## JIFP
(Jurnal Ilmu Fisika dan Pembelajarannya) http://jurnal.radenfatah.ac.id/index.php/jifp/index Vol. VII, No. II,  Desember 2023, 01 - 06
ISSN (print): 2614-7467
Karakterisasi Pasir Besi (Fe 3 O 4 ) Sungai Seruai Kabupaten Deli Serdang
Characterization of Iron Sand (Fe 3 O 4 ) of the Seruai River

## Deli Serdang Regency
Ridwan Yusuf Lubis 1* , Dea Maharani Rangkuti 2 , Hariyati Lubis 3 , Masthura 4 , Miftahul Husnah 5
1* Program Studi Fisika, Universitas Islam Negeri Sumatera Utara, Medan, 20353, Indonesia 2,4.5 Program Studi Fisika, Universitas Islam Negeri Sumatera Utara, Medan, 20353, Indonesia
3 Program Studi Teknik Sipil, Universitas Amir Hamzah, Medan 20221, Indonesia
Email: ridwanyusuflubis@uinsu.ac.id

## ABSTRAK
Pada penelitian ini, pasir besi diperoleh dari sungai Sei Serayu yang berada di Kabupaten Deli Serdang. Metode pengambilan pasir  besi  dengan  cara  ekstraksi  secara  manual  menggunakan  magnet  permanen.  Sampel  yang  sudah  diperoleh  kemudian diberikan perlakuan suhu dengan variasi 500 o C, 600 o C dan 700 o C agar pasir besi mengalami oksidasi. Selanjutnya sampel yang sudah berikan perlakuan panas di karakterisasi  menggunakan XRD, SEM dan XRF. Dari hasil pengujian XRD diperoleh bahwa sampel terdiri dari Fe 3 O 4 dengan fasa magnetite . Puncak diffraksi XRD diperoleh pada sudut 2θ : 17,26 o , 29,98 o , 35,4 o , 43,16 o , 57,08 o , dan 62,56 o . Hasil Pengujian SEM menunjukkan sampel D memiliki kandungan magnetite (Fe 3 O 4 ) dengan tanda warna silver. Hasil pengujian XRF menunjukkan bahwa terjadi peningkatan oksida Fe 2 O 3 dengan pengotor terbanyak senyawa TiO 2 dan  SiO 2 .  Berdasarkan  analisa  hasil  pengujian  dapat  disimpulkan  bahwa  hasil  paling  optimal  terdapat  pada  sampel  D dengan suhu sintering 700 o C.
Kata Kunci: Pasir Besi, Fe 3 O 4 , Deli Serdang

## ABSTRACT
In  this  research,  iron  sand  was  obtained  from  the  Sei  Serayu  river  in  Deli  Serdang  Regency.  The  method  for  extracting  iron sand  is  by  manual  extraction  using  a  permanent  magnet.  The  samples  that  have  been  obtained  are  then  given  temperature treatment with variations of 500 o C, 600 o C and 700 o C so that the iron sand undergoes oxidation. Next, the samples that have been  heat  treated  are  characterized  using  XRD,  SEM  and  XRF.  From  the  XRD  test  results  it  was  found  that  the  sample consisted of Fe 3 O 4 with a magnetite phase. XRD diffraction peaks were obtained at angles 2θ: 17.26 o , 29.98 o , 35.4 o , 43.16 o , 57.08 o , and 62.56 o . SEM test results show that sample D contains magnetite (Fe 3 O 4 ) with a silver color. The XRF test results showed  that  there  was  an  increase  in  Fe 2 O 3 oxide  with  the  most  impurities  being  TiO 2 and  SiO 2 compounds.  Based  on  the analysis of test results, it can be concluded that the most optimal results are found in sample D with a sintering temperature of 700 o C.
Keyword: Iron Sand, Fe 3 O 4 , Deli Serdang

## PENDAHULUAN
Morpologi, struktur, sifat optic dan dielektrik dari  material  pasir  besi  (Fe 3 O 4 )  merupakan informasi  penting  dalam  aplikasi  teknologi (Öztürk  et  al.,  2021).  Nanopartikel  Fe3O4  telah menjadi perhatian banyak peneliti belakangan ini
karena  memiliki  sistem  skala  nano  yang  effisien dan
dapat digunakan dalam banyak pengaplikasian (Eivazzadeh-Keihan et al., 2020).
Diantara  semua  material  logam  transisi oksida,  Fe 3 O 4 telah  menjadi  salah  satu  material elektroda  yang  paling  baik  karena  memiliki

## JIFP
(Jurnal Ilmu Fisika dan Pembelajarannya) http://jurnal.radenfatah.ac.id/index.php/jifp/index Vol. VII, No. II,  Desember 2023, 01 - 06
ISSN (print): 2614-7467
kapasistansi  yang  tinggi  secara  teori  (924  mAh g -1 ),  ramah  lingkungan  dan  tidak  bersifat  toksik (Ai  et  al.,  2019).  Mineral  pasir  besi  merupakan salah  satu  komoditas  utama  yang  tergolong dalam  kelas  B  (mineral  yang  cukup  vital) berdasarkan peraturan pemerintah No. 27 tahun 1980  tentang  klasifikasi  mineral.  Beberapa peneliti  telah  melakukan  bebagai  identifikasi dankarakterisaisi  terhadap  mineral  pasir  besi untuk  mendapatkan  informasi  yang  lebih  dalam yang berhubungan dengan pengaplikasian lanutan  seperti Magnetic  Resonance  Imaging (MRI) (Bai et al., 2020) yang sesuai dengan sifat dan karakter dari mineral pasir besi yang  ada di wilayah  Indonesia  (Jalil  et  al.,  2017).  Untuk  itu penelitian  ini  dilakukan  untuk  mengetahui karakterisasi  dan  sifat  material  di  Sumatera Utara  terutama  Sungai  Seruai  Kabupaten  Deli Serdang.

## METODE PENELITIAN
Penelitian  dilakukan  di  Sungai  Seruai Kabupaten  Deli  Serdang  Pasir  besi  dari  Sungai Seruai diperoleh dengan cara ekstraksi menggunakan magnet permanen dari pasir yang sudah  dikeringkan.  Bijih  besi  yang  sudah diekstraksi  kemudian  dihaluskan  menggunakan mesin milling selama  2  jam.  Hasil  sesudah  di milling kemudian  diberikan  perlakuan  panas dengan  variasi  suhu  0 o C,  500 o C,  600 o C  dan 700 o C yang diberikan kode sampel A, B, C dan D.diuji  menggunakan  XRD,  SEM  dan  XRF selanjutnya  dianalisa.menggunakan  software Origin , Profex 5.0 dan Digimizer.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Salah satu pengujian yang dilakukan adalah pengujian X-Ray Diffraction (XRD) yang bertujuan  untuk  melihat  struktur  kristal  dan  fase dari  sampel.  Pengujian  XRD  menggunakan mesin  Smart-Lab  Rigaku  yang  menggunakan
sumber  sinar-x  berasal  dari  material  tembaga (Cu)  yang  memiliki  nilai  panjang  gelombang λ = 1,53 Å.
Analisa data hasil XRD dari sampel A, B, C dan  D  dilakukan  menggunakan software  origin untuk  melihat  sudut  puncak  dan Profex  5.0 melihat  fasa  yang  banyak  terbentuk  pada sampel.
Gambar  1.  Grafik  Hasil  Pengujian X-Ray Diffraction (XRD) Sampel A, B, C dan D
Berdasarkan gambar 1. dapat dilihat bahwa grafik  hasil  plot  dari  data  XRD  menggunakan origin menunjukkan  pola  yang  hampir  sama. puncak yang muncul pada grafik tersebut hampir sama  pada  setiap  sudut 2θ-nya.  Hal  ini  dapat disimpulkan  bahwa  hasil  dari  perlakuan  variasi suhu yang diberikan pada sampel A, B, C dan D tidak  memunculkan  fasa  baru  atau  senyawa baru (Antarnusa & Suharyadi, 2020) .
Gambar 2. Sudut Puncak 2θ Grafik Fe 3 O 4

## JIFP
(Jurnal Ilmu Fisika dan Pembelajarannya) http://jurnal.radenfatah.ac.id/index.php/jifp/index Vol. VII, No. II,  Desember 2023, 01 - 06
ISSN (print): 2614-7467
Grafik  sampel  A  akan  menunjukkan  sudut dan bidang dari grafik XRD. Untuk sudut – sudut puncak  nya  sendiri  dapat  diperhatikan  pada gambar  2  dan  3.  berikut.  Dari  hasil  ini  akan dapat  kita  analisa  apakah  hasilnya  sesuai dengan sudut dari Fe 3 O 4 sesuai referensi.
Gambar  3.  Indeks  Miller  dari  Setiap  Puncak Fe 3 O 4
Dari hasil plot garik sampel A pada gambar 2  dan  3  dapat  dilihat  beberapa  sudut  puncak tinggi yang muncul. Sudut puncak dari sampel A berada  pada  sudut  2θ  (2-Theta)  berdasarkan ploting menggunakan software  Origin 17,26 o , 29,98 o ,  35,4 o ,  43,16 o ,  57,08 o ,  dan  62,56 o . Hasil  analisa  sampel  A  menggunakan software Profex 5.0 dan Powder-X dapat diperoleh bahwa fasenya  terdapat  banyak magnetite (Fe 3 O 4 )  dan Ferrosilite (Fe 2+ Si 2 O 6 ).  Hal  ini  juga  sesuai dengan  penelitian  yang  dilakukan  oleh  Yan Cheng  (Cheng  et  al.,  2017)bahwa  puncak – puncak  dari  diffraksi  sinar-x  material  Fe 3 O 4 muncul pada sudut tersebut.
Tabel 1. Indeks Miller dan FWHM Sudut Puncak 2θ magnetite Fe 3 O 4 No 2θ ( o ) Indeks Miller FWHM (Å) 1 17,26 111 1,04 2 29,98 220 0,46 3 35,40 311 0,49 4 43,16 400 0,40
5 57,08 511 0,63 6 62,56 440 0,73
Berdasarkan  gambar  2  dan  3.  dapat  dilihat Indeks  Millerr  dari  puncak  yang  muncul  dengan bidang  (111),  (220),  (311),  (400),  (511)  dan (440)  secara  berturut  .  Hasil  ini  sesuai  dengan penelitian sebelumnya oleh Yan Wei (Wei et al., 2012).
Tabel 2. Volume Kristal Magnetite Fe 3 O 4 No Volume Kristal (Å 3 ) A 330,717 B 300,583 C 303,943 D 321,209
Ukuran dari volume kristal sampel A, B, C dan  D  memiliki  nilai  yang  hamper  sama.  Tidak terjadi  perubahan  yang  signifikan  pada  nilai volume  kristal meskipun  sudah  diberikan perlakuan  panas  yang  berbeda  sesuai  dengan yang ditunjukkan pada tabel  2.
(A) (B) (C) (D)
Gambar  4.  Hasil  Pengujian Scan  Electron Microscopy (SEM)  Sampel  (A)  0 o C  (B)  500 o C (C) 600 o C dan (D) 700 o C

## JIFP
(Jurnal Ilmu Fisika dan Pembelajarannya) http://jurnal.radenfatah.ac.id/index.php/jifp/index Vol. VII, No. II,  Desember 2023, 01 - 06
ISSN (print): 2614-7467
Berdasarkan  hasil  uji  menggunakan  SEM sesuai  dengan  gambar  4.  yang  di  analisa menggunakan  software  Digimizer  dapat  dilihat bahwa  hasil  Inversi  uji  SEM  menunjukkan semakin  tinggi  suhu  yang  digunakan  dalam perlkuan sintering sampel maka semakin banyak permukaan  dari  butiran  pasir  besi  yang mengalami oksidasi yang ditandai dengan warna silver(Bandar et al., 2021).
Bentuk  dari  butiran  pasir  pada  gambar  4. dapat  dilihat  mayoritas  memiliki  bentuk  struktur kristal kubus. Hal ini sesuai dengan hasil Analisa pengujian XRD sebelumnya. Struktur kristal  dari material  pasir  besi  ini  didominasi  oleh  struktur kubus magnetite .
Pengujian selanjutnya menggunakan XRF untuk  mengkonfirmasi  senyawa  yang  terdapat pada sampel pasir besi.
(A) (B) (C)
(D)
Gambar 5. Hasil Pengujuan X-Ray Fluorescence (XRF)  (A)  0 o C  (B)  500 o C  (C)  600 o C  dan  (D) 700 o C Hasil Pengujian XRF menunjukkan kandungan  besi  Fe 2 O 3 yang  mendominasi  pada semua  sampel  dengan  pengotor  Al 2 O 3 ,  SiO 2 , P 2 O 3 ,  CaO  dan  TiO 2 (Prabowo,  H  &  Sumarya, 2018). Grafik warna biru yang memiliki intensitas paling  tinggi  dapat  dilihat  pada  gambar  5 merupakan  kandungan  besi  yang  terdapat  pada sampel.
Tabel  3.  Senyawa  Oksida  Terbanyak  Hasil Pengujian Sampel Menggunakan X-Ray Fluorescence (XRF) Sampel Al 2 O 3 (%) SiO 2 (%) P 2 O 5 (%) CaO (%) TiO 2 (%) Fe 2 O 3 (%) A 3,51 7,69 1,92 1,29  5,87  70,05 B 4,80 11,53 2,15 1,71  5,99  71,07 C 4,16 9,87 2,27 1,65  6,83  72,67 D 3,72 8,81 2,15 1,33  6,54  74,83
Hasil  analisa  pengujian  XRF  menujukkan terjadi  perubahan  senyawa  oksida  besi  yang terdapat pada sampel yang mengalami peningkatan  dari  sampel  A  (70,05%)  menjadi sampel  D  (74,83%).  Pemberian  perlakuan milling lebih  efektif  dalam  penurunan  ukuran partikel sedangkan untuk meningkatkan
senyawa okesida pada pasir besi menggunakan metode pemanasan.

## JIFP
(Jurnal Ilmu Fisika dan Pembelajarannya) http://jurnal.radenfatah.ac.id/index.php/jifp/index Vol. VII, No. II,  Desember 2023, 01 - 06
ISSN (print): 2614-7467

## KESIMPULAN
Pasir  besi  dapat  diperoleh  dari  Sungai Seruai Kab.  Deli  Serdang  dengan  cara diekstraksi  menggunakan  magnet  permanen. Pasir  besi  yang  diperoleh  dari  Sungai  Seruai memiliki  kandungan magnetite (Fe 3 O 4 )  dan Ferrosilite  (Fe 2+ Si 2 O 6 ).  Kandungan magnetite (Fe 3 O 4 )  lebih  banyak  dibandingkan  dengan Ferrosilite  (Fe 2+ Si 2 O 6 )  yang  ditandai  dengan pengujian  XRD  dengan  puncak  diffraksi  yang lebih  dominan.  Struktur magnetite (Fe 3 O 4 )  pada
sampel berbentuk kubus dan memiliki kandungan  besi  oksida  yang  meningkat  seiring dengan  dengan  meningkatnya  suhu  yang diberikan.  Perlakuan  suhu  kurang  efektif  dalam mengurangi ukuran volume kristal dari magnetite (Fe 3 O 4 ).

## UCAPAN TERIMA KASIH
Terimakasih kepada teman dan mahasiswa yang ikut membantu dalam melakukan penelitian ini.  Tanpa  bantuan  kalian  mungkin  penelitian  ini tidak  akan  bisa  diselesaikan  dalam  waktu sesingkat ini.

## DAFTAR PUSTAKA
Ai, Q., Yuan, Z., Huang, R., Yang, C., Jiang, G.,  Xiong,  J.,  Huang,  Z.,  &  Yuan,  S.
(2019). One-pot co-precipitation synthesis of Fe3O4 nanoparticles embedded  in  3D  carbonaceous  matrix as  anode  for  lithium  ion  batteries. Journal  of  Materials  Science , 54 (5), 4212–4224. https://doi.org/10.1007/s10853-018- 3141-3
Antarnusa,  G.,  &  Suharyadi,  E.  (2020).  A synthesis of polyethylene glycol (PEG)- coated  magnetite  Fe3O4  nanoparticles
and their characteristics for enhancement  of  biosensor. Materials Research Express , 7 (5). https://doi.org/10.1088/2053- 1591/ab8bef
Bai,  C.,  Hu,  P.,  Liu,  N.,  Feng,  G.,  Liu,  D.,
Chen, Y., Ma, M., Gu, N., & Zhang, Y. (2020).  Synthesis  of  Ultrasmall  Fe3O4 Nanoparticles  as  T1-  T2  Dual-Modal Magnetic  Resonance  Imaging  Contrast Agents in Rabbit Hepatic Tumors. ACS Applied  Nano  Materials , 3 (4),  3585– 3595.
https://doi.org/10.1021/acsanm.0c0030 6
Bandar,  S.,  Anbia,  M.,  &  Salehi,  S.  (2021).
Comparison  of  MnO2  modified  and unmodified magnetic Fe3O4 nanoparticle adsorbents and their potential to remove iron and manganese from  aqueous  media. Journal  of  Alloys and Compounds , 851 . https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.1 56822
Cheng,  Y.,  Li,  Y.,  Ji,  G.,  Quan,  B.,  Liang,
X., Zhao, Z., Cao, J., & Du, Y. (2017). Magnetic and electromagnetic properties  of  Fe3O4/Fe  composites prepared  by  a  simple  one-step  ball- milling. Journal of Alloys and Compounds , 708 , 587–593. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.0 3.060
Eivazzadeh-Keihan,  R.,  Taheri-Ledari,  R.,
Khosropour,  N.,  Dalvand,  S.,  Maleki, A.,  Mousavi-Khoshdel,  S.  M.,  & Sohrabi, H. (2020). Fe3O4/GO@melamine-ZnO
nanocomposite:  A  promising  versatile tool  for  organic  catalysis  and  electrical capacitance. Colloids  and  Surfaces  A:

## JIFP
(Jurnal Ilmu Fisika dan Pembelajarannya) http://jurnal.radenfatah.ac.id/index.php/jifp/index Vol. VII, No. II,  Desember 2023, 01 - 06
ISSN (print): 2614-7467
Physicochemical and Engineering Aspects , 587 . https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2019. 124335
Jalil, Z., Rahwanto, A., Mustanir, Akhyar, &
Handoko, E. (2017). Magnetic behavior of  natural  magnetite  (Fe3O4)  extracted from beach sand obtained by mechanical alloying method. AIP Conference Proceedings , 1862 . https://doi.org/10.1063/1.4991127 Prabowo, H & Sumarya (2018). Penyelidikan  Kelayakan  Kimia  dan Penyebaran Cadangan Pasir Besi Daerah  Tiku  Kabupaten  Agam  Untuk Bahan  Baku  Semen  Pada  PT.  Semen Padang, Eksakta Vol. 19 No. 1
Öztürk, M., Okutan, M., Coşkun, R., Çolak,
B., &  Yalçın, O.  (2021). Evaluation  of the  effect  of  dose  change  of  Fe3O4 nanoparticles on electrochemical biosensor compatibility using hydrogels as  an  experimental  living  organism model. Journal  of  Molecular  Liquids , 322 . https://doi.org/10.1016/j.molliq.2020.11
4574
Wei, Y., Han, B., Hu, X., Lin, Y., Wang, X., & Deng, X. (2012). Synthesis of Fe3O4 nanoparticles and their magnetic properties. Procedia  Engineering , 27 , 632–637.
https://doi.org/10.1016/j.proeng.2011.1 2.498