## Jurnal EduMatSains, 2 (2) Januari 2018, 189-200

## Pengaruh Lama Pemanasan Terhadap Karakteristik Kristal Kalsium dari Limbah Cangkang Kerang
Fitri Afriani, Mustari, dan Yuant Tiandho*
Jurusan Fisika, Universitas Bangka Belitung Jl. Kampus Peradaban, Bangka, Kep. Bangka Belitung 33172
*e-mail: yuant@ubb.ac.id

## Abstract
The high  number of tin  mining in the Bangka Belitung Islands leaves a number of  problems such as unused land after tin  mining. Whereas on the other  side, the post tin  mining areas  can be used  as a source  of  water  reserves  although  additional  treatment  is  needed  because  it  is feared  contain  heavy metals. Calcium oxide is a compound that can be used to coagulate dispersed pollutants in water so that it can be used to improve the quality of water stored in the post tin mining area. One of the most abundant sources of calcium in the Bangka Belitung Islands comes from wasted cockle shell. Through a heating process at temperatures of  about  700°C calcium carbonate in the wasted cockle shell will begin to decompose into calcium oxide. Based on the results obtained have known that the longer the heating process then the decomposition process of calcium carbonate more and more occur.
Keywords: Rietveld, calcium crystal, heat treatment.

## PENDAHULUAN
Saat  ini  kalsium  merupakan  senyawa yang  dapat  diaplikasikan  dalam  berbagai bidang  seperti  dalam  biomaterial,  divais elektronika,  dan  industri  biodiesel.  Dalam bidang  biomaterial,  kalsium  serta  senyawa turunnya  memiliki  biokompatibilitas  yang sangat  baik  sehingga  dapat  digunakan sebagai material regenerasi tulang, gigi, dan material sistem drug delivery (Afriani, et al.,
2015).  Dalam  bidang  elektronika  kalsium dapat  digunakan  sebagai  bahan  magnet permanen  terutama  ketika  membentuk  fasa dalam  golongan  kalsium  ferit  (Mastuki,  et al., 2012) sedangkan dalam bidang industri
kalsium  dapat  digunakan  sebagai  katalis pada  proses  produksi  biodiesel  (Fanny,  et al., 2012).
Sumber kalsium yang banyak terdapat di  alam  umumnya  masih  dalam  senyawa kalsium karbonat (CaCO 3 ) seperti pada batu kapur, cangkang telur, dan cangkang kerang (Mastuki, et al., 2012; Afriani, et al., 2015). Terdapat  beberapa  fasa  dari  CaCO 3 seperti aragonite yang memiliki struktur orthorhombic ,  serta calcite dan vaterite yang memiliki struktur heksagonal. Transformasi  antar  fasa  tersebut  dapat terjadi  akibat  adanya  proses  pemanasan (Peric, et al., 1996; Chen, et al., 2011).
Provinsi  Kepulauan  Bangka  Belitung merupakan daerah yang telah dikenal secara luas  sebagai  penghasil  timah  tertinggi  di Indonesia  bahkan  masuk  ke  dalam  tiga besar  di  dunia  (Ibrahim,  2016;  Rohendi  & Aryanto,  2012).  Penambangan  timah  telah bertahun-tahun menjadi sektor utama perekonomian  di  provinsi  ini  (Aspinall, 2001). Tetapi tingginya jumlah penambangan  timah,  khususnya  oleh  para penambang inkonvensional. seringkali tidak diikuti  oleh  proses  penanganan  pasca tambang  timah.  Kebanyakan  lahan  daerah pasca  tambang  timah  menyisakan  sejumlah masalah  seperti  hilangnya  kesuburan  lahan tersebut dan tersisa cekungan-cekungan sisa kerukan  yang  oleh  masyarakat  sekitar disebut  dengan  kulong  (Inonu,  2013). Sebenarnya  suatu  kulong  dapat  dijadikan sebagai  salah  satu  reservoir  cadangan  air. Namun  seperti  umumnya  lahan  pasca tambang,  apabila  tidak  diberikan  perlakuan khusus  terlebih  dahulu  maka  air  yang tersimpan di kulong dikhawatirkan mengandung  polusi  logam  berat  yang bersifat racun (Robin, 2012).
Salah  satu  metode  yang  dapat digunakan  untuk  mengendapkan  polutan dalam  air  kulong  melalui  proses  koagulasi adalah dengan menggunakan serbuk kalsium  oksida.  Kalsium  oksida  dapat menghasilkan ion Ca 2+ yang dapat
mengikat polutan yang terdispersi dalam air. Di  sisi  lain,  kalsium  oksida  dapat membentuk  gugus  hidroksida  menjadi Ca(OH) 2 ketika  terjadi  kontak  dengan  air dan  dapat  menetralkan  pH  air  kulong  yang seringkali bersifat asam (Surest, et al., 2012; Moideen, et al., 2015).
Dalam  penelitian  sebelumnya,  serbuk kalsium  oksida dapat disintesis  dari  limbah cangkang  kerang  dan  dapat  digunakan sebagai  koagulan  polutan  air  kulong (Tiandho,  et  al.,  2017).  Pemilihan  limbah cangkang  kerang  sebagai  bahan  baku kalsium  oksida  karena  cangkang  kerang mengandung    kalsium  dalam  jumlah  yang tinggi (dalam bentuk CaCO 3 ) serta jumlahnya  yang  melimpah  di  Kepulauan Bangka Belitung. Selain itu, karena berasal dari  bahan  alam,  kalsium  oksida  yang berasal dari cangkang kerang bersifat ramah lingkungan  dan  efektif  dalam  mengikat polutan  baik  yang  bersifat  organik  maupun anorganik (Mohamed, et al., 2012; Daud, et al., 2017).
Pada dasarnya, proses sintesis kalsium  oksida  dari  limbah  cangkang kerang hanya melibatkan proses dekomposisi  CaCO 3 .  Salah  satu  metode dekomposisi  paling  sederhana  yang  dapat diterapkan  adalah  dekomposisi  melalui perlakuan termal. Dengan proses pemanasan  CaCO 3 dapat  bertransformasi
menjadi  CaO  melalui  pelepasan  senyawa karbon dengan reaksi:
CaCO 3 → CaO + CO 2
Di dalam penelitian ini akan dilakukan  analisis  terkait  pengaruh  lama pemanasan  terhadap  karakteristik  kristal kalsium  di  dalam  serbuk  cangkang  kerang. Hasil  dari  analisis  ini  diharapkan  akan memberikan  informasi  yang  berkaitan dengan  waktu  optimum  pemanasan  serbuk cangkang kerang agar dapat bertransformasi menjadi  kalsium  oksida.  Sehingga  apabila kondisi  optimal  dapat  diketahui  maka proses  sintesis  kalsium  oksida  dari  limbah cangkang  kerang  dapat  berjalan  lebih efisien. Adapun temperatur proses kalsinasi yang  akan  dikaji  dalam  penelitian  ini merupakan temperatur “awal” agar kalsium karbonat  dalam  serbuk  cangkang  kerang dapat  bertransformasi  menjadi  kalsium oksida.

## METODE PENELITIAN
Cangkang  kerang  yang  digunakan dalam  penelitian  ini  merupakan  limbah yang  diperoleh  dari  pedagang  kerang  di Kota  Pangkal  Pinang  dengan  jenis  kerang darah ( Anadara granosa ). Sebelum dipanaskan,  cangkang  kerang  dicuci  dan dikeringkan di bawah sinar matahari selama dua  hari  lalu  dihaluskan  hingga  diperoleh serbuk  cangkang  kerang.  Karakteristik
serbuk cangkang kerang dianalisis menggunakan  XRD  ( x-ray  diffraction ), XRF ( x-ray fluoresence ), dan STA ( simultaneous  thermal analysis)  untuk mengetahui kristal, komposisi, dan pengaruh temperatur terhadap proses dekomposisi yang terjadi. Serbuk cangkang kerang kemudian dipanaskan pada temperatur  700°C  dengan  variasi  lama pemanasan 3, 5, 7, dan 9 jam. Karakteristik kristal  diperoleh  berdasarkan  pengujian XRD dan dilanjutkan dengan analisis kristal berdasarkan metode Rietveld menggunakan perangkat lunak Rietica .

## HASIL DAN PEMBAHASAN
1. Karakteristik Serbuk Cangkang

## Kerang
Melalui analisis XRF diketahui bahwa  komposisi  dari  serbuk  cangkang kerang  darah  seperti  ditunjukkan  pada Tabel 1. Berdasarkan hasil analisis tersebut diketahui  bahwa  komposisi  dari  serbuk cangkang  kerang  darah  yang  dilakukan dalam  penelitian  ini  didominasi  oleh kalsium.  Adapaun  elemen  ringan  yang dimaksud  dalam  Tabel  1  adalah  elemen- elemen  dengan  massa  atom  ringan  seperti Si,  Mg,  dan  sebagainya  yang  secara eksplisit  tidak  dapat  diketahui  melalui metode soil .  Setelah  melalui  proses penghalusan  data  XRD  menggunakan
metode  Rietveld  hasil  pola  XRD  dari
serbuk serbuk cangkang kerang.
Tabel 1. Komposisi elemen dalam serbuk cangkang kerang Elemen Jumlah (ppm) Elemen Jumlah (ppm) Ca 364.000 Fe 2.710 Sr 847 Sb 290 Sn 140 Ti 120 Ni 31 Zr 24 Zn 22 Ag 20 Se 5 As 4 Mo 4 Br 3 Elemen ringan 632.000
Berdasarkan  hasil  analisis  diketahui  bahwa kristal  dalam  serbuk  cangkang  kerang didominasi oleh CaCO 3 dalam fasa aragonite .  Hasil  analisis  ini  dapat  diterima karena  nilai  error  yang  sangat  kecil  yaitu:
2 0, 406   .  Adapun  parameter  sel  kristal yang  diperoleh  adalah a =  4,9570  Å, b = 7,9627  Å  dan c =  5,7449  Å  dengan space
group :  P  M  C  21.  Bila  dibandingkan dengan  volume  sel  pada  referensi  (226,65 Å 3 )  (Dickens  &  Bowen,  1971)  maka  dapat disimpulkan  bahwa  volume  sel  dari  fasa aragonite pada  serbuk  cangkang  kerang memiliki  nilai  yang  lebih  besar  (226,799 Å 3 ).
Gambar 1 . Hasil analisis pola XRD serbuk cangkang kerang Untuk  dapat  mengamati  pengaruh temperatur  pada  transformasi  fasa  serbuk cangkang  kerang  dilakukan  karakterisasi STA  dengan  hasil  seperti  ditunjukkan  oleh Gambar  2.  Melalui  hasil  tersebut  dapat diketahui  bahwa  perubahan  massa  secara tajam  mulai  terjadi  di  sekitar  temperatur 700°C.  Penurunan  massa  ini  merupakan indikasi adanya dekomposisi CaCO 3 menjadi  CaO  karena  adanya  pelepasan
senyawa CO 2 . Sehingga dari hasil ini dapat disimpulkan bahwa apabila ingin dilakukan dekomposisi  CaCO 3 menjadi  CaO  maka dibutuhkan  temperatur  minimum  700°C. Setelah  melewati  temperatur  sekitar  900°C tampak  bahwa  kurva  perubaham  massa relatif bersifat konstan. Hal ini mengindikasikan  bahwa  hingga  temperatur 1200°C  tidak  terjadi  perubahan  senyawa CaO.
Gambar 2 . Hasil analisis STA serbuk cangkang kerang 2. Karakteristik Kristal Serbuk

## Cangkang Kerang Pasca Pemanasan
Hasil  karakterisasi  XRD  dari  serbuk cangkang kerang  yang dikalsinasi selama 3 jam setelah dilakukan analisis menggunakan Rietica ditunjukkan  oleh Gambar  3.  Berdasarkan  perbandingan  data observasi  dan  model  kalkulasi  diperoleh
nilai 2 0, 283   maka  dapat  disimpulkan bahwa  analisis  ini  dapat  diterima.  Melalui hasil  analisis  Rietveld  diketahui  bahwa pasca  pemanasan  selama  3  jam  serbuk cangkang kerang tersusun dari 3 fasa kristal: CaCO 3 ( calcite ),  CaOH,  dan  CaO  yang masing-masing  persentase  molarnya  secara
berurutan sebesar 69,11%; 10,25%; 20,64%. Pada  hasil  ini  tampak  bahwa  pemanasan selama 3 jam belum sepenuhnya mendekomposisi  CaCO 3 dalam  serbuk cangkang  kerang.  Tetapi  meskipun  tidak terdekomposisi  secara  sempurna  CaCO 3 yang terdapat pada serbuk hasil pemanasan 3  jam  tidak  lagi  sama  dengan  CaCO 3 pada serbuk cangkang kerang. Proses pemanasan telah mengakibatkan fasa aragonite bertransformasi  menjadi calcite dan  hal  ini sesuai dengan penelitian sebelumnya (Parker,  et  al.,  2010).  Munculnya  fasa Ca(OH) 2 dalam serbuk hasil kalsinasi 3 jam karena  CaO  sangat  reaktif  terhadap  uap  air di  udara.  Sehingga  kontak  antara  CaO dengan udara dapat menyebabkan terjadinya reaksi kimia diantara keduanya.
Secara  terperinci  parameter  kristal tiap  fasa  dalam  serbuk  kalsinasi  3  jam adalah  sebagai  berikut:  CaCO 3 ( space group :  R  3  C): a = b =  4,9942  Å; c = 17,069  Å  dengan  volume  sel  368,697723; Ca(OH) 2 ( space  group :  P  3  M  1): a = b = 3,5911 Å; c = 4,8953 Å dengan volume sel: 54,671978  Å 3 ;  CaO  ( space  group :  F  M  3 M): a = b = c =  4,7932  Å  dengan  volume sel:  110,1226  Å 3 .  Apabila  dibandingkan dengan  data  referensi  terdapat  beberapa pergeseran  parameter  sel  dari  fasa-fasa tersebut. Karena proses pemanasan, CaCO 3 mengalami  pengembangan  parameter  sel sedangkan CaO tidak mengalami perubahan yang begitu signifikan.
Gambar 3 . Hasil analisis pola XRD serbuk cangkang  kerang dengan pemanasan 3 jam.
Untuk hasil analisis pola XRD serbuk cangkang  kerang  dengan  pemanasan  5  jam
dapat  dilihat  pada  Gambar  4.  Kesesuaian antara  data  observasi  dengan  model
kalkulasi  dalam  sampel  ini  memenuhi kondisi 2 0, 023   .  Sama  seperti  pada pemanasan  3  jam,  pada  pemanasan  5  jam juga  masih  terdapat  fasa  CaCO 3 calcite (69,01%),  Ca(OH) 2 (10,22%),  dan  CaO
(20,77%).  Apabila  dibandingkan  dengan sampel perlakuan pemanasan 3 jam tampak bahwa pada sampel ini dekomposisi CaCO 3 menjadi  CaO  memiliki  jumlah  yang  lebih besar.
Gambar 4. Hasil analisis pola XRD serbuk cangkang kerang dengan pemanasan 5 jam.
Adapun  parameter  kristal  dari  tiap fasa tersebut adalah: CaCO 3 : a = b = 4,9955 Å, c =  17,0718  Å  dengan  volume  sel:
368,95  Å 3 ,  Ca(OH) 2 : a = b =  3,59  Å, c = 4,895  Å,  dengan    volume  sel:  54,635  Å 3 , dan  CaO: a = b = c =  4,8068  Å  dengan volume sel 111,063 Å 3 . Apabila dibandingkan  dengan  pemanasan  3  jam maka  dapat  dilihat  bahwa  volume  sel  pada fasa CaO dan CaCO 3 dalam sampel dengan pemanasan  5  jam  mengalami  peningkatan. Adanya  peningkatan  volume  sel  ini berkaitan  dengan  peningkatan  ukuran kristal akibat adanya proses pemanasan.
Pada  Gambar  5  disajikan  hasil analisis pola XRD sampel dengan pemanasan  7  jam  yang  menghasilkan  nilai 2 0, 020   .  Pada  proses  pemanasan  ini terjadi  jumlah  peningkatan  fasa  CaO menjadi  20,83%.  Namun  demikian  tetap masih  tersisa  senyawa  CaCO 3 sebanyal 68,94%  dan  senyawa  Ca(OH) 2 sebanyak 10,23%.  Apabila  diperhatikan  terjadinya peningkatan fasa CaO selalu diikuti dengan menurunnya  fasa  CaCO 3 .  Hal  ini  sebagai indikasi  bahwa  semakin  lama  proses pemanasan  maka  dekomposisi  CaCO 3 menjadi  CaO  dapat  semakin  meningkat.
Adapun  parameter  kristal  dari  tiap  fasa dalam  sampel  ini  adalah  sebagai  berikut: CaCO 3 : a = b =  4,989  Å, c =  17,062  Å dengan volume sel: 367,78 Å 3 , Ca(OH) 2 : a
= b = 3,586 Å, c = 4,901 Å, dengan  volume sel:  54,5977  Å 3 ,  dan  CaO: a = b = c = 4,8078 Å dengan volume sel 111,1319 Å 3 .
Gambar 5 . Hasil analisis pola XRD serbuk cangkang kerang dengan pemanasan 7 jam
Hasil  dari  analisis  pola  XRD  untuk  sampel dengan  pemanasan  9  jam  tampak  seperti pada  Gambar  6.  Nilai chi-square dari analisis  pada proses  ini  adalah 2 0, 017   .
Pada perlakuan ini kembali terjadi
peningkatan  fasa  CaO  akibat  dekomposisi dari  CaCO 3 menjadi  20,85%.  Secara berturut-turut  presentase  molar  dari  CaCO 3 dan Ca(OH) 2 adalah 68,88% dan 10,26.
Gambar 6 .   Hasil analisis pola XRD serbuk cangkang dengan pemanasan 9 jam
Sedangkan  parameter  kristal  dari  tiap fasa  dalam  sampel  ini  adalah  sebagai berikut:  CaCO 3 : a = b =  4,979  Å, c = 17,059  Å  dengan  volume  sel:  366,33  Å 3 ,
Ca(OH) 2 : a = b = 3,5858 Å, c = 4,9023 Å, dengan  volume sel: 54,5906 Å 3 , dan CaO: a = b = c =  4,8044  Å  dengan  volume  sel 110,896 Å 3 . Apabila diperhatikan dibandingkan  dengan  hasil  pemanasan  7 jam,  secara  umum  hasil  pemanasan  5  jam memiliki  volume  sel  yang  lebih  rendah.
Sehingga  melihat  hasil-hasil  yang  telah dipaparkan  sebelumnya  maka  dibutuhkan penelitian lanjutan terkait alasan perubahan parameter  sel  dalam  penelitian  ini.  Namun demikian,  berdasarkan  seluruh  hasil  yang telah  diperoleh menujukkan  secara  jelas bahwa  jumlah  fasa  dan  parameter  sel  dari suatu  kristal  kalsium  dari  cangkang  kerang sangat  bergantung  pada  proses  pemanasan. Semakin  lama  proses  pemanasan  maka semakin banyak dekomposisi CaCO 3 menjadi CaO.

## KESIMPULAN
Komposisi  utama  di  dalam  cangkang kerang  adalah  kalsium  yang  terbentuk dalam  fasa aragonite (CaCO 3 ).    Melalui proses  pemanasan  fasa aragonite tersebut akan  bertransformasi  menjadi  fasa calcite dan kemudian terdekomposisi menjadi CaO. Temperatur  pemanasan  minimum  agar
CaCO 3 dalam cangkang kerang terdekomposisi  sekitar  700°C.  Semakin lama  proses  pemanasan  maka  semakin banyak senyawa CaCO 3 yang terdekomposisi.  Namun  berdasarkan  hasil penelitian  yang  tetap  menyisakan  CaCO 3 meskipun telah dilakukan pemanasan selama  9  jam  maka  dibutuhkan  temperatur yang  lebih  tinggi  agar  CaCO 3 dapat  lebih mudah untuk terdekomposisi.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penelitian ini didanai oleh Universitas Bangka  Belitung  melalui  skema  Hibah Penelitian  Dosen  Tingkat  Jurusan  tahun 2017.

## DAFTAR PUSTAKA
Afriani,  F.,  Dahlan,  K.  &  Nikmatin,  S., 2015. Analisis gugus fungsi perancah komposit  HA/alginat  dari  cangkang telur ayam. Jurnal Biofisika, 11(1), pp. 1-9.
Afriani,  F.,  Dahlan,  K.,  Nikmatin,  S.  & Zuas, O., 2015. Alginate affecting the characteristics of porous beta- TCP/alginate  composite  scaffolds. Journal of Optoelectronics and Biomedical  Materials, 7(3),  pp.  67- 76.
Aspinall,  C.,  2001.  Small-scale  mining  in
Indonesia. Mining,  Minerals,  and Sustainable
Development,
September(79), pp. 1-30.
Chen,  Z.  et  al.,  2011.  Calcium  carbonate phase  transformations  during  the carbonation reaction of calcium heavy alkylbenzene sulfonate overbased nanodetergents  preparation. Journal of  Colloidal  and  Interface  Science, 359(1), pp. 56-67.
Daud, Z. et al., 2017. Adsorption studies of leachate on cockle shells.
International  Journal  of  Geomate, 12(29), pp. 46-52. Dickens, B. & Bowen, J., 1971. Refinement of  the  crystal  structure  of  the aragonite phase of CaCO3. Journal of
Research  of  the  National  Bureau  of Standards, 75A(1), pp. 27-32.
Fanny,  W.,  Subagjo  &  Prakoso,  T.,  2012.
Pengembangan katalis kalsium oksida untuk sintesis biodiesel. Jurnal Teknik  Kimia  Indonesia, 11(2),  pp.
66-73.
Ibrahim, 2016. Bangka tin, and the collapse of  the  state  power. GSTF  Journal  of Law  and  Social  Sciences, Volume  5, pp. 1-7.
Inonu,  I.,  2013.  Pengelolaan  lahan  tailing timah  di  Pulau  Bangka:  Penelitian yang  telah  dilakukan  dan  prospek  ke
depan. Jurnal Enviagro, 2(2), pp. 13- 23.
Mastuki,  Baqiya,  M.  &  Darminto,  2012. Sintesis  dan  karakterisasi  kalsium ferit menggunakan pasir besi dan batu kapur. Jurnal  Sains  dan  Seni  ITS,
1(1), pp. B-76 - B-80.
Mohamed,  M.,  Yusup,  S.  &  Maitra,  S.,
2012. Decomposition study of calcium  carbonate  in  cockle  shell. Journal  of  Engineering  Scinece  and Technology, Volume 7, pp. 1-10.
Moideen,  S.  et  al.,  2015.  Wasted  cockle shell  (Anadara  granosa)  as  a  natural adsorbent  for  treating  polluted  river water in the fabricated column model (FCM). Desalination  and  Water Treatment, pp. 1-9.
Parker,  J.  et  al.,  2010.  A  study  of  the aragonite-calcite transformation using Raman spectroscopy,synchrotron powder  diffraction  and  scanning electron microscopy. CrystEngComm,
12(5), pp. 1590-1599.
Peric,  J.  et  al.,  1996.  Phase  transformation of  calcium  carbonate  polymorphs.
Thermochimica  Acta, Volume  277,
pp. 175-186.
Robin, 2012. Analisis Bioakumulasi Timbal (Pb) pada Ikan Nila Merah
(Oreochromis  nilotica)  dan  Patin
Jambal  (Pangasius  djambal)  yang

## Pengaruh Lama Pemanasan terhadap
Dibudidayakan  di  Kolong  Tua  Pasca Tambang  Timah  Bangka  Belitung,
Bogor: Institut Pertanian Bogor.
Rohendi,  E. &  Aryanto,  N., 2012. Seafloor Sediment  Characteristics  and  Heavy Mineral  Occurences  at  Betumpak Cape  and  Adjacent  Area,  Bangka Strait,nce  Bangka  Belitung  Prov.
Bulletin  of  the  Marine  Geology,
27(1), pp. 7-18.
Surest,  A.,  Wardani,  A.  &  Fransiska,  R., 2012.  Pemanfaatan  limbah  kulit kerang  untuk  menaikkan  pH  pada proses  pengelolaan  air  rawa  menjadi air  bersih. Jurnal  Teknik  Kimia,
18(3), pp. 10-15.
Tiandho,  Y.  et  al.,  2017. Utilization  of wasted  cockle  shell  as  natural coagulant  and  a  neutralizer  of polluted  water  in  Bangka  Belitung Islands, Indonesia. Mathematics,
Science,  and  Computer  Science
Education International
Seminar
2017: Bandung.