Bentonit

Bentonit (lapis putih) di Petrified Forest National Park, Arizona, Amerika Serikat

Bentonit dalam ilmu mineralogi tergolong ke dalam kelompok besar tanah lempung. Nama bentonit pertama kali digunakan pada tahun 1890 untuk mengidentifikasi mineral bersifat plastis yang ditemukan di Fort Benton, Wyoming, Amerika Serikat.

Bentonit terbentuk dari transformasi hidrotermal abu vulkanik, yang mayoritas komponennya tergolong ke dalam kelas mineral smektit (struktur lembaran), yaitu montmorillonit. Mineral lain yang tergolong ke dalam smektit adalah hektorit, saponit, beidelit dan nontronit.

Smektit adalah mineral yang terdiri dari tiga lapis struktur aluminium silikat hidrat, yaitu dua lembar silika tetrahedral dan satu lembar alumina oktahedral. Pada montmorillonit, lembaran yang berbentuk tetrahedral merupakan kombinasi dari silika tetrahedron yang terdiri dari atom Si dikelilingi oleh ion oksigen pada keempat ujung-ujungnya, sedangkan untuk lembaran yang berbentuk oktahedral, merupakan kombinasi dari alumina oktahedron. Alumina oktahedron terdiri dari atom Al yang dikelilingi oleh hidroksi (dapat berupa ion aluminium, magnesium, besi dan atom lainnya).

Lapisan silika tersebut bermuatan sedikit negatif yang dikompensasi dengan keberadaan kation di antara lapisannya yang dapat tertukar. Pada umumnya adalah Ca⁺, Mg²⁺ dan/atau Na⁺. Inilah karakteristik penting pada bentonit yang mempengaruhi kegunaan dan sifatnya. Selain montmorillonit, komponen yang umumnya ditemukan dalam bentonit adalah kaolin, felspar, kristoballit, illit, kuarsa, dan kalsit.

Jenis-jenis Bentonit

Berdasarkan kandungan mayoritas kation di dalam strukturnya, bentonit dibagi dua:

Natrium Bentonit (Na-bentonit)

Bentonit dengan kandungan natrium sebagai kation utama yang dapat ditukar (dikenal dengan istilah exchangeable cation), mampu mengalami pengembangan volume hingga beberapa kali bila kontak dengan air (dikenal dengan istilah swelling), membentuk koloid, bernilai viskositas tinggi, dan mampu mengikat air. Karakteristik tersebut membuat natrium bentonit dapat diaplikasikan pada bidang konstruksi dan teknik sipil, pengeboran minyak dan gas, serta pengecoran logam. Deposit terbesar dari natural Na-bentonit adalah yang ditemukan di negara bagian Wyoming, Amerika Serikat.

Kalsium Bentonit (Ca-bentonit)

Bentonit dengan kandungan kalsium sebagai kation utamanya yang dapat ditukar, memiliki kemampuan pengembangan volume yang rendah di dalam air. Sebagian besar deposit bentonit yang ditemukan merupakan Ca-bentonit dan sebagian lagi adalah campuran antara Ca-bentonit dan Na-bentonit.

Pengolahan dan Aplikasi Bentonit

Oleh karena memiliki sifat struktur yang unik, bentonit dapat diolah menjadi produk yang bernilai tambah dan digunakan dalam aplikasi yang sangat luas. Proses pengolahan bentonit dibagi menjadi dua:

Proses Pengolahan Asam

Aktivasi asam dilakukan dengan mereaksikan asam dengan bentonit sehingga terjadi pertukaran antara mineral kation (Al³⁺, Ca²⁺, Mg²⁺) dengan ion H⁺. Secara bersamaan, asam juga mengekstrak alumina dari struktur bentonit sehingga meningkatkan luas permukaan internal bentonit. Tergantung dari dari tingkat aktivasinya, luas permukaan dapat meningkat hingga 4–5 kali lipat. Natural bentonit yang terdapat di alam secara umum memiliki luas permukaan berkisar antara 50–70 m²/g, sedangkan bentonit hasil aktivasi asam dapat memiliki luas permukaan 120–320 m²/g tergantung dari tingkat aktivasinya.

Dengan meningkatnya luas permukaan, maka kapasitas adsorpsi pun bertambah, sehingga bentonit jenis ini dapat digunakan sebagai bahan pengadsorpsi (adsorben) yang mempunyai daya pemucat. Tanah pemucat (dikenal dengan istilah Bleaching Earth) digunakan secara luas pada proses pemurnian minyak tumbuhan untuk menyerap pengotor yang terdapat di dalam minyak mentah. Pengotor dapat berupa fosfolipid, pigmen (karotena, klorofil), kandungan ion logam, dan senyawa organik teroksidasi.

Kegunaan lain bentonit jenis ini yang berkaitan dengan adanya ion H⁺ hasil aktivasi asam adalah sebagai katalis pada proses pemurnian senyawa aromatik (benzena, toluena, ksilena) dari olefin.

Proses Pengolahan Basa

Aktivasi basa dilakukan dengan cara menambahkan garam natrium. Pada proses ini terjadi penggantian ion kalsium dengan ion natrium, sehingga menghasilkan bentonit teraktivasi yang memiliki karakteristik seperti natural natrium bentonit, yaitu sifat koloidal di dalam air, kemampuan mengembang, dan sifat pengikat air.

Penambahan garam natrium pada proses pengolahannya menyebabkan nilai konduktivitas material meningkat. Natural bentonit memiliki nilai konduktivitas sekitar 50–140 µS. Tetapi, setelah proses aktivasi, nilai konduktivitasnya meningkat menjadi 300–500 µS.

Pada proses aktivasi basa, luas permukaan bentonit tidak bertambah sehingga tidak dapat digunakan sebagai adsorben dan tidak mempunyai daya pemucat. Bentonit jenis ini (dinamakan Activated Sodium Bentonite) digunakan secara luas pada industri di bawah ini.

Pengecoran

Bentonit digunakan sebagai material pengikat pada persiapan cetakan pasir yang digunakan untuk mencetak besi, baja, dan pengecoran non-besi. Sifat khas dari Bentonit menghasilkan pasir cetak dengan kemampuan mengalir dan memadat yang baik, serta stabil pada suhu tinggi.

Proses pembuatan pelet bijih besi

Bentonit digunakan sebagai material pengikat dalam produksi bijih besi. Melalui proses ini, bijih besi yang halus diubah menjadi pelet bulat yang cocok digunakan sebagai material dasar dalam tanur tinggi untuk produksi besi kasar.

Konstruksi dan teknik sipil

Sifat tiksotropik lumpur Na-bentonit digunakan untuk menahan dinding diafragma dan lubang fondasi agar tidak runtuh sebelum dimasukkan campuran semen. Selain itu, bentonit digunakan juga pada pengeboran yang arahnya horizontal dan pengeboran minyak bumi sebagai media pembawa tanah hasil pengeboran keluar ke permukaan.

Bahan tambahan dalam deterjen

Sifat bentonit yang membentuk lapisan nano pada kain digunakan industri deterjen untuk memberi efek lembut pada serat kain.

Proses pembuatan kertas

Bentonit digunakan untuk mengurangi kehilangan bubur kertas dalam proses, mempermudah proses pengeringan bubur kertas pada mesin penggiling kertas, dan mencegah penggumpalan getah/mikrolignin sehingga gulungan kertas tidah mudah putus.