Volume 2 No.1 Januari 2017 Website : www.journal.unsika.ac.id Email : barometer_ftusk@staff.unsika.ac.id
ANALISIS PERTUMBUHAN FASA KERAK KALSIUM KARBONAT (CaCO 3 ) AKIBAT PENAMBAHAN ASAM TARTRAT (C 4 H 6 O 6 ) SEBAGAI ADITIF
1 Kardiman, 2 Eri Widianto , 3 A.P. Bayuseno, 4 Stefanus Muryanto
1, 2 Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Singaperbangsa Karawang
3 Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro
4 Program Studi Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas 17 Agustus 1945 Semarang
1 kardimandiman@staff.unsika.ac.id, 2 eri.widi46@gmail.com, 3 bayuseno@undip.ac.id, 4 stefanusmuryanto@yahoo.com

## I. P ENDAHULUAN
Pertumbuhan  kerak  kalsium  karbonat  (CaCO 3 ) merupakan  permasalahan  yang  sering  terjadi  pada peralatan  industri  selama  beroperasi.  Kerak  CaCO 3 mengendap  dan  tumbuh  pada  peralatan,  seperti cooling tower,heat exchange, pipe, casing manifold, dan tank [1,2]. Pengendapan  kerak  di  dalam  pipa  menyebabkan  diameter pipa  mengecil,  sehingga  menghambat  aliran  fluida.  Selain itu,  kerak  yang  mengendap  pada  permukaan heat exchanger akan  mengurangi  koefisien  perpindahan  panas, sehingga  meningkatkan  biaya,  baik  investasi,  operasi maupun perawatan [2].
Kerak  CaCO 3 memiliki  tiga  fasa  kristal  yaitu  kalsit, aragonit,  dan  vaterit  dengan  struktur  morfologi  yang berbeda [2]. Fasa kalsit merupakan fasa yang  paling stabil pada temperatur ruang, sedangkan fasa vaterit dan aragonit merupakan  fasa  metastabil  yang  dapat  bertransformasi  ke dalam fasa stabil [3]. Perubahan morfologi dan fasa kristal CaCO 3 dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti supersaturasi ,  pH  larutan,  temperatur,  penambahan  aditif dan laju alir [3].
Pertumbuhan kerak di industri  minyak dan  gas  dapat diatasi  dengan  menerapkan  bahan  kimia (inhibitor) untuk mengontrol  pertumbuhan  fasa  kerak  CaCO 3 .  Metode  ini mampu  mengendalikan  proses nucleation ,  pertumbuhan kristal  CaCO 3 yang  terjadi  [3].  Penelitian  ini  dilakukan dengan mereaksikan larutan equimolar CaCl 2 dan Na 2 CO 3
konsentrasi  2000  ppm  ion  Ca ++ di  dalam  pipa  uji  yang terbuat  dari  tembaga.  Parameter  yang  akan  diteliti  adalah penambahan  asam  tartrat  (C 4 H 6 O 6 )  sebagai  aditif  dengan variasi konsentrasi tanpa penggunaan aditif dan penambahan  aditif  4,  6  dan  10  ppm.  Analisis  struktur morfologi  dan  fasa  kristal  kerak  CaCO 3 dilakukan  dengan menggunakan Scanning electron microscopy (SEM) dan X- Ray deffraction (XRD)

## II. METODE PENELITIAN
Bahan  dan  peralatan  yang  digunakan  pada  penelitian yaitu  aquades,  kristal Calcium  chloride (CaCl 2 , made  in Czech  Republic) grade analitik,  kristal Sodium  carbonate (Na 2 CO 3 , made  in Germany) grade analitik,  kristal  asam tartrat  (C 4 H 6 O 6 ), made  in Germany),  timbangan  analitik, gelas ukur, pengaduk dan kertas saring.
Skema peralatan pembentukan kerak CaCO 3 ditunjukkan  pada  Gambar  2.1  seperti  skema  penelitian sebelumnya [4]. Sistem terdiri dari 4 buah bejana stainless steel yaitu  2  bejana  (1,2)  kapasitas  6  liter  dan  2  bejana (3,4)  kapasitas  0,8  liter,  serta  2  buah  pompa  (5,6)  dengan kapasitas  15  liter/mnt    dan  pipa  uji  (7)  yang  di  dalamnya terdapat 5 pasang kupon tembaga [4].

## I N F O  A R T I K E L
Diterima : kosongkan Direvisi : kosongkan Disetujui : kosongkan
Kata Kunci : Kalsium Karbonat (CaCO 3 ), asam tartrat (C 4 H 6 O 6 ), struktur morfologi

## A B S T R A K
Telah  dilakukan  penelitian  mengenai  simulasi  penumbuhan  kerak  kalsium  karbonat (CaCO 3 ) pada pipa tembaga dengan variasi konsentrasi penambahan zat aditif asam tartrat (C 4 H 6 O 6 ) 4 ppm, 6 ppm dan 10 ppm. Kerak CaCO 3 dihasilkan dengan cara mereaksikan larutan CaCl 2 dan  Na 2 CO 3 H 2 O  dengan  konsetrasi  larutan  2000  ppm,  yang  kemudian  dialirkan pada pipa uji dengan laju aliran tetap 45 ml/menit. Hasil pengukuran konduktivitas larutan berhubungan dengan waktu induksi, dimana terjadi peningkatan waktu induksi 4 sampai 20 menit, dengan meningkatnya konsentrasi aditif. Hasil karakterisasi struktur morfologi dan pertumbuhan  fasa  kerak  menggunakan Scanning  electron  microscopy (SEM)  dan X-Ray deffraction (XRD)  menunjukkan  bahwa  tanpa  penambahan  aditif  fasa  yang  terbentuk adalah  fasa  kalsit.  Penambahan  aditif  4  ppm  terbentuk  fasa  baru  yaitu  fasa  vaterit, sedangkan  penambahan  aditif  6  ppm  dan  10  ppm  terbentuk  fasa  aragonit.  Hal  ini dikarenakan  zat  aditif  mampu  menempel  pada  permukaan  kristal  CaCO 3 selama  proses pertumbuhan  kristal  sehingga  berdampak  pada  variasi polimorf .  Hasil  penelitian  dapat diaplikasikan  dibidang  industri,  khususnya  dalam  masalah  penanggulangan  kerak  pada pipa.
9.0 8.5 8.0 7.5 7.0 6.5 6.0 Koduktivi tas mS/c m 60 50 40 30 20 10 waktu / menit Tanpa Afitif ppm  4  Afitif ppm  6  Afitif ppm 10 Afitif 12 4 10 20 menit (a) (b) (c) (d)
Gambar 2.1. Skema alat Pertumbuhan Kerak CaCO 3 [4].
A. Tahapan penelitian
Kristal  CaCl 2 dan  Na 2 CO 3 dilarutkan  ke  dalam aquades dengan molaritas masing-masing 1 M. Pembuatan aditif  asam  tartrat  dilakukan  dengan  melarutkan  kristal C 4 H 6 O 6 dalam  bejana  yang  berisi  4  liter  larutan  CaCl 2 kemudian  diaduk  sampai  merata.  Selanjutnya  dilakukan penyaringan  dengan  kertas  saring  0,22  µm.  Sebelum digunakan,  larutan  disimpan  dalam  bejana  tertutup  agar terhindar dari debu [4].
Larutan  CaCl 2 dan  larutan  Na 2 CO 3 dengan  kosentrasi sama  2000  ppm  Ca ++ yang  berada  di  dalam  bejana  (3,4), kemudian  secara  bersamaan  dialirkan  dengan  laju  alir  45 mil/menit    menuju  kupon.  Di  dalam  kupon,  larutan  CaCl 2 dan  Na 2 CO 3 bereaksi  hingga  terbentuk  kerak  CaCO 3 pada dinding-dinding  kupon.  Nilai  konduktivitas  larutan  yang keluar  dari  pipa  uji  diukur  menggunakan conductivity meter selama 4 jam.
B. Karakterisasi material
Endapan  kerak  pada  pipa  uji  selanjutnya  dikeringkan dan dianalisis struktur kristal dan morfologinya. Karakterisasi  struktur  morfologi  dan  fasa  kristal  kerak CaCO 3 menggunakan Scanning  electron  microscopy (SEM) dan X-ray deffraction (XRD).

## III. H ASIL DAN P EMBAHASAN
Hasil penelitian ditemukan tentang waktu induksi dari pencampuran larutan CaCO 3 dan Na 2 CO 3 yang keluar dari pipa  uji  untuk  membentuk  inti  kristal  pertama  kali  [4,13] Waktu  induksi  ditandai  dengan  menurunnya  nilai konduktivitas  larutan  secara  signifikan  yang  menandakan bahwa ion kalsium telah bereaksi dengan ion karbonat dan mengendap  membentuk  kristal  kalsium  karbonat  [4]. Seperti  terlihat  pada  Gambar  3.1.  grafik  koduktivitas larutan terhadap waktu induksi.
Gambar 3.1. Grafik Konduktivitas terhadap Waktu
Gambar  3.1.  menunjukan  pengaruh  penambahan  aditif asam  tartrat  4,  6,  dan  10  ppm  terhadap  pertumbuhan  inti kristal  kalsium  karbonat.  Terjadi  peningkatan  waktu induksi  4  sampai  20  menit,  dengan  meningkatnya konsentrasi  aditif  Martos  et  al  [5]  mengatakan  bahwa penambahan  aditif    selain  meningkatkan  waktu  induksi, juga  mencegah  pertumbuhan  inti  kristal.  Hal  ini disebapkan  aditif  teradsorsi  pada  permukaan  kristal, sehingga inti kristal tidak dapat mencapai ukuran kritis [8].

## A. Pengaruh penambahan aditif
Penambahan  aditif  dengan  konsentrasi  lebih  tinggi akan memperlambat ion Ca dan Co bereaksi sehinga massa kerak  yang  dihasilkan  akan  semakin  berkurang.  Tabel  1. merupakan massa kerak tanpa dan penambahan aditif asam tartrat 4, 6, 10 ppm.
T ABEL I JUMLAH MASSA KERAK DENGAN PEMBAHAN ADITIF ASAM TARTRAT
Kosentrasi Aditif Asam Tartrat Massa Kerak Garam Tanpa aditif 0.1988 Aditif 4 ppm 0.1748 Aditif 6 ppm 0.1424 Aditif 10 ppm 0.1138
Tabel 1. menunjukan bahwa semakin tinggi konsentrasi aditif  asam  tartrat  yang  ditambahkan,  semakin  besar kemampuannya  dalam  menghambat  laju  pertumbuhan kerak CaCO 3 , dibuktikan dengan jumlah massa kerak yang dihasilkan.  Kemampuan  asam  tartrat  dalam  menghambat pembentukan endapan CaCO 3 ditandai dengan  menurunya massa  kerak  seiring  dengan  naiknya  konsentrasi  larutan aditif  yang  ditambahkan.  Hasil  yang  diperoleh  sesuai dengan  penelitian  yang  dilakukan  oleh  Muryanto  et  al  [4] pembentukan  kerak  CaCO 3 menggunakan  asam  malat sebagai aditif [6]

## B. Struktur morfologi CaCO 3
Bentuk  morfologi  kerak  kalsium  karbonat  hasil penelitian  diamati  dengan  mengunakan Scanning  Electron Microscopy (SEM) foto dapat dilihat pada Gambar 3.1.
Gambar 3.2. Morfologi kerak kalsium karbonat, (a) tanpa aditif asam tartrat, (b) aditif 4 ppm, (c) aditif 6 ppm dan (d) aditif 10 ppm
Hasil  pengamatan Scanning  Electron  Microcopy (SEM) membuktikan dengan konsentrasi aditif yang tinggi mampu  merubah  bentuk  morfologi  kerak  kalsium karbonat.  (Gambar  3.2.a)  tanpa  penggunaan  aditif  tampak kristal  yang terbentuk didominasi  fasa kalsit. Penambahan aditif  asam  tartrat  4  ppm  (Gambar  3.2.b)  menunjukkan bahwa adanya fasa vaterit yang terbentuk, meskipun masih didominasi  fasa  kalsit.  Hal  ini  disebabkan  karena penambahan  konsentrasi  aditif  yang  kecil.  Peningkatan konsentrasi aditif menyebabkan fasa kristal yang terbentuk didominasi vaterit dan aragonit (Gambar 3.2 c-d).
Penggunaan  aditif  asam  tartrat  mampu  menghambat laju  pertumbuhan  kristal  kerak  CaCO 3 disebabkan  karena senyawa asam tartrat teradopsi pada permukaan inti kristal CaCO 3 .  Karakterisasi  menggunakan  SEM  menunjukkan bahwa peningkatan konsentrasi aditif menekan pembentukan  fasa  kalsit  yang  merupakan  jenis  fasa hardscale .  Apabila  kristal  ini  terbentuk  dan  mengendap  di dalam  pipa,  maka  akan  menghasilkan  kerak  yang  sulit untuk dibersihkan dari suatu sistem perpipaan. Sedangkan  kedua  jenis  kristal  lainnya,  yaitu  aragonit dan  vaterite,  merupakan  jenis softscale yang  lebih mudah  dibersihkan  apabila  menempel  pada  dinding dalam pipa [7].
Karakterisasi  struktur  kristal  menggunakan  XRD ditunjukkan pada Gambar 3.3.
Gambar 3.3. Pola XRD kerak CaCO 3 (a) tanpa aditif asam tartrat, (b) aditif 4 ppm, (c) aditif 6 ppm dan (d) aditif 10 ppm
Gambar  3.3.  menunjukan  adanya  perbedaan  pola XRD  fasa  kerak  kalsium  karbonat  dengan  penambahan aditif  yang  tinggi.  Gambar  3.3.a  tanpa  penggunaan  aditif asama tartrat tampak fasa yang terbentuk adalah fasa kalsit, sesuai  dengan  data  standar  JCPDS  CaCO 3 (47  -  1743). Gambar  3.3.b  menujukan  pola  XRD  CaCO 3 dengan penambahan  aditif  4  ppm  terlihat  munculnya  fasa  baru yaitu fasa vaterit [10,12]. Gambar 3.3.c-d  menujukan pola XRD  CaCO 3 dengan  penambahan  aditif  6  ppm  dan  10 ppm, selain fasa kalsit dan fasa vaterit  terlihat muncul fasa aragonit [11]. Hal ini disebabkan adanya asam tartrat yang teradopsi ke permukaan kristal CaCO 3 . Sehingga kehadiran asam  tartrat  sebagai  aditif  mampu  menekan  laju
pertumbuhan  kristal  atau  dengan  kata  lain  mampu menghambat kristal mencapai titik kritisnya [8,9].
Hasil karakterisasi kristal kerak CaCO 3 menggunakan SEM  dan  XRD  menunjukkan  bahwa  penambahan  aditif asam  tartrat  mampu  memberikan  pengaruh  terhadap struktur  kristal  dan  morfologi  kerak  CaCO 3 [9].  Secara keseluruhan  kehadiran  asam  tartrat  menunda  laju pertumbuhan  kristal  CaCO 3 ,  sehingga  fasa  yang  yang terbentuk  tidak mempunyai  banyak waktu  untuk bertransformasi ke fasa stabil (kalsit) [4].
Hasil  penelitian  memberikan  informasi  yang  sangat penting bagi industri maupun rumah tangga  sebab, dengan penambahan kosentrasi aditif asam tartrat yang tinggi akan mencegah  pertumbuhan  fasa  kalsit (hardscale). Sehingga apabila  fluida  yang  mengalir  ke  suatu  sistem  perpipaan, maka  kemungkinan  kerak  yang  terbentuk  adalah  jenis softscale yang mudah dihilangkan.

## IV. KESIIMPULAN
Penelitian ini menunjukan adanya pengaruh penambahan  aditif  asam  tartrat  terhadap  pertumbuhan kerak kalsium karbonat. Terjadi peningkatan waktu induksi dengan meningkatnya kosentrasi aditif,  Penambahan aditif dengan  konsentrasi  lebih  tinggi    akan  memperlambat  ion Ca  dan  Co  bereaksi  sehinga  massa  kerak  yang  dihasilkan akan semakin berkurang.
SEM dan XRD membuktikan tanpa penambahan aditif fasa yang terbentuk adalah fasa kalsit, penambahan aditif 4 ppm  terlihat  munculnya  fasa  baru  yaitu  fasa  vaterit penambahan  aditif  6  ppm  dan  10  ppm,  selain  fasa  kalsit dan fasa vaterit  terlihat muncul fasa aragonit. Hal tersebut karena  aditif  mampu  menempel  pada  permukaan  kristal CaCO 3 selama  proses  pertumbuhan  kristal  sehingga berdampak  pada  variasi  polimorf  dan  morfologi  akhir kristal CaCO 3 .

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis    (K)  berterima  kasih  kepada  Lembaga  Dana Pendidikan (LPDP) untuk dukungan keuangan dari penelitian ini. Penulis  ingin  juga  mengucapkan  terima  kasih  kepada Laboratorium metalurgi fisik Universitas Diponegoro yang telah memberikan tempat selama penelitian.

## DAFTAR RUJUKAN
[1] Sousa,  M.F.,  Bertran,  C.A.,  New  methodology  based on  static  light  scattering  measurements  for  evaluation of  inhibitors  for  in  bulk  crystallization. Journal  of Colloid and Interface Science , 420, 57-64, (2014).
[2] Setta,  F.  A.,  Neville,  A,.  Efficiency  assessment  of inhibitors  on  CaCO3  precipitation  kinetics  in  the  bulk and  deposition  on  a  stainless  steel  surface  (316L), Desalination , 281, 340-347, (2011).
[3] Kiaei,  Z.,  Haghtalab,  A.,  Experimental  study  of  using Ca-DTPMP  nanoparticles  in  inhibition  of  CaCO 3 scaling  in  a  bulk  water  process , Desalination ,  33,  84- 92, (2014).
[4] Muryanto,  S.,  Bayuseno,  A.  P.,  Ma’mun,  H.,  Usamah, M., Calcium carbonate  scale  formation in pipes: effect of  flow  rates,  temperature,  and  malic  acid  as  additives on  the  mass  and  morphology  of  the  scale, Procedia Chemistry , 9, 69-76, (2014).
[5] Martos,  C.,  Coto,  B.,  Pena,  J.L.,  Rodriguez, R.,Garcia,  D.M.,  Pastor,  G.,  Effect  of  Precipitation and  detection  technique  on  particle  size  distribution of  CaCO 3 , Journal  of  Crystal  Growth ,  312,  2756- 2763, (2010).
[6] Wada,  N.,  Kanamura,  K.,  Umegaki,  T.,  Effects  of carboxylic  acids  on  the  crystallization  of  calcium carbonate, Journal  of  Colloid  and  Interface  Science , 233, 65-72, (2001).
[7] Holysz,  L.,  Szczes,  A.,  Chibowski,  E.,  Effects  of  a static  magnetic  field  on  water  and  electrolyte solutions, Journal  of  Colloid  and  Interface  Science,
316, 996-1002, (2007).
[8] Mao,  Z.,  Huang,  J.,  Habit  modification  of  calcium carbonate  in  the  presence  of  malic  acid, Journal  of Solid State Chemistry , 180, 453-460, (2007).
[9] Isopescu,  R.,  Mateescu,  C.,  Mihai,  M.,  Dabija,  G., The effects of organic additives on induction time and characteristics  of  precipitated  calcium  carbonate, Chemical  Engineering  Research  and  Design, 88, 1450-1454, (2010).
[10] Martinod,  A.,  Euvrard,  M.,  Foissy,  A.,  Neville,  A., Progressing  the  understanding  of  chemical  inhibition of  mineral  scale  by  green  inhibitors, Desalination ,
220, 345-352, (2007).
[11] Tang,  Y.,  Zhang,  F.,  Cao,  Z.,  Jing,  W.,  Chen,  Y., Crystallization  of  CaCO3  in  the  presence  of  sulfate and additives: Experimental and  molecular dynamics simulation  studies, Journal  of  colloid  and  interface science, 377, 430-437, (2012).
[12] Gopi,  S.,  Subramanian,  V.K.,  &  Palanisamy,  K., Aragonite-calcite-vaterite:  A  temperature  influenced sequential  polymorphic  transformation  of  CaCO3  in the  presence  of  DTPA, Materials  Research  Bulletin, 48, 1906–1912, (2013).
[13] Reddy,  M.M.,  Hoch,  A.R.,    Calcite  crystal  growth rate  inhibition  by  polycarboxylic  acids, Journal  of
Colloid and Interface Science, 235, 365- 370, (2001).