Data Brine PDF [PDF]

Citation preview

Bagus Kurniadi (1309065003) Rinaldy (1309065032) Pembuatan Iodine dari Brine Dengan Metode Blowing-Out Process Iodine Pada 1811, ahli kimia Perancis Barnard Courtois menemukan bahwa uap berwarna ungu dengan bau yang kuat dihasilkan saat memproduksi niter dari abu rumput laut dan ketika uap didinginkan, uap berwarna ungu tersebut berubah menjadi serpihan berwarna hitam keunguan seperti kristal yang memiliki kilap logam. Teman Courtois, yang dipercayakan dengan penelitian material yang tidak diketahui ini, mengumumkan hasilnya di jurnal Annales de Chimie pada tanggal 9 Desember 1813. Pada tahun berikutnya, 1814, berdasarkan hasil penelitian Joseph Louis Gay-Lussac, hal itu menjelaskan bahwa bahan ini adalah unsur kimia yang mirip dengan klorin. Iodine dinamai “iodes”, yang berarti violet atau ungu dalam bahasa Yunani. Produksi industri dimulai pada tahun yang sama, dan pada tahun 1816 Iodine digunakan sebagai agen sterilisasi medis. Sifat Fisik dan Kimia Produk : Iodine a. Sifat Fisik Lambang Massa atom Kategori unsur Golongan, periode, blok Berat atom standar Konfigurasi elektron Jari-jari atom Jari-jari kovalen Jari-jari ionik Elektronegativitas Afinitas elektron Entalpi ionisasi Energi ionisasi



:I : 129.9044 : Halogen : 17 (halogen), 5, p : 126.90447 10 2 5 : [Kr] 4d 5s 5p 2, 8, 18, 18, 7 : 140 pm : 139 ± 3 pm : 220 pm : 2.66 (skala Pauling) : 301 kJ mol-1 : 1015 kJ mol-1 1 : 1015 kJ mol-1 2 : 1852 kJ mol-1 3 : 3200 kJ mol-1



Sifat Fisik Iodine Dalam Fase Padat Solid phase Densitas (298 K) Densitas (333 K) Indeks bias Titik leleh Titik didih Triple point



: 4.94 g cm-3 : 4.866 g cm-3 : nd20 3.34 : 387 K, 144oC, 236.66oF : 457 K, 184oC, 363.7oF : 386.65 K (113oC), 12.1 kPa



Titik kritis Panas fusi (I2) pada titik leleh Panas penguapan (I2) pada titik didih pada 298 K Kapasitas panas molar (I2) Tekanan uap (rhombic) Tekanan uap Jari-jari Van der Waals Resistivitas listrik



Konduktivitas termal



: 819 K, 11.7 MPa : 7.9 kJ mol-1 62.17 J g-1 : 41.57 kJ mol-1 : 23.0 kJ mol-1 : 53.3 J mol-1 K-1 :1 10 100 1k 260 282 309 342 o : 0.031 kPa (25 C) 9.17 kPa (113.6oC) : 198 ppm : 1.3 x 107 Ωm (0oC) 5.85 x 106 Ωm (25oC) 8.33 x 105 Ωm (110oC) : 0.45 W m-1 K-1



10k 381



100k (Pa) 457 (K)



Sifat Fisik Iodine Dalam Fase Cair dan Gas Liquid phase Titik didih Temperatur kritis Tekanan kritis Faktor kompresibilitas kritis



: 184oC : 546oC : 11.7 MPa : 0.268



Densitas d120 d180 Resistivitas listrik pada 140oC Viskositas kinematik pada 116oC pada 184oC Viskositas dinamik pada 116oC pada 184oC Konstanta dielektrik pada 118oC Panas penguapan pada titik didih Panas spesifik pada 113.6-184oC



: 3.96 g cm-3 : 3.736 g cm-3 :: 0.5727 mm2 s-1 (=cst) : 0.3785 mm2 s-1 (=cst) : 2.268 m Pa.s : 1.414 m Pa.s : 11.08 : 164.46 J g-1 : 0.3163 J g-1 K-1



Gaseous phase Berat jenis uap pada 101.3 MPa 185oC Entropi pada 298.2 K Panas spesifik 25-1200oC



: 6.75 g l-1 : 260.63 J K-1 mol-1 : 0.1464 J g-1 K-1



b. Sifat Kimia  Jika Iodine bereaksi dengan amilum, Iodine dapat merubah warna larutan amilum menjadi biru tua.  Bereaksi dengan Hidrogen dalam reaksi reversibel untuk memberikan Asam Iodat.  Bereaksi dengan logam alkali untuk memberikan Iodida.



 Bereaksi dengan halogen lain untuk membentuk senyawa antar-halogen jenis IX, IX3, IX5 dan IF7, di mana X = F, Cl, Br.  Bereaksi dengan Kalium Iodida untuk membentuk Kalium Iodat (KI3).  Merupakan reduktor yang kuat.  Sukar larut dalam air.  Jika bereaksi dengan air akan menghasilkan Asam Iodat (HI) dan membebaskan oksigen (HIO).  Memiliki kekuatan asam halida (HI) yang paling besar dibandingkan dengan asam halida dari unsur halogen yang lainnya. Brine Brine adalah larutan garam dalam air. Nama air garam berdasarkan tingkat konsentrasi garam terlarut: Tabel 1. Water Salinity based on dissolved salt Fresh Brackish Saline Brine Water Water Water < 0.05%



0.05-3%



3-5%



> 5%



Natural brine adalah air dengan tingkat konsentrasi konstituen (elemen, ion, dan molekul) yang sangat tinggi. Brine memiliki kandungan garam lima kali lebih banyak dibandingkan dengan kandunagn garam pada air laut. Berikut adalah perbandingan komposisi brine dengan air laut pada beberapa daerah di Jepang: Tabel 2. Selected Chemical Composition of Iodine-accumulated brine in Japan Na+ K+ Ca2+ Mg2+ NH4+ Cl-



Nakajo mg/kg 12,760 163 317 93 178 19,400



HCO3IBrSO42pH Temp. (oC) a



Total CO2



836 85 134 16



Niigata mg/l mg/l 9,070 480 800 310 420 480 120 150 19,2 14,000 90 290a 770 67 40 107 90 7.7



74



59.8



Minami-Kanto mg/l mg/l mg/l 10,000 11,700 10,900 300 360 358 190 210 262 500 510 364 120 280 198 18,00019,900 19,470 19,500 1000 1,280 710 110-130 110 93 120 160 122 0 0 0 7.7 7.7 7.6



Sadowara mg/l 11,320 51 610 955 56



Okinawa mg/l 12,400 42 577 221 63



Seawater mg/kg 10,500 380 400 1,270



19,013



20,020



18,980



196 80 132 7.3



194 110 93 0.75 7.5



140 0.06 65 2650 8.2



45.0



49.0



Tiga sumber utama dari brine adalah gua-gua subsurface, danau garam (misalnya, Great Salt Lake, Laut Mati, Salton Sea), dan air laut asin. Oil-Field Brine Natural brine biasanya ditemukan di kedalaman di bumi, tetapi mereka juga ditemukan di permukaan bumi, terutama sebagai produk sampingan dari sumur uji dan sumur produksi minyak dan gas; maka mereka dikenal sebagai Oil-Field Brine. Seperti minyak bumi dan gas, brine dapat diproduksi dalam jumlah besar. Di ladang minyak yang telah berproduksi untuk jangka waktu yang lama, seperti di pusat dan barat Texas, sumur dapat menghasilkan ratusan barel air garam untuk setiap barel minyak. Pembentukan natural brine Pada kebanyakan batuan sedimen (tempat geologi yang paling umum untuk minyak dan gas), sedimen dan batu terbentuk pada lingkungan air laut yang kemudian air laut tersebut tergabung ke dalam pori-pori dan celah lainnya. Sifat Fisik dan Kimia Bahan Baku : Brine (air garam) a. Sifat Fisik Bentuk fisik dan tampilan Bau Titik didih Kelarutan (H2O) Warna pH Titik beku Specific Gravity



: Encer/cairan keruh : Tidak berbau : >100oC (>212oF) : Larut : Jernih (putih) : 6.5-8.5 : -10oC (14oF) : 1.2 pada 15oC (60oF)



b. Sifat Kimia  Dapat menyebabkan korosi pada logam jika kontak dengan logam berkepanjangan.  Tidak mudah terbakar



Proses Pembuatan Iodine dari Brine Dengan Metode Blowing-Out Proses Blowing-Out (atau dikenal dengan air-stripping process) adalah metode dasar untuk mengekstrak Iodine dari brine. Metode ini mengambil keuntungan dari sifat Iodine yang mudah menguap dan cocok untuk pengolahan brine pada suhu tinggi. Pada mulanya, brine menjalani proses skimming dan settling yang bertujuan untuk menghilangkan impurities (pengotor) seperti minyak, clay, dan material lain yang tidak diinginkan. Brine dipompa dari sumur (kedalaman: 5002000 m) ke kolam untuk ditampung dan menghilangkan impurities (pengotor). Kemudian Klorin ditambahkan ke dalam brine dimana proses oksidasi muncul dengan reaksi : 2HI + Cl2



I2 + 2HCl



Hal ini bertujuan untuk membebaskan Iodine. Iodine tetap berada di larutan yang kemudian diekstrak dari brine dengan countercurrent air blowout process, yang mana Iodine bebas dihilangkan dari larutan dengan cara diekspos ke volume udara yang lebih besar. Brine yang bebas Iodine kemudian dibuang atau ditambahkan ke dalam kolam, untuk dikembalikan ke bentuk semula; ini dilakukan untuk menjaga tekanan fluida dan membantu mencegah pengurangan reservoir. Untuk Iodine yang kaya udara akan masuk ke dalam menara absorpsi yang mana uapnya dimasukkan menuju cocurrent desorption process (proses desorpsi aliran searah). Kondisi proses dipertahankan dengan menambahkan SO2 dan H2O. Reaksi reduksi Iodine menjadi Iodida : I2 (air) + SO2 + 2H2O



2HI + H2SO4



Larutan Asam Iodida (HI) dan Asam Sulfat (H2SO4) disimpan di tempat penyimpanan sementara. Ketika gas Klorin ditambahkan ke dalam larutan asam (HI) terjadi proses oksidasi dan kristalisasi Iodine dengan reaksi : 2HI (air) + Cl2



I2 + 2HCl



Hasil proses adalah oxidized crystallizer liquor yang dikenal sebagai campuran air, Asam Sulfat, Hydrochloric Acid, dan kristal Iodine. Langkah selanjutnya adalah memisahkan kristal Iodine dengan cairan tersebut. Hal ini dilakukan dengan filtrasi batch, diikuti dengan vacuum drying dari filter cake. Wet Iodine Filter Cake ditransfer ke Fusion Kettle. Asam Sulfat dikontakkan dengan produk cair tersebut, untuk mengontrol kelembaban dan menghilangkan pengotor. Langkah terakhir adalah mengubah Iodine menjadi serpihan (flake) dan butiran (prill). Hasil endapan Iodine diumpankan ke Melting Tank, di mana endapan Iodine langsung dipanaskan dengan uap pada suhu 120oC, untuk memisahkan dari impurities (pengotor). Iodine cair dipindahkan ke tangki penyimpanan Iodine untuk proses pengelupasan. Flaker terdiri dari dua drum silinder berpendingin air yang terbuat dari paduan yang tahan terhadap korosi oleh Iodine. Iodine cair mengalir ke trough dibentuk oleh drum-drum, dikristalisasi di dalam drum yang didinginkan, dan kemudian Iodine yang mengkristal dikeluarkan dengan metode scraping. Serpih Iodine dikemas dalam drum fiber yang dilapisi dengan kantong plastik (Gambar 1. dan 3.a). Proses pemurnian yang alternatif adalah proses prilling. Iodine cair dimasukkan ke dalam menara prilling melalui permukaan berlubang sehingga membentuk banyak aliran cair, yang berubah menjadi tetesan, dan kemudian dipadatkan menjadi butiran (prills) oleh aliran balik arus udara dingin dan air yang



diatomisasi. Iodine dalam bentuk butiran dapat mengalir dan mudah untuk ditangani (Gambar 3.b). Kemudian, serpihan (flake) dan butiran (prill) Iodine disiapkan dikemas untuk diperdagangkan.



Blowing-out Absorption Tower Tower



Crystallizer



Oxidant



Melter Absorbing Agent



Oxidant Brine



Flaker Pump Waste Brine



Brine pit



Blower



Absorbed Solution Product



Gambar 1. Flowsheet Blowing-Out Process of Iodine From Brine



Gambar 2. Blowing-Out and Absorption Tower



(a)



(b)



Gambar 3. (a) Iodine (serpihan). Serpihan Iodine sangat murni dan mengandung kadar air yang rendah. (b) Iodine (butiran). Butiran Iodine sangat mudah untuk ditangani dan bebas dari debu. Kegunaan dari Iodine Kegunaan Iodine beberapa diantaranya adalah sebagai berikut : a. Mencegah penyakit gondok Pada umumnya wanita dan anak perempuan mempunyai kecenderungan lebih mudah terkena penyakit gondok daripada laki-laki. Masa paling peka terhadap kekurangan Iodine terjadi pada waktu usia meningkat dewasa (puber). Bila tubuh kekurangan Iodine, kadar tiroksin dalam darah menjadi rendah. Kadar tiroksin yang rendah akan merangsang kelenjar pituitari untuk memproduksi lebih banyak thyroid stimulating hormon. Hormon ini menyebabkan kelenjar tiroid membesar karena jumlah dan ukuran sel-sel epitel membesar. b. Sebagai obat antiseptik/Iodine tincture Iodine tincture adalah cairan encer berwarna cokelat gelap dengan bau alkohol dan Iodine. Berfungsi untuk membersihkan dengan cepat dan untuk membersihkan luka kecil bagian luar. Kandungan Iodine tincture = 2,5% Iodine dalam alkohol. c. Mencegah kretinisme Kretinisme juga merupakan gejala kekurangan Iodine yaitu kekurangan di intrauterin pada masa awal setelah bayi dilahirkan. Pertumbuhan bayi tersebut sangat terhambat, wajahnya kasar dan membengkak, perut kembung dan membesar,kulitnya menjadi tebal, kering dan sering kali mengeriput,lidahnya membesar bibirnya tebal dan selalu terbuka. Gejala-gejala awal kretinisme tidak mudah dikenali sampai usia 3-4 bulan setelah lahir.



d. Sebagai identifikasi dalam pengecatan gram mikroorganisme Iodine merupakan pewarna Mordan, yaitu pewarna yang berfungsi memfiksasi pewarna primer yang diserap mikroorganisme target. Pemberian Iodine pada pengecatan Gram dimaksudkan untuk memperkuat pengikatan warna oleh bakteri. e. Sebagai indikator adanya kandungan pati (sakarida) pada sampel makanan Pati yang berikatan dengan Iodine akan menghasilkan warna biru. Sifat ini dapat digunakan untuk menganalisis adanya pati. Hal ini disebabkan oleh kandungan struktur molekul pati yang berbentuk spiral, sehingga akan mengikat Iodine dan membentuk warna biru kompleks. Bila pati dipanaskan secara spiral merenggang, molekul-molekul Iodine terlepas sehingga warna biru hilang. Mekanismenya, larutan sampel diasamkan dengan HCl. Sementara itu, dibuat larutan Iodine dalam larutan KI. Kemudian ditambahkan larutan sampel sebanyak 1 tetes ke dalam larutan Iodine. Warna biru menunjukkan adanya kandungan pati pada sampel, sedangkan warna merah menunjukkan adanya glikogen atau eritrodekstrin.



f. Sebagai identifikasi adanya kandungan lemak/minyak pada sampel Beberapa uji kimia telah dilakukan untuk mengidentifikasi lemak. Semua lemak atau minyak mempunyai bilangan-bilangan khas dalam suatu kisaran nilai. Karena itu diperlukan beberapa uji untuk identifikasi salah satunha adalah dengan uji bilangan Iodine. g. Mencegah Iodine Deficiency Disorders (gangguan akibat kekurangan Iodine) pada ibu hamil Kekurangan Iodine ternyata tidak hanya berakibat pembesaran gondok saja. Bagi wanita pasangan usia subur yang mengalami Iodine Deficiency Disorders (gangguan akibat kekurangan Iodine) bisa mengakibatkan bayi yang dilahirkan mengalami retardasi mental, mata juling, bisu-tuli, tangan dan kaki kaku. Akibat yang lebih parah, bayi yang dilahirkan bisa memiliki kemampuan berfikir lebih rendah dibanding bayi yang dilahirkan ibu yang tak mengalami kekurangan Iodine. Sebab, kemampuan IQ anak yang dilahirkan cuma seperlima dari anak normal. Cara yang paling mudah mengatasi hal itu adalah setiap ibu pasangan usia subur harus mengkonsumsi kapsul Iodine yang diminum sekali setahun. h. Pewarna Iodine merupakan zat pewarna dalam beberapa pewarna yang digunakan dalam makanan dan bahan-bahan. Contohnya pewarna makanan telah digunakan dalam ceri, permen, minuman ringan berkarbonasi, bubuk minuman, dan makanan hewan peliharaan, sedangkan pada industri tekstil digunakan dalam pencelupan atau pencetakan kapas, setengah sutra, dan rami. Aplikasi pewarna lainnya termasuk obat-obatan, kosmetik, tinta printer, dan sensitizer fotografi.



i. Penggunaan lainnya Iodine juga digunakan dalam modifikasi selenium untuk membuat semikonduktor; dalam pembuatan logam dengan kemurnian yang tinggi seperti Titanium, Zirkonium, Boron, dan Hafnium; dalam produksi bahan bakar motor; dalam aditif baterai kering isi ulang; sebagai inhibitor asap; dan sebagai penyemai awan untuk menginduksi curah hujan.



Daftar Pustaka Brian dan Dasch, Julius. Brines, Natural. http://www.waterencyclopedia.com/Bi-Ca/BrinesNatural.html (diakses pada 24 Desember 2014). Kaiho,Tatsuo (ed). 2014. Iodine Chemistry and Applications. New York: John Wiley and Sons.