Gravimetri Kadar Al dalam Tawas Al

Kadar Al dalam Tawas Al

Aluminium dapat diendapkan dari garamnya sebagai Aluminium Hidroksida. Endapan ini mudah larut pada pH yang cukup tinggi. Oleh karena itu sebagai pengendap tidak dapat dipakai basa kuat. Untuk menjaga pH dipakai amonium klorida sebagai pendapar. Endapan dicuci dengan amonium nitrat 2 %.
Tawas/aluminium adalah sejenis koagulan dengan rumus Al2SO4.11H2O atau 14H2O atau 18H2O, umunya yang digunakan adalah 18H2O. Semakin banyak ikatan molekul hidrat maka semakin banyak ion lawan yang nantinya akan ditangkap tetapi pada umunya tidak stabil. Pada pH <7 terbentuk Al(OH) 2+, Al(OH)2 2+, Al2(OH)2. Pada pH > 7 terbentuk Al(OH) -4. Flok - flok Al(OH)3 mengendap berwarna putih.
Gugus pertama dari proses koagulasi adalah senyawa aluminat yang optimum pada pH netral. Apabila pH tinggi atau boleh dikatakan kekurangan kekurangan dosis maka air akan nampak seperti air beku karena gugus aluminat tidak terbentuk secara sempurna. Tetapi apabila pH rendah atau boleh dikatakan kelebihan dosis maka air akan nampak keputih-putihan karena terlalu banyak konsentrasi alum yang cenderung berwarna putih. Dalam cartesian terbentuk hubungan parabola terbuka, sehingga memerlukan dosis yang tepat dalam penjernihan air. Reaksi alum dalam larutan dapat dituliskan :

      Al2(SO)4 + 6H2O  -------->   2Al(OH)3 + 6H+ + 3SO42-

Reaksi ini menyebabkan pembebasan ion H+dengan kadar yang tinggi ditambahkan oleh adanya ion aluminium. Ion aliminium bersifat amfoter sehingga bergantung pada kondisi lingkungan yang mempengaruhinya. Karena suasananya asam maka aluminium akan juga bersifat asam sehingga pH larutan menjadi turun.
Jika zat-zat ini dilarutkan dalam air maka, akan terjadi disosiasi garam menjadi ion kation logam dan anion. Ion logam akan menjadi lapisan dalam larutan dengan konsentrasi lebih rendah daripada air, hal ini noleh muatan positif yang kuat pada permukaan ion logam (hidratasi) dengan membentuk molekul heksaquo ( yaitu 6 molekul air yang digabung berdekatan ) atau disebut dengan (H2O)63+, seperti [Al(H2O6]3+.

Ion seperti ini hanya stabil pada media yang sedikit asam, untuk aluminium pada pH < 4, untuk Fe pada pH < 2.Jika pH meningkat ada proton yang akan lepas dari ion logam yang terikat tadi dan bereaksi sebagai asam.

Sebelum digunakan satu hal yang harus disiapkan yaitu larutan koagulan. Di dalam larutan koagulan harus lebih efektif, bila berada pada bentuk trivalen ( valensi 3 ) seperti Fe3+ atau Al3+,menghasilkan pH < 1,5. Bila larutan alum ditambahkan ke dalam air yang akan diubah terjadi reaksi sebagai berikut :

Reaksi hidrolisa        :   Al3+   +   3H2O     ---->     Al(OH)3     +       3H+ ....... 1)

Jika alkalinitas dalam air cukup, maka terjadi reaksi :
Jika ada       :   CO32-   +     H+    -------->        HCO3-   +      H2O ............2)
Atau dengan  : HCO3-    +     H+   ------->    CO2     +       H2O ..........3)
Dari reaksi di atas menyebabkan pH air turun.

Kelarutan Al(OH)3 sangat rendah, jadi pengendapan akan terjadi dalam bentuk flok. Bentuk endapan lainnya ialah Al2O3nH2O seperti ditunjukkan reaksi :
        2Al3+     +   (n+3)H2O    ------>      Al2O3nH2O  + 6H+

Ion H+ bereaksi dengan alkalinitas.
Reaksi-reaksi hidrolisa yang terjadi di atas merupakan persamaan hidrolisa secara keseluruhan. Reaksi 1, biasanya digunakan untuk menghitung perubahan alkalinitas dan pH.

Pada kenyataannya ion Al3+ dalam larutan koagulan terhidrasi dan akan berlangsung dengan ketergantungan kepada pH hidrolisa. Senyawa yang terbentuk bermuatan positif dan akan berinteraksi dengan zat kotoran seperti koloid.
            [Al(H2O)6]3+        -------->      [Al(H2O)5OH]2+     +     H+
            [Al(H2O)5OH]2+  -------->      [Al(H2O)4(OH)2]2+     +      H+
            [Al(H2O)4(OH)2]2+ ------>      [Al(H2O)3(OH)3]   +     H+      endapan
            [Al(H2O)3(OH)3]  -------->      [Al(H2O)2(OH)4]-   +      H+     terlarut
Tahap pertama terbentuk senyawa dengan lima molekul air dan satu hidroksil yang muatan total akan turun dari 3+ menjadi 2+ misalnya :   [Al(H2O)5OH]2+
       
Jika pH naik terus sampai mencapai +/- 5 maka akan terjadi reaksi tahap kedua dengan senyawa yang memiliki 4 molekul air dan 2 gugus hidroksil. Larutan dengan pH > 6 ( dipengaruhi oleh Ca2+) akan terbentuk senyawa logam netral (OH)3 yang tidak bisa larut dan mempunyai volume yang besar dan bisa diendapkan sebagai flok.

Jika alkalinitas cukup, ion H+ yang terbentuk akan terlepas dan endapan [Al(H2O)3(OH)3] atau hanya (OH)3 yang terbentuk. Pada pH lebih besar dari 7,8 ion aluminat  [Al(H2O)2(OH)4]- atau hanya Al(OH)3 yang terbentuk yang bermuatan negatif dan larut dalam air. Untuk menghindari terbentuknya senyawa aluminium terlarut, maka jangan dilakukan koagulasi dengan senyawa aluminium pada pH yang lebih besar dari 7,8.

Polimerisasi senyawa aluminium hidroksil berlangsung dengan menghasilkan kompleks yang mengandung ion Al3+ yang berbeda berikatan dengan ion lainnya oleh OH-. Selama koagulasi pengaruh ion OH- dan H+ adalah penting untuk menentukan hasil hidrolisa. Aluminium sering membuat kompleks 6 s/d 8 dibandingkan dengan ion Fe(III) yang membentuk suatu rantai polimer yang panjang. Senyawa itu disebut dengan cationic polynuclier metal hydroxo complex dan bersifat sangat mengadsorbsi di permukaan zat padat. Bentuk hidrolisa yang akan terbentuk dalam air, sebagian besar tergantung pada pH awal, kapasitas dapar (buffer), suhu, maupun konsentasi koagulan dan kondisi ionik ( Ca2+ dan SO42+) maupun juga dari kondisi pencampuran dan kondisi reaksi.

Senyawa Al yang lainnya adalah sodium aluminat, NaAlO2 atau Na2Al2O4. Kelebihan NaOH yang ditambahkan ( rasio Na2O/Al2O3 dalam Na2Al2O4 adalah 1,2 - 1,3/1) untuk menaikkan stabilitas sodium aliminat. Penambahan zat ini dalam bentuk larutan akan menghasilkan reaksi sebagai berikut :
                           AlO2     +       2H2O     ------->      Al(OH)4-
                           Al(OH)4-   --------->     Al(OH)3    +     OH-

 Reaksi kedua hanya mungkin bila asiditas dalam air cukup untuk menghilangkan ion OH- yang terbentuk sehingga menyebabkan kenaikan pH. Pada prakteknya satu hal dipertimbangkan untuk memberikan kelebihan asam dari larutan alum (pH 1,5) yang ditambahkan dan yang lainnya kelebihan NaOH di dalam sodium aluminat ( untuk stabilitas ).

 Jika kehadiran alkalinitas di dalam air cukup, pada koagulasi dengan koagulan garam Al ion H+ yang terbentuk akan diambil dan terbentuk endapan [Al(H2O)3(OH)3] atau hanya Al(OH)3 , dimana bentuk ini bermanfaat pada pembentukan flok (mekanisme adsorbsi).

PAC (Poly Aluminium Chloride)
       
 Senyawa Al yang lain yang penting untuk koagulasi adalah Poly Aluminium Chloride (PAC), Aln(OH)mCl3 n - m. Ada beberapa cara yang sudah dipatenkan untuk membuat Poly Aluminium Chloride yang dapat dihasilkan dari hidrolisa parsial dari aluminium klorida.

PAC adalah suatu pernsenyawaan organik komplek, ion hidroksil serta ion aluminium bertarap klorinasi yang berlainan sebagai pembentuk polynuclear mempunyai rumus umum Alm(OH)nCl (3m - n ). Beberapa keunggulan yang dimiliki PAC dibandingkan koagulan lainnya adalah :

1.      PAC dapat bekerja di tingkat pH yang lebih luas, dengan demikian tidak diperlukan pengoreksian terhadap pH, terkecuali bagi air tertentu.

2.      Kandungan belerang dengan dosis yang cukup akan mengoksidasi senyawa karboksilat rantai siklik membentuk alifatik dan gugusan rantai karbon yang pendek dan sederhana sehingga mudah untuk diikat membentuk flok.

3.      Kadar klorida yang optimal dalam fasa cair yang bermuatan negatif akan cepat bereaksi dan merusak ikatan zat organik terutama ikatan karbon yang umumnya dalam struktru ekuatik membentuk suatu makromolekul terutama gugusan protein, amino, amida dan penyusun minyak dan lipida. 

4.      PAC tidak menjadi keruh bila pemakaiannyaberlebihan, sedangkan koagulan yang lain ( seperti aluminium sulfat, besi klorida dan ferro sulfat ) bila dosis berlebihan bagi air yang mempunyai kekeruhan yang rendah akan bertambah keruh. Jika digambarkan dengan suatu grafik untuk PAC adalah  membentuk garis linier artinya jika dosis berlebihan maka akan didapatkan hasil kekeruhan yang relatif sama dengan dosis optimum sehingga penghematan bahan kimia dapat dilakukan. Sedangkan untuk koagulan selain PAC memberikan parabola terbuka artinya jika kelebihan atau kekurangan dosis maka akan menaikkan kekeruhan hasil ahir, hal ini perlu ketepatan dosis.

5.      PAC mengandung suatu polimer khusus dengan struktur polielektrolit yang dapat mengutangi atau tidak perlu sama sekali, dalam pemakaian bahan pembantu, ini disamping penyederhanaan juga penghematan untuk penjernihan air.

6.      Kandungan basa yang cukup akan menambah gugus hidroksil dalam air sehingga penurunan bahan untuk neutralisasi dapat dilakukan.

7.      PAC lebih cepat membentuk daripada koagulan biasa ini diakibatkan dari gugusan aktif aluminat yang bekerja efektif dengan mengikat koloid ikatan ini diperkuat dengan rantai polimer dari gugus polielektron, sehingga gumpalan floknya menjadi padat. Penambahan gugus hidroksil ke dalam rantai koloid yang hidrofobik akan menambah berat molekul , dengan demikian walaupun ukuran kolam pengendapan lebih kecil atau terjadi overload bagi instalasi yang ada, kapasitas produksi relatif tidak terpengaruh.

8.      Pada kasus pembentuka flok yang lemah dengan menggunakan dosis tawas optimum untuk menghilangkan warna, polyaluminium klorid dapat dengan mudah memproduksi flok yang kuat dalam air dengan jangkauan dosis yang lebih kecil dan rentang pH yang lebih besar, tanpa mempertimbangkan kehadiran alkalinitas yang cukup.