ii
PENGARUH KUALITAS ANODA TERHADAP OPERASI
TUNGKU DI PT INALUM
KARYA ILMIAH
DWIVA SURYANTI
052409004
DEPARTEMEN KIMIA
PROGRAM STUDI D3 KIMIA INDUSTRI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
iii
PENGARUH KUALITAS ANODA TERHADAP OPERASI
TUNGKU DI PT INALUM
KARYA ILMIAH
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Ahli Madya
DWIVA SURYANTI
052409004
DEPARTEMEN KIMIA
PROGRAM STUDI D3 KIMIA INDUSTRI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
iv
PERSETUJUAN
Judul : PENGARUH KUALITAS ANODA TERHADAP OPERASI TUNGKU DI PT INALUM
Kategori : TUGAS AKHIR
Nama : DWIVA SURYANTI
Nomor Induk Mahasiswa : 052409004
Program Studi : D3 KIMIA INDUSTRI
Program Studi D3 KIMIA INDUSTRI FMIPA USU Dosen Pembimbing, Ketua,
(DR. Harry Agusnar, M.Sc, M.Phil) (Sovia Lenny, SSi, MSi) NIP. 131 273 466 NIP : 132 258 139
Departemen KIMIA FMIPA USU Ketua,
(DR. Rumondang Bulan, MS.)
v
PERNYATAAN
PENGARUH KUALITAS ANODA TERHADAP OPERASI TUNGKU DI PT INALUM
TUGAS AKHIR
Saya mengakui bahwa tugas akhir ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Juli 2008
vi
PENGHARGAAN
Bismillahirrahmanirrahim
Alhamdulillahi-rabbil’alamin penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang melimpahkan rahmat dan hidayah serta kasih sayang-Nya kepada kita semua serta selawat dan salam kita ucapkan kepada junjungan kita Nabi Muhammad Saw. Sehingga penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah ini sebagai salah satu syarat untuk meraih gelar Ahli Madya pada program Diploma 3 Kimia Industri di Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa karya ilmiah ini jauh dari kata kesempurnaan karena keterbatasan penulis baik dari segi kemampuan, waktu, dan pengetahuan, tetapi penulis berharap karya ilmiah ini dapat berguna bagi penulis dan semua pihak yang membaca karya ilmiah ini khususnya serta bagi lingkungan Universitas Sumatera Utara pada umumnya. Penulis mengucapkan terima kasih atas segala kritik dan saran yang membangun untuk kesempurnaan karya ilmiah ini.
Selama penulisan karya ilmiah ini penulis banyak mendapatkan dorongan, bantuan dan petunjuk dari semua pihak, maka pada kesempatan ini dengan segala kerendahan hati penulis ingin menyampaikan penghargaan dan terima kasih yang sebesar-besarnya:
1. Ayahanda Maslan Satari dan Ibunda Wiwik Sunarti, beserta keluarga kandung saya Mas bambang Suryanto ST, Febby Tri Utami, Viona Zuriani. Yang memberikan semangat serta perhatian baik materi maupun moril yang cukup besar selama masa perkuliahan saya.
2. Ibu Sovia Lenny MSi.SSi sebagai dosen pembimbing yang telah sabar memberikan petunjuk dan bimbingan kepada penulis.
3. Bapak Simbolon, Bapak Prima, Bapak Khudri, Bapak Tatang, Bapak Sharma, Bapak Zuardi, Bapak Akmal sebagai pembimbing lapangan di PT INALUM, yang telah membantu saya selama PKL di PT INALUM.
vii
5. Seluruh Dosen dan staff pengajar FMIPA USU
6. Teman-teman satu PKL penulis yang satu jurusan yaitu Arvina Meylita, Poniman, Benny Hudaya, Vordinan Limbong, Henry Harianja, Dian C Simatupang, Elfrida Manurung yang sama-sama membantu saya dalam menyelesaikan tugas akhir
7. Teman-teman dekat saya selama PKL di PT INALUM yaitu Elvina, Marta, Yenni, Lina, Indah, Gie, Diana, Irma, Evi, Linda, Lady, Ayu, Ade, Sigit, Puja, Widhi, Sukri, Fikri, Putra, Eko, Yovie, Robi, Ivan.
8. Teman-teman satu kost Harmonika No 17A yaitu Kak Reni, Kak Dina, Kak Sani, Kak Rina, Kak Pika, Kak Lia, Kak Vivi yang memberikan semangat untuk menyelesaikan tugas akhir
9. Teman-teman dekat saya Liza, Risda, Yuni, Dani, Umi, Henni, Vina, Said, Yudhi, Koko, Bayu, Reja, Iman, Indri, Riang, Anhar, Pandi, Putra.
10. Seluruh teman-teman satu angkatan 2005 di Kimia Industri yang telah membantu saya dalam menyelesaikan karya ilmiah.
Hanya doa yang dapat penulis sampaikan kepada Allah SWT. Mudah-mudahan kebaikan yang diterima penulis dari semua pihak yang telah membantu, kiranya Allah SWT membalas kebaikan tersebut. Penulis dengan segala kemampuan berusaha menyelesaikan karya ilmiah ini dengan sebaik-baiknya. Apabila ada kekurangan kritik dan saran penulis terima dengan senang hati.
Akhirnya penulis mengucapkan terima kasih dan berharap semoga tulisan ini bermanfaat bagi yang membaca.
Medan, Mei 2008
Penulis
viii
ABSTRAK
Hasil pengamatan menunjukkan bahwa nilai densitas dan reaktivitas terhadap CO2 tidak memenuhi standar dengan nilai densitas 1,549 dan 1,555 dan reaktivitas
terhadap CO2 83,57. Sedangkan nilai untuk reaktivitas terhadap O2 sudah memenuhi
standar dengan nilai diatas 70%. Upaya untuk mencapai standar dengan cara mengatur komposisi granulometri. Standar parameter kualitas anoda yang mempengaruhi opersi pot reduksi adalah densitas 1,565 g/cc min, reaktivitas terhadap CO2 90% min dan
reaktivitas terhadap O2 adalah 70% min. Kualitas anoda banyak mempengaruhi
ix
INFLUENCES OF ANODE QUALITY TO FURNACE
OPERATION IN PT INALUM
ABSTRACT
The observation result show that density value and reactivity toward CO2 not fill the
standart with the density value 1,549 and 1,555 and reactivity toward CO2 83,57
whereas, the value of reactivity toward O2 has filled the standart with value up to 70
%. The effort to reach the standart of arranged manner the granulonetry composition. The parameter standart qulity of anode which influence the operatin pot reduktion is density 1,565 g/cc min, reactivity toward CO2 90% min and reactivity toward O2 is
x 2.7.1 Konsumsi Elektrokimia 17 2.7.2 Konsumsi Kimia 18 2.7.3 Konsumsi Fisika 18 2.7.4 Konsumsi Keseluruhan 19 2.8 Kualitas Anoda 22
xi
BAB 4 DATA PEMBAHASAN 29
4.1. Data Pengamatan 29
4.2 Pembahasan 30
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 33
5.1. Kesimpulan 33
5.2. Saran 33
xii
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Sifat-sifat Aluminium 6
Tabel 2.2. Spesifikasi Alumina dari ALCOA 7
Tabel 2.3. Sifat-sifat Fisis Alumina 8
Tabel 2.4. Kondisi Operasi Sel Reduksi 10
viii
ABSTRAK
Hasil pengamatan menunjukkan bahwa nilai densitas dan reaktivitas terhadap CO2 tidak memenuhi standar dengan nilai densitas 1,549 dan 1,555 dan reaktivitas
terhadap CO2 83,57. Sedangkan nilai untuk reaktivitas terhadap O2 sudah memenuhi
standar dengan nilai diatas 70%. Upaya untuk mencapai standar dengan cara mengatur komposisi granulometri. Standar parameter kualitas anoda yang mempengaruhi opersi pot reduksi adalah densitas 1,565 g/cc min, reaktivitas terhadap CO2 90% min dan
reaktivitas terhadap O2 adalah 70% min. Kualitas anoda banyak mempengaruhi
ix
INFLUENCES OF ANODE QUALITY TO FURNACE
OPERATION IN PT INALUM
ABSTRACT
The observation result show that density value and reactivity toward CO2 not fill the
standart with the density value 1,549 and 1,555 and reactivity toward CO2 83,57
whereas, the value of reactivity toward O2 has filled the standart with value up to 70
%. The effort to reach the standart of arranged manner the granulonetry composition. The parameter standart qulity of anode which influence the operatin pot reduktion is density 1,565 g/cc min, reactivity toward CO2 90% min and reactivity toward O2 is
xiii
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Blok anoda inalum adalah blok anoda yang akan digunakan oleh PT INALUM di
pabrik reduksi. Blok ini adalah blok anoda rakitan yang dikenal dengan sebutan anode
assenbly. Kapasitas produksi blok anoda Inalum ditentukan berdasarkan kebutuhan atau
permintaan Pabrik Reduksi. Kapasitas produksi blok anoda Inalum ditentukan berdasarkan
Annual Management Plan (PT Inalum,2003).
Anoda adalah elektroda dengan muatan listrik positif dalam proses elektrolisis. Anoda
merupakan elektroda tempat terjadinya reaksi oksidasi. Anoda yang digunakan dalam proses
Hall-Heroult adalah anoda karbon. Karbon yang merupakan bahan pembuatan anoda akan
terkonsumsi menjadi karbon dioksida selama proses elektrolisis. Selain berfungsi sebagai
reaktan yang menjadi reduktor pada reaksi elektrolisis alumina menjadi aluminium, anoda
karbon juga berfungsi untuk menghantarkan arus listrik dari sumber arus listrik menuju katoda
xiv
Didalam pot peleburan, anoda terbagi menjadi dua jenis, yaitu Anoda Prebaked dan
Anoda Soederberg. Anoda yang digunakan di PT INALUM adalah anoda jenis anoda
prebaked. Proses untuk menghasilkan anoda karbon yang berkualitas tinggi terdiri dari 3
sistem proses utama, yaitu: pencampuran bahan baku, pencetakan blok dan pemanggangan.
Proses produksi yang baik akan menghasilkan kualitas anoda yang baik pula. Kualitas
anoda banyak mempengaruhi kinerja operasi tungku karena dapat menimbulkan masalah
seperti oksidasi karbon, debu karbon, anoda jatuh, sompel dan lain-lain. Masalah-masalah
diatas dapat mempengaruhi kualitas aluminium yang dihasilkan pada proses elektrolisis.
Kualitas anoda harus memenuhi beberapa persyaratan antara lain : konduktivitas listrik tinggi,
tahan terhadap oksidasi terhadap udara, konduktivitas panas rendah, tahan terhadap thermal
shock, kekuatan mekanik tinggi, overpotensial rendah, densitas tinggi, porositas rendah,
kandungan zat pengotor rendah..Salah faktor untuk menghasilkan kadar aluminium yang
tinggi adalah kualitas anoda yang baik (Grojotheirm.,1988).
Dari uraian diatas, maka penulis merasa tertarik untuk memilih judul :
PENGARUH KUALITAS ANODA TERHADAP OPERASI TUNGKU REDUKSI
DI PT INALUM
1.2 Permasalahan
xv
1.3 Tujuan
1. Untuk mengetahui cara menanggulangi masalah pada kualitas anoda pada saat proses
elektrolisis
2. Untuk mengetahui pengaruh kualitas anoda yang tidak baik terhadap proses peleburan
elektrolisis
1.4 Manfaat
1. Dapat meningkatkan kadar aluminium yang dihasilkan dari proses elektrolisa.
xvi
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Aluminium
Aluminium merupakan salah satu logam yang ringan dan cukup penting peranannya
dalam kehidupan manusia. Diantaranya logam lain, aluminium adalah logam yang paling
banyak ditemukan dan tersebar dialam ini yang merupakan unsur kimia golongan III A dalam
sistem periodik unsur dengan nomor atom 13 dan berat atom 26,98.
Aluminium adalah logam putih yang paling liat dapat ditempah dan bubuknya
berwarna abu-abu. Aluminium melebur pada temperatur 660oC. Dalam udara bebas, logam
aluminium dapat teroksidasi membentuk lapisan tipis oksida (Al2O3) yang tahan terhadap
karat karena lapisan tipis oksida yang terbentuk bertindak sebagai pelindung logam dari korosi
selanjutnya.
Aluminium adalah logam yang masih tergolong mudah penemuannya bila
dibandingkan dengan logam lain seperti besi dan baja. Aluminium mulai dikenal orang pada
abad 18. orang pertama yang telah berhasil memisahkan aluminium adalah Humphrey davy.
Pada tahun 1808 dengan metoda “Electrothernic-electhrochemical” H.Davy memisahkan
sejumlah kecil Al-Fe Alloy yang disebut aluminium. Pada tahun 1825 Hans Cristian Oerted
dapat menghasilkan aluminium yang lebih murni. Teknik produksi aluminium dimulai pada
xvii
Pabrik aluminium pertama, menggunakan sodium sebagai reduktan dimulai di Jkavel
dekat paris pada tahun 1854. pada mulanya kandungan aluminium dalam produksi jarang
yang lebih dari 92%. Untuk memproduksi aluminium dalam jumlah yang besar dam murah.
Merupakan suatu keberuntungan. Pada tahun 1687 telah ditemukan dinamo dan pada thun
1880 mendalami kemjuan yang demikian luas sehingga dapat dipergunakan dalam proses
produksi.
Pada tanggal 23 april 1886, Paul Louis Toussaint heroult di Paris dan secara terpisah
Charles Marhin hall di Amerika pada tanggal 9 Juli pada tahun yang sama mendaftarkan suatu
paten untuk memproduksi aluminium dengan proses elektrolisa dari larutan alumina didalam
kriolit.
Setelah mengalami banyak kegagalan dalam usaha untuk memproduksi aluminium
dengan proses elektrolisa dari cairan kriolit murni, Haroult mencoba untuk menurunkan titik
cair kriolit dengan menambahkan sodium tetra Clororo aluminate. Dan percobaan ini berhasil.
Selanjutnya Haroult mendapat kesimpulan bahwa proses elektrolisa dapat lebih berhasil
apabila alumina ditambahkan kedalam kriolit.
Proses pembuatan aluminium didalam industri dengan proses elektrolisa dari larutan
xviii
Tabel 2.1 Sifat-sifat Aluminium
No SIFAT NILAI
0,01275 poise(700oC)
660 ± 1oC
2452 ± 15oC
( Grjotheim,1988 )
2.2 Alumina
Alumina merupakan persenyawaan kimia antara logam aluminium dengan oksigen
(Al2O3). Alumina ditemukan dialam dalam bentuk bauksit. Alumina merupakan bahan baku
utama dalam proses elektrolisa aluminium. Alumina mempunyai morfologi sebagai bubuk
berwarna putih dengan berat molekul 102, titik leleh pada 2050oC dan spesifikasi grafity
3,4-4,0.
Dalam industri peleburan alumina memegang 3 fungsi penting yaitu :
1. sebagai bahan baku utama dalam memproduksi aluminium
2. sebagai insulasi termal untuk mengurangi kehilangan panas dari atas tungku reduksi,
dan untuk mempertahankan temperatur operasi
xix
Alumina yang digunakan pada PT INALUM diimport dari ALCOA (Australia)
berjenis sandy, yang cocok untuk tungku reduksi tipe prebaked anoda furnace (PAF).
Spesifikasi alumina dari ALCOA dapat dilihat pada tabel 2.2
Tabel 2.2 Spesifikasi Alumina dari ALCOA
No Item Unit Spesifikasi
1 Al2O3 % 98,40 min
2 SiO2 % 0,025 min
3 Fe2O3 % 0,020 min
4 Na2O % 0,55 min
5 TiO2 % 0,005 max
6 CaO % 0,55 max
Sumber:production of Aluminium and Alumina
Dalam pembuatannya, alumina dapat di buat dengan beberapa proses salah satunya
dengan proses bayer. Proses pembuatan alumina (Al2O3) dari bijik bauksit dengan proses
bayer, yaitu:
1. Proses penggilingan bauksit sampai uykuran tertentu
2. Proses melarutkan alumina (Al2O3) dengan NaOH (soda api) dengan konsentrasi 34-45
%
Al2O3 . XH2O + 2 NaOH → 2 NaOH AlO2 + (x+1) H2O
3. Pemisahan pengotor yang mengendap dengan cara penyaringan sehingga diperoleh
xx
4. Proses selanjutnya natrium Aluminat dilarutkan dalam air dan kemudian pengendapan
natrium Aluminat dengan cara penambahan seed (bubuk halus alumina) yang
ditaburkan pada larutan alumina dan endapan alumina, sehingga diperoleh endapan
alumina denganh ukuran besar sebagai hasil produksi alumina dan endapan alumina
halus akan dipakai sebagai seed yang digunakan untuk pengendapan.
2NaAlO2 + 4 H2O → 2 NaOh + Al2O3.3H2O
5. Endapan alumina selanjutnya dikalsinasi (dipanggang) untuk menguapkan air
Al2O3.H2O → Al2O3 + 3H2O
6. Alumina kering siap untuk bahan baku peleburan aluminium
Ada dua jenis alumina yang digunakan untuk menghasilkan aluminium yaitu :
1.Alumina Sandy (γ-Al2O3)
2.Alumina flourida (α-Al2O3)
Adapun perbedaan dari kedua jenis alumina terletak pada temperatur peleburan alumina
Sandy lebih rendah dibandingkan dengan alumina Flourida. Adapun sifat fisis alumina dapat
dilihat pada tabel 3.
Tabel 2.3 Sifat-sifat Fisis Alumina
xxi
6 Densitas terikat g/cm3 1,3 1,01,0
7 Kehilangan dalam
pemijaran
% 1,8 0,20,2
(Burkin,1987)
2.3 Proses Elektrolisis
Elektrolisis adalah peristiwa kimia yang melibatkan dua atau lebih spesies kimia yang
berbeda, yang terjadi pada kedua elektroda (Anoda dan katoda) dan berlangsung bila aliran
listrik searah, DC (Direct Current) dialirkan kedalam suatu pelarut elektrolit. Produksi
aluminium dibuat didalam elektrolit cell atau disebut “pot”. Alumina tidak bisa dilarutkan di
dalam larutan kriolit (Na3AlF6) pada suhu ± 960oC. ampere tinggi, volt rendah dan listrik aktif
di aliri melelui wadah berisi anoda karbon yang terendam dalam larutan alaktrolit.
Elektrolisis Al2O3 yang terjadi dalam larutan (antara lapisan anoda dan larutan
logam). Ion-ion aluminium didalam Al2O3 dikurangi tujuannya untuk membentuk larutan
aluminium yang berkumpul dibawah cell katoda. Ion-ion oxide bereaksi dengan anoda karbon
hingga memproduksi karbon dioksida. Proses ini dikenal dengan proses Hall-Heroult,
dipresentasikan dengan reaksi
2 Al2O3(solution) +3C (s) → 4 Al (l) + 3CO2(g)
Mekanisme yang terjadi dalam proses tersebut adalah alumina diumpankan kedalam
elektrolit dan terpisah menjadi ion aluminium yang bermuatan positif (Al3+) dan ion oksigen
yang bermuatan negatif (O2-). Arus searah dialirkan kedalam tiap-tiap sel, sehingga
menggerakkan ion-ion menuju arah yang berlawanan. Ion oksigen bergerak ke arah anoda,
lalu bereaksi dengan karbon membentuk karbondioksida, sedangkan ion aluminium bergerak
xxii
Kondisi operasi sel elektrolisis di industri pada umumnya dapat dilihat pada tabel 2.4.
Kondisi operasi ini meliputi temperature bath, komposisi bath, jarak antara anoda dan katoda,
tegangan sel, rapat arus, dan kedalaman logam cair.
Tabel 2.4 Kondisi Operasi Sel Reduksi
Variabel Rentang Kondisi
Temperatur 940-960oC
Jarak antar kutub 4-6 cm Excess AlF3 dalam Na2AlF6 3-10 %
Rasio molar bath 2,2-2,9 Konsentrasi Al2O3 2-8 %
Jumlah CaF2 2-8 %
Potensial sel 4-5 V
Rapat arus 0,7-1,2 A/cm2
Kedalaman metal 14-40 cm
Bahan baku dalam proses Hall-Heroult terdiri dari alumina, elektrolit, katoda dan
anoda. Proses hall-Heroult memproduksi aluminium dengan cara mereduksi aluminium dari
bahan baku alumina dalam proses elektrolisis yang digerakkan oleh arus searah yang mengalir
dari anoda ke katoda dengan kriolit sebagai elektrolit. Kedua elektroda yang digunakan
xxiii
2.4 Katoda
Katoda adalah elektroda dengan muatan listrik negatif pada proses elektrolisis.
Ditinjau dari bahan baku dan proses pembuatannya, blok anoda dibagi menjadi empat jenis,
yaitu :
1. Blok katoda amourphous, bahan bakunya antrasit, dipanggang pada temperatur
±1200oC
2. Blok katoda semigraphitic, bahan bakunya grafit, dipanggang pada temperatur
±1200oC
3. Blok katoda semigraphitizedm bahan bakunya grafit, mengalami proses heat
treatment sampai temperatur ±2300oC
4. Blok katoda graphitized, bahan bakunya kokas, mengalami proses grafitisasi sampai
temperatur ±3000oC
Pemilihan jenis anoda ditentukan oleh desain pot dan arus listrik yang digunakan. Pada
pot jenis PAF (prebaked Anode furnace) dengan arus listrik yang tinggi, biasanya digunakan
blok katoda graphitized.
Reaksi utama yang terjadi didalam katoda adalah reaksi penangkapan elektron oleh
ion aluminium (Al3+) menjadi aluminium (Al), menurut persaamaan reaksi sebagai berikut :
Al3+(solution) + 3e-→ Al(l)
AlF4-(solution) +3e-→ Al(l) + 4F-(solution)
Al2OF4 + 2e-↔ AlF2- (ads) + AlOF
xxiv
Di dalam pot lining katoda, terjadi reduksi ion natrium (Na+) menjadi natrium (Na).
kandungan Na dalam aluminium bergantung pada keberadaan NaF di dalam bath, menurut
persamaan reaksi berikut :
6NaF(l) + Al(l) → 3 NaF(l) + Na3ALF6
Adanya ion natrium dan konsumsi logan natrium pada katoda menyebabkan rugi-rugi
energi dan penurunan efisiensi arus ( Grjotheim,1988 ).
2.5 Anoda
Anoda adalah elektroda dengan muatan listrik positif dalam proses elektrolisis. Anoda
merupakan elektroda tempat terjadinya reaksi oksidasi. Anoda yang digunakan dalam proses
Hall-Heroult adalah anoda karbon. Karbon yang merupakan bahan pembuatan anoda akan
terkonsumsi menjadi karbon dioksida selama proses elektrolisis. Selain berfungsi sebagai
reaktan yang menjadi reduktor pada reaksi elektrolisis alumina menjadi aluminium, anoda
karbon juga berfungsi untuk menghantarkan arus listrik dari sumber arus listrik menuju katoda
melalui elektrolit. Dasar pertimbangan pemilihan karbon sebagai anoda adalah sebagai berikut
:
1. Konduktivitas elektrik tinggi, 0,0036-0,0091 ohm cm sehingga aliran listrik dapat
mengalir efektif
2. Daya tahan panas tinggi, titik sublimasi (1 atm) 4200oC dan titi leleh (1 atm) 3700oC
berguna umtuk operasi yasng berlangsung pada suhu tinggi (965oC)
3. Konduktivitas panas tingggi, 3-6 Btu/Hr (ft)(oF), berguna untuk proses pemanasan
tungku reduksi agar anoda cepat mencapai suhu tinggi
4. Ekspansi panas yang rendah ( 0,5 kali tembaga, berguna untuk konstruksi penangkaian
xxv
5. Ketahanan yang tinggi terhadap perubahan panas mendadak, sehingga tidak mudah
retak atau rusak pada perubahan panas mendadak.
6. Densitas yang rendah, appearent density 1,4-1,7g/cm3, sehingga partikel karbon yang
terlepas (debu) tidak terendapkan pada katoda, karena dapat mengotori produk
7. Ketahanan yang tinggi terhadap bahan-bahan kimia terutama inert terhadap elektrolit
8. Harga relatif murah jika dibandingkan dengan elektroda inert yang lain
Didalam pot peleburan, anoda terbagi menjadi dua jenis yaitu :
1. Anoda Preabaked
Yaitu anoda yang pasta karbonnya dicetak dan dipanggang (baking) di Anoda
baking Furnace pada temperatur 1225oC. anoda baking kemudian di beri tangkai (irod)
yang berfungsi sebagai penghantar arus listrik. Selanjutnya anoda yang sudah diberi
tangkai ini digunakan di pot reduksi.
2. Anoda Soederberg
Yaitu anoda yang pasta karbonnya dibentuk bricket dan dimasukkan secara
berkesinambungan ke atas anoda Soederberg yang sedang beroperasi. Pasta anoda akan
bergerak perlahan ke bawah melalui kotak bawah persegi. Pemanggangan pada pasta
anoda berasal dari panas yang ditimbulkan oleh bath. Arus listrik pada anoda jenis ini
mengalir melalui stud vertikal.
Reaksi utama yang terjadi di anoda adalah reaksi pelepasan elektron dari ion oksigen
(O2-) menjadi oksigen (O2). Akibatnya oksigen bereaksi dengan anoda karbon membentuk
CO2 atau CO. pada kondisi normal, pembentukan CO2 dengan CO adalah 45-90% dan
55-10%.
Gas-gas ini terbentuk oleh reaksi sebagai berikut
xxvi
C(s) + CO2(g) → 2CO(g)
Reaksi ini adalah reaksi utama karena koefisien kesetimbangan dan laju reaksinya besar.
Logam aluminium yang melarut didalam bath akan membentuk kabut metal (metal fog) pada
kondisi normal. Kabut metal ini akan breaksi dengan CO2 hasil reaksi Hall-Heroult,
membentuk alumina dan gas CO. proses ini disebut reaksi balik (reversible reaction), dan
dapat dilihat pada persamaan sebagai berikut :
2 Al(solution) + 3CO2(g) → Al2O3 (solution) + 3CO(g)
( Grjotheim,1988 )
2.6 Bahan dasar anoda
Pemakaian karbon pada elektrolisis terdiri dari elektrolitik dan pemakaian karbon itu
sendiri. Reaksi anoda yang tidak terkontrol dengan CO2 akan menghasilkan anoda dan
menghancurkan element udara. Kegagalan proses anoda bisa disebabkan oleh material dasar
berkualitas jelek, rancangan yang tidak variatif dan proses pabrik yang lambat. Oleh karena
itu behan dasar pembuatan anoda haruslah memiliki kualitas yang baik dan komposisi yang
sempurna.
Anoda karbon tersusun dari bahan 85% pengisi utama (fillter) dry agregate(70% kokas
dan 30% butt) dan 15% Coal tar pitch sebagai bahan pengikat (binder). Komposisi ini
berbeda-beda untuk setiap pabrik peleburan. Scrap mentah yang merupakan buangan dari
adonan mentah digunakan kembali sebagai bahan tambahan pembuatan anoda. Sifat dari
anoda yang dihasilkan sangat dipengaruhi oleh komposisi granulometrik. Komposisi
granulometrik adalah perbandingan ukuran partikel yang digunakan sebagai bahan dasar
xxvii
2.6.1 Kokas
Terdapat dua sumber utama kokas yang dapat digunakan sebagai bahan dasar pembuatan anoda. Pertama kokas dapat dihasilkan dari fraksi berat (residu) minyak bumi. Kedua adalah kokas yang berasal dari batu bara.
Kokas yang dihasilkan dari pengolahan residu minyak bumi, diperoleh melalui proses delayed coking. Residu dari minyak bumi dipanaskan selama 24 jam pada temperatur 500oC dan tekanan 4 bar. Hasil pemanasan ini kemudian dikeluarkan dengan air berrekanan tinggi yang berfungsi sebagai penghancur. Hasil yang kemudian disebut kokas mentah mengandung 10% zat terbang. Bahan ini kemudian dimasukkan kedalam tungku kalsinasi jenis rotary kiln dan dipanaskan hingga temperatur 1250-1370oC. Kokas yang berasal dari batu bara diperoleh dari proses kalsinasi batu bara.
2.6.2 Coal tar Pitch
xxviii
2.6.3 Butt
Butt adalah sisa dari anoda karbon (puntung) dari proses reduksi alumina. Tujuan penggunaan butt sebagai bahan dasar kokas. Terdapat dua sumber butt yang dapat digunakan, pertama butt yang berasal dari sisa elektrolisis, kedua butt yang berasal dari blok anoda panggang yang tidak memenuhi spesifikasi.
2.6.4 Sekrap Mentah (Green Scrap)
Sekrap mentah adalah hasil pengadonan antara dry agregate dengan CTP yang mengalami penolakan (rejected). Terdapat dua sumber utama scrap mentah, pertama yang berasal dari pasta yang belum dicetak karena berkualitas rendah, kedua scrap yang berasal dari blok anoda mentah yang velum memenuhi spesifikasi (PT Inalum, 2003).
2.7 Konsumsi Anoda
Pada sel elektrolisa aluminium dengan proses Hall-Heroult anoda karbon terkonsumsi selama reduksi alumina berlangsung menurut persamaan sebagai berikut :
2 Al2O3(l) + 3C(s) 4Al(s) + 3CO2(g)
xxix
Al2O3(sol) + 3C(s) → 2Al(s) + 3CO(g)
Konsumsi berlebih anoda karbon dapat terjadi karena reaksi-reaksi samping berikut:
• Reaksi balik (reduksi) karbon dioksida yang dihasilkan dengan anoda karbon
(disebut reaksi Bourdouard atau reaksi serangan karboksi) C(s) + CO2(g) → 2CO(g)
• Reaksi anoda dengan oksigen yang terekspos diatas permukaan anoda
(airburn)
C(s) + O2(g) → CO2(g)
Secara stokiometrik pembentukan Kg aluminium akan mengkonsumsi karbon sebesar 0,334 Kg berdasarkan reaksi dari proses elektrolisa Hall-Heroult
2.7.1 Konsumsi Elektrokimia
Di pabrik-pabrik peleburan aluminium, besarnya anoda karbon yang terkonsumsi dihubungkan sebagai fungsi dari logam yang dihasil. Perhitungan ini melibatkan efisiensi arus yang dapat menambah konsumsi karbon. Secara teoritis, konsumsi karbon dari proses elektrokimia dapat dihitung berdasarkan hukun faraday, adalah sebesar 0,112 gram untuk setiap amper-jam kuat arus yang mengalir.
960-xxx
970oC elektrolisa akan menghasilkan gas karbon monoksida. Pembentukan aluminium dari reaksi ini akan mengkonsumsi karbon lebih banyak daripada teoritisnya.
Efisiensi arus yang mengalir akan berkurang secara drastis, apabila terjadi reaksi balik. Aluminium yang terlarut dari hasil elektrolisa dapat teroksidasi kembali oleh karbon dioksida pada anoda.
2Al(aq) + 3CO2(g) → 2 Al2O3(aq) +3CO(g)
2.7.2 Konsumsi Kimia
Selain reaksi elektrokimia, anoda karbon dapat terkonsumsi nelalui serangan-serangan kimia oleh kedua gas utama yang dihasilkan dari reaksi elektrolisa. Reaksi karbon dengan udara (airburn) akan meningkat 120% bila terjadi kenaikan temperatur dari 470 ke 500oC pada permukaan kontak antara anoda dengan udara.
Konsumsi anoda karena airburn ini dapat dikurangi dengan cara melapisi anoda dengan alumina agar mencegah udara masuk kedalam pori-pori anoda dan mengurangi permukaan atas anoda.
Konsumsi karbon karena reaksi dengan karbondioksida dapat terjadi didalam bath. Reaksi ini akan berjalan lebih cepat bila terdapat pengotor-pengotor yang dapat
xxxi
2.7.3 Konsumsi Fisika
Perbedaan reakstivitas antara materi pengikat (binder) dengan butiran materi pengisi (filter) pada materi penyusun anoda dapat mengakibatkan selective burning, dan melemahkan struktur ikatan. Struktur ikatan yang lemah ini menyebabkan pelepasa partikel-partikel pengisi oleh gaya-gaya mekanik, magnetik dan temperatur.
Kandungan zat pengotor pada bidang muka binder dan butiran filter akan mengakibatkan selective burning dari anodsa. Mekanisme ini terjadi dengan cara penglepasan karbon menjadi debu (dusting) dan terapung di bagian atas bath. Kehilangan partikel karbon yang tidak terkonsumsi secara elektrokimia ini tidak hanya menambah kebutuhan karbon, tetapi dapat menurunkan kualitas produksi pabrik malalui:
• Peningkatan biaya operasi akibat penambahan karbon yang terkonsumsi
• Penurunan efisiensi arus karena pengaruh insulasi yang meningkatkan
temperatur
• Peningkatan biaya operasional pabrik karena proses skimming pot.
2.7.4 Konsumsi Keseluruhan
xxxii
Korelasi antara masing-masing faktor dengan jumlah anoda yang terkonsumsi dikemukakan oleh Fischer (1991) melalui persamaan:
NC= C + (334/CE) + 1,2(BT-960)-1,7CRR + 9,3AP + 8TC – 1,5 ARR
NC = konsumsi anoda bersih (kgC/t Al)
C = faktor sel
CE = efisiensi arus (%)
BT = temperatur bath (oC)
CRR=residu reaktivitas karboksi (%)
AP = permeabilitas udara (nPm)
TC= konduktivitas panas (W/m K)
ARR= residu reaktivitas udar (Hume.M.Sheralyn,1999).
Berbagai macam reaksi yang dilakukan akan mempengaruhi pemakaian karbon anoda. Hal tersebut tidak sampai menghasilkan reduksi logam, hanya saja pemakaiannya tidak ekonomis dan ramah lingkungan. Secara teori keterbatasan pemakaiaan minimum elektrolit bisa menghasilkan produksi aluminium 334 KgC/ton Al. perhitungan koefisien ±49% meningkatkan pemakaian hingga 355 KgC/ton Al. ada tiga reaksi utama pemakaian anoda:
1. Air burn
300-xxxiii
400oC. secara kasat mata bentuk reaksi ini adalah semburan anoda keudara berkelok-kelok hingga keatas.
Berikut ini adalah reaksi axothermic
O2 + C ↔ CO2
Kepekatan anoda bereaksi sebagai katalisator yang mengakselerasikan reaksi air burn (nikel, vanadium dan sodium) atau sebagai penghambat ( sulfur mengurangi aktivitas sodium sebagai katalisator).
Faktor utama yang mempengaruhi air burn adalah bahan dasar anoda, suhu pembakaran, parameter cell, kedalaman anoda pada cell dan penutup anoda atau leburan aluminium yang menutupi anoda. Anoda-anoda biasanya ditutupi dengan bahan alumina sehingga air burn tadi lebih rendah.
2. CO2 Oksidasi
Oksidasi karbon dioksida merupakan reaksi karbon dioksida yang dihasilkan dari reduksi dominan dengan karbon hingga membentuk karbon monoksida. Terjadi didalam pori-pori anoda daqn dikarbon anoda yang diatas elektrolit yang tersusun gas CO2. reaksi endotermic dikenal dengan reaksi Boundouard atau karboksidasi.
Berikut ini reaksi yang dihasilkan dan ini merupakan minor temperatur dibawah 800o
CO2 + C ↔ 2CO
Kepekatan yang peling penting adalah untuk mempengaruhi karbonisasi adalah kalsium, sodium dan sulfuur. Fluidasi arang mempunyai reaksi CO2 yang
xxxiv
dasar anoda, formulasi anoda berwarna hijau, suhu akhior prmbakaran anoda, penyerapan udara dan suhu tempat didalam reduksi.
3. Oksidasi (dusting=debu)
Oksidasi atau debu terjadi ketika ada reakstivitas ketidakseimbangan antara fase proses arang yang berbeda. Dusting terjadi dari proses oksidasi dan memakai kerja elektroda dengan selektif saat membakar element disekitar anoda. Junlah kepekatan yang begitu banyak juga menjadi penyebab utama oksidasi.
4. Efisiensi arus
Pemakaian gas anoda dan pemakaian keseluruhan kerja terpengaruhi oleh reaksi 2 Al + 3 CO2 → Al2O3+ 3CO
aluminium bereaksi dengan karbon sioksida yang menyebabkan kehilangan arus (Hulse.L.K 2000).
2.8 Kualitas Anoda
xxxv
Persyaratan anoda adalah :
1. Resistansi tinggi terhadap oksidasi yang berfungsi meminimalkan pemakaian karnon yang banyak.
2. Kepadatan tinggi dan penyerapan rendah, ini dibuat untuk p0emakaian anoda, dusting dan perubahan perputaran anoda.
3. Kekuatan mekanis yang cukup u8ntuk integritas cara kerja dan pengaturannya 4. Resistansi listrik rendah untuk pemakaian yang besar
5. Kemurnian elemen yang tinggi untuk menghindari pemakaian logam aluminium dan anoda yang berlebihan
6. Resisten thermal (arus) tinggi untuk menghindari gangguan/kerusakan sel
Persyartan diatas telah membentuk konsep kualitas anoda. Karakteristik material dasar yang diperoleh dari residu minyak mentah, aspal dari proses batu bara dan petrolium mempengaruhi kualitas dan sifat anoda.
Untuk mencapai tujuan kualitas anoda tergantung pada penjelasan berikut ini:
1. Green Apparent Density (GAD)
GAD dimanfaatkan untuk dimensi geometrikal dan daya berat anoda setelah kompaksi. Jenis parameter ini merupakan indikasi adanya proses gangguan dan suhu dan aneka kondisi yang mempengaruhinya.
2. Baked Apparent Density (BAD)
xxxvi
a) Materi dasar yang selektif b) Jumlah granulometry c) Keoptimalan pitch kontent
d) Proses optimal tujuannya untuk menghindari kekurangan kompaksi selama proses pembakaran
3. Baking Loss
Baking loss merupakan indikasi hilangnya uapan saat proses pembakaran batang anoda. Berubahnya nilai ini dapat menghasilkan variasi uapan.
4. Shrinkage/Penyusutan
Terurainya anoda bisa mengakibatkan kadar penyusutan tinggi. Kadar negatif merupakan indikasi ekspansi anoda.
5. Resistansi Listrik Khusus
Resistansi listrik khusus pada karbon anoda idealnya harus serendah mungkin. Tujuannya untuk mengurangi energi yang etrbuang sia-sia yang diakibatkan pemanasan anoda. Resistivitas normalnya dipengaruhi oleh struktur dasar arang, kepadatan anoda dan distribusi pori anoda. Kerusakan atau gangguan lain bisa saja terjadi seperti kelembapan yang berlebihan, arus listrik memuncak selama pembakaran atau pendinginan. Gangguan-gangguan ini diobservasi melalui standart nilai devisiasi tinggi. Kadar yang sangat rendah pada resistivitas listrik dan konduktivitas arus tinggi bisa terjadi kalau pembakrannya berlebihan. Situasi ini menyebabkan air burn.
xxxvii
Flexural Strength mengindikasikan kemunculan gangguan mikro dalam struktur anoda. Kadar flexural strength yang rendah menampakkan masalah dalam kestabilitas proses arang, kondisinya dalah rata-rata panas tinggi saat pembakaran.
7. Reaktivitas CO2 dan Reaktivitas O2
Kadar reaktivitas ini penting untuk menentukan kelemahan anoda, mengakses pemakaian karbon dan dusting disell elektrolisis. Ini depengaruhi oleh kepekatang pada material dasar dan parameter pembakaran saperti suhu dan panas yang dihasilkan.
8. Thermal Shock
Ketika anoda itu dingin, maka harus diset wadahnya menjadi elektrolit yang panas, suhu tinggi menciptakan tekanan arus panas didalam anoda dan bisa pecah anoda. Pada umunya anoda yang patah itu ada 3 cara yang berbeda secara horizontal, vertikal dan letak sudut. Kepatahan anoda bisa mengganggu cara kerja pot room dan hal ini dipengaruhi oleh
a. Material dasar anoda khususnya petrolium coke b. Formulasi anoda mentah
c. Bahan bakar anoda
d. Design cell dan pengoperasian parameter (Hulse,2000).
xxxviii
BAB 3
METODOLOGI PERCOBAAN
3.1Alat dan Bahan
3.1.1Alat
a) Siever b) Crusher c) Tube Mill
d) Constant feeed weigher e) Preheater
f) Ko-Kneader g) Saking Machine h) Anode baking crane i) Fine flex
j) Pitch cover
k) Tungku pemanggangan l) Rodd assembly
m) ATC (Anode Transport Car)
3.1.2 Bahan
a) Kokas
xxxix
d) Butt
e) Bola keramik f) Minyak marloterm g) Minyak berat h) Alumininium cair
3.2Prosedur Percobaan
3.2.1Pembuatan anoda mentah
1. Kokas diambil dari silo lalu diayak dengan menggunakan Siever SR-201.
2. Kokas yang sudah di ayak disimpan berdasarkan ukurannya dan disimpan didalam bin berbeda. Kokas dengan diameter 5-18 disebut kasar 1 disimpan didalam bin (B-201).
3. Kokas dibawah dari 5 mm diayak kembali sehingga diperoleh ukuran 2-5 mm disebut kasar 2 disimpan didalam bin (B-202), 0,2-2 mm disebut medium disimpan didalam bin (B-203)
4. Dibawah 0,2 mm disebut fine dibawa ke silo S-202 lalu dibawa ke Tube mill untuk dihaluskan, setelah halus dimasukkan kedalam bin B-204.
5. Butt dikirim dari tungku peleburan, dibersihkan dari crust dan dipisahkan dari tangkainya.
6. Kemudian dihancurkan dengan crusher CR-202. lalu diayak dengan menggunakan siever SR-203 lau disimpan kedalam bin.
7. Green scrap dengan ukuran yang besar tidak langsung dipakai tetapi dihancurkan terlebih dahulu. Lalu disimpan dalam bin B-206
xl
9. Setelah meleleh dipompa ke tangki TK-205 untuk disimpan 10. Kokas, dan butt ditimbang lalu dimasukkan kedalam Prehetaer.
11. Lalu dimasukkan kedalam Ko-kneader KN-201 bersama dengan green scrap dan binder untuk diadon, kemudian dimasukkan kemabli kedalam KN-202
12. Lalu setelah itu dikirim ke saking machine untuk dicetak
13. Setelah dicetak dibawa ke gudang anoda untuk disimpan dan didinginkan.
3.2.2Pemanggangan anoda
1. Sebelum GB (green block) dipanggang dilakukan persiapan tungku yaitu memeriksa tungku dari kebocoran
2. Apabila tungku bocor maka ditutup dengan fine flex
3. Anoda di masukkan kedalamnya selapis demi selapis hingga lapisan terakhir 4. Pada lapisan kedua ditutup dengan kokas kemudian lapisan atas juga ditutup
dengan kokas
5. Kemudian ditutup lagi dengan bola keramik 6. Setelah itu ditutup dengan Pitch cover
7. Dipanggang. Pemanggangan dilakukan tergantung Fire Progreesion yang dipakai.
8. Kemudian didinginkan, lalu dihisap bola keramik dan kokas lalu diangkat lapisan atas, lapisan tengan, dan lapisan bawah
xli
3.2.3 Penangkaian anoda
1. BB (baking blok) dibawa ke pabrik penangkaian
2. Lubang BB dipanaskan hingga mencapai suhu 100oC pada dinding BB dan pada bagian dasar 200oC
3. Dibawa ke casting untuk disambung antara BB dan tangkai
4. Setelah disambung dimasukkan kedalam alat sprayer-401 untuk dilapisi aluminium
xlii
BAB 4
DATA PEMBAHASAN
4.1 Data
xliii
4.2 Pembahasan
Dari data pengamatan diatas terdapat beberapa data yang tidak memenuhi parameter kualitas anoda. Parameter kualitas anoda yang mempengaruhi operasi tungku adalah:
1. Densitas
xliv
Nilai densitas rendah maka akan menyebabkan anoda mudah rontok/banyaknya anoda jatuh kedalam tungku reduksi yang akan mempengaruhi kualitas aluminium. Banyaknya anoda yang jatuh menyebabkan konsumsi anoda lebih banyak dari yang ditargetkan karena adanya pergantian anoda sebelum waktunya, dan apabila tidak dilakukan pergantian maka elektrolit akan menyentuh tangkai anoda yang menyebabkan kerosinya tangkai anoda sehingga kadar Fe akan meningkat dalam aluminium yang dihasilkan dan meningkatnya kadar Fe dalam aluminium yang dihasilkan maka mutu dari pada aluminium akan menurun.
2. Reaktivitas terhadap CO2
Pada tanggal 28 Februari 2008 nilai reaktivitas terhadap CO2 83,57. Nilai ini
dibawah standar dari ketetapan PT INALUM. Reaktivitas terhadap CO2 adalah
parameter yang menyatakan seberapa banyak anoda karbon yang hilang karena berekasi dengan gas CO2.Rendahnya nilai reaktivitas terhadap CO2 disebabkan
karena butt yang kembali dari pabrik reduksi masih mengandung butt dust. Butt yang masih mengandung butt dust tidak bagus terhadap kualitas anoda. Butt dust yang terkandung dalam anoda akan mempengaruhi reaksi anoda terhadap gas CO2
sehingga anoda tidak tahan terhadap gas CO2 yang akan menyebabkan anoda
terkikis dan jatuh ke bawah. Sehingga konsumsi anoda akan meningkat dan menurunkan efisiensi proses elektrolisis.
Jika nilai RRCO2 tidak sesuai dengan standar maka mengakibatkan anoda banyak
xlv
3. Reaktivitas terhadap O2
Berdasarkan data pengamatan, nilai reaktivitas terhadap O2 sudah memenuhi
standart. yaitu 70% min. Reaktivitas terhadap O2 adalah parameter yang
menyatakan seberapa banyak anoda karbon yang hilang karena bereaksi dengan gas O2. RO2 rendah disebabkan karena nilai AD rendah. Jika nilai AD rendah maka
nilai RO2 juga rendah sehingga menyebabkan anoda mudah teroksidasi dengan
xlvi
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari analisa kerja praktek dan pengamatan beserta pembahasan-pembahasan yang dilakukan, maka dapatlah diambil kesimpulan sebagai berikut :
1. Kualitas anoda yang kurang bagus dapat berpengaruh terhadap kualitas aluminium yang dihasilkan dan juga dapat berpengaruh terhadap operasi tungku. 2. Upaya penanggulangan masalah terhadap kualitas anoda yaitu dengan mengatur
komposisi granulometrik dari bahan-bahannya dan proses pengolahannya.
5.2 Saran
1. Agar mendapatkan kualitas anoda yang baik maka diperlukan ketelitian dan keterampilan dalam mengatur komposisi granulometrik juga dalam pengolahannya.
xlvii
DAFTAR PUSTAKA
Burkin, A.R, 1987, Produktion of Aluminium and Alumina,
Hulse, L.K, 2000,
John Willey
Anode Manufacture
Hume, M.S, 1999,
, R&D carbon Ltd, Switzerland
Anode Reactivity, Influence of Raw Material Properties,
Grjotheirm.K and H.Welch, 1988,
R&D Carbon Ltd, Switzerland
Aluminium Smelter Technology,
PT Inalum, 2003,
2nd Edition, Aluminium Verlog GmbH Dusseldroft
