BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Aluminium

Teks penuh

(1)

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Aluminium

Aluminium adalah logam yang ringan dan cukup penting dalam kehidupan manusia. Aluminium merupakan unsur kimia golongan IIIA dalam sistim periodik unsur, dengan nomor atom 13 dan berat atom 26,98 gram per mol (sma). Di dalam udara bebas aluminium mudah teroksidasi membentuk lapisan tipis oksida (Al2O3) yang tahan terhadap korosi. Aluminium juga bersifat amfoter yang mampu bereaksi dengan larutan asam maupun basa. (Anton J. Hartono, 1992)

Aluminium merupakan logam ringan yang mempunyai ketahanan korosi yang baik dan hantaran listrik yang baik dan sifat – sifat yang baik lainnya sebagai sifat logam. (Surdia, T. 2005)

Aluminium (Al) mempunyai massa atom 27 (hanya ada satu isotop natural), nomor atom 13, densitas 2,79 g/cm, titik lebur 660,4 oC, dan titik didih 2467 oC. Aluminium adalah logam berwarna putih silver. Memiliki potensi redoks -1,66 V, bilangan oksidasi +3, dan jari-jari atom yang kecil yaitu 57 pm untuk stabilitas dari senyawa aluminium.

(2)

kelarutan Al3+ meningkat. Reaksi jenis ini meningkatkan jumlah Al3+ dalam keadaan encer. Berikut ion yang dibentuk dalam larutan aluminium hidroksida pada pH dibawah 5,5 : Al(OH)2+, Al(OH)2+, dan Al3+.

Aluminium murni tidak stabil dalam proses oksidasi. Dalam keadaan berhubungan dengan udara aluminium membentuk lapisan tipis oksida diats permukaan serta membentuk lapisan pelindung yang tahan terhadap korosi.

Aluminium oksida membentuk dua bentuk isomer α – Al2O3 dan γ – Al2O3.

(Seiler,1994)

2.2 Sejarah Aluminium

Aluminium ditemukan kira-kira sekitar 160 tahun yang lalu dan mulai diproduksi skala industri sekitar 90 tahun yang lalu. Berikut sejarah perkembangan tentang penemuan aluminium

1. Pada tahun 1782, seorang ilmuwan Prancis bernama Lavoiser telah menduga bahwa aluminium merupakan logam yang terkandung di dalam alumina,

2. Pada tahun 1807, ahli kimia Inggris bernama Humphrey Davy berhasil memisahkan alumina secara elektrokimia logam dan yang diperoleh dari pengujian tersebut adalah aluminium,

3. Pada tahun 1821, biji sumber aluminium ditemukan di Prancis Selatan, tepatnya di kota Lesbaux, yang dinamakan bauksit,

(3)

5. Pada tahun 1886, mahasiswa Oberlin College di Ohio, Amerika Serikat bernama Charles Martin – Hall menemukan dengan cara melarutkan alumina (Al2O3) dalam lelehan kliorit (Na3AlF6) pada temperatur 960 OC dalam bentuk kotak yang dilapisi logam karbon dan kemudian melewatkan arus listrik melalui ruang tersebut. Cara ini dikenal dengan proses Hall – Heroult, karena ini terjadi pada tahun yang sama dengan seorang Prancis yang bernama Paul Heroult,

6. Pada tahun 1888, ahli kimia Jerman Karlf Josef Bayern menemukan cara memperoleh alumina dari bauksit secara pelarutan kimia. Sampai saat ini cara Bayer masih digunakan untuk memproduksi alumina dari bauksit secara industry dan disebut dengan proses Bayer. (Davis, Jr, 1993)

2.3 Bahan Baku Aluminium

Untuk memproduksi aluminium diperlukan :

2.3.1 Bahan Baku Utama

2.3.1.1Alumina

Adapun pembagian dari alumina berdasarkan ukuran partikelnya adalah :

1. Alumina Sandy ( γ- Al2O3)

Alumina sandy banyak ditemukan di Amerika, yang berbentuk serbuk yang diproduksi pada pembakaran yang lebih rendah dari alumina floury. Alumina sandy yang terbentuk digunakan pada tungku peleburan karena sifat dari alumina tersebut yang bergerak bebas dan tidak dipengaruhi oleh gaya dari luar.

(4)

Alumina floury banyak ditemukan di Eropa, dimana alumina jenis ini diperoleh melalui proses Bayer, selanjutnya diproses lagi untuk memperoleh aluminium cair. Proses yang digunakan adalah Hall – Heroult, prinsip yang dipakai melalui reduksi alumina. Reduksi dilakukan secara elektrolisa terhadap alumina yang dilarutkan dalam larutan elektrolit cair dan dialirkan arus listrik. Dengan mengalirkan arus listrik tersebut pada kedua elektroda (anoda dan katoda) maka akan terjadi proses elektrolisa, sehingga terbentuk endapan aluminium cair pada katoda. (Grjotheim, 1998)

Alumina diperoleh dari bauksit melalui beberapa proses Bayer. Bauksit merupakan bahan baku Al yang terdiri dari Al2O3 (aluminium oksida) dan memiliki kemurnian yang berbeda seperti besi oksida, aluminium silica dan titanium oksida. Aluminium oksida (Al2O3) atau alumina biasanya beruba Kristal ion. Tetapi ion oksida (O-2) dipolarosasi oleh ion aluminium sehingga sebagian ikatannya bersifat kovalen. Aluminium oksida meleleh pada 2035oC. Zat ini tidak larut dalam air, stabil dan keras. Aluminium oksida adalah amfoter. Zat ini melarut dengan lambat dalam asam encer maupun basa encer.

3. Al2O3 (s) + 6 H+ (aq)  2 Al3+(aq) + 3 H2O(l)

4. Al2O3 (s) + 2 OH- (aq) + 3 H2O  2 Al(OH)4-

(5)

Tabel 2.1. Spesifikasi Alumina

Item Satuan Spesifikasi

Loss on Ignition (300-10000C) % 1,00 maks

SiO2 % 0,03 maks

Fe2O3 % 0,03 maks

TiO2 % 0,005 maks

Na2O % 0,600 maks

CaO % 0,060 maks

Al2O3 % 98,40 min

Spesific Surface Area M2/g 40-80

Particle Size

+ 100 mesh % 12,0 maks

+ 150 mesh % 25 min

- 325 mesh % 12,0 maks

Angle of Refuse Deg 30-34

(6)

2.3.1.2Anoda

Anoda adalah elektroda bermuatan listrik positif. Jenis anoda yang dipakai adalah jenis anoda prebaked, anoda yang digunakan di seksi reduksi dibuat di gedung karbon dengan bahan kokas dan hard pitch

Dalam Proses elektrolisis reaksi yang dapat terjadi pada anoda adalah :

C (s) + O2 (g) → CO2 (g)

C (s) + CO2 (g) → 2 CO (g)

Jika potensial sel elektrolisis lebih besar dari 1,02 volt maka reaksi yang dapat terjadi adalah :

2 Al2O3 (sat) + 3 C (s) → 4 Al (l) + 3 CO2 (g)

Anoda karbon berfungsi sebagai reduktor dalam proses elektrolisis alumina. Anoda karbon diproduksi pada pabrik karbon (Carbon Plant). Komposisi karbon terdiri dari 60% kokas minyak, 15% hardpitch, dan 20% butt (puntung anoda). Sifat-sifat anoda yang dipakai adalah :

1. Tahan terhadap perubahan panas (heat shock) sehingga sulit retak pada saat beroperasi pada temperatur tinggi.

2. Angka muai panas yang rendah agar anoda sulit terlepas dari tangkai anoda pada temperatur tinggi.

(7)

4. Konduktivitas listrik tinggi (0,0036 – 0,0091 ohm.cm) agar aliran listrik efektif.

Bahan Baku Penunjang

2.3.1.3Katoda

Katoda adalah elektroda bermuatan listrik negatif. Ditinjau dari bahan bakunya dan prose pembuatannya, katoda dibagi atas 4 jenis, yaitu :

1. Blok katoda Amorphous, bahan bakunya antrasit, dipanggang pada suhu ± 1.200oC

2. Blok katoda semi graphitic, bahan bakunya grafit, dipanggang pada suhu ± 1.200oC

3. Blok katoda semi graphitic, bahan bakunya yang mengalami proses pemanasan sampai suhu ± 2.300oC

4. Blok katoda graphitic, bahan bakunya kokas mengalami proses grafitasi suhu ± 3.000o.

(Jody, B. J., dkk, 1992)

Reaksi yang dapat terjadi di sekitar katoda adalah dekomposisi ion AlF 4-dari kriolit menjadi ion Al3+ dan ion F- :

AlF4- → Al3+ + 4F-

Reaksi Al3+ :

(8)

Dan reaksi antara natrium dari kriolit dengan Al :

Al (l) + 3 Na+ → 3 Na + Al3+

2.3.2 Bahan Baku Penunjang

2.3.2.1Kriolit

Kriolit dapat mengandung CaF2 dan AlF3 yang dapat membentuk kriolit Na3AlF6. Sifat-sifat kriolit adalah :

1. Konduktivitas listrik baik.

2. Memiliki berat jenis yang rendah. 3. Temperatur kristalisasi primer rendah. 4. Stabil dalam keadaan cair.

5. Dapat melarutkan alumina dalam jumlah besar.

Untuk memperbaiki sifat- sifat kriolit tersebut, bath biasanya ditambah dengan beberapa bahan tambahan seperti fluorida, alkil metal, AlF3 dan CaF2.

2.3.2.2 Soda Abu (Na2CO3)

Soda abu berfungsi memperkuat struktur katoda dan dinding samping agar sulit tererosi. Lapisan dinding samping dengan Na2CO3 dilakukan pada tahap transisi untuk membantu proses pembentukan kerak samping. Selain mencegah erosi oleh bath, soda abu berfungsi sebagai isolasi termal.

(9)

Komposisi Loss on Ignitation (LOI)

Fe2O3 NaCl Insoluble water

Na2CO3 App. Density (gr/cm3)

Unit

Kemurnian 1,0 max 0,01max 0,5 max 0,2 max 99,0 min 1,0 min %

(PT. Inalum 2003)

2.3.2.3 Aluminium Fluorida (AlF3)

Aluminium fluorida berfungsi menjaga keasaman bath dan merupakan bahan yang dituangkan secara manual jika kelebihan AlF3 kurang didalam bath. Spesifikasi AlF3 yang digunakan oleh PT INALUM adalah:

Tabel 2.1. Spesifikasi AlF3

Item Unit Spesifikasi

AlF3 % 93 minimal

SiO2 % 0,25 maksimal

P2O5 % 0,02 maksimal

Fe2O3 % 0,07 maksimal

(10)

Loss on Ignitation 300-1000oC % 0,85 maksimal

Bulk density gram/cc 0,7 minimal

Particle Size (Tyler Mesh) Typical

+ 150 mesh % 25-60

+ 200 mesh % 50-75

+ 320 mesh % 75 inimal

(PT Inalum, 2009)

2.4 Aliran Proses Pembuatan Aluminium

2.4.1 Diagram Alir Bahan Baku

Bahan-bahan untuk keperluan produksi Aluminium pertama sekali didatangkan melalui pelabuhan. Bahan-bahan tersebut adalah alumina, kokas, hard pitch. Alumina akan dimasukkan ke silo alumina (alumina silo), kokas kedalam silo

kokas (coke silo), pitch kedalam pitch storage house. Pemasukan bahan-bahan tersebut menggunakan ban berjalan (belt conveyer).

Alumina yang berada didalam silo alumina kemudian kemudian dibawa ke dry scrubber system untuk direaksikan dengan gas HF yang berasal dari pot. Hasil dari

reaksi ini adalah reacted alumina yang akan dimasukkan kedalam hopper pot dengan menggunakan Anode Changing Crane (ACC). Dari hopper pot, reacted alumina akan dimasukkan kedalam tungku reduksi.

(11)

berfungsi sebagai perekat (binder). Campuran ketiga bahan ini akan dicetak menggunakan Shaking Machine di Anode Green Plant dan selanjutnya mengalami pemanggangan pada baking furnace. Hasilnya adalah blok anoda (anode block) di Pabrik Pemanggangan Anoda (Anode Baking Plant).

Blok-blok anoda kemudian akan dipasangi tangkai (anode assembly) di Anode Baking Plant. Anoda tersebut kemudian akan dikirimkan ke Pabrik Reduksi

(Reduction Plant) untuk keperluan proses elektrolisis alumina menjadi aluminium. Setelah + 28 hari anoda diganti dan sisa-sisa anoda (butt) dibersihkan. Butt ini kemudian akan dihancurkan dan dimasukkan ke silo butt. Butt kemudian dipakai kembali (recycle) sebagai bahan pembuatan anoda bersama kokas dan pitch.

Pada tungku reduksi akan terjadi proses elektrolisis alumina. Proses ini akan menghasilkan gas HF yang akan dialirkan ke dry scrubber system untuk bereaksi dengan alumina dan dibersihkan lalu dibuang melalui cerobong gas cleaning system. Aluminium cair (molten) yang dihasilkan dibawa ke Pencetakan (Casting Shop) menggunakan Metal Transport Car (MTC). Di casting shop aluminium cair dimasukkan kedalam holding furnace, lalu dituang ke mesin pencetakan (casting machine) untuk dicetak menjadi ingot aluminium dengan berat masing-masing ingot

(12)

Gambar 2.1. Laju Aliran Material

2.6.2 Fasilitas Utama di Gas Cleaning

2.4.2.1 Fresh Alumina Handling System

Sistem ini menangani penyimpanan fresh alumina di dalam silo alumina dan pengirimannya ke dry scrubbing system. Banyaknya alumina yang dikirimkan diukur dengan flowmeter.

1.Dry Scrubbing System

Sistem ini berfungsi menyaring debu dan mengadsorbsi gas fluoride yang berasal dari pot reduksi. Fresh alumina dari silo, dialirkan melalui air slide kedalam reactor dan direaksikan dengan gas buang dari pot reduksi. Gas dihisap dari pot

(13)

kemudian disaring di dalam bag filter. Udara yang sudah bersih dibuang ke atmosfer melalui exhaust stack.

Untuk menjaga tekanan di dalam bag filter stabil, alumina dan debu yang menempel di kain bag filter perlu dihembus secara periodic dengan udara bertekanan rendah yang diatur melalui damper. Udara ini berasal dari reverse flow fan. Alumina yang jatuh kemudian ditampung didalam hopper bag filter, dialirkan dan disirkulasikan kembali kedalam reactor untuk bereaksi kembali dengan gas buang. Dengan cara demikian, kontak antara gas buang dengan alumina di dalam reactor lebih efektif. Setelah reaksi adsorpsi selesai melalui sistem overflow, alumina dari hopper bag filter dikeluarkan dan dialirkan memakai air slide menuju bin reacted

alumina.

2. Reacted Alumina Handling System

Sistem ini menangani penyimpanan sementara reacted alumina di bin reacted

alumina. Reacted alumina kemudian dialirkan menuju Bath Material Mixing Centre

(BMMC) untuk dicampur dengan material bath. Campuran alumina dan material bath kemudian disimpan sementara di day-bin melalui belt conveyer. Campuran ini selanjutnya digunakan di pot reduksi sebagai bahan baku.

2.7 Reaksi Elektrolisis

Reaksi Utama Elektrolisis Alumina

Pada industri elektrolisis alumina dengan menggunakan anoda karbon adalah sebagai berikut :

(14)

Reaksi ini berlangsung pada temperatur sekitar 945o – 965o, beda potensial 1,18 volt. Mekanisme reaksi yang paling sering terjadi adalah reduksi Al2O3 secara langsung dengan reaksi :

Al2O3 → AlO

+ AlO+

AlO2 → Al3+

+ 2 O

2-Reaksi katodik : 2 Al3+ + 6e- → 6 Al

Reaksi anodik : 3 O2- → 3/2 O2 + 6e-

Reaksi diatas adalah reaksi utama, reaksi ini tidak mengabaikan fakta bahwa Na mengendap pada katoda.

2.6 Kegunaan Aluminium

Dilihat dari segi kuantitas dan kualitas, kegunaan aluminium dapat mengatasi kegunaan logam lain kecuali besi. Karena itu aluminium sangat penting dalam kehidupan sehari – hari dan berpengaruh terhadap perkembangan ekonomi dunia, dikarenakan aluminium diprediksi akan menjadi komoditi ekspor dunia.

(15)

Apabila digabung secara proses termomekanikal, alloy aluminium menunjukkan peningkatan kekuatan dari segi sifat mekanikal. Alloy aluminium membentuk komponen penting dalam pesawat udara dan roket, ini dikarenakan kekuatan yang meningkat.

Sebagian dari kegunaan – kegunaan aluminium yaitu :

1. Pengankutan (kendaraan, kapal terbang, kendaraan landasan, kapal laut, dsb)

2. Pembungkus (tin aluminium, keranjang aluminium, dsb)

3. Perawatan air

4. Pembinaan (tingkap, pintu, dwai binaan, dsb)

5. Barangan pengguna tahan lama (perkakas, peralatan dapur, dsb)

6. Talian penghantaran elektrik (berat pengalir aluminium adalah setengah dari berat tembaga dengan kekonduksian yang sama dan lebih murah)

7. Jendela

8. Aluminium murni

Figur

Tabel 2.1. Spesifikasi AlF3

Tabel 2.1.

Spesifikasi AlF3 p.9
Gambar 2.1. Laju Aliran Material

Gambar 2.1.

Laju Aliran Material p.12

Referensi

Memperbarui...