Vermikulit: Sifat, Produksi, dan Aplikasi
Latar Belakang
Vermikulit adalah sekelompok silikat magnesium-aluminium-besi laminar terhidrasi yang melebar menjadi benang panjang seperti cacing ketika dipanaskan. Ekspansi ini, dikenal sebagai exfoliation, menghasilkan material dengan densitas dan konduktivitas termal yang sangat rendah. Sifat-sifat ini membuat vermikulit yang diekspansi berharga sebagai agregat konstruksi ringan, pengisi isolasi termal, pengubah tanah, dan penyerap kimia. Ketika digiling menjadi bubuk halus, ia berfungsi sebagai pengisi dalam tinta, cat, plastik, dan produk lainnya.
Sejarah
Thomas H. Webb pertama kali mendokumentasikan properti unik vermikulit pada 1824, mencatat penampilannya seperti cacing ketika dipanaskan. Mineral ini tetap menjadi rasa ilmu hingga awal abad ke-20, ketika aplikasi praktis mendorong minat komersial. Usaha pertambangan pertama dimulai pada 1915 di Colorado, tetapi ditutup segera setelah. Kesuksesan datang pada 1923 ketika Perusahaan Zonolite membuka tambang di Libby, Montana, beroperasi hingga 1990. Saat ini, operasi vermikulit terbesar di dunia ada di distrik Phalabowra di Afrika Selatan. Produsen utama lainnya termasuk Amerika Serikat, China, Rusia, Brasil, Jepang, Zimbabwe, dan Australia.
Pada 1999, Amerika Serikat mengoperasikan tiga tambang aktif—dua di Carolina Selatan dan satu di Virginia—mengirim konsentrat bijih ke pabrik exfoliation di seluruh negeri. Fasilitas-fasilitas ini juga mengimpor sekitar 77.000 ton (70.000 metrik ton) vermikulit konsentrat dari Afrika Selatan.
Bahan Baku
Sifat khas vermikulit berasal dari struktur kristal lapisannya dan konten air internalnya. Lapisan berengsel seperti akordion; ketika dipanaskan, air yang terperangkap menjadi uap, memaksa lapisan terpisah. Vermikulit komersial biasanya diekstrak dari batang yang kaya akan biotit dan phlogopit yang mengandung besi. Pelapukan batang-batang ini memungkinkan infiltrasi air dan reaksi kimia yang menghasilkan vermikulit.
Komposisi vermikulit komersial biasanya 38–46 % dioksida silikon (SiO₂), 16–35 % oksida magnesium (MgO), 10–16 % oksida aluminium (Al₂O₃), dan 8–16 % air, dengan jumlah lebih kecil oksida lainnya. Ketika diekspansi, granule berwarna cokelat emas dan memiliki densitas bulk 4–10 lb/cu ft (64–160 kg/cu m), tergantung pada ukuran partikel.
Proses Manufaktur
Pertambangan
- Batang diekskavasi dari tambang terbuka. Overburden dihapus dengan sekop atau scraper, dan lapisan batang dibor dan ditembakkan dengan peledak.
- Bijih yang dihasilkan diangkut oleh truk atau kereta api ke fasilitas pemrosesan.
Konsentrasi
- Bijih dihancurkan dan disaring untuk mengurangi ukuran, kemudian dipisahkan dari material sekitar menggunakan froth flotation, pemisahan gravitasi, winnowing, atau metode elektrostatis, menghasilkan flake vermikulit sekitar 90 % murni.
- Flake dari bagian yang berbeda dapat dicampur untuk memastikan kualitas seragam.
Pengelompokan
- Flake diurutkan berdasarkan ukuran menggunakan saringan atau terowongan udara tertutup. Flake yang lebih berat dan lebih besar jatuh terlebih dahulu; proses dapat menghasilkan grade dari 0,63 in (16 mm) hingga 0,02 in (0,8 mm).
- Flake besar dapat dihaluskan ringan (debooking) untuk mempercepat exfoliation.
- Flake yang diurutkan dikemas dalam wadah besar untuk transportasi ke pabrik exfoliation.
Exfoliating
- Flake disimpan dalam fasilitas tertutup untuk menjaganya tetap kering. Penyerapan kelembaban akan meningkatkan energi yang diperlukan untuk ekspansi.
- Mereka dimuat ke dalam sabuk konveyor dan diturunkan ke dalam furnace vertikal 20–25 kaki (6,1–7,6 m) yang dilapisi batu keramik. Pembakar gas alami meningkatkan suhu ke 1.000–1.500 °F (540–810 °C), menyebabkan air internal menguap dan flake melebar menjadi partikel seperti cacing.
- Partikel meluncur ke bawah lereng miring, memungkinkan pemanasan lebih lanjut untuk mencapai ekspansi penuh.
Pengklasifikasian
- Vermikulit yang telah diekspansi panas ditarik ke atas oleh vacum. Kontaminan yang lebih berat jatuh keluar, sementara partikel halus dikudungkan oleh aliran udara.
- Jika ukuran partikel tertentu diperlukan, vermikulit dapat digiling dan disaring sesuai.
- Granule yang diklasifikasikan disimpan dalam hopper dan kemudian dikemas dalam kantong kertas atau plastik 4–6 cu ft (0,10–0,15 cu m) untuk ritel, atau kantong 50 cu ft (1,3 cu m) untuk komersial. Kantong disegel, diberi label, dan dikirim dari gudang.
Aspek Kesehatan
Bijih vermikulit dapat mengandung mica, kuarsa, feldspar, dan, pada beberapa deposit, jumlah jejak asbes. Konstituen ini diatur di bawah Material Safety Data Sheets (MSDS). Bahaya pekerjaan yang paling signifikan adalah kristal silika (kuarsa). Debu kuarsa halus dapat menyebabkan silicosis, jadi kontrol debu dan perlindungan diri pribadi wajib selama operasi penggilingan dan penyaringan. Paparan konsumen terhadap debu silika dari produk vermikulit jadi adalah sedikit dan tidak menimbulkan risiko kesehatan.
Produsen besar menyertifikasi bahwa bijih yang digunakan dalam operasi mereka tidak menimbulkan risiko asbes ketika diproses sesuai pedoman MSDS. Laporan EPA pada 2000 menyimpulkan bahwa vermikulit yang dijual sebagai pengubah tanah menyajikan sedikit atau tidak ada risiko asbes bagi konsumen.
Masa Depan
Meski tersedia material alternatif, densitas ultra-rendah dan konduktivitas termal vermikulit menjadikannya kompetitif di banyak pasar. Cadangan dunia diperkirakan sekitar 55 juta ton (50 juta metrik ton). Inovasi berkelanjutan dalam pemrosesan dan aplikasi akan mempertahankan relevansinya.
