Perpustakaan Digital ITB

Zirkonium merupakan logam transisi strategis yang memiliki ketahanan korosi yang baik, titik leleh tinggi, dan penampang penyerapan neutron yang rendah, sehingga menjadikannya material yang tidak tergantikan dalam reaktor nuklir dan berbagai aplikasi material maju. Namun, proses Kroll yang konvensional untuk produksi logam zirkonium masih menghasilkan dampak buruk terhadap lingkungan karena menggunakan proses klorinasi yang menghasilkan emisi gas berbahaya seperti Cl2. Sebagai respons terhadap permasalahan ini, penelitian ini bertujuan untuk mengeksplorasi teknologi Hydrogen Plasma Smelting Reduction (HPSR) sebagai alternatif yang lebih bersih dan berpotensi lebih efisien dalam memproduksi logam zirkonium. Penelitian ini mengkaji perilaku reduksi dari dua jenis umpan, yaitu konsentrat zirkon (ZrSiO4) dan serbuk zirkonia (ZrO2), menggunakan reduktor plasma hidrogen, dengan fokus pada pengaruh durasi peleburan terhadap karakteristik produk. Studi ini memberikan dasar termodinamika dan eksperimental untuk mempelajari kelayakan HPSR sebagai jalur ekstraksi zirkonium yang berkelanjutan. Metodologi eksperimen menggabungkan simulasi termodinamika menggunakan perangkat lunak FactSage 8.3 dengan percobaan reduksi skala laboratorium di dalam reaktor plasma hidrogen. Simulasi dilakukan untuk mengevaluasi kestabilan fasa dan jalur reaksi ZrSiO4 dan ZrO2 dalam atmosfer hidrogen pada rentang temperatur yang luas. Material umpan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri atas konsentrat zirkon dan serbuk zirkonia murni. Karakterisasi terhadap konsentrat zirkon dilakukan menggunakan metode X-Ray Diffraction (XRD) dan X-Ray Fluorescence (XRF). Kedua jenis sampel dikompaksi menjadi briket silinder seberat 0,5 gram, dengan penambahan Ca-bentonit sebagai binder khusus untuk sampel konsentrat zirkon. Kedua briket direduksi menggunakan HPSR pada variasi durasi peleburan (2,5–10 menit) dengan campuran gas Ar-H2 (80% H2) sebesar 5 L/menit. Setelah proses reduksi selesai, dilakukan pencatatan kehilangan berat dan karakterisasi mikrostruktur serta komposisi kimia menggunakan SEM-EDS dan EPMA. Hasil penelitian menunjukkan bahwa peningkatan durasi peleburan secara signifikan meningkatkan efisiensi reduksi, ditandai oleh kenaikan kadar zirkonium dan penurunan kadar oksigen pada produk reduksi. Pada briket ZrSiO4, kadar Zr meningkat dari 77,79 % menjadi 92,18 %brt, kadar O menurun dari 20,2 % menjadi 6,14 %brt, dan kadar Si menurun drastis dari 15,47 % di umpan menjadi 0,07 % pada menit ke-2,5 dan 0,02 %brt pada menit ke-10. Sementara itu pada briket ZrO2, kadar Zr meningkat dari 79,36 % menjadi 93,41 %brt, dan kadar O menurun dari 18,99 % menjadi 5,57 %brt. Estimasi fraksi pada durasi peleburan 10 menit menunjukkan bahwa logam zirkonium terbentuk hingga 12% pada briket ZrSiO4 dan 15% pada briket ZrO2, mengindikasikan peningkatan konversi reduksi menuju fasa metalik dengan bertambahnya durasi paparan plasma.