Zirkonium (Zr)

Overview

Zirkonium adalah logam putih keabuan yang jarang dijumpai di alam bebas.  Zirkonium merupakan salah satu unsur alam yang memiliki sifat tahan terhadap temperatur tinggi. Zirkonium (Zr) termasuk unsur golongan IVB  dan memiliki nomor atom 40 dengan berat atom 91,22 g/mol dan konfigurasi elektron [Kr]4d₂5s₂. Sumber utama Zr adalah zircon (ZrSiO) yang umumnya ditemukan dalam pasir dengan mineral berat seperti ilmenite dan rutile  yang merupakan mineral titanium. Mineral utama yang mengandung unsur zirkonium adalah zirkon/zirkonium silika (ZrO2.SiO2) dan baddeleyit/zirkonium oksida (ZrO2. Keberadaan Zr selalu bersama dengan hafnium (Hf) karena mempunyai kulit elektron terluar yang sama, sehingga untuk menghasilkan Zr murni harus dipisahkan dari Hf.

Zirkon adalah mineral milik kelompok nesosilicates . Nama kimianya adalah zirkonium silikat dan rumus kimia yang sesuai adalah Zr Si O. Zirkon dalam bentuk silikat mencair dengan unsur-unsur yang tidak kompatibel terkonsentrasi dan menerima kekuatan tinggi bidang elemen ke dalam strukturnya. Sebagai contoh, hafnium hampir selalu hadir dalam jumlah berkisar antara 1 sampai 4%. Struktur kristal zirkon adalah tetragonal sistem kristal . Warna alami dari zirkon bervariasi antara berwarna hijau, kuning-keemasan, merah, coklat, biru, dan spesimen tak berwarna yang menunjukkan kualitas permata adalah pengganti populer untuk berlian ; spesimen ini juga dikenal sebagai "berlian Matura".

Yang bahasa Inggris kata "Zirkon" berasal dari "Zirkon," yang merupakan Jerman adaptasi dari kata-kata  zirkon Kuning disebut "eceng gondok", dari bunga hyacinthus , yang namanya berasal dari Yunani Kuno, di Abad Pertengahan semua batu kuning asal India Timur disebut gondok. Pada umumnya zirkon mengandung unsur besi, kalsium sodium, mangan, dan unsur lainnya yang menyebabkan warna pada zirkon bervariasi, seperti putih bening hingga kuning, kehijauan, coklat kemerahan, kuning kecoklatan, dan gelap, sistem kristal monoklin, prismatik, dipiramida, dan ditetragonal, kilap lilin sampai logam, belahan sempurna – tidak beraturan, kekerasan 6,5 – 7,5, berat jenis 4,6 – 5,8, indeks refraksi 1,92 – 2,19, hilang pijar 0,1%, dan titik lebur 2.500◦C.

Zirkon juga merupakan mineral yang bersifat tahan korosi kestabilan dalam temperatur tinggi yang baik. Zirkon tidak larut dalam air namun larut dalam larutan asam serta dapat mengendap pada larutan basa. Sistem kristalnya dapat berupa monoklinik, heksagonal, tetragonal dan dipiramid. Berat jenis zircon 4,6-5,8.

Peta Kelimpahan

Zirkonium ditemukan dalam jumlah banyak di bintang-bintang tipe S, dan juga telah diidentifikasikan dalam matahari dan meteor.

Analisis bebatuan bulan yang diambil dari berbagai misi Apollo menunjukkan kandungan zirkonium yang tinggi, dibandingkan dengan bebatuan bumi.  Dalam sistem klasifikasi Hubble, galaksi spiral digolongkan sebagai tipe S, diikuti sebuah huruf (a, b, atau c) yang menunjukkan tingkat kerapatan dari lengan spiral dan ukuran dari tonjolan pusat.

Sedangkan galaksi yang terdapat bumi di dalamnya merupakan galaksi  yang memiliki kumpulan bintang berbentuk batang lurus yang memanjang keluar dari sisi daerah inti dan kemudian bergabung dengan struktur lengan spiral, di sistem klasifikasi Hubble, galaksi ini dikategorikan sebagai bintang tipe SB.

Karena kesulitan untuk menemukan dalam keadaan zirkonium murni, maka cara yang lebih mudah adalah mereaksikan dari bentuk yang mudah ditemukan dibumi yaitu zircon (zirkonium silika).

Zircon terbentuk sebagai mineral ikutan (accessory mineral) pada baatuan yang terutama mengandung Na-feldpar, seperti bataun beku asam (granit dan syenit) dan bataun metamorf (gneiss dan skiss). Secara ekonomis, zircon ditemukan dalam bentuk butiran (ukuran pasir), baik yang terdapat pada sedimen  sungai maupun sedimen pantai. Pada umumnya zircon terkosentrasi bersama-sama mineral titanium (rutil dan ilmenit), monazite dan mineral berat lainnya. Di Indonesia zircon merupakan sedimen sungai yang terdapat di daratan dan lepas pantai. Cebakan keseluruhan mineral ini pada umumnya berasal dari batu granit yang telah mengalami pelapukan dan transportasi. Mineral zirkon dapat ditemukan sebagai butir-butir kristal berukuran kecil di dalam sebagian besar batuan beku dan beberapa batuan metamorf, tersebar dalam jumlah jarang melebihi 1% dari total massa batuan. Secara umum konsentrasi mineral zirkon terbentuk sebagai rombakan di dalam aluvium dan sering berasosiasi dengan mineral berat lain seperti ilmenit, monazit, rutil, dan xenotim.

   Keberadaan deposit zirkon di Indonesia yang berpotensi untuk dilakukan proses eksplorasi, eksploitasi, dan produksi terdapat di daerah kepulauan Riau, Bangka-Belitung, dan pulau Kalimantan.   

Peta Penyebaran Zirkon di Indonesia

Senyawa zirkon sebagai salah satu mineral (termasuk logam tanah jarang) yang memiliki potensi cadangan yang cukup besar dan tersebar di wilayah indonesia. 

 

Riset atau Penelitian

Saat ini plasma torch ternyata telah menjadi pilihan teknologi pembangkit panas tinggi yang lebih efektif dan efisien dibandingkan dengan teknologi dapur (furnace) yang menggunakan bahan bakar fosil, pijaran kawat nikelin, microwave maupun radio frekuensi. Panas tinggi yang dibangkitkan dari sistem plasma torch sudah banyak digunakan oleh beberapa industri logam di luar negeri untuk peleburan bijih logam menjadi metal ingot dan metal alloy.  

Pada industri pengolahan pasir zirkon menjadi zirkon ingot, maka teknologi plasmatorch dan DC arc plasma dapat digunakan pada awal proses yaitu disosiasi pasir zirkon (ZrSiO₄) menjadi ZrO₂ dan SiO seperti yang dilakukan di laboratorium kimia mineraldivisi CSIRO Melbourne pada tahun 1983 dengan skema reaktor plasma seperti ditunjukkan pada gambar.

Reaktor plasma saat komisioning di laboratorium kimia mineral divisi CSIRO Melbourne  

Penggunaan teknologi plasma torch untuk disosiasi zirkon (ZrO₂) dari pengotor SiO₂ dalam umpan konsentrat pasir zirkon (ZrSiO₄) dengan kadar ZrO₂ sekitar 66% berat telah berhasil dilakukan oleh South African Nuclear Energy Corporation (Necsa) seperti ditunjukkan pada gambar dibawah :

Skema pabrik plasma dissociated zircon (PDZ) di Nesca

Teknologi arc plasma torch untuk proses pengolahan zirkon adalah umpan Zr(Hf)SiO₄ dilewatkan nyala plasma pada daerah suhu tinggi, maka akan terdisosiasi menjadi zirkonia Zr(Hf)O₂ monoklinik dan SiO₂ serta seperti reaktor PDZ .

Dilakukan pendinginan cepat (quenching) untuk mencegah re-asosiasi Zr(Hf)O₂ dan SiO₂ serta zirkonia monoklinik yang terikut dalam silica amorf yang terbentuk. Prose seperti ini adalah termasuk proses kering pada pengolahan pasir zirkon menjadi zirkonia. 

Reaktor PDZ di Nesca

Konsentrat pasir zirkon sebagai umpan yang dimasukkan ke dalam reaktor PDZ berasal dari Afrika Selatan dan Australia.

Di Indonesia belum terdapat pabrik yang mengolah pasir zirkon menjadi beberapa produk zirkonium seperti zirconium oxychloride atau zirconil chloride: ZOC (ZrOCl₂.8H₂O), zirconium sulphate: ZOS (Zr(SO₄)₂.4H₂O), zirconia (ZrSiO₂), zirconium metal (Zr), dll. Namun PTAPB-BATAN Yogyakarta mempunyai fasilitas pengolahan zirkonium silikat menjadi beberapa produk zirkonium seperti ZOC, ZOH, dan zirkonia pada skala pilot plant secara batch seperti ditunjukkan oleh gambar berikut : 

Unit kalsinator skala laboratorium beroperasi pada suhu 1000◦C untuk mengkonversi ZOH menjadi zirkonia dengan kapasitas produksi 0,2 kg ZrO₂/jam. Sedangkan unit pelindian HCl untuk membuat ZOC dan unit pengendapan ZOH untuk membuat Zr(OH)₄ secara batch pada unit pemurnian zirkonium di PTAPB-BATAN telah dimodifikasi menjadi proses secara sinambung pada tahun 2010 seperti ditunjukkan pada gambar :

Unit proses pembuatan ZOC dan ZOH di PTAPB-BATAN

Aplikasi 

Zirkonium digunakan dalam paduan seperti zircaloy, yang digunakan dalam aplikasi nuklir karena tidak mudah menyerap neutron. Juga digunakan dalam catalytic converters, perkusi topi dan tungku batu bata. Zirkonium Baddeleyite dan tidak murni (zirkonia) digunakan di laboratorium crucibles.

Akhir utama penggunaan zirkon (ZrSiO4) yang tahan api, keramik dan pengecoran opacification pasir. Zircon juga dipasarkan sebagai batu permata alami yang digunakan dalam perhiasan. Logam juga memiliki banyak kegunaan lain, di antara mereka di foto blitz dan instrumen bedah, untuk membuat kaca untuk televisi, dalam penghapusan residu gas dari tabung vakum elektronik, dan sebagai agen pengerasan di paduan, terutama baja. Kertas dan industri kemasan menemukan bahwa senyawa zirkonium membuat lapisan permukaan baik karena mereka memiliki sifat tahan air yang sangat baik dan kekuatan.