MAKALAH
PROSES PENGOLAHAN LOGAM BESI, BAJA DAN ALUMUNIUM
DISUSUN OLEH : MUHAMAD LUTFIL HAKIM
FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SEMARANG SEMARANG 2015
i
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL........................................................................................ i DAFTAR ISI .................................................................................................... ii DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... iii BAB I PENDAHULUAN ................................................................................ 1 1.1 Latar Belakang ........................................................................................... 1 1.2 Sejarah Pembuatan Besi dan Baja .............................................................. 1 BAB II PROSES PENGOLAHAN BAJA ....................................................... 3 2.1 Pengertian Baja .......................................................................................... 3 2.2 Proses Pembuatan Baja .............................................................................. 4 2.2.1 Proses Pembuatan Baja Dengan Proses Konvertor ................................ 4 2.2.2 Proses Pembuatan Baja Dengan Tanur Oksigen Basah.......................... 10 2.2.3 Proses Pembuatan Baja Dengan Open Heath Furnace ........................... 12 2.2.4 Peleburan Baja Dalam Dapur Listrik (EAF) .......................................... 15 BAB III PROSES PENGOLAHAN BESI ....................................................... 20 3.1 Pengolahan Besi dengan Metode Tanur Sembur (Blast Furnace) ............. 20 3.1.1 Proses Reduksi Tidak Langsung (Indirect Reduction) ........................... 22 3.1.2 Proses Reduksi Langsung (Direct Reduction) ........................................ 24 3.1.3 Perbedaan Proses Reduksi Langsung Dan Reduksi Tidak Langsung .... 26 BAB IV PROSES PENGOLAHAN ALUMINIUM ....................................... 27 4.1 Karakteristik Aluminium ........................................................................... 27 4.2 Proses Pengolahan Aluminium .................................................................. 28 4.2.1 Proses Penambangan Aluminium ........................................................... 28 4.2.2 Proses Pemurnian Aluminium ................................................................ 28 4.2.3 Proses Peleburan Aluminium ................................................................. 30 4.3 Kegunaan Aluminium ................................................................................ 32 DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 33
ii
DAFTAR GAMBAR Gambar Konvertor Bessemer ........................................................................... 7 Gambar tungku BOF. ....................................................................................... 10 Gambar Open-Hearth Furnace ......................................................................... 12 Gambar AC Electric Arc Furnace .................................................................... 17 Gambar DC Electric Arc Furnace .................................................................... 18 Gambar Induction Electric Arc Furnace .......................................................... 18 Gambar Alat Tanur Sembur (Blast Furnace) ................................................... 20 Gambar Skema Indirect Reduction Furnace .................................................... 23 Gambar Tanur Tinggi....................................................................................... 24 Gambar Skema Direct Reduction Furnace ....................................................... 25 Gambar Skema Proses Bayer ........................................................................... 29 Gambar Skema Proses Hall-Heroult ................................................................ 31
iii
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Besi adalah unsur yang paling berlimpah keempat setelah oksigen, silikon, dan aluminium. Selain itu besi merupakanlogam yang paling luas dan paling banyak penggunaanya. Hal tersebut disebabkan tiga alasan, yaitu bijih besi relatif melimpah di berbagai penjuru dunia, pengolahan besi relatif murah dan mudah, sifat-sifat besi yang mudah di modifikasi. Secara umum pasir besi terdiri dari mineral opak yang bercampur dengan butiran-butiran dari mineral non logam seperti, kuarsa, kalsit, feldspar, ampibol, piroksen, biotit, dan tourmalin. mineral tersebut terdiri dari magnetit, titaniferous magnetit, ilmenit, limonit, dan hematit, Titaniferous magnetit adalah bagian yang cukup penting merupakan ubahan dari magnetit dan ilmenit. Mineral bijih pasir besi terutama berasal dari batuan basaltik dan andesitik volkanik. Untuk mengolah bijih besi untuk menghasilkan logam besi dilakukan dalam tanur sembur (blast furnace). Karakter dari endapan besi dapat berupa endapan logam yang berdiri sendiri namun seringkali ditemukan berasosiasi dengan mineral logam lainnya. Besi biasanya ditemukan dalam bentuk magnetit (Fe3O4) dengan kandungan Fe 72,4%, hematit (Fe2O3) dengan kandungan Fe 70,0%, limonit (Fe2O3.nH2O) dengan kandungan Fe 59-63% atau siderit (FeCO3) dengan kandungan Fe 48,2%. 1.2 Sejarah Pembuatan Besi dan Baja Besi dan baja merupakan logam yang banyak digunakan dalam teknik; dan meliputi 95% dari seluruh produksi logam dunia. untuk penggunaan tertentu, besi dan baja merupakan satu-satunya logam yang memenuhi persyaratan teknis maupun ekonomis, namun di beberapa bidang lainnya logam ini mulai mendapat persaingan dari logam bukan besi dan bahan bukan
1
logam. Diperkirakan bahwa besi telah dikenal oleh manusia disekitar tahun 1200 SM. Proses pembuatan baja diperkenalkan oleh Sir Henry Bessemer dari Inggris sekitar tahun 1800, sedang William Kelly dari Amerika pada waktu yang hampir bersamaan berhasil membuat besi malleable. hal ini menyebabkan timbulnay persengketaan mengenai masalah paten. Dalam sidang-sidang pengasilan terbukti bahwa WIlliam Key lebih dahulu mendapatkan hak paten.
2
BAB II PROSES PENGOLAHAN BAJA 2.1 Pengertian Baja Baja adalah logam aloy yang komponen utamanya adalah besi, dengan karbon sebagai material pengaloy utama. Karbon bekerja sebagai agen pengeras, mencegah atom besi, yang secara alami teratu dalam lattice, begereser melalui satu sama lain. Memvariasikan jumlah karbon dan penyebaran alloy dapat mengontrol kualitas baja. Baja dengan peningkatan jumlah karbon dapat memperkeras dan memperkuat besi, tetapi juga lebih rapuh. Definisi klasik, baja adalah besi-karbon aloy dengan kadar karbon sampai 5,1 persen. Ironisnya, aloy dengan kadar karbon lebih tinggi dari ini dikenal dengan besi. Sekarang ini ada beberapa kelas baja di mana karbon diganti dengan material aloy lainnya, dan karbon, bila ada, tidak diinginkan. Definisi yang lebih baru, baja adalah aloy berdasar-besi yang dapat dibentuk secara plastik. Dan umumnya baja juga menjadi bahan pelapis rompi anti peluru, yang dimana baja menjadi bahan pelapis bahan inti rompi tersebut, yaitu bahan milik Kevlar. Baja diproduksi didalam dapur pengolahan baja dari besi kasar baik padat maupun cair, besi bekas ( Skrap ) dan beberapa paduan logam. Keseluruhan proses dapat dibagi menjadi beberapa tahapan pengerjaan, - Proses pertama : o Komponen dasar : iron ore (biji besi), limestone (tanah kapur), coke (dibuat dari coal, khusus untuk pembuatan steel) dimasukkan ke dalam blast furnance. o Coke : bahan bakar untuk furnance, dibuat dari coal dengan proses tertentu. o Cairan besi : (molten metal) yang panas di dalam furnance terpisah
menjadi
2
bagian,
yang
atas
adalah
slag
(wasted,impurities), dan yang bawah adalah besi yang hendak
3
dipakai. Besi yang dihasilkan ini kemudian dicetak menjadi pig iron. Kadar C dalam pig iron bisa mencapai 2 % - Proses kedua : o Pig iron dimasukkan ke dalam primary steelmaking furnace, bisa berupa oxygen furnace, electric arc furnace, atau open hearth furnace. Ke dalam furnace ini, berbagai bahan kimia ditambahkan untuk mendapatkan material properties yang diinginkan. Seringkali scrap juga dimasukkan ke dalam furnace ini. o Didalam proses dengan oksigen, carbon di dalam molten metal bereaksi dengan oksigen menghasilkan gas karbonmonoksida. Gas ini harus keluar, kalau tidak akan membentuk gas pockets (rimming)
saat
menjadi
dingin
(rimmed
steel).
Untuk
menghindari, digunakan doxidizer : silicon, aluminum baja yang dihasilkan: killed steel atau semi-killed steel. o Baja yang dihasilkan dicetak dalam bentuk slab, blom, atau billet. - Proses ketiga : o Baja yang telah dicetak dalam bentuk slab, blom, atau billet tersebut selanjutnya dibentuk menjadi berbagai macam profit seperti H-beam, angle (siku), channel, rel kereta, pelat, pipa (seamless pipe), dsb. Keseluruhan proses itu dapat dilakukan pada satu lokasi pabrik baja yang besar dan dapat pula dilakukan pada sejumlah pabrik yang terpisah. Misalnya ada pabrik yang hanya mengerjakan dri billet sampai suatu barang setengah jadi. 2.2 Proses Pembuatan Baja 2.2.1 Proses Pembuatan Baja Dengan Proses Konvertor Konvertor adalah bejana yang berbentuk bulat lonjong terbuat dari pelat baja. Bagian dalam dilapisi dengan batu tahan api yang berfungsi untuk menyimpan panas yang hilang sekaligus menjaga supaya pelat baja tidak lekas aus. Bejana tersebut dapat diputar pada kedua
4
porosnya. pada bagian bawah konvertor terdapat saluran-saluran yang berdiameter antara 15 - 20 mmsebanyak 120 - 150 buah. Melewati poros yang satu dialirkan udara yang bertekanan 1.5 - 2 atmosfer. Sedangkan pada poros yang lain dihubungkan dengan roda gigi untuk mengatur kedudukan konvertor. Proses
pembuatan baja dapat diartikan sebagai proses yang
bertujuan mengurangi kadar unsur C, Si, Mn, P dan S dari besi mentah dengan proses oksidasi peleburan. Konventer untuk proses “oksidasi berkapasitas antara 50-400 ton”. Besi kasar dari tanur yang dituangkan ke dalam konventer disemburkan oksigen dari atas melalui pipa sembur yang bertekanan kira-kira 12 atm. Reaksi yang terjadi: O2 + C CO2 Penyemburan Oksigen berlangsung antara 10-20 menit. Penambahan waktu penyemburan akan mengakibatkan terbakarnya C, P, Mn dan Si. Konvertor dibuat dari plat baja dengan sambungan las atau paku keling. Bagian dalamnya dibuat dari batu tahan api. Konvertor disangga dengan alat penyangga yang dilengkapi dengan trunnion untuk mengatur posisi horizontal atau vertikal Konvertor. Pada bagian bawah konvertor terdapat lubang-lubang angin (tuyer) sebagai saluran udara penghembus (air blast). Batu tahan api yang digunakan untuk lapisan bagian dalam Konvertor dapat bersifat asam atau basa tergantung dari sifat baja yang diinginkan. Secara umum proses kerja konverter adalah: a. Dipanaskan dengan kokas sampai suhu 15000C. b. Dimiringkan untuk memasukkan bahan baku baja ( +1/8 dari volume konverter ). c. Konverter ditegakkan kembali. d. Dihembuskan udara dengan tekanan 1,5 – 2 atm dengan kompresor.
5
e. Setelah 20 – 25 menit konverter dijungkirkan untuk mengeluarkan hasilnya. Proses konventer dibagi menjadi dua, yaitu : 1. Proses Konvertor Bessemer Proses Bassemer diinginkan baja bersifat asam sehingga batu tahan apinya harus bersifat asam (Misal : kwarsa atau aksid asam SiO2). Besi mentah cair yang digunakan dalam proses Bessemer harus mempunyai kadar unsur Si <= 2%; Mn <= 1,5%; kadar unsur P dan S sekecil mungkin. Ketika udara panas dihembuskan lewat besi mentah cair, unsur-unsur Fe, Si dan Mn terbakar menjadi oksidasinya. Sebagian oksida besi yang terbentuk pada reaksi di atas akan berubah menjadi terak dan sebagian lagi akan bereaksi dengan Si dan Mn. Reaksi-reaksi di atas diikuti dengan kenaikan temperatur dari 1250 ke 1650 . Dari reaksi di atas akan terbentuk terak asam kira-kira 40 - 50% Si O2. Periode ini disebut periode
pembentukan terak (“The slag forming
period”). Periode ini disebut juga periode “Silicon blow”. Periode ini berlangsung sekitar 4 - 5 menit yang ditandai adanya bunga api dan ledakan keluar dari mulut Konvertor. Pada periode ke dua yang disebut “The brilliant flame blow” atau “Carbon blow” dimulai setelah Si dan Mn hampir semuanya terbakar dan keluar dari besi mentah cair. Pada periode ke dua ini unsur C akan terbakar oleh panas FeO dengan reaksi yang diikuti dengan penurunan temperatur + 50 - 80% dan berlangsung + 8 - 12 menit. CO akan keluar dari mulut Konvertor dimana CO ini akan teroksider oleh udara luar dengan ditandai dengan timbulnya nyala api bersinar panjang di atas Konvertor. Periode ketiga disebut “Reddisk Smoke period” yang merupakan periode brilliant flame terakhir.
6
Gambar Konvertor Bessemer Periode ini ditandai adanya Reddish smoke (nyala api ke merah-merahan) keluar mulut Konvertor . Hal ini menunjukkan bahwa unsur campuran yang terdapat dalam besi mentah telah keluar dan tinggal oksida besi FeO. Periode ini berlangsung + 1 - 2 menit. Kemudian Konvertor diputar sehingga posisinya menuju posisi horizontal, lalu ditambahkan oksider (ferromanganesh, ferrosilicon atau Al) untuk mengikatO2 dan memadunya dengan baja yang dihasilkan. Baja Bessemer yang dihasilkan dengan proses di atas mengandung sangat sedikit unsur C. Untuk baja Bessemer, kadar unsur C dapat dinaikkan dengan cara: a. Mengurangi udara penghembus terutama pada periode ke dua. b. Menambah C pada periode ke tiga hampir berakhir yaitu dengan menambahkan besi mentah. Berat logam pada proses Bessemer ini akan berkurang + 8 – 12%. Hasil dari konvertor Bessemer disebut baja Bessemer yang banyak digunakan untuk bahan konstruksi. Proses Bessemer juga disebut proses asam karena muatannya bersifat asam dan batu tahan apinya juga bersifat asam.
7
Apabila digunakan muatan yang bersifat basa lapisan batu itu akan rusak akibat reaksi penggaraman 2. Proses Konvertor Thomas Konvertor Thomas juga disebut konvertor basa dan prosesnya adalah proses basa, sebab batu tahan apinya bersifat basa serta digunakan untuk mengolah besi kasar yang bersifat basa. Muatan converter putih yang banyak mengandung fosfor. Proses pembakaran sama dengan proses pada konvertor Bessemer hanya saja pada proses Thomas fosfor terbakar setelah zat arangnya terbakar. Pengaliran udara tidak terusmenerus dilakukan karena besinya sendiri akan terbakar. Pencegahan pembakaran itu dilakukan dengan menganggap selesai prosesnya walaupun kandungan fosfor masih tetap tinggi. Guna mengikat fosfor yang terbentuk pada proses ini maka diberi bahan tambahan batu kapur agar menjadi terak. Terak yang bersifat basa ini dapat dimanfaatkan menjadi pupuk buatan yang dikenal dengan nama pupuk fosfat. Hasil proses yang keluar dari konvertor Thomas disebut baja Thomas yang biasa digunakan sebagai bahan konstruksi dan pelat ketel. Proses Thomas disebut juga “Basic Bessemer Process” yaitu proses Bessemer dalam keadaan basa. Proses ini memakai Converter yang di bagian dalamnya dilapisi bahan tahan api (refractory) bersifat basa seperti dolomite (Mg CO3 CaCO3). Pertama-tama converter diisi dengan batu kapur, kemudian besi mentah (pig iron) cair yang mengandung unsur phosfor (P) : 1,6 - 2% ; dan sedikit Si dan S (0,6% Si, 0,07 % S).
8
Pada periode I (Slag forming period = Silicon blow) yaitu pada saat penghembusan, unsur Fe, Si, Mn akan teroksider dan terbentuklah terak basa (basic slag). Dengan adanya batu kapur, akan terjadi kenaikan temperatur, tetapi unsur phosfor (P) yang terkandung dalam besi mentah belum dapat dipisahkan dari Fe. Pada periode ke II (The brilliant flame blow = Carbon blow) yang ditandai dengan adanya penurunan temperatur, dimana Carbon (C) akan terbakar, berarti kadar C menurun. Jika kadar C tinggal 0,1 - 0,2%, maka temperatur akan turun menjadi 1400 oC - 1420oC. Setelah temperatur turun menjadi 1400oC, mulailah periode ke III (Reddish Smoke Periode) yaitu terjadinya oksidasi dari Fe secara intensif dan terbentuklah terak. Peristiwa ini berlangsung + 3 - 5 menit, dan selanjutnya terbentuklah terak Phospor [CaO)4.P2O5] yang diikuti kenaikan temperatur yang mendadak menjadi 1600oC. Setelah periode ke III ini berakhir, hembusan udara panas dihentikan dan converter dimiringkan untuk mengeluarkan terak yang mengapung di atas besi cair. Kemudian diberi doxiders/deoxidising agents misalnya Ferro Monggan, Ferro Silicon atau Aluminium untuk menghilangkan Oksigen (O2) serta memberikan kadar Mn dan Si supaya diperoleh sifat-sifat tertentu dari baja yang dihasilkan. Terak yang dihasilkan mengandung + 22 % P2O5 merupakan hasil ikatan yang diperoleh dan dapat digunakan sebagai pupuk tanaman. Baja yang dihasilkan digunakan sebagai bahan dalam proses pengecoran seperti pembuatan baja tuang atau baja profil (steel section) seperti baja siku, baja profil I, C.
9
2.2.2 Proses Pembuatan Baja Dengan Tanur Oksigen Basah Proses ini menempati 70% proses produksi baja di Amerika Serikat. Merupakan modifikasi dari proses Bessemer. Proses Bessemer menggunakan uap air panas ditiupkan pada besi kasar cair untuk membakar zat kotoran yang tersisa. Proses BOF memakai oksigen murni sebagai ganti uap air. Bejana BOF biasanya berdiameter dalam 5m mampu memproses 35 – 200 ton dalam satu pemanasan. Peleburan Baja Dengan BOF ini juga termasuk proses yang paling baru dalam industri pembuatan baja. Konstruksi tungku BOF relative sederhana, bagian luarnya dibuat dari pelat baja sedangkan dinding bagian dalamnya dibuat dari bata tahan api (firebrick). Proses tanur oksigen basa ( Basic Oxygen Furnace, BOF) menggunakan besi kasar cair (65 – 85%) yang dihasilkan oleh tanur tinggi sebagai bahan dasar utama dicampur dengan besi bekas (skrap baja) sebanyak (15 – 35%), batu kapur dan gas oksigen (kemurnian 99,5%). Panas ditimbulkan oleh reaksi dengan oksigen. Gagasan ini dicetuskan oleh Bessemer sekitar tahun 1800.
Gambar tungku BOF. Besi bekas sebanyak ± 30% dimasukkan kedalam bejana yang dilapisi batu tahan api basa. Logam panas dituangkan kedalam bejana tersebut. Suatu pipa aliran oksigen yang didinginkan dengan air dimasukkan kedalam bejana 1 sampai 3 m diatas permukaan logam cair. Gas oksigen akan mengikat karbon dari besi kasar berangsur – angsur
10
turun sampai mencapai tingkat baja yang dibuat. Proses oksidasi berlangsung terjadi panas yang tinggi sehingga dapat menaikkan temperatur logam cair sampai diatas 1650oC. Pada saat oksidasi berlangsung ke dalam tungku ditambahkan batu kapur. Batu kapur tersebut kemudian mencair dan bercampur dengan bahan – bahan impuritas (termasuk bahan – bahan yang teroksidasi) membentuk terak yang terapung diatas baja cair. Bila proses oksidasi selesai maka aliran oksigen dihentikan dan pipa pengalir oksigen diangkat / dikeluarkan dari tungku. Tungku BOF kemudian dimiringkan dan benda uji dari baja cair diambil untuk dilakukan analisa komposisi kimia. Bila komposisi kimia telah tercapai maka dilakukan penuangan (tapping). Penuangan tersebut dilakukan ketika temperature baja cair sekitar 1650oC. Penuangan dilakukan dengan memiringkan perlahan – lahan sehingga cairan baja akan tertuang masuk kedalam ladel. Di dalam ladel biasanya dilakukan skimming untuk membersihkan terak dari permukaan baja cair dan proses perlakuan logam cair (metal treatment). Metal treatment tersebut terdiri dari proses pengurangan impuritas dan penambahan elemen – elemen pemadu atau lainnya dengan maksud untuk memperbaiki kualitas baja cair sebelum dituang ke dalam cetakan. Jenis Baja yang dihasilkan oleh proses ini adalah Baja karbon & Baja paduan 0,1 % < c < 2,0 %. Kelebihan proses BOF dibandingkan proses pembuatan baja lainnya : - Dari segi waktu peleburannya yang relatif singkat yaitu hanya berkisar sekitar 60 menit untuk setiap proses peleburan. - Tidak perlu tuyer dibagian bawah. - Phosphor dan Sulfur dapat terusir dulu daripada karbon. - Biaya operasi murah.
11
2.2.3 Proses Pembuatan Baja Dengan Open Heath Furnace Pada proses Open-Hearth digunakan campuran besi mentah (pig iron) padat atau cair dengan baja bekas (steel scrap) sebagai bahan isian (charge). Pada proses ini temperatur yang dihasilkan oleh nyala api dapat mencapai 1800oC. Bahan bakar (fuel) dan udara sebelum dimasukkan ke dalam dapur terlebih dahulu dipanaskan dalam “Cheekerwork” dari renegarator. Proses pembuatan baja dengan cara Open-Hearth ini meliputi 3 periode yaitu: a. Periode memasukkan dan mencairkan bahan isian. b. Periode mendidihkan cairan logam isian. c. Periode membersihkan/memurnikan (refining) dan deoksidasi Bahan bakar yang dipakai adalah campuran blast furnace gas dan cokes oven gas. Bahan isian antara lain besi mentah dan baja bekas beserta bahan tambah ditaruh dalam heart lewat pintu pengisian. Proses pembuatan baja dengan cara Open-Hearth furnace ini dapat dalam keadaan basa atau asam (basic or acid open-hearth). Pada basic open-hearth furnace, dinding bagaian dalam dapur dilapisi dengan magnesite brick. Bagian bawah untuk tempat logam cair dan terak dari bahan magnesite brick atau dolomite harus diganti setiap kali peleburan selesai. Terak basa yang dihasilkan + 40 - 50 % CaO.
Gambar Open-HearthFurnace
12
Pada acid open-hearth furnace, dinding bagian dalam dapur dilapisi dengan dinas-brick. Bagian bawah dinding dapur harus diganti setiap kali peleburan selesai. Terak yang dihasilkan mengandung silica yang cukup tinggi yaitu 50 - 55 % SiO2. Pada proses basic ataupun acid dapat menggunakan bahan isian padat ataupun cair. Proses yang menggunakan isian padat biasa disebut “Scarp and pig process” yaitu proses yang isian padatnya terdiri dari besi mentah (pig iron), baja bekas (Scrap steel) dan sedikit bijih besi (iron ore). Proses yang mengggunakan besi mentah cair terdiri dari besi mentah cari + 60 % dan baja bekas kira-kira 40 % dan sedikit bijih besi dan bahan tambah. Cara ini biasa dikerjakan pada perusahaan dapur tinggi (blast furnace) dimana besi mentah cair dari dapur tinggi tersebut langsung diproses pada open-hearth furnace. Proses open-hearth terdiri dari dua macam, yaitu : 1. Proses Basic Open-Hearth Pada proses basic open-hearth ini, mula-mula ke dalam dapur dimasukkan baja bekas (scarap steel) yang ringan kemudian baja bekas yang berat. Setelah itu ditambahkan bahan tambah (batu kapaur) dan bijih besi yang diperlukan untuk membentuk terak pertama. Pada akhir proses peleburan, sebagian Phospor (P) yang terdapat dalam besi mentah akan berubah menjadi terak. Untuk menjaga agar terak tidak masuk/berekasi kembali dengan logam cair, maka kira-kira 40% - 50% terak tersebut lekas dikeluarkan dan juga perlu ditambahkan batu kapur untuk membentuk terak yang baru. Sebagian Sulfur (S) dapat
dikeluarkan
dari
logam
dengan
reaksi:
Reaksi ini diikuti dengan kenaikan temperatur yang tinggi dan terak CaS yang terjadi berupa terak basa. Macam-macam baja paduan dapat dihasilkan dalam open-hearth furncae, yaitu dengan menambahkan bahan
13
paduan yang dikehendaki seperti : tembaga, chrome, nikel dan sebagainya. Untuk deoxidasi terakhir, biasanya dengan menambahkan
Alumunium
ke
dalam
kowi
tempat
menampung/mengetap baja cair yang dihasilkan agar kadar silicon dapat dibatasi. Pertama-tama baja bekas dan batu kapur dimasukkan ke dalam dapur. Kemudian dipanaskan sampai temperatur yang cukup, lalu bahan isian cair dimasukkan lewat pintu pemasukan. Reaksi kimia terjadi serupa dengan di atas. 2. Proses Acid Open-Hearth Proses acid open-hearth membutuhkan bahan isian berkualitas lebih baik dengan kadar Phospor P < 0,03% dan kadar Sulphur S < 0,03%. Proses ini biasanya memakai bahan isian padat dengan 30 - 50 % berat baja bekas. Kandungan Silicon dipertahankan < 0,6%, kandungan Silicon ini perlu dipertahankan dalam kadar yang rendah sebab pada akhir periode pemanasan, kandungan Silicon akan naik. Pada proses ini, biji besi tidak boleh ditambahkan pada bahan isian, dimana hal itu dapat menimbulkan reaksi dengan Silica pada bagian tungku berupa 2FeO.SiO2. Setelah pengisian dan pemanasan, besi, Silicon dan Mn dioksidasi dan bersatu dengan bahan tambah dan membentuk terak pertama (+ 40% SiO2). Faktor-faktor ekonomis yang utama pada operasi Open-hearth furnace adalah pemakaian bahan bakar setiap ton berat baja yang dihasilkan. Produksi baja dalam ton berat, setiap m2 luas tungku dalam tiap 24 jam. Pemakaian bahan bakar setiap berat baja cair tergantung pada banyak faktor, antara lain : a. Komposisi bahan isian (charge) b. Thermal capacity dari dapur.
14
Pada prakteknya diperlukan panas 700 - 1400 Kcal untuk setiap kg baja. Untuk keperluan ini biasa digunakan bahan bakar + 10 -25 % dari berat baja yang dihasilkan. Untuk bahan isian cair akan memerlukan bahan bakar yang sedikit dibandingkan dengan bila bahan isian padat. Produksi baja dalam ton tiap m2 luasan tungku dihitung berdasarkan produksi out put dapur dalam ton berat dibagi luasan tungku Q/m2.Cara untuk menaikkan efisiensi ekonomis adalah dengan cara menggunakan udara yang banyak mengandung Oksigen untuk membakar bahan bakar. Dengan cara ini, temperatur nyala api (flame) dapat naik sehingga radiasi dari nyala api dapat bertambah dan pembakaran dapat lebih sempurna. Dengan penambah Oksigen ini akan dapat pula mengurangi kadar Carbon (C) dalam baja. Dengan cara ini produksi dapat naik + 25 - 30 %. Dengan memakai “Automatic control”, akan menaikan efisiensi bb (5%); output (8%); umur lapisan dalam (9%). 2.2.4
Peleburan Baja Dalam Dapur Listrik (EAF) Tanur Busur Listrik (EAF) adalah peralatan / alat yang digunakan untuk proses pembuatan logam / peleburan logam, dimana besi bekas dipanaskan dan dicairkan dengan busur listrik yang berasal dari elektroda ke besi bekas di dalam tanur. Ada dua macam arus listrik yang bisa digunakan dalam proses peleburan dengan EAF, yaitu arus searah (direct current ) dan arus bolak – balik ( alternating current). Dan yang biasa digunakan dalam proses peleburan adalah arus bolak-balik dengan 3 fase menggunakan electroda graphite. Salah satu kelebihan EAF dari basic oxygen furnance adalah kemampuan EAF untuk mengolah scrap menjadi 100 % baja cair. Menurut survei sebanyak 33% dari produksi baja kasar (crude steel) diproduksi menggunakan Tanur busur listrik (EAF). Sedangkan kapasitas porduksi dari EAF bisa mencapai 400 ton. Kelebihan lain dari EAF ini adalah energi yang dikeluarkan busur listrik terhadap logam bahan baku sangant besar, menyebabkan terjadinya okisdasi besar pada
15
logam cair. Hal ini menyebabkan karbon yang terkandung di dalam logam bahan baku teroksidasi sehingga kadar karbon dalam logam tersebut menjadi berkurang. Bentuk fisik dari dapur (EAF) ini cukup rendah sehingga dalam hal pengisian bahan bakunya pun sangat mudah. Dalam hal pengoperasiannya pun EAF juga tidak terlalu sulit karena hanya memerlukan beberapa orang operator yang memantau proses peleburan dan penggunaan listrik pada dapur tersebut. Struktur dari Tanur busur listrik adalah Tungku oval (bagian bawah), dinding tanur yang berbentuk selinder, dan tutup tanur yang bisa bergerak menutup dan membuka untuk proses pengisian. Pada tutup tanur terdapat 3 buah lubang yang merupakan dudukan elektroda grafit, yang terdiri dari mekanisme penjepit elektroda. Sedangkan elektroda tidak bertopang pada tutup tanur melainkan bertopang pada rangka tersendiri dan rangka tersebut memiliki mekanisme pengangkat dan untuk menurunkan elektroda pada posisi – posisi yang dapat diatur pada waktu pengoperasian. Untuk mengurangi rugi kalor (heat loses) pada tutup tanur, maka tutup tanur dilapis dengan isolator panas. Pada dinding pelindung tanur terdapat batu tahan api sebagai isolator panas bagian dalam yang dihasilkan tanur tersbut. Pada dinding tanur ini tidak diperlukan lagi lining karena pada bagian ini tidak lagi bersentuhan dengan cairan. Sedangkan kotruksi luar dari dinding di tutupi oleh pelat baja dengan ketebalan tertentu. Pada dinding bagian luar ini juga terdapat sistem pendingin yang menggunakan fluida air sebagai media pendinginan. Pada bagian tungku oval (spherical hearth) terdapat 3 lapisan yaitu lapisan lining kemudian lapisan batu tahan api dan sebagai kontruksi bagian luar digunakan pelat baja dengan ketebalan tertentu. Pada bagian ini juga terdapattapping spout atau yang lebih dikenal dengan istilah saluran penuangan, yang digunakan untuk proses penungan cairan yang akan di cetak atau diatur komposisinya di ladle furnance.
Pada
bagian
yang
berhadapan
dengan
tapping
spout adalah slaging door atau yang lebih dikenal dengan
16
pintu slag, yang digunakan untuk mengeluarkan slag. Untuk mengatur posisi penuangan dan pengeluaran slag, terdapat mekanisme pada dasar bagian luar tanur yang berbentuk roda gigi berpasangan yang digerakkan oleh screw bar. Banyak tipe dapur listrik yang digunakan, tetapi secara praktek hanya tipe berikut yang digunakan dalam industry pembuatan baja : 1. AC direct-arc electric furnace (dapur busur listrik arus bolak balik) 2. DC direct-arc electric furnace (dapur busur listrik arus searah) 3. Induction electric furnace (dapur induksi) Pada dapur busur listrik – arus bolak balik, arus melewati suatu elektroda turun ke bahan logam melalui suatu busur listrik, kemudian arus tersebut dari bahan logam mengalir keatas melalui busur listrik melalui busur listrik menuju elektroda lainnya. Untuk peleburan baja dapat dilakukan arus satu, dua atau tiga fasa. Umumnya digunakan arus 3 fasa.
Gambar AC Electric Arc Furnace Dalam dapur listrik – arus searah, arus listrik melewati satu elektroda turun kebahan yang akan dilebur melelui busur listrik, yang kemudian mengalir menuju elektroda pasangannya yang berada dibawah dapur. Dapur listrik ini dikembangkan oleh Dr. Paul Heroult ( USA ).
17
Dapur busur listrik Heroult yang pertama dibuat untuk memproduksi baja, dibangun oleh Halcomb steel company di Syracuse, New York pada tahun 1906.
Gambar DC Electric Arc Furnace Pada dapur induksi, arus listrik diinduksikan kedalam baja dengan osilasi medan magnet. Berdasarkan frekwensinya, dapur induksi dikelompokkan sebagai berikut: 1. Dapur induksi frekwensi rendah. Menggunakan prinsip trafo, dimana bahan logam yang akan dilebur bertindak sebagai kumparan sekunder, sedang gulungan dengan inti besi bertindak sebagai kumparan primer. 2. Dapur induksi frekwensi medium atau tinggi. Arus dengan frekwensi mediumatau tinggi dilewatkan kumparan yang meliliti bejana ( crucible ) yang berisi bahan logam yang akan dilebur.
Gambar Induction Electric Arc Furnace
18
Dapur listrik dapat digunakan untuk pembuatan baja, baik dengan proses asam maupun basa. Hampir semua dapur listrik yang digunakan untuk melayani produksi ingot baja, baja cetak kontinya dan industry pengecoran saat ini menggunakan pelapis bata tahan api basa. Dapur listrik dapat digunakan untuk memproduksi hampir semua jenis baja. Untuk kapasitas dibawah 1.500.000 ton/tahun, dapur listrik lebih ekonomis
digunakan
daripada
kombinasi
blast
furnace
dan
proses oxygen steel makingbasa. Hal tersebut khususnya berlaku pada daerah dimana tersedia banyak scrap dan harga tenaga listrik yang murah. Dapur listrik lebuh fleksibel untuk melayani operasi produksi yang intermittent ( misal, akibat permintaan pasar yang fluktuatif ). Dapur listrik mempunyai keterbatasan antara lain sebagai berikut : 1. Tidak mampu memproduksi baja dengan kandungan unsure residual rendah dari scrap yang mempunyai unsure residual yang tinggi. 2. Satu dapur listrik tidak dapat melayani secara kontinyu dan berurutan satu mesin cetak kontinyu ( minimum diperlukan 2 dapur listrik ) 3. Dapur listrik tidak ekonomis digunakan untuk produksi melebihi 1.500.000 ton baja/tahun, pada satu daerah. Kandungan nitrogen dalam baja biasanya dua kali lebih tinggi daripada baja yang dihasilkan oleh proses oxygen steel making, baik basa maupun asam.
19
BAB III PROSES PENGOLAHAN BESI 3.1 Pengolahan Besi dengan Metode Tanur Sembur (Blast Furnace) Proses pengolahan bijih besi untuk menghasilkan logam besi dilakukan dalam tanur sembur (blast furnace). Tanur sembur berbentuk menara silinder dari besi atau baja dengan tinggi sekitar 30 meter dan diameter bagian perut sekitar 8 meter. Bagian puncak yang disebut dengan Hopper, dirancang sedemikian rupa sehingga bahan – bahan yang akan diolah dapat dimasukkan dan ditambahkan setiap saat. Bagian bawah puncak, mempunyai lubang untuk mengeluarkan hasil – hasil yang berupa gas. Bagian atas dari dasar (kurang lebih 3 meter dari dasar), terdapat pipa – pipa yang dihubungkan dengan empat buah tungku dimana udara dipanaskan (sampai suhunya kurang lebih 1.100oC). udara panas ini disemburkan ke dalam tanur melalui pipa – pipa tersebut. Bagian dasar tanur, mempunyai dua lubang yang masing – masing digunakan untuk mengeluarkan besi cair sebagai hasil utama dan terak (slag) sebagai hasil samping.
Gambar Alat Tanur Sembur (Blast Furnace) Secara umum proses pengolahan besi dari bijihnya dapat berlangsung dengan memasukkan bahan-bahan ke dalam tanur berupa bijih besi yang
20
berupa hematit (Fe2O3) yang bercampur dengan pasir (SiO2) dan oksida – oksida asam yang lain (P2O5 dan Al2O3), bahan – bahan pereduksi yang berupa kokas (karbon), bahan tambahan yang berupa batu kapur (CaCO3) yang berfungsi untuk mengikat zat – zat pengotor. Udara panas dimasukkan di bagian bawah tanur sehingga menyebabkan kokas terbakar. Reaksi ini sangat eksoterm (menghasilkan panas), akibatnya panas yang dibebaskan akan menaikkan suhu bagian bawah tanur sampai mencapai 1.900oC. C(s) + O2(g) CO2(g) (1) Gas CO2 yang terbentuk kemudian naik melalui lapisan kokas yang panas dan bereaksi dengannya lagi membentuk gas CO. Reaksi kali ini berjalan endoterm (memerlukan panas) sehingga suhu tanur pada bagian itu menjadi sekitar 1.300oC. CO2(g) + C(s) CO(g) (2) Gas CO yang terbentuk dan kokas pada temperatur 5000oC mereduksi bijih besi (Fe2O3) menjadi Fe3O4. 3Fe2O3(s) + CO(g) 2Fe3O4(s) + CO2(g) (3) Selain itu pada bagian yang lebih rendah dengan temperatur 850oC, Fe3O4 yang terbentuk akan direduksi menjadi FeO. Fe3O4(s) + CO(g) 3FeO(s) + CO2(g) (4) Selanjutnya pada bagian yang lebih bawah lagi dengan temperatur 1.000o C, FeO yang terbentuk akan direduksi menjadi logam besi. FeO(s) + CO(g) Fe(l) + CO2(g) (5) Besi cair yang terbentuk akan mengalir ke bawah dan mengalir di dasar tanur. Sementara itu, di bagian tengah tanur yang bersuhu tinggi menyebabkan batu kapur terurai. CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) (6) Kemudian di dasar tanur CaO akan bereaksi dengan pengotor dan membentuk terak (slag) yang berupa cairan kental. CaO(s) + SiO2(s) CaSiO3(l) (7) 3CaO(s) + P2O5(g) Ca3(PO4)2(l) (8)
21
CaO(s) + Al2O3(g) Ca(AlO2)2(l) (9) Akhirnya besi cair turun ke dasar tanur sedangkan terak (slag) yang memiliki massa jenis lebih rendah daripada besi cair akan mengapung di permukaan dan keluar pada saluran tersendiri. Cairan besi yang diperoleh dari tanur ini disebut besi gubal dan mengandung 95% besi, 4% karbon, sisanya silikon dan fosfor. Besi gubal didinginkan dan digunakan sebagai besi tuang, sedangkan hasil samping berupa bara digunakan untuk proses pembuatan semen. Dalam pengolahan besi menggunakan blast furnace dibedakan menjadi dua macam, yaitu : 3.1.1 Proses Reduksi Tidak Langsung (Indirect Reduction) Pada proses ini menggunakan tungku tanur tinggi (blast furnace) dengan porsi 80% diproduksi dunia. Besi kasar dihasilkan dalam tanur tinggi. Diameter tanur tinggi sekitar 8m dan tingginya mencapai 60 m. Bahan baku yang terdiri dari campuran bijih, kokas, dan batu kapur, dinaikkan ke puncak tanur dengan pemuat otomatis, kemudian dimasukkan ke dalam hopper. Hematit akan dimasukkan ke dalam blast furnace, disertai dengan beberapa bahan lainnya seperti kokas (coke), batu kapur (limestone), dan udara panas. Bahan baku yang terdiri dari campuran biji besi, kokas, dan batu kapur, dinaikkan ke puncak blast furnace. Bahan baku tersebut disusun secara berlapis-lapis. Setelah bahan-bahan dimasukkan ke dalam blast furnace, lalu udara panas dialirkan dari dasar tungku dan menyebabkan kokas terbakar sehingga nantinya akan membentuk karbon monoksida (CO). Reaksi reduksi pun terjadi, yaitu sebagai berikut : Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2 Dengan digunakannya udara panas, dapat dihemat penggunaan kokas sebesar 30% lebih. Udara dipanaskan dalam pemanas mula yang berbentuk menara silindris, sampai sekitar
22
500ºC. Kalor yang diperlukan berasal dari reaksi pembakaran gas karbon monoksida yang keluar dari tanur. Udara panas tersebut memasuki tanur melalui tuyer yang terletak tepat di atas pusat pengumpulan besi cair.Maka didapatlah besi (Fe) yang kita inginkan. Namun besi tersebut masih mengandung karbon yang cukup banyak yaitu 3% – 4,5%, padahal besi yang paling banyak digunakan saat ini adalah yang berkadar karbon kurang dari 1% saja. Besi yang mengandung karbon dengan kadar >4% biasa disebut pig iron. Batu kapur digunakan sebagai fluks yang mengikat kotoran-kotoran yang terdapat dalam bijih-bijih besi dan membentuk terak cair. Terak cair ini lebih ringan dari besi cair dan terapung diatasnya dan secara berkala akan disadap. Besi cair yang telah bebas dari kotoran-kotoran dialirkan kedalam cetakan setiap 5 – 6 jam.
Gambar Skema Indirect Reduction Furnace Terak dapat dimanfaatkan sebagai bahan bangunan (campuran beton) atau sebagai bahan isolasi panas. Gas panas dibersihkan dan digunakan untuk pemanas mula udara, untuk membangkitkan energi atau sebagai media pembakar dapurdapur lainnya.
23
Perlu
diperhatikan
bahwa
bijih
besi
yang
akan
dimasukkan ke dalam blast furnace haruslah digumpalkan terlebih dahulu. Hal tersebut berguna agar aliran udara panas bisa dengan mudah bergerak melewati celan-celah biji besi dan tentunya akan mempercepat proses reduksi. Komposisi besi kasar dapat dikendalikan melalui pengaturan kondisi operasi dan pemilihan susunan campuran bahan baku.
Gambar Tanur Tinggi 3.1.2 Proses Reduksi Langsung (Direct Reduction) Proses ini biasanya digunakan untuk merubah pellet menjadi besi spons (sponge iron). Juga disebut besi spons dihasilkan dari reduksi langsung dari bijih besi (dalam bentuk gumpalan, pelet atau denda) dengan mengurangi gas yang dihasilkan dari gas alam atau batubara. Gas pereduksi adalah mayoritas campuran hidrogen (H2) dan karbon monoksida (CO) yang bertindak sebagai pereduksi. Proses langsung mengurangi bijih besi dalam bentuk padat dengan mengurangi gas disebut reduksi langsung.
24
Gambar Skema Direct Reduction Furnace Proses reduksi langsung dianggap lebih efisien dari pada tanur tiup . Karena beroperasi pada suhu yang lebih rendah, dan ada beberapa faktor lain yang membuatnya ekonomis. Contoh proses reduksi langsung antara lain, a. HYL Direct Reduction Proses (reduksi langsung), Merupakan hasil usaha riset yang dimulai oleh Hojalata Y L.Mina, S.A., pada permulaan tahun 1950an. Usaha ini muncul dari tekanan kebutuhan yang semakin meningkat dan harus memperoleh bahan baku yang cukup mutu dan pada harga yang stabil untuk produksi lembaran baja (sheet steel). Dalam proses ini digunakan gas reduktor dari LNG (Liquid Natural Gas), gas alam cair ini direaksikan dengan uap air panas (H2O). Gas reduktor tersebut digunakan untuk mereduksi pellet. b. Midrex Proces Proses ini didasarkan pada tekanan rendah, udara bergerak berlawanan arus ke bijih oksida besi pelet padat. Di dalam proses reduksi langsung ini, bijih besi direaksikan dengan gas alam sehingga terbentuklah butiran besi yang dinamakan besi spons. Besi spons kemudian diolah lebih lanjut di dalam sebuah tungku yang bernama dapur listrik (Electric Arc Furnace). Di sini besi spons akan dicampur dengan besi tua (scrap),
25
dan paduan fero untuk diubah menjadi batangan baja, biasa disebut billet. Proses ini sangat efektif untuk mereduksi oksida-oksida dan belerang sehingga dapat dimanfaatkan bijih besi berkadar rendah. Keuntungan dari proses reduksi langsung ketimbang blast furnace adalah, a. Besi spons memiliki kandungan besi lebih tinggi ketimbang pig iron, hasil blast furnace. b. Zat reduktor menggunakan gas (CO atau H2) yang terkandung dalam gas alam, sehingga tidak diperlukan kokas yang harganya cukup mahal. 3.1.3 Perbedaan Proses Reduksi Langsung Dan Reduksi Tidak Langsung Reaksinya berbeda,pada reduksi tidak langsung Fe diperoleh dari beberapa tahap reaksi, pada reduksi langsung dengan1 tahap reaksi sudah dapat diperoleh Fe murni. Hasil akhirnya berbeda, Output dari reduksi tidak langsung adalah berupa Fe dalam keadaan cair (pig iron) , sedangkan output dari reduksi langsung adalah Fe dalam keadaan padat (sponge iron) Sumber
gas
reduktornya
berbeda,
indirect
reduction
menggunakan kokas untuk menghasilkan gas reduktor CO, sedangkan direct reduction menggunakan CH4 Kualitasnya berbeda, reduksi langsung menghasilkan besi dengan kualitas yang lebih baik daripada reduksi tidak langsung. Karena reduksi tidak langsung menggunakan kokas untuk menghasilkan gas reduktor. Kokas berasal dari batubara yang mengadung sulfur, dimana S tersebut dapat ikut masuk kedalam besi hasil reduksi, yang mengakibatkan besi mengalami retak panas (hot shortness).
26
BAB IV PROSES PENGOLAHAN ALUMINIUM 4.1 Karakteristik Aluminium Aluminium (atau aluminum, alumunium, dan almunium) dalam sistem periodik ialah unsur kimia yang terletak pada golongan 13 periode 3. Lambang aluminium ialah Al, dan nomor atomnya 13. Aluminium ditemukan oleh Sir Humprey Davy pada tahun 1809 sebagai suatu unsur, dan pertama kali direduksi sebagai logam oleh Hans Christian Oesterd pada tahun 1825. Dari segi industrial, pada tahun 1886, Paul Heroult di Prancis dan C. M. Hall di Amerika Serikat, secara terpisah telah memperoleh logam aluminium dari alumina dengan cara elektrolisa dari garamnya yang terfusi. Alumunium memiliki beberapa karakteristik, diantaranya, 1) Ringan : memiliki bobot sekitar 1/3 dari bobot besi dan baja, atau tembaga. Berat jenisnya ringan (hanya 2,7 gr/cm³, sedangkan besi ± 8,1 gr/ cm³) 2) Kuat : terutama bila dipadu dengan logam lain, Paduan Al dengan logam lainnya menghasilkan logam yang kuat seperti Duralium (campuran Al, Cu, mg). 3) Reflektif : dalam bentuk aluminium foil digunakan sebagai pembungkus makanan, obat, dan rokok. 4) Konduktor panas : sifat ini sangat baik untuk penggunaan pada mesinmesin/alat-alat pemindah panas sehingga dapat memberikan penghematan energi. 5) Konduktor listrik : setiap satu kilogram aluminium dapat menghantarkan arus listrik dua kali lebih besar jika dibandingkan dengan tembaga. Karena aluminium relatif tidak mahal dan ringan, maka aluminium sangat baik untuk kabel-kabel listrik overhead maupun bawah tanah. 6) Tahan korosi : sifatnya durabel sehingga baik dipakai untuk lingkungan yang dipengarui oleh unsur-unsur seperti air, udara, suhu dan unsur-unsur kimia lainnya, baik diruang angkasa atau bahkan sampai ke dasar laut.
27
7) Tak beracun : dan karenanya sangat baik untuk penggunaan pada industri makanan, minuman, dan obat-obatan yaitu untuk peti kemas dan pembungkus. 8) Mudah difabrikasi/dibentuk dengan semua proses pengerjaan logam. Mudah dirakit karena dapat disambung dengan logam/material lainnya melalui pengelasan, brazing, solder, adhesive bonding, sambungan mekanis. 4.2 Proses Pengolahan Aluminium 4.2.1
Proses Penambangan Aluminium Aluminium ditambang dari biji bauksit yang banyak terdapat di permukaan bumi, kemudian dilakukan proses pemanasan untuk mengurangi kadar air yang ada dari penambangan di permukaan bumi. Bauksit yang ditambang untuk keperluan industri mempunyai kadar aluminium sekitar 40 – 60 %. Setelah ditambang biji bauksit digiling dan dihancurkan supaya halus dan merata. Selanjutnya bauksit mengalami proses pemurnian.
4.2.2
Proses Pemurnian Aluminium Pengolahan aluminium menjadi aluminium murni dapat dilakukan melalui Proses pemurnian dengan metode Bayer. Proses Bayer adalah sarana industri utama bauksit pemurnian untuk menghasilkan alumina. Bauksit, bijih paling penting dari aluminium, berisi alumina hanya 30-54 %, Al2O3, sisanya menjadi campuran dari silika (SiO2), oksida besi (Fe2O3), dan titanium dioksida (TiO2) dan. Caranya adalah dengan melarutkan bauksit dalam larutan natrium hidroksida (NaOH). Proses Bayer adalah satu siklus dan sering disebut Bayer siklus. Ini melibatkan empat langkah : a) Digestion (pencernaan), b) Clarification (klarifikasi),
28
c) Precipitation (pengendapan), dan d) Calcination (kalsinasi).
Gambar Skema Proses Bayer a. Digestion Pada langkah pertama, bauksit adalah tanah, slurried dengan larutan soda kostik (natrium hidroksida), dan dipompa ke tank tekanan besar disebut digester, dikontrol mengalami panas uap 175°C dan tekanan. natrium hidroksida bereaksi dengan mineral alumina bauksit untuk membentuk solusi jenuh natrium aluminat; pengotor tak larut, disebut lumpur merah (RM), tetap dalam suspensi dan dipisahkan pada langkah klarifikasi. Proses Bayer menurut persamaan kimia : Al2O3 + 2OH- + 3H2O 2[Al(OH)4]atau Al2O3 (s) + 2NaOH (aq) + 3H2O (l) 2NaAl(OH)4 (aq) b. Clarification Pengotor tak larut yang disebut lumpur merah /Red Mud (RM) , tetap dalam suspensi dan dipisahkan dengan menyaring dari kotoran padat, selanjutnya didinginkan di exchangers panas, untuk
29
meningkatkan derajat jenuh dari alumina terlarut, dan dipompa menuju tempat yang lebih tinggi yaitu presipitator silolike untuk proses Precipitation (pengendapan) c. Precipitation Selanjutnya aluminium diendapkan dari filtratnya dengan cara mengalirkan gas CO2 dan pengenceran. 2NaAl(OH)3 (aq) + CO2 (g) 2Al(OH)3 (s) +Na2CO3 (aq)+ H2O (l) Campuran dari kotoran padat disebut lumpur merah, dan menyajikan masalah pembuangan. Selanjutnya, solusi hidroksida didinginkan, dan aluminium hidroksida dilarutkan presipitat sebagai putih solid halus. d. Calcination Aluminium dipanaskan sampai 1050 °C (dikalsinasi), aluminium hidroksida terurai menjadi alumina, memancarkan uap air dalam proses: 2Al(OH)3 (s) Al2O3 (s) + 3H2O (g) Dan dihasilkan aluminium oksida murni (Al2O3) yang selanjutnya menuju proses peleburan dengan proses Hall-Héroult untuk menghasilkan material aluminium. 4.2.3
Proses Peleburan Aluminium Proses pembuatan Al pada tahap selanjutnya adalah proses HallHeroult. Ini merupakan proses metode elektrolisis yang ditemukan oleh Charles M. Hall dan Paul Heroult. Berikut tahap-tahap dalam proses Hall-Heroult,
30
Gambar Skema Proses Hall-Heroult Dalam proses Hall-Heroult, aluminum oksida Al2O3 dilarutkan dalam lelehan kriolit (Na3AlF6) dalam bejana baja berlapis grafit yang sekaligus berfungsi sebagai katode (-). Sebagai anode (+) digunakan batang grafit. Selanjutnya elektrolisis dilakukan pada suhu 950 oC. Dalam proses elektrolisis dihasilkan aluminium di katode dan di anode terbentuk gas O2 dan CO2. Reaksi yang terjadi:
Al3+ + 3O2-
Katode (-) : Al3+ + 3e
Al
x4
Anode (+) : 2O2
O2 + 4e
x3
Al2O3
4Al3 + 6O2
4Al + 3O2
Lalu O2 bereaksi dengan C menjadi CO2. Jadi hasil akhirnya adalah 3C(s) + 4Al3+ + 6O2 4Al(l) + 3CO2 (s) Aluminium yang terbentuk berupa zat cair dan terkumpul di dasar wadah lalu dikeluarkan secara periodik ke dalam cetakan untuk mendapat aluminium batangan (ingot). Jadi, selama elektrolisis, Anode grafit terus menerus dihabiskan karena bereaksi dengan O2 sehingga harus diganti dari waktu ke waktu. Rata-rata Untuk mendapat 1 Kg Al dihabiskan 0,44 kg anode grafit. 31
4.3 Kegunaan Aluminium Aluminium mempunyai banyak kegunaan dalam kehidupan manusia. Aluminium banyak digunakan untuk alat-alat dapur, mobil, pesawat terbang dan tutup kaleng. Hal ini karena sifatnya yang khas yaitu ringan, tahan karat, mudah dibentuk dan dipadu dengan logam lain. a) Sektor industri otomotif, untuk membuat baktruk dan komponen kendaraan bermotor lainnya. b) Pembuatan badan pesawat terbang. c) Sektor pembangunan perumahaan, untuk kusen pintu dan jendela. d) Sektor industri makanan, contohnya aluminium foil dan kaleng aluminium untuk kemasan berbagai jenis produk makanan/ minuman. e) Sektor lainnya, misalnya untuk kabel listrik, perabotan rumah tangga dan barang kerajinan. f) Pembuatan termit, yaitu campuran serbuk aluminium dengan serbuk besi (III) oksida yang digunakan untuk mengelas baja di tempat misalnya untuk menyambung rel kereta api.
32
DAFTAR PUSTAKA
http://edihalpitasmartest.blogspot.co.id/2013/05/pengolahan-besi-dan-baja.html http://rafdisatu.blogspot.co.id/2013/12/proses-pembuatan-baja-dan-besituang.html http://s3.amazonaws.com/ppt-download/25300537-makalah-aluminium121007152009-phpapp01.pdf http://en.wikipedia.org/wiki/Bayer_process http://en.wikipedia.org/wiki/Hall_Heroult_process http://www.redmud.org/production.html http://12-ia4.blogspot.com/2009/11/pembuatan-aluminium-aluminiummerupakan.html
33
