Optimalisasi Proses dan Sifat Gelas Keramik dari Abu hazard Incinerator (Optimized Processing and Properties of Glass-Ceramic from Hazardous Incinerator Ash)

Abstract

The incineration is potentially attractive technique for use in the processing of organic waste materials, which can reduce the big volume of waste fastest. This technique is of particular interests if applied in the big town of Indonesia due to the high density of population and the limited availability of space for landfilling. However incineration leaves considerable amount of filter ashes and residue containing significant concentrations of heavy metals and organic pollutant that are considered very hazardous for environment. The alternative solution in isolating of hazardous waste is to form glassy state by using vitrification process. Studies have shown that vitrification process are effective in reducing the organic pollutants and the heavy metals by producing inert vitreous product that can be used for developing glass-ceramics. It is due to that vitrification involves relatively high costs, therefore the use of the process can be fully justified only if high quality product with optimised properties can be produced. Therefore this research was performed to optimise processing of hazardous incinerator ash and properties of glass-ceramics with low leachability of hazardous element. The study involved development of small-scale incinerator, processing experiments of the domestic waste; characterisation measurements; determination of selected properties of the glass-ceramics developed. The principal focus of the research was to develop glass-ceramic materials from the incinerator ash by using vitrification process. The research project was initiated by the development of a small-scale incinerator for processing organic solid waste in the Materials Laboratory. Filter ash and residue produced were subsequent used for raw materials of the glass-ceramics investigated. A Lithium-Aluminate-Silicate glass-ceramics with controlled hazardous composition from the incinerator ash was obtained by addition of 4-wt % Lithium Sulfate with (i) low density and (ii) crystalline structure. Specifically, the effects of vitrification on the complete destruction of organic pollutant and selected properties are addressed. X-ray diffraction (XRD) analysis was utilised to identify crystal structure of the materials. Physical (density and porosity) and mechanical properties (strength) was evaluated by Archimedes method and three-point bend testing, respectively. The result indicates that the vitrification process are very promising solution to reduce the hazard component by forming a glass-ceramic materials. The synthesis of the LAS glass-ceramics could be performed in the temperature range 850°C-1200°C. In the diffraction pattern, evidence of crystallisation in the materials is provided, but the crystal belonging to the LAS (Li20-Al203-Si02) system was still questionable. The future for these materials would appear to be bright, and as environmental considerations continue to put pressure onto waste disposal, such as innovative recycling technology, could become increasingly commonplace. Also various applications of the materials could be developed as a paving material for roads or rooftops. There is great deal of expectation being placed on these materials from the waste treatment aspect and recycling. Teknik pembakaran sampah dengan incinerator merupakan metode yang sangat effektif untuk diterapkan dalam mengolah sampah organik karena kemampuan menurunkan volume sampah secara cepat sebelum dibuang ketempat pembuangan akhir (TPA). Metode demikian sangat cocok jika diterapkan di kota¬kota besar di Indonesia karena tingkat kepadatan penduduk yang relatif tinggi serta keterbatasan lahan pembuangan sampah akhir. Akan tetapi teknik pembakaran sampah masih menyisakan persoalan seperti abu terbang dan residu sisa yang biasanya masih mengandung sejumlah logam berat dan polutan organik yang mana dianggap sangat berbahaya bagi lingkungan. Salah satu cara penyelesaian alternatif dalam mengisolasi logam berat ini adalah dengan merubah abu menjadi bahan baku gelas dengan suatu proses vitrifikasi. Dan sejumlah studi telah menemukan bahwa proses vitrifikasi dikenal sangat effektif dalam menurunkan polutan organik dan logam berat serta menghasilkan bahan bahan baku gelas yang murah dan ramah lingkungan, sehingga dapat dipergunakan untuk pengembangan bahan gelas keramik. Akan tetapi proses vitrifikasi memerlukan pemanasan pada temperatur tinggi (>1200 °C), maka proses ini seringkali dianggap tidak hemat energi dan kemungkinan tidak ekonomis pada skala kecil. Sehingga optimalisasi proses dalam membentuk gelas-keramik dan sifat-sifat teknisnya menjadi perhatian utama. Oleh karena itu penelitian ini dilakukan untuk mencoba memperoleh hasil optimal didalam memproses pembakaran sampah organik. Penelitian yang dilakukan meliputi sejumlah kegiatan antara lain pembuatan incinerator skala laboratorium untuk pembakaran sampah domestik, kemudian dilanjutkan kaji eksperimen bahan abu, karalcterisasi, serta evaluasi sifat-sifat teknis tertentu dari produk gelas keramik. Fokus utama dari penelitian ini adalah memanfaatkan abu incinerator sebagai bahan baku gelas-keramik yang murah dan ramah linkungan dengan suatu proses vitrifikasi. Kegiatan penelitian ini diawali dengan pembakaran sampah organik yang diperoleh dari tempat pembuangan akhir sampah. Hasil abu terbang yang terfilter dan residu selanjutnya dipergunakan sebagai bahan baku gelas-keramik. LAS (Li20-Al203-Si02) gelas keramik dengan kontrol komposisi hazard dari abu incinerator dikembangkan dengan tambahan 4-wt % Lithium Sulfate (Li2SO4•1120) untuk memperoleh gelas keramik dengan (i) masa jenis rendah dan (ii) struktur kristal. Secara khusus dikaji pengaruh vitrifikasi terhadap pelepasan polutan dan sifat tertentu produk gelas-keramik. Selanjutnya analisa diffraksi sinar-x (XRD analysis) digunakan untuk identifikasi struktur kristal dari material. Sifat fisik (density and porosity dan mekanik (strength) dievaluasi dengan metode Archmides dan three-point bending test. Hasil penelitian yang diperoleh menunjukkan bahwa proses vitrifikasi merupakan proses yang layak dipertimbangkan dalam menurunkan polutan berbahaya dengan merubah bahan abu menjadi produk gelas-keramik. Sintesis LAS gelas keramik dapat diperoleh pada kisaran temperatur 850°C-1200°C. Didalam pola diffraksi sinar-x memperlihatkan secara jelas keberadaan struktur kristal didalam material, tetapi struktur kristal termasuk dalam sistem LAS (Li20- Al203-Si02) masih menjadi pertanyaan. Dimasa datang material ini memiliki potensi yang sangat baik karena adanya pertimbangan tekanan regulasi lingkungan dalam hal pembuangan bahan limbah. Selain itu material yang diperoleh dapat diterapkan untuk bahan paving jalan serta bangunan. Ada suatu harapan yang besar pada metode dan produk material ini jika ditinjau dari aspek pengeolahan limbah serta daur ulang.