Perpustakaan Digital ITB

Zirkonium merupakan logam transisi bernilai tinggi dengan kekuatan mekanik, ketahanan korosi, dan stabilitas kimia yang baik sehingga banyak digunakan pada industri berteknologi tinggi, terutama sektor nuklir karena penampang serapan neutron yang rendah. Kebutuhan globalnya terus meningkat seiring transisi menuju energi rendah karbon, namun proses produksi konvensional melalui Proses Kroll masih memiliki keterbatasan seperti tahapan kompleks, konsumsi energi tinggi, dan dampak lingkungan akibat penggunaan gas Cl2 sehingga mendorong pengembangan metode alternatif yang lebih efisien seperti Hydrogen Plasma Smelting Reduction (HPSR). Penelitian ini mengkaji reduksi serbuk zirkonia melalui kombinasi reduksi karbotermik dan plasma hidrogen, serta pengaruh durasi peleburan dan variasi stoikiometri grafit terhadap karakteristik briket ZrO2 hasil reduksi menggunakan SEM-EDS dan EPMA, untuk memberikan dasar pemahaman eksperimental dan termodinamika terhadap penerapan kombinasi reduksi karbotermik dan plasma hidrogen sebagai metode alternatif ekstraksi zirkonium. Serangkaian percobaan dilakukan bersamaan dengan simulasi termodinamika menggunakan perangkat lunak FactSage™ 8.4 untuk menganalisis kestabilan fasa serta kemungkinan jalur reaksi pada proses reduksi zirkonia dalam atmosfer hidrogen dengan penambahan karbon. Serbuk zirkonia dikarakterisasi menggunakan X-Ray Diffraction (XRD) untuk identifikasi fasa, kemudian dikompaksi menjadi briket bermassa 0,5 gram dengan penambahan binder pati sebesar 2 %brt serta variasi penambahan grafit berdasarkan stoikiometri reaksi. Briket selanjutnya direduksi dalam reaktor plasma hidrogen dengan variasi stoikiometri grafit dan durasi peleburan selama 4-12 menit. Setelah proses reduksi, dilakukan analisis komposisi kimia dan morfologi sampel menggunakan SEM-EDS dan EPMA untuk mengevaluasi hasil reduksi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa peningkatan durasi peleburan dari 4 hingga 8 menit pada kondisi 1,5 stoikiometri karbon menghasilkan kondisi paling optimal pada bagian oksida yang lebih tereduksi, dengan kadar Zr tertinggi sebesar 94,87%, kadar O terendah sebesar 0,91%, dan kadar C sebesar 2,82% berdasarkan analisis EPMA. Sementara itu, peningkatan penambahan grafit dari 0 hingga 1,5 stoikiometri secara konsisten meningkatkan kadar Zr dari 86,08% menjadi 93,13%, disertai penurunan kadar O dari 8,24% menjadi 1,45%. Kadar C yang berada pada kisaran 3,72-4,17% menunjukkan bahwa karbon masih tersisa dalam hasil reduksi dan berperan sebagai reduktor, namun juga berpotensi membentuk fasa karbida. Kondisi paling optimal diperoleh pada 1,5 stoikiometri karbon dengan durasi peleburan 8 menit, yang menghasilkan kadar Zr tertinggi serta kadar O dan C yang relatif lebih rendah dibandingkan kondisi lainnya.