Studi Komposisi Fasa dan Sifat Kemagnetan Pasir Besi Pesisir Pantai Aceh yang Dipreparasi dengan Metode Mechanical Milling
Zulkarnain Jalil 1 , Eva Novita Sari 1 , Ismail AB 1 dan Erfan Handoko 2
1 Jurusan Fisika, Fakultas MIPA, Universitas Syiah Kuala (Unsyiah), Darussalam, Banda Aceh
2 Jurusan Fisika, Fakultas MIPA, Universitas Negeri Jakarta (UNJ), Rawamangun, Jakarta zjalil@unsyiah.ac.id
Received 04-01-2014, Revised 25-04-2014, Accepted 26-04-2014, Published 30-04-2014

## ABSTRACT
It has recently been investigated that ball milling can improve the magnetic properties of natural iron sand significantly. In this work, we present the phase composition and magnetic behavior of iron sand from Syiah Kuala Beach, Banda Aceh. Samples were prepared by mechanical alloying method using a Fritsch planetary ball mill for 20 hours. As the results, it was shown by XRD test that  Fe 3 O 4 (magnetite)  appears  as  the  majority  phase  and  the  magnetic  properties  observation shown that the magnetization saturation (Ms) and remanent (Br) was decreased with the increasing of the coercivity (Hc).
Keywords : iron sand, coast, magnetic properties, magnetite.

## ABSTRAK
Telah dilakukan  penelitian tentang karakteristik pasir besi di kawasan Pantai Syiah Kuala, Banda Aceh. Sampel disiapkan dengan teknik mechanical alloying menggunakan ball mill tipe planetary. Hasil analisa kualitatif dengan difraksi sinar-X diketahui bahwa fasa Fe 3 O 4 ( magnetite ) merupakan fasa  mayoritas  dalam  pasir  besi  tersebut.  Hasil  observasi  sifat  kemagnetan  menunjukkan  telah terjadi  penurunan  nilai  saturasi  magnet  (Ms)  dan  remanen  (Br)  yang  diikuti  peningkatan  nilai koersifitas (Hc).
Kata kunci: pasir besi, pesisir pantai, sifat kemagnetan, magnetite .

## PENDAHULUAN
Dinas  Pertambangan  dan  Energi  Aceh  menempatkan  mineral  emas,  tembaga,  molibdenit, bijih besi dan pasir besi sebagai komoditi bahan galian unggulan Aceh [1] .  Khususnya mineral pasir besi, termasuk bahan galian golongan B (galian vital) berdasarkan Peraturan Pemerintah No. 27 Tahun 1980 tentang penggolongan bahan galian.
Dari  beberapa  studi  yang  telah  dilakukan  menunjukkan  bahwa  kandungan  mineral  yang dominan  dalam  pasir  besi  adalah magnetite (Fe 3 O 4 ) [2,3] .  Beberapa  peneliti  melakukan beragam  identifikasi  dan  karakterisasi  mendalam  untuk  mendapatkan  informasi  terkait  sifat magnetik  Fe 3 O 4 [4,5] dan  yang  mutakhir  adalah  produksi  Fe 3 O 4 alam  berskala  nanopartikel untuk aplikasi material feroelektrik [6] . Aplikasi lebih lanjut adalah penggunaan Fe 3 O 4 sebagai katalis  pada  material  penyimpan  hidrogen  berbasis  magnesium [7] .  Melihat  luasnya penggunaan mineral magnetite ini dan dalam rangka mengembangkan usaha dari sektor non migas maka pemanfaatan pasir besi yang tersedia di alam patut dipertimbangkan.
Sebagai catatan, India sementara ini merupakan salah satu negara yang telah memanfaatkan pasir besi untuk tujuan komersil berorientasi ekspor [8,9] . Sementara itu di Indonesia umumnya digunakan  sebagai  bahan  tambahan  pada  industri  semen.  Khususnya  di  Propinsi  Aceh sebarannya sebagian besar terdapat di kawasan Aceh Besar, Aceh Utara,  dan Sabang [10] . Di
Kabupaten  Aceh  Besar  misalnya  depositnya  mencapai  7,2  juta  ton  dan  saat  ini pemanfaatannya  untuk  bahan  baku  campuran  semen  pada  PT.  Semen  Andalas  Indonesia (SAI).
Sayangnya, kajian dan penelitian terkait pasir besi Aceh belum dilakukan secara terpadu dan mendalam. Hal ini terindikasi dari minimnya informasi dan referensi tentang pasir besi Aceh. Karena  itu,  untuk  menjawab  tantangan  ilmiah  ini,  maka  dilakukan  serangkaian  investigasi terhadap pasir besi Aceh. Dalam paper ini dibentangkan hasil penelitian berupa data kualitatif yang  mencakup  identifikasi  fasa,  ukuran  kristal  dan  sifat  kemagnetan  dari  pasir  besi  di kawasan pesisir Pantai Syiah Kuala, Banda Aceh.

## METODE
Dalam  penelitian  ini  digunakan  pasir  besi  alam  di  kawasan  pesisir  Pantai  Syiah  Kuala, Gampong Dayah Raya, Banda Aceh. Pada tahap awal, dilakukan proses separasi pada sampel pasir  alam  tersebut  secara  manual  menggunakan  magnet  batang.  Magnet  didekatkan  ke seluruh bagian pasir hingga semua pasir besi terangkat atau melekat pada magnet. Sedangkan mineral  pengotornya  dibuang.  Selanjutnya,  dilakukan  reduksi  ukuran  partikel  dengan menggunakan ball mill (Planetary Mill, Fritsch, P6) dengan rasio bola dan serbuk 10:1, lalu dimasukkan  ke  dalam vial dan  dimiling  selama  20  jam.  Kemudian,  data  kualitatif  terkait komposisi  fasa  dan  ukuran  kristal  diidentifikasi  menggunakan X-rays  diffractometer (XRD Shimadzu  D6000).  Data  hasil  eksperimen  lalu  dibandingkan  dengan  database  acuan  yang dikeluarkan  oleh International  Crystalography  Diffraction  Data (ICDD)  menggunakan program  PCPDFWIN.  Ukuran kristal dikalkulasi dengan formula Scherrer.  Sedangkan  sifat kemagnetan  diobservasi  menggunakan Permagraph (Magnet  Physik,  2T).  Untuk  keperluan uji  magnetik,  sampel  serbuk  pasir  dicetak  menggunakan  mesin  press  hidraulik  dengan tekanan 5 ton dan membentuk pellet.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil  pengukuran    difraksi  sinar-X  pada  sampel  pasir  besi  dihasilkan  pola  difraksi  sinar-X sebagaimana  terlihat  pada  Gambar  1  dimana  fasa  yang  hadir  mayoritas  Fe 3 O 4 .    Sedangkan fasa minor yang hadir adalah TiO 2 dan SiO 2 .
Gambar 1 . Pola difraksi sinar-X pasir besi yang memiliki fasa utama Fe 3 O 4 SiO 2
Fe 3 O 4 TiO 2 Fe 3 O 4 Fe 3 O 4 Fe 3 O 4 Fe 3 O 4 Fe 3 O 4 Fe 3 O 4 1 jam 10 jam 20 jam ( o ) (a .u. ) SiO 2
Dari  gambar  di  atas  tampak  bahwa  Fe 3 O 4 ( magnetite )  merupakan  senyawa  mineral  yang dominan di dalam pasir besi Syiah Kuala dengan persentase 85,80% sesuai hasil uji dengan XRF [11] . Namun masih ada kandungan pengotor lainnya yakni SiO 2 dan TiO 2 . Secara umum dapat  dikatakan  penghalusan  dengan  teknik mechanical  alloying mampu  menghasilkan serbuk dengan ukuran kristal terkecil pada bidang (311) pada sudut difraksi (2 ) 35,47 yakni sebesar 11,1 nm.
Selanjutnya  dilakukan  observasi  sifat  kemagnetan  dengan Permagraph yang  bekerja  pada medan  magnet  luar  2  tesla  (T).  Hasil  pengujian  diperoleh  kurva  loop  histerisis  yang  dapat diketahui  besaran-besaran  kemagnetan  antara  lain  saturasi  magnet  (Ms),  remanen  (Br)  dan koersifitas (Hc) seperti ditunjukkan pada Gambar 2 dan Gambar 3.
Gambar 2 . Kurva loop histerisis sampel sebelum proses milling
Gambar 3 . Kurva loop histerisis sampel milling 20 jam
Dari kurva tersebut diketahui pasir besi Pantai Syiah Kuala memiliki saturasi magnet sebesar 0,333 T (sebelum miling) dan 0,188 T (setelah 20 jam miling). Sementara nilai remanen (Br) adalah  0,022  T  (sebelum  miling)  dan  0,075  T  (setelah  20  jam  miling)  dan  koersifitas  (Hc) sebelum  miling  hanya  1,34  kA/m,  namun  setelah  20  jam  miling  menunjukkan  peningkatan yang cukup signifikan yakni mencapai 33,31 kA/m. Tabel 1 menunjukkan detail hasil uji sifat kemagnetan.
Sampel (milling) Sifat Kemagnetan Magnetisasi Saturasi, Ms (T) Koersivitas Intrinsik, iHc (kA/m) Remanen, Br (T) 0 jam 0,333 1,34 0,022 20 jam 0,188 33,31 0,075
Adapun  fenomena  menurunnya  nilai  saturasi  magnet  (Ms)  dan  remanen  (Br)  yang  disertai peningkatan  nilai  koersifitas  (Hc),  setelah  milling  20  jam,  patut  dikaji  lebih  lanjut.  Hal  ini untuk  melihat  bahwa  ada  kaitan  antara  ukuran  kristal  dengan  perubahan  sifat  kemagnetan. Diduga  dengan  semakin  halus  ukuran  kristal,  hasil  kalkulasi  Scherrer  didapat  sebesar  11,1 nm,  maka  akan  menyebabkan  bertambahnya  ruang  kosong  antar  kristal.  Sementara  itu, meningkatnya nilai Hc memperlihatkan bahwa ukuran kristal magnet yang semakin halus  – dalam hal ini skala nanometer– menyebabkan nilai Hc meningkat dan lebih stabil.

## KESIMPULAN
Hasil  identifikasi  pasir  besi  Pantai  Syiah  Kuala,  Banda  Aceh  dengan  menggunakan  teknik difraksi  sinar-X  diperoleh  informasi  bahwa  unsur  oksida  besi  magnetite  Fe 3 O 4 sangat dominan,  diikuti  oleh  SiO 2 dan  TiO 2 sebagai  fasa  minor.  Sifat  kemagnetan  menunjukkan telah terjadi penurunan nilai Ms dan Br diikuti peningkatan nilai Hc. Meningkatnya nilai Hc memperlihatkan  bahwa  ukuran  kristal  magnet  yang  semakin  halus  menyebabkan  nilai  Hc meningkat dan lebih stabil.

## DAFTAR PUSTAKA
1 Dinas Pertambangan dan Energi. 2011. Potensi Bahan Galian; Mineral, Batuan dan Energi Aceh . Banda Aceh: Distamben Provinsi Aceh.
2 Yulianto,  A.,  Bijaksana,  S.  dan  Loeksmanto,  W.  2002.  Karakterisasi  Magnetik  dari Pasir  Besi  Cilacap. Jurnal  Fisika ,  Himpunan  Fisika  Indonesia,  Suplemen  Prosiding, Hal. A5-0527.
3 Yulianto,  A.,  Bijaksana,  S.  dan  Loeksmanto,  W.  2003.  Comparative  Study  on Magnetic  Characterization  of  Iron  Sand  from  Several  Locations  in  Central  Java. Kontribusi  Fisika Indonesia , Vol. 14, No. 2, Hal. 63-66.
4 Peters, C. dan Thompson, R. 1998. Magnetic Identification of Selected Natural Iron Oxides and Sulphides. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Vol. 183, Hal. 365- 374.
5 Wu, W.,  He,  Q.  dan Jiang,  C.  2008.    Magnetic  Iron  Oxide  Nanoparticles:  Synthesis and  Surface  Functionalization  Strategies. Nanoscale  Research  Letters ,  Vol.  3,  Hal. 397–415.
6 Widanarto, W., Sahar, M.R., Ghoshal, S.K., Arifin, R., Rohani, M.S. dan Hamzah, K. 2013.  Effect  of  Natural  Fe 3 O 4 Nanoparticles  on  Structural  and  Optical  Properties  of Er 3+ Doped Tellurite Glass. Journal of Magnetism and Magnetic Materials , Vol. 326, Hal. 123–128.
7 Huang, Z.G., Guo, Z.P., Calka, A., Wexler, D., Lukey, C. dan Liu, H.K. 2006. Effects of  Iron  Oxide  (Fe 2 O 3 ,  Fe 3 O 4 )  on  Hydrogen  Storage  Properties  of  Mg-Based Composites. Journal of Alloys and Compounds , Vol. 422, Hal. 299-304.
8 Banerjee, D.C., Sinha, R.P. dan Dwivedy, K.K. 1995. Xenotime Resources in India-an Overview. Proceeding  of  Seminar  on  Recent  developments  in  the  Science  and Technology of Rare Earths , December 14-16, Cochin, India.
9 Mohanty,  B.,  Seshadrinath,  K.,  Sarbajna,  S.T.  dan  Viswamohan.  1995.  Recovery  of Xenotime  and  Monazite  from  Inland  Placers  of  India. Proceeding  of  Seminar  on Recent Developments in the Science and Technology of Rare Earths , December 14-16, Cochin, India.
10  Badan Koordinasi dan Penanaman Modal Dalam Negeri. 1993. Potensi Bahan Galian Industri dan Bangunan Propinsi Daerah Istimewa Aceh. Laporan Tahunan BKPMD Aceh.
11  Eva, N.S., Ismail, A.B. dan Zulkarnain, J. 2013. Identifikasi Mineral Pasir Besi Pantai Syiah Kuala Banda Aceh Menggunakan XRD dan XRF. Prosiding Seminar Nasional Hasil  Riset  dan  Standarisasi  Industri  III ,  Balai  Riset  dan  Standarisasi  Industri (Baristand), Banda Aceh, 23-25 Oktober 2013.