Pengaruh partikel zeolit terhadap laju korosi pada baja karbon dalam lingkungan asam
(Effect of zeolite particles towards corrosion rate on carbon steel in acid environment)
Bambang Hari P. 1) dan Hendriyana 2)
Jurusan Teknik Kimia, Universitas Jenderal Achmad Yani e-mail: 1) bhpujtk@yahoo.co.id, 2) hendriyana@lecture.unjani.ac.id
diterima 25 Oktober 2014, disetujui 17 November 2014

## Abstrak
Proses  korosi  terhadap  logam  bila  sudah  terjadi  tidak  dapat  dihentikan,  kecuali  dengan  pencegahan. Korosi  adalah kerusakan atau  degradasi logam  akibat reaksi redoks antara suatu  logam  dengan berbagai  zat  di lingkungannya  yang  menghasilkan  senyawa-senyawa  yang  tidak  dikehendaki.  Dalam  bahasa  sehari-hari,  korosi disebut  pula  sebagai  proses  pengkaratan  logam  yang  didominasi  oleh  logam  baja  atau  besi.  Terjadinya  korosi pada logam akibat dari reaksi oksidasi. Logam baja akan menghasilkan karat yang umumnya berupa oksida atau karbonat.  Rumus  kimia  karat  besi  adalah  Fe 2 O 3 .nH 2 O,  berupa  padat  yang  berwarna  coklat  kemerahan.    Zeolit merupakan senyawa mineral  yang dapat berfungsi sebagai penjerap, penukar kation, dan  sebagai katalis. Dalam penelitian ini zeolit akan diukur kemampuannya sebagai penjerap anion atau penukar kation,  perannya yang akan dipelajari  terutama  dalam  lingkungan  sebagai  pereduksi  ion  hidrogen.  Metode  yang  digunakan  dengan  cara merendam dan menggantung benda uji dalam wadah yang berisi larutan asam sulfat dan asam klorida. Fokus dari penelitian  ini  adalah  reduksi  benda  uji  dalam  lingkungan  (beberapa  variasi)  tersebut  yang  korelasinya  dapat dihitung  untuk  mengetahui  laju  korosi  benda  uji  baja  lunak  (mild  steel).  Lingkungan  dibuat  lingkungan  asam  dan lingkungan  asam  yang  diberi  partikel  zeolit.  Hasil  yang  didapat  pada  perendaman  benda  uji  dalam  media  asam dengan  konsentrasi  H 2 SO 4 1  N  dan  partikel  zeolit  yang  dipakai  sebanyak  50  g/600  ml  diperoleh  laju  korosi  pada perendaman. Benda uji yang diberi stress lebih cepat terkorosi. Laju korosi baja yang diberi stress 1.833 mpy dan laju korosi yang tidak diberi stress 1,758 mpy. Penambahan zeolit dapat menurunkan laju korosi sebesar 15,20%.
Kata kunci: korosi, zeolit, stress, mpy, penjerap.

## Abstract
The process of metal corrosion when it occurred can not be stopped, except with prevention. Corrosion is the deterioration  or degradation of the  metal due to a redox reaction  between  a  metal with  various  substances  in the environment that produce compounds that are not desired. In a simple term, also referred to as the corrosion of metal  corrosion  process  dominated  by  steel  or  iron  metal.  The  corrosion  of  the  metal  is  a  result  of  the  oxidation reaction. Steel  metal will produce rust generally in the form of oxides or carbonates. The chemical formula of iron rust  is  Fe 2 O 3 .nH 2 O  in  the  form  of  a  reddish  brown  solid.  Zeolite  is  a  mineral  compound  that  can  serve  as  an adsorber,  cation  exchange,  and  as  a  catalyst.  In  this  study  the  ability  of  zeolite  as  anion  or  cation  exchange adsorber will be measured. Its role is to be studied, especially in the environment in reducing hydrogen  ions. The method used is by soaking and hanging the test object in a container that contains a solution of sulfuric acid and hydrochloric  acid.  The  focus  of  this  study  is  the  reduction  of  the  test  object  in  the  environment  (some  variations) such that the correlation can be calculated to determine the corrosion rate of mild steel specimen (mild steel). The environment is made as an acidic environment and acidic environment given zeolite particles. The results obtained on  the  test  specimen  immersion  in  acid  medium  with  1  N  H 2 SO 4 concentration  and  zeolite  particles  are  used  as much  as  50g  /  600  ml  obtained  in  the  immersion  corrosion  rate.  Test  specimens  given  stress  are  more  quickly corroded.  The  rate  of  corrosion  of  steel  which  was  given  stress  is  1.833  mpy  and  the  corrosion  rate  of  steel  that was not given stress is 1.758 mpy. The addition of zeolite can reduce the corrosion rate by 15.20%.
Key words: corrosion, zeolite, stress, mpy, adsorber

## Pendahuluan
Zeolit  merupakan  senyawa  alumino- silikat hidrat terhidrasi dengan unsur utama yang terdiri dari kation alkali dan alkali tanah terutama Ca,  K,  dan  Na,  dengan  rumus  umum MnO.Al 2 O 3 x(SiO 2 ).yH 2 O.  Sifat  umum  dari  zeolit adalah  kristal  yang  agak  lunak  dengan  warna putih,  coklat  atau  kebiru-biruan.  Senyawaan kristalnya  berwujud  dalam  struktur  tiga  dimensi yang  tak  terbatas  dan  memiliki  rongga-rongga yang  saling  berhubungan  membentuk  saluran ke  segala  arah  dengan  ukuran  saluran tergantung  dari  garis  tengah  logam  alkali ataupun  alkali  tanah  yang  terdapat  pada srukturnya.  Rongga-rongga  tersebut  akan  terisi oleh air yang disebut air kristal.
Zeolit  merupakan  katalis  yang  sangat berguna  yang  menunjukkan  beberapa  sifat penting yang tidak ditemukan pada katalis amorf tradisional.  Katalis  amorf  hampir  selalu  dibuat dalam  bentuk  serbuk  untuk  memberikan  luas permukaan  yang  besar  sehingga  jumlah  sisi katalitik  semakin  besar.  Keberadaan  rongga pada zeolit memberikan luas permukaan internal yang  sangat  luas  sehingga  dapat  menampung 100  kali  molekul  lebih  banyak  daripada  katalis amorf  dengan  jumlah  yang  sama.  Zeolit merupakan  kristal  yang  mudah  dibuat  dalam jumlah besar mengingat zeolit tidak menunjukkan  aktivitas  katalitik  yang  bervariasi seperti  pada  katalis  amorf.  Sifat  penyaring molekul  dari  zeolit  dapat  mengontrol  molekul yang  masuk  atau  keluar  dari  situs  aktif.  Karena adanya  pengontrolan  seperti  ini  maka  zeolit disebut sebagai katalis selektif bentuk.
Aktivasi asam pada zeolit menyebabkan    terjadinya    dekationisasi    yang menyebabkan  bertambahnya  luas  permukaan zeolit  karena  berkurangnya  pengotor  yang menutupi  pori-pori  zeolit.  Luas  permukaan  yang bertambah diharapkan meningkatkan kemampuan zeolit dalam proses penjerapan.
Situs    dari    rangka    zeolit    perlu    diubah menjadi    situs    yang    mudah  disubstitusi    oleh logam  yaitu  dengan  jalan  memodifikasi  zeolit menjadi    zeolit-H.  Peningkatan  daya  guna  atau optimalisasi  zeolit  sebagai  adsorben  (penyerap) dapat  dilakukan  melalui  aktivasi  secara  fisis
maupun  kimia.  Proses  aktivasi  secara  fisis dilakukan    dengan  pemanasan  yang  bertujuan untuk menguapkan air yang terperangkap dalam pori-pori  kristal  zeolit  sehingga  jumlah  pori  dan luas permukaan spesifiknya bertambah. Aktivasi secara kimia dapat dilakukan dengan menggunakan  larutan  HCl  atau  H 2 SO 4 yang bertujuan untuk membersihkan permukaan pori, membuang  senyawa  pengganggu,  dan  menata kembali letak atom yang dipertukarkan [1].
Pada  penelitian  ini  akan  dilakukan percobaan  dan  pengamatan  proses  korosi dengan  perendaman  benda  uji  (logam/baja) pada  lingkungan  kerja  untuk  mengetahui  laju korosinya  dalam  berbagai  lingkungan  yang berbeda. Variabel yang di-variasi adalah
• Lingkungan  yang  digunakan  adalah  larutan asam (H 2 SO 4 ) pada konsentrasi rendah.
• Penambahan partikel zeolit pada lingkungan atau media dibuat tetap.
• Pemberian  stress  pada  benda  uji  untuk mengetahui  pengaruh  stress  terhadap  laju korosi.  Ada  perlakuan  pengadukan  (awal) untuk  menghomogenkan  larutan  asam dengan  zeolit,  lalu  dilakukan  perendaman benda kerja.
• Melakukan  kalibrasi  perendaman  benda kerja  dalam  satu  konsentrasi  lalu  dianalisis setiap  setelah  24  jam  selama  satu  minggu. Diukur  kehilangan  berat  dan  analisis perubahan konsentrasi larutan.
• Lamanya perendaman 1 hari, 7 hari, dan 14 hari.
Analisis  yang  akan  dilakukan  untuk  pengukuran laju  korosi  adalah  dengan  metode  kehilangan berat persatuan luas dan waktu.
Tujuan yang hendak dicapai dalam penelitian ini adalah 1) mengetahui pengaruh partikel zeolit terhadap pola laju korosi dalam lingkungan atau media  asam  pada  konsentrasi  rendah  (H 2 SO 4 ), dan  2)  mendapatkan  kurva  acuan  terhadap logam  baja  dan  kekuatan  ketahanan  korosi terhadap  lingkungan  asam  konsentrasi  rendah pada baja bahan kontruksi.
Korosi dapat diartikan sebagai perusakan  atau  penurunan  kualitas  dari  suatu bahan logam karena bereaksi dengan lingkungannya.  Penurunan  mutu  logam  pada korosi  tidak  hanya  melibatkan  reaksi  kimia
elektrokimia, yaitu antara logam yang bersangkutan terjadi perpindahan elektron [2,3]. Elektron adalah partikel yang bermuatan negatif sehingga  perpindahannya  memunculkan  arus listrik  sehingga  reaksi  ini  dipengaruhi  oleh potensial  listrik.  Elektron  mengalir  dari  titik dengan  potensial  negatif  tinggi  ke  titik  dengan potensial negatif rendah.
Korosi, yang didefinisikan sebagai kerusakan  logam  oleh  reaksi  kimiawi  ini mungkin  adalah  pertimbangan  yang  paling penting  dalam  pemilihan  suatu  bahan.  Sedikit perubahan  dalam  komposisi  kimia  dari  suatu
lingkungan  tertentu  secara  signifikan  dapat mengubah perilaku korosif logam tertentu [2].
Dalam  proses  kimia  baru,  pemilihan bahan  sangat  bijaksana  dalam  menentukan faktor-faktor yang mempengaruhi tes korosi dan kemudian menjalankannya pada berbagai bahan dalam rangka untuk memilih bahan  yang paling cocok untuk bahan kontruksi.
Di lingkungan yang sangat korosif, setiap tahap  proses  pembuatan  bejana  tekan  harus dievaluasi  untuk korosi. item  seperti membakar, membentuk, pengelasan, menghilangkan stress, dan polishing harus dipertimbangkan.

## Gambar 1. Skema sederhana terjadinya proses korosi.
Proses  korosi  baja  karbon  yang  berada di  lingkungan  bereaksi  dengan  H 2 O  sehingga H ++ mengaktifkan  elektron  Fe ++ Korosi  secara keseluruhan  merupakan  proses  elektrokimia. Pada  korosi  besi,  bagian  tertentu  dari  besi sebagai  anode,  di  mana  besi  mengalami oksidasi.
Fe(s) → Fe 2+ (aq) + 2e – (1)
Elektron  yang  dibebaskan  dalam  oksidasi  akan mengalir  ke  bagian  lain  untuk  mereduksi oksigen.
O 2 (g) + 2 H 2 O(l) + 4e – → 4 OH – (l)       (2)
Ion  besi(II)  yang  terbentuk  pada  anode  akan teroksidasi  membentuk  besi(III)  yang  kemudian membentuk senyawa oksida terhidrasi Fe 2 O 3 ·xH 2 O yang disebut karat.
Penggunaan logam sebagai bahan konstruksi  perlu  diketahui  ketahanan  suatu logam  terhadap  lingkungan  atau  mengalami kerusakan  dan  tidak  berfungsi  lagi  karena korosi, atau berapa besar laju korosi dari logam tersebut  dalam  lingkungan  dimana  bahan tersebut berada.
Untuk  menentukan  laju  korosi  ialah dengan  mengukur  kehilangan  berat  logam dalam  selang  waktu  kontak  tertentu  pada kondisi  lingkungan  yang  ditetapkan,  sehingga dapat digunakan persamaan sebagai berikut:
      = T A D W mpy . . . 534 (3)
dengan  W  adalah  berat  yang  hilang  (mg),  D adalah  densitas  (gram/cm 3 ),  A  adalah  luas penampang  (in 2 ),  T  adalah  waktu  (jam),  dan mpy  adalah  mils  penetration  per  tahun. Persamaan  dengan  Satuan  Internasional  (SI) adalah
mm/y = 87,6 W/(DAT)                                      (4) dengan A adalah luas penampang dalam cm 2 . Umumnya korosi terjadi dalam lingkungan  atmosfer  yang  memiliki  kelembaban tinggi atau pada logam yang diletakkan di tanah. Proses korosi didasarkan pada reaksi elektrokimia  yaitu  larutnya  logam  atau  adanya perpindahan  elektron  masuk  ke  lingkungan  dan keluarnya gas H 2 seperti persamaan berikut:
Pada  proses  oksidasi  elektron  mengalir  dari daerah  anoda  ke  katoda,  ion-ion  besi bermuatan positif dan tidak stabil, reaksinya:
e Fe Fe 2 2 +
→ + (5)
Reaksi reduksi di daerah katodik
2 2 2 H e H → + + (6)
Terjadi dissosiasi/penguraian air dalam larutan  elektrolit  sehingga  menghasilkan  ion hidroksil (OH - ), reaksinya:
+ − + → H OH O H 2
(7)
Di dalam larutan elektrolit ion besi  yang berasal dari  proses  oksidasi  logam  besi  bereaksi dengan  ion  hidroksil  dari  proses  penguraian  air menjadi  fero  hidroksida  yang  tidak  larut  atau disebut dengan karat (rust). Mekanismenya:
` Fe 2+ + 2(OH) - → Fe(OH) 2 (8)
Proses  ini    akan  terus  berlangsung  dan berulang-ulang hingga membentuk karat. Hampir  semua  proses  korosi  dapat  diterangkan dengan mekanisme ini.

## Metode Penelitian

## Gambar 2. Diagram Alir Penelitian

## Hasil dan Diskusi
Berdasarkan  data  pengamatan  dan  hasil perhitungan  laju  korosi  pada  benda  uji  baja
karbon  pada  perendaman  H 2 SO 4 dalam  waktu 24  jam  (Tabel  1),  laju  korosi  tertinggi  terjadi pada  benda  uji  yang  diberi  stress  tanpa menggunakan zeolit sebesar 0,621 mill/year.
Persiapan bahan pengukuran, pembentukkan dimensi dan penimbangan bahan melakukan percobaan pendahuluan pada kondisi lingkungan tetap percobaan laju korosi perendaman
Lingkungan Lingkungan Lingkungan Lingkungan Non zeolit + Zeolit Non Zeolit + Zeolit Pengujian - Konsentrasi lingkungan Analisis hasil dan perhitungan - pH
- Perubahan suhu
- Kehilangan massa
Kurva laju korosi
digantung
Tabel 1. Laju korosi pada larutan H 2 SO 4 1 N selama 24 jam (1 hari).
Perendaman 24 Jam Perlakuan benda uji Mill penetration per year mpy (zeolit) stress 0,540 non stress 0,529 digantung 0,013 mpy (non-zeolit) stress 0,621 non stress 0,584 digantung 0,013
Laju  korosi  pada  medium  yang  menggunakan zeolit  cenderung  lebih  lambat,  hal  ini  karena zeolit  dapat  berfungsi  sebagai  penjerap  dan penukar  kation.  Didalam  larutan  asam  terjadi pertukaran  kation  Na + dari  zeolit  dengan  H. Pertukaran  ion  dari  asam  sulfat  H + yaitu  dari reaksi berikut ini:
H 2 SO 4 2H + +  SO 4 2- bertukar  dengan  Na + sehingga  terbentuk  larutan  Na + +  SO 4 2- 2Na(SO 4 )  ini  sehingga  konsentrasi  H 2 SO 4 meningkat, hal ini dapat dilihat pada Gambar 3.

## Gambar 3. Kurva hubungan antara konsentrasi terhadap waktu.
Gambar 3 menunjukkan perbedaan pada medium  yang  menggunakan  zeolit  dan  yang tidak  menggunakan  zeolite,  dimana  penurun konsentrasi lebih besar pada penggunaan zeolit.

## Perendaman 7 hari
Hasil percobaan laju korosi dengan waktu 1 hari,  pengamatan  laju  korosi  pada  perendaman H 2 SO 4 dengan waktu 7 hari terlihat bahwa harga laju korosi (mpy) yang dihasilkan semakin besar dan  sama  seperti  sebelumnya  yang  memiliki nilai  mpy  tertinggi  yaitu  0.810  mills/year  benda uji  yang  diberi  stress  dan  tanpa  zeolit.
Tabel 2. Laju korosi pada larutan H 2 SO 4 konsentrasi 1 N selama 7 hari.
Perendaman 7 hari Perlakuanbendauji Mill penetration per year mpy (zeolit) Stress 0,665 non stress 0,646 Digantung 0.006 mpy (non-zeolit) Stress 0.810 non stress 0.804 Digantung 0.007
0.85 0.90 0.95 1.00 1.05 1.10 0 10 20 30 K o n se n tr a si ( N ) Waktu (Jam) Zeolit non Zeolit
Pada grafik waktu perendaman 7 hari ini penurunan  konsentrasi  dalam  medium  yang menggunakan  zeolit  cenderung  lebih  cepat
dibandingkan  dengan  tanpa  menggunakan zeolit.
Gambar 4. Kurva hubungan antara konsentrasi terhadap waktu.
Semakin  lama  waktu  perendaman  konsentrasi medium semakin menurun. Hal ini terjadi karena ion-ion  H + sebagai  tingkat  keasaman  larutan terjerap  dan/atau  berikatan  dengan  kation  yang dilepaskan  oleh  zeolit.  Sebelumnya  telah dibahas  penukaran  ion  H + ini  yang  berdampak laju korosi cenderung menurun jika menggunakan zeolit.

## Perendaman 14 hari
Pada  pengamatan  laju  korosi  selama  14 hari  nilai  mpy  sudah  melebihi  angka  1  secara
berturut-turut dengan yang perlakuan stress dan tanpa  ditambah  zeolit  nilainya  lebih  tinggi  yaitu 1.833  mills/year.  Ini  menunjukan  lama  waktu perendaman  mempengaruhi  besarnya  nilai  mpy yang dihasilkan.
Perbedaan grafik yang dihasilkan terlihat pada  ujung  garis  yang  mengarah  ke  bawah terdapat  jarak  penurunan  konsentrasi  antara yang  menggunakan  zeolit  dengan  yang  tidak menggunakan zeolit.
Tabel 3. Laju korosi pada larutan H 2 SO 4 1 N selama 14 hari.
Perendaman 14 hari Perlakuan benda uji Mills penetration per year mpy (zeolit) Stress 1,571 non stress 1,491 Digantung 0,010 mpy (non-zeolit) Stress 1,833 non stress 1,758 Digantung 0,012
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 0 50 100 150 200 K o n se n tr a si ( N ) Waktu (Jam) Zoelit non zeolit
Gambar 5. Kurva hubungan antara konsentrasi terhadap waktu.
Jadi  semakin  lama  waktu  perendaman maka  jarak  garis  penurunan  konsentrasi  antara yang  menggunakan  zeolit  dengan  yang  tidak menggunakan zeolit semakin jauh.

## Kesimpulan
Hasil  dari  penelitian  yang  sudah  dilakukan, dapat disimpulkan antara lain:
1.  Benda  uji  yang  diberi  stress  laju  korosinya lebih besar akibat perubahan struktur permukaan  benda  uji  yang  terkena  dampak sebagai beban dari luar (stress).
2.  Laju korosi baja yang diberi stress 1.833 mpy dan laju korosi yang tidak diberi stress 1,758 mpy.
3.  Penambahan partikel zeolit dapat
menurunkan  laju  korosi  sebesar  15,20% pada  penelitian  lingkungan  asam  sulfat  1 Normal.

## Ucapan Terimakasih
1.  Dirjen Dikti Kemendikbud RI dan Kopertis  Wilayah  IV  Jawa  Barat  dan
Banten  yang  telah  mendanai  penelitian ini melalui Hibah Bersaing 2014.
2.  Lembaga  Penelitian  dan  Pengabdian Kepada  Masyarakat  (LPPM)  Universitas Jenderal Achmad Yani.

## Daftar Pustaka
[1]. Husaini, Peningkatan Pendayagunaan Zeolit Alam  Dan  Prospeknya  Di  Indonesia, Puslitbang  Tekmira,  Balitbang  Energi  Dan Sumber  Daya  Mineral,  Departemen  ESDM, Bandung, 2006.
[2].  A.  Jones  dan  Denny,  Principles  and Prevention of Corrosion, Macmillan
Publishing Company, New York, 1992. [3].  K.  R.  Treathewey  dkk.,  Korosi  Untuk Mahasiswa dan Rekayasawan, PT. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta, 1991. 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 0 100 200 300 400 K o n se n tr a si ( N ) Waktu (jam) Zeolit Non Zeolit