NATRIUM KARBONAT (Na2CO3)

A.     PENDAHULUAN

            Sodium carbonat (Na₂CO₃) adalah bahan lunak yang larut dalam air dingin dan kelarutan dalam air kira-kira 30% berat larutan, dalam industri kimia di kenal dengan “soda ash”. Di negara eropa dan beberapa kota distrik di USA istilah soda mengacu pada decahidrat (Na₂CO₃10H₂O) dan monohidrat (Na₂CO₃H₂O) yang digunakan untuk kebutuhan rumah tangga, tapi komoditi decahidrat (Na₂CO₃10H₂O) dan monohidrat (Na₂CO₃H₂O) jumlahnya relatif kecil di bandingkan dengan bentuk anhidrat (wordpress, 2011).

SIFAT FISIS DAN KIMIA SODIUM CARBONAT

- Berat molekul                          : 106 g/mol

- Bentuk                                    :  Kristal dan bersifat higroskopis

- Warna                                     :  Putih

- Titik lebur, 0^oC                                    :  7,1 g/100 g H₂O

- Densitas, 20^oC                                    :  2,533 g/ml

- Kapasitas panas, 85^oC             :  26,41 cal/ gmol ^oC (wordpress, 2011)

B.     KEGUNAAN NATRIUM KARBONAT

 Sodium karbonat dalam industri kegunaanya sangat luas. Sodium karbonat dalam industri di gunakan sebagai bahan baku industri kimia, industri-industri yang menggunakan sodium karbonat untuk bahan baku antara lain :

1.       industri sabun

2.       industri gula

3.       industri gelas

4.       industri obat

5.       industri kertas

6.       industri tekstil

7.       industri metalurgi

8.       industri keramik

9.       Dll (wordpress, 2011)

 

C.     PROSES INDUSTRI

·           BAHAN BAKU

ü  CaCO₃  (Kalsium Karbonat)

ü  NaCl (Garam)

ü  NH₃ (Amonia) (Toch, 2012)

·         SIFAT-SIFAT KIMIA BAHAN BAKU

1.         Ammonia

- Kebasaan
          Salah satu sifat yang paling karakteristik amonia adalah kebasaannya. Amonia dapat bereaksi dengan asam untuk membentuk garam, sehingga dengan asam klorida membentuk klorida amonium (sal-amoniak); dengan asam nitrat membentuk  amonium nitrat, dll.

HCl + NH₃ → NH₄Cl

Garam yang dihasilkan oleh reaksi ammonia dengan asam dikenal sebagai garam amonium dan semuanya mengandung ion amonium (NH₄⁺).

-  Keasaman

Walaupun amonia dikenal sebagai basa lemah, juga dapat bertindak sebagai asam yang sangat lemah

2.       Garam

Natrium klorida menghasilkan endapan  putih bila direaksikan dengan perak nitrat (AgNO₃) dan timbal asetat (PbAc), dimana reaksinya ditunjukkan pada persamaan 1.6 dan 1.7.

NaCl + AgNO3 → NaNO₃ + AgCl          (1.6)

NaCl + PbAc → NaAc + PbCl₂                             (1.7)

3.        Batu kapur

Kalsium karbonat memiliki sifat khas karbonat lainnya. Khususnya: bereaksi dengan asam kuat, melepaskan karbon dioksida:

CaCO_3(s) + 2HCl_(aq) → CaCl_2(aq) + CO_2(g) + H₂O_(l)

Kalsium karbonat melepaskan karbon dioksida pada pemanasan (di atas 840°C dalam kasus CaCO₃),

untuk membentuk kalsium oksida, yang biasa disebut kapur, dengan reaksi entalpi 178  kJ/mol:

CaCO₃ → CaO + CO₂                                                     (1.9)

Kalsium karbonat akan bereaksi dengan air yang  jenuh dengan karbon dioksida untuk membentuk kalsium bikarbonat larut.

CaCO₃ + CO₂ + H₂O →  Ca(HCO₃)₂            (1.10) (Toch, 2012)

·           PROSES PEMBUATAN

Secara umum ada tiga proses pembuatan natrium karbonat dalam industri yaitu:

1.       Proses Le Blanc

2.       Proses Solvay

3.       Proses Trona

·         Alkali Extraction Process  

·         Sesquicarbonate Process

·         Monohydrate Process (Toch, 2012)

 Proses Le Blanc

Proses Leblanc adalah proses batch, dimana natrium klorida menjadi sasaran serangkaian perngolahan, yang akhirnya menghasilkan natrium karbonat. Pada langkah pertama, natrium klorida dipanaskan dengan asam sulfat untuk menghasilkan natrium sulfat (disebut kue garam) dan gas hidrogen klorida menurut persamaan 2.1:

2NaCl_(s) + H₂SO_4(l) →   NaHSO_4(s) + 2HCl_(g)                                                           (2.1)

Reaksi kimia ini telah ditemukan pada tahun 1772 oleh kimiawan Swedia Carl Wilhelm Scheele. Kontribusi Leblanc adalah langkah kedua, di mana cake garam dicampur dengan kapur yang telah dihaluskan (kalsium karbonat) dan batubara. Dalam reaksi kimia berikutnya seperti yang ditunjukkan pada persamaan 2.2 dan 2.3, batubara (karbon) dioksidasi menjadi karbon dioksida, mengurangi sulfat untuk sulfida dan meninggalkan campuran karbonat natrium padat dan kalsium sulfida, yang disebut abu hitam.

Na₂SO_4(s) + 4C_(s)       →    Na₂S_(s) + 4CO_(g)                                                                  (2.2)

Na₂S_(s) + CaCO_3(s)    →    Na₂CO_3(s) + CaS_(s)                                                              (2.3)

Karena natrium karbonat larut dalam air, tetapi tidak kalsium karbonat atau kalsium sulfida, abu soda kemudian dipisahkan dari abu hitam dengan mencuci dengan air. Air pencuci kemudian diuapkan kembali untuk menghasilkan natrium karbonat padat. Proses ekstraksi ini disebut lixiviation (ESAPA,2004).

 Proses Solvay

            Proses Solvay menghasilkan produk utama berupa natrium karbonat (Na₂CO₃), yang dibuat dari air garam (sebagai sumber natrium klorida (NaCl)) dan dari batu kapur (CaCO₃) sebagai sumber kalsium karbonat. Proses keseluruhan meliputi reaksi 2.4.

2NaCl + CaCO₃ → Na₂CO₃ + CaCl₂                                                                                  (2.4)

Implementasi aktual dari reaksi ini, secara keseluruhannya cukup rumit. Penjelasan sederhana dapat diberikan dengan menggunakan empat reaksi kimia berbeda berinteraksi yang diilustrasikan dalam Gambar 2.3.

 Skema reaksi proses solvay (http://en.wikipedia.org/wiki/Solvay_process)

Pada langkah pertama dalam proses tersebut, karbon dioksida (CO₂) melewati suatu larutan natrium klorida (NaCl) terkonsentrasi dan amonia (NH₃) dengan reaksi:

NaCl + CO₂ + NH₃ + H₂O → NaHCO₃ + NH₄Cl                                                           (2.5)

Dalam praktek industri, reaksi dilakukan dengan melewatkan air garam terkonsentrasi melalui dua menara. Pertama,  gelembung amonia menguap ke atas menara melalui air garam dan amonia akan terserap ke dalam larutan garam. Kedua,  gas  karbon dioksida diumpankan dari bawah menara yang akan berkontak dengan larutan amonia garam (brine ammonia) yang diumpan dari atas menara, dan menghasilkan natrium bikarbonat (NaHCO₃) dan (NH₄Cl). Perhatikan bahwa, dalam larutan dasar, NaHCO₃ kurang larut dalam air dari pada natrium klorida. Pemulihan Amoniak (NH₃) dari larutan NH₄Cl, yang akan menghasilkan produk samping asam klorida (HCl) bila ada proses selanjutnya, sehingga mengurangi pengendapan.

Amoniak “katalis” yang diperlukan untuk reaksi (2.5) adalah daur ulang dari langkah selanjutnya, sehingga relatif sedikit amonia dikonsumsi. Karbon dioksida diperlukan untuk reaksi (2.5) dihasilkan oleh pemanasan “kalsinasi” dari batu kapur di kiln pada suhu 950-1100°C. Kalsium karbonat (CaCO₃) dari batu gamping dikonversi menjadi kalsium oksida (CaO) dan karbon dioksida menurut persamaan reaksi 2.6.

CaCO₃ → CO₂ + CaO                                                                                                               (2.6)

Natrium bikarbonat (NaHCO₃) yang yang dihasilkan dari reaksi (2.5) disaring dari amonium klorida (NH₄Cl), dan NH₄Cl kemudian bereaksi dengan kalsium oksida (CaO) yang dihasilkan dari pemanasan batu kapur pada rekasi (2.6).

2NH₄Cl + CaO → 2NH₃ + CaCl₂ + H₂O                                                                         (2.7)

Amoniak dari reaksi (2.7) di daur ulang kembali ke larutan brine pada reaksi (2.5). Natrium bikarbonat (NaHCO₃) merupakan endapan dari reaksi (2.5), kemudian dikonversi menjadi produk akhir. Natrium karbonat (Na₂CO₃) dihasilkan dengan mengkalsinasi natrium bikarbonat pada temperatur 160-230^oC, yang akan menghasilakanair dan karbon dioksida sebagai produk sampingan, seperti yang ditunjukkan pada persamaan 2.8.

2NaHCO₃ → Na₂CO₃ + H₂O + CO₂                                                                                  (2.8)

Karbon dioksida dari rekasi (2.8) akan digunakan kembali pada reaksi (2.5). Jika pabrik ini benar akan dirancang dan dioperasikan, proses solvay bisa me-recovery hampir semua amonia yang digunakan. Sehingga hanya sejumlah kecil amonia yang di make-up untuk  menutupi kehilangannya selama proses. Kebutuhan yang besar dalam proses Solvay adalah garam, batu kapur dan energi panas. Produk samping utama yang didapatkan adalah kalsium klorida (CaCl₂) pada reaksi (2.7) (ESAPA,2004).

Proses Trona

 Alkali Extraction Processs

Proses ekstraksi alkali dijalankan untuk adalah dengan melarutkan trona (trisodium hydrogendicarbonate dihydrate) (Na₃(CO₃)(HCO₃)•2H₂O) mentah dengan larutan natrium hidroksida, untuk mendapatkan larutan natrium karbonat menurut reaksi persamaan 2.16.

Na₃(CO₃)(HCO₃).2H₂O + NaOH → 3NaCO₃ + 3 H₂O                                               (2.9)

Selanjutnya natrium karbonat disaring dari larutan induk dan dipanaskan. Slurry itu disaring dan larutan induk didaur ulang untuk menguraikan bahan baku. Regenerasi ini dilakukan dengan menambahkan natrium hidroksida (NaOH) ke larutan induk.

Kristal monohidrat dikeringkan dan dikalsinasi. Parameter yang paling penting dalam proses ekstraksi dengan larutan basa adalah; suhu pelarutan sodium hidroksida dan suhu evaporator kristalisasi. Suhu yang tepat untuk penguraian dan evaporator kristalisasi masing-masing adalah 30^oC dan 100^oC. Diagram alir proses ekstraksi alkali.