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%.
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.
.jpeg)
