Teknologiindustrielektroplating Purwanto S.huda [PDF]

Citation preview

See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/362988571



TEKNOLOGI INDUSTRI ELEKTROPLATING Book · August 2022



CITATIONS



READS



3



1,300



1 author: Purwanto Purwanto Universitas Diponegoro 249 PUBLICATIONS   974 CITATIONS    SEE PROFILE



Some of the authors of this publication are also working on these related projects:



Renewable Energy and Emissions Monitoring View project



Implementation of Cleaner Production and Ecoefficiency to Enhance the Eco Industrial Park (EIP) Development View project



All content following this page was uploaded by Purwanto Purwanto on 27 August 2022. The user has requested enhancement of the downloaded file.



PURWANTO SYAMSUL HUDA



ISBN – 979-704-360-6



TEKNOLOGI INDUSTRI



ELEKTROPLATING



BADAN PENERBIT UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG Teknologi Industri Elektroplating



1



ISBN – 979-704-360-6



TEKNOLOGI INDUSTRI ELEKTROPLATING



PURWANTO SYAMSUL HUDA



BADAN PENERBIT UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG



i



TEKNOLOGI INDUSTRI ELEKTROPLATING ISBN – 979-704-360-6 Pengarang : Purwanto, Syamsul Huda Hak Cipta © pada pengarang Pertama kali diterbitkan oleh Badan Penerbit Universitas Diponegoro Semarang. Cetakan Pertama : Desember 2005 Setting-Layout : LP2 Adhi Kriya Kualita



Hak cipta dilindungi oleh Undang-undang.



ii



Kata Pengantar Banyak produk-produk yang dilapis dengan cara elektroplating atau lapis listrik untuk keperluan dekoratif maupun perlindungan terhadap korosi, yang dijumpai pada peralatan rumah tangga sampai pada peralatan pertanian dan industri besar. Elektroplating dapat dikembangkan sebagai suatu usaha jasa industri, terutama bagi para lulusan sekolah dan perguruan tinggi yang saat ini sebagai pencari kerja untuk mulai menekuni bidang wirausaha. Pengalaman penulis yang telah lama berkecimpung pada sektor industri elektroplating, tergerak untuk menuangkannya dalam tulisan teknologi elektroplating yang dapat dengan jelas dipraktekkan dan dikembangkan. Buku teknologi elektroplating untuk berbagai jenis logam disajikan secara jelas untuk keperluan pengembanagn industri dengan pemecahan masalah secara ilmiah. Kepada para mahasiswa bidang ilmu teknik, buku ini dapat dipakai sebagai dasar untuk melakukan percobaan dan penelitian permasalahan elektroplating beserta penanganan limbahnya. Para lulusan perguruan tinggi yang ingin berwirausaha elektroplating baik berskala mikro, kecil maupun menengah dapat menggunakan buku ini sebagai pedoman awal. Industri kecil dan menengah merupakan salah satu sektor yang mampu bertahan di tengah-tengah krisis yang berkepanjangan. Industri kecil dan menengah mempunyai sifat yang fleksibel karena dapat dikembangkan dari skala mikro dengan tenaga kerja satu dua orang sampai dengan skala kecil dan menengah dengan omset milyaran rupiah dan tenaga kerja ratusan orang. Penulis memberi kesempatan diskusi dan konsultasi bagi pembaca yang ingin mengetahui lebih dalam mengenai usaha jasa elektroplating beserta seluk beluk dan kiat-kiat mengembangkan industri kecil dan menengah yang mandiri dan tangguh. Semoga Tuhan Yang Maha Esa memberi jalan kepada kita semua dan para pemuda yang ingin mengembangkan diri menjadi wirausahawan yang maju dan tangguh. Semarang, Desember 2005 iii



iv



DAFTAR ISI Kata Pengantar



iii



Daftar Isi



v



Daftar Tabel



ix



Daftar Gambar



x



1. PENDAHULUAN



1



2. PRINSIP KERJA ELEKTROPLATING



5



2.1. Definisi 2.2. Prinsip Kerja Elektroplating 2.3. Berat Endapan pada Katoda 2.4. Faktor Yang Berpengaruh Pada Plating 3. PERALATAN, BAHAN, OPERASI ELEKTROPLATING 3.1. Peralatan Elektroplating 3.2. Bahan-bahan Kimia Elektroplating 3.3. Operasi Elektroplating



5 7 8 13 19 19 30 31



4. PERSIAPAN BENDA KERJA



35



4.1. Tujuan 4.2. Penghilangan Minyak 4.3. Penghilangan Kerak 4.4. Pengasahan 4.5. Pembersihan 4.6. Pencelupan



35 35 36 37 38 40



Teknologi Industri Elektroplating



v



5. PELAPISAN SENG



43



5.1. Kegunaan dan Sifat-sifat Seng 5.2. Peralatan Plating Seng 5.3. Komposisi dan Kondisi Operasi 5.4. Fungsi Komponen Utama 5.5. Kontrol Larutan Elektrolit 5.6. Permasalahan dan Pemecahannya



43 45 45 47 48 49



6. PELAPISAN TEMBAGA



53



6.1. Kegunaan dan Sifat-sifat Tembaga 6.2. Plating Tembaga Sianida 6.3. Peralatan Plating Tembaga Sianida 6.4. Komposisi dan Kondisi Operasi 6.5. Fungsi Komponen Utama Elektrolit Tembaga Sianida 6.6. Pengaruh Kontaminan 6.7. Kontrol Larutan Plating 6.8. Permasalahan dan Pemecahannya 6.9. Plating Tembaga Asam 6.10. Peralatan Plating Tembaga Asam 6.11. Komposisi Larutan Tembaga Asam 6.12. Fungsi Komponen Utama Elektrolit Tembaga Asam 6.13. Pengaruh Kontaminan Elektrolit Tembaga Asam 6.14. Kontrol Larutan Tembaga Asam 6.15. Permasalahan Plating Tembaga Asam 7. PELAPISAN NIKEL



73



7.1. Kegunaan dan Sifat-sifat Nikel 7.2. Peralatan Plating Nikel 7.3. Larutan Plating Nikel 7.4. Fungsi Komponen Utama Elektrolit vi



53 54 55 55 58 60 61 62 64 64 65 67 67 68 70



73 74 75 77



Teknologi Industri Elektroplating



7.5. Pengaruh Kontaminan 7.6. Kontrol Larutan Plating 7.7. Permasalahan dan Pemecahannya 8. PELAPISAN KROM 8.1. Kegunaan dan Sifat-sifat Krom 8.2. Peralatan Plating Krom 8.3. Komposisi Larutan Elektrolit 8.4. Fungsi Komponen Utama 8.5. Kontrol Larutan Elektrolit 8.6. Permasalahan dan Pemecahannya 9. PELAPISAN KUNINGAN 9.1. Kegunaan Kuningan 9.2. Peralatan Plating 9.3. Komposisi Larutan 9.4. Kontrol Larutan 9.5. Permasalahan dan Pemecahannya 10. PELAPISAN EMAS 10.1. Kegunaan dan Sifat-sifat Emas 10.2. Peralatan Plating 10.3. Komposisi Larutan dan Kondisi Operasi 10.4. Fungsi Bahan-bahan Utama 10.5. Permasalahan dan Pemecahannya



79 79 81 83 83 84 85 87 87 89 91 91 92 92 94 95 97 97 98 99 100 101



11. PRODUKSI BERSIH ELEKTROPLATING



103



11.1. Peningkatan Daya Saing 11.2. Produksi Bersih 11.3. Produksi Bersih Industri Elektroplating 11.4. Perencanaan dan Organisasi



103 104 107 109



Teknologi Industri Elektroplating



vii



11.5. Kajian Peluang Produksi Bersih 11.6. Analisis Kelayakan 11.7. Implementasi 11.8. Pemantauan dan Evaluasi



111 114 116 117



12. PENGELOLAAN LIMBAH



119



12.1. Limbah Elektroplating 12.2. Pengolahan Limbah 12.3. Pengolahan Limbah Secara Khusus Daftar Pustaka



viii



119 120 123 126



Teknologi Industri Elektroplating



DAFTAR TABEL 3.1. Beberapa senyawa dalam elektroplating 4.1. Komposisi dan kondisi operasi penulakan kerak 4.2. Komposisi dan kondisi operasi pencelupan 5.1. Komposisi dan kondisi operasi plating seng 6.1. Komposisi dan kondisi operasi plating Tembaga sianida Formula I 6.2. Komposisi dan kondisi operasi Tembaga sianida Formula II 6.3. Komposisi dan kondisi operasi plating tembaga asam 6.4. Hubungan oBe dengan berat jenis 7.1. Komposisi dan kondisi operasi plating nikel 8.1. Komposisi dan kondisi operasi plating krom 9.1. Komposisi dan kondisi operasi plating kuningan 10.1. Komposisi dan kondisi operasi plating emas 11.1. Tingkatan Pengelolaan Limbah 11.2. Manfaat Produksi Bersih 11.3. Tindakan Produksi Bersih 11.4. Analisis Ekonomi 11.5. Indikator Kinerja



Teknologi Industri Elektroplating



31 36 41 46 56 57 65 69 76 86 93 99 106 106 108 115 116



ix



DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Proses elektroplating Gambar 3.1. Proses plating dengan peralatan sederhana Gambar 3.2. Sumber arus searah (adaptor) dengan pengaturan arus dan tegangan Gambar 3.3. Instalasi elektroplating lengkap Gambar 3.4. Instalasi proses elektroplating Gambar 3.5. Bak plating dengan bahan poli vinil klorida Gambar 3.6. Rectifier Gambar 3.7. Penghantar arus dari tembaga pada tanki plating Gambar 3.8. Barrel Gambar 3.9. Pompa Gambar 3.10. Filter Gambar 3.11. Blower Gambar 3.12. Pemanas listrik berlapis keramik tahan karat Gambar 3.13. Bak untuk pembersihan Gambar 3.14. Mesin pemoles Gambar 3.15. Urutan pengerjaan benda kerja Gambar 3.16. Contoh hasil pelapisan dengan elektroplating Gambar 11.1. Sistem pembilasan lawan arah



x



7 19 20 21 22 23 24 25 25 26 26 27 28 29 29 32 33 114



Teknologi Industri Elektroplating



1 PENDAHULUAN Kehidupan masyarakat modern tidak bisa terlepas dari benda-benda yang dibuat dengan proses elektroplating. Komponen dan aksesori kendaraan bermotor, aksesori mebel, kursi lipat, berbagai alat perkantoran, alat-alat pertanian, jam tangan, aksesori rumah tangga, dan berbagai alat-alat industri dilakukan pengerjaan akhir melalui proses elektroplating. Elektroplating ditujukan untuk berbagai keperluan mulai dari perlindungan terhadap karat seperti pada pelapisan seng pada besi baja yang digunakan untuk berbagai keperluan bahan bangunan dan konstruksi. Pelapisan nikel dan krom umumnya ditujukan untuk menjadikan benda mempunyai permukaan lebih keras dan mengkilap selain juga sebagai perlindungan terhadap korosi. Elektroplating (electroplating) atau lapis listrik atau penyepuhan merupakan salah satu proses pelapisan bahan padat dengan lapisan logam menggunakan bantuan arus listrik melalui suatu elektrolit. Benda yang dilakukan pelapisan harus merupakan konduktor atau dapat menghantarkan arus listrik. Selain elektroplating, pelapisan atau deposisi logam pada benda dapat dilakukan melalui pengendapan kimia yang dikenal sebagai electrolessplating atau electrolessdeposition. Pengendapan ini tidak memerlukan bantuan arus listrik, namun melalui reaksi kimia berdasarkan beda potensial. Berbagai cara pelapisan bahan padat lainnya dengan logam dilakukan denagn pencelupan pada logam cair yang dikenal sebagai hotTeknologi Industri Elektroplating



1



dipping, pengendapan logam dari fase uap ke fase padat menggunakan proses chemical vapour deposition (CVD). Masyarakat umum lebih mengenal istilah-istilah veerzinc, veernickel, veerchrom untuk pelapisan seng, nikel maupun krom daripada istilah elektroplating, sehingga bila kita membicarakan hal elektroplating masih banyak yang belum memahami dengan jelas. Sedangkan istilah baku yang dipakai untuk elektroplating adalah lapis listrik. Elektroplating emas biasanya lebih umum dikenal dengan istilah “penyepuhan”. “Sepuh” artinya tua sehingga barang-barang yang dilapisi emas seolah-olah mirip dengan emas murni meskipun sebenarnya benda tersebut hanya dilapisi beberapa mikron dengan emas. Penyepuhan banyak diterapkan pada barang-barang kerajinan maupun perhiasan Pelapisan tembaga banyak dijumpai pada industri sirkit hantaran arus listrik dan industri percetakan. Pada industri percetakan pelapisan tembaga dimaksudkan untuk membuat pola cetak dengan sistem pelukisan logam (engraving) atau etsa (etching) yang kemudian dilanjutkan dengan pelapisan nikel dan krom. Pelapisan tembaga dilakukan juga sebagai pendasaran pelapisan lanjut nikel maupun krom pada berbagai komponen kendaraan bermotor. Electroforming merupakan bentuk lain dari elektroplating, yaitu pelapisan pada suatu benda model untuk menghasilkan barang dengan bentuk tertentu. Hasil plating akan dilepas dari benda modelnya, dengan cara ini dapat dibuat aneka bentuk barang logam sesuai dengan bentuk yang diinginkan. Pelapisan pada bahan non konduktif seperti kayu, kaca, plastik banyak juga diterapkan. Salah satu aplikasi yang cukup terkenal dan memerlukan ketelitian dan kehalusan tinggi yaitu plating emas pada bahan keramik bentuk piringan untuk cindera mata. Beberapa jenis plastik yang dapat dibuat untuk menghantarkan arus seperti ABS, selanjutnya dapat dilapisi logam untuk keperluan dekoratif.



2



Teknologi Industri Elektroplating



Industri yang bergerak dalam bidang elektroplating dapat dijumpai pada industri manufaktur kendaraan bermotor, traktor, peralatan elektronik, percetakan, kerajinan logam-kuningan, kran air, aksesoris mebel, dan juga industri jasa penyepuhan emas maupun jasa plating komponen kendaraan bermotor. Usaha industri elektroplating dapat dilakukan dari skala mikro, kecil, menengah sampai dengan skala besar, sehingga peluang usaha yang cukup luas dapat dilakukan berbagai kalangan. Jasa penyepusahan emas merupakan salah satu usaha yang mempunyai prospek cukup bagus dengan modal usaha rendah. Jasa plating krom bagi kendaraan bermotor dan mobil dapat dilakukan dengan skala kecil dan menengah. Skala industri besar diarahkan untuk sektor produksi seperti kursi, tanki penyemprot air untuk pertanian, suku cadang kendaraan bermotor dan mobil, dan kereta api. Isu lingkungan yang menuntut penggunaan bahan-bahan ramah lingkungan, mengarahkan pengembangan produk dengan limbah sekecil mungkin. Penerapan produksi bersih dapat meningkatan efisiensi dan produktivitas dengan prinsip pencegahan (elimination), pengurangan (reduce), pakai ulang (reuse), daur ulang (recycle) dan pungut ulang (recovery) bahan-bahan yang dipakai pada industri elektroplating.



Teknologi Industri Elektroplating



3



4



Teknologi Industri Elektroplating



2 PRINSIP KERJA ELEKTROPLATING 2.1. DEFINISI Definisi dasar berikut diperlukan untuk menjelaskan mengenai istilahistilah yang dipakai dalam proses elektroplating baik secara teoritis maupun praktis di lapangan. Elektroplating Elektroplating didefinisikan sebagai perpindahan ion logam dengan bantuan arus listrik melalui elektrolit sehingga ion logam mengendap pada benda padat konduktif membentuk lapisan logam. Ion logam diperoleh dari elektrolit maupun berasal dari pelarutan anoda logam ke dalam elektrolit. Pengendapan terjadi pada benda kerja yang berlaku sebagai katoda. Lapisan logam yang mengendap disebut juga sebagai deposit. Dalam pembahasan selanjutnya digunakan istilah plating atau lapis listrik atau pelapisan logam yang maksudnya adalah elektroplating. Ion Ion merupakan atom atau molekul bermuatan listrik positif atau negatif. Atom atau molekul bermuatan positif bila mempunyai proton lebih besar daripada elektron. Suatu ion logam atau molekul bermuatan positif bila melepas elektron disebut Kation. Muatan negatif diperoleh bila suatu atom atau molekul menerima elektron disebut Anion. Teknologi Industri Elektroplating



5



Atom Atom merupakan bagian terkecil dari suatu unsur, terdiri dari inti berupan proton dan neutron yang dikelilingi oleh elektron. Bila jumlah proton sama dengan elektron maka suatu atom akan bermuatan netral. Elektron Elektron adalah bagian dari suatu atom yang mempunyai massa sangat kecil dan bermuatan negatif. Proton merupakan partikel atom yang menentukan massa atom dan bermuatan positif. Sedangkan neutron merupakan partikel bermassa tetapi tidak bermuatan. Arus listrik Arus listrik pada dasarnya adalah aliran elektron, yang dapat mengalir dari satu atom ke atom lainnya. Bila arah arus selalu sama setiap saat disebut sebagai arus searah (DC : direct current), dan bila terjadi arah balik terhadap arah dasarnya disebut sebagai arus bolak-balik (AC : alternating current). Arus yang dipakai pada elektroplating adalah arus searah. Sumber arus DC dapat diperoleh dari accumulator, batu baterai atau dengan mengubah arus AC menjadi DC dengan menggunakan adaptor atau rectifier. Elektrolit Elektrolit merupakan suatu larutan yang mengandung ion-ion sehingga dapat menghantarkan arus listrik. Sebagai contoh elektrolit untuk plating tembaga mengandung senyawa tembaga sulfat (CuSO4) yang terurai dalam larutan membentuk ion positif Cu2+ dan ion negatif SO42-. Untuk memperbesar hantaran arus listrik ditambahkan asam sulfat (H2SO4) yang terurai menjadi ion positif H3O+ (berasal dari H2O + H+ = H3O+) dan ion negatif SO42Elektroda Apabila dua buah benda padat disambungkan dengan arus listrik dan dicelupkan ke dalam elektrolit, bagian yang tersambung dengan kutub positif disebut sebagai anoda dan yang tersambung dengan kutub negatif disebut sebagai katoda. Anoda terdiri dari dua macam yaitu anoda aktif yang akan larut ke dalam larutan seperti anoda tembaga (Cu), nikel (Ni) dan anoda inaktif yang tidak akan terionisasi seperti karbon (C). 6



Teknologi Industri Elektroplating



2.2. PRINSIP KERJA ELEKTROPLATING Prinsip utama terjadinya proses elektroplating ditunjukkan pada Gambar 2.1. di bawah, yang menerangkan tentang proses elektroplating suatu logam menggunakan elektrolit yang mengandung senyawa logam. Penghantar arus Katoda



Anoda



(+)



(-)



Mn+ Mo



Sumber arus searah, DC



Bak plating Larutan elektrolit



Gambar 2.1. Proses elektroplating



Sumber arus listrik searah dihubungkan dengan dua buah elektroda yaitu elektroda yang dihubungkan dengan kutub negatif disebut sebagai katoda dan elektroda positif disebut anoda. Benda yang akan dilapisi harus bersifat konduktif atau menghantarkan arus listrik dan berfungsi sebagai katoda, disebut sebagai benda kerja. Pada elektroplating dengan anoda aktif digunakan anoda logam yang mempunyai kemurnian tinggi. Arus mengalir dari anoda menuju katoda melalui elektrolit. Proses pelapisan pada benda kerja dilakukan pada suatu elektrolit yang mengandung senyawa logam. Untuk meningkatkan hantaran arus dapat Teknologi Industri Elektroplating



7



ditambahkan asam atau basa. Ion logam (Mn+) dalam elektrolit yang bermuatan positif menuju benda kerja sebagai katoda yang bermuatan negatif sehingga ion logam Mn+ akan tereduksi menjadi logam M dan mengendap di katoda membentuk lapisan logam (deposit), menurut reaksi: Mn+ + ne →



Mo



Ion logam dalam elektrolit yang telah tereduksi dan menempel di katoda, posisinya akan diganti oleh anoda logam yang teroksidasi dan larut dalam elektrolit atau dari penambahan larutan senyawa logam. Pada anoda terjadi oksidasi menurut reaksi: Mo → Mn+



+ ne



Apabila proses elektroplating berjalan seimbang maka konsentrasi elektrolit akan tetap, anoda makin lama berkurang dan terjadi pengendapan logam yang melapisi katoda sebagai benda kerja. Reaksi oksidasi–reduksi secara keseluruhan dapat dituliskan sebagai berikut : Anoda : Mo → Mn+ + ne Katoda : Mn+ + ne → Mo Mo + Mn+ → Mn+ + Mo Apabila plating menggunakan anoda inaktif maka logam yang menempel pada katoda hanya berasal dari larutan, sehingga konsentrasi larutan makin berkurang dan diperlukan kontrol yang ketat terhadap konsentrasi larutan elektroplating untuk menjaga efisiensi proses dan kualitas lapisan. 2.3. BERAT ENDAPAN PADA KATODA Banyaknya logam yang mengendap membentuk lapisan atau deposit pada katoda dinyatakan dalam hukum Faraday I, yaitu berat endapan (W) sebanding dengan kuat arus (I) dan waktu plating (t). Hukum Faraday II menyatakan bahwa berat endapan tergantung dari jenis logam yang dinyatakan sebagai berat ekuivalen. 8



Teknologi Industri Elektroplating



Pernyataan tersebut dituliskan sebagai berikut : W =ZIt dengan : W I t Z BE BA Valensi, v



: berat endapan , gr : kuat arus , Amper : waktu, dt : BE / 96.500 : berat ekuivalen = BA / valensi : berat atom (contoh untuk Cu = 63,5) : banyaknya elektron yang diterima untuk membentuk endapan. Valensi tembaga pada tembaga sulfat, Cu = 2



Contoh 1 : Benda kerja berupa besi berat 1 kg dilapisi dengan tembaga menggunakan arus sebesar 4 amper selama 20 menit (1200 dt). Berat tembaga yang mengendap adalah sebesar : (63,5/2) W = ----------- (4)(1200) gr = 1,579 gr 96500 Berat benda kerja setelah plating menjadi 1000 + 1,579 gr = 1,001579 kg



Contoh 2 : Sebuah silinder dengan panjang 50 cm dan diameter 15 cm dilapisi tembaga dengan ketebalan yang diinginkan sebesar 0,02 mm. Berat jenis tembaga adalah 8,93 gr/cm3, berapa lama proses elektroplating dilakukan bila arus yang dipakai 100 Ampere? Volume plating, V



=  x (diameter)x panjang x tebal = (3,14)(15)(50)(0,002) cm3 = 4,71 cm3



Teknologi Industri Elektroplating



9



Berat plating, W



= volume lapisan x berat jenis = 4,71 cm3 x 8,93 g/cm3 = 42,06 gr



Harga Z, Z



= BE/96.500 = (63,5/2) / 96.500 = 0,000329



Waktu plating, t = W / (Z x I) = 42,06 / (0,000329 x 100) = 1278,42 detik (21,3 menit)



Efisiensi Plating (η) Efisiensi plating pada umumnya dinyatakan sebagai efisiensi arus anoda maupun katoda. Efisiensi katoda yaitu arus yang digunakan untuk pengendapan logam pada katoda dibandingkan dengan total arus masuk. Arus yang tidak dipakai untuk pengendapan digunakan untuk penguraian air membentuk gas hidrogen, hilang menjadi panas atau pengendapan logam-logam lain sebagai impuritas yang tak diinginkan. Efisiensi anoda yaitu perbandingan antara jumlah logam yang terlarut dalam elektrolit dibanding dengan jumlah teoritis yang dapat larut menurut Hukum Faraday. Kondisi plating yang baik bila diperoleh efisiensi katoda sama dengan efisiensi anoda, sehingga konsentrasi larutan bila menggunakan anoda aktif akan selalu tetap. Efisiensi arus katoda sering dipakai sebagai pedoman menilai apakah semua arus yang masuk digunakan untuk mengendapkan ion logam pada katoda sehingga didapat efisiensi plating sebesar 100 % ataukah lebih



10



Teknologi Industri Elektroplating



kecil. Adanya kebocoran arus listrik, larutan yang tidak homogen dan elektrolisis air merupakan beberapa penyebab rendahnya efisiensi. Elektrolisis air merupakan reaksi samping yang menghasilkan gas hidrogen pada katoda dan gas oksigen pada anoda. Reaksi elektrolisis air dapat di tuliskan sebagai berikut : Anoda Katoda



: 2H+ + 2e : 4OH 4H+ + 4OH -



→ H2 → 2H2O → 2H2O



+ O2 + 4e + H2 + O2



Secara praktis efisiensi plating dinyatakan sebagai perbandingan berat nyata terhadap berat teoritis endapan pada katoda. Efisiensi katoda dituliskan sebagai :  = W’ / W dengan : W’ W



: berat nyata endapan pada katoda : berat teoritis endapan pada katoda menurut Hukum Faraday



Contoh 3 : Berapakah berat lapisan tembaga bila plating pada besi baja menggunakan arus sebesar 4 amper selama 20 menit (1200 dt), dengan efisiensi arus sebesar 90 %. Berat tembaga yang mengendap secara teoritis adalah sebesar :



W



(63,5/2) = ----------- (4)(1200) gr 96500 = 1,579 gr



Bila efisiensi arus pada katoda sebasar 90 %, berat lapisan nyata pada benda kerja sebesar : W’



= (0,9) (1,579) gr = 1,421 gr



Teknologi Industri Elektroplating



11



Contoh 4 : Pada elektroplating tembaga (Cu) dan krom (Cr) dengan kerapatan arus 46 A/dm2 selama 90 menit, diperoleh endapan Cu seberat 18,52 gram dan endapan Cr seberat 0,959 gram. Hitung efisiensi plating Cr, bila efisiensi plating tembaga sebesar 100 %. Plating tembaga efisiensi arus 100 % : Banyaknya Couloumb tembaga pada katoda adalah : W



= (BA x I x t )/ ( z x 96.500)



18,52



= ( 63,5 x I x t )/ (2 x 96.500)



Ixt



= (18,52 x 2 x 96.500 )/ (63,5) = 56.290 couloumb



Plating krom : Berat lapisan krom secara teoritis pada benda kerja : W



= (BA x I t) / ( z x 96.500 ) = (52 x 56.290) / ( 6 x 96.500) = 5,05 gr



Berat lapisan krom sebenarnya adalah 0,959 gr Efisiensi plating Cr : =(0,959 / 5,05 ) x 100 % = 19 %



12



Teknologi Industri Elektroplating



2.4. FAKTOR YANG BERPENGARUH PADA PLATING Kualitas hasil elektroplating maupun efisiensi arus sangat dipengaruhi oleh variabel proses sebagai berikut : • konsentrasi elektrolit, • sirkulasi elektrolit, • rapat arus, • tegangan, • jarak anoda-katoda, • rasio dan bentuk anoda-katoda, • distribusi arus, • temperatur, • daya tembus (throwing power) • epitaxy dan leveling • aditif, • kontaminasi. Konsentrasi Elektrolit Larutan elektrolit terdiri dari komponen utama berupa senyawa logam dalam bentuk garam terlarut dan asam atau basa. Senyawa logam merupakan sumber logam yang menempel pada benda kerja. Larutan asam atau basa dalam elektrolit berfungsi untuk meningkatkan konduktivitas atau daya hantar listrik. Konsentrasi elektrolit selama proses plating berlangsung akan mengalami perubahan terutama karena adanya penguapan dan berpindahnya ion logam dari larutan yang mengendap di katoda. Pada umumnya kelebihan kadar logam akan menyebabkan menurunnya kekilapan dan kerataan lapisan, dan juga mengakibatkan terjadinya pemborosan bahan. Apabila kadar logam rendah terjadi penurunan konduktivitas sehingga proses plating menjadi lambat. Oleh karena itu konsentrasi elektrolit perlu dijaga konstan dengan melakukan analisis larutan secara teratur. Sirkulasi Elektrolit Distribusi ion-ion di dalam elektrolit seringkali tidak merata disebabkan adanya kelebihan ion negatif di sekitar katoda karena terjadinya perpindahan ion logam positif yang mengendap, sedangkan di sekitar Teknologi Industri Elektroplating



13



anoda seringkali terjadi kelebihan ion positif yang berasal dari oksidasi logam. Sirkulasi elektrolit bertujuan agar distribusi ion-ion baik positif ataupun negatif di dalam elektrolit menjadi merata sehingga dapat dihindari terjadinya polarisasi. Polarisasi terjadi bila dua daerah dalam elektrolit sangat positif dan yang lainnya sangat negatif sehingga diperlukan tegangan yang lebih tinggi agar arus dapat mengalir melalui elektrolit dari anoda ke katoda. Sirkulasi elektrolit dapat dilakukan dengan bantuan pompa ataupun dengan hembusan udara dari blower melalui pipa-pipa yang dipasang di dasar dan tepi tangki. Rapat Arus Berdasarkan hukum Faraday, banyaknya endapan sebanding dengan kuat arus. Akan tetapi dalam praktek, besaran yang diperlukan untuk plating adalah rapat arus yaitu arus per satuan luas, biasanya dinyatakan dalam Amper/dm2 (A/dm2) atau Amper/ft2 (A/ft2). Rapat arus antara anoda dan katoda besarnya berbeda dan rapat arus katoda merupakan besaran yang perlu diperhatikan agar kualitas endapan pada katoda berkualitas baik dan tidak sampai terbakar. Semakin besar rapat arus maka laju plating makin cepat dan waktu yang diperlukan untuk memperoleh endapan dengan ketebalan tertentu akan makin singkat. Pada praktek bila benda yang dilakukan plating berjumlah banyak atau luasan benda besar maka diperlukan arus yang besar dan kemudian diturunkan bila jumlah benda sedikit atau luasan benda kecil. Rapat arus yang terlalu tinggi menyebabkan terjadiya panas sehingga benda kerja yang diplating dapat terbakar dengan ditandai warna yang menghitam. Tegangan Tegangan yang diperlukan untuk proses elektroplating tergantung dari jenis, komposisi dan kondisi elektrolit. Rapat arus dapat dinaikkan dengan menaikkan tegangan, akan tetapi hal ini dapat menyebabkan terjadinya polarisasi dan tercapainya tegangan batas. Pada keadaan tegangan batas, tidak terjadi aliran arus melalui elektrolit, dan bila tegangan dinaikkan akan terjadi elektrolisis air yang menghasilkan gas hidrogen dan oksigen. 14



Teknologi Industri Elektroplating



Tegangan batas dapat dinaikkan dengan cara sirkulasi elektrolit, mempertinggi temperatur larutan dan memperbaiki konsentrasi elektrolit. Jarak Anoda – Katoda Jarak anoda-katoda menentukan hantaran arus listrik dan sangat berpengaruh terhadap keseragaman tebal lapisan. Besarnya hantaran berbanding terbalik dengan jarak. Apabila jarak anoda-katoda kecil, maka hambatan menjadi kecil dan konduktivitas besar sehingga untuk mendapatkan rapat arus yang besar diperlukan tegangan yang lebih rendah. Rasio Anoda – Katoda Perbandingan permukaan anoda-katoda sangat penting untuk menjaga agar ion-ion di dalam elektroplating selalu seimbang. Standar rasio anodakatoda tergantung dari jenis plating. Untuk menjaga agar konsentrasi elektrolit selalu seimbang, misalnya saja konsentrasi tembaga sulfat terhadap asam sulfat maka pada plating tembaga harus dijaga agar perbandingan anoda tembaga terhadap benda kerja selalu mendekati standar. Bila anoda lebih sedikit dibanding katoda akan terjadi kekurangan ion tembaga di dalam larutan dan endapan yang terbentuk menjadi lambat dan tak normal. Distribusi Arus Lintasan arus dari anoda ke katoda tidak semuanya lurus tetapi cenderung melengkung terutama yang berasal dari ujung anoda ke ujung katoda. Keadaan ini menyebabkan rapat arus ke ujung-ujung katoda menjadi lebih besar sehingga endapan yang terbentuk pada bagian ujung cenderung lebih tebal. Itulah sebabnya apabila melakukan plating batangan besi dengan tembaga ataupun silinder dengan tembaga dan krom sering dihasilkan ujung-ujung silinder cenderung lebih tebal dibandingkan pada bagian tengah. Pada plating benda-benda yang rumit seringkali dihasilkan pelapisan yang tak merata terutama pada daerah arus rendah (low current) yaitu daerahdaerah yang berlekuk. Untuk mengatasi keadaan tersebut biasanya dipasang anoda sekunder sehingga dapat diperoleh rapat arus yang seragam dan daerah yang sulit atau berarus rendah dapat diperkuat dengan adanya anoda bantuan tersebut. Sedangkan pada daerah dengan arus yang tinggi Teknologi Industri Elektroplating



15



dapat dipasang pemecah arus yang biasanya berupa plastik berbentuk sikat gigi. Temperatur Temperatur berpengaruh terhadap konduktivitas. Temperatur semakin tinggi menyebabkan konduktivitas larutan makin besar sehingga mempercepat hantaran arus listrik. Pada temperatur tinggi dapat diperoleh rapat arus yang besar dan juga mempertinggi tegangan batas polarisasi. Namun demikian setiap jenis plating mempunyai rentang temperatur operasi optimum yang berkaitan dengan sifat endapan logam pada benda kerja maupun sifat dari aditif. Temperatur yang terlalu tinggi dapat menyebabkan endapan terbakar dan terjadi kerusakan aditif. Daya Tembus (Throwing Power) Daya tembus didefinisikan sebagai kemampuan proses elektrolitik untuk menutup katoda dengan lapisan seseragam mungkin, ditentukan oleh pengaturan geometri tanki dan berbagai parameter proses termasuk juga jenis elektrolit. Letak geometri katoda-anoda menentukan distribusi arus primer seperti yang telah dibahas pada distribusi arus di atas. Daya tembus terutama sangat perlu diperhatikan apabila melakukan plating benda yang rumit. Rapat arus yang besar cenderung membuat lapisan pada ujung-ujung benda kerja menjadi lebih tebal karena mendapat rapat arus yang lebih besar. Keadaan ini dapat diatasi dengan pemasangan pemecah arus dari bahanbahan isolator seperti plastik berbentuk gerigi yang dipasang antara anoda dengan ujung benda kerja. Idealnya pemasangan anoda-katoda tepat berhadap-hadapan pada jarak yang sama, namun dalam praktek hal ini jarang dapat dilakukan dan menyebabkan daya tembus tidak sama. Pengaruh lanjut dari daya tembus adalah distribusi arus sekunder sebagai hasil antara distribusi arus primer dan polarisasi. Epitaxy dan Leveling Pengertian epitaxy adalah lapisan mengikuti bentuk dan struktur dari benda kerja sebagai katoda, sehingga benda kerja yang kasar menghasilkan lapisan kasar. Contoh dapat diamati bila benda yang akan dilapis dengan krom permukaannya kasar dan berserat maka hasil akhir pelapisan krom juga kasar dan berserat. 16



Teknologi Industri Elektroplating



Leveling dimaksudkan bahwa lapisan meratakan bagian-bagian benda kerja yang cekung, sehingga plating mempunyai kecenderungan menutupi permukaan-permukaan benda yang cekung menjadi rata. Epitaxy dapat dicegah dengan persiapan permukaan benda kerja yang halus. Pembentukan leveling yang baik dapat dilakukan dengan penambahan aditif, seperti pemberian aditif pada plating tembaga akan menghasilkan lapisan lebih keras dan permukaan lebih rata. Aditif Aditif merupakan zat tambahan dengan jumlah kecil dimaksudkan untuk mengatur pertumbuhan kristal sehingga diperoleh hasil plating dengan kualitas yang baik meliputi kecerahan atau kekilapan (bright) dan kekerasan (hard). Pemberian aditif dapat pula memperbaiki leveling. Aditif umumnya berupa senyawa organik yang bekerja pada rentang temperatur tertentu dan dapat rusak selama proses berlangsung. Oleh karena itu kontrol dan tambahan aditif diperlukan bila terjadi penurunan kualitas hasil plating, misalnya endapan tidak lagi cemerlang dan menjadi rapuh. Kontaminan Adanya padatan yang melayang-layang, tersuspensi maupun terlarut dalam elektrolit dapat menyebabkan kontaminasi bagi elektrolit yang berpengaruh pada kualitas hasil plating. Padatan yang melayang-layang dapat pula ikut mengendap di katoda sehingga hasil plating pada benda kerja menjadi kasar. Adanya ion logam yang tak dikehendaki dapat menyebabkan terjadinya noda-noda atau bintik-bintik pada pemukaan plating. Elektrolit seringkali juga menjadi rusak karena adanya kontaminan sehingga pengendapan pada katoda tidak dapat berlangsung dengan sempurna. Kontaminan berupa padatan tersuspensi juga akan menganggu endapan logam pada benda kerja. Kontaminan dapat berasal dari debu udara, terbawa oleh air pada elektrolit, dan dapat pula berasal dari alat-alat untuk kerja maupun dari benda kerja yang tidak dilakukan pembersihan dengan baik. Kontaminan berupa partikel-partikel yang melayang maupun tersuspensi dapat dihilangkan dengan cara filtrasi pada aliran sikulasi cairan yang dipasang sebelum pompa. Bila kontaminasi berupa ion–ion terlarut dalam air dilakukan pengolahan air sehingga kandungan ion-ion logam menjadi Teknologi Industri Elektroplating



17



sangat rendah. Penggunakan air distililasi atau air demineralisasi yang kandungan ion-ion terlarut sangat kecil merncegah kontaminasi. Kontaminan bahan organik yang terjadi pada saat proses dihilangkan secara oksidasi dengan hidrogen peroksida maupun secara filtrasi dan penukar ion. Sedangkan kontaminan bahan an organik dihilangkan dengan melakukan dummy, yaitu elektroplating menggunakan arus yang sangat rendah sehingga ion-ion logam pengotor akan menempel pada katoda yang berbentuk plat bergelombang.



18



Teknologi Industri Elektroplating



3 PERALATAN, BAHAN, PENGOPERASIAN ELEKTROPLATING 3.1.



PERALATAN ELEKTROPLATING



Elektroplating dapat dilakukan dengan peralatan yang sederhana untuk melakukan praktikum berskala laboratorium sampai dengan peralatan yang cukup lengkap untuk keperluan jasa dan industri.



Gambar 3.1. Proses plating dengan peralatan sederhana Teknologi Industri Elektroplating



19



Peralatan Plating Sederhana Peralatan plating sederhana atau minimal untuk melakukan plating seperti ditunjukkan pada Gambar 3.1. meliputi tanki plating, rectifier, elektroda yang terdiri dari anoda dan benda kerja sebagai katoda, dan penghantar arus. Peralatan tersebut dapat dilakukan plating benda kerja dengan jumlah sedikit. Peralatan yang diperlukan adalah : 1. Tempat elektrolit, dapat berupa ember plastik atau bak dari plastik 2. Anoda, berupa lempengan logam 3. Penghantar arus, berupa plat tembaga atau kabel tembaga 4. Pemanas listrik, hanya diperlukan bila temperatur lebih dari temperatur kamar, misal 50oC. 5. Sumber arus searah Sumber arus searah dapat menggunakan adaptor, accumulator (aki), atau rectifier kecil. Gambar 3.2. berikut adalah contoh sumber arus searah yang dapat dengan mudah diperoleh di pasaran.



Gambar 3.2. Sumber arus searah (adaptor) dengan pengaturan arus dan tegangan.



Peralatan plating sederhana dapat digunakan untuk praktek mempelajari plating, dan industri skala mikro.



20



Teknologi Industri Elektroplating



Peralatan Plating Lengkap Unit kerja elektroplating berskala mulai dari industri kecil, menengah sampai besar memerlukan peralatan yang lebih lengkap meliputi peralatan untuk persiapan benda kerja, proses elektroplating dan pengerjaan akhir permukaan setelah plating. Peralatan proses elektroplating selain peralatan utama, diperlukan peralatan tambahan untuk menghasilkan lapisan plating yang berkualitas baik. Peralatan tersebut meliputi pompa, filter, pengaduk (agitator), pemanas (heater) atau pendingin (cooler), dan juga elektroda tambahan. Untuk plating benda-benda yang kecil dan berjumlah banyak digunakan barrel. Gambar 3.3 dan 3.4. menunjukkan skema dan peralatan plating lengkap. Peralatan untuk persiapan benda kerja meliputi bak asam, pemanas, bak alkali, bak pencucian dan pembilasan dan mesin polishing dan grinding. Peralatan yang digunakan untuk finishing setelah plating meliputi bak pewarna dan mesin pengering (drier). Penghantar arus Katoda filter



Anoda



Catu daya, DC



Bak plating heater



blower



pompa Larutan elektrolit



Gambar 3.3. Instalasi elektroplating lengkap Teknologi Industri Elektroplating



21



Gambar 3.4. Instalasi proses elektroplating



Pada gambar 3.4. menunjukkan benda yang sedang dilapis digantungkan pada katoda yang membujur di tengah bak plating. Anoda terletak di kiri kanan katoda dan berada di bagian tepi bak plating. Sumber arus searah dari rectifier di sebelah kanan dan dialirkan melalui plat tembaga. Peralatan yang diperlukan untuk elektoplating skala menengah adalah : 1. Bak atau tanki plating 2. Elektroda : Anoda dan katoda 3. Rectifier 4. Penghantar arus 5. Barrel 6. Pemanas (heater) atau pendingin (cooler) 7. Filter 8. Pompa 9. Blower 10. Kompresor



22



Teknologi Industri Elektroplating



Tanki / Bak Plating Pada dasarnya tanki plating harus tahan terhadap korosi bahan-bahan kimia. Tanki plating dapat berbentuk segi empat atau silinder tegak dengan bahan konstruksi dari plastik jenis polipropilen, polietilen, poli vinil klorida.



Gambar 3.5. Bak plating dengan bahan poli vinil klorida (PVC)



Tanki bentuk silinder dapat memanfaatkan tempat bahan kimia yang sudah tidak digunakan lagi. Sedangkan bak plating umumnya berbentuk persegi panjang yang terbuka bagian atasnya, terbuat dari bahan lembaran baja, kayu atau beton yang dilapis plastik. Sumber arus searah (DC) Sember arus searah yang lazim digunakan adalah rectifier. Rectifier merupakan alat untuk mengubah arus bolak-balik (AC : alternating current) menjadi arus searah (DC : direct current). Sumber arus bolakbalik dapat bersifat 3 fase atau 1 fase, namun disarankan menggunakan arus listrik 3 fase. Arus DC dapat diperoleh juga dengan menggunakan daya dari accumulator (accu) dan adaptor.



Teknologi Industri Elektroplating



23



Gambar 3.6. Rectifier



Elektroda Anoda yang digunakan dapat berbentuk plat maupun bola. Pada prinsipnya besarnya atau luasan anoda disesuaikan dengan luasan benda yang akan dilapisi, namun pada praktek cukup disesuaikan dengan ukuran bak plating. Anoda perlu dibungkus dengan kain agar kotoran-kotoran dapat tertahan pada kain dan tidak terikut ke dalam larutan elektrolit. Katoda merupakan benda kerja yang akan dilapis. Apabila benda kerja berbentuk tidak teratur perlu ditambahkan anoda tambahan untuk meningkatkan daya tembus, sehingga semua permukaan benda kerja sebagai katoda dapat terlapis dengan optimal. Penghantar Penghantar yang digunakan berupa bahan yang mempunyai hantaran arus yang besar, biasanya berupa tembaga atau campurannya berbentuk kabel, batangan plat ataupun pipa. 24



Teknologi Industri Elektroplating



Gambar 3.7. Penghantar arus dari tembaga pada tanki plating



Barrel Alat ini berupa tabung yang berdinding plastik yang berlubang – lubang dengan diameter sekitar 0,4 m dan panjang sekitar 0,6 m. Pada prinsipnya merupakan alat kontak listrik antara pensuplai arus listrik dengan benda kerja. Benda kerja dengan ukuran kecil–kecil dan berjumlah banyak yang sulit digantungkan pada penghantar kutub negatif, dilakukan plating menggunakan barrel yang berputar.



Gambar 3.8. Barrel



Teknologi Industri Elektroplating



25



Dengan barrel semua permukaan komponen bahan-bahan dapat terjangkau oleh arus dan tidak tertutup oleh benda sejenis sehingga permukaan dapat terlapis dengan sempurna. Bahan-bahan yang dimasukkan ke dalam barrel seperti mur, baut, paku, dan benda-benda kecil lainnya. Pompa Pompa digunakan untuk sirkulasi larutan elektrolit sehingga komposisi dan temperatur larutan di dalam tanki dapat seragam. Pompa yang digunakan haruslah disesuaikan dengan sifat-sifat elektrolit, seperti pompa untuk larutan asam perlu dipilih bahan konstruksi yang tahan terhadap asam.



Gambar 3.9. Pompa



Filter Filter digunakan untuk menyaring partikel-partikel atau kotoran-kotoran yang melayang-layang di dalam elektrolit. Padatan-padatan ini merupakan kontaminan yang dapat mengakibatkan terbentuknya lapisan yang kasar.



Gambar 3.10. Filter



26



Teknologi Industri Elektroplating



Agitator Pengadukan atau agitasi dapat menggunakan pompa resirkulasi, atau udara dari blower. Penggunaan pompa lebih baik daripada agitasi udara karena dapat mengurangi emisi uap bahan kimia yang terikut udara dan pembentukan karbonat yang berasal dari reaksi kimia karbon dioksida dari udara dengan senyawa yang ada di dalam elektrolit. Namun demikian apabila pompa tahan asam dan tahan korosi tidak tersedia, penggunaan blower merupakan pilihan yang dapat dilakukan. Blower Blower mengalirkan udara bertekanan rendah, dihubungkan dengan pipa untuk mensuplai udara ke dalam tanki yang mengandung larutan elektrolit. Agar udara bersih maka perlu dipasang filter udara sebelum dimasukkan ke bak plating.



Gambar 3.11. Blower



Kompresor Kompresor digunakan untuk pengeringan cairan sisa yang menempel pada benda kerja dengan cara meniupkan udara bertekanan. Agar udara yang keluar dari kompresor bersih perlu ditambahkan filter udara agar kotoran dan minyak pelumas dapat tertahan pada filter. Pemanas (Heater) Untuk memanaskan larutan dapat menggunakan koil-koil listrik yang terbungkus kaca tahan panas. Pembungkus koil pemanas dapat juga menggunakan baja tahan karat (stainless steel) atau titanium. Pemanasan Teknologi Industri Elektroplating



27



dapat juga menggunakan air panas atau uap air. Pemanasan biasanya diperlukan untuk plating nikel dan tembaga sianida yang memerlukan temperatur sekitar 60oC.



Gambar 3.12. Pemanas listrik berlapis keramik tahan karat



Pendingin (Cooler) Pendingin biasanya digunakan untuk plating yang beroperasi pada temperatur relatif rendah atau kondisi temperatur plating yang disyaratkan batas atas tertentu misalnya pada pelapisan tembaga asam atau krom keras (Hard Chrome). Dalam kedua larutan tersebut temperatur yang melebihi batas atas yang disyaratkan dapat menurunkan unjuk kerja larutan plating. Pendingin dapat menggunakan kumparan-kumparan dari bahan yang tahan terhadap korosi seperti titanium. Bak Pembersihan Bak pembersihan ada 2 macam yaitu untuk tempat pembersihan minyak berikut bahan-bahan organik dan bak untuk penghilangan kerak berikut bahan-bahan anorganik. Selain itu diperlukan juga bak untuk pencucian dan pembilasan. Bak untuk pembersihan minyak biasa terbuat dari bahan baja tahan karat yang berbentuk persegi panjang, di dalamnya diisi dengan larutan pembersih logam (metal cleaner) yang dipanaskan pada temperatur sekitar 90oC. Bak asam terbuat dari bahan plastik, sedangkan bak pencucian dan pembilasan dapat dibuat dari bahan plastik maupun bahan yang terlapis plastik. 28



Teknologi Industri Elektroplating



Gambar 3.13. Bak untuk pembersihan



Mesin polishing Mesin pengasah atau pemoles (polishing) terdiri dari motor penggerak yang didudukkan secara tetap di lantai sehingga pada saat digunakan tidak terjadi getaran. Motor digunakan untuk menggerakkan roda poles (polish), roda buffing maupun gerinda (grinding) untuk memperhalus permukaan benda kerja.



Gambar 3.14. Mesin pemoles



Alat Pengering Alat pengering berupa oven bersifat opsional. Pengeringan dengan oven menggunakan pengering listrik yang dilengkapi dengan hembusan udara panas, atau secara tradisional menggunakan pemanas kompor minyak Teknologi Industri Elektroplating



29



sebagai pemasok panas ke pengering. Apabila tidak tersedia pengering (drier) dapat pula menggunakan hembusan udara dari kompresor. 3.2.



BAHAN-BAHAN KIMIA ELEKTROPLATING



Bahan-bahan kimia yang digunakan untuk elektroplating dapat berupa unsur maupun senyawa. Anoda aktif yang digunakan merupakan unsur seperti tembaga, nikel, emas, dan logam-logam lainnya sebagai sumber ion. Larutan elektrolit merupakan campuran senyawa dalam bentuk garam dan asam atau basa. Garam merupakan persenyawaan antara ion positif terutama ion logam dan kation dengan ion negatif (anion). Tembaga sulfat, nikel klorida adalah contoh senyawa garam. Asam merupakan senyawa yang mengandung ion H+. Asam yang digunakan dapat diambil contoh asam sulfat, asam klorida, asam borat dan asam-asam kuat maupun lemah lainnya. Basa mengandung ion hidroksida OH-, sebagai contoh sodium hidroksida, amonium hidroksida. Oksida merupakan persenyawaan antara unsur logam maupun non logam dengan oksigen. Krom trioksida merupakan oksida pembentuk asam kromat yang digunakan untuk plating krom. Persenyawaan logam dengan oksigen menjadikan logam berkarat atau korosi, atau membentuk lapisan tipis yang melindungi logam dari korosi lanjut. Senyawa-senyawa organik yang berasal dari makhluk hidup terdiri dari unsur pembentuk utama karbon (C), hidrogen (H), oksigen (O) dan kadangkala dengan unsur nitrogen (N). Senyawa organik banyak digunakan sebagai aditif dalam elektroplating. Daftar istilah dan nama bahan kimia yang dipakai pada elektroplating baik berupa oksida, asam, basa, dan garam ditunjukkan pada Tabel 3.1.



30



Teknologi Industri Elektroplating



Tabel 3.1. Beberapa senyawa dalam elektroplating



Nama Indonesia



Nama dagang / nama Inggris



Cr2O3



Asam kromat



Chromic acid



ZnO



Seng oksida



Zinc oxide



HCl



Asam klorida



Hydrochloric acid



H2SO4 HNO3 H3PO4 H3BO3 CH3COOH



Asam sulfat Asam nitrat Asam fosfat Asam borat Asam asetat



Sulphuric acid Nitric acid Phosphoric acid Boric acid Acetic acid



Kalium (potasium) hidroksida Natrium (sodium) hidroksida (Soda api) Amonium hidroksida



Potassium hidroxide Sodium hidoxide (Caustic soda)



Padat



Ammonia



Cair



Tembaga sianida Tembaga sulfat Kalium sianida Natrium (sodium) sianida Natrium karbonat (Soda abu) Natrium bikarbonat (Soda kue) Nikel klorida Nikel sulfat



Cupros cyanide Cupric sulphat Potassium cyanide Sodium cyanide



Padat Padat Padat Padat



Sodium carbonate (Ash soda) Sodium bicarbonate (Cake soda) Nickel chloride Nickel sulphate



Padat



SENYAWA



Wujud



OKSIDA Padat, higroskopis Padat



ASAM Cair (Larutan 33 %) Cair, 98 % Cair Cair Padat Cair



BASA KOH NaOH



NH4OH



Padat



GARAM CuCN CuSO4 KCN NaCN Na2CO3 NaHCO3



NiCl2 NiSO4



Teknologi Industri Elektroplating



Padat Padat Padat Padat



31



3.3. OPERASI ELEKTROPLATING Operasi elektroplating merupakan tahapan proses pelapisan benda kerja atau barang-barang yang telah dipersiapkan untuk dilakukan pelapisan. Keberhasilan operasi tergantung dari banyak faktor meliputi kualitas persiapan benda kerja, komposisi larutan, kondisi operasi, dan adanya prosedur operasi standar. Langkah-langkah untuk melakukan operasi elekplating meliputi : ▪ Merangkai peralatan proses Rangkaian peralatan proses sesuai dengan keperluan dan kapasitas volume elektrolit ▪ Menyiapkan larutan elektrolit Larutan elektrolit tergantung dari jenis logam yang akan dilapiskan pada benda kerja ▪ Menyiapkan benda kerja Penyiapan benda kerja yang akan diplating sangat penting karena menentukan kualitas produk plating ▪ Mengoperasikan peralatan plating Untuk membuat produk pelapisan yang diinginkan, pengoperasian harus berdasarkan prosedur operasi standar ▪ Pengerjaan akhir Bahan yang telah dilapis dilanjutkan dengan pengerjaan akhir, dapat berupa pewarnaan dan memberi coating untuk mencegah terjadinya pengkaratan bagi lapisan yang mudah berkarat. Langkah operasi lengkap elektroplating dimulai dari penerimaan benda kerja, persiapan permukaan benda kerja, proses utama elektroplating dan finishing sehingga benda siap untuk digunakan ditunjukkan pada Gambar 3.15. Di antara setiap langkah operasi, pencucian dan pembilasan dengan air menentukan juga kualitas hasil plating.



32



Teknologi Industri Elektroplating



BENDA KERJA



PEMBERSIHAN MINYAK DAN KERAK



POLISHING



PEMBERSIHAN ALKALI



PENCUCIAN DENGAN AIR



PENCELUPAN ASAM



PEMBILASAN DENGAN AIR



ELEKTROPLATING



PEMBILASANAN DENGAN AIR



PEWARNAAN



COATING



PENGERINGAN



BENDA SIAP DIGUNAKAN Gambar 3.15. Urutan pengerjaan benda kerja Teknologi Industri Elektroplating



33



Gambar 3.16. Contoh hasil pelapisan dengan elektroplating



34



Teknologi Industri Elektroplating



4 PERSIAPAN BENDA KERJA 4.1. TUJUAN Benda-benda kerja yang akan dilapis kebanyakan masih kotor, berkerak, berminyak maupun terdapat bahan-bahan lainnya yang melekat pada permukaan. Pembersihan sangat diperlukan agar lapisan plating dapat melekat erat pada benda kerja dan tidak mudah keropos maupun mengelupas. Selain itu pembersihan berpengaruh juga pada kondisi larutan. Larutan tidak akan terkontaminasi dengan mudah bila benda kerja bersih dan terbebas dari benda-benda asing. Benda kerja yang telah bersih selanjutnya dilakukan pengasahan (polishing) agar diperoleh permukaan yang halus dan merata. Tahapan persiapan benda kerja meliputi penghilangan minyak, penghilangan kerak (descaling) dan pengasahan (polishing). Pada setiap langkah pergantian operasi persiapan benda kerja selalu dilakukan pencucian dan pembilasan. 4.2. PENGHILANGAN MINYAK Benda kerja yang mengandung lapisan minyak dan lemak dapat dibersihkan dengan menggunakan solven organik seperti kerosen, bensin, dan solven organik lainnya dengan cara pertama-tama dilakukan perendaman dan kemudian mengusap permukaan benda kerja yang Teknologi Industri Elektroplating



35



berminyak dengan menggunakan kuas, kain, atau karet busa. Kerosen atau solven organik lainnya yang masih menempel pada benda kerja dibersihkan dengan menggunakan larutan deterjen. 4.3. PENGHILANGAN KERAK Langkah penghilangan kerak pertama kali dilakukan dengan cara mekanis seperti pengasahan (polishing), menggunakan pasir bertekanan (sand blasting) maupun penyikatan (brushing). Selanjutnya dilakukan pickling yaitu pencelupan benda kerja dalam pelarut asam maupun garam. Apabila kerak sulit terlepas dari benda kerja, dapat dilakukan pemanasan, pelunakan maupun perendaman beberapa waktu pada larutan yang mengandung bahan pelunak dan pelepas kerak. Larutan yang digunakan untuk pelunakan maupun pelarutan kerak terutama untuk bahan besi mempunyai komposisi sebagai berikut : Tabel 4.1. Komposisi dan kondisi operasi pelunakan kerak



Komponen dan kondisi operasi Tipe I Potasium permanganat 60-90 gr Sodium hidroksida 90 gr Air 1 liter Temperatur 80-100 oC Bahan tanki baja Tipe II Asam klorida, atau 500 ml (Asam sulfat) (100 ml) Air 1 liter Temperatur Temperatur ruang Bahan tanki Plastik (PP)



36



Teknologi Industri Elektroplating



4.4. PENGASAHAN (POLISHING) Polishing merupakan operasi pada permukaan benda kerja agar diperoleh permukaan halus. Pada operasi polishing, logam pada permukaan benda kerja dihilangkan dalam beberapa tahap dengan menggunakan abrasive dalam berbagai ukuran dari kasar, sedang kemudian yang paling halus. Tidak semua benda kerja yang akan diplating harus dilakukan polishing, perlakuan tergantung dari hasil akhir yang diinginkan. Jika benda kerja dalam keadaan bagus dan permukaannya agak halus dan pelapisan tidak perlu mengkilap sekali maka benda tersebut tidak perlu dipoles. Bila diperlukan kenampakan yang sangat cemerlang dan benda kerja dalam keadaan tidak halus maka diperlukan polishing dan buffing. Umumnya, permukaan yang halus akan menghasilkan suatu lapisan plating yang halus pula. Dalam polishing maupun buffing, benda kerja digosokkan pada roda yang berputar yang permukaannya diberi abrasive dalam berbagai tingkat kehalusan yang berbeda. Roda terbuat dari kain kanvas, katun atau kulit, tergantung pada kelenturan yang diinginkan. Kelenturan didasarkan pada bentuk dan kondisi permukaan dari benda kerja yang dipoles. Pada umumnya, roda-roda yang lebih kaku digunakan untuk operasi-operasi poles yang lebih kasar. Roda-roda yang lebih lentur digunakan untuk poles yang halus pada permukaan yang tidak teratur. Abrasive dipakai pada permukaan roda dan direkatkan padanya dengan menggunakan perekat (lem) yang kuat. Abrasive yang banyak digunakan adalah emery yang merupakan suatu campuran alami dari oksida aluminum dan besi yang mengandung 57 – 75 % oksida aluminum.Ukuran butiran dari abrasive dinyatakan sebagai ukuran ayakan pasir, misalnya 10, 20. 46, 80, 120,….,240, 320 sampai lebih dari 500. Angka yang lebih tinggi menunjukkan butiran yang lebih halus. Abrasive melebihi ukuran butiran 240 disebut sebagai tepung emery karena bentuknya yang sangat halus. Pengerjaan poles dimulai dari abrasive nomer yang kecil hingga yang besar atau dengan kata lain dari butiran abrasive yang kasar dulu hingga butiran yang halus. Operator menentukan ukuran butiran yang cocok Teknologi Industri Elektroplating



37



secara visual dan menentukan tahapan-tahapan yang harus dilalui dalam melakukan pekerjaan pemolesan. Pada tahapan akhir pemolesan dan untuk mencapai hasil yang paling halus, permukaan roda poles dilumasi dengan sedikit lemak. Pemolesan pada bahan-bahan lunak seperti aluminum atau seng dan campurannya, digunakan pelumasan untuk mengurangi pengaruh panas sebagai akibat gesekan selama pengerjaan. Buffing Buffing merupakan operasi semacam pemolesan dengan menggunakan abrasive yang sangat halus. Bahan abrasive pada buffing dicampur dengan bahan pengikat atau perekat menjadi suatu campuran dalam bentuk batangan. Bahan campuran ini selanjutnya dipergunakan pada roda buffing, dan permukaan yang dikerjakan selama operasi buffing dipegangi berlawanan dengan arah roda. Penyikatan (Brushing) Penyikatan dilakukan untuk menghilangkan kerak atau oksida maupun cat dari permukaan benda kerja menggunakan kawat baja. Brushing biasanya dilakukan sebelum pemolesan dan dikombinasi dengan pickling. Pembersihan mekanis ini sering dipakai juga sebagai pengganti poles untuk permukaan yang tidak memerlukan kehalusan yang tinggi. Brushing juga dilakukan untuk benda-benda yang tidak dilakukan pickling dengan alasan ketahanan benda kerja terhadap senyawa kimia pickling rendah. 4.5. PEMBERSIHAN Benda kerja yang telah dilakukan pemolesan maupun penghalusan secara mekanis terdapat sisa-sisa lemak, lilin dan bahan pemoles maupun buffing. Benda kerja dapat terkena debu dan kotoran dari udara, dan dapat juga mengalami korosi. Kotoran yang tersisa maupun korosi perlu dihilangkan sebelum dilakukan tahapan plating. Penghilangan kotoran-kotoran ini dilakukan melalui tiga tahap pembersihan yaitu dengan solven organik, pembersihan alkali dan celup asam.



38



Teknologi Industri Elektroplating



Degreasing dengan Solven Organik Bahan-bahan berlemak atau berminyak pada permukaan benda kerja dapat dihilangkan dengan pelarut (solven) organik seperti trichloroethylene atau perchloroethylene. Kain katun dicelupkan pada solven kemudian diusapkan pada benda kerja untuk menghilangkan minyak dan lemak. Apabila benda kerja cukup bersih dan tidak mengandung lemak maupun minyak pada permukaannya, operasi pembersihan cukup dilakukan dengan menggosok permukaan menggunakan kain bersih. Penghilangan lemak atau minyak dengan solven akan menghilangkan sebagain besar kotoran dan lemak, tetapi masih meninggalkan sedikit residu. Tahapan berikutnya setelah pembersihan ini adalah pembersihan menggunakan larutan alkali. Pembersihan Alkali (alkali cleaning) Pembersihan alkali dilakukan untuk menghilangkan residu minyak dan lemak pada permukaan benda kerja. Pembersih alkali dikenal sebagai metal cleaner pada umumnya terdiri dari sejumlah alkali, sabun atau surfaktan, dan bahan pembentuk senyawa kompleks maupun bahan-bahan kimia lain. Pembersih yang digunakan dapat mempunyai konsentrasi encer atau pekat, dilakukan secara manual, ultrasonic maupun electrolitic tergantung dari sifat permukaan dasar benda dan sifat dari kotoran yang dihilangkan. Pemakain konsentrasi alkali yang lebih tinggi, pemanasan larutan, penambahan waktu pembersihan dan penggunaan arus dapat membantu operasi pembersihan menjadi lebih cepat. Bahan yang akan dilakukan pembersihan alkali dapat dikelompokkan menjadi : • baja (steel) • tembaga (copper), kuningan (brass), nikel (nickel), perak (silver), magnesium dan campurannya • seng (zinc), timah putih, timbal (plumbum) dan campurannya • aluminum dan campurannya Pengelompokan ini digunakan untuk menentukan jenis, komposisi dan kondisi operasi yang sesuai. Bahan-bahan Pembersih Alkali Bahan-bahan pembersih alkali terdiri dari senyawa karbonat, fosfat. Untuk meningkatkan efektivitas pembersihan ditambahkan bahan pengompleks Teknologi Industri Elektroplating



39



dan juga deterjen. Bahan karbonat yang digunakan umumnya adalah sodium karbonat atau soda abu dan soda api sebagai pembersih yang efektif untuk minyak dan lemak. Senyawa fosfat yang digunakan biasanya adalah sodium tripolyphosphate (STPP) yang membantu pembilasan dengan efisien. Bahan pengompleks yang digunakan adalah EDTA dan Tri ethanol amine dimasukkan di dalam metal cleaner. Detergen sintetik seperti sodium lauril sulfate mempertinggi efisiensi pembersihan benda kerja dan pengemulsian kotoran dengan cepat. 4.6. PENCELUPAN Pencelupan Asam (Acid Dipping) Setelah tahapan pembersihan alkali benda kerja dilakukan pembilasan menggunakan air, dilanjutkan dengan pencelupan dalam larutan asam encer. Langkah ini mempunyai dua tujuan: 1. Lapisan tipis oksida atau senyawa-senyawa lain atau lapisan noktah dihilangkan. Lapisan tersebut terbentuk karena berada di udara terbuka setelah pembersihan. Lapisan ini harus dihilangkan sebelum elektroplating dengan mencelupkannya dalam larutan asam. 2. Sisa alkali yang menempel pada permukaan benda kerja dapat dihilangkan dengan mencelup dalam larutan asam. Hal ini dimaksudkan untuk mencegah terbawanya sisa-sisa metal cleaner ke dalam cairan plating yang dapat menyebabkan terjadinya kontaminasi. Bahan pencelup berfungsi pula sebagai pengaktivasi benda kerja yang akan diplating seperti bahan-bahan yang terbuat dari baja, kuningan, seng dan alumunium. Bahan pencelup yang dipakai umumnya adalah larutan asam kuat yaitu asam klorida (HCl) dan asam sulfat (H2SO4). Untuk keperluan praktis di lapangan dan penghematan biaya operasi dapat menggunakan larutan asam kuat teknis. Komposisi larutan untuk pencelupan bahan baja menggunakan senyawa asam kuat HCl maupun H2SO4, tergantung dari jenis baja disajikan pada Tabel 4.2. 40



Teknologi Industri Elektroplating



Tabel 4.2. Komposisi dan kondisi operasi pencelupan



Low Carbon Steel HCl atau H2SO4 50-150 ml Air Hingga 1 liter Temperatur Ruangan Waktu 5-15 detik High Carbon Steel HCl 100 ml Air Hingga 1 liter Temperatur Ruangan Waktu 5-15 detik Stainless Steel HCl atau H2SO4 200-500 ml Air 1 liter Temperatur Ruangan Waktu 5-15 detik Pencelupan Sianida (Cyanide Dip) Pencelupan pada larutan sianida dilakukan untuk bahan-bahan bukan besi (nonferous) seperti tembaga, kuningan, nikel, perak, dan sebagainya. Pencelupan ini dapat dilakukan setelah pembersihan dengan atau tanpa didahului pencelupan asam. Bila pencelupan dilakukan setelah pencelupan asam, dapat membantu mencegah terbawanya sisa-sisa asam ke dalam larutan plating yang mengandung sianida yang dapat mengakibatkan kontaminasi. Sebelum pencelupan sianida benda kerja dilakukan pembilasan menggunakan air. Benda kerja selanjutnya dicelup dalam larutan 25 – 40 gr/l sodium sianida sebelum plating. Hal yang perlu diperhatikan adalah kesehatan dan keselamatan kerja karena sianida bersifat sangat beracun. Pencampuran asam dengan larutan sianida dapat menyebabkan pembentukan gas hidrogen sianida yang sangat beracun, menurut reaksi : CN- + H+ → HCN



Teknologi Industri Elektroplating



41



Gas asam sianida (hydrogen cyanide) yang dilepaskan sangat berbahaya. Oleh karena itu, segera setelah dilakukan celup asam, benda kerja dicuci sampai betul-betul bersih dan kemudian dilakukan celup sianida. Celup sianida ini dilakukan terutama bila plating menggunakan cairan sianida. Bila tidak dilakukan celup sianida, sebagai alternatif dapat dilakukan penetralan asam dengan larutan yang mengandung 20 gr/liter sodium hidroksida yang kemudian diikuti pencucian dengan air.



42



Teknologi Industri Elektroplating



5 PELAPISAN SENG 5.1. KEGUNAAN DAN SIFAT-SIFAT SENG Banyak sekali bahan-bahan dari besi atau baja yang dilapis dengan logam seng dengan berbagai tujuan, diantaranya adalah untuk : ▪ melindungi bahan dasar dari korosi ▪ memberikan suatu dasaran yang bagus untuk pengecatan ▪ memberikan penampilan yang lebih bagus dan menarik dari benda dasarnya Pelapisan seng dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu : 1. Proses pencelupan panas atau lebih dikenal galvanizing. Pada proses ini benda kerja dicelupkan dalam lelehan logam seng (hot dipping), sehingga lapisan seng menempel padanya. Barang-barang seperti atap rumah, ember logam, tangki, pagar jalan tol, pagar tralis, tiang listrik dilapisi seng melalui proses ini. 2. Proses pencelupan dingin atau dikenal dengan electrogalvanizing atau zinc plating. Benda kerja dimasukkan dalam larutan elektrolit yang mengandung ion-ion seng dan alkali atau asam. Dengan bantuan arus searah ionion seng tersebut direduksi menjadi logam seng dan menempel pada benda kerja yang bertindak sebagai katoda. Logam seng sebagai anoda melarut memberikan ion-ion seng ke dalam larutan. Cara ini lebih cocok untuk barang-barang teknik yang memerlukan ketelitian dimensional misalnya ketebalan yang seragam, dan Teknologi Industri Elektroplating



43



lekuk-lekuk atau bagian-bagian yang kecil dari benda kerja yang tidak boleh mengalami perubahan bentuk. Barang-barang yang dibuat melalui proses plating misalnya mur baut, paku, komponen sepeda dan sepeda motor, peralatan pertanian, klem-klem untuk jaringan listrik dan lain-lain. Hasil pelapisan seng berwarna putih kebiru-biruan, dan dapat dijadikan warna lain seperti pelangi, hitam, kuning melalui proses pewarnaan lanjut. Sifat-sifat Fisika Seng ▪ Logam yang berwarna putih kebiru-birunan ▪ Dapat ditempa dan dibengkokkan ▪ Penghantar listrik yang baik ▪ Berat atom = 65,38 ▪ Densiti = 7,14 gr/cm3, (densiti air =1 gr/cm3) ▪ Titik leleh = 419oC ▪ Titik didih = 907oC ▪ Konduktivitas listrik pada 0oC = 0,1816 s/cm Sifat-sifat Kimia Seng ▪ Seng mudah teroksidasi oleh oksigen dari udara dan terbentuk lapisan tipis dari seng karbonat basa yang dapat melindungi seng dari proses korosi lebih lanjut. Zn + O2 +CO2 +H2O → (ZnOH)2CO3 ▪



Seng bersifat amfoter, dapat bereaksi dengan asam maupun basa, membebaskan gas hidrogen. Zn + H2SO4→ Zn SO4 +H2 Zn + 2 NaOH → NaZnO2 + H2



▪



44



Seng dapat bereaksi langsung dengan belerang dan halogen Zn + S → ZnS Zn + Cl2 → ZnCl2



Teknologi Industri Elektroplating



5.2. PERALATAN PLATING SENG Peralatan plating seng terdiri dari rectifier, bak plating, anoda seng, penghantar, dan dengan atau tanpa barrel, pompa serta filter. Anoda seng berbentuk batangan atau lempengan dengan kemurnian tinggi. Untuk menjaga kontaminasi larutan dari anoda, maka perlu dibungkus dengan kain sehingga selama elektroplating kotoran dari anoda tertahan pada kain tersebut. Benda kerja yang kecil-kecil dimaksukkan di dalam tabung yang berputar dengan kecepatan tertentu yang dimasukkan ke dalam bak plating sehingga lapisan merata. Perputaran tersebut sekaligus berfungsi mengaduk–aduk larutan elektrolit sehingga lebih homogen. Pompa serta filter hanya dipakai untuk plating seng menggunakan elektrolit asam. 5.3. KOMPOSISI DAN KONDISI OPERASI Larutan elektolit yang digunakan untuk pelapisan seng ada tiga macam yaitu larutan sianida, larutan basa dan larutan asam. Larutan yang paling banyak digunakan di industri yaitu larutan sianida dengan komponen utamanya seng oksida (zinc oxide), soda api (caustic soda) dan sodium sianida (sodium cyanide). Anoda seng (Zn) terlarut ke dalam elektrolit, menggantikan ion Zn2+ dalam larutan elektrolit yang mengendap pada katoda. Mekanisme pelarutan logam Zn dari anoda dan pengendapan pada katoda melewati elektrolit sebagai beikut : Reaksi pelarutan anoda seng adalah : Zn



→ Zn2+ + 2e



Sedangkan pada katoda terjadi reaksi pengendapan sebagai : Zn2+ + 2e → Zno dan membentuk lapisan tipis pada benda kerja sebagai katoda. Teknologi Industri Elektroplating



45



Larutan elektrolit yang dipergunakan ada beberapa tipe, yaitu : ▪ Larutan sianida tinggi ▪ Larutan sianida rendah ▪ Larutan tanpa sianida ▪ Larutan asam



Tabel 5.1. Komposisi dan kondisi operasi plating seng



Komponen dan kondisi operasi Larutan Sianida Tinggi Seng oksida 35 g/L Sodium sianida total 90 g/L Sodium hidroksida total 50 g/L pH > 13 Temperatur ruangan Rapat arus katoda 1-6 A/dm2 Rapat arus normal 1,5-2 A/dm2 Efisiensi katoda 65-80 % Komponen dan kondisi operasi Larutan Sianida Rendah Seng oksida 7,5 g/L Sodium sianida total 7,5 g/L Sodium hidroksida total 75 g/L pH > 13 Temperatur ruangan Rapat arus katoda 1-6 A/dm2 Rapat arus normal 1,5-2 A/dm2 Efisiensi katoda 65-80 %



46



Teknologi Industri Elektroplating



Tabel 5.1. Komposisi dan kondisi operasi plating seng (lanjut)



Komponen dan kondisi operasi Larutan Tanpa Sianida Seng oksida 11 g/L Sodium hidroksida total 120 g/L pH > 13 Temperatur ruangan Rapat arus katoda 1-6 A/ft2 Rapat arus normal 1,5-2 A/ft2 Efisiensi katoda 65-80 % Komponen dan kondisi operasi Larutan Asam Seng klorida 45 g/L Ammonium klorida 225 g/L Asam borat 45 g/L pH 3-4 Temperatur ruangan Rapat arus katoda 1-15 A/ft2 Rapat arus normal 1,5-2 A/ft2 Efisiensi katoda 95-100 % 5.4. FUNGSI KOMPONEN UTAMA 1. Seng oksida, zinc oxide (ZnO) Fungsinya sebagai sumber utama ion seng yang akan membentuk kompleks seng sebagai pengganti seng yang terlapis. Bila plating berjalan dengan baik artinya jumlah seng yang melapisi katoda sama dengan seng yang terlarut dari anoda maka tidak perlu dilakukan penambahan senyawa seng oksida. 2. Sodium sianida, sodium cyanide (NaCN) Sodium sianida membantu laju pelarutan anoda seng sehingga konsentrasi larutan seng akan selalu terjaga konstan. Sodium sianida dapat diganti dengan Potasium sianida (potassium cyanide, KCN). Teknologi Industri Elektroplating



47



3. Sodium hdroksida, sodium hydroxide (NaOH) Sodium hidroksida atau soda api dimaksudkan untuk meningkatkan daya hantar listrik dan juga membantu laju pelarutan anoda seng. 4. Seng klorida, zinc chloride (ZnCl2) Sebagai sumber ion seng yang akan melapisi katoda dalam larutan seng asam. 5. Potasium atau amonium klorida, potassium chloride (KCl) /ammonium chloride (NH4Cl) Berfungsi untuk menaikkan daya hantar listrik dan membantu laju pelarutan anoda dalam larutan seng asam. 6. Asam borat (Boric acid) Berfungsi untuk mempertahankan keasaman larutan dan membantu peningkatan daya hantar listrik. 5.5. KONTROL LARUTAN ELEKTROLIT Untuk mendapatkan hasil pelapisan yang baik dengan kualitas yang konsisten, konsentrasi senyawa-senyawa sebagai penyusun elektrolit perlu selalu dijaga sesuai dengan kondisi operasi yang ditetapkan. Kontrol terhadap komposisi larutan dilakukan secara terjadual pada periode tertentu dengan cara melakukan analisis konsentrasi larutan maupun hasil pelapisan diantaranya meliputi : Analisis kadar Seng (Zn) Prosedur analisis: ▪ Pipet 2 ml cairan sampel ke dalam erlenmeyer 250 ml ▪ Tambahkan 100 ml H2O ▪ Tambahkan 10 ml larutan penyangga (buffer) pH 10 ▪ Tambahkan indikator serbuk EBT dan 15 ml formaldehid 10 %. ▪ Titrasi dengan larutan standar EDTA 0,1 M sehingga terjadi perubahan warna merah menjadi biru ▪ Perhitungan : gr/l Zn = 32,7 x ml EDTA x M



48



Teknologi Industri Elektroplating



Analisis kadar Sodium sianida (NaCN) Prosedur analisis : ▪ Pipet 2 ml cairan sampel ke dalam labu erlenmeyer 250 ml ▪ Tambahkan sekitar 50 ml H2O, 25 ml NaOH 25 %, dan 10 ml KI 10 % ▪ Titrasi dengan larutan standar AgNO3 0,1 N hingga terjadi perubahan dari jernih menjadi keruh. ▪ Perhitungan : gr/l NaCN = 49 x ml AgNO3 x N Prosedur analisis untuk KCN sama dengan analisis NaCN. Analisis kadar sodium hidroksida (NaOH) Prosedur analisis : ▪ Pipet 5 ml larutan sampel ke dalam labu Erlenmeyer 250 ml. ▪ Tambahkan sekitar 25 ml H2O, sekitar 5 ml indikator sulfoorange ▪ Titrasi dengan larutan standar HCl 1 N, hingga terjadi perubahan warna dari oranye menjadi kuning ▪ Perhitungan : gr/l NaOH = 8 x ml HCl x N 5.6. PERMASALAHAN DAN PEMECAHANNYA Hasil akhir dari proses plating seng adalah kualitas lapisan yang menempel pada benda kerja. Kualitas yang diharapkan meliputi pelapisan dan ketebalan yang merata dan seragam, warna mengkilap dan tidak terbentuk noda-noda pada benda kerja yang dilapis. Permasalahan operasi seringkali juga muncul dikarenakan kondisi larutan yang sudah tidak memenuhi syarat, adanya kontaminan, dan bisa juga disebabkan oleh sambungansambungan listrik yang kurang baik. Penyimpangan-penyimpangan dari komposisi larutan, kondisi operasi yang tidak sesuai menyebabkan adanya permasalahan operasi (trouble) yang berakibat pada kualitas plating tidak sesuai dengan harapan. Pelapisan tidak merata Pelapisan tidak merata terutama pada daerah yang berlekuk atau daerah dengan rapat arus rendah disebabkan daya tembus yang kurang baik karena Teknologi Industri Elektroplating



49



perbandingan antara seng oksida dan sodium sianida tidak sesuai. Cek komposisi dan koreksi komposisi larutan sesuai formula dengan menambahkan komponen penyusun elektrolit atau pengenceran elektrolit. Waktu pelapisan lama Konsentrasi seng rendah mengakibatkan pelapisan lambat. Demikian juga konsentrasi sodium sianida maupun soda api rendah menyebabkan daya hantar listrik kecil sehingga arus yang dihantarkan ke katoda rendah menyebabkan waktu pelapisan menjadi lama. Tambahkan sianida dan soda api sesuai dengan formula. Deposit kasar Larutan kotor dengan padatan yang melayang-layang biasanya ikut mengendap di katoda sehingga menyebabkan lapisan (deposit) menjadi kasar. Saring larutan sehingga padatan yang melayang-layang dapat dihilangkan dari larutan. Ujung-ujung benda kerja terbakar Daerah yang memperoleh rapat arus besar terutama pada ujung-ujung benda kerja terbakar karena konsentrasi seng terlalu tinggi. Cek komposisi larutan dan lakukan koreksi ke komposisi standar sesuai formula atau anoda sementara diganti dengan anoda inaktif dengan bahan dari stainless steel atau titanium. Kerapatan arus yang terlalu besar mengakibatkan suplai arus yang berlebihan pada ujung-ujung benda, sehingga menjadi terbakar. Deposit kurang mengkilap Kenampakan hasil pelapisan kurang mengkilap karena kekurangan zat aditif berupa brightener. Tambahkan brightener sesuai dengan petunjuk penggunaan. Penambahan yang berlebihan akan menyebabkan kontaminasi larutan. Noda-noda hitam pada deposit Kontaminasi besi yang terdapat pada larutan elektrolit akan mengakibatkan pengendapan pada katoda sehingga membentuk noda-noda pada benda kerja. Kandungan besi dapat dicegah dengan menggunakan air distilat. Apabila senyawa besi berasal dari korosi atau benda jatuh, selalu dilakukan kontrol pipa-pipa atau sistem kerja yang baik. Larutan yang sudah terkontaminasi dapat dilakukan purifikasi. 50



Teknologi Industri Elektroplating



Pengelupasan lapisan Pembersihan permukaan benda yang kurang sempurna menyebabkan penempelan lapisan seng kurang lekat dan mudah mengelupas. Lakukan prosedur pembersihan dengan baik dan benar sehingga semua kerak, kotoran, sisa-sisa minyak dan asam benar-benar telah hilang.



Teknologi Industri Elektroplating



51



52



Teknologi Industri Elektroplating



6 PELAPISAN TEMBAGA 6.1.



KEGUNAAN DAN SIFAT-SIFAT TEMBAGA



Tembaga atau Cuprum (Cu) merupakan logam yang banyak sekali digunakan, karena mempunyai sifat hantaran arus dan panas yang tinggi. Tembaga digunakan untuk pelapisan dasar karena dapat menutup permukaan bahan yang dilapis dan mempunyai leveling yang baik. Pelapisan dasar tembaga diperlukan untuk pelapisan lanjut dengan nikel yang kemudian dilakukan pelapisan akhir krom, kuningan, perak atau emas. Plating tembaga dilakukan dengan larutan sianida, pirofosfat maupun larutan asam. Tahapan pertama dilakukan plating tembaga sianida kemudian dilanjutkan dengan plating tembaga asam atau tembaga pirofosfat. Sifat-sifat Fisika Tembaga • Logam yang berwarna kemerah-merahan dan berkilauan • Dapat ditempa, dibengkokkan dan merupakan penghantar panas dan listrik • Titik leleh: 1.083oC, titik didih: 2.301oC • Berat jenis tembaga sekitar 8,92 gr/cm3 Sifat-sifat Kimia Tembaga • Dalam udara kering sukar teroksidasi, akan tetapi jika dipanaskan akan membentuk oksida tembaga (CuO) Teknologi Industri Elektroplating



53



•



Dalam udara lembab akan diubah menjadi senyawa karbonat atau karat basa, menurut reaksi : 2 Cu + O2 + CO2 + H2O → (CuOH )2CO3



•



Tidak dapat bereaksi dengan larutan HCl encer maupun H2SO4 encer



•



Dapat bereaksi dengan H2SO4 pekat maupun HNO3 encer dan pekat Cu + H2SO4 → CuSO4 + 2 H2O + SO2 Cu + 4HNO3 pekat → Cu(NO3)2 + 2H2O + 2NO2 3Cu + 8HNO3 encer → 3Cu(NO3)2 + 4H2O + 2NO



6.2. PLATING TEMBAGA SIANIDA Aplikasi yang paling penting dari pelapisan tembaga sianida (Cyanide Copper Plating) adalah sebagai suatu lapisan dasar (undercoat) pada pelapisan baja (steel) sebelum dilapisi tembaga dari larutan asam yang biasanya diikuti pelapisan nikel dan krom. Tembaga sianida digunakan sebagai suatu lapisan awal untuk mendapatkan pelekatan yang bagus dan melindungi baja dari serangan keasaman larutan tembaga sulfat. Alasan pemilihan plating tembaga sianida untuk aplikasi ini karena sifat-sifatnya seperti penutupan lapisan yang bagus, daya tembus (throwing power) yang tinggi, dan kemudahan dilakukan buffing pada lapisan tembaga hasil plating sianida. Bila pelapisan tembaga pada baja menggunakan larutan tembaga asam secara langsung akan terbentuk lapisan yang kelekatannya kurang baik. Kemampuan penutupan plating sianida bagus sehingga bentuk-bentuk cekungan pada permukaan baja akan dapat tertutup dengan rata. Keunggulan ini digunakan sebagai dasar plating selanjutnya menggunakan logam pelapis tembaga lagi atau logam-logam pelapis lain. Lapisan setebal 0,25 hingga 0,50 m dapat dicapai oleh plating tembaga sianida selama 1 menit pada temperatur ruang.



54



Teknologi Industri Elektroplating



6.3. PERALATAN PLATING TEMBAGA SIANIDA Peralatan plating tembaga sianida terdiri dari: rectifier, bak plating, anoda tembaga, filter, pompa, dan pemanas. Anoda digunakan tembaga murni berbentuk batangan atau bulatan-bulatan seperti bola. Anoda sebagai sumber ion Cu perlu dibungkus dengan kain agar kotoran tetap tertahan pada kain dan tidak terikut ke larutan elektrolit. Apabila anoda berbentuk bulatan-bulatan, diletakkan pada keranjang yang terbuat dari titanium dengan dibungkus kain. Filter digunakan untuk menyaring partikel-partikel atau kotoran-kotoran yang melayang-layang di dalam elektrolit untuk mencegah kontaminasi yang dapat mengakibatkan terbentuknya lapisan yang kasar. Pemanas (heater) untuk memanaskan larutan dengan temperatur sekitar 60oC dapat menggunakan koil-koil listrik yang terbungkus kaca tahan panas atau baja tahan karat (stainless steel) atau titanium. 6.4. KOMPOSISI LARUTAN DAN KONDISI OPERASI Larutan elektrolit yang digunakan untuk plating tembaga sianida mengandung senyawa utama tembaga sianida (copper cyanide) ditambah dengan senyawa-senyawa lain untuk memperbaiki hantaran arus listrik. Ion tembaga bermuatan positif satu (Cu+) dalam larutan elektrolit akan menangkap satu elektron dan mengendap pada katoda, digantikan posisinya oleh anoda tembaga (Cu) yang terlarut ke dalam elektrolit, sehingga kadar ion tembaga dalam keadaan seimbang besarnya konstan. Komposisi larutan elektrolit pada tembaga sianida dikenal beberapa formula yang dikelompokkan sebagai formula I dan II. Formula I mengandung potasium sianida sedangkan formula II menggunakan sodium sianida.



Teknologi Industri Elektroplating



55



Tabel 6.1. Komposisi dan kondisi operasi plating tembaga sianida Formula I



Tipe : Strike Komponen dan kondisi operasi Tembaga sianida 15 g/L Potasium sianida 30 g/L Sianida bebas 8 g/L Temperatur 50-65oC Rapat arus 1-3 A/dm2 Efisiensi katoda 10-60 % Tipe : Rochelle Komponen dan kondisi operasi Tembaga sianida 45 g/L Potasium sianida 95 g/L Potasium hidroksida 0-1 g/L Rochelle salt 45 g/L Sianida bebas 8 g/L Temperatur 55-70oC Rapat arus katoda 1,5-6 A/dm2 Efisiensi katoda 30-70 % Tipe : Efisiensi Tinggi Komponen dan kondisi operasi Tembaga sianida 75 g/L Potasium sianida 130 g/L Potasium hidroksida 15-30 g/L Sianida bebas 22 g/L Temperatur 65-85oC Rapat arus katoda 1-10 A/dm2 Efisiensi katoda 99 %



56



Teknologi Industri Elektroplating



Tabel 6.2. Komposisi dan kondisi operasi plating tembada sianida Formula II



Tipe : Strike Komponen dan kondisi operasi Tembaga sianida 15 g/L Sodium sianida 23 g/L Sodium karbonat 15 g/L pH 12-12,6 Temperatur 30-40oC Rapat arus katoda 1-2 A/dm2 Efisiensi katoda 30 % Tipe : Rochelle Komponen dan kondisi operasi Tembaga sianida 40 g/L Sodium sianida 50 g/L Sodium karbonat 30 g/L Rochelle salt 60 g/L pH 10,2-10,5 Temperatur 40-60oC Rapat arus katoda 2-4 A/dm2 Efisiensi katoda 50 % Tipe : Efisiensi Tinggi Komponen dan kondisi operasi Tembaga sianida 75 g/L Sodium sianida 100 g/L Sodium hidroksida 30 g/L pH > 13 Temperatur 70-80oC Rapat arus katoda 3-6 A/dm2 Efisiensi katoda 100 % Larutan strike menghasilkan lapisan tembaga yang sangat tipis. Larutan strike dapat pula dipakai sebagai pembersih dengan pencelupan pada larutan sianida yang ditandai dengan keluarnya gas yang banyak pada Teknologi Industri Elektroplating



57



benda kerja sehingga kotoran-kotoran yang menempel akan mengelupas. Larutan ini terutama digunakan pada zinc die casting dan komponenkomponen dari baja sebagai lapisan dasar, untuk selanjutnya dilakukan pelapisan tembaga tebal atau pelapisan dengan logam-logam lain. Formula kecepatan tinggi atau efisiensi tinggi digunakan untuk plating tembaga tebal, sementara proses Rochelle digunakan untuk menghasilkan pelapisan yang bersifat antara strike dan kecepatan tinggi. Garam-garam Rochelle tidak terdekomposisi dan hanya berkurang melalui drag-out yaitu terikutnya larutan pada benda kerja pada saat pengambilan dari tanki plating. Kecepatan plating dari larutan Rochelle dan kecepatan tinggi lebih tinggi dibanding larutan strike sebab kerapatan arus katoda dan efisiensi katoda lebih tinggi. Temperatur operasi juga merupakan suatu faktor yang penting dalam kecepatan plating. Larutan Rochelle dan kecepatan tinggi dapat dioperasikan pada temperatur relatif tinggi. 6.5. FUNGSI KOMPONEN UTAMA ELEKTROLIT TEMBAGA SIANIDA Tembaga Sianida (Copper Cyanide, CuCN) Berupa serbuk seperti semen yang sukar larut dalam air dan bersifat racun. Tembaga sianida merupakan sumber ion tembaga valensi satu yang akan terdeposisi pada katoda. Kelarutan dalam air sangat rendah sehingga untuk melarutkannya perlu dilakukan pemanasan dan ditambahkan senyawa sodium sianida untuk membentuk garam-garam kompleks yang mudah larut dalam air. Potasium dan Sodium Sianida (KCN, NaCN) Potasium sianida berbentuk padatan segi empat berwarna putih yang sering disebut dengan apotas dan sering disalahgunakan untuk meracuni ikan. Bahan-bahan ini berfungsi melarutkan tembaga sianida membentuk garam rangkap yang larut dalam elektrolit, dengan reaksi sebagai berikut : 2 KCN + CuCN → K2Cu(CN)3 Banyak pengrajin atau perusahaan yang membeli secara langsung larutan yang mengandung garam-garam rangkap siap pakai karena reaksi yang terjadi eksotermis dan tembaga sianida merupakan bahan kimia yang 58



Teknologi Industri Elektroplating



beracun. Garam-garam potasium menghasilkan larutan yang dapat menahan rapat arus besar tanpa terbakar. Sodium sianida banyak dipakai sebagai pengganti Potasium sianida untuk meramu larutan-larutan Strike maupun untuk proses Rochelle, karena harganya yang relatif murah. Sianida Bebas Sianida bebas berfungsi untuk mempercepat laju pelarutan anoda-anoda tembaga. Sianida bebas akan menyatu dengan ion-ion tembaga valensi satu dan membentuk garam-garam kompleks yang larut selama anoda-anoda melarut. Untuk melarutkan 1 gr/l CuCN diperlukan 1,45 gr/l KCN, dan kelebihannya dianggap sebagai sianida bebas. Sianida bebas dengan kadar rendah dalam larutan menyebabkan polarisasi anoda, mengakibatkan pembentukan tembaga oksida (cupric oxide) ditandai dengan warna biru dan menyebabkan pengurangan efisiensi serta kekilapan hasil plating berkurang. Jika sianida bebas terlalu tinggi, daya tembus arus plating berkurang. Sianida bebas memperbesar konduktivitas di dalam larutan Strike dan Rochelle. Potasium dan Sodium Hidroksida Potasium maupun sodium hidroksida biasanya ditambahkan pada larutan kecepatan tinggi untuk mendapatkan konduktivitas larutan yang baik, meningkatkan daya tembus dan lapisan hasil yang mengkilap. Biasanya hanya sejumlah kecil hidroksida ditambahkan pada larutan Strike dan Rochelle untuk mengatur dan menjaga pH dalam rentang yang tepat. Penambahan hidroksida yang banyak harus dihindari karena bila berlebihan akan menyerang zinc die casting. Potasium dan Sodium Karbonat Karbonat ditambahkan pada larutan-larutan Strike dan Rochelle terutama untuk memudahkan kontrol pH. Senyawa karbonat juga mengurangi polarisasi anoda. Karbonat tidak ditambahkan dengan sengaja pada larutanlarutan efisiensi tinggi, tetapi terbentuk dalam larutan dengan adanya dekomposisi dari sianida dan adanya karbondioksida yang terambil dari udara. Sodium karbonat mempunyai kelarutan maksimum sekitar 100 gr/l, sementara potasium karbonat dapat larut sampai sekitar 300gr/l. Kelebihan karbonat dapat mengurangi efisiensi plating, kadarnya dapat dikurangi dengan cara pengendapan menggunakan barium atau kalsium sianida. Teknologi Industri Elektroplating



59



Sodium karbonat dapat juga dikristalkan dengan pendinginan larutan plating di dalam tangki yang terpisah. 6.6. PENGARUH KONTAMINAN Senyawa Sulfur Kehadiran senyawa-senyawa sulfur dalam berbagai bentuk, biasanya mengakibatkan lapisan pudar pada rapat arus plating 2,5-5 A/dm2. Penambahan sedikit seng sianida dapat menghilangkan kepudaran lapisan. Oleh karenanya lebih baik menghilangkan senyawa sulfur ini langsung dari sumbernya agar tidak terikut pada elektrolit. Asam Kromat (Chromic Acid, Chromium6+) Adanya asam kromat dalam larutan akan menghasilkan lapisan yang pudar, melepuh, tidak lekat meskipun dengan konsentrasi yang sangat rendah sekitar 3 ppm. Krom tidak mengganggu bila berada dalam keadaan valesi 3+, sehingga Cr6+ perlu direduksi menjadi Cr3+ dengan senyawa pereduksi seperti sodium hidrosulfit. Senyawa gula atau dekstrosa lebih baik digunakan sebagai senyawa pereduksi pada larutan plating efisiensi tinggi untuk menghindari penambahan senyawa sulfur sebagai pereduksi. Tembaga Oksida (Copper Oxide) Tembaga oksida dalam elektrolit merupakan salah satu sumber utama kekasaran lapisan pada benda kerja. Senyawa ini sangat ringan dan tidak mudah mengendap ke dasar tangki. Bila senyawa ini kontak dengan katoda, ion tembaga dengan segera tereduksi menjadi logam tembaga. Ukuran partikel logam tumbuh dengan cepat sebab kerapatan arus pada permukaan sangat tinggi sehingga mengakibatkan lapisan kasar. Partikulat-partikulat Partikulat-partikulat adalah partikel-partikel logam dan oksidanya yang terbentuk selama pemolesan, kotoran dan debu-debu lainnya. Partikulat dapat mengakibatkan kekasaran lapisan. Partikel-partikel tembaga atau tembaga oksida yang dihasilkan pada anoda, cenderung mengendap pada permukan dari bagian-bagian yang dekat dengan anoda menghasilkan lapisan yang kasar.



60



Teknologi Industri Elektroplating



Seng Adanya sejumlah kecil seng dalam larutan menjadikan lapisan lebih terang. Jika seng dibiarkan bertambah secara berlebihan sehingga konsentrasinya tinggi, akan menghasilkan lapisan yang menyerupai kuningan. Seng ini dapat dihilangkan dengan elektrolisis larutan pada kerapatan arus rendah. Konsentrasi maksimum seng yang diijinkan dalam larutan sebesar 50 ppm. Bahan-bahan organik Bahan-bahan organik dari metal cleaner dan sumber-sumber lain dapat menyebabkan kontaminasi berat pada larutan plating tembaga sianida. Untuk menghilangkan kontaminan-kontaminan tersebut, dilakukan dengan pemberian sejumlah kecil hidrogen peroksida (H2O2) encer dilanjutkan dengan adsorpsi menggunakan karbon aktif. Hidrogen peroksida mengoksidasi impuritas-impuritas organik menjadi senyawa-senyawa yang kurang dapat larut, yang kemudian lebih mudah dihilangkan dengan karbon aktif. 6.7. KONTROL LARUTAN PLATING Komposisi larutan plating tembaga sianida perlu dikontrol untuk mempertahankan komposisi yang sesuai dengan kondisi operasi yang dipilih, terutama kandungan senyawa tembaga sianida dan sodium atau potasium sianida. Kadar Tembaga Sianida (CuCN) Prosedur analisis (metode 1) : • Pipet 2 ml larutan plating ke dalam erlenmeyer 250ml • Tambahkan 15 ml HNO3 dan NH4OH pekat hingga berwarna biru tua • Panaskan larutan hingga temperatur 60 0C • Tambahkan indikator PAN • Titrasi dengan larutan EDTA 0,1 M hingga terjadi perubahan warna dari ungu menjadi hijau • Perhitungan kadar : gr/l CuCN = ml EDTA x M x 44,75 gr/l Cu = ml EDTA x M x 31,75



Teknologi Industri Elektroplating



61



Prosedur analisis (metode 2) : • Pipet 2 ml larutan plating ke dalam erlenmeyer 250ml • Tambahan 100 ml H2O dan 15 ml HNO3 pekat • Panaskan hingga berwarna biru dan asap coklat tidak muncul lagi • Tambahkan NH4OH hingga berwarna biru tua • Tambahkan asam asetat hingga berwarna biru terang • Tambahan 5 gr KI • Titrasi dengan larutan Na2S2O3 0,1 N hingga berwarna kuning pucat • Tambahkan 5 ml larutan amilum, lanjutkan titrasi hingga tak berwarna • Perhitungan kadar : gr/l CuCN = ml Na2S2O3 x N x 44,75 Kadar NaCN atau KCN : Prosedur analisis : • Pipet 10 ml larutan plating ke dalam erlenmeyer 250 ml • Tambahkan 50 ml H2O, dan 10 ml larutan KI 10 % • Titrasi dengan larutan AgNO3 0,1 N hingga terjadi perubahan warna dari jernih menjadi keruh • Perhitungan kadar : gr/l NaCN = ml AgNO3 x N x 9,8 gr/l KCN = ml AgNO3 x N x 13 6.8. PERMASALAHAN DAN PEMECAHANNYA Hasil akhir dari proses plating tembaga menggunakan larutan sianida adalah kualitas lapisan yang menempel pada benda kerja. Kualitas yang diharapkan meliputi pelapisan dan ketebalan yang merata dan seragam, warna mengkilap dan tidak terbentuk noda-noda pada benda kerja yang dilapis. Permasalahan operasi seringkali juga muncul dikarenakan kondisi larutan yang sudah tidak memenuhi syarat, adanya kontaminan, dan bisa juga disebabkan oleh sambungan-sambungan listrik yang kurang baik. Penyimpangan-penyimpangan dari komposisi larutan dan kondisi operasi merupakan permasalahan yang berakibat pada buruknya kualitas plating. 62



Teknologi Industri Elektroplating



Bila pengaruhnya sangat nyata pada kualitas lapisan, segera lakukan pemecahan masalah dan koreksi komposisi maupun kondisi operasi. Waktu pelapisan lama Waktu pelapisan lama disebabkan kadar potasium/sodium sianida dalam elektrolit rendah sehingga konduktivitas dan laju pelarutan anoda rendah. Untuk mengatasi hal ini, cek komposisi larutan dan segera tambahkan potasium/sodium hingga kadar yang sesuai dengan formula. Waktu pelapisan lama dapat pula disebabkan kerapatan arus yang rendah. Cek suplai arus dan naikkan hingga diperoleh rapat arus sesuai kondisi operasi. Lapisan melepuh Lapisan yang melepuh pada katoda dapat disebabkan oleh pembersihan yang kurang sempurna dan atau kadar sodium sianida terlalu tinggi. Hal ini dapat diatasi dengan cara pembersihan benda kerja dengan baik sehingga kotoran-kotoran yang menempel pada benda kerja benar-benar telah hilang. Kadar sodium sianida dalam larutan perlu dicek dan apabila terlalu tinggi dari kondisi yang ditetapkan sesuai formula, diturunkan dengan pengenceran atau penambahan tembaga sianida. Tidak terjadi pelapisan Pelapisan tidak terjadi pada katoda dapat disebabkan kekeliruan rangkaian arus dari rectifier, misalkan kutub positif dihubungkan dengan katoda sedangkan kutub negatif dihubungkan dengan anoda. Seringkali dalam praktek, didapati pula kontak-kontak yang tidak tersambung dengan baik. Untuk mengatasi hal ini cek semua sambungan, kencangkan dan bersihkan sehingga arus dapat mengalir dengan baik melalui penghantar. Lapisan tidak terbentuk pada katoda dapat pula disebabkan kadar sodium sianida yang terlalu tinggi. Bila hal ini terjadi, cek kadar larutan dan turunkan kadar sodium sianida. Lapisan tipis Lapisan yang tipis pada katoda disebabkan kadar tembaga sianida yang rendah, menjadikan waktu plating lama. Untuk mengatasinya tambahkan tembaga sianida sesuai kebutuhan kondisi operasi.



Teknologi Industri Elektroplating



63



6.9. PLATING TEMBAGA ASAM Elektroplating dengan larutan asam untuk memenuhi kebutuhan industri dilakukan setelah plating menggunakan larutan tembaga sianida. Kegunaan pelapisan tembaga asam antar lain: • sebagai suatu lapisan dasar untuk pelapisan selanjutnya • pembuatan silinder cetak rotrogavure pada industri percetakan • pada printed circuit board dan bidang-bidang industri elektronika lainnya • pada electroforming berbagai komponen • pada industri tenaga listrik untuk mempertinggi kapasitas hantaran arus kabel atau batangan yang terbuat dari baja. Penggunaan pelapisan tembaga asam yang paling sering adalah sebagai lapisan dasar (undercoat) untuk pelapisan nikel dan kromium pada baja dan plastik. Pelapisan tembaga pada plastik melalui beberapa prosedur seperti conditioning, etching plastik, deposisi suatu logam mulia, dan plating tanpa bantuan arus listrik (electrolessplating) baru kemudian dilanjutkan dengan plating tembaga asam. Pemilihan tembaga asam didasarkan pada keunggulan hasil yaitu lebih ulet, lebih mengkilap, kemampuan untuk menghasilkan leveling yang baik, serta kecepatan plating yang lebih tinggi dan kemudahan untuk mengontrol elektrolit. 6.10. PERALATAN PLATING TEMBAGA ASAM Peralatan plating tembaga asam terdiri dari rectifier, bak plating, anoda tembaga, penghantar, filter, pompa dan blower. Anoda digunakan tembaga murni yang mengandung fosfor 0,02-0,08 %, berbentuk batangan atau bulatan-bulatan seperti bola. Anoda sebagai sumber ion Cu perlu dibungkus dengan kain agar kotoran tetap tertahan pada kain dan tidak terikut ke larutan elektrolit. Sedangkan anoda berbentuk bulatan-bulatan, diletakkan pada keranjang yang terbuat dari titanium dengan dibungkus kain.



64



Teknologi Industri Elektroplating



Blower sebagai agitator digunakan untuk meniupkan udara ke dalam larutan elektrolit agar terjadi turbulensi sehingga larutan menjadi homogen. Efek pada lapisan menjadi mengkilap dan cakupan pelapisan optimum. Udara yang digunakan harus betul–betul bebas dari minyak, karenanya udara dari kompresor tidak cocok digunakan karena mengandung minyak. Blower harus di lengkapi dengan saringan debu pada sisi penghisapan. Pipa-pipa untuk agitasi menggunakan bahan dari PVC agar tahan terhadap asam dan tidak menyebabkan kontaminasi larutan. 6.11. KOMPOSISI LARUTAN TEMBAGA ASAM Larutan elektrolit tembaga asam terdiri dari garam–garam tembaga seperti tembaga sulfat (copper sulfate) dan tembaga fluoroborat (copper fluoborate) dan asam sulfat. Penggunaan senyawa klorida dimaksudkan untuk mempertinggi hantaran arus listrik. Mekanisme pelarutan logam Cu dari anoda, dan pengendapan pada katoda melewati elektrolit sebagai berikut : → Cu2+ + 2e



Anoda :



Cu



Katoda :



Cu2+ + 2e → Cu Cu + Cu2+ → Cu2+ + Cu



Anoda tembaga Cu terlarut ke dalam elektrolit, menggantikan ion Cu2+ dalam larutan elektrolit yang mengendap pada katoda Komposisi larutan tembaga asam yang banyak digunakan berdasarkan komposisi 1,2 dan 3, tercantum pada Tabel 6.3. Tabel 6.3. Komposisi dan kondisi operasi plating tembaga asam



Formula 1 Komponen dan kondisi operasi Tembaga sulfat 200 gr/l Asam sulfat 50 gr/l, s.g. 1,84 Specific gravity 19oBe (pada 27oC) Temperatur 30 – 50oC Kerapatan arus 2 – 5 A/dm 2 Efisiensi katoda 95 – 100 % Teknologi Industri Elektroplating



65



Tabel 6.3. Komposisi dan kondisi operasi plating tembaga asam (lanjut)



Formula 2, dengan klorida Komponen dan kondisi operasi Tembaga sulfat 250 gr/l Asam sulfat 90 gr/l Klorida 50 mg/l Kerapatan arus 2 – 4 A/dm2 Perbandingan anoda : katoda 1:1 Agitasi Udara Filtrasi Kontinyu Temperatur 24 – 32o C Formula 3 Komponen dan kondisi operasi Tembaga sulfat 200 –240 gr/l Asam sulfat 55-65 gr/l Klorida sedikit Aditif, organik sedikit Rapat arus 25 A/dm2 Temperatur 28-35oC Efisiensi katoda 100 % Larutan tembaga asam dapat digunakan untuk pelapisan tembaga tebal. Larutan ini kurang tepat digunakan untuk melapis secara langsung pada bahan baja atau campuran seng, karena akan menghasilkan lapisan yang kurang lekat. Untuk baja diperlukan lapisan awal strike tembaga sianida atau strike nikel, sementara untuk zinc alloy hanya digunakan suatu strike tembaga sianida. Larutan tembaga asam bersifat ekonomis, sederhana komposisinya, dan mudah dioperasikan sehingga digunakan secara luas untuk pelapisan tembaga. Keuntungan lainnya adalah bahwa konduktivitas listrik tinggi dan pemakaian daya rendah. Larutan ini juga digunakan untuk plating kabel listrik kekuatan tinggi maupun untuk rol cetak. Peningkatan temperatur larutan akan menurunkan kemampuan bahan– bahan aditif dalam memberikan kekilapan dan leveling, sehingga untuk mempertahankannya perlu ditambahkan brightener. Sedangkan pada 66



Teknologi Industri Elektroplating



temperatur rendah akan mengurangi konduktivitas larutan. Untuk tempat– tempat yang cenderung dingin diperlukan alat pemanas. Sedangkan bila temperatur larutan cenderung naik dapat diturunkan dengan pendinginan sehingga tetap berada pada kisaran temperatur yang ditentukan. 6.12. FUNGSI KOMPONEN UTAMA TEMBAGA ASAM Tembaga sulfat Tembaga sulfat pada konsentrasi rendah yaitu di bawah rentang kondisi operasi akan kehilangan sedikit kemampuan leveling dan terjadi penurunan konduktivitas larutan, sehingga laju plating menjadi lambat akibat kerapatan arus yang terbatas. Sedangkan pada konsentrasi tinggi akan terjadi penurunan kekilapan dan leveling pelapisan. Asam sulfat Pada konsentarsi asam sulfat yang rendah terjadi polarisasi anoda sehingga konduktivitas larutan menjadi rendah terutama di sekitar katoda. Akibatnya kecepatan pelapisan menjadi rendah dan waktu pelapisan menjadi lama serta tidak merata. Pada konsentrasi asam sulfat yang tinggi terjadi peningkatan pelarutan anoda tembaga yang berakibat pada peningkatan konsentrasi tembaga pada larutan dan konsentrasi menjadi tidak seimbang. 6.13. PENGARUH KONTAMINAN Alumunium Aluminium di atas 50 ppm dapat menyebabkan lapisan pudar di daerah rapat arus rendah. Senyawa alumunium tidak bisa dihilangkan dengan mudah. Cegah agar larutan tidak terkontaminasi oleh alumunium. Antimony Antimony bisa berasal dari impuritas anoda. Kadar di atas 20 ppm dapat mengakibatkan lapisan rapuh. Penghilangan dapat dilakukan dengan melakukan dummy pada rapat arus rendah (0,5 – 1 A/dm2 ). Kalsium Kalsium mengakibatkan lapisan kasar, merupakan senyawa terlarut dalam air dan dapat dilakukan pengendapan sebagai sulfat. Kalsium sulfat dapat dihilangkan dengan filtrasi. Teknologi Industri Elektroplating



67



Besi dan seng Besi dan seng dalam larutan elektrolit tidak mengakibatkan pengaruh buruk pada plating asam sulfat, namun dapat berpengaruh pada penurunan kelarutan CuSO4. Kecepatan plating terpengaruh sedikit saja sebagai akibat menurunnya daya hantar cairan. Kromium valensi enam Larutan dapat tahan terhadap kontaminasi kromium valensi enam (hexavalent) hingga 100 ppm. Kontaminasi mengakibatkan kehilangan kekilapan dan lapisan menjadi pudar total pada kadar krom sekitar 1000 ppm. Wetting agent dapat ditambahkan ke dalam larutan, tetapi dapat berpengaruh pada kualitas lapisan bila ditambahkan pada konsentrasi yang terlalu tinggi. Kontaminasi organik Kontaminasi organik menyebabkan lapisan menjadi berlubang-lubang, mempunyai bintik–bintik, pudar, berbutir kasar, rapuh, terbakar dan menyebabkan kehilangan leveling yang cepat. Sumber kontaminasi organik adalah minyak yang berasal dari kompresor untuk agitasi. Udara yang bebas minyak dari blower sangat baik digunakan. Pengolahan larutan menggunakan adsorpsi karbon aktif dapat menghilangkan kontaminasi organik. 6.14. KONTROL LARUTAN Kadar senyawa-senyawa dalam elektrolit serta asam bebas perlu selalu diperiksa agar komposisi larutan dapat selalu dijaga. Efisiensi arus anoda yang tinggi sering menjadi penyebab tidak seimbangnya kadar garam dan asam. Komposisi larutan dapat dikontrol secara praktis menggunakan hydrometer untuk mengukur berat jenis dan analisis konsentrasi larutan. 1. Pengukuran berat jenis Konsentrasi dapat diketahui secara cepat meskipun kasar dengan hydrometer yang menunjukkan oBe. Tabel berikut mengambarkan hubungan berat jenis, oBe dan konsentrasi tembaga sulfat + asam sulfat.



68



Teknologi Industri Elektroplating



Tabel 6.4. Hubungan oBe dengan berat jenis



Berat jenis pada 25oC 1,12 1,13 1,14 1,15 1,16 1,17 1,18



oBaume



( oBe 15,4 16,5 17,7 18,8 19,8 20,9 22,0



)



Tembaga sulfat = asam sulfat (gr/l ) 200 217 234 251 268 286 303



2. Analisis kimia volumetrik larutan Tembaga dalam larutan tembaga asam Prosedur analisis : • Pipet 2 ml larutan tembaga asam ke dalam erlenmeyer 250 ml • Tambah 100 ml aquades dan NH4OH hingga berwarna biru tua • Tambahkan asam asetet pekat hingga berwarna biru muda • Tambahkan 5 gr padatan KI, goyang-goyang atau aduk-aduk hingga bercampur, membentuk suatu larutan yang berwarna coklat gelap keruh. • Titrasi dengan segera menggunakan larutan thiosulfat Na2S2O3 0,1 N sambil terus digoyang-goyang hingga larutan menjadi kuning muda. • Tambahkan 5 ml larutan pati (starch) dan lanjutan titrasi hingga tak berwarna • Perhitungan : gr/l Cu = ml Na2S2O3 x N x 31,75 Kadar asam dari larutan plating tembaga Prosedur analisis : • Pipet 10 ml sampel ke dalam erlenmeyer 250 ml • Tambahkan 100 ml aquades • Tambahkan 3 hingga 5 tetes indikator methyl orange • Titrasi dengan larutan NaOH 1 N sambil terus di goyanggoyang hingga warna merah berubah hijau. • Perhitungan: gr/l asam sulfat, H2SO4 = ml NaOH x N x 4,9 Teknologi Industri Elektroplating



69



6.15. PERMASALAHAN DAN PEMECAHANNYA Permasalahan operasi yang sering dijumpai pada plating tembaga asam adalah menurunnya atau tidak terpenuhinya kualitas lapisan plating pada benda. Permasalahan dan hasil plating pada benda kerja yang sering dijumpai adalah lapisan kasar, anoda terlapisi warna hitam/coklat, daya tembus rendah, lapisan bercoreng dan tampak gelap, cairan cenderung mengendapkan garam-garam pada dinding tangki, anoda-anoda mengkilap dan berkristal, ujung-ujung benda kerja terbakar dan terjadi penumpukan deposit. Lapisan Kasar Bahan-bahan dan partikulat yang melayang-layang di dalam larutan plating akan ikut mengendap di katoda menyebabkan lapisan menjadi kasar. Permasalahan ini dapat diatasi dengan melakukan penyaringan larutan menggunakan filter dan anoda–anoda dibungkus dengan kain tahan asam agar kotoran tertahan dan tidak masuk ke dalam larutan. Anoda terlapisi warna hitam/coklat Kandungan asam rendah menyebabkan anoda terlapis dengan warna hitam/coklat. Analisis konsentrasi asam pada elektrolit secara teratur dan tambahkan kekurangnya. Daya tembus rendah Daya tembus (throwing power) rendah disebabkan kadar asam rendah, sehingga beberapa tempat yang rumit tidak dapat terlapisi dengan baik. Analisis konsentrasi asam dan tambahkan sesuai keperluan. Lapisan bercoreng dan tampak gelap Adanya impuritas organik menjadi penyebab lapisan tampak berwarna gelap. Saring larutan dengan karbon aktif agar kontaminan organik tertahan dan teradsorpsi sehingga lapisan menjadi cerah. Garam-garam mengendap, menempel pada dinding tangki Konsentrasi asam dan/atau tembaga sulfat tinggi mengakibatkan garam tembaga sulfat cenderung mengendap dan juga menempel pada dinding tanki. Analisis larutan elektrolit, ambil sebagian larutan dan encerkan 70



Teknologi Industri Elektroplating



sisanya dengan air murni hingga tercapai komposisi awal yang dipersyaratkan. Anoda-anoda mengkilap dan berkristal Temperatur operasi rendah mengakibatkan pembentukan kristal pada anoda. Naikkan temperatur larutan dengan memanaskannya. Kadar asam agak tinggi juga sebagai penyebabnya, dapat diatasi dengan melakukan analisis konsentrasi asam dan turunkan dengan penambahan tembaga karbonat. Ujung-ujung benda kerja terbakar dan terjadi penumpukan. Kerapatan arus dan tegangan terlalu tinggi mengakibatkan ujung-unjung benda kerja mendapatkan arus yang lebih besar sehingga terjadi penumpukan lapisan dan rapat arus yang terlalu besar menyebabkan lapisan dapat terbakar. Kurangi arus dan jika jarak anoda-katoda terlalu dekat dapat diperlebar.



Teknologi Industri Elektroplating



71



72



Teknologi Industri Elektroplating



7 PELAPISAN NIKEL 7.1. KEGUNAAN DAN SIFAT-SIFAT NIKEL Nikel (nickel) merupakan logam pelapis yang digunakan secara luas dalam industri plating, baik untuk aplikasi dekoratif maupun protektif. Kemampuan melapis nikel dengan kekerasan sedang dan kecemerlangan tinggi, menjadikannya sebagai suatu pilihan terbaik untuk pelapisan dasar aplikasi dekoratif. Nikel diperlukan terutama sebagai suatu lapisan bawah (undercoat) untuk pelapisan kromium dekoratif yang melapisi komponen– komponen yang terbuat dari baja, tembaga, plastik dan campuran alumunium dan magnesium. Nikel juga digunakan sebagai lapisan dasar plating kuningan (brass), perak, emas dan rhodium. Pelapisan protektif terutama ditujukan untuk menghasilkan permukaan benda lebih keras dan tahan terhadap korosi. Sifat Fisika Nikel ▪ Nikel murni berwarna putih cemerlang dan sedikit keabu-abuan. ▪ Nikel mempunyai berat jenis sedang dalam deretan logam berat dengan titik leleh dan titik didih agak tinggi, yaitu : • berat jenis : 8,9 gr/cm3 • titik leleh : 1.455oC • tititk didih : 2.900oC ▪ Logam nikel bersifat keras, dapat ditempa dan dapat dibengkokkan.



Teknologi Industri Elektroplating



73



Sifat Kimia Nikel ▪ Dengan HCl dan H2SO4 encer bereaksi sangat lambat dan membebaskan gas H2 menurut persamaan reaksi : Ni + 2 HCl → NiCl2 + H2 Ni + H2SO4 → NiSO4 + H2  ▪



Dengan asam nitrat reaksinya berlangsung lebih cepat dengan membebaskan gas NO yang bersifat racun : 3 Ni + 8 HNO3 → 3 Ni (NO3) + 4 H2O + 2 NO ↑



7.2. PERALATAN PLATING NIKEL Peralatan plating terdiri dari bak plating, anoda, penghantar, rectifier, blower, filter, dan pemanas (heater). Bahan yang akan dilapisi digunakan sebagai katoda dan logam pelapis nikel sebagai anoda. Anoda nikel dibungkus dengan kain agar kontaminan tertahan dan tidak masuk ke dalam larutan elektrolit. Anoda nikel dalam bentuk bulatan bola diletakkan dalam keranjang titanium. Filter digunakan untuk menangkap padatan–padatan tidak larut yang terdapat di dalam larutan plating. Padatan–padatan ini dapat menyebabkan lapisan menjadi kasar. Filter dibuat dari bahan–bahan yang tahan asam dengan kapasitas 2–4 kali volume bak per jam. Pompa asam dirangkai pada filter untuk mengalirkan elektrolit. Blower sebagai agitator digunakan untuk meniupkan udara ke dalam larutan elektrolit agar terjadi turbulensi sehingga larutan menjadi homogen. Efek pada lapisan yang diperoleh yaitu lapisan menjadi mengkilap dan penutupan lapisan optimum. Udara yang digunakan harus betul-betul bebas dari minyak, karenanya udara dari kompresor tidak cocok digunakan karena mengandung minyak. Blower harus dilengkapi dengan saringan debu pada sisi penghisapan. Pipa-pipa untuk agitasi menggunakan bahan dari PVC agar tahan terhadap asam dan tidak menyebabkan kontaminasi larutan. 74



Teknologi Industri Elektroplating



Heater digunakan untuk mensuplai panas ke dalam elektrolit sehingga dicapai temperatur yang diinginkan. Kenaikan temperatur akan menyebabkan gerakan perpindahan ion–ion makin cepat sehingga akan meningkatkan konduktivitas larutan. Pembungkus heater listrik dapat dibuat dari bahan–bahan keramik, titanium atau teflon. 7.3. LARUTAN PLATING NIKEL Elektrolit plating terdiri dari garam-garam nikel seperti nikel sulfat, nikel klorida, dan nikel sulfamat. Beberapa jenis larutan plating nikel yang telah dikenal secara luas dan digunakan dalam industri, di antaranya adalah : • • •



Larutan Nikel Watts (Watts Nickel) Larutan Sulfamat Larutan Nikel Hitam



Larutan plating nikel yang paling umum digunakan adalah formulasi Watts, dengan menggunakan tambahan bahan pengkilap (brightener) dan leveling. Larutan Watts merupakan larutan multiguna, yang dapat digunakan baik untuk plating dekoratif maupun protektif. Lapisan yang dihasilkan mempunyai kekerasan sekitar 150 VPN. Formulasi yang lain misalnya sulfamat digunakan untuk pelapisan nikel tebal, nikel hitam (black nickel) dan khusus untuk keperluan dekoratif. Pelapisan nikel meliputi pelarutan anoda dan pengendapan logam nikel pada katoda. Dengan menggunakan arus searah yang dihubungkan dengan anoda berkutub positif dan katoda berkutub negatif. Konduktivitas di antara kedua elektroda dipengaruhi oleh kadar garam-garam nikel.



Teknologi Industri Elektroplating



75



Apabila garam-garam nikel terlarut dalam air, nikel berada dalam larutan sebagai ion positif bermuatan dua (Ni2+). Ketika arus mengalir, ion nikel bermuatan +2 bereaksi dengan dua elektron (2e-) dan diubah menjadi logam nikel (Nio) yang mengendap dan melapisi katoda. Ni2+ + 2e → Nio Reaksi kesetimbangan elektrokimia dalam bentuk sederhananya pada anoda adalah: Nio → Ni2+ + 2e Ion-ion nikel yang ditangkap pada katoda digantikan oleh ion-ion nikel yang terbentuk pada anoda, maka proses pelapisan nikel dapat dijalankan untuk jangka waktu yang lama tanpa harus menambahkan larutan yang mengandung logam nikel. Tabel 7.1. Komposisi dan kondisi operasi plating nikel



Formula 1 Komponen dan kondisi operasi Nikel sulfat, NiSO4.6H2O 240 – 300 gr/l Nikel klorida, NiCl2.6H2O 40 – 60 gr/l Asam borat, H3BO3 25 – 40 gr/l Temperatur 21 – 650 (opt.550C ) pH 1,5 - 4,5 (opt.3,5 ) Agitasi udara / mekanis Kerapatan Arus 3 – 7 A/dm2 Formula 2 Komponen dan kondisi operasi Nikel sulfat, NiSO4.6H2O 240 gr/l Nikel klorida, NiCl2.6H2O 45 gr/l Asam borat, H3BO3 30 gr/l Temperatur 25 – 650 pH 4-5 Kerapatan arus 1 – 6 A/dm2 Efisiensi katoda 95 –100 % 76



Teknologi Industri Elektroplating



Tabel 7.1. Komposisi dan kondisi operasi plating nikel (lanjut)



Formula 3 Komponen dan kondisi operasi Nikel sulfat, NiSO4.6H2O 150–250 gr/l (225) Nikel klorida, NiCl2.6H2O 80–110 gr/l (90) Asam borat, H3BO3 40 – 50 gr/l (45) Temperatur 50 – 700 (opt.600C ) pH 4-5 (opt.4,5 ) Kerapatan arus 2 – 7 A/dm2 Untuk keperluan aplikasi plating dekoratif, pada larutan perlu ditambahkan bahan-bahan organik pengkilap (brightener) yang memodifikasi lapisan sehingga menghasilkan permukaan yang benar-benar cemerlang atau setengah cemerlang. Larutan baru dapat dibuat pada bak plating dengan cara mengisi bak dengan air bebas ion atau air distilat hingga dua per tiga volume yang diperlukan. Panaskan air hingga mencapai temperatur 50oC. Bahan yang ditambahkan pertama kali yaitu asam borat, larutkan dengan mengadukaduk dan kemudian tambahkan bahan-bahan kimia lainnya sesuai komposisi pada formula, diaduk terus-menerus sampai larut semua. Bila bahan telah larut semua, tambahkan air hingga volume yang diinginkan. 7.4. FUNGSI KOMPONEN UTAMA ELEKTROLIT Nikel Sulfat Berfungsi sebagai sumber utama ion nickel (Ni2+) yang relatif tidak mahal, anion sulfat bersifat stabil. Nikel sulfat mudah larut dalam air dan mempunyai pengaruh relatif lebih kecil terhadap konduktivitas elektrolit dibandingkan dengan ion-ion klorida. Ion nikel akan tereduksi menjadi logam nikel pada benda kerja sebagai yang bertindak sebagai katoda. Kadar nikel dalam larutan antara 45 sampai 80 gr/l, dengan kadar terbaik berkisar antara 55 gr/l hingga 60 gr/l. Bila kadar nikel meningkat mengakibatkan rapat arus maksimum juga meningkat, tetapi pada kadar nikel yang lebih tinggi akan menurunkan kemampuan gerak ion-ion karena Teknologi Industri Elektroplating



77



terbentuknya lapisan tipis pada benda kerja. Keadaan ini dapat diatasi dengan penambahan brightener dan leveler. Dalam praktek berarti pemakaian bahan-bahan aditif meningkat untuk menjaga tingkat kecemerlangan dan leveling lapisan. Pengaruh negatif yang dapat terjadi adalah banyaknya bahan-bahan organik di dalam larutan yang dapat mengganggu plating, bila penambahan tidak dilakukan pengontrolan dengan baik. Nikel Klorida Berfungsi sebagai sumber utama ion klorida. Ion klorida bersifat lebih konduktif dibanding ion sulfat, sehingga daya tembus meningkat dan rapat arus dapat dinaikkan. Fungsi utama dari klorida adalah untuk meningkatkan pelarutan anoda. Kadar klorida dalam larutan berkisar antara 20 dan 35 gr/l. Pada kadar yang terlalu rendah mengakibatkan penurunan distribusi logam konduktivitas kecil. Sedangkan pada kadar lebih dari 35 gr/l tidak akan banyak pengaruhnya pada distribusi logam dalam proses plating. Asam Borat Elektrolit mengandung asam borat optimal sebesar 45 gr/l. Kadar di bawah 40 gr/l menyebabkan pengurangan buffering, yang mengakibatkan lapisan terbakar di daerah dengan rapat arus tinggi. Kadar melebihi 50 gr/l pada temperatur rendah dapat menyebabkan kristalisasi, mengakibatkan penyumbatan pipa udara dan lapisan nikel menjadi kasar. Asam borat tidak dikonsumsi secara elektrolitik, perubahan konsentrasinya hanya dipengaruhi oleh larutan plating yang ikut terbuang. Oleh karenanya penambahan asam borat dalam elektrolit praktis tidak diperlukan. Keasaman (pH) Keasaman (pH) cairan juga harus dijaga dengan teliti. pH elektrolit nikel cenderung naik dalam operasi plating. Untuk menurunkan pH, dapat dilakukan dengan penambahan 200 ml/l asam sulfat dan untuk menaikannya panaskan cairan hingga 60oC, tambahkan nikel karbonat atau nikel hidroksida yang dimasukkan dalam kantung.



78



Teknologi Industri Elektroplating



7.5. PENGARUH KONTAMINAN Logam-logam terlarut Logam–logam yang terlarut dalam elektrolit seperti tembaga, seng, timah, dan besi mempengaruhi sifat lapisan. Adanya kromium dapat menganggu pelapisan benda kerja pada daerah dengan rapat arus rendah. Untuk menghilangkan impuritas–impuritas seperti tembaga, seng, dan timah, dilakukan proses dummy dengan rapat arus 0,1 hingga 0,2 A/dm2 selama semalam. Besi Besi dapat dihilangkan dengan menambahkan 20 % volume hidrogen peroksida (2 hingga 4 ml/l), naikkan pH larutan hingga 5,6 dengan penambahan nikel karbonat atau nikel hidroksida, aduk dengan baik memakai udara selama 4 hingga 5 jam dan saring. Atur pH sesuai harga yang diinginkan dengan penambahan asam sulfat encer. Kromium Untuk menghilangkan kromium, panaskan larutan hingga temperatur 60oC, tambahkan ferous sulfat (dalam suatu larutan yang telah diasamkan dengan asam sulfat), naikkan pH hingga 5,8 dan lakukan pengadukan dalam waktu yang cukup, saring larutan kemudian atur pH hingga harga yang diperlukan. Pengotor organik Pengotor-pengotor organik dapat mempengaruhi sifat lapisan. Hilangkan dengan adsorpsi menggunakan karbon aktif sebanyak 0,3 hingga 0,5 gr/l larutan. 7.6. KONTROL LARUTAN PLATING Kontrol terhadap larutan elektrolit dilakukan secara berkala untuk menjaga komposisi larutan, dilakukan dengan analisis volumetrik dan bila ada penyimpangan dilanjutkan dengan tindakan korektif. Analisis kimia dilakukan untuk mengetahui berapa kadar tiap-tiap komponen yang terdapat dalam larutan. Komposisi larutan dan kondisi operasi yang optimum akan menjamin efisiensi larutan pada tingkat maksimum sehingga diperoleh keseragaman lapisan yang berkualitas. Teknologi Industri Elektroplating



79



Berbagai faktor yang menyebabkan konsentrasi elektrolit menyimpang dari harga optimum disebabkan oleh berbagai hal, diantaranya : • elektrolit tumpah • penguapan cairan • drag-out tidak terkontrol • dekomposisi kimia • efisiensi anoda dan katoda yang tidak seimbang. Analisis kadar Nikel dalam larutan Watts Prosedur analisis: • Pipet 2 ml larutan plating ke dalam labu erlenmeyer 250 ml • Tambahkan 100 ml aquades dan 20 ml NH4OH pekat. • Isi buret dengan larutan EDTA 0,1 M. • Tambahkan indikator serbuk murexide dan titrasi dengan EDTA 0,1 M sambil digoyang-goyang. • Warna berubah dari oranye menjadi ungu, merupakan titik akhir titrasi. • Perhitungan : gr/l Ni = ml EDTA x M x 29,35 Analisa kadar Nikel klorida dalam larutan Watts Prosedur analisis: • Pipet 1 ml larutan plating ke dalam labu erlenmeyer 250 ml • Tambahkan 100 ml aquades dan 1 ml K2CrO4 • Titrasi dengan larutan AgNO3 0,1 N sambil digoyang-goyang sampai endapan yang terbentuk menjadi merah muda. • Perhitungan : gr/l NiCl2.6H2O = ml AgNO3 x N x 119 gr/l NiSO4.6H2O = 4,5 (Ni – 0,247 x NiCl2.6H2O) Analisis kadar Asam Borat dalam larutan Watts Prosedur analisis: • Pipet 10 ml larutan plating ke dalam labu erlenmeyer 250 ml • Tambahkan 25 ml aquades dan 5 gr mannitol dan bromo cressol purple. • Titrasi dengan NaOH 1 N sambil digoyang-goyang. 80



Teknologi Industri Elektroplating



• •



Warna berubah dari hijau menjadi ungu, merupakan titik akhir titrasi. Perhitungan : gr/l H3BO3 = ml NaOH x N x 6,175



7.7. PERMASALAHAN DAN PEMECAHANNYA Plating nikel merupakan proses yang cukup rumit. Larutan plating mudah sekali terkena kontaminasi yang berakibat pada buruknya kualitas plating atau malahan tidak terjadi pengendapan pada katoda karena larutan menjadi rusak. Analisis larutan secara berkala seperti yang telah diterangkan di atas merupakan tindakan pencegahan untuk menjaga komposisi larutan. Beberapa hal lain yang berkaitan dengan persiapan benda kerja juga menjadi penyebab permasalahan gagalnya operasi elektroplating. Pelepuhan atau pengelupasan lapisan Pelepuhan biasanya disebabkan oleh pembersihan yang kurang sempurna sehingga masih terdapat kotoran maupun minyak yang melekat pada benda kerja. Lakukan pembersihan dengan sempurna dan apabila lapisan melepuh, lakukan pengasahan ulang dan pembersihan dengan sempurna baru kemudian diplating. Lapisan kasar Lapisan kasar dapat disebabkan oleh padatan yang melayang-layang di dalam larutan, konsentrasi nikel rendah dan adanya kontaminasi logam lain. Lakukan penyaringan atau gunakan filter pada sistem peralatan elektroplating sehingga larutan terbebas dari kotoran. Konsentrasi nikel yang rendah dapat diatasi dengan penambahan nikel sulfat sesuai dengan formula yang digunakan. Sedangkan kontaminasi karena logam lain dapat diatasi dengan dummy pada rapat arus 0,1 A/dm2 dan atau menambahkan purifier yang akan mengikat ion logam dan tidak mengendap di katoda. Lapisan terbakar Arus yang terlalu tinggi dapat menyebabkan daerah dengan rapat arus tinggi menjadi terbakar terutama pada temperatur operasi rendah. Keadaan ini dapat diatasi dengan cara menurunkan arus dan menaikkan temperatur larutan. Teknologi Industri Elektroplating



81



Lapisan gelap di daerah kerapatan arus rendah Kontaminasi organik dalam larutan menyebabkan lapisan di daerah dengan rapat arus rendah menjadi gelap atau buram. Lakukan adsorpsi larutan dengan karbon aktif dan kemudian lakukan penyaringan. Daya tembus rendah Konsentrasi nikel rendah, rapat arus rendah atau aditif kurang menyebabkan daya tembus rendah sehingga pelapisan tidak dapat menjangkau bagian-bagian dengan lekuk yang terlalu dalam. Koreksi komposisi larutan dan naikkan arus sehingga memenuhi standar operasi.



82



Teknologi Industri Elektroplating



8 PELAPISAN KROM 8.1. KEGUNAAN DAN SIFAT-SIFAT KROM Kromium atau krom (Chrome) merupakan logam yang digunakan secara luas saat ini baik untuk keperluan perabot rumah tangga, kendaraan bermotor maupun rol logam pada industri. Pemakaian krom tidak dalam bentuk murni tetapi dilapiskan pada suatu benda padat dari logam lain. Dalam industri elektroplating, dikenal dua macam jenis pelapisan yaitu krom dekoratif dan krom keras (hard chrome). Kromium dekoratif merupakan suatu lapisan tipis kromium dengan ketebalan antara 0,25 hingga 0,75 m yang dilapiskan di atas lapisan dasar baik berupa tembaga-nikel maupun nikel saja. Lapisan ini memberikan kenampakan yang indah dan bersifat nontarnishing pada barang-barang yang dilapis. Lapisan krom dekoratif tahan terhadap abrasi dan memberikan kenampakan yang cemerlang sehingga banyak digunakan untuk pelapisan perabot rumah tangga, kendaraan bermotor dan mobil, pesawat terbang, alat-alat bedah dan gigi. Krom keras mempunyai ketebalan yang dapat mencapai 0,3 mm dengan kekerasan lebih dari 600 HV, dipakai pada alat-alat industri yang bergerak dan memerlukan ketahanan goresan dan abrasi tinggi. Urutan proses plating krom pada bahan besi/baja adalah pelapisan dasar dengan tembaga sianida, dilanjutkan dengan pelapisan tembaga asam, pelapisan nikel dan tahap akhir berupa pelapisan krom yang dikenal Teknologi Industri Elektroplating



83



sebagai plating 4 lapis. Sedangkan apabila menggunakan sistem 2 lapis, cukup menggunakan pelapis dasar nikel saja. Pelapisan krom keras dilakuakn secara langsung terhadap bahan dasar baja yang dilapis. Sifat-sifat Fisika Krom ▪ Krom merupakan logam yang berwarna putih mengkilap dan kebiru-biruan. ▪ Dapat ditempa dan tahan terhadap korosi. ▪ Berat atom : 51,996 ▪ Titik leleh : 2.130 oC, ▪ Titik didih : 2.945 oC ▪ Berat jenis : 7,19 g/cm3 Sifat-sifat Kimia Krom ▪ Ion krom mempunyai bilangan oksidasi bermacam-macam, yaitu : +2, +3, dan +6. Perbedaan valensi ini menentukan pula sifat-sifat kimia dan toksisitas krom. Krom dengan valensi +6 atau hexavalent chrome bersifat toksik, sehingga limbah krom diubah menjadi valensi +3 yang kurang toksik melalui reduksi dilanjutkan dengan pengendapan. ▪ Krom larut dalam HCl, menurut persamaan reaksi Cr + 2 HCl → CrCl2 + H2 8.2. PERALATAN PLATING KROMIUM Peralatan yang digunakan untuk plating krom terdiri dari rectifier, tanki atau bak plating, anoda pasif (inaktif), dan heater. Rectifier untuk suplai daya untuk plating dekoratif sebesar 6-12 volt, dapat menggunakan rectifier ataupun accumulator. Sedangkan untuk krom keras menggunakan rectifier. Tanki yang digunakan dilapisi dengan PVC. Tangki baru harus dibersihkan dengan seksama dan diberi larutan asam kromat encer selama semalam sebelum digunakan.



84



Teknologi Industri Elektroplating



Anoda untuk keperluan plating krom merupakan anoda pasif yang tidak larut selama proses, direkomendasikan memakai bahan yang terbuat dari bahan campuran timah-timbal (tin-lead). Luas anoda harus seluas mungkin dan kerak pada anoda dibersihkan dari waktu ke waktu dengan merendam beberapa jam dalam suatu larutan yang mengandung sodium hidroksida 100 g/l dan garam Rochelle pada temperatur ruangan. Heater digunakan untuk mensuplai panas ke dalam elektrolit sehingga dicapai temperatur yang diinginkan, terutama untuk krom keras. Kenaikan temperatur akan menyebabkan gerakan perpindahan ion–ion makin cepat sehingga akan meningkatkan konduktivitas larutan. Heater dapat dibuat dari bahan–bahan keramik, titanium atau teflon dengan pemanas listrik. Pemanasan dapat pula menggunakan air panas dan uap air. 8.3. KOMPOSISI LARUTAN ELEKTROLIT Sumber ion krom valensi 6 hanya berasal dari larutan elektrolit yang mengandung asam kromat. Mekanisme pengendapan Cr6+ terjadi pada katoda membentuk lapisan, sebagai berikut : CrO3 + H2O → H2CrO4 = 2H+ + CrO4= 2H2CrO4 = H2CrO7 + H2O = Cr2O7= + 2H+ + H2O Reaksi pengendapan terjadi pada katoda : Cr2O7= + 14 H+ + 12e → 2Cro + 7H2O Efisiensi energi yang digunakan untuk pengendapan hanya sebesar 20 %, sedangkan porsi energi yang besarnya 80 % digunakan untuk reaksi samping pembentukan hidrogen . 2H+ + 2e → H2 Komposisi larutan elektrolit sangat penting sebagai sumber ion krom, karena anoda yang digunakan berupa anoda pasif. Larutan plating krom yang digunakan oleh industri plating disebut sebagai larutan standar atau konvensional. Teknologi Industri Elektroplating



85



Tabel 8.1. Komposisi dan kondisi plating krom



Larutan plating krom standar Komponen dan kondisi operasi Asam kromat 250 – 280 gr/l Asam sulfat 2,5 – 2,8 gr/l Krom valensi 3 1 gr/l Krom/sulfat 100/1 Temperatur 43-55oC Rapat Arus 14,3– 43,0 A/dm2 Efisiensi katoda 23 % Larutan Albright & Wilson Komponen dan kondisi operasi Asam kromat, 150 gr/l Asam sulfat 0,87 gr/l Katalis 15 ml/l Temperatur 38-46oC Rapat Arus 11– 17 A/dm2 Hard chrome Komponen dan kondisi operasi Asam kromat, 150 gr/l Asam sulfat 0,87 gr/l Katalis 15 ml/l Temperatur 46-57oC Rapat Arus 33 A/dm2 Langkah pertama untuk pembuatan larutan baru adalah dengan membersihkan tanki, kemudian mengisi tanki dengan air distilat hingga volume 2/3 dari volume kerja. Tambahkan asam kromat sesuai perhitungan, dan aduk-aduk hingga larut semua. Tambahkan asam sulfat sesuai keperluan baru kemudian diberi katalis sesuai kondisi yang diinginkan. Bila telah diperoleh larutan, tambahkan air hingga volume kerja tercapai dan aduk larutan hingga homogen. Anoda bersih selanjutnya diletakkan pada tanki plating.



86



Teknologi Industri Elektroplating



8.4. FUNGSI KOMPONEN UTAMA Asam kromat Asam kromat merupakan satu-satunya sumber ion krom yang akan melapis pada katoda. Karena anoda yang digunakan inaktif, maka berkurangnya konsentrasi ion krom perlu ditambahkan asam kromat untuk menjaga kadar krom dalam larutan. Asam sulfat Asam sulfat berfungsi sebagai salah satu katalis yang berperan mempercepat terjadinya reaksi pengendapan ion krom. 8.5. KONTROL LARUTAN ELEKTROLIT Kontrol terhadap larutan elektrolit dilakukan secara rutin untuk menjaga komposisi larutan. Pengukuran kadar larutan secara cepat dilakukan dengan hydrometer. Analisis kimia volumetrik maupun gravimetrik diterapkan untuk mengetahui berapa kadar tiap-tiap komponen yang terdapat dalam larutan lebih akurat dilakukan secara berkala. Penentuan kadar Asam Kromat Metode densitas Pemeriksaan secara cepat dan sederhana kadar asam kromat dapat dilakukan dengan menggunakan hydrometer di dalam suatu larutan yang didinginkan hingga 20oC. Impuritas di dalam larutan akan menyebabkan pembacaan hydrometer yang menunjukkan kandungan asam lebih tinggi daripada sebenarnya. Oleh karenanya perlu dilakukan pemeriksaaan secara berkala dengan analisis kimia untuk menentukan kadar asam kromat secara akurat. Perhitungan : Dari pembacaan Baume hydrometer, diperoleh : 145 sg = 145 − o Be Kadar asam kromat (gr/l) = (sg -1) x 1429 atau dengan memakai tabel hubungan antara oBe dengan kadar CrO3 Teknologi Industri Elektroplating



87



Metode titrasi Prosedur analisis: • Ambil 10 ml sampel dan masukkan ke dalam 500 ml labu takar, tambahkan aquades hingga tanda batas. • Pipet 10 ml stok di atas, tambahkan 100 ml H2O, 2 gr ammonium bifluoride, 15 ml HCl pekat, 10 ml KI 10 % dan larutan amilum • Titrasi dengan larutan Na2S2O3 0,1 N sampai terjadi perubahan warna dari biru menjadi tak berwarna sebagai titik akhir titrasi. • Perhitungan : gr/l CrO3 = ml Na2S2O3 x N x 166,67 Penentuan sulfat (metoda gravimetri) Prosedur analisis: • Ambil 25 ml sampel, ditambah 100 ml H2O, 100 ml larutan pereduksi, didihkan selama 30 menit, • Pemanasan dihentikan, tambahkan 50 ml Ba(NO3)2 10 % dan 100 ml air panas • Biarkan larutan selama 3-4 jam • Panaskan lagi larutan hingga mendidih • Saring endapan yang terbentuk, dan kemudian cuci endapan dengan air panas, • Keringkan di dalam oven pada temperatur 110oC, • Dinginkan di dalam desiccator dan timbang • Perhitungan : gr/l SO4 = (berat endapan dalam gram) x 16,8 Penentuan Cr3+ Prosedur analisis : • Ambil 10 ml sampel kedalam labu takar 500 ml. • Pipet 10 ml larutan stok, tambahkan 200 ml H2O dan 0,25 g Na2O2, • Didihkan dengan hati-hati selama 30 menit, jaga volume pada 200 ml dengan menambahkan H2O • Dinginkan dan kemudian tambahkan 2 gram ammonium bifluoride, 15 ml HCl pekat, 10 ml KI 10 % dan larutan amilum • Titrasi dengan larutan Na2S2O3 0,1 N hingga terjadi perubahan warna dari biru menjadi tak berwarna • Perhitungan : gr/l Cr3+ = (ml Na2S2O3 x N x 166,67 – Cr6+) x 0,520 88



Teknologi Industri Elektroplating



8.6. PERMASALAHAN DAN PEMECAHANNYA Penutupan (covering) rendah Daya penutupan permukaan yang rendah disebabkan oleh kadar sulfat yang tinggi, asam kromat yang rendah, temperatur operasi tinggi, rapat arus rendah dan anoda yang menjadi pasif. Endapkan sebagian kandungan sulfat dengan barium karbonat atau barium hidroksida. Kadar asam kromat rendah dikoreksi dengan penambahan asam kromat. Apabila temperatur operasi tinggi, cek temperatur dan set lagi kontrol temperatur bila perlu. Permasalahan yang disebabkan kerapatan arus rendah dapat diatasi dengan menaikkan kerapatan arus, cek kontak dan sambungan listrik untuk menjamin konduktivitas seragam dan merata. Penutupan permukaan rendah yang disebabkan oleh anoda menjadi pasif, diatasi dengan mengaktifkan kembali dengan menggunakan kerapatan arus tinggi hingga terjadi/timbul gas yang merata. Noda coklat pada benda kerja Kadar sulfat yang rendah ditandai dengan adanya noda coklat pada daerah benda kerja yang tak terlapis. Naikkan kadar sulfat dengan penambahan asam sulfat pekat jika analisis menunjukkan kadar yang rendah. Pelekatan lapisan kurang baik Kontaminasi atau minyak pada benda kerja menyebabkan pelekatan lapisan kurang baik. Pastikan benda telah bersih sebelum pelapisan. Pelekatan kurang baik dapat terjadi karena kontak terputus-putus. Cek sambungan–sambungan listrik dan arus menuju katoda. Pelekatan dari lapisan sebelumnya yang tidak baik yaitu pelapisan nikel karena aliran yang terputus-putus berpengaruh pada pelapisan krom, perlu dicek lagi kondisi operasi plating sebelumnya. Lapisan hangus Kerapatan arus tinggi dan jarak anoda-katoda yang terlalu dekat menyebabkan lapisan terbakar. Kurangi kerapatan arus dan jauhkan jarak anoda-katoda sehingga daya hantar listrik berkurang.



Teknologi Industri Elektroplating



89



Lapisan krom kasar Kadar asam sulfat terlalu rendah menjadikan deposit kasar. Tambahan asam sulfat setelah dilakukan analisis larutan sesuai komposisi yang ditetapkan. Partikel–partikel melayang didalam elektrolit juga menjadi penyebab lapisan yang kasar. Saring larutan melalui filter agar kontaminan dapat dihilangkan. Tidak terjadi pelapisan, tetapi timbul gas Adanya asam sulfat yang berlebihan mengakibatkan terjadinya gas. Analisis dan kurangi kelebihan sulfat dalam larutan. Kontaminasi klorida berlebihan juga menjadi penyebab tidak terjadi pelapisan. Analisis larutan kemudian tambahkan perak oksida (silver oxide) sesuai keperluan, biarkan mengendap dan tuangkan larutan yang jernih sebagi elektrolit. Tidak terdapat lapisan, tetapi terdapat gas dan benda kerja termakan Sambungan listrik salah sehingga benda kerja bertindak sebagai anoda dan melarut ke dalam elektrolit. Cek sambungan listrik, sambungkan anoda ke terminal positif dan benda kerja ke terminal negatif dari sumber arus searah.



90



Teknologi Industri Elektroplating



9 PELAPISAN KUNINGAN 9.1. KEGUNAAN KUNINGAN Brass atau kuningan merupakan campuran antara seng dengan tembaga sehingga sifat-sifatnya adalah perpaduan antara sifat-sifat seng dan tembaga. Kuningan banyak dipakai untuk pelapisan dekoratif barangbarang kerajinan logam. Elektroplating kuningan merupakan salah satu macam pelapisan tahap akhir pada suatu logam dengan tujuan untuk memperbaiki kenampakan dari suatu produk. Sebelum dilakukan pelapisan kuningan, bahan yang dilakukan plating perlu diberi lapisan dasar nikel dengan tujuan untuk melindungi logam dari korosi dan membuat produk menjadi cemerlang. Pelapisan kuningan menjadi pilihan mengingat harga kuningan murni yang semakin tinggi sehingga biaya pembelian bahan baku dan biaya produksi yang tinggi mengakibatkan harga produk menjadi mahal. Dengan hanya melapisi kuningan pada benda kerja yang terbuat dari seng atau besi baja, menjadikan produk kerajinan dapat bersaing. Elektrolit yang dipakai mengandung campuran senyawa tembaga (Cu) dan seng (Zn), sehingga warna yang dihasilkan merupakan warna paduan dari kedua logam tersebut. Warna kemerah-merahan akan nampak bila kandungan tembaga dominan, sedangkan bila seng yang dominan akan diperolah warna kuning pucat. Teknologi Industri Elektroplating



91



9.2. PERALATAN PLATING Peralatan utama untuk plating kuningan dan peralatan tambahannya terdiri dari bak atau tanki plating, rectifier, penghantar, anoda kuningan, barrel, pompa asam, filter, heater. Anoda kuningan berbentuk batangan atau lempengan dengan kemurnian tinggi. Untuk menjaga kontaminasi larutan dari kotoran atau impuritas anoda, maka perlu dibungkus dengan kain sehingga selama elektroplating kotoran dari anoda tertahan pada kain tersebut. Barrel/tabung untuk tempat plating benda kerja yang kecil-kecil. Barrel adalah tabung yang berputar sehingga lapisan merata pada semua benda kerja. Perputaran tersebut sekaligus berfungsi mengaduk-aduk larutan elektrolit sehingga lebih homogen. Filter digunakan untuk menangkap padatan-padatan yang tidak larut yang terdapat di dalam larutan plating. Padatan–padatan ini dapat menyebabkan lapisan menjadi kasar. Filter dibuat dari bahan–bahan yang tahan asam dengan kapasitas 2–4 kali volume bak per jam. Pompa asam, dirangkai pada filter untuk mengalirkan elektrolit. Heater digunakan untuk mensuplai panas ke dalam elektrolit sehingga dicapai temperatur yang diinginkan. Kenaikan temperatur akan menyebabkan gerakan perpindahan ion–ion makin cepat sehingga akan meningkatkan konduktivitas larutan. 9.3. KOMPOSISI LARUTAN Komposisi larutan plating kuningan yang dipersiapkan sendiri terdiri dari komponen utama tembaga sianida, seng sianida atau seng oksida dan sodium sianida. Komposisi larutan yang sering dipakai disajikan pada Tabel 9.1. Biasanya para pengusaha menggunakan bahan elektrolit yang sudah jadi, yang dikenal sebagai “Brass Salt”. Problem yang dihadapi adalah harga bahan menjadi agak mahal dan bila terjadi ketidakseimbangan komponen dalam larutan, akan menyulitkan dalam penambahan salah satu komponen. 92



Teknologi Industri Elektroplating



Campuran yang digunakan untuk plating kuningan dapat dibuat sendiri oleh pihak industri sehingga dapat diberikan warna yang dikehendaki sesuai dengan selera pasar, apakah kuning brass, kemerah-merahan, bahkan dengan campuran beberapa senyawanya logam lainnya akan memberikan warna sesuai yang diinginkan. Tabel 9.1. Komposisi dan kondisi operasi plating kuningan



Komponen dan kondisi operasi Tembaga Sianida 52 gr/l Seng Sianida/Oksida 30 gr/l Sodium Sianida 90 gr/l Rochelle Salt 45 gr/l Soda abu 30 gr/l Amoniak 0,5 -2 ml/l Temperatur 25 - 40 oC Rapat arus katoda 0,5-3,5 Amp/dm2 Rasio anoda / katoda 2/1 9.4. FUNGSI KOMPONEN UTAMA Tembaga dan Seng sianida Tembaga sianida dan seng sianida masing-masing sebagai sumber ion tembaga dan seng, selain anoda kuningan. Apabila seng sianida sulit diperoleh dapat digantikan oleh seng oksida. Sodium Sianida Senyawa ini berfungsi untuk membuat kompleks tembaga-seng sianida dan dapat membantu percepatan laju korosi atau pelarutan anoda kuningan ke dalam elektrolit. Rochelle Salt Garam Rochelle merupakan nama generik dari Potasium Sodium Tartrat berfungsi untuk membuat kompleks tembaga-seng sianida dalam larutan. Soda abu dan Amonia Berfungsi sebagai pengatur suasana larutan atau pH dan penstabil larutan elektrolit. Teknologi Industri Elektroplating



93



9.5. KONTROL LARUTAN Analisis dilakukan untuk komponen utama penyusun elektrolit kuningan yang terdiri dari senyawa tembaga dan seng guna mengendalikan komposisi larutan agar diperoleh hasil pelapisan yang baik. Kontrol larutan ini sangat penting untuk mengetahui perbandingan kadar kedua ion tembaga dan seng, dan segera dilakukan koreksi apabila terjadi penyimpangan dari komposisi yang ditentukan. Analisis kadar Tembaga Sianida Prosedur analisis : ▪ Pipet 2 ml larutan plating ke dalam erlenmeyer 250 ml ▪ Tambahkan 100 ml H2O dan 15 ml HNO3 pekat panaskan hingga warna menjadi biru dan timbul asap, dilakukan hingga kabut asap coklat hilang ▪ Tambahkan NH4OH tetes demi tetes hingga warna biru tua, kemudian tambahkan asam asetat hingga warna berubah menjadi biru muda ▪ Tambahkan 5 gr KI ▪ Titrasi dengan larutan standar Na2S2O3 0,1 N hingga warna menjadi kuning muda (pale yellow) ▪ Tambahkan 5 ml larutan amilum, lanjutkan tritrasi hingga tak berwarna ▪ Perhitungan : gr/l CuCN = ml Na2S2O3 x N x 44,75 Analisis kadar Seng Sianida Prosedur analisis : ▪ Pipet 5 ml larutan plating ke dalam erlenmeyer 250 ml ▪ Tambahkan 100 ml H2O dan 10 ml larutan buffer pH 10 ▪ Tambahkan indikator EBT serbuk ▪ Tambahkan 15 ml larutan formaldehid 10 % ▪ Titrasi dengan larutan standar EDTA 0,1 M ▪ Titik akhir titrasi tercapai bila terjadi perubahan warna dari merah menjadi biru ▪ Perhitungan : gr/lt Zn(CN)2 = ml EDTA x M x 23,47 94



Teknologi Industri Elektroplating



Analisis kadar Sodium Sianida Prosedur analisis : ▪ Pipet 5 ml larutan plating ke dalam erlenmeyer 250 ml ▪ Tambahkan 100 ml H2O ▪ Tambahkan 10 ml larutan KI 10 % ▪ Titrasi dengan larutan standar AgNO3 0,1 N ▪ Titik akhir titrasi tercapai bila terjadi perubahan warna dari jernih menjadi keruh ▪ Perhitungan : gr/l NaCN = ml AgNO3 x N x 19,6 9.6. PERMASALAHAN DAN PEMECAHANNYA Hasil yang teramati akibat kondisi operasi yang tidak terpenuhi maupun penyimpangan komposisi larutan plating adalah pelapisan tak sempurna, lapisan berwarna kemerah-merahan, lapisan berwarna pucat, lapisan tertutup warna kehitaman, lapisan kasar sampai tak terjadi pelapisan pada benda kerja. Pelapisan tak sempurna Penyebab pelapisan tak sempurna adalah sianida bebas berlebihan sehingga timbul gas berlebihan pada katoda dan tidak terjadi pelapisan. Penyebab lainnya karena kekurangan sianida bebas dan terjadi polarisasi. Pembersihan yang kurang sempurna dan permukaan berminyak juga menyebabkan lapisan kurang melekat dengan baik. Lakukan analisis dan koreksi kadar sianida serta lakukan pembersihan benda kerja dengan baik. Lapisan berwarna kemerahan Kekurangan ammonia, larutan kekurangan seng atau kadar sianida bebas tinggi dan rapat arus terlalu tinggi mengakibatkan warna lapisan kemerahan. Penanganan dengan cara menambahkan 1,5-3 gr/l ammonium hidroksida, dan seng sianida pada proporsi yang tepat sesuai komposisi. Lapisan berwarna kuning muda Penyebabnya adalah larutan kekurangan tembaga, larutan sianida bebas rendah, dan rapat arus terlalu rendah. Penanganan dengan cara menambahkan tembaga sianida pada kadar yang tepat dan naikkan tegangan atau rapat arus. Teknologi Industri Elektroplating



95



Lapisan kasar Penyebabnya adalah adanya padatan tersuspensi dalam larutan, dapat diatasi dengan cara melakukan filtrasi larutan plating. Tak terjadi pelapisan Tidak terjadinya pelapisan pada katoda dapat disebabkan oleh kontak arus yang salah dan terbalik, terjadi polarisasi sehingga katoda dan anoda pasif, dan juga bila sianida bebas berlebihan. Koreksi dilakukan dengan pengecekan kontak arus listrik, ambil katoda dan bersihkan, serta tambahkan tembaga atau seng sianida.



96



Teknologi Industri Elektroplating



10 PELAPISAN EMAS 10.1. KEGUNAAN DAN SIFAT-SIFAT EMAS Emas atau Gold (Aurum, Au) adalah logam mulia yang banyak digunakan untuk perhiasan, dekoratif dan mata uang. Pelapisan emas merupakan upaya memberikan kenampakan permukaan dengan lapisan tipis emas sehingga mirip bahkan dalam beberapa hal sulit dibedakan dengan emas murni. Pelapisan dibedakan antara keperluan dekoratif dan fungsional. Pelapisan dekoratif sering disebut sebagai penyepuhan diterapkan pada barang-barang perhiasan, jam tangan, pena, sendok, garpu, pisau berlapis emas dan barang-barang perhiasan lainnya, dengan ketebalan sekitar 0,05 m. Plating emas untuk keperluan fungsional digunakan pada industri listrik, elektronika, telekomunikasi dan pesawat udara, terutama dengan memanfaatkan sifat-sifatnya yang tahan terhadap korosi, penghantaran listrik yang bagus dibandingkan dengan tembaga dan perak, dan kemampuannya untuk memutuskan radiasi infra merah. Pada industri listrik bagian yang sering dilapisi emas adalah kontak dan konduktor. Penerapan pada industri elektronika terutama pada transistor dan bagian-bagian rangkaian tertentu juga dilapisi emas. Pelapisan emas pada industri pesawat udara didapati pada instrumen penutup dari permukaan luar yang terbuka terhadap radiasi, dengan memanfaatkan ketahanan emas terhadap oksidasi pada temperatur tinggi. Reaktor dan penukar panas di dalam pipa-pipa penghantar untuk desalinisasi dilapisi emas, karena sifatnya yang tahan korosi. Untuk semua keperluan fungsional, ketebalan lapisan antara 2,5 hingga 37,5 m Teknologi Industri Elektroplating



97



Sifat-sifat Fisika Emas ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪



Merupakan logam yang lunak, berwarna kuning berkilauan Dapat ditempa dan dibengkokkan Titik leleh = 1.063ºC Titik didih = 2.600ºC Berat jenis = 19,32 pada temperatur 17,5ºC Penghantar panas dan listrik yang baik



Sifat-sifat Kimia Emas ▪ Dalam udara tak mengalami korosi ▪ Tidak larut dalam asam, tapi larut dalam aqua regia



▪



Au + HNO3 + 3 HCl → AuCl3 + 2 H2O + NO AuCl3 + HCl → HAuCl4 (Asam Tetra Khlor Aurat (III)) Larut dalam larutan garam sianida membentuk kompleks sianida



10.2. PERALATAN PLATING Peralatan plating utama untuk emas dan peralatan tambahannya terdiri dari bak plating, rectifier atau adaptor, anoda emas atau anoda pasif, penghantar, dan pemanas (heater). Anoda aktif berupa emas berbentuk batangan atau lempengan dengan kemurnian tinggi. Dapat juga menggunakan anoda inaktif berupa lempengan stainless steel atau titanium. Heater digunakan untuk mensuplai panas ke dalam elektrolit sehingga dicapai temperatur yang diinginkan. Heater elektrik dibungkus dengan bahan-bahan tahan panas seperti keramik dan kaca.



98



Teknologi Industri Elektroplating



10.3. KOMPOSISI LARUTAN DAN KONDISI OPERASI Larutan plating emas disusun dengan komponen utama senyawa potasium emas sianida dan dioperasikan pada temperatur sedang di atas temperatur kamar. Sumber ion emas yang menempel pada benda yang dilapis berasal dari larutan, dan posisinya digantikan oleh ion emas yang berasal dari anoda emas aktif yang melarut. Bila menggunakan anoda pasif, maka sumber ion emas semata-mata hanya berasal dari elektrolit. Tabel 10.1. Komposisi dan kondisi operasi plating emas



Potassium Gold Cyanide Encer Komponen dan kondisi operasi Potasium emas sianida 1,5-3 gr/l (Potassium Gold Cyanide) Potasium sianida 7,5 gr/l Potasium karbonat 20 gr/l Dipotasium monohidrogen 15 gr/l fosfat pH 11-13 Temperatur 60-70oC Rapat arus katoda 0,1-0,5 A/dm2 Efisiensi katoda 100 % Potassium Gold Cyanide Pekat Komponen dan kondisi operasi Potasium emas sianida 8 gr/l (Potassium Gold Cyanide) Potasium sianida 20 gr/l Potasium karbonat 20 gr/l Dipotasium monohidrogen 20 gr/l fosfat pH 11-11,5 Temperatur 50-60oC Rapat arus katoda 0,1-0,5 A/dm2 Efisiensi katoda 50-90 %



Teknologi Industri Elektroplating



99



10.4. FUNGSI BAHAN-BAHAN UTAMA Potasium emas sianida (Potassium gold cyanide) Senyawa kompleks potasium emas sianida berfungsi sebagai sumber ion emas yang akan melapis pada katoda sebagai benda kerja. Potasium sianida Berfungsi untuk membentuk kompleks senyawa garam emas dan membantu pelarutan anoda emas. 10.5. KONTROL LARUTAN ELEKTROLIT Kontrol terhadap larutan elektrolit emas dilakukan secara rutin untuk menjaga komposisi larutan. Analisis kimia volumetrik dilakukan untuk mengetahui berapa kadar tiap-tiap komponen yang terdapat dalam larutan lebih akurat dilakukan secara berkala. Analisis kadar Emas Prosedur analisis : ▪ Pipet 20 ml larutan plating ke dalam erlenmeyer 250 ml ▪ Tambahkan 25 ml H2SO4 pekat, panaskan hingga timbul kabut putih dan kemudian dinginkan, ▪ Tambahkan 10 ml H2O2 30 %, panaskan hingga terbentuk kabut putih. ▪ Tambahkan lagi H2O2 dan panaskan hingga terbentuk endapan emas dan larutan menjadi jernih. ▪ Dinginkan dan tambahkan 100 ml H2O, panaskan lagi pada temperatur 60oC selama 5 menit. ▪ Saring endapan, dan cuci endapan emas dengan H2O panas ▪ Keringkan endapan dalam oven pada temperatur 110oC, dinginkan dalam desiccator dan timbang. ▪ Perhitungan gr/l Au = berat endapan emas x 50



100



Teknologi Industri Elektroplating



Analisis kadar potasium sianida Prosedur analisis : ▪ Pipet 5 ml larutan plating ke dalam erlenmeyer 250 ml ▪ Tambahkan 100 ml H2O dan 10 ml larutan KI 10 % ▪ Titrasi dengan larutan standar AgNO3 0,1 N hingga terjadi perubahan dari jernih menjadi keruh. ▪ Perhitungan : gr/l KCN = ml AgNO3 x 26,048 x N 10.6. PERMASALAHAN DAN PEMECAHANYA Permasalahan umum yang dijumpai pada penyepuhan emas yang diamati dari kondisi operasi maupun kualitas hasil plating adalah lapisan kasar dan tampak gelap, tidak terjadi pelapisan, lapisan warnanya kurang bagus, anoda emas berubah warna atau tertutup lapisan. Lapisan kasar dan tampak gelap Penyebab lapisan kasar dan tampak gelap adalah adanya impuritas organik dan kelebihan kerapatan arus. Untuk mengatasinya dapat dilakukan dengan menyaring larutan melalui karbon aktif, sedangkan kelebihan rapat arus dilakukan dengan menurunkan tegangan dan mengatur kerapatan arus hingga optimum. Tidak terjadi pelapisan Sambungan listrik yang tidak benar dan kandungan sianida bebas terlalu tinggi menyebabkan tidak terbentuk deposit yang melapisi katoda sebagai benda kerja. Cek juga rangkaian listrik dan betulkan sambungan yang salah. Bila sianida tinggi diatasi dengan menganalisis larutan, kemudian mendidihkan larutan hingga kandungan sianida turun dan tambahkan air distilat sampai volume semula. Lapisan warnanya kurang bagus Warna lapisan hasil plating tidak menunjukkan kilau emas misalnya terlalu merah, putih atau hijau disebabkan oleh kontaminasi dengan logam-logam pengotor misalnya : Cu, Ni, Zn, Sn, Ag dan Cd. Cara memperbaiki dengan melakukan dummy atau mengambil sebagian cairan, dan gantikan dengan garam-garam baru dan air distilat sampai volume semula. Teknologi Industri Elektroplating



101



Jika hal ini tidak membantu, endapkan emas dan buat larutan baru. Pada produk emas kontemporer, beberapa logam malahan ditambahkan untuk membuat aneka warna lapisan emas. Anoda emas berubah warna atau tertutup lapisan Hal ini disebabkan sianida bebas kurang. Analisis cairan dan tambahkan sianida sesuai keperluan. Lapisan tampak pucat Lapisan emas tampak pucat dapat disebabkana kadar sianida berlebihan, temperatur cairan rendah dan rapat arus terlalu rendah. Untuk mengatasinya perlu dilakukan analisis larutan, mendidihkan larutan hingga kadar sianida turun dan kemudian tambahkan air distilat hingga volume semula dan mengatur kerapatan arus hingga dicapai kondisi optimum seperti yang disyaratkan. Lapisan tampak merah kecoklatan Penyebabnya antara lain kerapatan arus atau temperatur larutan terlalu tinggi. Hal ini dapat diatasi dengan menurunkan tegangan dan mengatur kerapatan arus serta mendinginkan larutan hingga kondisi optimum.



102



Teknologi Industri Elektroplating



11 PRODUKSI BERSIH ELEKTROPLATING 11.1. PENINGKATAN DAYA SAING Pada era global dan pasar bebas, industri dihadapkan pada persaingan yang ketat, keunggulan komparatif yang menjadi andalan pada dekade yang lalu sudah tak mampu untuk menghadapi tantangan pasar bebas. Peningkatan efisiensi merupakan salah satu kunci untuk meningkatkan daya saing terhadap produk-produk sejenis dari negara tetangga maupun negara lain yang masuk ke Indonesia dan juga dalam melakukan ekspor. Pemanfaatan sumber daya yang melimpah sebagai bagian dari keunggulann komparatif berdampak pada pemakaian secara besar-besaran sumber daya alam yang pada gilirannya berdampak negatif pada lingkungan. Pembangunan berkelanjutan merupakan suatu pendekatan dalam pemanfaatan sumber daya alam yaitu suatu pembangunan yang berusaha memenuhi kebutuhan kita sekarang tanpa mengurangi kemampuan generasi mendatang untuk memenuhi kebutuhan mereka. Pembangunan berkelanjutan yang terkait dengan sektor industri adalah dengan menerapkan Eco-efficiency, Life Cycle Analysis (Kajian Daur Hipup Produk) serta Cleaner Production (Produksi Bersih). Limbah dan emisi merupakan hasil yang tak diinginkan dari kegiatan industri. Pihak industri melakukan upaya pengelolaan lingkungan pada umumnya dengan melakukan pengolahan limbah. Pembangunan instalasi Teknologi Industri Elektroplating



103



pengolah limbah memerlukan biaya yang tak sedikit dan selanjutnya pihak industri harus mengeluarkan biaya operasi agar buangan dapat memenuhi baku mutu. Pengolahan limbah pada beberapa hal bukanlah penyelesaian penanganan limbah. Pengolahan limbah cair yang mengandung zat warna dan logam berat dengan pengendapan dan adsorpsi sebenarnya hanya mengalihkan kandungan logam berat dari media cair ke media padat. Air limbah yang terolah telah memenuhi baku mutu, tetapi padatan yang dihasilkan dari pengolahan air limbah yang mengandung zat warna dan logam berat merupakan persoalan lanjutan untuk ditangani dengan baik. Penanganan lanjut dengan cara pengolahan maupun penimbunan yang memerlukan biaya tidak akan menarik bagi industri dalam mengelola lingkungan dan akan menurunkan daya saing suatu produk. Pendekatan pengelolaan lingkungan dengan penerapan konsep produksi bersih melalui peningkatan efisiensi merupakan pola pendekatan yang dapat diterapkan untuk meningkatkan daya saing. 11.2. PRODUKSI BERSIH Pengelolaan lingkungan mengalami perubahan pendekatan dari waktu ke waktu, yaitu : - Carrying Capacity (Daya Dukung), mengandalkan pada kemampuan alam untuk melakukan self purification atau pengolahan oleh alam sendiri. - End-of-pipe Treatment (Pengolahan Limbah), pola pandang hanya tertuju pada limbah yang dihasilkan oleh kegiatan industri, memerlukan biaya yang besar, pengolahan ditujukan untuk mentaati peraturan. - Cleaner Production (Produksi Bersih), pola pendekatan pengelolaan pada bahan baku dan dalam proses (in-process), upaya peningkatan efisiensi dan produktivitas, mencegah dan mengurangi timbulan limbah langsung dari sumbernya sebagai bagian untuk mewujudkan eco-efficiency Beberapa istilah yang dipakai untuk menyatakan kegiatan produksi bersih yaitu Pollution Prevention (Pencegahan Pencemaran), Waste Minimization (Minimisasi Limbah), Waste Reduction (Pengurangan Timbulan Limbah). 104



Teknologi Industri Elektroplating



Eco-efficiency, efisiensi berwawasan lingkungan, adalah penyediaan produk dan jasa dengan harga kompetitif, memberikan kepuasan kebutuhan manusia dan meningkatkan kualitas kehidupan, mengurangi dampak lingkungan dan pemakaian sumberdaya melalui daur hidup (life cycle) dengan memperhatikan daya dukung lingkungan. Penerapan eco-efficiency berupa pengurangan penggunaan bahan untuk pembuatan barang-barang dan keperluan jasa, pengurangan penggunaan barang-barang dan jasa, pengurangan bahan beracun, peningkatan daur ulang bahan, memaksimalkan pemakaian sumber daya yang dapat diperbarui, memperpanjang umur produk (dengan melakukan kajian daur hidup produk), dan peningkatan pemakaian produk. Produksi Bersih menurut United Nation Environmental Program (UNEP) adalah strategi pencegahan dampak negatif lingkungan secara terpadu yang diterapkan secara terus menerus pada proses, produk, jasa untuk meningkatkan efisiensi secara keseluruhan dan mengurangi resiko terhadap manusia maupun lingkungan. Menurut Kementerian Lingkungan Hidup RI, Produksi Bersih didefinisikan sebagai : Strategi Pengelolaan lingkungan yang bersifat preventif, terpadu dan diterapkan secara terus-menerus pada setiap kegiatan mulai dari hulu ke hilir yang terkait dengan proses produksi, produk dan jasa untuk meningkatkan efisiensi penggunaan sumber daya alam, mencegah terjadinya pencemaran lingkungan dan mengurangi terbentuknya limbah pada sumbernya sehingga dapat meminimisasi resiko terhadap kesehatan dan keselamatan manusia serta kerusakan lingkungan. Tabel 11.1 di bawah menunjukkan perbedaan antara pendekatan pengolahan limbah dan produksi bersih.



Teknologi Industri Elektroplating



105



Tabel 11.1. Tingkatan Pengelolaan Limbah



PENCEGAHAN (ELIMINATION) PENGURANGAN (REDUCTION) DAUR ULANG (RECYCLE) : - di dalam proses (IN SITE) - di luar proses (OFF SITE) PAKAI ULANG (REUSE) AMBIL/PUNGUT ULANG (RECLAIM, RECOVERY)



PENGOLAHAN (TREATMENT) PEMBUANGAN, PENIMBUNAN (DISPOSAL)



PRODUKSI BERSIH



PENGOLAHAN LIMBAH BUKAN PRODUKSI BERSIH



Kata kunci dari pola pendekatan Produksi Bersih adalah peningkatan efisiensi dan produktivitas, sehingga dapat mencegah dan mengurangi timbulan limbah langsung dari sumbernya. Manfaat penerapan disajikan pada Tabel 11.2. Tabel 11.2. Manfaat Produksi Bersih



▪ Peningkatan efisiensi bahan dan energi ▪ Peningkatan produktivitas ▪ Pengurangan terjadinya produk cacat ▪ Penurunan biaya produksi ▪ Peningkatan keuntungan dan penghematan ▪ Pencegahan terjadinya timbulan limbah ▪ Pengurangan timbulan limbah ▪ Peningkatan kesehatan dan keselamatan kerja



106



Teknologi Industri Elektroplating



11.3. PRODUKSI BERSIH INDUSTRI ELEKTROPLATING Industri elektroplating merupakan industri yang sangat potensial mencemari lingkungan, terutama karena mengandung logam-logam berat dan melibatkan bahan–bahan kimia berbahaya lainnya. Dengan meningkatkan pengetahuan dan kemampuan para pelaku industri elektroplating yang mencakup pengelola sampai karyawan dan pemasok bahan, dapat dilakukan upaya-upaya untuk meminimisasi limbah industri. Pola pendekatan dengan meningkatkan efisiensi, produktivitas dapat diterapkan dalam pengelolaan perusahaan sehingga dapat dilakukan penghematan-penghematan termasuk bahan baku dan mengurangi buangan. Pola pendekatan secara singkat dalam melakukan pencegahan dan minimisasi limbah yaitu dengan konsep 1E4R yaitu elimination (pencegahan), reduce (pengurangan), reuse (pakai ulang), recycle (daur ulang), reclaim (pungut ulang). Elimination (pencegahan) adalah upaya untuk mencegah timbulan limbah baik dari bahan baku maupun proses produksi. Dengan mengganti larutan sianida pada plating seng menggunakan larutan tanpa sianida, merupakan upaya pencegahan pemakaian bahan-bahan berbahaya langsung dari sumbernya. Reduce (pengurangan) adalah upaya untuk menurunkan limbah yang dihasilkan dalam kegiatan proses produksi. Dengan melakukan perawatan larutan secara baik dan teratur dapat dihindari adanya larutan plating yang terkontaminasi. Larutan yang terkontaminasi berat tidak dapat digunakan sehingga menjadi limbah. Reuse (pakai ulang) adalah upaya untuk menggunakan kembali bahanbahan dan peralatan. Air bilasan yang digunakan untuk mencuci produk plating ditampung sehingga makin lama makin pekat. Air dengan konsentrasi pekat ini digunakan untuk menambah volume larutan pada bak plating pada saat mengalami penurunan. Recycle (daur ulang) adalah upaya mendaur bahan-bahan dalam siklus kegiatan proses produksi. Penggunaan filter yang telah tertutup dengan Teknologi Industri Elektroplating



107



kotoran dengan cara merendam dalam air pencuci dan membersihkannya dapat memperpanjang umur filter. Filter yang seharusnya telah dibuang dengan upaya ini dapat dipakai lagi. Lapisan logam pada penggantung benda kerja dapat dipakai sebagai sumber logam pada anoda. Reclaim (pungut ulang) adalah upaya mengambil bahan-bahan yang masih mempunyai nilai ekonomi tinggi dari suatu campuran atau buangan. Kandungan perak dalam larutan pencuci atau limbah plating dapat diambil lagi dengan cara pengendapan kimia maupun elektrolisis sehingga diperoleh senyawa perak atau logam perak murni. Penerapan praktek produksi bersih yang dapat dilakukan pada sektor industri dapat dimulai dari pengelolaan internal yang baik melalui kerumahtanggaan sampai pada tahapan penggantian teknologi ramah lingkungan yang memerlukan investasi. Tabel 11.3 memuat tindakan produksi bersih sebagai panduan penerapan di industri. Tabel 11.3. Tindakan Produksi Bersih



1. 2. 3. 4. 5. 6.



Tata kelola yang apik (Good Housekeeping) Penggantian bahan baku Perbaikan prosedur operasi Modifikasi peralatan dan proses Penggantian teknologi Modifikasi produk



Praktek produksi bersih dalam industri elektroplating menyangkut hal teknis maupun non teknis. Hal teknis berkaitan dengan teknik produksi sedangkan hal non teknis berkaitan erat dengan pola dan budaya kerja yang menyangkut perilaku manusia. Penanganan masalah-masalah teknis pada umumnya lebih mudah dibanding masalah-masalah yang berkaitan dengan perilaku manusia.



108



Teknologi Industri Elektroplating



Langkah yang dilakukan dalam praktek produksi bersih baik menyangkut masalah teknis maupun non teknis, sebagai berikut : Langkah 1 : Perencanaan dan Organisasi Langkah 2 : Kajian Produksi Bersih (pencarian peluang produski bersih) Langkah 3 : Penentuan Prioritas dan Analisis Kelayakan (lingkungan, teknik, ekonomi) Langkah 4 : Implementasi Program Produksi Bersih Langkah 5 : Pemantauan, Tinjauan ulang dan Keberlanjutan program 11.4. PERENCANAAN DAN ORGANISASI Langkah pertama ini sangat menentukan keberhasilan pelaksanaan produksi bersih. Pertanyaan yang perlu dijawab adalah apakah suatu institusi (organisasi, industri, perusahaan, kantor) telah siap untuk melaksanakan Produksi Bersih? Beberapa faktor yang perlu dipertimbangkan dalam tahapan ini meliputi : ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪



Dukungan manajemen Penerimaan program oleh karyawan Perencanaan yang baik Pengetahuan tentang Produksi Bersih Kecakapan (skill) karyawan Adanya umpan balik dan perbaikan



Dukungan manajemen untuk penerapan Produksi Bersih merupakan faktor utama dan penentu pelaksanaan program. Pada industri kecil dan menengah, seringkali manajemen dirangkap oleh pemilik atau ketergantungan pada pemilik sangat tinggi, sehingga perlu dukungan dari pemilik perusahaan. Perusahaan juga perlu mengembangakan visi dan misi yang terkait dengan pengelolaan lingkungan dan pengendalian pencemaran melalui produksi bersih. Manajemen perlu mengalokasikan waktu yang cukup untuk mencanangkan program produksi bersih dan melakukan komunikasi kepada karyawan mengenai keuntungan yang diperoleh dengan melaksanakan produksi bersih.



Teknologi Industri Elektroplating



109



Penerimaan program oleh karyawan akan tercapai jika karyawan mengetahui dengan benar mengenai produksi bersih yang merupakan bagian dari pekerjaannya. Dengan penerapan produksi bersih karyawan mengetahui manfaat secara ekonomi dengan adanya peningkatan efisiensi dan manfaat lingkungan melalui pengurangan timbulan limbah. Karyawan mempunyai kepedulian yang tinggi terhadap program produksi bersih yang menunjukkan juga keuntungan sosial. Perencanaan yang baik dilakukan dengan cara memformalkan program produksi bersih dengan kerangka kerja yang jelas. Perencanaan tim pelaksana terdiri dari ketua tim, anggota dengan peran dan tanggung jawab yang jelas. Perencanaan pelaksanaan meliputi sasaran, waktu pelaksanaan, anggaran dan indikator kinerja keberhasilan yang terdifinisi dengan jelas. Perencanaan juga meliputi model peninjauan ulang dan diskusi antara manajemen puncak, ketua tim dan anggota serta semua orang yang terlibat dalam perusahaan. Pengetahuan tentang Produksi Bersih dipersiapkan oleh perusahaan dalam bentuk informasi yang akurat. Data yang perlu dipersiapkan oleh perusahaan meliputi audit bahan, energi, air, dan timbulan limbah. Perusahaan juga telah menyiapkan prosedur identifikasi, implementasi, evaluasi dan indiaktor kinerja Produksi Bersih. Pelatihan mengenai Produksi Bersih kepada karyawan termasuk tindakan yang dilakukan bila terjadi pelepasan bahan secara aksidental. Kecakapan (skill) karyawan yang diperlukan untuk keberhasilan pelaksanaan Produksi Bersih meliputi kemampuan untuk melakukan kajian, implementasi, monitoring, evaluasi. Karyawan kunci pelaksana Produski Bersih mampu melakukan identifikasi kerugian dan kehilangan bahan baku dan produk dalam bentuk emisi, air limbah dan limbah padat, serta mampu melakukan evaluasi dan analisis kelayakan ekonomi dan non ekonomi dan mengimplementasikan peluang Produksi Bersih. Adanya umpan balik dan perbaikan terus menerus dari implemetasi Produksi Bersih. Peninjauan ulang (review) kemajuan pelaksanaan Produksi Bersih dengan melihat capaian indikator kinerja dilakukan secara teratur dengan melibatkan staf terkait. Gagasan dari semua pihak yang terlibat didskusikan untuk meningkatkan sasaran indikator kinerja. Pada akhirnya Produksi Bersih dipadukan pada setiap langkah bisnis perusahaan menuju eco-efficiency. 110



Teknologi Industri Elektroplating



11.5. KAJIAN PELUANG PROSES PRODUKSI Penerapan produksi bersih dimulai dari pengamatan proses produksi secara cermat. Inspeksi maupun audit material, energi dan lingkungan yang dilakukan pada suatu industri dapat digunakan sebagai bahan pelaksanaan penerapan produksi bersih. Langkah awal yang dilakukan adalah dengan membuat diagram alir proses produksi atau membuat blok diagram proses (process mapping) yang mudah dimengerti. Selanjutnya dibuat neraca bahan masuk dan keluar beserta karakteristiknya terutama dibedakan dalam jumlah yang besar, bahan berbahaya dan beracun, serta bahan yang berharga mahal. Dari neraca bahan akan dapat dilihat efisiensi penggunaan bahan baku dan produktivitas. Dengan peningkatan produktivitas maka bahan yang menjadi produk tak diinginkan atau limbah dapat dikurangi dan akan semakin kecil jumlahnya. Pada setiap langkah proses produksi akan terlihat peluang untuk menerapkan produksi bersih. Secara umum peluang-peluang yang memungkinkan diterapkannya produksi bersih untuk meningkatkan efisiensi pada proses elektroplating adalah sebagai berikut : • Sikap dan pola kerja karyawan • Penggunaan energi yang lebih efisien • Pemilihan bahan kaku • Persiapan bahan baku • Pengendalian komposisi larutan dan kondisi operasi • Minimisasi drag-out • Penggunaan kembali cairan pembilasan • Pemanfaatan limbah plating Perbaikan sikap dan pola kerja karyawan Faktor non teknis dalam penerapan produksi bersih menyangkut perilaku dan budaya kerja karyawan. Pemakaian air yang berlebihan, kran air tidak ditutup setelah penggunaan air adalah contoh perilaku dan sikap kerja boros. Contoh lain berkaitan dengan penambahan bahan kimia pada elektrolit yang tidak dilakukan pengukuran dengan baik, pembuangan barang-barang yang seharusnya masih bisa dimanfaatkan kembali, banyaknya tumpahan cairan di tempat kerja, barang baik bercampur dengan barang cacat. Pembinaan sikap pada karyawan dapat dilakukan terus menerus agar karyawan terbiasa melalukan pekerjaan dengan efisien. Teknologi Industri Elektroplating



111



Perilaku dan cara kerja yang berbeda dapat diminimalkan dengan pembuatan prosedur operasi standar (standard operating procedure) sehingga karyawan mempunyai pegangan yang sama dalam melakukan pekerjaan. Dengan adanya standar operasi akan dapat ditekan terjadinya produk cacat atau produk plating dengan kualitas rendah. Penggunaan energi yang lebih efisien Pemakaian energi berhubungan dengan tata letak dan mesin-msein produksi serta perawatan peralatan. Jarak antara rectifier dan bak plating sebaiknya sedekat mungkin untuk mengurangi kehilangan energi listrik. Rectifier dapat dipasang pada jarak 50-75 cm dari bak plating asalkan dijaga agar tidak terkena percikan larutan elektrolit. Beberapa peralatan seperti blower, mesin poles perlu diteliti apakah memerlukan daya yang besar sehingga pemakaian energi menjadi tinggi. Pemakaian penghantar yang kurang proporsional dan kecil akan timbul kehilangan energi. Kehilangan energi juga ditemui pada sambungan-sambungan penghantar yang tidak dilakukan pembersihan dengan baik. Sambungan yang panas menandakan adanya kehilangan energi listrik. Pemilihan Bahan Baku Bahan baku sebaiknya dipilih yang mempunyai kemurnian tinggi dengan sedikit impuritas. Bahan-bahan yang mempunyai sifat racun tinggi, sedapat mungkin diganti dengan bahan yang kurang beracun. Demikian pula penggunaan solven hidrokarbon yang mudah terbakar dapat diganti dengan solven yang terlarut dalam air. Pemilihan bahan baku yang baik meningkatkan kualitas produk plating dan menurunkan kuantitas limbah. Persiapan Bahan Baku Penyiapan larutan elektrolit yang baru harus dilakukan secara hati-hati, hingga semua padatan dapat terlarut dengan sempurna, hindarkan adanya percikan dan tumpahan. Benda kerja yang akan dilakukan plating dibersihkan dengan baik, sehingga kotoran yang menempel dan dapat mengakibatkan kontaminasi larutan benar-benar telah hilang. Kontrol yang baik menjamin kualitas produk dan memperkecil produk plating yang cacat.



112



Teknologi Industri Elektroplating



Perawatan Komposisi Larutan dan Kondisi Operasi Larutan elektrolit selalu dijaga komposisinya sesuai dengan formula yang ditetapkan dengan analisis larutan secara teratur. Penyimpangan kadar senyawa-senyawa kimia elektrolit dapat berakibat fatal seperti lapisan yang rapuh, tidak menempel dan juga waktu plating yang sangat lama sehingga mengakibatkan banyak bahan kimia yang hilang selama proses dan biaya produksi meningkat. Minimisasi drag-out Drag-out adalah sejumlah cairan yang menempel dan terikut benda kerja pada saat diangkat dari bak plating. Seringkali pekerja tidak menghiraukan jumlah drag-out karena dianggap sangat kecil hanya beberapa tetes saja. Apabila jumlah yang menempel dikalikan jumlah benda kerja selama waktu operasi satu tahun, maka jumlah larutan yang terikut sangat banyak dan tidak bisa diabaikan. Dengan cara mendiamkan benda kerja di atas bak plating beberapa detik maka cairan elektrolit akan menetes kembali ke bak plating dan drag-out dapat ditekan, sehingga menghemat jumlah penambahan bahan kimia. Penggunaan Kembali Cairan Pembilasan Peggunaan kembali cairan pembilas untuk penambahan volume pada bak plating maupun pembuatan larutan baru akan mengurangi pemakaian air murni dan bahan-bahan kimia elektrolit. Biasanya pada beberapa industri yang masih menggunakan satu bak pembilasan, dapat dimodifikasi dengan pemakaian tiga bak pembilasan. Bak pertama dekat bak plating untuk pembilasan pertama akan diperoleh larutan yang semakin pekat sehingga dapat dipakai sebagai elektrolit tambahan pada bak plating, sedangkan bak ke dua dan ke tiga konsentrasi larutan makin encer. Penambahan air murni dilakukan pada bak ke tiga.



Teknologi Industri Elektroplating



113



bak plating



1



2



3



bak pembilasan Aliran benda kerja Aliran air pembilas, digunakan lagi



Gambar 11.1. Sistem pembilasan lawan arah



Pemanfaatan Limbah Plating Limbah plating dapat dimanfaatkan lagi sebagai bahan baku maupun bahan lain dalam elektroplating. Logam-logam terlarut seperti tembaga, nikel, perak dapat diambil ulang dengan pengendapan kimia maupun elektroplating. Logam-logam berat tersebut dapat dimanfaatkan sebagai bahan pewarna industri. Limbah cair yang mengandung tembaga maupun krom dapat pula dimanfaatkan sebagai pewarna benda kerja dengan pelapisan seng. Cairan yang mengandung tembaga akan memberi warna merah pada benda yang dilapis seng, sedangkan krom memberi warna netral. Perpaduan keduanya akan dapat memberikan warna pelangi. 11.6.



ANALISIS KELAYAKAN



Berbagai peluang yang diamati untuk menerapkan produksi bersih dapat dilanjutkan dengan uji kelayakan yang meliputi kelayakan lingkungan, kelayakan teknik, dan kelayakan ekonomi. Kelayakan lingkungan terkait erat apakah praktek-praktek produksi bersih dapat menjamin pengurangan limbah baik ditinjau dari segi kuantitas maupun jenis limbah. Kelayakan teknik berhubungan dengan penerapan teknologi melalui modifikasi proses, modifikasi peralatan maupun pemakain peralatan dan teknologi proses baru. Praktek produksi bersih layak secara teknik bila dengan modifikasi maupun penggunaan teknologi baru mampu menjamin kualitas produk atau bahkan menaikkan kualitas. Analisis ekonomi merupakan 114



Teknologi Industri Elektroplating



faktor penentu program produksi bersih. Tabel 11.4 analisis ekonomi disajikan sebagai berikut : Tabel 11.4. Analisis ekonomi



Peluang Biaya investasi Biaya investasi total Biaya tahunan



Biaya tahunan total Keuntungan



Item Peralatan Instalasi



Nilai



Biaya produksi Perawatan Bahan baku Kenaikan penjualan Penjualan produk samping Penghematan - bahan baku - air - energi - pengolahan limbah



Keuntungan total Keuntungan bersih Waktu pengembalian modal investasi



Keputusan akhir penerapan peluang produksi bersih berdasarkan prinsip biaya berturut-turut dimulai dari tanpa biaya (no cost), dengan biaya rendah (low cost), dan selanjutnya memerlukan biaya sampai biaya tinggi (high cost). Apabila praktek produksi bersih memerlukan biaya maka perlu dihitung investasi yang diperlukan, waktu pengembalian modal, dan besarnya penghematan yang diperoleh dari praktek penerapan produksi bersih. Analisis kelayakan non ekonomi terutama dampak penerapan Produksi Bersih terhadap penerimaan pasar, kesehatan dan keselamatan kerja, pelanggan, dan bagian non proses.



Teknologi Industri Elektroplating



115



11.7.



IMPLEMENTASI



Implementasi peluang Produksi Bersih berupa dukungan pembiayaan, tim pelaksana yang melibatkan karyawan sebagai bagian dari pekerjaan rutinnya, jadual pelaksanaan, sistem monitoring dan pengukuran keberhasilan. Untuk mengetahui sampai sejauh mana implementasi Produksi Bersih dilaksanakan dikembangkan indikator kinerja dengan sasaran yang meliputi efisiensi, produktivitas, pengurangan timbulan limbah dan peningkatan kesehatan dan keselamatan kerja. Tabel 11.5. Indikator Kinerja



No 1



2



3



4



5



116



SASARAN Peningkatan Efisiensi Kerja Peningkatan Efisiensi Penggunaan Bahan Baku



PENGUKURAN Produktivitas Pekerja



INDIKATOR KINERJA Tingkat Produktivitas



Bahan Baku Produk



Peningkatan Efisiensi Penggunaan Energi



Listrik



Penurunan Timbulan Limbah dan Emisi



Limbah Padat



Tingkat Perolehan Produk Jadi Rasio Perolehan Produk Jadi Rasio Biaya Produk Rasio Produk Gagal Rasio Kerugian Produk Gagal Tingkat Pemakian Listrik Rasio Biaya Listrik Tingkat Pemakaian Bahan bakar Rasio Biaya Bahan bakar Tingkat Timbulan Limbah Padat Tingkat Timbulan Limbah Cair Tingkat Timbulan Emisi Tingkat Kecelakaan Kerja



Peningkatan Kesehatan dan Keselamatan Kerja



Bahan Bakar



Limbah Cair Emisi Kecelakaan Kerja



Teknologi Industri Elektroplating



10. 8. PEMANTAUAN DAN EVALUASI Berdasarkan Indikator kinerja kunci (Key Performance Indicator) yang telah dikembangkan dilakukan pengukuran untuk menghitung indikator kinerja secara kuantitatif. Monitoring capaian penerapan produksi bersih dapat dilakuakn secara terjadual dan periodik. Evaluasi dan tinjauan ulang dilakukan terhadap capaian yang telah diperoleh dibandingkan dengan sasaran yang diprogramkan. Apabila sasaran yang diprogramkan tidak tercapai maka perlu dicari penyebab dan penyelesaiannya. Seringkali ada hal-hal non teknis yang perlu diperhitungkan yang berpengaruh dalam pelaksanaan produksi bersih. Sasaran kegiatan yang telah dicapai dipertahankan dan selanjutnya dilakukan penerapan pada peluang produksi bersih lainnya. Kegiatan produksi bersih pada akhirnya bukanlah suatu program semata, namun merupakan bagian dari pekerjaan dan kegiatan industri sehari-hari.



Teknologi Industri Elektroplating



117



118



Teknologi Industri Elektroplating



12 PENGOLAHAN LIMBAH ELEKTROPLATING 12.1. LIMBAH ELEKTROPLATING Kegiatan elektroplating selain menghasilkan produk yang berguna, juga menghasilkan limbah padat dan cair serta emisi gas. Limbah padat berasal dari kegiatan polishing maupun penghilangan kerak, limbah cair berupa air limbah berasal dari pencucian, pembersihan dan proses plating. Air limbah dan limbah cair dapat pula mengandung padatan. Air limbah juga mengandung logam-logam terlarut dan senyawa-senyawa berbahaya lainnya. Limbah Cair Berupa limbah cair asam dan air limbah yang berasal dari pencucian, pembersihan dan proses elektroplating, Air limbah mengandung logamlogam terlarut, solven dan senyawa organik maupun anorganik terlarut lainnya. Pembuangan secara langsung limbah ke badan air bila melebihi nilai ambang batas dapat mengganggu lingkungan. Pengolahan air limbah diperlukan sebelum pembuangan dengan cara fisika, kimia maupun elektrokimia. Limbah Padat Limbah padat berasal dari operasi penghilangan kerak, polishing, maupun kotoran sisa pada bak plating. Debu yang timbul pada operasi polishing dapat diambil dari ruangan dengan penghisapan uadar ruangan melewati Teknologi Industri Elektroplating



119



siklon untuk memisahkan padatan dari udara. Apabila limbah padat tercampur dengan cairan dapat dilakukan dengan cara pengendapan maupun filtrasi. Emisi Gas Emisi gas pada umumnya berasal dari penguapan larutan plating, solven, uap asam, maupun cairan pembersih. Beberapa jenis uap solven maupun asam bersifat toksik dan korosif sehingga dapat berbahaya bagi kesehatan manusia, dengan efek yang dirasakan dalam waktu singkat maupun waktu lama. Pencegahan dapat dilakukan dengan ventilasi yang baik maupun pemasangan exhaust fan terutama pada ruang elektroplating dan pencucian asam sehingga uap yang ada dapat dikeluarkan dari ruangan. Pekerja dapat menggunakan masker untuk mencegah uap asam. 12.2. PENGOLAHAN LIMBAH Segregasi Pengelolaan limbah dapat dilakukan dengan cara segregasi atau pemilahan limbah. Pisahkan antara air limbah untuk keperluan mandi dan cuci atau air bukan proses dengan air limbah dari proses elektroplating sehingga volume limbah plating menjadi kecil. Hati-hati untuk tidak mencampur limbah plating sianida dengan limbah asam untuk penghilangan kerak, dapat menimbulkan gas-gas berbahaya. Limbah persiapan permukaan yang mengandung asam dipisahkan dari limbah elektroplating. Limbah asam dinetralkan dengan kapur atau soda api. Sedangkan air limbah proses plating selanjutnya dilakukan pengolahan agar buangan air memenuhi baku mutu lingkungan. Pengolahan air limbah dapat dilakukan secara fisika, kimia, elektrokimia dan biologi. Jenis pengolahan dilakukan tergantung dari karakteristik senyawa-senyawa yang ada pada air limbah. Pengolahan Air Limbah secara Fisika Pengolahan secara fisika didasarkan pada karakteristik fisika dari air limbah, dilakukan dengan cara sedimentasi, filtrasi, adsorpsi, evaporasi, penukaran ion, dan pemisahan menggunakan membran.



120



Teknologi Industri Elektroplating



Sedimentasi dan koagulasi Partikel-partikel padat dalam bentuk padatan tersuspensi dalam air limbah dapat mengendap secara langsung berdasarkan gaya berat dan ukuran partikel. Ukuran partikel yang kecil sulit mengendap sehingga diperlukan penambahan koagulan seperti tawas (Alum), Feri sulfat, Poli aluminum klorida (PAC = Poly Aluminum Chloride). Dengan penambahan koagulan partikel-pertikel akan menempel pada flok koagulan selanjutnya akan mengalami penggumpalan membentuk partikel-pertikel yang besar dan dapat mengendap. Pengaturan pH pada koagulasi ini dilakukan dengan penambahan soda atau kapur. Filtrasi Partikel padat teruspensi maupun hasil koagulasi dapat dipisahkan dari larutannya dengan cara penyaringan (filtrasi). Filtrasi dapat menggunakan kain, terpal maupun dengan medium granular seperti pasir dan kerikil. Adsorpsi Adsorpsi adalah penjerapan senyawa dalam campuran gas atau yang terlarut dalam medium cairan. Adsorpsi dapat menggunakan batu apung, arang dan karbon aktif. Zat warna dan bau pada umumnya dapat dihilangkan dengan penjerapan menggunakan karbon aktif. Evaporasi Evaporasi adalah penguapan cairan untuk memperoleh larutan pekat. Larutan encer yang mengandung elektrolit dapat dipanaskan sehingga terjadi penguapan air dan diperoleh larutan pekat yang selanjutnya digunakan kembali untuk elektroplating. Penukar Ion (Ion Exchange) Ion logam atau kation maupun anion dapat diambil dengan cara melewatkan pada suatu resin kationik maupun anionik. Larutan yang telah dilewatkan resin ini akan terkurangi kandungan senyawa kimianya dan keluar dari penukar ion mengandung kadar yang sangat rendah. Membran Pada dasarnya pengolahan menggunakan membran sama dengan cara filtrasi. Membran bekerja berdasarkan reverse osmosis (RO). Limbah yang mengandung bahan kimia dilewatkan membran sehingga senyawa kimia Teknologi Industri Elektroplating



121



tertahan pada membran dan air limbah terolah keluar mengandung bahan kimia yang sangat rendah. Pengolahan Air Limbah secara Kimia Pengolahan limbah secara kimia memerlukan penambahan bahan kimia pada air limbah sehingga biaya memerlukan biaya operasi. Pengolahan secara kimia lebih ditujukan untuk menurunkan dan menghilangkan senyawa-senyawa yang berbahaya dan beracun yang terlarut di dalam air limbah. Netralisasi Air limbah elektroplating dapat disegregasi berdasarkan keasamannya. Air limbah yang bersifat asam dapat dicampurkan dengan air limbah yang bersifat basa sehingga terjadi netralisasi. Keasaman limbah terolah yang boleh dibuang ke badan air dengan pH antara 6 sampai 8, sehingga apabila pH lebih kecil dari 6 perlu penambahan soda atau kapur, sedangkan apabila air limbah bersifat basa dengan pH lebih besar 8 dapat ditambahkan asam sulfat maupun asam klorida. Pengendapan Logam Logam-logam dalam limbah plating dapat diendapkan dengan netralisasi menggunakakan larutan kapur (Ca(OH)2) atau soda api (NaOH). Pengendapan berlangsung pada pH antara 8,5 sampai 9,5. Oksidasi Senyawa-senyawa kimia beracun seperti sianida sebelum dibuang ke badan air dapat diuraikan dengan cara oksidasi menggunakan senyawasenyawa klor seperti kaporit dan sodium hipoklorit sehingga senyawa tersebut dapat diuraikan menjadi senyawa-senyawa yang lebih sederhana dan tidak beracun. Reduksi Senyawa lain yang beracun seperti krom valensi 6 (hexavalent) dapat direduksi menjadi valensi 3 yang bersifat tidak beracun. Krom valensi 3 dan logam-logam lain seperti tembaga, nikel, dan seng dengan mudah dapat diendapkan dalam bentuk hidroksidanya dengan panambahan soda api maupun kapur. 122



Teknologi Industri Elektroplating



Pengolahan Elektrokimia Prinsip elektrokimia seperti halnya elektroplating digunakan terutama untuk mengambil ulang bahan-bahan terlarut yang masih mempunyai nilai tinggi. Elektrolisis Ion logam diambil dengan prinsip elektrolisis dan penguraian menggunakan bantuan arus listrik. Dengan elektrolisis, logam mengendap pada katoda dan dapat digunakan lagi. Elektrodeposisi Elektrodeposisi adalah elektroplating tanpa bantuan arus listrik. Logamlogam terlarut diendapkan dengan senyawa kimia yang bersifat sebagai reduktor berdasarkan beda potensial. Pengolahan biologi Pengolahan menggunakan bantuan mikroba dapat dilakukan pada senyawa-senyawa organik yang bersifat dapat diuraikan oleh mikroba. Senyawa-senyawa organik akan diuraikan menjadi senyawa yang lebih sederhana. Adanya logam berat seringkali merupakan racun bagi mikroba, sehingga perlu dilakukan pengolahan pendahuluan dengan cara kimia sebelum dilakukan pengolahan secara biologi. 12.3. PENGOLAHAN LIMBAH SECARA KHUSUS Oksidasi Senyawa Sianida Senyawa sianida dalam limbah plating dioksidasi menjadi senyawa sianat atau karbondioksida dan nitrogen, menggunakan senyawa sodium hipokhlorit atau gas khlorine. Bagi industri kecil menengah, oksidator yang sesuai digunakan adalah sodium hipokhlorit, karena gas khlorine memerlukan penanganan yang sangat hati-hati. Reaksi dekomposisi sodium sianida adalah : 2NaCN + 5NaOCl + NaOH → 2Na2CO3 + N2↑+ 5NaCl + H2O Reaksi dilakukan pada tanki berpengaduk selama 10 sampai 15 menit, dan dibiarkan selama 30 menit sampai dengan 1 jam untuk menghindari gasgas beracun. Keasaman perlu diatur dengan pH 11,5 menggunakan larutan Teknologi Industri Elektroplating



123



soda api. Keasamaan dijaga betul-betul tidak boleh kurang dari 8,0 bila menggunakan reaksi 2 tahap karena ada potensi pelepasan gas-gas beracun seperti sianogen klorida, klorin, dan kemungkinan juga gas hidrogen sianida. Pengolahan Limbah Tembaga Pengolahan logam yang terlarut dalam limbah dengan cara pengendapan kimia, dengan urutan proses sebagai berikut : • Netralisasi limbah yang mengandung ion tembaga dengan larutan alkali yaitu larutan kapur, soda api atau soda abu • Atur pH limbah dengan penambahan larutan alkali lagi karena pengendapan logam tembaga dengan alkali terjadi pada pH 8-10 • Tiap kg tembaga memerlukan • kapur sebanyak 1,17 kg, atau • soda api 1,26 kg, atau • soda abu 1,67 kg • Tambahkan koagulan seperti tawas (alum) atau PAC untuk mempercepat pengendapan • Biarkan mengendap dan lakukan penyaringan untuk memisahkan lumpur dan air Pengolahan Limbah Seng Pengendapan seng pada dasarnya sama dengan pengendapan tembaga, dimulai dengan netralisasi limbah menggunakan larutan alkali dilanjutkan dengan langkah-langkah : • Penambahan larutan alkali karena pengendapan logam seng berlangsung pada pH 8-10 • Tiap kg tembaga memerlukan • kapur sebanyak 1,14 kg, atau • soda api 1,22 kg, atau • soda abu 1,62 kg • Tambahkan koagulan untuk mempercepat pengendapan • Biarkan mengendap dan lakukan pemisahan lumpur dari larutannya



124



Teknologi Industri Elektroplating



Pengolahan Limbah Nikel Pengolahan limbah nikel dengan cara kimia dapat dilakukan melalui pengendapan senyawa nikel, dengan langkah-langkah sebagai berikut : • Larutan yang bersifat asam dinetralkan terlebih dahulu dengan larutan basa • Pengendapan logam nikel dengan alkali pada pH 8–10, untuk tiap kg nikel diperlukan : • kapur sebanyak 1,26 kg, atau • soda api sebanyak 1,36 kg, atau • soda abu sebanyak 1,81 kg atau • sodium karbonat monohidrat sebanyak 2,11 kg • Tambahkan koagulan (misalnya alum) untuk mempercepat pengendapan. • Biarkan mengendap beberapa saat, kemudian disaring untuk mengambil lumpur dan membuang air. Pengolahan Limbah Krom Krom valensi 6 berasal dari asam kromat atau larutan plating dan pewarnaan. Tumpahan larutan krom maupun air limbah pembilasan perlu dilakukan pengolahan terlebih dahulu sebelum dibuang ke badan air melalui dua tahapan : • Reduksi kimia krom valensi 6 (hexavalent) menjadi valensi 3 (trivalent) yang tak berbahaya pada kondisi agak asam dengan penambahan sodium bisulfit atau gas sulfur dioksida. • Kemudian atur pH hingga 8 dengan penambahan sodium hidroksida untuk mengendapkan kromium trivalen sebagai hidroksida. Perlakuan pengendapan dengan satu tahap dapat dilakukan dalam larutan alkali menggunakan sodium dithiote (sodium hydrosulphite). Lumpur yang mengandung krom valensi 3 tidak berbahaya dibanding krom valensi 6.



Teknologi Industri Elektroplating



125



DAFTAR PUSTAKA AESF, 1998, AESF Training Course in Electroplating & Surface Fininshing, AESFS, Orlando. Bishop, P.L, 2001, Pollution Prevention: Fundamentals and Practice, McGraw-Hill, Boston. Canning, 1978, Canning Handbook on Electroplating, Canning Ltd, Birmingham. Durney, J., Electroplating Engineering Handbook, 4th.ed., van Nostrad Reinhold, New York, GEF and GAA, 1991, Gravure : Process and Technology, Gravure Association of America, New York. Metcal & Eddy, Tcobanoglous, G., Burton, F.L, 1991, Wastewater Engineering : Treatment, Disposal and Reuse, McGraw-Hill, New York. Murphy, M., 1996, Metal Finishing : Guide Book and Directory Issue, Vol. 94, No. 1A. Irvine, T.H., 1970, The Chemical Analysis of Electroplating Solutions, Chemical Publishing Co., Inc, New York. Purwanto, 2003, Penerapan Produksi Bersih Sektor Usaha Kecil Menengah. Studi Kasus Industri Logam dan Elektroplating, Konferensi Nasional Produksi Bersih, Bandung, 2003. Stork, A, Coeuret, F., 1984, Elements de Genie Electrochimique, Tec-Doc, Paris.



126



Teknologi Industri Elektroplating



PURWANTO, lahir di Demak pada bulan Desember 1961, menyelesaikan pendidikan di SMPN 2 Demak lulus tahun 1976 dan SMAN 1 Demak lulus tahun 1980. Meneruskan pendidikan di Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Diponegoro lulus tahun 1985, dan menjadi dosen pada jurusan tersebut sejak lulus sampai sekarang. Purwanto menyelesaikan pendidikan S2 dan S3 (Doktor) di ENSIGC-INPT Toulouse Prancis lulus tahun 1994. Dr. Purwanto juga mengajar di Program Magister Ilmu Lingkungan dan Magister Teknik Kimia Universitas Diponegoro. Pengalaman di bidang elektroplating dimulai sejak kembali ke tanah air, dengan melakukan penelitian, memberikan konsultasi, perancangan industri elektroplating, dan penerapan teknologi/produksi bersih serta peningkatan efisiensi dan produktivitas pada IKM logam dan elektroplating. Bersama dengan DML tahun 1998, Louis Berger Int. tahun 2003, IDKM tahun 2004 dan 2005 mengimplementasikan produksi bersih sektor logam dan elektroplating pada beberapa IKM di Jawa Tengah, D.I. Yogyakarta, dan Jawa Timur. Fokus kajian Dr. Purwanto di bidang rekayasa proses berbasis produksi bersih, eco-efficiency, green productivity, simbiosis dan ekologi industri, serta eco-industrial park dikaitkan dengan pembangunan berkelanjutan. Dr. Purwanto dapat dihubungi melaui e-mail : [email protected]



SYAMSUL HUDA, lahir di Ngawi Januari 1970, menamatkan pendidikan di SMPN 1 Gondang Sragen dan SMUN 1 Sragen lulus tahun 1989. Selanjutnya menempuh pendidikan di Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Diponegoro lulus tahun 1995. Mulai bekerja di industri elektroplating sejak mahasiswa, menjadi konsultan pada berbagai kegiatan elektroplating sejak tahun 1996 sampai sekarang. Syamsul Huda selalu aktif melakukan penelitian bahanbahan pengganti untuk keperluan elektroplating. Beberapa bahan yang telah diproduksi yaitu fosfating, buffing, purifier, bahan plating alumunium, dan metal cleaner. Bersama dengan Dr. Purwanto, mengembangkan IKM elektroplating yang didirikan tahun 2001 di Semarang.



Teknologi Industri Elektroplating



127



Kehidupan modern tidak bisa terlepas dari teknologi Kehidupan modern tidakBerbagai bisa terlepas dari teknologi industri elektroplating. barang perhiasan, industri elektroplating. barangdan perhiasan, kerajinan, komponen sepedaBerbagai motor, mobil peralatan kerajinan, komponen sepeda motor, mobil danlapis pabrik dilakukan sentuhan akhir melalui teknologi pabrik dilakukan sentuhan akhirlogam melalui listrikperalatan ini. Elektroplating merupakan pelapisan pada teknologi lapis listrik ini. Elektroplating merupakan benda padat konduktif dengan bantuan arus listrik. pelapisan logam pada padat konduktif dengan Pelapisan ditujukan untukbenda mempebaiki permukaan benda bantuan arus listrik. Pelapisan ditujukan untuk sehingga lebih cemerlang dan mengkilap, tahan korosi dan mempebaiki permukaan sehingga lebih atau permukaan benda menjadibenda lebih keras. Benda dapat cemerlang dan mengkilap, tahan korosi dan atau dilapis dengan emas, nikel, tembaga, seng, kuningan, perak, permukaankrom benda menjadi keras. dan logam lebih pelapis lain Benda dapat dilapis dengan emas, nikel, tembaga, seng, kuningan, perak, krom dan logam pelapis lain.



Buku ini ditulis berdasarkan praktek yang ditemui di industri dipadukan dengan dasar teori sehingga mudah untuk dimengerti dan diterapkan baik oleh mahasiswa bidang ilmu teknik untuk keperluan praktikum dan penelitian, para lulusan yang ingin berwirausaha maupun pihak industri yang ingin mengembangkan teknologi industri elektroplating.



128 View publication stats



Teknologi Industri Elektroplating