Grafit: Mineral yang Terbentuk dari Metamorfisme dan Bermanfaat untuk Industri

Grafit adalah suatu mineral yang merupakan salah satu variasi bentukan dari unsur karbon, sangat penting dalam dunia industri karena memiliki banyak penggunaan mencakup beberapa teknologi yang baru dan berkembang seperti Lithium-ion batteries, nuclear, wind and solar power, fuel cells, semiconductors, or even graphene (Crossley 2000; Balan et all.2010).

Menurut hasil penelitian dari USGS (United States Geological Survey), secara global permintaan akan kebutuhan grafit mengalami peningkatan yang cukup signifikan dari tahun 2011, USGS melaporkan bahwa 70% cadangan terbesar grafit berada di Cina ( dalam Teddy Tak – MengIU).

Salah satu proses pembentukan endapan mineral adalah proses metamorfisme, proses ini juga merupakan pembentukan batuan metamorfik. Endapan mineral yang dibentuk oleh proses metamorfisme dianggap cukup menarik karena menghasilkan mineral-mineral spesifik salah satunya adalah grafit yang mempunyai nilai ekonomis cukup tinggi.

Dengan meningkatnya perkembangan industri nasional maupun daerah, maka inventarisasi dan penelitian untuk menemukan sumber daya baru merupakan suatu kebutuhan yang harus dipenuhi sebagai bahan baku pembangunan dan industri.

PEMBAHASAN

Pengertian Endapan Mineral Grafit sebagai Hasil Metamorfisme

Mineral grafit pada umumnya terdapat pada batuan metamorfosa regional dan kontak seperti marmer, endapan skarn, gneiss, sekis, filit dan batu sabak yang mengandung karbonat atau material organik. Grafit dapat membentuk inklusi dalam sfalerit, pirit, magnetit, pyrrhotite pada endapan hidrotermal (Nesse, 2009). Kemudian Bateman (1981) membagi jenis mineral industri hasil proses metamorfisme menjadi beberapa formasi. Salah satunya yaitu Formasi Grafit. Grafit atau sering disebut sebagai “black lead” merupakan salah satu bentuk dari karbon yang terbagi menjadi 2 jenis yaitu :

1. Kristalin, biasanya tipis mendekati bentuk lembaran hitam pekat

2. Amorf, atau nonkristalin merupakan jenis yang tidak mur biasanya hitam pekat dengan kilap lemak dan membekas apabila digoreskan pada kertas

Grafit banyak dijumpai bersamaan dengan marmer, gneiss, sekis, kuarsit, dan batubara yang teralterasi, juga dapat terjadi pada batuan beku, urat-urat, dan pegmatite dike. Jenis kristalin banyak dijumpai berbentuk lembaran yang tersebar dalam batuan metamorf, sedangkan jenis amorf berbentuk seperti debu, endapan dapat berukuran besar dan mengandung granit sampai 7%, berasosiasi dengan kuarsa, klorit, rutil, titanit, sillimanite, yang tersebar dalam urat-urat retakan dan merupakan deposit yang penting.

Grafit terbentuk oleh :

1. Aktifitas metamorfisme regional

2. Kristalisasi batuan beku yang ditunjukkan keberadaannya pada batuan granit, syanit, dan basalt.

3. Metamorfisme kontak yang berada pada batuan induk yang mengandung silikat dan batugamping

4. Pengaruh larutan hidrotermal, sebagaimana pada deposit-deposit urat.

Proses 2,3,dan 4 merupakan hasil dari aktivitas magma, dan proses 3 dan 4, dapat diakibatkan oleh larutan ikatan karbon yang dibentuk oleh magma. Sedangkan pada batubara merupakan alterasi, dimana material volatile dapat menjadikan carbon residu menjadi amorf

Terdapat dua kenampakan granit yang berakibatkan dua proses metamorfisme regional, pertama yaitu merupakan hasil alterasi material organic yang berasal dari batuan sedimen dan prosesnya adalah menguraikan CaCO3 pada batu gamping hitam pada saat termetamorf yang menjadi marmer putih dengan granit tersebar di dalamnya. Yang kedua adalah hidrokarbon yang terurai oleh penguapan langsung dari carbon yang berubah menjadi CO dan CO2 yang mana keduanya akhirnya tereduksi kembali menjadi grafit, proses tersebut dapat dinyatakan dengan suatu reaksi reversible 

Pada batuan yang berumur Prakambrium lebih banyak dijumpai granit yang berasal dari batuan sedimen, dari hal ini timbul hipotesa bahwa granit lebih banyak terbentuk dari material organik.

Pembentukan Grafit

Menurut Kuzfart (1984) grafit dapat terjadi secara proses magnetic awal, kontak magmatik, hydrothermal, metamorfogenik, dan residual. Grafit terjadi pada batuan metamorf sebagai akibat dari pengurangan dari sedimen senyawa karbon selama metamorfisme. Hal ini juga terjadi pada batuan beku dan meteorit. Mineral terkait dengan grafit termasuk kuarsa, kalsit, mika, dan turmalin. Pada meteorit itu terjadi dengan troilite dan mineral silikat.

Grafit dan Intan

Intan kita kenal sebagai batu permata. Perhiasan intan memiliki sifat yang sangat indah, berkilauan, dan menakjubkan sekali. Intan terdiri atas atom-atom karbon yang sifat kimianya sama dengan atom-atom karbon dalam arang yang hitam. 

Grafit berbeda lagi, warnanya hitam, lebih halus permukaannya dibanding arang. Isi pensil adalah contoh grafit. Bagaimana struktur intan dan grafit? Tentu berbeda. Perbedaan strukturnya lah yang membuat perbedaan sifat fisiknya.

Dalam intan, keempat elektron valensi dari tiap atom C digunakan semua untuk ikatan. Karena keempat elektron valensi ini berikatan dengan 4 atom C lain, terbentuklah struktur tetrahedral yang simetri. Tetrahedral-tetrahedral ini berikatan dengan sangat kuat membentuk struktur raksasa. Struktur ini memiliki bentuk kristal kubus. 

Grafit, memiliki struktur kristal yang berbeda dengan intan, karena tidak semua elektron valensinya digunakan untuk ikatan. Hanya 3 elektron dari 4 elektron valensinya yang digunakan untuk ikatan. Satu elektron yang tak berikatan ini dalam keadaan bebas. Karena itulah grafit dapat menghantar listrik, sehingga dapat digunakan sebagai konduktor, salah satunya sebagai elektroda inert. Tampak struktur grafit adalah heksagonal datar dan berlapis-lapis. Tiga elektron valen atom C yang saling berikatan, membentuk lapisan heksagonal. Satu elektron valensi yang bebas menyebabkan terjadinya ruang kosong antar lapisan satu dengan lapisan lainnya. Ikatan antar lapisan ini sangat lemah, sehingga grafit mudah patah. Intan adalah mineral paling keras, sedang grafit tergolong salah satu mineral yang lunak dan mudah patah. 

Tipe Grafit

Berdasarkan cara terjadinya dan bentukan jebakan, (Paul, dalam Donald,dkk.1972) membagi 3 tipe grafit, yaitu: 

1. Grafit urat (Vein Graphite)

Grafit pada urat – urat mengandung 75% - 100% graphitic carbon, biasanya hancur, bentuk memipih dan terkesan saling mengikat. Mineral pengotor yang dijumpai adalah kuarsa, piroksen, feldspar, pirit, dan kalsit. Ketebalan urat bervariasi dari beberapa milimeter sampai puluhan feet dengan panjang jurus mencapai ribuan feet serta panjang penunjaman dapat mencapai 1500 feet. Beberapa ahli geologi berpendapat bahwa grafit ini terjadi karena proses hidrotermal, namun beberapa ahli lainnya mengemukakan bahwa grafit ini terjadi karena proses pneumatolitik

Gambar 1. Endapan grafit tipe urat yang terbentuk dari hasil pengurangan CO2 di srilanka

2. Grafit Amorf (Amorphous Graphite)

Grafit jenis ini terbentuk dari lapisan batubara yang terkena proses metamorfosa, kental, umumnya massif dan berukuran kriptokristalin. Sedangkan ukuran, bentuk, kandungan karbon dan mineral pengotor tergantung pada awal terbentuknya lapisan batubara. Grafit ini umumnya mengandung 85% grafit.

3. Grafit flake (Flake Graphite) 

Grafit ini bernilai baik bila material yang mengandung karbon terkena metamorfosa setingkat pembentukan garnet (metamorfosa dengan suhu dan tekanan yang tinggi). Kandungan karbon dalam grafit flake tergantung dari kandungan unsur karbon pada awal sedimentasi Batuan metasedimen grafitik mengandung 90% grafit dan 3% gneiss serta sekis, mineral pengotor yang terdapat dalam grafit ini adalah mineral – mineral yang umum dijumpai pada batuan metasedimen tingkat tinggi seperti kuarsa, feldspar, mika, amphibole, dan garnet.

Gambar 2. Natural Flake Grafit (https://asbury.com)

Kegunaan Grafit dalam Industri

Hubungan antar lapisan dalam grafit dapat diibaratkan dengan tumpukan lembaran kaca yang basah. Grafit juga mempunyai titik leleh yang tinggi. Elektron yang digunakan untuk membentuk ikatan antar lapisan terikat relatif lemah, sehingga dapat mengalir dari satu atom ke atom lain, sehingga grafit dapat menghantarkan listrik.

Mineral grafit dengan komposisi kimia C (karbon), paling banyak dibutuhkan dalam industri pupuk buatan dan bahan baku cat, selain itu grafit juga banyak digunakan dalam industri lainnya seperti untuk pelumas. Jika dipadukan dengan minyak bumi, biasanya menggunakan grafit sintetik yang disuspensikan di dalam minyak. Selain itu juga digunakan sebagai serbuk pengasah, elektroda, penyerap kelembaban, bahan pensil dan lain-lain.

KESIMPULAN

1. Salah satu proses pembentukan endapan mineral adalah proses metamorfisme, proses ini juga merupakan pembentukan batuan metamorfik.

2. Grafit adalah suatu mineral yang merupakan salah satu variasi bentukan dari unsur karbon

3. Grafit banyak dijumpai bersamaan dengan marmer, gneiss, sekis, kuarsit, dan batubara yang teralterasi, juga dapat terjadi pada batuan beku, urat-urat, dan pegmatite dike

4. Tipe Grafit :

• Grafit Urat

• Grafit Amorf

• Grafit Flake

5. Grafit dibutuhkan dalam industri pupuk buatan dan bahan baku cat, selain itu grafit juga banyak digunakan dalam industri lainnya seperti untuk pelumas

DAFTAR PUSTAKA

Nesse William D., 2009. Introduction to Optycal Mineralogy. Oxford University Press, International Edition, New York Oxford.

Suwardi, Wa O., 2016. Makalah Mineral Grafit. Universitas Halu Oleo : Kendari.

Crossley p .2000. Graphite : Hight – Tech Supply Sharpensyp Industrial Mineral 398;31 – 47

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S000925411830113X#ab0010 (diakses pada 11/11/2018 pukul 11.28WIB)

Jensen, M.L., Bateman .1981. Economic Mineral Deposite 3rd Edition. New York.