingkan dengan gigi tiruan yang dihasilkan sebelumnya dan tidak mudah mengalami fraktur pada mulut sehingga dalam penggunaannya lebih aman bagi pengguna.
Pemilihan zirconium oksida ini dikarenakan sifat-sifatnya yang cocok untuk digunakan sebagai bahan tambahan dalam pembuatan gigi basis tiruan yaitu biokompatibel, radiopasitas yang baik, resistensi terhadap faktur yang tinggi dan penyebaran partikel yang terjadi lebih baik.
What is the mechanism that occurs?
            Nanopartikel yang dimiliki oleh senyawa zirconium oksida (ZrO2) ini memiliki sifat distribusi partikel yang sangat baik dan memiliki bentuk yang sangat halus sehingga memungkin kan nanopartikel ini untuk masuk dalam makromolekur rantai linier dari suatu polimer yang mengakibatkan peningkatan kekuatan impak dan transversal pada gigi basisi tiruan, perpindahan dari nanopartikel zircon oksida (ZrO2) yang memungkinkan partikel-partikel halus dapat memasuki kemudian mengisi ruang-ruang kosong antar partikel makromolekeul linier dari suatu polimer dan gerak sagmental dari makromolekul juga terbatas sehingga perpindahan nanopartikel yang terjadi lebih efektif dan mencegah terjadinya cracking. Karena faktor ini lah yang menyebabkan kekuatan dan kekakuan bahan meningkat.
How to Produce of Zirconium ?
Ekstraksi dan Pemurnian
Ekstrak zirkon

  •        Pasir dan kerikil yang mengandung zirkon yang dicampur dengan silikat, ilmenit, dan rutile biasanya dikumpulkan dari perairan pantai oleh kerukan mengambang, sekop uap besar yang dipasang pada tongkang apung. Setelah sekop meraup kerikil dan pasir, mereka dimurnikan dengan konsentrator spiral, yang terpisah berdasarkan kepadatan. The ilmenite dan rutile kemudian dihapus oleh pemisah magnetik dan elektrostatik. Konsentrasi zirkon yang paling murni dikirim ke produsen produk akhir untuk digunakan dalam produksi logam, sementara konsentrasi kurang murni digunakan untuk refraktori.
Refining zircon

  • .      Produsen produk akhir zirkon lebih lanjut menyempurnakan zirkon yang hampir murni menjadi zirkonium dengan menggunakan agen pereduksi (biasanya klorin) untuk memurnikan logam dan kemudian menyinter (memanaskan) sampai menjadi cukup ulet  dapat digunakan  untuk keperluan industri. Untuk penggunaan laboratorium skala kecil, logam zirkonium dapat diproduksi dengan menggunakan reaksi kimia di mana klorida digunakan untuk mengurangi zirkon.
  •     Zirkon yang kurang murni dibuat menjadi zirkonia, oksida zirkonium, dengan menggabungkan zirkon dengan coke, bor besi, dan kapur sampai silika direduksi menjadi silikon yang paduan dengan besi. Zirkonia kemudian distabilkan dengan memanaskannya hingga sekitar 3,095 derajat Fahrenheit (1.700 derajat Celsius), dengan tambahan kapur dan magnesia yang berjumlah sekitar lima persen.
Memperbaiki baddeleyite

  •       Seperti disebutkan di atas, baddeleyite mengandung konsentrasi zirkonium oksida yang relatif tinggi dan tinggi yang dapat digunakan tanpa penyaringan atau pembersihan. Satu-satunya proses pemurnian yang digunakan pada baddeleyite melibatkan penggilingan kerikil atau pasir ke bubuk dan ukuran bubuk dengan saringan berukuran berbeda. Semua zirkonium oksida yang berasal dari baddeleyite digunakan untuk refraktori dan, semakin banyak, keramik canggih.
Reference
"Adding Strength to Glassy Ceramics," Science News. September 13, 1986, p. 170.
Burke, Marshall A. "Ceramics Enter the Foundry," Design News. June 16,1986, p. 56.
Farida,ida. 2018. Modifikasi Zeolit Alam Dengan Zirconium Axydechloride Produk PSTA-BATAN dan Uji Katalitiknya Untuk Sintesis Senyawa Turunan Gliserol. Skripsi
"Fuel Cell's Future Gets a Boost," Design News. August 18, 1986, p. 38.
Heuer, A. H., ed. Science and Technology of Zirconia. American Ceramic Society, 1981.
https://id.wikipedia.org/wiki/Zirkonium
Laily,allya nurul. 2017. Pengaruh Penambahan Zirconium Oksida Dan Serat Kaca Pada Bahan Basis Gigi Tiruan Resin Akrilik Polimerisasi Panas Terhadap Kekuatan Impak Dan Transversal. Skripsi
Liu dkk. 2013. Analiysis Of Water Leaching And Transition Processes In Zirconium Ixydhlorie Octahydrate Production. Ceramic International. No 4
Sajima. 2008. Pengoprasian Tungku Peleburan. Laporan Kerja. PTAPB-BATAN. Yogyakarta.
Specifications for Zirconium and Zirconium Alloy Welding Electrodes and Rods. American Welding Society, 1990.
Zirconium and Hafnium. Gordon Press Publishers, 1993.
"Zirconium," Machine Design. April 14, 1988, pp. 234-35.
"Zirconium Holds Down Costs of Making Zirconium," Metal Progress. November, 1983, pp. 11-12.