PENGARUH PEMASUKAN ALUMINA
TERHADAP OPERASI TUNGKU REDUKSI
DI PT.INALUM KUALA TANJUNG
TUGAS AKHIR
PUTRA EKA SUDJANA
092401027
PROGRAM STUDI DIPLOMA III KIMIA INDUSTRI
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
PENGARUH PEMASUKAN ALUMINA TERHADAP OPERASI TUNGKU REDUKSI
DI PT.INALUM KUALA TANJUNG
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Ahli Madya
PUTRA EKA SUDJANA 092401027
PROGRAM STUDI DIPLOMA III KIMIA INDUSTRI DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
PERSETUJUAN
Judul : PENGARUH PEMASUKAN ALUMINA TERHADAP OPERASI TUNGKU REDUKSI Kategori : TUGAS AKHIR
Nama : PUTRA EKA SUDJANA Nomor Induk Mahasiswa : 092401027
Program Studi : D3 KIMIA INDUSTRI Departemen : KIMIA
Fakultas :MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
PERNYATAAN
PENGARUH PEMASUKAN ALUMINA TERHADAP OPERASI TUNGKU REDUKSI
DI PT.INALUM KUALA TANJUNG
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 2012
PENGHARGAAN
Bismillahirrahmanirrahiim
Puji dan syukur penulis haturkan ke-hadirat Allah SWT, atas segala limpahan rahmad dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini dalam waktu yang telah ditetapkan. Adapun tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah untuk memenuhi persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan Program Diploma III Kimia Industri.Dalam penyusunan tugas akhir ini tentunya penulis mendapatkan banyak bantuan, maka dengan segala kerendahan hati, penulis menyampaikan terima kasih kepada:
1. Keluarga penulis tercinta, Ayahanda Juminan, Ibunda Sukariani dan Ibu Mardiani serta Bapak Sukarmin,dan Adik saya Ferantika Sudjana, Adil Tri Sudjana, Isnina Mayang Syafitri dan Dinda Sukmarianti yang telah memberikan semangat serta perhatian yang cukup besar selama masa perkuliahan saya.
2. Ibu Dr. Rumondang Bulan, MS sebagai Ketua Departemen Kimia FMIPA USU.
3. Ibu Dra. Emma Zaidar, M.Sc sebagai Ketua Program studi D-3 Kimia FMIPA USU dan sebagai Dosen Pembimbing yang dengan ikhlas telah meluangkan waktu, saran, petunjuk untuk membantu penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
5. Bapak Faisal Hidayat, Bapak Damianus serta seluruh Bapak Staf PT. Inalum yang telah banyak memberikan bimbingan maupun petunjuk selama berlangsungnya PKL di PT. Inalum
6. Teman khusus penulis Wahida Febriana yang telah membantu dan memberi semangat dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
7. Teman-teman satu PKL penulis yaitu Hendru, Surya, Udin, Maskur,Dila yang mana sama-sama menimba ilmu di PT. INALUM dan memberikan semangat kepada penulis untuk menyelesaikan tugas akhir ini.
8. Seluruh teman-teman satu angkatan 2009 dan adik junior angkatan 2010 yang tidak bisa penulis sebutkan namanya yang telah memberikan suasana indah semasa perkuliahan di D-3 Kimia Industri.
Hanya do’a 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 tugas akhir ini dengan sebaik-baiknya.
ABSTRAK
Produksi aluminium cair di PT INALUM memerlukan bahan baku utama berupa alumina (Al2O3). Pemasukan alumina (Al2O3) mempunyai dua metode yaitu
Regular Feeding dan Demand Feeding. Metode demand feeding yang digunakan yaitu pemasukan alumina (Al2O3) berdasarkan kebutuhan tungku reduksi. Konsentrasi
alumina (Al2O3) pada operasi tungku reduksi berkisar antara 2% - 4%. Konsentrasi
alumina (Al2O3) < 1% akan menyebabkan terjadinya efek anoda atau anode effect
(AE) dan konsentrasi alumina (Al2O3) > 5% menyebabkan lumpur di dalam tungku
THE EFFECT OF FEEDING ALUMINA
TO THE REDUCTION FURNACE OPERATION
AT PT INALUM KUALA TANJUNG
ABSTRACT
Production of liquid aluminum at PT INALUM require raw material is alumina (Al2O3). Feeding alumina (Al2O3) has two methods Regular Feeding and
Demand Feeding. Demand feeding method used is feeding alumina (Al2O3) based on
the needs of the reduction furnace. The concentration of alumina (Al2O3) on
the reduction furnace operation ranged between 2% - 4%. The concentration of alumina (Al2O3) <1% will result in anode effect (AE) and the concentration of
alumina (Al2O3) > 5% causes the sludge to the reduction furnace, both of which
2.5 Pengelolaan Material Alumina 22 2.5.1 Pemasukan Alumina 23 2.5.2 Metode Pemasukan Alumina 24 2.6 Anode Effect (AE) 26
Bab III Bahan dan Metode 28
3.1 Alat dan Bahan 28 3.1.1 Alat 28 3.1.2 Bahan 29
3.2 Prosedur 29
Bab IV Hasil dan Pembahasan 31
4.1 Hasil 31
4.2 Perhitungan 32 4.3 Pembahasan 32 Bab V Kesimpulan dan Saran 35 5.1 Kesimpulan 35
5.2 Saran 36
Daftar Pustaka 37
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Perbedaan Sifat Alumina Sandy dan Floury 14 Tabel 2.2 Spesifikasi Alumina 15 Tabel 2.3 Kondisi Operasi Sel Reduksi 16 Tabel 2.4 Pembagian Demand Feeding 25 Tabel 4.1 Hasil Pengamatan Kondisi Tungku Reduksi Pada Proses Elektrolisa 31
DAFTAR GAMBAR
Halaman
ABSTRAK
Produksi aluminium cair di PT INALUM memerlukan bahan baku utama berupa alumina (Al2O3). Pemasukan alumina (Al2O3) mempunyai dua metode yaitu
Regular Feeding dan Demand Feeding. Metode demand feeding yang digunakan yaitu pemasukan alumina (Al2O3) berdasarkan kebutuhan tungku reduksi. Konsentrasi
alumina (Al2O3) pada operasi tungku reduksi berkisar antara 2% - 4%. Konsentrasi
alumina (Al2O3) < 1% akan menyebabkan terjadinya efek anoda atau anode effect
(AE) dan konsentrasi alumina (Al2O3) > 5% menyebabkan lumpur di dalam tungku
THE EFFECT OF FEEDING ALUMINA
TO THE REDUCTION FURNACE OPERATION
AT PT INALUM KUALA TANJUNG
ABSTRACT
Production of liquid aluminum at PT INALUM require raw material is alumina (Al2O3). Feeding alumina (Al2O3) has two methods Regular Feeding and
Demand Feeding. Demand feeding method used is feeding alumina (Al2O3) based on
the needs of the reduction furnace. The concentration of alumina (Al2O3) on
the reduction furnace operation ranged between 2% - 4%. The concentration of alumina (Al2O3) <1% will result in anode effect (AE) and the concentration of
alumina (Al2O3) > 5% causes the sludge to the reduction furnace, both of which
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Alumina (Al O ) merupakan material utama dalam proses peleburan aluminium. Alumina diperoleh dari pengolahan biji bauksit dengan Proses Bayer yang terdiri dari tiga tahap reaksi, yaitu Proses Ekstraksi, Proses Dekomposisi, dan Proses Kalsinasi. Pada proses peleburan aluminium pada masing – masing tungku reduksi memiliki kebutuhan alumina yang berbeda – beda tergantung pada kondisi tungku reduksi itu sendiri.
Pemasukkan alumina (Feeding Alumina) diatur menggunakan Sistem Kontrol Proses atau Process Computer (Procom). Terdapat dua metoda dalam pengontrolan pemasukkan alumina yaitu Regular Feeding dan Demand Feeding. Kadar alumina di dalam tungku reduksi dapat mempengaruhi keadaan pot reduksi, di mana pada saat kekurangan alumina ≤ 1% akan mengalami Anode Effect (AE) dan ketika kelebihan alumina akan membentuk sludge di dalam tungku reduksi (PT. INALUM, 2011)
1.2. Permasalahan
1.3. Tujuan
a) Untuk mengetahui jumlah alumina yang masuk pada tungku reduksi
b) Untuk mengetahui dampak pada tungku reduksi akibat kekurangan dan kelebihan alumina
c) Untuk mengetahui kelebihan dan kekurangan metode Demand dan Regular Feeding
1.4. Manfaat
a) Dapat memberikan masukan bagi perusahaan dalam Sistem Pemasukkan Alumina sesuai dengan kebutuhan dan kondisi masing – masing tungku reduksi
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Aluminium
Aluminium adalah logam ringan yang cukup penting peranannya dalam kehidupan manusia. Aluminium merupakan unsur kimia golongan IIIA dalam sistem periodik unsur. Aluminium memiliki nomor atom 13 dan berat atom 26,9815 sma. Dalam udara bebas aluminium mudah teroksidasi membentuk lapisan tipis oksida yaitu Al2O3 yang tahan karat. Aluminium bersifat amfoter yang terkorosi dalam larutan asam maupun basa, tetapi pada pH 4-8 bersifat stabil (Anton J Hartono,1992).
Bahan dasar terpenting untuk pembuatan aluminium ialah bauksit, Bauksit ditemukan dalam bermacam-macam warna, antara lain putih, merah, kuning dan lain-lain. Di Eropa, bauksit banyak ditemukan di Prancis Italia, Rusia dan Hongaria. Bauksit juga banyak ditemukan di Afrika, Amerika, Asia, dan Australia. Melalui proses elektrolisa diperoleh derajat kemurnian sebesar 99,8%. Dari aluminium murni ini dihasilkan aluminium 99,998% melalui suatu elektrolisa khusus (elektrolisa tiga lapis).
Beberapa sifat dari aluminium murni yaitu berat jenisnya rendah sekitar 2,7 kg/dm3, berwarna putih seperti perak, mengkilap, memiliki daya hantar panas listrik yang baik, ketahanan karatnya tinggi. Aluminium menyelaputi diri di udara dengan sebuah lapisan oksida (pelindung) yang tidak mudah dirusak. Aluminium tidak tahan terhadap alkali dan asam. Karena kekerasannya rendah, aluminium kurang baik untuk diubah bentuk dengan penyerpihan dan cederung untuk melumas. Untuk ini diperlukan sudut serpih yang besar, kecepatan sayat yang tinggi dan bahan pelumas yang cocok.
Aluminium tidak beracun dan tidak magnetis, merupakan reflektor (pemantul balik) yang baik untuk panas, cahaya dan gelombang-gelombang elektromagnetis. Di dalam elektroteknik, disamping berbagai macam paduan aluminium dalam bentuk lembaran, pipa, batang, benda tuangan, dan profil untuk bahan konstruksi dan sambungan, aluminium dipakai pula dalam jumlah besar sebagai bahan penghantar aluminium. Dalam bentuk tali baja-aluminium digunakan untuk transmisi tegangan tinggi dengan pembebanan mekanis tertinggi. Kawat baja yang dilapis seng dan dipersatukan secara kokoh dengan aluminium dapat menghasilkan penghantar arus yang memiliki ketahanan yang tinggi.
2.1.1. Sejarah Aluminium
Pada tahun 1854, Henri Sainte-Claire Deville membuat aluminium dari natrium-aluminium klorida dengan jalan memanaskan dengan logam natrium. Proses ini beroperasi selama 35 tahun dan logamnya dijual dengan harga $ 220 per kilogram. Pada tahun 1886 Charles Hall mulai memproduksi aluminium dengan skala besar seperti sekarang, yaitu melalui elektrolisis alumina didalam kriolit (Na AlF ) lebur. Pada tahun itu pula, Paul Heroult mendapat hak paten dar Prancis untuk proses serupa dengan proses Hall. Hingga pada tahun 1893, produksi aluminium menurut cara Hall ini sudah sedemikian meningkat, sehingga harganya sudah jatuh menjadi $ 4,40 per kilogram. Industri ini berkembang dengan baik, berdasarkan suatu pasaran yang sehat dan berkembang atas dasar penelitian mengenai sifat-sifat aluminium dan cara-cara pemakaian yang ekonomis bagi bahan itu (Austin, G.T., 1990).
2.1.2. Sifat-sifat Aluminium
Dalam tiga dasawarsa terakhir ini aluminium telah menjadi salah satu logam industri yang paling luas penggunaannya di dunia. Aluminium banyak digunakan didalam semua sektor utama industri seperti angkutan, konstruksi, listrik, peti kemas dan kemasan, alat rumah tangga serta peralatan mekanis.
a. Ringan : memiliki bobot sekitar 1/3 dari bobot besi dan baja, atau tembaga dan karenanya banyak digunakan dalam industri transportasi seperti angkutan udara.
b. Kuat : terutama bila dipadu dengan logam lain. Digunakan untuk pembuatan produk yang memerlukan kekuatan tinggi seperti pesawat terbang, kapal laut, bejana tekan, kendaraan dan lain-lain.
c. Mudah dibentuk dengan semua proses pengerjaan logam. Mudah dirakit karena dapat disambung dengan logam/material lainnya melalui pengelasan, brazing,
solder, adhesive bonding, sambungan mekanis, atau dengan teknik penyambungan lainnya.
d. Tahan korosi : sifatnya durabel sehingga baik dipakai untuk lingkungan yang dipengaruhi oleh unsur-unsur seperti air, udara, suhu dan unsur-unsur kimia lainnya, baik di ruang angkasa atau bahkan sampai ke dasar laut.
f. Konduktor panas : sifat ini sangat baik untuk penggunaan pada mesin-mesin/alat-alat pemindah panas sehingga dapat memberikan penghematan energi.
g. Memantulkan sinar dan panas : Dapat dibuat sedemikian rupa sehingga memiliki kemampuan pantul yang tinggi yaitu sekitar 95% dibandingkan dengan kekuatan pantul sebuah cermin. Sifat pantul ini menjadikan aluminium sangat baik untuk peralatan penahan radiasi panas.
h. Non magnetik : dan karenanya sangat baik untuk penggunaan pada peralatan listrik atau elektronik, pemancar radio atau TV. dan lain-lain, dimana diperlukan faktor magnetisasi negatif.
i. Tak beracun : dan karenanya sangat baik untuk penggunaan pada industri makanan, minuman, dan obat-obatan, yaitu untuik peti kemas dan pembungkus.
k. Menarik : dan karena itu aluminium sering digunakan tanpa diberi proses pengerjaan akhir. Tampak permukaan aluminium sangat menarik dan karena itu cocok untuk perabot rumah (hiasan), bahan bangunan dan mobil. Disamping itu aluminium dapat diberi surface treatment, dapat dikilapkan, disikat atau dicat dengan berbagai warna, dan juga diberi proses anodisasi. Proses ini menghasilkan lapisan yang juga dapat melindungi logam dari goresan dan jenis abrasi lainnya.
l. Mampu diproses ulang-guna yaitu dengan mengolahnya kembali melalui proses peleburan dan selanjutnya dibentuk menjadi produk seperti yang diinginkan Proses ulang-guna ini dapat menghemat energi, modal dan bahan baku yang berharga (Daryus, A., 2008).
2.1.3. Kegunaan Aluminium
Campuran logam ini penting kegunaannya dalam konstruksi pesawat modern dan roket. Logam ini jika diuapkan di vakum membentuk lapisan yang memiliki reflektivitas tinggi untuk cahaya yang tampak dan radiasi panas. Lapisan ini menjaga logam dibawahnya dari proses oksidasi sehingga tidak menurunkan nilai logam yang dilapisi. Lapisan ini digunakan untuk memproteksi kaca teleskop dan kegunaan lainnya.
1. Senyawa
Senyawa yang memiliki kegunaan besar adalah aluminium oksida,sulfat, dan larutan sulfat dalam kalium. Oksida aluminium, alumina muncul secara alami sebagai
ruby, safir, corundum dan emery dan digunakan dalam pembuatan kaca dan tungku pemanas.
Aluminium oksida adalah sebuah senyawa kimia dari aluminium dan oksigen, dengan rumus kimia Al O Nama mineralnya adalah alumina, dan dalam bidang pertambangan, keramik dan teknik material senyawa ini lebih banyak disebut dengan nama alumina.
Aluminium oksida berperan penting dalam ketahanan logam aluminium terhadap perkaratan dengan udara. Logam aluminium sebenarnya amat mudah bereaksi dengan oksigen di udara. Aluminium bereaksi dengan oksigen membentuk aluminium oksida, yang terbentuk sebagai lapisan tipis yang dengan cepat menutupi permukaan aluminium. Lapisan ini melindungi logam aluminium dari oksidasi lebih lanjut Ketebalan lapisan ini dapat ditingkatkan melalui proses anodisasi. Beberapa alloy (paduan logam), seperti perunggu aluminium, memanfaatkan sifat ini dengan menambahkan aluminium pada alloy untuk meningkatkan ketahanan terhadap korosi.
Al O yang dihasilkan melalui anodisasi bersifat amorf, namun beberapa proses oksidasi seperti plasma electrolytic oxidation menghasilkan sebagian besar Al O dalam bentuk kristalin, yang meningkatkan kekerasannya. Secara alami, aluminium oksida terdapat dalam bentuk kristal corundum. Batu mulia rubi dan sapphire tersusun atas corundum dengan warna-warna khas yang disebabkan kadar ketidakmurnian dalam struktur corundum.
terdiri dari Al O , Fe O , and SiO yang tidak murni. Campuran ini dimurnikan terlebih dahulu melalui Proses Bayer:
Al O + 3 H O + 2 NaOH + panas → 2 NaAl( OH)
Fe O tidak larut dalam basa yang dihasilkan, sehingga bisa dipisahkan melalui penyaringan. SiO larut dalam bentuk silikat Si( ) . Ketika cairan yang dihasilkan didinginkan, terjadi endapan Al( OH) , sedangkan silikat masih larut dalam cairan tersebut. Al( OH) yang dihasilkan kemudian dipanaskan, dan yang terbentuk adalah alumina.
2Al( OH) + panas → Al O + 3 H O
2. Senyawa organo-aluminum
Senyawa-senyawa organo-aluminum digunakan dalam jumlah besar untuk polimerisasi olefin, dan di industri dihasilkan dari logam aluminum, hidrogen, dan olefin seperti reaksi berikut:
2Al + 3H + 6CH =CHR → Al ( CH = CHR)
Senyawa ini berupa dimer kecuali yang mengandung gugushidrokarbon yang meruah.
Misalnya, trimetilaluminum, Al2( CH )6, adalah dimer dengan gugus metil menjembatani atom aluminum dengan ikatan tuna elektron (Gambar 2.1). Senyawa organoaluminum sangat reaktif dan terbakar secara spontan di udara. Senyawa-senyawa ini bereaksi dengan hebat dengan air dan membentuk hidrokarbon jenuh, dengan aluminium berubah menjadi aluminium hidroksida sesuai reaksi berikut:
Al ( CH CH ) + 3 H O → Al( OH) + 3C H
Oleh karena itu, senyawa-senyawa ini harus ditangani di laboratorium dalam atmosfer yang inert sempurna.
Katalis Ziegler-Natta, yang terdiri atas senyawa organoaluminium dan senyawa logam transisi membuat fenomena dalam katalisis polimerisasi, katalis ini dikembangkan tahun 1950-an, dan dianugerahi Nobel tahun 1963. Senyawa alkil logam transisi terbentuk bila senyawa organoaluminum bereaksi dengan senyawa logam transisi. Senyawa alkil logam transisi yang terbentuk dapat diisolasi bila ligan penstabil terkordinasi dengan atom logam pusat.
2.2. Alumina
Alumina merupakan persenyawaan kimia antara logam aluminium dengan oksigen (Al O ). 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 2050˚C dan spesifikasi grafity 3,4 - 4,0.
Dalam industri peleburan aluminium, alumina memegang 3 fungsi penting yaitu :
2. sebagai insulasi termal untuk mengurangi kehilangan panas dari atas tungku reduksi, dan untuk mempertahankan temperatur operasi
3. melindungi anoda dari oksidasi udara
Dalam pembuatannya, alumina dapat di buat dengan beberapa proses salah satunya dengan proses bayer. Proses pembuatan alumina (Al O ) dari bijih bauksit dengan proses bayer. Proses bayer terdiri dari tiga tahap reaksi yaitu :
a. Proses Ekstraksi
Al O . xH O + 2NaOH → 2NaAlO + (x+1)H O b. Proses Dekomposisi
2NaAlO + 4H O → 2NaOH + Al O .3H O c. Proses Kalsinasi
Al O .3H O + Kalor Al O + H O
Pada proses kalsinasi akan dihasilkan 2 jenis alumina, yaitu :
1. Alumina Sandy, yaitu alumina yang diperoleh dengan kalsinasi jika operasi berlangsung pada temperatur rendah.
Tabel 2.1 Perbedaan Sifat Alumina Sandy dan Floury
Tipe Oksida Satuan Sandy Floury Keterangan
Alumina % 5 90 By X - Ray
Spesific Surface Area m2/g 40-80 Particle Size
+ 150 mesh % 25 min
- 325 mesh % 12,0 maks
Angle of Refuse Deg 30-34
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 (Na AlF ) pada suhu ± 960ºC. ampere tinggi, volt rendah dan listrik aktif di aliri melelui wadah berisi anoda karbon yang terendam dalam larutan alaktrolit.
2 Al O (solution) + 3C (s) → 4 Al (l) + 3CO (g)
Mekanisme yang terjadi dalam proses tersebut adalah alumina diumpankan kedalam elektrolit dan terpisah menjadi ion aluminium yang bermuatan positif (Al ) dan ion oksigen yang bermuatan negatif (O ). Arus searah dialirkan ke dalam 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 kearah katoda, lalu akan kehilangan muatannya membentuk aluminium.
Kondisi operasi sel elektrolisis di industri pada umumnya dapat dilihat pada tabel 2.3. Kondisi operasi ini meliputi temperature bath, komposisi bath, jarak antara anoda dan katoda, tegangan sel, rapat arus, dan kedalaman logam cair.
Tabel 2.3 Kondisi Operasi Sel Reduksi
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 terbuat dari bahan karbon (Grjotheim, K., 1988).
2.3.1. Mekanisme Elektrolisa Hall-Heroult
Produksi aluminium dilakukan dalam sel elektrolisis atau pot. Alumina (Al O ) dipisahkan dalam elektrolit cair (bath) pada temperatur 960 C di dalam sel baja segiempat yang besar yang saling berjajar dengan katoda blok karbon dan dilapisi
bricks. Aliran listrik searah (direct current, DC) dengan arus yang tinggi dan tegangan yang rendah dilewatkan melalui blok karbon (anoda) yang dicelupkan dalam elektrolit cair (bath), kemudian melewati lapisan aluminium cair (molten) yang mengumpul diatas katoda karbon pada bagian bawah sel, lalu selanjutnya menuju ke katoda. Batang baja dalam blok katoda membawa aliran listrik ke sel selanjutnya melalui sistem busbar aluminium.
Rapat arus 0,7-1,2 A/cm
Elektrolisis Al O terjadi dalam lapisan elektrolit cair (bath) yaitu lapisan diantara anoda dan metal cair. Ion aluminium dalam Al O direduksi untuk membentuk aluminium cair, yang kemudian mengumpul diatas katoda pada bagian bawah sel. Ion oksida bereaksi dengan anoda karbon dan menghasilkan karbondioksida. Ini dikenal sebagai proses Hall-Heroult yang ditunjukkan oleh reaksi:
2Al O + 3C → 4Al + 3CO
Aluminium cair dihisap (tapping) dari sel kedalam “ceret” raksasa dan di bawa ke pabrik pencetakan (casthouse) dimana, aluminium cair itu akan dibentuk menjadi ingot untuk diproses lebih lanjut
Dalam industri peleburan aluminium, ada terdapat dua jenis tungku reduksi yang dipergunakan yaitu Prebaked Anode Furnace (PAF) dan Soderberg Anode Furnace (SAF). Perbedaan kedua tipe tungku tersebut terletak pada cara pemanggangan anodanya, dalam sistem PAF anoda dipanggang terlebih dahulu (prebaked) sebelum dipergunakan. Sedangkan pada sistem SAF tidak dilakukan pemanggangan pendahuluan, melainkan dimasukkan langsung ke dalam tungku reduksi. Pabrik peleburan aluminium di Kuala Tanjung menggunakan sistem PAF yang telah dikembangkan oleh Sumitomo Aluminium Smelting Co.Ltd (Siahaan,B., 1985).
Pre Baked (CWPB). Arus listrik searah (DC) yang digunakan sebesar 188-200 kA (sekarang ini kapasitas terpasang di INALUM adalah 190,3 kA), dengan tegangan tiap pot (tungku reduksi) sekitar 4,2-4,4 volt. Pot satu dengan pot lainnya dihubungkan secara listrik seri dan diletakkan bersisian (Side by Side). Daya yang digunakan untuk satu pot kira-kira setara dengan 1600 rumah berdaya listrik 500 watt.
Reaksi keseluruhan pada industri elektrolisis alumina menggunakan anoda karbon adalah sebagai berikut:
Dari reaksi diatas terbukti bahwa Al akan bergerak ke katoda, sedangkan O akan bergerak menuju anoda.
Reaksi pada katoda : Al + 3e→Al( l)
Reaksi pada anoda : 2O → O + 4e
Lalu selanjutnya O akan bereaksi dengan karbon anoda:
C( s) + O ( g) →CO ( g)
Dari proses peleburan aluminium ini, selain menghasilkan gas CO dan CO, dihasilkan pula gas HF yang diketahui sangat berbahaya bagi kesehatan, melalui reaksi:
2AlF + 3H O→ Al O + 6HF, dan
2Na AlF ( )+ 3H O( ) → 2Al O ( ) + 6NaF( ) + HF( )
Gas-gas yang dihasilkan selanjutnya akan dihisap oleh main exhaust fan dan masuk ke dalam DSS (Dry Scrubbing System), dimana sistem ini berfungsi menyaring debu dan mengadsorbsi gas flourida yang berasal dari pot reduksi (gas HF akan bereaksi dengan
fresh alumina yang berasal dari silo dan menghasilkan reacted alumina). Selanjutnya gas-gas yang sudah bersih tersebut dibuang ke atmosfer melalui exhaust stack
(PT.INALUM, 2011).
2.3.2. Jenis Sel yang digunakan dalam proses Hall-Heroult
penghantar anoda yang dapat bergerak sehingga sisi vertikalnya dapat diukur. Blok-blok anoda yang prapanggangg dibuat dari campuran kokas migas kalsinasi berkadar abu rendah dengan pitch atau ter dan dicetak dalam press hidraulik,kemudian dipanggang sampai suhu 1100ºC.
Sel anoda soderberg mempunyai anoda tunggal yang besar yangmengisi sebagian besar lubang sel. Anoda itu ditempatkan di dalam rumahan baja yang terbuka, yang mempunyai dinding vertical.Anoda itu dipasangkan melalui rumahan tersebut ke dalam kriolit. Pada waktu sel itu dioperasikan untuk pertama kali, suhunya dinaikkan dengan menggunakan pemanasan tahanan listrik sampai mencapai suhu operasi., anoda itu kemudian dihubungkan dengan lapisan partikel kokas pada dasar lubang sel. Arus listrik kemudian dilewatkan melalui sel yang mengalami hubungan singkat itu sampai mencapai suhu yang dikehendaki.
Bahan elektrolit ditambahkan melalui lubang sel disekitar anoda. Pada waktu bahan ini berangsur-angsur melebur, anoda itu dinaikkan sehingga selnya beroperasi. Biasanya jarak anoda dan katoda kira-kira 5cm. Elektrolit lebur itu terdiri terutama dari kriolit (3NaF.AlF ) dan sisanya AlF serta CaF 6% sampai 10% berat dan Al O
2.4. Kebutuhan Alumina
Selama beroperasinya sel, terjadi pembentukan kerak di atas permukaan penangas lebur. Alumina ditambahkan ke atas kerak ini dan alumina akan mengalami pemanasan selanjutnya melepaskan kandungan airnya. Kerak itu dipecahkan secara berkala dan alumina itu diaduk ke dalam penangas agar konsentrasinya tetap berada di sekitar 2% sampai 6%. Kebutuhan teoritis alumina adalah 1,89 per kilogram aluminium. Tetapi dalam prakteknya, angkanya kira-kira 1,91. bila kadar alumina di dalam penangas itu sudah berkurang dan efek anoda berlangsung pada anoda itu terbentuk suatu lapisan tipis karbon tetrafluorida di penangas itu tidak dapat lagi membatasi permukaan anoda. Dalam hal ini voltase sel akan naik dan ini terlihat dari lampu peringatan atau lonceng yang dihubungkan dengan sel dan hanya bekerja jika sel beroperasi tidak normal. Bila ini terjadi, alumina kemudian diadukkan ke dalam sel, walaupun waktunya bukanlah waktu penambahan berkala yang direncanakan. Mengenai mekanisme yang sebenarnya dari pelarutan alumina di dalam penangas dan bagaimana mekanisme dekomposisi elektrolitnya masih belum jelas. Tetapi pada akhirnya ialah pembebasan oksigen pada anoda dan pengendapan logam aluminium pada katoda. Oksigen itu bergabung dengan anoda karbon menghasilkan CO dan CO
2.5. Pengelolaan Material Alumina
Bahan-bahan untuk keperluan produksi aluminium pertama sekali didatangkan menggunakan kapal melalui pelabuhan. Bahan-bahan tersebut adalah fresh alumina, kokas (coke) dan hard pitch. Fresh alumina akan dimasukkan ke dalam silo alumina, kokas ke dalam silo kokas dan pitch ke dalam pitch storage house.
Bahan baku untuk keperluan di gedung reduksi berupa fresh alumina dibawa menggunakan belt conveyor ke dalam silo alumina yang berjumlah 3 unit dan masing-masing silo berkapasitas 20.000 ton, kemudian dibawa ke Dry ScrubbingSystem
Flowsheet aliran material alumina dapat dilihat pada Gambar 2.2 sebagai berikut :
Gambar 2.2 Flowsheet Aliran Material Alumina
ALUM INA
SILO
DRY
SCRUBBER FRESH ALUM I NA
REACTED
ALUM I NA
BIN
DAY BIN
DISTRIBU TION
BI N
ACC
POT
2.5.1. Pemasukan Alumina
Alumina feeding sebagian besar biasanya terdapat dalam prosedur sel Hall-Heroult. Jadi, ini dilakukan dengan pengisian dan bentuk yang sangat berbeda dari operasi yang strategis.
Grjotheim telah menjelaskan beberapa karakteristik dan konsekuensi termal untuk tipe aluminium yang berbeda, gambarannya sangat berbeda untuk karakteristik break and feed, kebutuhan panas dan kecenderungan endapannya (sludge), awalnya menunjukkan keuntungan dari teknik feeding tersebut. Keuntungan-keuntungan ini mungkin secara ringkas yang terdapat dibawah ini :
a. Dalam pembentukan lumpur atau endapan (sludge) dapat diperkecil b. Konsentrasi alumina (Al O ) di dalam bath dapat dijaga konstan c. Bilangan dari anode effect (AE) dapat menurun secara drastis
Aplikasi dari proses pengontrolan alumina (Al O ) adalah bentuk dari asumsi bahwa kehabisan dari alumina (Al O ) dengan waktu tertentu. Strategi pengontrolan digunakan untuk menjaga konsentrasi alumina (Al O ) di dalam bath dibagian sempit dengan konsentrasi (± 0,5 % massa) dalam alumina (Al O ) yang rendah pada sisi sel yang minimum.
mempunyai waktu interval yang berlainan. Pada waktu periode tertentu alumina (Al O ) yang masuk ke dalam interval waktu yang singkat kepada aliran normal dari pemakaian alumina (Al O ) dalam sel dan pada periode alumina (Al O ) yang lain pemasukan alumina (Al O ) pada interval yang lama (underfeeding) (Grjotheim, K., 1988).
2.5.2. Metode Pemasukan Alumina
Pemasukan Alumina (Al O ) pada PT. Inalum memiliki dua metode, yaitu
Metode Demand Feeding memeiliki pembagian pada waktu dan takaran pada pemasukkan alumina (Al O ) untuk mengetahui kapan kondisi pot lapar dan kelebihan alumina (Al O ) . Siklus pembagian metode Demand Feeding dapat dilihat pada tabel 2.4.
Tabel 2.4. Pembagian Demand Feeding
Over Feeding Under Feeding
Alumina (Al O ) sebelum masuk ke dalam pot kerak tengah akan dipecah oleh
teeth blade agar alumina (Al O ) dapat masuk dan tidak menumpuk dibagian anoda.
Gambar 2.3 Teeth Blade Memecah Kerak Tengah
2.6. Anode Effect (AE)
menyebabkan kriolit berhenti membasahi anoda dan gelembung gas akan berkumpul di permukaan anoda., dan bila lapisan ini pecah, maka akan menimbulkan percikan bungan api atau funkenentladung (bahasa German), sehingga anode effect disebut para operatur juga sebagai funken.
Anode effect dapat menyebabkan terhambatnya aliran arus dari anoda ke katoda. Anosda effect dapat menyebabkan peningkatkan tegangan permukaan pada anoda atau lapisan elektrolit yang berada pada kerapatan arus kritis. Selain itu kekntalan juga mempengaruhi terjadinya Anode effect karena gelembung gas pada anoda sulit bergerak ke luar. Kekentalan yang tinggi terjadi karena rendahnya temperatur operasi.
Jika selama proses elektrolisa kandungan alumina dalam kriolit rendah, maka akan menyebabkan sudut pembasahan anoda oleh kriolit besar. Akibatnya gelembung-gelembung gas mudah berkumpul pada permukaan anoda yang berada dalam kriolit. Jika hal tersebut sering terjadi dalam pot, maka operasi tidak akan stabil dan akan mempengaruhi produksi dan CE (Current Efficiency) akan rendah.
BAB III
BAHAN DAN METODE
3.1. Alat dan Bahan
3.1.1. Alat
- Belt Convenyor Sumitomo - Silo
- Dry Srubbing System - Air Slide
- Main Exhaust Fan Sumitomo - Bag Filter
- Exhaust Stack
- Day Bin - Distribusi Bin
- Anode Changing Crane (ACC) Sumitomo - Hopper Pot
- Gate
- Teeth Blade - Tungku Reduksi
3.1.2. Bahan
- Fresh Alumina - HF( )
- Reacted Alumina
3.2. Prosedur
- Dialirkan fresh alumina dari silo melalui air slide ke Dry Srubbing System
- Direaksikan fresh alumina dengan gas buang Hidrogen Flourida (HF) dari pot operasi yang dihisap menggunakan main exhaust fan
- Disaring alumina yang bereaksi di dalam bag filter
- Dibuang udara bersih melalui exhaust stack
- Dihembus alumina yang menempel di kain bag filter secara periodik dengan udara bertekanan rendah dari reverse flow fan untuk menjaga tekanan di dalam
bag filter
- Ditampung alumina yang jatuh di dalam hopper bag filter
- Dialirkan dan disirkulasikan kembali ke dalam reaktor untuk berekasi kembali dengan gas buang HF
- Dikeluarkan dan dialirkan alumina dari hopper bag filter memakai belt conveyor menuju day bin
- Dimasukkan ke dalam distribusi bin dengan menggunakan air slide
- Dimasukkan ke dalam hopper pot dari distribusi bin dengan menggunakan ACC (Anode Changing Crane)
- Dipecah kerak tengah di dalam pot menggunakan teeth blade alumina dari
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Hasil
Hasil pengamatan kondisi tungku reduksi pada proses elektrolisa di PT. INALUM terdapat pada tabel 4.1 di bawah ini :
Tabel 4.1. Hasil Pengamatan Kondisi Tungku Reduksi Pada Proses Elektrolisa
Keterangan
Anoda Effect : Tegangan listrik tungku reduksi naik secara tiba – tiba sampai > 10 volt karena kandungan Al2O3 terlalu rendah ( ≤ 1%)
Demand Feeding : Memasukkan Al2O3 sesuai kebutuhan 4.2. Perhitungan
- Perhitungan teoritis alumina (Al2O3) yang masuk kedalam tungku reduksi
Dik: I =190 kA CE =92% n =1 t =24 jam
P= 0,3354 x I x CE x n x t
= 0,3354 x 190 kA x 92% x 1 x 24 jam = 1407,07 kg
Alumina (Al2O3) yang masuk/hari
1407,07 x 1,89 = 2659,36 kg Al2O3/24 jam
Alumina (Al2O3) yang masuk/menit
4.3. Pembahasan
Metode pemasukan alumina (Al2O3) di PT INALUM terdapat dua metode
yaitu Regular Feeding dan Demand Feeding. Regular Feeding merupakan pemasukkan alumina (Al2O3) berdasarkan konsumsi secara teoritis sedangkan
Demand Feeding merupakan pemasukan alumina (Al2O3) sesuai kebutuhan.Metode
Demand Feeding yang sekarang lebih digunakan oleh PT INALUM, metode ini terbagi dua yaitu Over Feeding yaitu menambah pemasukan agar pot dalam kondisi kecukupan Al2O3, dan Under Feeding mengurangi pemasukan agar pot dalam kondisi
kekurangan Al2O3 tapi tidak sampai terjadi AE. Pembagian demand feeding seperti
pada tabel 4.1. terjadi over feeding A dan B (OA,OB) dan under feeding A dan B (UA,UB). Metode demand feeding ini dimaksudkan untuk mengetahui kapan kondisi pot pada saat kelebihan dan kekurangan alumina (Al2O3).
Kekurangan alumina (Al2O3) dibawah 1% akan menyebabkan terjadinya efek
anoda atau anode effect (AE). AE akan menjadi masalah buat pot karena voltase di dalam pot akan naik dan menyebabkan terjadinya gangguan pada pot dan AE harus segera ditanggulangi. Seperti pada tabel 4.2. pemasukan alumina (Al2O3) dan siklus
demand feeding yang sedikit akan menyebabkan terjadinya kemungkinan AE lebih banyak terjadi segera dilakukan penambahan alumina (Al2O3) sebagai salah satu cara
fluktuasi voltase (noise) menjadi besar nilainya. Kelebihan alumina (Al2O3) juga
menjadi masalah di dalam pot yaitu menyebabkan terbentuknya lumpur (sludge) yang juga berpengaruh terhadap kinerja di dalam tungku reduksi. Pada saat voltase di dalam pot naik maka pot akan membutuhkan alumina (Al2O3) dan voltase turun pot tidak
membutuhkan alumina (Al2O3).
Gambar 4.1. Hubungan Voltase dengan Konsentrasi Alumina (Al2O3)
Konsentrasi alumina (Al2O3) yang dimasukkan dan efisensi arus atau current
efficiency (CE) akan berpengaruh pada produktivitas aluminium yang dihasilkan. Pemasukan alumina (Al2O3) yang banyak belum tentu dapat menghasilkan aluminium
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
- Jumlah alumina (Al2O3) yang masuk dalam tungku reduksi secara teoritis adalah
1529,42 Kg / hari, tapi secara aktual jumlah alumina (Al2O3) yang masuk dalam
tungku reduksi berbeda – beda tergantung pada kondisi tungku reduksi.
- Kekurangan alumina (Al2O3) dibawah 1% akan menyebabkan terjadinya efek
anoda (AE) dan kelebihan alumina (Al2O3) akan menyebabkan terbentuknya
lumpur (sludge) yang dapat mengurangi produksi aluminium.
- Kelebihan demand feeding mengetahui kapan kondisi pot pada saat kekurangan dan kelebihan alumina (Al2O3), menjaga konsentrasi alumina (Al2O3) dan
memastikannya terkonsumsi kekurangan metode ini adalah pot sering mengalami anode effect. Kelebihan Regular Feeding pot menerima Al2O3 tepat waktu
5.2. Saran
- Konsentrasi alumina (Al2O3) di dalam pot harus dijaga dan dikontrol antara 2% -
4% agar tidak terjadi kekurangan dan kelebihan alumina (Al2O3).
DAFTAR PUSTAKA
Alcan Alesa Engineering, Ltd., (2007), Electrolysis Seminar, Max-Hogger, Switzerland.
Anton, J., (1992), Mengenal Lapisan Logam, Edisi Pertama, Andi off set, Yogyakarta. Austin, G, T., (1990), Industri Proses Kimia, Erlangga, Jakarta.
Daryus, A., (2008), Proses Produksi, Universitas Darma Persada, Jakarta.
Grjotheim, Kai and B.L. Welc., (1988), Aluminium Smelter Technology, Second Edition, Aluminium Verlag, Desserldorf.
PT.INALUM., (2011), Modul OJT SRC : Operasi Tungku Reduksi Dan Pendukungnya, PT.INALUM, Asahan.
