© Manufacture of Magnesium Sulfat from Magnesium Carbonat

Magnesium sulfat merupakan garam anorganik (senyawa kimia) yang mengandung magnesium, sulfur dan oksigen, dengan rumus MgSO₄. Hal ini sering dijumpai sebagai  mineral sulfat heptahidrat epsomite (MgSO₄.7H₂O), biasa disebut garam Epsom, diambil dari nama sebuah mata air garam pahit di Epsom di Surrey, Inggris, di mana garam diproduksi dari mata air yang muncul di mana kapur berpori North Downs bertemu dengan lempung non-porous London. Monohidrat MgSO₄.H₂O ditemukan sebagai mineral kieserite. Keseluruhan penggunaan tahunan secara global pada pertengahan 1970-an dari monohydrate adalah 2,3 juta ton, yang mayoritas digunakan dalam pertanian.

Magnesium sulfat anhidrat digunakan sebagai agen pengeringan. Bentuk anhidrat adalah higroskopis (mudah menyerap air dari udara) dan karena itu sulit untuk menimbang secara akurat; hidrat sering disukai ketika mempersiapkan larutan (misalnya, dalam persiapan medis). Garam epsom telah secara tradisional digunakan sebagai komponen dari garam mandi. Garam epsom juga dapat digunakan sebagai produk kecantikan. Atlet menggunakannya untuk menenangkan sakit otot, sementara tukang kebun menggunakannya untuk meningkatkan tanaman. Juga berbagai kegunaan lain:. misalnya, garam epsom juga efektif dalam penghapusan serpihan.

Hal ini masuk dalam Daftar Model Obat Esensial WHO, obat yang paling penting yang dibutuhkan dalam sistem kesehatan dasar.

Magnesium sulfat sangat larut dalam air. Bentuk anhidrat adalah sangat higroskopis, dan dapat digunakan sebagai desikan. Ini adalah substansi utama yang menyebabkan penyerapan suara dalam air laut (energi akustik diubah menjadi energi panas). Penyerapan sangat tergantung pada frekuensi: frekuensi yang lebih rendah kurang diserap oleh garam, sehingga suara perjalanan lebih jauh di laut. Asam borat juga memberikan kontribusi untuk penyerapan, tetapi garam yang paling melimpah di air laut, natrium klorida, mengabaikan penyerapan suara.

( https://en.wikipedia.org/wiki/Magnesium_sulfate )

REAKSI KIMIA

      

Pembuatan magnesium sulfat merupakan proses reaksi antara magnesium carbonat dan asam sulfat yang diumpankan secara kontinu ke dalam reaktor membentuk magnesium sulfat. Kondisi operasi pada reactor adalah 70°C dan tekanan 1 atm. Umpan asam sulfat dengan konsentrasi 20% dan magnesium carbonat dalam fase padat. Konsentrasi asam sulfat 20% akan memenuhi syarat komposisi rasio padatan tehadap liquid sebesar : 20-25 g/100 ml larutan. 

Persamaan reaksi kimia: 

MgCO_3(s)  +  H₂SO_4(aq)    ====>     MgSO_4(aq)  + H ₂O  +  CO₂             

Reaksi ini dilakukan di dalam reaktor alir tangki berpengaduk (RATB / CSTR) dimana reaksi terjadi antara asam sulfat dengan magnesium carbonat membentuk magnesium sulfat. Konversi reaksi tinggi karena reaksi asam kuat dengan garam yang akan dekomposisi secara ionic, seperti reaksi netralisasi akan bersifat eksotermis. Dengan demikian diperlukan pendinginan agar suhu reaksi bisa dijaga tetap 70°C. Waktu tinggal di dalam reaktor untuk konversi 98% sebesar 3 jam.

Selain reaksi utama di atas ada juga reaksi samping yang melibatkan padatan impuritas di dalam bahan baku magnesit dengan asam sulfat. Impuritas terbesar adalah CaCO₃, MnCO₃ dan FeCO₃ yang akan bereaksi menjadi  CaSO₄, MnSO₄ dan FeSO₄.

URAIAN PROSES

Pada proses ini, asam sulfat H₂SO₄ 98% diumpankan ke dalam tangki pencampur (TP-01) untuk diencerkan dengan air sehingga konsentrasinya menjadi 20%. Larutan asam sulfat  20% kemudian diumpankan ke dalam Reaktor. Dalam Current Science, vol. 96 No. 5, 10 Maret 2009 komposisi rasio padatan tehadap liquid adalah : 20-25 g/100 ml larutan. Untuk memenuhi persyaratan ini konsentrasi asam sulfat harus sekitar 20%.

Padatan magnesit yang mengandung 98% magnesium carbonat dengan ukuran butiran yang halus diangkut dari gudang penyimpanan untuk diumpankan ke dalam reaktor.

Reaktor yang digunakan adalah reactor alir tangki berpengaduk (RATB).  Di dalam Reaktor terjadi reaksi antara asam sulfat dan magnesium carbonat membentuk magnesium sulfat. Reaksi dijalankan pada suhu 70°C dan tekanan 1 atm dengan konversi sekitar 98%. Waktu tinggal di dalam reaktor sekitar 3 jam. Reaksi bersifat eksotermis maka untuk menjaga suhu reaksi tetap 70°C diperlukan pendinginan. Pendingin yang digunakan adalah air yang dialirkan ke dalam coil pendingin di reactor. Gas CO₂ yang dihasilkan oleh reaksi akan keluar melalui lubang pengeluaran pada sisi atas reactor.

Hasil reaksi diumpankan ke dalam rotary drum filter (RDF) untuk memisahkan sisa padatan magnesium carbonat yang tidak bereaksi juga membuang impuritas padat yang lain. Filtrat yang mengandung sebagian besar magnesium sulfat (23%) dan air dialirkan ke dalam evaporator (EV-01).

Di dalam evaporator (EV-01) sebagian air diuapkan. Pada evaporator diinginkan MgSO₄ menjadi jenuh, sehingga jumlah H₂O yang ada dapat dihitung dengan menggunakan data kelarutan  MgSO₄ dalam H₂O sesuai dengan kondisi operasi di dalam evaporator. Dari fig.17.2  Seader, tentang diagram fase untuk sistem MgSO₄ dan H₂O; jika suhu operasi evaporator 170°F (= 77°C) , maka kejenuhan akan timbulnya kristal terjadi pada konsentrasi fraksi massa MgSO₄ sebesar 0.38.  

Larutan magnesium sulfat jenuh yang keluar dari evaporator kemudian diumpankan ke dalam crystallizer (evaporative crystallizer), untuk mengkristalkan magnesium sulfat dengan cara menguapkan sebagian air. Kristal yang terbentuk adalah magnesium sulfat heptahidrat MgSO4.7H₂O;  kristal kemudian dipisahkan di dalam centrifugal filter. Filtrat yang keluar centrifugal filter yang merupakan mother liquor dikembalikan lagi ke crystallizer sedangkan cake/padatan dikeringkan ke dalam rotary drier sehingga diperoleh kristal magnesium sulfat heptahidrat MgSO4.7H₂O dengan kemurnian (kadar) 98%.

DIAGRAM ALIR

DATA UNTUK REAKTOR

Jenis : Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB / CSTR)

☻Kondisi operasi
Suhu	: 70°C
Tekanan	: 1 atm
Sifat reaksi	: eksotermis
Kondisi proses	: isotermal - non adiabatis
Pendingin	: air

☻ Kinetika reaksi

Reaksi antara magnesium carbonat dan asam sulfat akan menghasilkan magnesium sulfat dalam bentuk larutan. Reaksi terjadi dalam fase cair. Ada reaksi lain yang terjadi yaitu impuritas dari magnesit yang mengandung CaCO₃, MnCO₃, dan  FeCO₃ akan bereaksi juga dengan asam sulfat membentuk garam sulfat.

Reaksi kimia:

MgCO_3(s)  +  H₂SO_4(aq)    ====>     MgSO_4(aq)  + H ₂O  +  CO₂             

Persamaan reaksi antara magnesium carbonat dan asam sulfat adalah reaksi order 2 dan dinyatakan dengan persamaan kecepatan reaksi :      

r_A = k.C_A.C_B

k = 173.209 m³/kmol.jam

dengan:

rA     = kecepatan reaksi	,  kmol/  m3.jam
CA     = konsentrasi magnesium carbonat	,  kmol/  m3
CB     = konsentrasi asam sulfat	,  kmol/  m3

Dengan harga konstanta kecepatan reaksi sebesar 173.209 m³/kmol.jam dan konversi sebesar 98% akan membutuhkan waktu tinggal selama 3 jam.

Banyak patent yang memberikan proses pembuatan magnesium sulfat. Diantaranya dengan bahan baku yang berbeda dan tipe reactor yang digunakan berbeda.

Patent untuk pembuatan magnesium sulfat diantaranya adalah  United States Patent No WO2013037649A1,  21 Maret 2013 dengan label: Magnesium Sulphate

Ada juga US Patent untuk pembuatan amonium sulfat yaitu United States Patent No  1356907A,  26 Oktober 1926 dengan label: Method of making magnesium sulfate

Rabu, 28 Zulqaidah 1437 H / 31 Agustus 2016 M