## PELARUTAN FOSFOR DARI BATUAN FOSFAT DENGAN BANTUAN GELOMBANG ULTRASONIK

## [Dissolved Phosphorus Of Phosphate Stones
With Ultrasonic Waves As An Efforts]
Oleh :
Rahmat Ibnu Mas’ud 1 , Sugeng Triyono 2 , Sri Waluyo 3 , Tamrin 4
1) Mahasiswa S1 Jurusan Teknik Pertanian, Fakultas Pertanian, Universitas Lampung
2,3,4) Staf Pengajar Jurusan Teknik Pertanian, Fakultas Pertanian, Universitas Lampung komunikasi penulis, email : rahmatibnu20@yahoo.com
Naskah ini diterima pada 8 Oktober 2012; revisi pada 18 Oktober 2012; disetujui untuk dipublikasikan pada 21 Oktober 2012

## ABSTRACT
Fertilizer is a material that can add nutrients to soil.  Phosphate is one of essential elements of fertilizer for plants. Ultrasonic waves can potentially be used as a method to dissolve phosphorus from phosphate stone, by means of immersion in water and gived of ultrasonic waves.  The aim of this study was to analyze the P content from phosphate stone that was dissolved in water and the excited by ultrasonic waves.  The tests were the concentration of phosphate in water of 30, 60, and 90%, and the duration of ultrasonic wave (60 kHz) of 15, 30, and 60 minutes.  The parameters observed were the levels of dissolved P (P2O5), pH value, and specific energy. The samples were analyzed, namely liquid and solid samples were separated after ultrasonic vibrate. The results of the analysis of the highest levels of soluble P from liquid samples are at 90% concentration, treatment time-vibrate 15 minutes, that is equal to 0.0415 mg/l, whereas the treatment of solid samples at concentrations of 60% , within 15 minutes, amounting to 1.38%.  The measurement results show the solution pH is neutral phosphate after vibrated tend to alkaline with pH values between 7 – 8. Sample concentration of 60% treatment, 15 minutes and 90% concentration, treatment time of 15 minutes is the most efficient, because it uses only the smallest specific energy is 0.15 J/mg and 0.1 J/mg, can produce high levels of dissolved P.
Keywords: fertilizer, phosphate stones, ultrasonic, P dissolved.

## ABSTRAK
Pupuk  adalah  suatu  bahan  yang  dapat  menambah  unsur  hara  bagi  tanah.  Fosfat  merupakan  salah  satu unsur  pupuk yang sangat penting bagi tanaman. Gelombang ultrasonik  berpotensi  menjadi  metoda yang efektif  untuk  membantu  melarutkan  fosfor  dari  serbuk  fosfat,  dengan  cara  perendaman  dalam  air  dan dialiri  gelombang  ultrasonik.  Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah  menganalisis  kadar  P  dari  batuan  fosfat yang  terlarut  dalam  air  dengan  bantuan  gelombang  ultrasonik.  Perlakuan  yang  diujikan  adalah konsentrasi  larutan  fosfat  30,  60,  dan  90  %,  serta  waktu  penggetaran  dengan  tranduser  ultrasonik berfrekuensi  60  kHz  selama  15,  30,  dan  60  menit.  Parameter  pengamatan  terdiri  dari  kadar  P  terlarut (P2O5), nilai pH, dan energi spesifik. Sampel yang dianalisis yaitu sampel cair dan padat yang dipisahkan setelah  penggetaran  ultrasonik.  Hasil  analisis  kadar  P  terlarut  tertinggi  dari  sampel  cair  terdapat  pada perlakuan konsentrasi 90 %, waktu penggetaran 15 menit, yaitu sebesar 0,0415 mg/l, sedangkan sampel padat  pada  perlakuan  konsentrasi  60  %,  waktu  15  menit,  yaitu  sebesar  1,38  %.  Hasil  pengukuran  pH menunjukkan larutan fosfat setelah penggetaran bersifat netral cenderung basa dengan nilai pH antara 7 – 8. Sampel perlakuan konsentrasi 60 %, waktu 15 menit dan konsentrasi 90 %, waktu 15 menit merupakan perlakuan paling efisien, karena hanya menggunakan energi spesifik terkecil yaitu 0,15 J/mg dan 0,1 J/mg, dapat menghasilkan kadar P terlarut tertinggi.
Kata Kunci: pupuk, batuan fosfat, ultrasonik, P terlarut.

## I. PENDAHULUAN
Pupuk  adalah  suatu  bahan  yang  bersifat organik ataupun anorganik. Bila
ditambahkan  ke  dalam  tanah  ataupun tanaman,  pupuk  dapat  menambah  unsur hara  dan  kesuburan  tanah.    Pupuk  juga merupakan kebutuhan utama dalam produksi  pertanian,  baik  dalam  budidaya tanaman  pangan,  hortikultura,  maupun perkebunan.    Hal  ini  disebabkan  karena  di dalam  pupuk  terdapat  unsur-unsur  yang diperlukan  oleh  tanaman  seperti,  nitrogen, fosfor, dan kalium.
Fosfat  merupakan  salah  satu  unsur  pupuk yang sangat penting bagi tanaman. Pemakaian  langsung  fosfat  alam  sebagai pupuk  diketahui  hampir  sama  efektifnya dengan  pupuk  P  cair  (Chien,  1990). Penelitian pada tanah Podsolik dari Lampung  dan  Jambi  menunjukkan  bahwa fosfat  alam  mempunyai  efektivitas  yang sama  dan  bahkan  lebih  baik  dari  TSP (Rochayati, dkk., 2007).
Penggunaan  batuan  fosfat  atau  bahan  alami lain  secara  langsung  di  lahan  untuk menyediakan  kebutuhan  unsur  P  bagi tanaman  tidak  efektif  terutama  di  tanah- tanah  tidak  masam,  karena  fosfor  yang terkandung  bersifat  tidak  larut  atau  tidak tersedia  (Wahida,  dkk.,  2007).    Karena  itu, diperlukan perlakuan pelarutan fosfor terlebih  dahulu  sebelum  fosfat  tersebut dapat diaplikasikan ke lahan-lahan pertanian.
Di  dalam  industri  pupuk,  asam  sulfat digunakan  untuk  melepas  fosfor  dari  ikatan trikalsium posfat (tak larut) menjadi monokalsium  fosfat  yang  larut  di  dalam  air dan tersedia bagi tanaman. Untuk memperkaya kadar fosfat, asam fosfat sering ditambahkan  (Rhem  et.al,  2002).    Karena asam  sulfat  merupakan  bahan  kimia  yang mahal, maka perlu dicari alternatif lain yang lebih murah untuk melepaskan atau melarutkan fosfor.
Gelombang  ultrasonik  berpotensi  menjadi metoda yang efektif untuk melarutkan fosfat. Gelombang ultrasonik merupakan
gelombang yang berfrekuensi di atas 20 kHz. Gelombang  ini  merambat  dalam  medium padat,  cair  dan  gas,  karena  gelombang  ini merupakan rambatan energi sebagai interaksi  dengan  medium  yang  dilaluinya (Bueche, 1986 dalam Yatarif, 2008).
Gelombang  ultrasonik  tidak  bisa  merambat pada ruang hampa sehingga proses transmisi pada  ruang  hampa  tidak  pernah  terjadi (Dally,  dkk,  1993).    Di  dalam  cairan (biasanya air), ultrasonik dapat
menghasilkan  radikal  OH-,  H+,  HO2-,  dan H2O2  yang  bersifat  merusak  (Adewuyi, 2001).  Jika serbuk batuan fosfat dimasukkan ke  dalam  air  dan  dialiri  gelombang ultrasonik,  maka  kemungkinan  besar  fosfat akan  bereaksi  dengan  ion  H+  membentuk monokalsium  fosfat  (superfosfat)  yang  larut dalam air.
Pada  penelitian  ini  dilakukan  pengujian terhadap  kadar  P  terlarut  yang  terkandung di  dalam  batuan  fosfat  dengan  direndam  ke dalam  air.    Pelarutan  fosfat  dalam  air tersebut  dibantu  dengan  getaran  ultrasonik sehingga  ion  H+  dari  air  akan  terlepas  dan bereaksi  dengan  unsur  P  dalam  fosfat. Kemudian  dianalisis  kadar  P  terlarut  dari batuan  fosfat  tersebut  dengan  perlakuan konsentrasi  larutan  dan  durasi  waktu  yang berbeda.    Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah menguji  dan  menganalisis  kadar  P  terlarut yang  terkandung  dalam  batuan  fosfat direndam dalam air dengan bantuan gelombang  ultrasonik.    Hipotesisnya  yang akan  dibuktikan  pada  penelitian  ini  adalah pemberian  gelombang  ultrasonik  dapat meningkatkan  kelarutan  kadar  P  terlarut dari batuan fosfat yang direndam dalam air.

## II.  BAHAN DAN METODE
Penelitian  ini  dilaksanakan  pada  bulan  April -  Mei  2012  di  Laboratorium  Rekayasa Sumber  Daya  Air  dan  Lahan  Jurusan  Teknik Pertanian dan Laboratorium Teknologi Hasil Pertanian  Universitas  Lampung.    Analisis sampel  dilakukan  di  Laboratorium  Analisis Politeknik  Negeri  Lampung.    Peralatan  yang digunakan  adalah  tranduser  gelombang ultrasonik  piesoelektrik  berfrekuensi  60 kHz, power supply, booster, horn,
ayakan/mesh,  gelas  ukur,  cawan,  wadah larutan,  sendok,  penggerus,  kantong  plastik, timbangan  analitik,  timbangan  mekanik (Ohaus), pH meter, dan stopwatch handphone.    Bahan  yang  digunakan  yaitu batuan  fosfat  berukuran  200  mesh  dan  air akuades.
Konsentrasi  larutan  fosfat  yang  diujikan dalam  penelitian  ini  yaitu  :    30%,  60%,  dan 90%.    Sedangkan  waktu  penggetaran ultrasonik  yang  diuji-cobakan  adalah  :    15, 30, dan 60 menit.

## Tabel 1. Matrik percobaan
Konsentrasi (%) Durasi (menit) 60 30 15 30 P1 P4 P7 60 P2 P5 P8 90 P3 P6 P9
Prosedur  dalam  penelitian  ini  yaitu  batuan fosfat dihaluskan dan diayak dengan menggunakan  ayakan  mesh  200.    Batuan fosfat  yang  digunakan  adalah  partikel  yang lolos  saring  mesh  200.    Batuan  fosfat  dibagi dalam  tiga  perlakuan  massa  30  g,  60  g,  dan 90 g, masing-masing direndam dalam air 100 ml,  kemudian  digetarkan  dengan  ultrasonik. Setiap  perlakuan  masing-masing  sampel dilakukan  penggetaran  dengan  ulangan  dua kali,  kemudian  dipisahkan  antara  endapan dan  airnya.    Sampel  endapan  dan  air selanjutnya  dibawa  ke  laboratorium  untuk dianalisis P terlarutnya (P2O5).
Energi  yang  digunakan  ultrasonik  untuk menggetarkan larutan fosfat dihitung dengan rumus berikut :
. . (1)
Dimana, Es: Energi spesifik (Joule/gram); W: Daya  (Watt);  t:  Waktu  (s);  k:  Konsentrasi (gram/liter); V: Volume (liter).
Analisis  data  pengaruh  variasi  perlakuan terhadap  kadar  P  terlarut  menggunakan rancangan acak lengkap (RAL) dan dilanjutkan  secara  manual  dengan  analisis
sidik ragam (perhitungan tidak ditampilkan). Data  energi  spesifik  dari  masing  –  masing perlakuan dianalisis menggunakan tabel dan grafik.    Sehingga  diketahui  kecenderungan untuk  masing  –  masing  perlakuan  terhadap kadar P terlarut yang dihasilkan.

## III. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1.  Kadar P Terlarut (P2O5)
Hasil  P  terlarut  (P2O5)  sampel  cair  yaitu massa  P  per  volume  larutan,  setelah dianalisis dapat dilihat pada Tabel 2 berikut.
Tabel 2. Kadar P-terlarut sampel cair
Perlakuan P 2 O 5 Rata-rata (mg/l) Notasi BNT 5% P1 0,0265 b P2 0,0215 a P3 0,0265 b P4 0,0240 ab P5 0,0265 b P6 0,0265 b P7 0,0265 b P8 0,0365 c P9 0,0415 d
Setelah  dilakukan  analisis  sidik  ragam, didapat  F  hitung  perlakuan  4,83  dengan  F tabel  pada  taraf  5%  dan  1%  masing-masing sebesar  3,23  dan  5,47,  namun  tidak signifikan  dengan  F  tabel  pada  taraf  1  % sebesar 5,47.  Uji lanjut dengan uji BNT pada taraf 5 % didapat hasil bahwa sampel P8 dan P9 berbeda nyata dengan seluruh perlakuan, sedangkan P2 berbeda nyata dengan seluruh perlakuan  kecuali  dengan  P4  tidak  berbeda nyata.    Peningkatan  P  terlarut  terjadi  pada waktu  15  menit,  semakin  besar  massa serbuk  fosfat  maka  kadar  P2O5  semakin tinggi,  karena  dengan  banyaknya  massa batuan fosfat dalam air, kandungan fosfornya lebih besar. Sedangkan, pengaruh
perbedaan  waktu  pada  massa  yang  sama terlihat bahwa semakin kecil waktu penggetaran,  maka  P  terlarut  yang  didapat semakin  tinggi.    Hal  ini  terjadi  karena kandungan P terlarut dalam fosfat jumlahnya terbatas  dan  memiliki  batas  waktu  efektif untuk berikatan dengan unsur H+ dalam air. Sehingga  kemungkinan  jika  terlalu  lama digetarkan  akan  membuat  P  terlarut  yang berikatan dengan H+ justru lepas kembali. Berdasarkan  Tabel  2,  besar  massa  fosfat dalam  larutan  lebih  berpengaruh  te hasil  P  terlarut  daripada  perlakuan  waktu. Hal  ini  terjadi  kemungkinan  karena  pada konsentrasi  tinggi  (massa  fosfat  lebih banyak)  jarak  kontak  antara  tranduser ultrasonik dengan fosfat dalam larutan lebih dekat, sehingga energi yang dihasilkan untu memisahkan  ion  lebih  besar.    Sedangkan, durasi  penggetaran  justru  lebih  efektif  pada waktu  15  menit,  karena  kemungkinan  jika terlalu  lama  justru  akan  melepas  kembali  P terlarut yang telah berikatan dengan H+.

## Grafik  1.  Hubungan  massa  fosfat  dan  waktu penggetaran  terhadap  kadar  P  terlarut sampel cair
Hasil analisis kadar P terlarut (P2O5) sampel padat  adalah  berupa  persentase  antara massa  P  terlarut  per  massa  sampel  padat fosfat, dengan perlakuan massa batuan fosfat dan waktu penggetaran yang berbeda, dilihat pada Grafik 2 berikut ini.
Dari diagram tersebut, pada waktu penggetaran  yang  sama,  kadar  P  terlarut cenderung  lebih  besar  pada  massa  60  gram dan 90 gram, hal ini dikarenakan konsentrasi larutan lebih besar.
perbedaan  waktu  pada  massa  yang  sama terlihat bahwa semakin kecil waktu penggetaran,  maka  P  terlarut  yang  didapat semakin  tinggi.    Hal  ini  terjadi  karena kandungan P terlarut dalam fosfat jumlahnya s  waktu  efektif untuk berikatan dengan unsur H+ dalam air. Sehingga  kemungkinan  jika  terlalu  lama digetarkan  akan  membuat  P  terlarut  yang berikatan dengan H+ justru lepas kembali. Berdasarkan  Tabel  2,  besar  massa  fosfat dalam  larutan  lebih  berpengaruh  terhadap hasil  P  terlarut  daripada  perlakuan  waktu. Hal  ini  terjadi  kemungkinan  karena  pada konsentrasi  tinggi  (massa  fosfat  lebih banyak)  jarak  kontak  antara  tranduser ultrasonik dengan fosfat dalam larutan lebih dekat, sehingga energi yang dihasilkan untuk memisahkan  ion  lebih  besar.    Sedangkan, durasi  penggetaran  justru  lebih  efektif  pada waktu  15  menit,  karena  kemungkinan  jika terlalu  lama  justru  akan  melepas  kembali  P terlarut yang telah berikatan dengan H+.

## 1.  Hubungan  massa  fosfat  dan  waktu terhadap  kadar  P  terlarut
Hasil analisis kadar P terlarut (P2O5) sampel padat  adalah  berupa  persentase  antara massa  P  terlarut  per  massa  sampel  padat fosfat, dengan perlakuan massa batuan fosfat dan waktu penggetaran yang berbeda, dapat
Dari diagram tersebut, pada waktu penggetaran  yang  sama,  kadar  P  terlarut cenderung  lebih  besar  pada  massa  60  gram dan 90 gram, hal ini dikarenakan konsentrasi
Grafik  2.  Hubungan  massa  fosfat  dan  waktu penggetaran  terhadap  kadar  P  terlarut sampel padat

## 3.2.  Energi Spesifik
Tabel 3. Energi yang dibutuhkan pada penggunaan ultrasonik Sampel P 2 O 5 Rata- rata
(mg/l) P 2 O 5 (%) Massa (g) P1 0,026 0,62 30 P2 0,021 1,14 60 P3 0,026 1,01 90 P4 0,024 0,87 30 P5 0,026 0,67 60 P6 0,026 1,02 90 P7 0,026 0,70 30 P8 0,036 1,38 60 P9 0,041 0,81 90
Dari  Tabel  3  terlihat  kecenderungan  bahwa besar energi berbanding lurus dengan waktu dan  berbanding  terbalik  dengan  massa. Sedangkan, untuk besarnya volume dan daya tetap  sebesar  100  ml  dan  100  W,  sehingga tidak  mempengaruhi  besarnya  energi.    Jika dilihat dari hasil P terlarut, ada kecenderungan P terlarut semakin
meningkat  dengan  waktu  penggetaran  yang kecil,  sehingga  energi  yang  digunakan  juga semakin kecil.  Pada massa fosfat yang sama, kadar  P  terlarut  cenderung  menurun  pada energi  spesifik  yang  lebih perlakuan  waktu  yang  sama,  semakin  tinggi
fosfat  dan  waktu terhadap  kadar  P  terlarut
Tabel 3. Energi yang dibutuhkan pada Massa Waktu (menit) Energi (J/g) 60 1200 60 600 60 400 30 600 30 300 30 200 15 300 15 150 15 100
Dari  Tabel  3  terlihat  kecenderungan  bahwa besar energi berbanding lurus dengan waktu dan  berbanding  terbalik  dengan  massa. Sedangkan, untuk besarnya volume dan daya tetap  sebesar  100  ml  dan  100  W,  sehingga tidak  mempengaruhi  besarnya  energi.    Jika dari hasil P terlarut, ada kecenderungan P terlarut semakin
meningkat  dengan  waktu  penggetaran  yang kecil,  sehingga  energi  yang  digunakan  juga semakin kecil.  Pada massa fosfat yang sama, kadar  P  terlarut  cenderung  menurun  pada energi  spesifik  yang  lebih  besar.    Pada perlakuan  waktu  yang  sama,  semakin  tinggi
massa  fosfat  akan  menghasilkan  P  terlarut yang  lebih  besar  dengan  energi  spesifik semakin  kecil.    Karena  saat  konsentrasi larutan  besar  (massa  fosfat  lebih  besar), jarak  antara  tranduser  ultrasonik  dengan batuan fosfat langsung bersentuhan, sehingga penggunaan energinya lebih efektif walaupun  pada  waktu  yang  relatif  kecil. Sesuai  dengan  rumus  energi  yaitu  waktu dibagi konsentrasi (massa fosfat), maka pada waktu  yang  sama,  semakin  besar  massa fosfat  akan  menggunakan  energi  yang semakin kecil.
Jika  dilihat  secara  keseluruhan,  P  terlarut yang  dihasilkan  tidak  signifikan  dan  terlalu kecil  yaitu  hanya  0  –  1,5  %.    Ada kemungkinan  -  kemungkinan  perlakuan penggunaan ultrasonik yang diberikan kurang  efektif  untuk  membantu  melarutkan P pada batuan fosfat.  Diantaranya, frekuensi ultrasonik  yang  digunakan  kurang  sesuai dengan  frekuensi  alami  pelarutan  fosfat, durasi penggetaran kurang relevan terhadap efektivitas  pelarutan  P.    Sedangkan  tingkat konsentrasi larutan fosfat lebih efektif dalam mempengaruhi besarnya P terlarut dalam air dengan bantuan ultrasonik.

## IV. KESIMPULAN DAN SARAN

## 4.1.  Kesimpulan
Kesimpulan  dari  penelitian  ini  adalah  P terlarut  yang  dihasilkan  tidak  signifikan  dan terlalu  kecil.    Perlakuan  yang  paling berpengaruh  terhadap  besarnya  P  terlarut adalah  konsentrasi  larutan,  semakin  besar massa fosfat dalam larutan, semakin besar P terlarut  yang  didapat.    Ada  kemungkinan perlakuan ultrasonik yang digunakan kurang efektif  untuk  melepaskan  ion  H+  dari  air untuk  berikatan  dengan  fosfor  dari  batuan fosfat.

## 4.2. Saran
Untuk  mendapatkan  hasil  yang  lebih  baik dari  penelitian  ini,  maka  disarankan  perlu dilakukan  penelitian  lebih  lanjut  dengan mencari frekuensi dan amplitudo gelombang ultrasonik  yang  tepat  untuk  melepaskan  ion H+  dari  air,  sehingga  diperoleh  hasil  P terlarut optimal.

## DAFTAR PUSTAKA
Adewuyi,  Y.    2001.    Sonochemistry: Environmental Science and Engineering.
Ind. Eng. Chem. Res. 40: 4681-4715.
Bueche, F.J. 1986.  Fisika. Seri buku Schaum,
edisi kedelapan, Erlangga. Chien, S. H. 1990. Reaction of phosphate rock with  acid  soils  of  the  humid  tropic. Paper  Presented  at  Workshop  on Phosphate  Sources  for  Acid  Soils  in  the Humid Tropic of Asia, Kuala Lumpur. Dally, J., Riley, W., and Mc Connel, K.G. 1993. Instrumentation for Engineering Measurements. Inc. New York.
Rhem,  G.,  Schmitt,  M.,  Lamb,  J.,  Randall,  G.,
and Busman, L.  2002. Phosphorus in the Agricultural Environment.  University of
Minnesota.
http://www.extension.umn.edu/distrib ution/cropsystems/DC6288.html
Rochayati,  S.,  Sutriadi,  M.T.,  dan  Kasno,  A. 2007. Pemanfaatan Fosfat Alam untuk Lahan Kering Masam. J. Tanah Trop. 9 : 31-35. Wahida,  A.,  Fahmi,  A.,  dan  Jamberi,  A.  2007. Pengaruh pemberian fosfat alam asal Maroko terhadap pertumbuhan padi di lahan sulfat  masam.  J  Tanah  Tropika,  12(2): 85-9.
Yatarif,  N.  W.  2008.  Karakterisasi  Sinyal. FMIPA: Universitas Indonesia.