VOLUME 18. NOMOR 1, 2024, 18Ae25 ARTIKEL PENELITIAN Dekomposisi termal mangan oksalat (MnC2 O4 ) dari ekstraksi mangan dari bijih mangan Lampung menghasilkan mangan oksida Nurul Istiqomah Nainggolan1 . Roniyus Marjunus1 . Jilda Sofiana Dewi2 . Yayat Iman Supriyatna2 . Harry Supriadi2 . Widi Astuti2,* 1 Jurusan Fisika. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Univeristas Lampung. Lampung. Jalan Prof. Dr. Sumantri Brojonegoro No. Bandar Lampung. Lampung, 35144. Indonesia 2 Pusat Riset Teknologi Pertambangan Ae Badan Riset dan Inovasi Nasional (PRTP-BRIN). Jalan Ir. Sutami Km. Tanjung Bintang. Sindang Sari. Lampung Selatan. Kabupaten Lampung Selatan. Lampung, 35361. Indonesia Disubmit 05 Juli 2023. direvisi 17 Mei 2024. diterima 02 Juni 2024 OBJECTIVES Research on the thermal decomposition of manganese oxalate (MnC2 O4 ) from manganese extraction product of Lampung manganeses ore on manganese oxide recovery has been carried out. METHODS This study consisted of three main stages, namely reductive leaching, precipitation of manganese using oxalic acid to produce manganese oxalate, and thermal decomposition to produce manganese oxide. In the thermal decomposition process. MnC2 O4 as much 1 g and 3 g using decomposition time of 30 minutes, 1, 2, and 3 and the temperatures of 350, 450, 550, and 650AC. RESULTS Purity of manganese oxide from thermal decomposition is 96%. XRD analysis show a that at a mass of 1 g using a temperature of 350 dan 450 AC with variations time, manganese oxides phase is obtained hausmannite (Mn3 O4 ) and bixbyite (Mn2 O3 ). But at temperatures of 550 and 650AC the hausmannite phase compound is completely transformed into bixbyite phase with highest peak intensity at an angle of 2 = 33A. CONCLUSIONS While using a mass of 3 g with all variations of time and temperature showed the acquisition of two types of manganese oxide phase, namely hausmannite and KEYWORDS manganese oxide. Thermal decomposition. time and temperature. TUJUAN Penelitian mengenai dekomposisi termal mangan *Korespondensi: widi005@brin. oksalat (MnC2 O4 ) dari hasil ekstraksi mangan dari bijih mangan Lampung terhadap perolehan mangan oksida telah dilakukan. METODE Penelitian ini terdiri dari tiga tahapan utama yaitu pelindian reduktif, pengendapan mangan menggunakan asam oksalat menghasilkan mangan oksalat, dan dekomposisi termal yang menghasilkan mangan oksida. Pada proses dekomposisi termal menggunakan berat MnC2 O4 sebanyak 1 g dan 3 g. waktu dekomposisi 30 menit, 1, 2, dan 3 jam. serta suhu yang digunakan yaitu 350, 450, 550, dan 650AC. HASIL Kemurnian mangan oksida hasil dekomposisi termal rata-rata mencapai 96%. Analisis XRD menunjukan pada berat 1 g menggunakan suhu 350 dan 450AC diperoleh jenis fasa mangan oksida hausmannite (Mn3 O4 ) dan bixbyite (Mn2 O3 ). Namun pada saat suhu 550 dan 650AC fasa hausmannite bertransformasi menjadi fasa bixbyite sepenuhnya dengan intensitas puncak tertinggi pada sudut 2 = 33A. KESIMPULAN Sedangkan pada saat menggunakan massa 3 g dengan semua waktu dan suhu menunjukan perolehan dua jenis fasa mangan oksida yaitu hausmannite dan bixbyite. KATA KUNCI dekomposisi termal. mangan oksida. waktu dan suhu. PENDAHULUAN Bijih mangan merupakan salah satu sumber mineral yang jumlahnya cukup berlimpah di Indonesia, namun belum termanfaatkan secara optimal. Potensi bijih mangan terdapat di Pulau Sumatera. Riau. Jawa. Kalimantan. Sulawesi. Nusa Tenggara. Maluku, dan Papua (ESDM 2. Pada Pulau Sumatera khususnya Provinsi Lampung, potensi bijih mangan dapat ditemukan di Kabupaten Tanggamus dan Kabupaten Way Kanan. Berdasarkan penelitian Sumardi dan Mufakhir (Sumardi dkk. , kadar mangan dari bijih mangan yang berasal dari Kabupaten Tanggamus sebesar 33,84% dan dari Kabupaten Way Kanan sebesar 18,03 %. Pemanfaatan mangan sebagaian besar digunakan untuk tujuan metalurgi, yaitu untuk proses produksi besi baja. Sedangkan untuk tujuan non metalurgi antara lain untuk produksi baterai kering, keramik, gelas dan bahan kimia (Sahoo dkk. A Penulis 2024, di bawah persyaratan lisensi CC BY-SA 4. Nainggolan dkk. Jurnal Rekayasa Proses 18. : 18Ae25 GAMBAR 1. Diagram alir penelitian. Bijih mangan merupakan suatu senyawa oksida dimana di dalamnya terdapat jenis-jenis mineral seperi pyrolusite, manganite, bixbyite, hausmannite, rhodochrosite, rhodonite dan lainnya (Sukandarumidi 2. Manfaat dari mineral seperti pyrolusite, bixbyite dan hausmannite digunakan ntuk industri baterai (Riyanto 1. Pengolahan bijih mangan dibagi menjadi dua metode yaitu pirometalurgi dan hidrometalurgi (Korbafo 2. Ekstraksi bijih mangan dilakukan melalui metode pirometalurgi dengan kadar mangan di atas 44 % biasanya digunakan untuk kepentingan industri baja sebagai feromangan (Zhang dan Cheng 2. Sedangkan ma- TABEL 1. Hasil karakterisasi XRF mangan oksalat. No. Nama Unsur Jumlah . t%) 96,600 1,572 0,674 0,423 0,292 0,217 0,063 0,046 0,026 0,023 0,021 0,018 0,018 0,003 ngan dengan kadar rendah proses ekstraksi umumnya dilakukan dengan metode hidrometalurgi, seperti pelindian . Bijih mangan dapat diekstraksi dengan penambahan zat pereduksi yang diikuti oleh pelindian asam. Pelindian dilakukan dengan asam reduktif menggunakan zat pereduktif menggunakan asam yang berbeda, seperti yang dilakukan oleh Sumardi dkk (Sumardi dkk. yang melalukan pelindian campuran asam sulfat dan asam oksalat. Mangan oksalat (MnC2 O4 ) dapat diperoleh dari pengendapan hidroksida (MnSO4 ) dengan asam oksalat. Mangan oksalat digunakan sebgaai prekursor untuk memperoleh fasa logam, dan lain-lain (Gyrdasova dkk. Mangan oksalat secara aktif digunakan untuk menghasilkan mangan oksida berukuran nano dalam bilangan oksidasi yang berbeda. Salah satu metode yang digunakan untuk mangan oksida yaitu dekomposisi termal. Pada penelitian MaCecka dkk. telah dilakukan dekomposisi termal mangan oksalat yang diinformasikan bahwa MnO ditemukan sebagai produksi akhir reaksi pada kisaran suhu 334,85 Ae 349,85AC. Penelitian Korbafo . menggunakan variasi suhu 400, 600 dan 800AC terhadap mangan hasil pengendapan larutan MnSO4 dengan massa sebesar 2 g. Diinformasikan bahwa pembentukan fasa mangan oksida rhodochrosite (MnCO3 ) mulai terbentuk pada suhu 400AC serta pembentukan fasa mangan oksida hausmannite (Mn3 O4 ) pada suhu 600 dan 800AC. Pada proses dekomposisi termal, waktu dapat menjadi salah satu faktor yang mempengaruhi struktur dan tingkat kristalinitas yang dihasilkan. Lan dkk. melakukan sintesis -MnOOH nanorods serta konversi oksida MnO2 . Mn2 O3 dan Mn3 O4 nanorods. Hasilnya menunjukkan bahwa pada suhu 400AC selama 4 jam terbentuk fasa MnO2 nano19 Jurnal Rekayasa Proses 18. : 18Ae25 DOI 10. 22146/jrekpros. GAMBAR 2. Hasil karakterisasi XRD mangan oksalat. rods, sedangkan fasa Mn2 O3 dan Mn3 O4 nanorods diperoleh pada suhu 700AC selama 5 jam. Berdasarkan uraian tersebut, maka pada penelitian ini akan menggunakan massa mangan oskalat yaitu 1 dan g. waktu 30 menit, 1, 2 dan 3 jam. serta suhu 350, 450, 550 dan 650AC. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh dari setiap variasi terhadap perolehan mangan oksida. GAMBAR 3. Spektrum FTIR mangan oksalat. METODOLOGI PENELITIAN Untuk mengetahui alat dan bahan serta metode yang digunakan dalam proses penelitian ini, dapat dijelaskan sebagai 1 Alat dan Bahan Peralatan yang digunakan adalah muffle furnace, timbangan digital. X-Ray Diffraction (XRD. PANalytical XAopert 3 Powde. Nainggolan dkk. Jurnal Rekayasa Proses 18. : 18Ae25 . GAMBAR 4. Hasil karakterisasi . TG. DTA mangan oksalat. X-Ray Fluorescence (XRF. Epsilon 3XLE . PANalytica. Thermo Gravimetry Analysis-Differential Thermal Analysis (TG-DTA), dan Fourier Transform Infra Red (FTIR). Serta alat pendukung lain seperti mortar, ayakan 200 mesh, kuas lemari asam, beaker glass, erlenmeyer, corong kaca, pipet tetes, labu ukur, reactor leaching, magnetic stirrer, hotplate, thermometer, oven, cawan 30 ml, spatula, kertas saring, kertas lakmus, kertas label, plastik fliplock, tisu, botol plastik dan nampan. Bahan baku yang digunakan adalah bijih mangan yang berasal dari daerah Way Kanan. Provinsi Lampung serta bahan kimia yang digunakan meliputi asam sulfat, asam oksalat. NaOH 10 % dan aquades. hadap bijih mangan menggunakan asam sulfat, asam oksalat sebagai agen pereduksi dan NaOH 10%. Larutan asam sulfat 6 % sebanyak 1000 ml dipanaskan di atas hotplate hingga mencapai suhu 80AC. Bijih mangan sebanyak 52,63 g ditambahkan sedikit demi sedikit. Campuran diaduk menggunakan magnetic stirrer dengan kecepatan 200 rpm selama 6 jam. Campuran kemudian disaring menggunakan kertas saring Wattman. Endapan yang terbentuk dibuang dan filtrat yang dihasilkan ditambahkan dengan NaOH 10% hingga pH mencapai 6. Campuran filtrat dan NaOH dipanaskan pada suhu 70AC selama 2,5 jam dengan kecepatan pengadukan 200 rpm. Endapan yang terbentuk dibuang, sedangkan filtrat disimpan untuk dilakukan pelindian menggunakan asam oksalat. 2 Metode Penelitian Filtrat berupa MnSO4 sebanyak 310 ml dimasukan ke dalam beaker glass 1000 ml kemudian ditambahkan asam oksalat sebanyak 620 ml. campuran diaduk menggunakan magnetic stirrer dengan kecepatan 400 rpm selama 4 jam tanpa Proses penelitian ditunjukkan secara keseluruhan pada Gambar 1. Untuk mendapatkan mangan oksalat sebagai bahan baku perolehan mangan oksida, dilakukan pelindian ter- Jurnal Rekayasa Proses 18. : 18Ae25 DOI 10. 22146/jrekpros. menggunakan suhu. Campuran kemudian disaring, filtrat yang dihasilkan dibuang dan endapan yang terbentuk dikeringkan menggunakan oven yang kemudian akan dikalsinasi menggunakan furnace. HASIL DAN PEMBAHASAN 1 Karakterisasi Mangan Oksalat (MnC2 O4 ) Karakterisasi awal mangan oksalat perlu dilakukan untuk mengetahui jenis unsur dan mineralnya. Proses karakterisasi ini dilakukan menggunakan instrumen XRF dan XRD. Hasil karakterisasi XRF dapat dilihat pada Tabel 1. Berdasarkan hasil pengujian tersebut, komponen utama dalam mangan oksalat dengan persentase tertinggi yaitu mangan (M. yang mencapai 96,000%. Sedangkan unsur lainnya memiliki persentase yang rendah yang ditampilkan pada tabel tersebut. Kemudian hasil analisis mangan oksalat menggunakan XRD dapat dilihat pada Gambar 2. Berdasarkan pola difraksi XRD pada Gambar 2 diketahui bahwa fasa mangan oksida yang terdapat dalam sampel MnC2 O4 yaitu humboldtine (Fe(C2 O4 )(H2 O)) dengan intensitas puncak tertinggi yaitu pada sudut 2 = 29,8311A. Kemudian juga terdapat beberapa fasa mangan oksida lainnya yaitu rhodocrhrosite (MnCO3 ), spinel (MgAl2 O4 ), mayenite (Ca12 Al14 O33 ), dan pyroxomangite (Mn0. 97 Mg0. 03 SiO3 ). Beberapa fasa tersebut memiliki intensitas puncak yang rendah jika dibandingkan dengan fasa humboldtine. Karakterisasi gugus fungsi juga dilakukan menggunakan instrument FTIR yang hasilnya dapat dilihat pada Gambar Berdasarkan hasil spektrum FTIR tersebut menunjukan puncak khas dari mangan oksida dalam penelitian ini berada pada bilangan gelombang sekitar 435,39 cm-1 . 491,85 cm-1 . 718,11 cm-1 . dan 811,20 cm-1 . Hasil bersesuaian dengan penelitian yang dilakukan oleh Prieto dkk. Prasetya . , dan Yanti dkk. dimana pada penelitian yang dilakukan oleh Prieto dkk. pita serapan mangan oksida berada TABEL 2. Hasil karakterisasi XRF dekomposisi termal MnC2 O4 massa 1 g menggunakan variasi suhu pada berbagai waktu kalsinasi. % Kadar MnO Suhu (AC) Waktu 30 Menit 1 Jam 2 Jam 3 Jam 96,439 96,470 96,366 96,264 96,393 96,305 96,476 96,473 96,515 96,613 96,437 96,771 96,342 96,520 96,455 96,629 TABEL 3. Hasil karakterisasi XRF dekomposisi termal MnC2 O4 massa 3 g menggunakan variasi suhu pada berbagai waktu kalsinasi. % Kadar MnO Suhu . C) Waktu 30 Menit 1 Jam 2 Jam 3 Jam 96,316 96,336 96,283 96,300 96,230 96,477 96,310 96,264 96,266 96,365 96,314 96,457 96,163 96,815 pada bilangan gelombang 412 cm-1 dan 3400 cm-1 . Kemudian pada penelitian Prasetya . pita serapan mangan oksida berada pada bilangan gelomban 444,16 cm-1 . 520,98 cm-1 . dan 3449,50 cm-1 serta pada penelitian Yanti dkk Yanti dkk. berada pada bilangan gelombang 434,97 cm-1 . 532,38 cm-1 . dan 926,84 cm-1 . Pita serapan juga muncul pada bilangan gelombang 1311,00 cm-1 dan 1360,97 cm-1 yang menunjukan adanya gugus CO Prieto dkk. Pita serapan yang berada pada bilangan gelombang 1613,84 cm-1 dan 1620,83 cm-1 menunjukan vibrasi bending dari gugus OH berdasarkan penelitian Yanti dkk. Keberadaan gugus OH menunjukan bahwa hidroksil dari air tidak dihilangkan sepenuhnya dari mangan Menurut Prieto dkk. , pita serapan pada daerah sekitar 3400 cm-1 pada mangan oksida disebabkan oleh tumpang tindih antara vibrasi stretching antisimetri dan simetri pada molekul air yang terletak pada interlayer. Karkterisasi termal dari mangan oksalat dilakukan menggunakan instrument TG-DTA. Karakterisasi thermograavimetri analyzer (TG) meupakan teknik pengukuran variasi massa . ehilangan massa, emisi uap, dan penambahan mass. sampel yang mengalami perubahan suhu dalam lingkungan terkontrol (Suherman 2. DTA digunakan untuk mengetahui perubahan yang terjadi dimana bila suhu sampel lebih tinggi daripada suhu pembanding, maka perubahan yang terjadi adalah eksotermik. Begitu pula sebaliknya, bila suatu sampel lebih rendah daripada suhu pembanding maka perubahan yang terjadi disebut endotermik (Klancnik dkk. Hasil karakterisasi TG ditunjukkan pada Gambar 4a serta didukung dengan karakterisasi DTA yang ditunjukkan pada Gambar 4b. Berdasarkan Gambar 4a menunjukan penurunan massa sebesar 9,5 mg dengan 2 tahap penurunan massa. Tahap pertama terjadi penurunan massa yang cukup signifikan yaitu sebesar 2,5 mg pada suhu 77,09 Ae 265,22 AC. Kemudian pada tahap kedua terjadi penurunan massa yang sangat signifikan sekitar 7 mg pada suhu 309,37 -265,22 AC. kedua tahap ini berhubungan dengan termogram DTA yang diketahui dari puncak-puncak endotermik seperti yang ditunjukan pada Gambar 4a. Puncak endotermik menunjukan terjadinya peristiwa termal seperti pelelehan, dekomposisi atau perubahan struktur fasa pada sampel. Berdasarkan Gambar 4b menunjukan puncak endotermik pada suhu 102,10 Ae 260,16AC yang didukung melalui hasil analisis TG dimana pada tahap I menunjukan evaporasi dari air yang terabsorbsi pada permukaan. Kemudian puncak endotermik pada suhu 333,85 Ae 523,13 AC yang didukung melalui tahap II menunjukan dehidrasi sampel. Puncak endotermik pada suhu sekitar 870 Ae 890 AC menunjukan transformasi fasa mangan oksida. Transformasi terjadi pada suhu tnggi yang akan membentuk fasa metastabil dan terbentuknya struktur berongga (Prieto dkk. Hasil analisis DTA mennunjukan terjadinya penurunan puncak pada suhu 102,10 Ae 523,13 AC, hal ini disebabkan karena mangan oksida mulai terdekomposisi yang kemudian mengalami transformasi fasa. Nainggolan dkk. Jurnal Rekayasa Proses 18. : 18Ae25 . GAMBAR 5. Hasil karakterisasi XRD mangan oksalat massa 1 g menggunakan variasi suhu . 350AC. 450AC. 550AC. 650AC pada waktu kalsinasi. 2 Pengaruh Massa MnC2 O4 1 g dengan Variasi Suhu . , 450, 550 dan 650AC) pada Berbagai Waktu Kalsinasi Perolehan mangan oksida dari dekomposisi termal mangan oksalat dengan massa 1 g menggunakan XRF dapat dilihat pada Tabel 2. Berdasarkan Tabel 2 menunjukkan bahwa mangan oksalat dengan massa 1 g menggunakan variasi suhu kalsinasi dengan waktu yang berbeda memperoleh mangan oksida dengan persentase tinggi, yaitu diatas 96%. Hal ini sesuai dengan hasil karakterisasi awal, di mana kandungan mangan dalam mangan oksalat sebelum terdekomposisi termal mencapai 96%. Untuk mengetahui jenis fasa mangan oksida yang diperoleh, dilakukan uji analisis menggunakan XRD yang hasilnya dapat dilihat pada Gambar 5. Berdasarkan difraktogram hasil karakterisasi menggunakan XRD tersebut menunjukkan bahwa pada suhu 350 dan 450AC jenis fasa mangan oksida yang diperoleh sama, namun sedikit berbeda pada sudut perolehannya. Pada kedua suhu tersebut terbentuk jenis fasa mangan oksida yaitu hausmannite (Mn3 O4 ) dan bixbyite (Mn2 O3 ). Kemudian saat suhu dinaikkan menjadi 550 dan 650AC menunjukan terjadinya pembentukan satu jenis fasa mangan oksida yaitu bixbyite, dimana pada sudut 2 = 32,9871Amerupakan intensitas puncak tertinggi. Hal ini disebabkan pada kondisi ini masih terjadinya konversi oksida mangan (Sorensen dkk. , 2. Ketika suhu dinaikkan dari suhu 450AC menjadi 550 AC, fasa hausmannite bertransformasi seutuhnya menjadi fasa bixbyi- Hal ini berkaitan dengan hasil analisis DTA yang dilakukan pada mangan oksalat (MnC2 O4 ) sebelumnya, dimana pada suhu sekitar 102,40 Ae 523,13AC terjadi penurunan puncak yang disebabkan karena mangan oksida mulai terdekomposisi yang kemudian mengalami transformasi fasa. Hal ini dapat menjelaskan bahwa variasi suhu kalsinasi mempengaruhi jenis perolehan mangan oksida. 3 Pengaruh Massa MnC2 O4 3 g dengan Variasi Suhu . , 450, 550 dan 650AC) pada Berbagai Waktu Kalsinasi Perolehan mangan oksida dari dekomposisi termal mangan oksalat dengan massa 3 g menggunakan XRF dapat dilihat pada Tabel 3. Tabel 3 menunjukkan bahwa mangan oksalat dengan massa 3 g menggunakan variasi suhu kalsinasi dengan waktu yang berbeda memperoleh mangan oksida dengan persentase tinggi, yaitu diatas 96%. Hasil ini tidak jauh berbeda dengan perolehan mangan oksida saat menggunakan mangan oksalat dengan massa 1 g. Untuk mengetahui jenis fasa mangan oksida yang diperoleh, dilakukan uji analisis menggunakan XRD yang hasilnya dapat dilihat pada Gambar Berdasarkan difraktogram hasil karakterisasi menggunakan XRD tersebut menunjukan bahwa mangan oksalat dengan massa 3 g yang dikalsinasi menggunakan variasi suhu memperoleh 2 jenis fasa mangan oksida, yaitu hausmannite dan bixbyite. Pada massa 3 g didominasi dengan perolehan mangan oksida hausmannite, namun intensitas puncak yang Jurnal Rekayasa Proses 18. : 18Ae25 DOI 10. 22146/jrekpros. GAMBAR 6. Hasil karakterisasi XRD mangan oksalat massa 3 g menggunakan variasi suhu . 350AC. 450AC. 550AC. 650AC pada waktu kalsinasi. diperoleh lebih rendah jika dibandingkan dengan fasa bixbyite. Intensitas puncak tertinggi pada fasa bixbyite diperoleh pada sudut 2 = 33A. Pembentukan fasa hausmannite dari hasil dekomposisi termal dalam penelitian ini mulai terjadi pada suhu 350AC, namun dengan intensitas puncak yang masih rendah. Sedangkan fasa bixbyite juga mulai terjadi pada suhu 350AC dan terbentuk sempurna pada suhu 650AC dengan massa 1 g. Hasil ini berbeda dengan penelitian sebelumnya, dimana pada penelitian Korbafo . pembentukan fasa hausmannite terjadi pada suhu 600AC dan terbentuk sempurna pada suhu 800 AC. Kemudian pada penelitian Moradkhani dkk. menginformasikan pembentukan fasa hausmannite terjaadi ketika suhu diatas 850AC. Oleh karena itu dapat disimpulkan bahwa konversi mangan oksida dan pembentukan oksida terjadi pada suhu kalsinasi yang berbeda dan tergantung juga pada sumber materialnya. Hal ini terbukti dari beberapa penelitian yang sudah dilakukan dengan menggunakan sumber material mangan yang berbeda menghasilkan mangan oksida pada suhu kalsinasi yang berbeda-beda. KESIMPULAN Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, maka dapat disimpulkan bahwa komponen utama dari mangan oksalat yaitu Mn dengan persentase 96 %. Penggunaan massa, waktu dan suhu dapat mempengaruhi perolehan jenis fasa mangan Pada saat menggunakan massa 1 g dengan semakin meningkatnya suhu serta waktu yang digunakan, diperoleh satu jenis fasa mangan oksida yaitu hausmannite namun tidak terjadi perolehan mangan oksida yang signifikan. Kemudian saat menggunakan massa 3 g dengan semakin meningkatnya suhu dan waktu yang digunakan, diperoleh dua jenis fasa mangan oksida yaitu hausmannite dan bixbyite, namun terjadi perolehan senyawa mangan oksida yang tinggi pada suhu 650 AC dengan watu 3 jam. UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih atas fasilitas, dukungan ilmiah dan teknis dari Pusat Riset Teknologi Pertambangan - Badan Riset dan Inovasi Nasional (PRTP-BRIN) Lampung. Pernyataan kontributor: dalam tulisan ini, semua penulis adalah kontributor utama. DAFTAR PUSTAKA