LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA EKSPERIMEN II METODE M ME E CH A NI CA L MI M I L L I NG MENGGUNAKAN SH A K E R M MII L L PPFUG (ACARA – 1) 1)
D i susun susun ole oleh h: Nama
: 1. Safitri 2. Dhika Kusumastuti
Asisten
K1C015044 K1C015048
: Untung
Hari/Tanggal : Pelaksanaan Praktikum
: Kamis, 22 Maret 2018
Pengumpulan Laporan
: Kamis, 29 Maret 2018
LABORATORIUM FISIKA INTI DAN MATERIAL JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN PURWOKERTO 2018
METODE ME CH ANI CAL MI LLI NG MENGGUNAKAN SH AK E R MI LL PPF-UG Safitri (K1C015044) , Dhika Kusumastuti (K1C015048) Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Jenderal Soedirman Email:
[email protected]
ABSTRAK
Eksperimen Metode Mechanical Milling Menggunakan Shaker Mill Ppf - Ug dilakukan dengan tujuan untuk menentukan perubahan ukuran partikel dan lama waktu milling yang efisien. Sampel yang digunakan adalah pasir besi alam atau Fe 3O4 sebanyak 45 gram. Alat yang digunakan adalah Shaker Mill PPF-UG legkap dengan vial dan ball mill, saringan, dan neraca digital model TP2KS. Saringan yang digunakan untuk penyaringan berukuran 80, 120, dan 250 mesh. Variasi waktu yang ditentukan untuk milling adalah 5,10, dan 15 menit. Hasil yang diperoleh adalah bahwa waktu milling yang efisien penggunaannya adalah 15 menit karena menghasilkan massa pasir besi di akhir penyaringan sebesar 13.041 gram dan perubahan ukuran partikel akan mengecil apabila waktu millng semakin lama. Kata Kunci: Mechanical miling, mesh, pasir besi, shaker mill ppf-ug, waktu efisien.
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pasir besi (Fe3O4) adalah salah satu hasil dari sumber daya alam yang ada di Indonesia dan merupakan salah satu bahan baku dasar dalam industri besi baja dimana ketersediaannya dapat dijumpai di daerah pesisir seperti di pesisir pantai Jawa, Sumatra, Sulawesi, dan Kabupaten Lombok Timur. Selain sebagai bahan baku industri baja, pasir besi juga dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku industri semen dalam pembuatan beton. Pasir besi yang ada di alam umumnya memiliki ukuran 80-100 mesh (Franklin, 2007). Metode untuk
mencampurkan dan
menentukan perubahan ukuran partikel yaitu salah satunya dengan menggunakan metode mechanical milling . Mechanical milling adalah salah satu metode untuk mencampurkan material (alloying) dari dua serbuk material yang berbeda dan juga untuk memperkecil ukuran material (Tim dosen fisika, 2018). Ada beberapa variabel yang harus dipertimbangkan, yaitu tipe milling, kecepatan milling, waktu milling, tipe dan ukuran bola giling, rasio bola-serbuk, temperatur milling, dan pelumas ( process control agent ) (Franklin, 2007). Salah satu jenis milling yang sering digunakan adalah planetary ball mill. Metode mechanical milling bisa dilakukan dengan menggunakan shaker mill PPF-UG.
1.2 Tujuan
1. Mendeskripsikan
mekanisme
metode
mechanical
milling
dalam
proses
memperkecil ukuran partikel menggunakan alat Shaker Mill PPF-UG. 2. Mengoperasikan alat Shaker Mill PPF-UG untuk proses milling sampel. 3. Menentukan perubahan ukuran partikel dan lama waktu milling yang efisien setelah di-milling dengan variasi waktu yang sudah ditentukan.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Mechanical milling
Mechanical milling adalah salah satu metode untuk mengurangi ukuran partikel dan pencampuran partikel dalam fase baru. Ada dua jenis milling yaitu wet milling atau pencampuran basah (untuk material yang mudah teroksidasi) dan dry milling atau pencampuran kering (untuk material yang tidak mudah teroksidasi). Dalam proses milling biasanya digunakan ball mill dengan perbandingan massa serbuk dan ball mill adalah 1:5 (Tim dosen fisika, 2018). Berbagai jenis tipe ball mill dapat digunakan untuk sintetis nanomaterial di mana bola berdampak pada muatan bubuk (Koch, 1996). Bola dapat menggulung permukaan ruangan dalam serangkaian lapisan paralel at au bisa jatuh bebas memberi dampak pada bubuk di bawahnya. Kinetik dari mechanical milling atau alloying bergantung pada pada energi yang ditransfer ke s erbuk dari bola selama milling (Tjong, 2004). Transfer energi ditentukan oleh banyak parameter seperti jenis milling, serbuk yang dipasok untuk menggerakkan ruang penggilingan, kecepatan penggilingan, ukuran dan distribusi ukuran bola, penggilingan kering atau basah, suhu penggilingan dan durasi penggilingan (Benjamin, 1990). Energi kinetik bola adalah fungsi dari massa dan kecepatan, oleh karena itu material padat (baja atau tungsen carbide) lebih lebih baik dari pada bola keramik, dan distribusi ukuran harus dioptimalkan (Zhang, 2004). Suhu selama penggilingan dapat bergantung pada energi kinetik bola dan karakteristik material media bubuk dan penggilingan. Suhu bubuk dapat mempengaruhi konsentrasi difusivitas dan kerusakan pada bubuk yang memperngaruhi transformasi fasa yang diinduksi oleh penggilingan (Mei, 2007). Temperatur yang lebih tinggi diharapkan diharapkan menghasilkan fase yang membutuhkan mobilitas atomik yang lebih tinggi (intermetalik) sedangkan pada suhu yang lebih rendah pembentukan fase amorf diharapkan jika cukup energinya. Suhu rendah juga dapat meningkatkan pembentukan fase nanokristalin. Selain itu, deformasi laju regangan dan regangan kumulatif tinggi yang menyertai selama bola bertumbukan menyebabkan partikel patah (Koch, 1997).
Gambar 2.1 Proses tumbukan antara bubuk dan bola pada saat proses milling
Gambar 2.2 Skema gerakan bola dan serbuk dalam vial pada saat pros es
milling Energi impek bola-bola milling pada arah normal mencapai 40 kali lebih besar dari akselerasi gravitasi. Selama proses milling
terdapat empat gaya yang terjadi pada
material, yaitu tumbukan (impact ), atrisi (attrition), gesekan ( shear ), dan kompresi (compression) (Tim dosen fisika, 2018).
BAB III METODE PRAKTIKUM
3.1 Waktu dan Tempat
Praktikum dilakukan di Laboratorium Fisika Inti dan Material Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Jenderal Soedirman pada hari Kamis, 22 Maret 2018 pukul 09.15-12.20 WIB.
3.2 Alat dan Bahan Alat
Bahan
Shaker Mill PPF-UG (1 buah)
Fe3O4 alam Kec. Binangun Kab. Cilacap (45 gram)
Vial (1 buah) Kunci Inggris (1 buah) Ball Mill (75 gram) Spatula (2 buah) Timbangan digital Ohaus model TP2KS (1 buah) Saringan 80, 120, dan 250 mesh Kertas Plastik Sampel (3 buah) Label kertas
3.3 Prosedur kerja
1. Alat dan bahan disiapkan. 2. Pasir besi (Fe3O4 alam) ditimbang sebanyak 15 gram menggunakan neraca digital. 3. Ball mill ditimbang sebanyak 75 gram sesuai perbandingan sampel dan ball mill yaitu 1 : 5.
4. Sampel dan ball mill dimasukan ke dalam vial kemudian dipasang pada alat Shaker Mill PPF-UG. 5. Sampel dimilling selama 5 menit. 6.
Sampel yang sudah di milling kemudian disaring menggunakan saringan ukuran 80, 120 dan 250 mesh.
7. Perubahan ukuran setelah disaring dicatat untuk masing-masing mesh. 8. Langkah 2-7 diulang untuk variasi waktu 10 menit dan 15 menit.
3.3 F lowchart
Mulai
Alat : Shaker Mill PPF-UG, Vial , Kunci Inggris, Ball Mill, Spatula, Timbangan digital Ohaus model TP2KS , Saringan 80, 120, dan 250 mesh, Kertas, Plastik Sampel, label kertas Bahan : Pasir besi alam (Fe 3O4)
Menimbang pasir besi (Fe3O4 alam) sebanyak 15 gram menggunakan neraca digital dan ball mill 75 gram
Memasukan sampel dan ball mill ke dalam vial kemudian dipasang pada alat Shaker Mill PPF-UG
Milling sampel selama 5 menit
Menyaring sampel hasil milling menggunakan saringan ukuran 80, 120 dan 250 mesh.
Mencatat perubahan ukuran sampel setelah disaring untuk masing-masing mesh
Selesai
Gambar 3.1 Flowchart percobaan mechanical milling
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil
Hasil yang diperoleh dari praktikum ini adalah sebagai berikut : Massa sampel
15 x 3 gram
Massa bola
74.934 gram
Variasi Waktu Milling
80 mesh
120 mesh
250 mesh
gram
%
gram
%
Gram
%
5 menit
14.446
0.554
13.953
1.047
12.708
2.292
10 menit
14.546
0.454
14.416
0.548
12,573
2.427
15menit
14.311
0,689
14.017
0.983
13...401
1.599
Tabel 4.1 Data hasil pengamatan massa pasir besi setelah milling dan penyaringan
Presentase eror : 1. Saringan 80 mesh
Waktu 5 menit
15 − 14.446 (100%) = 0.544 %
Waktu 10 menit
15 − 14.546 (100%) = 0.454 %
Waktu 15 menit
15 − 14.311 (100%) = 0.689 % 2. Saringan 120 mesh
Waktu 5 menit
15 − 13.953 (100%) = 1.047 %
Waktu 10 menit
15 − 14.416 (100%) = 0.548 %
Waktu 15 menit
15 − 14.017 (100%) = 0.983 % 3. Saringan 250 mesh
Waktu 5 menit
15 − 12.708 (100%) = 2.292 %
Waktu 10 menit
15 − 12.573 (100%) = 2.427 %
Waktu 15 menit
15 − 13.401 (100%) = 1.599 %
4.2 Pembahasan
Mekanisme metode mechanical milling dalam proses memperkecil ukuran dapat dijelaskan oleh tiga mekanisme yang saling mempengaruhi yaitu gesekan antara kedua permukaan karena tekanan yang dihasilkan melampaui kekuatan inheren partikel sehingga mengakibatkan frakturasi (patahan atau retakan), gaya gesek yang dihasilkan mengakibatkan pecahnya partikel menjadi beberapa bagian (Kelly, 1982). Pada saat proses milling terdapat empat gaya yang terjadi pada material yaitu tumbukan, artisi, gesekan, dan kompresi. Pada putaran mill yang relatif rendah, muatan akan bergerak naik tidak begitu tinggi dan setelah mencapai titik kesetimbangan muatan segera kembali menggelincir atau menggelinding di atas muatan lain yang sedang begerak ke atas. Pada mekanisme ini proses pengecilan ukuran terjadi akibat gaya atrisi dan gesekan ( shear ). Sedangkan ketika mill berputar cukup tinggi, muatan akan ikut berputar dan bergerak naik relatif tinggi dengn titik kesetimbangan yang tinggi pula. Setelah kesetimbangan tercapai, muatan akan jatuh bebas ke dasar mill . Pada mekanisme ini pengecilan ukuran terjadi akibat pengaruh gaya tumbukan ( impact ) dan kompresi (Kelly, 1982). Proses milling menghasilkan perubahan suhu pada vial yang digunakan, bergantung pada lamanya waktu milling yang digunakan. Perubahan suhu terjadi karena energi kinetik bola milling
yang bertumbukan dengan pinggir vial sehingga
menimbulkan panas di sekitarnya. Temperatur yang lebih tinggi akan menghasilkan fase yang membutuhkan mobilitas atomik yang lebih tinggi (intermetalik), sedangkan
pada suhu yang lebih rendah pembentukan fase amorf atau fase nanokristalin akan terbentuk [8]. Dari beberapa faktor yang mempengaruhi, grafik yang dihasilkan dari proses milling adalah sebagai berikut :
Grafik massa pasir besi terhadap saringan 15 gram 14.546 15 gram
14.416
14.446
14.017
14.311 14 gram
13.953
i s e b r 14 gram i s a p a s s 13 gram a m
13.401
12.708
13 gram
12.573
12 gram 12 gram 80 mesh
120 mesh
250 mesh
ukuran mesh
5 menit
10 menit
15 menit
Gambar 4.1 Grafik ukuran saringan (mesh) terhadap massa Fe3O4 alam
Gambar 4.1 Grafik Hubungan massa (m) dengan ukuran saringan (mesh) menunjukan bahwa semakin rapat saringan yang digunakan semakin sedikit pula massa partikel tiap lama milling. Grafik yang terbentuk dari di-milling selama 5 menit relatif lebih turun dan semakin lama waktu milling, semakin landai pula grafik yang dihasilkan. Hal ini menunjukan bahwa semakin lama waktu milling semakin kecil pula ukuran partikel yang dihasilkan. Sehingga partikel pasir besi saat dimilling selama 15 menit lebih banyak dapat melewati saringan yang lebih kecil. yaitu saat seringan sebesar 120 mesh dan 250 mesh.
Berdasarkan tabel 4.1 massa pasir besi setelah di-milling dengan waktu yang berbeda akan mengalami penurunan massa yang beerbeda-beda pula. Penurunan untuk lama milling 5 menit sebesar 0.544 % dari massa awal dengan saringan 80 mesh. Untuk saringan 120 mesh penurunan massa sebesar 1.047 % dan untuk saringan 250 mesh sebesar 2.292% . sedangakan untuk lama milling 10 menit penurunan massa pada saringan 80 mesh sebesar 0.454%, untuk saringan 120 mesh sebesar 0.548 % dan penurunan massa untuk saringan 250 mesh sebesar 2.427%. Lalu untuk waktu lama milling 15 menit penurunan massa pada saringan 80 mesh sebesar 0.689%, untuk saringan 120 mesh sebesar 0.983 % dan penurunan massa untuk saringan 250 mesh sebesar 1.599%. penurunan massa terjadi karena setelah di-milling pasir besi ada yang menempel pada vial dan juga tidak semunya mampu melewati saringan. Sehingga jumlahnya mengalami penurunan. Grafik massa pasir besi terhadap waktu 15 gram
14.546
14.446
14.311
15 gram i s e b14 gram r i s a14 gram p a s s a13 gram m
14.416 14.017 13.401
13.953
12.708
12.573
13 gram 12 gram 12 gram 5 menit
10 menit
15 menit waktu
80 mesh
120 mesh
250 mesh
Gambar 4.1 Grafik waktu terhadap massa Fe3O4 alam
Pada gambar 4.2 Grafik Hubungan massa (m) dengan waktu (t) menunjukan pada saat pasir di-milling selama 10 menit lebih banyak yang dihasilkan dibandingkan yang 5 menit. Namun secara keseluruhan, pada waktu milling selama 15 menit akan
menghasilkan rata-rata massa yang lebih banyak dibandingkan pada waktu lainnya setelah dilakukan penyaringan tiga tahap. Dari kedua grafik dapat diketahui bahwa lama waktu milling yang paling efisien adalah pada saat 15 menit karena di akhir terdapat 13.4 gram pasir besi dan jumlahnya lebih banyak dibandingkan dengan penggunaan waktu milling lainnya sementara semakin besar mesh dari saringan (semakin kecil lubang saringan) maka akan semakin sedikit pula partikel pasir besi yang akan jatuh melewati lubang-lubang saringan.
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan pembahasan yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa : 1. Semakin lama waktu milling maka ukuran partikel akan semakin kecil. 2. Lama waktu milling yang paling efisien adalah 15 menit.
5.2 Saran
1. Selalu melakukan pencucian alat setelah digunakan sehingga tidak ada sisa material yang menempel pada saat akan digunakan lagi. 2. Hati-hati saat menyaring ataupun memasukkan pasir besi sehingga pasir besi tidak tercecer.
DAFTAR PUSTAKA
Al-Saie. Dkk., 2012 “Effect Of Annealing On The Structure And Magnetic Properties Of Mechanically Milled TiO2-Fe2O3 Mixture”, Ceramics International. C. C. Koch, Nanostructured Materials. 9, 13 (1997) D.L. Zhang, Progress in Materials Science 49, 537 (2004) J.S. Benjamin, Metal Powder Rep. 45, 122 (1990) Kelly, E., G., 1982 “Introduction to Mineral Processing”, John Wiley & Son, New York. M. Sherif El-Eskandarany, K. Sumiyama, and K. Suzuki, Acta Mateialiar. 45, 1175 (1997) Q.S. Mei, and K. Lu, Progress in Materials Science 52, 1175 ( 2007) R. Janot, and D. Guerard, Progress in Materials Science 50, 1 (2005) S.C. Tjong, and H. Chen, Materials Science and Engineering R 45, 1 (2004) S. Zghal, R. Twesten, F. Wu, and P. Bellon, Acta Materialia. 50, 4711 (2002) T. S. Ward, W. Chen, M. Schoenitz, R. N. Dave, and E. Dreizin, Acta Materialia 53, 2909 (2005) Tim Dosen Fisika, 2017. Modul Praktikum EKSPERIMEN FISIKA II (edisi revisi). Purwokerto: Lab. Fisika Inti dan Material Jurusan Fisika Fakultas MIPA Unsoed
LAMPIRAN Lampiran 1. Dokumentasi Praktikum Mechanical Milling
