Perpustakaan Digital ITB

Titanium (Ti) merupakan salah satu logam strategis yang banyak dimanfaatkan pada industri berteknologi tinggi, seperti dirgantara, biomedis, permesinan, dan kimia, karena memiliki biokompatibilitas yang tinggi, ketahanan korosi yang sangat baik, serta rasio kekuatan terhadap densitas yang tinggi. Hingga saat ini, titanium masih diproduksi secara komersial menggunakan proses Kroll. Namun, proses tersebut memiliki beberapa keterbatasan, antara lain konsumsi energi yang tinggi, emisi karbon yang besar, serta waktu produksi yang relatif lama. Oleh karena itu, diperlukan pengembangan teknologi alternatif yang lebih efisien, cepat, dan berpotensi lebih ramah lingkungan untuk produksi titanium. Salah satu teknologi yang dapat dikaji adalah hydrogen plasma smelting reduction (HPSR), yang memanfaatkan plasma hidrogen sebagai media reduksi untuk mendukung penghilangan oksigen dari oksida logam. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis pengaruh variasi stoikiometri karbon, waktu reduksi, dan jenis reduktor tambahan terhadap reduksi TiO2 pada proses HPSR. Perhitungan termodinamika dilakukan menggunakan modul Equilib pada perangkat lunak FactSage 8.3 untuk mengevaluasi kestabilan fase TiO2 selama proses reduksi menggunakan hidrogen, baik tanpa maupun dengan penambahan reduktor karbon dan aluminium. Percobaan HPSR dilakukan dengan variasi stoikiometri karbon sebesar 0,5; 1; 1,5; dan 2 pada waktu reduksi 4, 8, dan 10 menit. Sebagai pembanding, reduktor tambahan berupa aluminium juga digunakan dengan variasi stoikiometri 0,5; 1; dan 1,5 pada waktu reduksi 10 menit. Setiap percobaan menggunakan 1 gram TiO2 sebagai bahan baku dengan komposisi reduktor sesuai matriks percobaan, serta campuran gas Ar–80% H2 dengan laju alir total 5 L/menit. Efektivitas reduksi dievaluasi berdasarkan kehilangan berat sampel, perubahan kadar Ti dan O, serta karakteristik mikrostruktur produk hasil reduksi menggunakan scanning electron microscopy–energy dispersive spectroscopy (SEM-EDS). Hasil penelitian menunjukkan bahwa peningkatan stoikiometri karbon secara umum meningkatkan kadar Ti dan menurunkan kadar O pada seluruh waktu reduksi yang diuji. Tren paling jelas diperoleh pada waktu reduksi 10 menit, ketika kadar Ti meningkat dari 80,97 wt% pada stoikiometri karbon 0,5 menjadi 94,42 wt% pada stoikiometri karbon 2, sedangkan kadar O menurun dari 17,28 wt% menjadi 4,70 wt%. Namun, pengaruh waktu reduksi tidak sepenuhnya linier karena kadar O terendah diperoleh pada stoikiometri karbon 2 selama 8 menit, yaitu 1,43 wt%, sedangkan kadar Ti tertinggi diperoleh pada waktu reduksi 10 menit. Perbandingan reduktor tambahan menunjukkan bahwa karbon lebih efektif dibandingkan aluminium dalam menghasilkan produk kaya Ti. Pada waktu reduksi 10 menit, kadar Ti pada penggunaan karbon mencapai 80,97–83,44 wt% untuk stoikiometri 0,5–1,5, sedangkan aluminium menghasilkan kadar Ti sebesar 59,95–78,01 wt% pada rentang stoikiometri yang sama. Penelitian ini menunjukkan bahwa hubungan antara stoikiometri reduktor, waktu reduksi, jenis reduktor tambahan, komposisi unsur, dan mikrostruktur produk perlu dipertimbangkan secara terpadu dalam mengevaluasi reduksi TiO2 melalui proses HPSR. Kontribusi utama penelitian ini adalah menunjukkan bahwa reduksi selama 10 menit dengan stoikiometri karbon sebesar 2 berpotensi menghasilkan Ti dengan O dan C terlarut, serta bahwa karbon lebih efektif dibandingkan aluminium dalam mendorong pembentukan produk kaya Ti. Namun demikian, keberadaan Ti metalik belum dapat dipastikan secara meyakinkan karena estimasi fase dalam penelitian ini hanya didasarkan pada analisis komposisi. Dengan demikian, identifikasi Ti metalik dalam penelitian ini masih bersifat indikatif karena belum didukung oleh analisis struktur kristal, seperti X-ray diffraction (XRD). Oleh karena itu, optimasi parameter proses lebih lanjut diperlukan untuk mendorong reduksi TiO2 yang lebih sempurna menjadi logam Ti.