ISSN: 1410-8917
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 17 (3) (2014) : 90 – 94
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi

## Journal of Scientific and Applied Chemistry
Journal homepage: http://ejournal.undip.ac.id/index.php/ksa
Studi Pengaruh Temperatur terhadap Pengendapan Kobalt (Co) dengan Keberadaan Logam Seng (Zn) dalam Media Sulfat
Sonita Afrita Purba a , Linda Suyati a* , Didik Setiyo Widodo a
a Chemistry Department, Faculty of Sciences and Mathematics, Diponegoro University, Jalan Prof. Soedarto, Tembalang, Semarang * Corresponding author: linda.suyati@live.undip.ac.id
A r t i c l e   I n f o A b s t r a c t Keywords: Electrolysis, cobalt, zinc Research on the effect of temperature on cobalt (Co) deposition in the presence of zinc impurities  (Zn)  in  sulphate  media  has  been  done.  The  objective  of  this  study  was  to determine  the  composition  of  Co  and  Zn  precipitates  in  the  variation  of  deposition temperature and determine the best temperature in cobalt deposition in the presence of impurities. The method used is electrolysis with fixed installed potential and temperature variation.  Research  stages  include  preparation  of  the  solution,  determination  of decomposition potential, sample electrolysis under various conditions and analysis. The result  of  decomposition  potential  determination  was  used  as  the  potential  application price at cobalt electrolysis process that was 3.5 V. The sample electrolysis was carried out at a potential of 3.5 V, pH of a 3.0 solution in 100 mL volume at each temperature of 30, 40, 50,  60,  70 and  80°C.  The  precipitates  obtained  were analyzed  using Scanning  Electron Microscopy (SEM) and Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy (EDS). The result of SEM analysis showed that the best morphology was possessed by sediment temperature 60°C with fine grain surface and the smallest diameter is 0. 26 μm. The EDS analysis results also show  that  the  best  results  are  owned  by  the  electrolysis  temperature  of  60°C  with  Co composition of 99.73% and containing 0.27% Zn.

## A b s t r a k
Kata Kunci: Elektrolisis, kobalt, seng Penelitian  tentang  pengaruh  temperatur  terhadap  pengendapan  kobalt  (Co)  dengan keberadaan pengotor seng (Zn) dalam media sulfat telah dilakukan. Tujuan penelitian ini adalah  untuk  menentukan  komposisi  endapan  Co  dan  Zn  pada  variasi  temperatur pengendapan serta menentukan temperatur terbaik dalam pengendapan kobalt dengan adanya  logam  pengotor.  Metode  yang  digunakan  adalah  elektrolisis  dengan  potensial terpasang tetap dan variasi temperatur. Tahapan penelitian meliputi preparasi larutan, penentuan potensial dekomposisi, elektrolisis sampel pada berbagai kondisi dan analisis. Hasil penentuan potensial dekomposisi digunakan sebagai harga potensial aplikasi pada proses elektrolisis kobalt yaitu sebesar 3,5 V. Elektrolisis sampel dilakukan pada potensial 3,5 V, pH larutan 3,0 dalam volume 100 mL pada masing-masing temperatur 30, 40, 50, 60,  70  dan  80°C.  Endapan  yang  diperoleh  dianalisis  dengan  menggunakan  Scanning Electron  Microscopy  (SEM)  dan  Energy  Dispersive  X-Ray  Spectroscopy  (EDS).  Hasil analisis  SEM  menunjukkan  bahwa  morfologi  terbaik  dimiliki  oleh  endapan  suhu  60°C dengan  permukaan  butiran  halus  dan  diameter  terkecil  yaitu  sebesar  0,26  µm.  Hasil analisis EDS juga menunjukkan bahwa hasil terbaik dimiliki oleh deposit hasil elektrolisis suhu 60°C dengan komposisi Co sebesar 99,73% dan mengandung 0,27% Zn.

## 1. Pendahuluan
Kobalt  merupakan  logam  yang  terkandung  pada lapisan  bumi  dengan  jumlah  yang  kecil.  Hanya  ada sekitar  20  ppm  kobalt  di  kerak  bumi  tetapi  sangat dibutuhkan  dalam  kehidupan  manusia  sebagai komponen  utama  vitamin  B 12 yang  membantu  proses pembaharuan sel darah merah. Metode yang digunakan untuk memperoleh kembali logam kobalt dari alam yaitu metode  elektrolisis  logam  dari  larutan  yang  disebut sebagai proses elektrowinning.
Logam yang sering dikaji dalam proses elektrowinning selain kobalt adalah logam seperti Sb, Ni, Cu, Fe, As, dan Zn [1]. Elektrowinning dipengaruhi oleh beberapa  aspek  seperti overvoltage,  kerapatan  arus, efisiensi  arus,  dan  kualitas  logam  yang  dimurnikan. Pengukuran overvoltage  oleh  Yu,  2010  menunjukkan bahwa  dengan  penambahan  konsentrasi  Co  dalam larutan pada proses elektrolisis menyebabkan potensial reduksi  menurun  dan  kerapatan  arus  meningkat sedangkan  Nguyen,  2008  mengungkapkan  bahwa perubahan  potensial  elektroda  saat  reduksi  tembaga menurun  ketika  konsentrasi  Co 2+ ditingkatkan  dan konsentrasi asam sebagai elektrolit diturunkan. Kongolo dkk.  [2]  juga  melakukan  penelitian  tentang  kontribusi deposisi  Ni  dan  Zn  terhadap  elektrowinning  Co,  hasil menunjukkan  bahwa  meningkatnya  konsentrasi  Co mempengaruhi  penurunan  pengendapan  logam  Ni  dan Zn.  Dalam  proses  elektrowinning  kobalt  (Co)  terdapat parameter  yang  mempengaruhi  pengendapan  yaitu temperatur,  pH  larutan  dan  kerapatan  arus.  Kondisi optimum  pengendapan  dengan  suhu  60 o C,  range  pH larutan sebesar 3,0-4,0 dan rapat arus sebesar 400 A/m 2 . Kobalt  diendapkan  dalam  media  sulfat  dengan perubahan  temperatur,  pH  dan  arus  namun  belum mempertimbangkan  adanya  pengaruh  logam  pengotor dalam sistem seperti yang telah dilakukan [2].
Pengaruh  logam  pengotor  dan  kondisi  optimum pengendapan  perlu  diperhatikan  untuk  memperoleh endapan  yang  terbaik.  Endapan  yang  baik  haruslah berbulir  halus,  seragam  dan  nampak  seperti  logam. Endapan  dengan  tampilan  morfologi  berongga,  serbuk maupun  gumpalan  memiliki  kemurnian  yang  kurang baik dan tidak melekat dengan baik di elektroda. Faktor utama  yang  mempengaruhi  sifat  fisik  pengendapan adalah  temperatur [3],  sehingga  perlu  dikaji pengaruhnya  terhadap  pengendapan  kobalt  (Co).  Pada penelitian ini akan dikaji proses elektrolisis kobalt pada perubahan temperatur dengan tidak hanya mempertimbangkan pH sebagai kondisi optimum tetapi juga  mempertimbangkan  adanya  logam  pengganggu dalam sitem elektrolisis [2].

## 2. Metode Penelitian

## Alat dan Bahan
Alat-alat  gelas,  timbangan  listrik,  multimeter, penghitung  waktu,  elektroanalizer  GW  INSTEK  GPA- 30600  dan  pH  meter  Schoott.  Akuades,  CoSo 4 .7H 2 O, ZnSO 4 .7H 2 O . dan H 2 SO 4 96%.

## Prosedur Penelitian
Sampel  yang  digunakan  merupakan  sampel percontohan. Sampel dibuat dengan pencampuran CoSO 4 0,1 M dengan akuades dan pencampuran ZnSO 4 100 mgL- 1dengan  akuades.  Elektrolit  yang  digunakan  adalah H 2 SO 4 96% dengan pengkondisian sampel larutan pH 3,0. Pengukuran  potensial  deposisi  dilakukan  pada  larutan Co 2+ 0,05 M dengan dan tanpa pengotor  Zn 2+ 100 mgL -1 serta sistem pelarut. Seluruh sampel dikondisikan pada pH 3 dengan penambahan H 2 SO 4 96% pada gelas beker 100  mL.  Penentuan  potensial  deposisi  kobalt  dengan mengkondisikan Temperatur 298 K, potensial diatur dari 1,0  hingga  10,0  V  serta  dilakukan  pengukuran  arus terbaca.  Data  yang  diperoleh  kemudian  diplotkan  pada kurva  hubungan  antara  potensial  (E)  terhadap  arus  (I) sehingga  dapat  ditentukan  nilai  potensial  deposisi  dari kobalt. Sebanyak 50 ml larutan Co 2+ 0,1 M dan 100 mgL -1 Zn 2+ serta elektrolit pendukung berupa H 2 SO 4 96% pada gelas beker 100 ml. Dilakukan elektrolisis selama 6 jam dengan  temperatur  30,  40,  50,  60,  70  dan  80 o C. Penentuan potensial aplikasi dilakukan pada larutan Co 2+ dengan  dan  tanpa  Zn 2+ serta  sistem  pelarut  yang menghasilkan grafik ektrapolasi masing-masing larutan yang  selanjutnya  disebut  potensial  dekomposisi.  Hasil deposit  yang  diperoleh  pada  pengendapan  dengan potensial  aplikasi  terpasang  kemudian  ditentukan massa,  bulir  kristal  dan  komposisi  deposit,  massa  dan kemurnian  kobalt,  serta  efisiensi  arus.  Analisis  dengan menggunakan  SEM-EDS  dapat  menentukan  komposisi dan  morfologi  deposit  yang  terendapkan,  massa  kobalt dan  seng  yang  terendapkan  serta  kemurnian  kobalt dengan keberadaan logam seng.

## 3. Hasil dan Pembahasan

## Penentuan Potensial Dekomposisi Kobalt (Co)
Penentuan potensial dekomposisi dilakukan terhadap  larutan  CoSO 4 ,  larutan  CoSO 4 dengan keberadaan  ZnSO 4 ,  serta  sistem  pelarut  yang  bertujuan agar harga potensial dekomposisi yang diperoleh sesuai dengan  kondisi  sampel  yang  akan  dielektrolisis  yaitu mengandung  pengotor  seng  (Zn).  Proses  ini  dilakukan dengan  mengelektrolisis  larutan  pada  variasi  potensial mulai dari 1,0 - 10 V dengan interval 1,0 V setiap 2 menit dan  pembacaan  arus  pada  tiap-tiap  tahap.  Arus  yang dicatat  selanjutnya  dialurkan  dalam  suatu  grafik hubungan  antara  potensial  dan  arus  masing-masing larutan  sampel  dan  sistem  pelarut.  Larutan  yang digunakan  dalam  proses  ini  terdiri  atas  Co 2+ 0,05  M dengan  dan  tanpa  Zn 2+ 100  mgL -1 dan  akuades  sebagai sistem  pelarut.  Masing-masing  larutan  sampel dikondisikan pada pH 3 dengan penambahan H 2 SO 4 96%. Penentuan  potensial  dekomposisi  larutan  Co 2+ dengan dan  tanpa  Zn 2+ serta  sistem  pealrut  ditunjukkan  oleh Gambar 1.
Gambar 1. Potensial dekomposisi larutan Co 2+ dengan dan tanpa Zn 2+ serta sistem pelarut
Hubungan  antara  potensial  yang  diberikan  pada larutan Co 2+ dengan arus listrik yang mengalir di dalam sistem  tersebut.  Potensial  dekomposisi  Co 2+ tanpa keberadaan  Zn 2+ adalah  sebesar  2,60  V,  Co 2+ dengan keberadaan  Zn 2+ sebesar  2,63  V  serta  sistem  pelarut sebesar  5,0  V,  sehingga  ditetapkan  potensial  aplikasi sebesar 3,5 V sebagai harga potensial tetap dalam sitem elektrolisis.

## Pengaruh Keberadaan Seng (Zn) dan Kenaikan Temperatur pada Elektrolisis Kobalt
Elektrolisis  masing-masing  sampel  larutan  pH  3 dilakukan dengan perubahan temperatur mulai dari 30, 40, 50, 60, 70, hingga 80 o C dengan potensial terpasang sebesar 3,5 V selama 6 jam. Hasil elektrolisis kobalt pada masing-masing  temperatur  dapat  ditunjukkan  pada Tabel 1.

## Tabel 1: Data berat kobalt pada elektrolisis berbagai
temperatur
Temperatur ( o C) Massa deposit (g) 30 0,0586 40 0,0629 50 0,0699 60 0,0806 70 0,0718 80 0,0513
Hasil  analisis  EDS  pada  endapan  hasil  elektrolisis pada berbagai temperatur ditunjukkan oleh gambar 2-5.
Gambar 2. Komposisi unsur endapan pada elektrolisis suhu 50°C
Gambar 3. Komposisi unsur endapan pada elektrolisis suhu 60°C
Gambar 4. Komposisi unsur endapan pada elektrolisis suhu 70°C
Gambar 5. Komposisi unsur endapan pada elektrolisis suhu 80°C
Komposisi  Co  pada  endapan  hasil  elektrolisis  pada berbagai  suhu  50,  60,  70  dan  80 o C  masing-masing sebesar  98,44%;  99,73%;  98,98%  dan  98,10%. Sedangkan  komposisi  seng  masing-masing  temperatur adalah sebesar 1,56%; 0,27%; 1,02% dan 1,80% (Gambar 6 dan 7)
Gambar 7. Persentase massa seng (Zn)
Hasil analisis SEM pada deposit dengan perubahan temperatur ditunjukkan oleh gambar 8-11.
Gambar 8. Morfologi permukaan endapan elektrolisis suhu 50 o C
Gambar 9. Morfologi permukaan endapan elektrolisis suhu 60 o C
Gambar 10. Morfologi permukaan endapan elektrolisis suhu 70 o C
Gambar 11. Morfologi permukaan endapan elektrolisis suhu 80 o C
Hasil analisis SEM yang ditunjukkan pada masing- masing  gambar  menunjukkan  perbedaan  kandungan kobalt  maupun  seng  dan  mobilitas  ion  pada  tiap-tiap kondisi  dalam  sistem  elektrolisis  dengan  perubahan temperatur.  Perbedaan  masing-masing  morfologi deposit  membuktikan  adanya  kompetisi  pengendapan antara  kobalt  dengan  seng,  semakin  banyak  seng  yang terendapkan akan  mengurangi  kuantitas deposit  kobalt yang  ditandai  dengan  berkurangnya  kehalusan  bulir kristal  endapan.  Faktor  lain  yang  menyebabkan perbedaan kehalusan morfologi Kristal adalah mobilitas ion  dalam  proses  pengendapan,  yaitu  pada  suhu  yang ditingkatkan  setelah  suhu  60 o C  akan  menyebabkan mobiltas semakin tinggi sehingga ion sulit terendapkan di  katoda.  Hasil  morfologi  dengan  struktur  bulir  paling halus  dan  diameter  terkecil  ditunjukkan  oleh  endapan hasil  elektrolisis  suhu  60 o C  artinya  pada  pengendapan dengan  suhu  60 o C  terbentuk  kobalt  dengan  komposisi yang  paling  banyak  dibandingkan  dengan  seng  dengan laju  pembentukan  gas  H 2 yang  rendah.  Fenomena  yang berlawanan  terlihat  pada  hasil  elektrolisis  dengan peningkatan suhu setelah 60 o C, morfologi struktur yang terbentuk  menjadi  kasar  dan  semakin  kasar  dengan semakin  meningkatnya  suhu  karena  laju  pembentukan gas  H 2 juga  meningkat.  Morfologi  permukaan  endapan paling  kasar  dengan  diameter  yang  paling  besar ditunjukkan  oleh  hasil  endapan  suhu  80 o C,  yang membuktikan  bahwa  endapan  yang  terbetuk  saat  suhu ditingkatkan  hingga  80 o C  menyebabkan  peningkatan kodeposisi  seng  dan  gas  H 2 sehingga  mengurangi
kehalusan  struktur  endapan.  Berdasarkan  hasil penelitian ini menunjukkan bahwa saat adanya pengaruh pengotor  Zn  pada  sistem  elektrolisis  Co,  suhu  terbaik yang  diperoleh  sama  dengan  sistem  elektrolisis  tanpa pengotor.  Hasil  dari  masing-masing  analisis  SEM-EDS menunjukkan  bahwa  elektrolisis  kobalt  yang  terbaik pada suhu 60 o C yaitu dengan kemurnian 99,73% dengan diameter endapan yang terkecil yaitu sebesar 0,26 µm

## 4. Kesimpulan
Hasil  pengendapan  Co  pada  variasi  temperatur  50, 60,  70  dan  80 o C  masing-masing  sebesar  98,44%; 99,73%; 98,98% dan 98,20%, sedangkan persentase Zn masing-masing sebesar 1,56%; 0,27%; 1,02% dan 1,80%. Elektrolisis kobalt terbaik berada pada temperatur 60 o C dengan  kemurnian  99,73%  dengan  diameter  endapan terkecil sebesar 0,26 µm

## 5. Daftar Pustaka
[1]  Huaiwei Zhang, Yong Li, Jikun Wang, Xin Hong, The influence  of  nickel  ions  on  the  long  period electrowinning  of  zinc  from  sulfate  electrolytes,
Hydrometallurgy, 99, 1, (2009) 127-130 http://dx.doi.org/10.1016/j.hydromet.2009.07.009
[2]  K Kongolo, CT Mutale, MK Kalenga, Contribution of nickel,  zinc  and  sulphur  co-deposistion  during cobalt  electrowinning, Journal-South  African Institute  of  Mining  and  Metallurgy,  105,  9,  (2005) 599
[3]  Buchari,  ,,  Analisis  Instrumental  :  Tinjauan  Umum dan  Analisis  Elektrometri,  FMIPA,  ITB  bandung, 1990.