Perpustakaan Digital ITB

Permintaan terhadap logam titanium terus meningkat akibat beberapa sifat unggul yang dimilikinya, seperti ringan, kekuatan spesifik yang tinggi, ketahanan terhadap korosi, dan kompatibilitas biologi yang baik. Salah satu teknologi komersial yang digunakan untuk produksi titanium adalah proses Kroll. Proses tersebut membutuhkan waktu yang lama sekitar 10 hari tiap siklusnya. Selain itu, proses tersebut mengonsumsi energi yang sangat tinggi sebesar 258 MJ/kg titanium yang dihasilkan dan emisi CO2 yang sangat tinggi sebesar 29,3 ton/ton titanium yang dihasilkan. Maka dari itu, teknologi produksi titanium harus dialihkan pada teknologi yang cepat dan ramah lingkungan. Hydrogen Plasma Smelting Reduction (HPSR) berpotensi untuk menghasilkan logam titanium dengan waktu yang lebih cepat dibandingkan proses Kroll dan produk samping berupa uap air yang menjadikan prosesnya ramah lingkungan. Penelitian ini bertujuan untuk menginvestigasi produksi titanium yang cepat dan ramah lingkungan menggunakan HPSR. Bahan baku yang digunakan untuk memproduksi logam titanium pada penelitian ini adalah serbuk TiO2. Terdapat dua metode yang lakukan pada penelitian ini, yaitu perhitungan termodinamika menggunakan FactSage 8.3 dan percobaan menggunakan HPSR. Perhitungan termodinamika dilakukan menggunakan basis data FactPS, FToxid, dan FTmisc dengan moduk equilib yang tersedia pada FactSage 8.3. Tujuan dari perhitungan termodinamika pada penelitian ini adalah untuk mengidentifikasi kestabilan fasa TiO2 saat direduksi dengan gas hidrogen serta membandingkan hasil perhitungan termodinamika dengan hasil percobaan menggunakan HPSR. Percobaan di laboratorium dilakukan dengan memvariasikan waktu reduksi untuk menguji pengaruh variabel tersebut terhadap komposisi kimia logam dan oksida yang dihasilkan. Percobaan variasi waktu reduksi dilakukan pada (2,5;5;7,5;10) menit dengan campuran gas Ar-80%H2, total laju alir gas sebesar 5 liter/menit, dan massa serbuk 0,5 gram. Kehilangan berat setelah proses reduksi dianalisis terhadap setiap waktu percobaan. Produk hasil reduksi dianalisis dengan menggunakan scanning electron microscope-energy dispersive spectroscopy (SEM-EDS) dan logam titanium yang terbentuk juga dianalisis menggunakan field emission gun (FEG) SEM-EDS untuk menentukan komposisi kimia dari tiap fasa yang terbentuk. 2 Hasil penelitian menunjukkan bahwa peningkatan waktu reduksi menghasilkan peningkatan derajat reduksi pada produk hasil reduksi. Hal tersebut ditunjukkan pada fasa Ti2O3 yang terbentuk pada waktu reduksi 2,5 menit, fasa TiO pada waktu reduksi 5 menit, konsentrasi titanium sebesar 94,89% pada waktu 7,5 menit, dan konsentrasi titanium sebesar 97,71% berdasarkan SEM-EDS serta konsentrasi titanium 100% (konsentrasi oksigen di bawah 0,1%) berdasarkan FEG SEM-EDS pada waktu reduksi 10 menit. Dari hasil karakterisasi produk hasil reduksi dan persen kehilangan berat tiap waktunya, estimasi fraksi fasa yang terbentuk sebagai fungsi dari waktu reduksi, yaitu: 30% TiO2, 26% Ti3O5, dan 44% Ti2O3 pada waktu reduksi 2,5 menit; 50% Ti3O5, 42% Ti2O3, dan 8% TiO pada waktu reduksi 5 menit; 60% Ti2O3, 32% TiO, dan 8% Ti pada waktu reduksi 7,5 menit; 50% Ti2O3, 37% TiO, dan 13% Ti pada waktu reduksi 10 menit. Selain itu, nilai rasio atom O/Ti yang dihasilkan penelitian ini cenderung lebih rendah dibandingkan penelitian lain pada tiap waktu reduksinya. Rasio atom O/Ti sebesar 1,52 didapatkan pada waktu reduksi 2,5 menit, rasio atom O/Ti sebesar 0,99 didapatkan pada waktu reduksi 5 menit, rasio atom O/Ti sebesar 0,17 didapatkan pada waktu reduksi 7,5 menit, dan rasio atom O/Ti sebesar 0,07 didapatkan pada waktu reduksi 10 menit. Hasil percobaan tersebut berkebalikan dengan perhitungan termodinamika menggunakan FactSage 8.3 yang menunjukkan bahwa titanium murni hanya dapat terbentuk dalam fasa gas. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa HPSR memiliki potensi besar sebagai alternatif produksi titanium yang lebih cepat dan ramah lingkungan.