PENGARUH KONSENTRASI FEEDING ALUMINA TERHADAP PRODUKTIVITAS ALUMINIUM CAIR PADA TUNGKU REDUKSI
DI PT INALUM KUALA TANJUNG
TUGAS AKHIR
ANUGRAH MUNAWIR PERDANA LUBIS 082409046
DEPARTEMEN KIMIA
PROGRAM STUDI DIPLOMA III KIMIA INDUSTRI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
PENGARUH KONSENTRASI FEEDING ALUMINA TERHADAP PRODUKTIVITAS ALUMINIUM CAIR PADA TUNGKU REDUKSI
DI PT INALUM KUALA TANJUNG
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Ahli Madya
ANUGRAH MUNAWIR PERDANA LUBIS 082409046
DEPARTEMEN KIMIA
PROGRAM STUDI DIPLOMA III KIMIA INDUSTRI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
PERSETUJUAN
Judul : PENGARUH KONSENTRASI FEEDING ALUMINA TERHADAP PRODUKTIVITAS ALUMINIUM CAIR PADA TUNGKU REDUKSI DI PT INALUM KUALA TANJUNG
Nama : ANUGRAH MUNAWIR PERDANA LUBIS Nomor Induk Mahasiswa : 082409046
Program Studi : KIMIA INDUSTRI D-3 Departemen : KIMIA
Fakultas : MATEMATIKA DAN ILMU
PENGETAHUAN ALAM (FMIPA) UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Disetujui di Medan, Mei 2011
Diketahui / Disetujui
Program Studi D3 Kimia Dosen Pembimbing Ketua,
Dra.Emma Zaidar Nst,M.Si Dr. Yuniarti Yusak, MS NIP : 195512181987012001 NIP : 130809726
Departemen KIMIA FMIPA USU Ketua,
PERNYATAAN
PENGARUH KONSENTRASI FEEDING ALUMINA TERHADAP PRODUKTIVITAS ALUMINIUM CAIR PADA TUNGKU REDUKSI
DI PT INALUM KUALA TANJUNG
KARYA ILMIAH
Saya mengakui bahwa karya ilmiah ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya
Medan, Juni 2011
PENGHARGAAN
Puji syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah yang berjudul “ PENGARUH KONSENTRASI FEEDING ALUMINA TERHADAP PRODUKTIVITAS ALUMINIUM CAIR PADA TUNGKU REDUKSI DI PT INALUM KUALA TANJUNG “.
Karya ilmiah ini disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Ahli Madya pada program studi Kimia Industri D-3 Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Kedua orang tua Ayahanda Amin Syahbana Lubis, Ibunda Bintanur Harahap dan Adinda Aulia Fadhli Sani Lubis beserta seluruh keluarga tercinta yang banyak memberikan dukungan moril dan materil serta doa yang tidak henti-hentinya untuk penulis
2. Ibu Dr. Yuniarti Yusak, MS selaku dosen pembimbing yang bersedia meluangkan waktu, tenaga dan pikiran untuk membantu penulis menyelesaikan karya ilmiah ini
4. Ibu DR. Rumondang Bulan, MS selaku ketua Departemen Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara
5. Ibu Dra. Emma Zaidar, M.Si selaku ketua program studi DIII Kimia Industri Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara 6. Seluruh staff pengajar dan pegawai Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan
Alam Universitas Sumatera Utara
7. PT. INALUM atas kesempatan yang diberikan keepada penulis untuk melaksakan Praktek Kerja Lapangan
8. Pimpinan managerial, staff dan seluruh karyawan PT. INALUM, khususnya Bapak Faisal Amri, Faisal Hidayat, Syafri dan Damianus yang bersedia membimbing penulis selama melaksakan Praktek Kerja Lapangan
9. Rekan-rekan di Kimia Industri 2008 dan Teknik Kimia 2007 yang telah memberikan informasi dan dukungan kepada penulis dalam menyelesaikan karya ilmiah ini
10.Semua pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan karya ilmiah ini yang tidak mungkin penulis sebutkan satu persatu
Penulis menyadari bahwa Karya Ilmiah ini masih terdapat kekurangan dan masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karea itu penulis mengharapkan kritikan dan saran yang membangun demi kesempurnaan Karya Ilmiah ini. Semoga Karya Ilmiah ini bermanfaat bagi kita semua.
Medan, Juni 2011
ABSTRAK
The Effect of Feeding Alumina Concentration to Liquid Aluminum Productivity in Reduction Stove
At PT INALUM KUALA TANJUNG
ABSTRACT
DAFTAR ISI
Halaman
PERSETUJUAN iii
PERNYATAAN iv
PENGHARGAAN v
ABSTRAK vii
ABSTRACT viii
DAFTAR ISI ix
DAFTAR TABEL xi
DARTAR GAMBAR xii
BAB 1 PENDAHULUAN 1
1.1Latar Belakang 1
1.2Permasalahan 2
1.3Tujuan 2
1.4Manfaat 3
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 4
2.1 Sejarah Aluminium 4
2.2 Sifat-sifat Aluminium 5
2.3 Diagram Alir Bahan Baku 7
2.4 Alumina (Al2O3) 9 2.4.1. Kebutuhan Alumina 10
2.4.2. Feeding Alumina 11
2.5 Aluminium Florida (AlF3) 12 2.6 Kriolit/Bath (Na3AlF6) 13
2.7 Elektrolisa 15
2.8 Proses Hall-Heroult 17
2.9 Anode effect 18
BAB 3 BAHAN DAN METODE 20
3.2 Bahan-bahan 20
3.3 Prosedur Kerja 20
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 22
4.1 Data Percobaan 22
4.2 Perhitungan 22
4.3 Pembahasan 23
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 25
5.1 Kesimpulan 25
5.2 Saran 25
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Perbedaan sifat Alumina Sandy dan Floury 10
Tabel 2.2. Spesifikasi AlF3 13
Tabel 2.3 Komponen Bath Pada Dapur Peleburan di PT INALUM 15
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 2.1. Aliran Material 8 Gambar 2.2 Proses peleburan Al2O3 menjadi aluminium dengan 18
ABSTRAK
The Effect of Feeding Alumina Concentration to Liquid Aluminum Productivity in Reduction Stove
At PT INALUM KUALA TANJUNG
ABSTRACT
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.Latar Belakang
PT INALUM adalah perusahan patungan antara pemerintah Indonesia dengan 12
perusahaan Jepang yang tergabung dalam NAA (Nippon Asahan Aluminium), dengan
perbandingan saham 41,12% untuk pemerintah Indonesia dan 59,88% untuk NAA. PT
INALUM adalah satu-satunya perusahaan peleburan aluinium di Indonesia bahkan di
Asia Tenggara.
PT INALUM memproduksi aluminium melalui proses elektrolisa yang
menggunakan prinsip Hall-Heroult. Bahan baku yang digunakan untuk memproduksi
aluminium ini adalah alumina yang diperoleh dari biji-biji bauksit melalui proses Bayer.
Aluminium mempunyai titik lebur 2000oC, namun dengan proses elektrolisa
metode Hall-Heroult yang menggunakan larutan kriolit (Na3AlF6), aluminium dapat
diperoleh pada temperatur 1000oC , dan dengan memasukkan zat additif seperti AlF3,
CaF2 dan bahan-bahan lain yang mungkin terdapat di dalam bahan baku, maka aluminium
Pengaturan konsentrasi alumina dalam larutan kriolit adalah salah satu bagian
yang terpenting dalam berlangsungnya proses elektrolisa, konsentrasi alumina di dalam
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Sejarah aluminium
Aluminium adalah logam yang terbanyak di dunia. Logam 8 % dari bagian pada
kerak bumi. Boleh dikatakan setiap negara mempunyai persediaan bahan yang
mengandung aluminium, tetapi proses untuk mendapatkan aluminium logam dari
kebanyakan bahan itu masih belum ekonomis. Logam aluminium pertama kali dibuat
dalam bentuk murni oleh Oersted, pada tahun 1825, yang memanaskan ammonium
klorida NH4Cl dengan amalgam kalium-raksa (K-Hg).
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 (Na3AlF6) 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
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)
2.2. 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.
Penggunaan aluminium yang luas disebabkan aluminium memiliki sifat-sifat yang
lebih baik dari logam lainnya seperti :
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
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.
e. 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.
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/elektronik, pemancar radio/TV. dan lain-lain, dimana diperlukan faktor
magnetisasi negatif.
i. Tak beracun : dan karenanya sangat baik untuk penggunaan pada industri
j. Memiliki ketangguhan yang baik : dalam keadaan dingin dan tidak seperti
logam lainnya yang menjadi getas bila didinginkan. Sifat ini sangat baik untuk
penggunaan pada pemrosesan maupun transportasi LNG dimana suhu gas cair
LNG ini dapat mencapai dibawah -150 oC.
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)
2.3. Diagram Alir Bahan Baku
Bahan-bahan untuk keperluan produksi Aluminium pertama sekali didatangkan
melalui pelabuhan. Bahan-bahan tersebut adalah alumina, kokas, hard pitch. Alumina
pitch kedalam pitch storage house. Pemasukan bahan-bahan tersebut menggunakan belt
conveyer.
Alumina yang berada didalam silo alumina 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.
Kokas yang ada dalam silo kokas akan bercampur dengan butt (puntung anoda)
dan mengalami pemanasan. Kemudian dicampur dengan hard pitch yang 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 Anode Baking Plant.
Blok-blok anoda kemudian akan dipasangi tangkai (anode assembly) di Anode
Baking Plant. Anoda tersebut kemudian akan dikirimkan ke 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
alumina dan dibersihkan lalu dibuang melalui cerobong gas cleaning system. Aluminium
cair (molten) yang dihasilkan dibawa ke Casting Shop menggunakan Metal Transport
Car (MTC). Di casting shop aluminium cair dimasukkan kedalam holding furnace, lalu
dituang ke casting machine untuk dicetak menjadi ingot aluminium dengan berat
masing-masing ingot seberat 50 lbs (22,7 kg).
Gambar 2.1. Aliran Material
2.4. Alumina (Al2O3)
Bahan baku utama untuk pengolahan aluminium adalah alumina. Alumina(Al2O3)
diperoleh dari pengolahan biji bauksit dengan proses bayer. Proses bayer terdiri dari tiga
a. Proses Ekstraksi
Al2O3.xH2O + 2 NaOH 2NaAlO2 + (x+1) H2O
b. Proses Dekomposisi
2NaAlO2 + 4 H2O 2NaOH + Al2O3.3H2O
c. Proses Kalsinasi
Al2O3.3H2O + Kalor Al2O3 + H2O
Pada proses kalsinasi akan dihasilkan 2 jenis alumina, yaitu :
1. Alumina Sandy, yaitu alumina yang diperoleh dengan kalsinasi jika operasi
berlangsung pada temperature rendah.
2. Alumina Fluory, yaitu alumina yang diperoleh dengan proses kalsinasi jika
Tabel 2.1 Perbedaan sifat Alumina Sandy dan Floury
(Anonymous, 1998)
2.4.1. 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 Tipe Oksida Satuan Sandy Floury Keterangan
Alumina % 5 90 By X-Ray
Hilang Pijar % 1.9 0,2 1100 oC
Berat jenis g.cm-3 3.50 3.90
Bulk Density Loose g.cm 1.3 1.0
Bulk Density Packeed g.cm 1.3 2 BET
Permukaan Spesifik m2.g-1 42
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 CO2 tetapi kebanyakan adalah CO2.
(Austin G T.,1990)
2.4.2. Feeding 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 :
b. Konsentrasi alumina (Al2O3) didalam bath dapat dijaga tetap konstan.
c. Bilangan dari anode effect (AE) dapat menurun secara drastis.
Aplikasi dari proses pengontrolan alumina (Al2O3) adalah bentuk dari asumsi bahwa
kehabisan dari alumina (Al2O3) dengan waktu tertentu. Strategi pengontrolan digunakan
untuk menjaga konsentrasi alumina (Al2O3) di dalam bath dibagian sempit dengan
konsentrasi (+ 0,5 % massa) dalam alumina (Al2O3) yang rendah pada sisi sel yang
minimum.
Aliran / kecepatan feeding cocok dengan pertambahan berat unit per waktu, tetapi
karena pembuangan yang lain mempunyai berat yang sama, dan itu tentu mempunyai
waktu interval yang berlainan. Pada waktu periode tertentu alumina (Al2O3) yang masuk
ke dalam interval waktu yang singkat kepada aliran normal dari pemakaian alumina
(Al2O3) dalam sel dan pada periode alumina (Al2O3) yang lain pemasukan alumina
(Al2O3) pada interval yang lama (underfeeding).
(Grjotheim, K., 1998)
2.5. 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
Tabel 2.2. Spesifikasi AlF3
Item Unit Spesifikasi
AlF3 % 93 min
SiO2 % 0,25 max
P2O5 % 0,02 max
Fe2O3 % 0,07 max
Moisture (Water Content) % 0,35 max
Loss on Ignitation 300-1000oC % 0,85 max
Bulk density gram/cc 0,7 min
Particle Size (Tyler Mesh) Typical
+ 150 mesh % 25-60
+ 200 mesh % 50-75
+ 320 mesh % 75 min
2.6. Kriolit/bath (Na3AlF6)
Dalam proses peleburan aluminium secara elektrolisa, media penghantar arus
listrik yang digunakan yaitu elektrolit. Bahan baku utama dari elektrolit yang digunakan
untuk peleburan aluminium adalah kriolit (Na3AlF6) disamping bahan-bahan tambahan
Bath adalah leburan dari kriolit (Na3AlF6) yang terionisasi menjadi ion sodium
(ion positif) dan ion heksafluoroaluminat (ion (-)) :
(Na3AlF6) 3 Na+ + AlF6
3-Ion-ion heksafluoroaluminat akan terurai lagi menjadi :
AlF63- AlF52- + F
-2 e + AlF63- AlF54- + F
-Leburan kriolit sangat baik sebagai pelarut alumina (Al2O3) karena ion-ion AlF63- reaktif
terhadap alumina (Al2O3).
Pada konsentrasi alumina (Al2O3) yang rendah, reaksi yang terjadi yaitu :
Al2O3 + 4 AlF63- 3 Al2OF62- + 6 F
-Pada konsentrasi alumina (Al2O3) yang tinggi, reaksi yang terjadi yaitu :
2 Al2O3 + 2 AlF63- 3 Al2O2F4
2-Ion-ion yang ada di dalam bath yaitu :
Na+, F- ,AlF4-, AlF52-, AlF63-, Al2OF62-, Al2O2F42-
Ion dengan muatan positif (+) akan tertarik ke katoda dan yang bermuatan negatif (-) akan
tertarik ke anoda. Ion Na+ membawa 95 % - 99 % arus listrik, sisanya ion F-. Sifat-sifat
yang diperlukan untuk kriolit (Na3AlF6) adalah :
Memiliki temperatur kristalisasi primer rendah, yang berguna untuk :
a. Menghindari terjadinya reoksidasi
Memiliki konduktivitas listrik baik, yang berguna untuk :
a. Ikut menurunkan temperatur bath
b. Memperbaiki produktivitas
c. Dapat melarutkan alumina (Al2O3) dalam jumlah yang besar.
d. Memiliki berat jenis yang rendah, yang berguna untuk agar metal dan bath
terpisah
e. Stabil dalam keadaan cair
f. Memiliki tegangan permukaan yang baik dimana dapat mengurangi reoksidasi
Memiliki viskositas yang sesuai (6,7 cp pada T = 1000o C), yang berguna untuk :
a. Mengurangi kecepatan sedimentasi
b. Mengurangi emisi gas
Tabel 2.3 Komponen Bath Pada Dapur Peleburan di PT INALUM
Komponen Kandungan (%)
Aluminium Fluorida (AlF3) 5 – 8
Kalsium Fluorida (CaF2) 3 – 4
Alumina (Al2O3) 1 – 8
Kriolit (Na3AlF6) 79 – 90
Sumber : Operasi Tungku Reduksi PT INALUM (2003)
(Anonymous, 2003)
2.7. Elektrolisa
Hampir semua logam aluminium primer dihasilkan dengan proses elektrolisa
Hall-Heroult. Bahan baku yang digunakan terdiri dari alumina, karbon, kriolit, CaF2, HF,
AlF3 dan tenaga listrik. Terdapat dua jenis tungku reduksi yang dipergunakan dalam
industry peleburan aluminium 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
Reaksi kimia yang terpenting yang terjadi di tungku reduksi, adalah reaksi
elektrolisa untuk menghasilkan logam aluminium. Dengan mengalirkan listrik arus
searah, terjadi elektrolisa alumina menjadi ion-ion positif dan ion-ion negatif Al2O3 2
Al3+ + 3 O2-. Ion aluminium tertarik ke katoda dan dinetralisisr sehingga terbentuk
aluminium. Demikian juga ion zat asam mendekati anoda kemudian dinetralisir. Selain
daripada itu terjadi juga reaksi reduksi, dimana karbon yang berasal dari anoda berfungsi
sebagai reduktor mengikat asam :
2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2
Aluminium cair yang terkumpul di bagian bawah tungku selanjutnya dihisap dan dibawa
ke pabrik penuangan.
Pada proses Hall-Heroult, logam aluminium diperoleh melalui dari alumina
dengan menggunakan cairan kriolit (Na3AlF6), (titik lebur 1000 oC) yang digunakan
sebagai pelarut. Sejumlah besar aluminiun oksida/alumina (Al2O3) dilarutkan dalam
kriolit, dimana larutan kriolit dapat menurunkan titik lebur alumina. Campuran kriolit dan
aluminium oksida di elektrolisa dalam sel dan sel lapisan karbon yang berfungsi sebagai
katoda tersimpan di dalam cairan aluminium. Pada operasi sel, cairan aluminium berada
pada bagian bawah sel. Dari waktu ke waktu aluminium cair akan disedot dan selanjutnya
akan dibawa ke bagian casting untuk dicetak. Pada operasi sel ini diperlukan tegangan
sebesar 4,0 sampai 5,5 Volt, dan arus yang digunakan dari 50,000 sampai 150,000 kA.
2.8. Proses Hall-Heroult
Alumina yang dihasilkan dari proses pemurnian masih mengandung oksigen
sehingga harus dilakukan proses selanjutnya yaitu peleburan. Peleburan alumina
dilakukan dengan proses reduksi elektrolitik. Proses peleburan ini memakai metode
Hall-Heroult.
Alumina dilarutkan dalam larutan kimia yang disebut kriolit pada sebuah tungku
yang disebut pot. Pot ini mempunyai dinding yang dibuat dari karbon. Bagian luar pot
terbuat dari baja. Aliran listrik diberikan melalui anoda dan katoda. Proses reduksi
memerlukan karbon yang diambil dari anoda. Pada proses ini dibutuhkan arus listrik
searah sebesar 190 kiloampere.
Arus listrik akan mengelektrolisa alumina menjadi aluminium dan oksigen
bereaksi membentuk senyawa CO2. Aluminium cair dari hasil elektrolisa akan turun ke
dasar pot dan selanjutnya dialirkan dengan prinsip siphon ke krusibel yang kemudian
diangkut menuju tungku-tungku pengatur (holding furnace).
Kebutuhan listrik yang dihabiskan untuk menghasilkan 1 kg aluminium berkisar
sekitar 12 - 15 kWh. Satu kg aluminium dihasilkan dari 2 kg alumina dan ½ kg karbon.
Reaksi permunian alumina menjadi aluminium adalah sebagai berikut :
970 oC
2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2
Gambar 2.2 Proses peleburan Al2O3 menjadi aluminium dengan cara elektrrolisa.
2.9. Anode effect
Anode effect sering terjadi pada proses elektrolisa dari garam logam. Anode effect
terjadi saat kekurangan alumina (Al2O3) di dalam larutan elektrolit (Na3AlF6). Tanda
fisiknya adalah timbulnya gelembung gas CO2 pada bagian bawah anoda, yang
menandakan menurunnya kemampuan elektrolit (Na3AlF6) untuk membasahi anoda.
Akhirnya gelembung-gelembung gas CO2 tersebut akan bergabung untuk membentuk
suatu lapisan tunggal yang akan menutupi sebagian besar permukaan anoda. Dengan
sumber arus listrik yang tetap, beda potensial listrik akan naik lebih dari 30 volt. Hal ini
pada anoda. Satu-satunya cara agar arus dapat melalui lapisan gas CO2 pada permukaan
anoda adalah dengan cara lompatan listrik (electric arching).
Beda tegangan listrik akan naik perlahan seiring dengan kurangnya alumina
(Al2O3) sampai suatu harga konsentrasi kritis tertentu yang berkisar antara 1 % - 2 %
berat, tergantung dari rapat arus, suhu, konveksi larutan elektrolit (Na3AlF6), komposisi
larutan elektrolit (Na3AlF6) , dan bentuk dari anoda. Anoda effect dapat juga terjadi saat
konsentrasi alumina (Al2O3) yang lebih tinggi dengan menaikkan rapat arus.
Akibat dari anoda effect pada proses elektrolisis aluminium pada sel Hall-Heroult
yaitu adalah perubahan dari komposisi gas-gas anoda terutama CO2 menjadi CO yang
disertai dengan terbentuknya gas carbontetrafluoro (CF4) sebanyak 3 – 25 % dan sedikit
gas hexafluoroetana (C2F6). Gas-gas ini akan menutupi permukaan aktif anoda sebagai
lapisan film di permukaan. Lapisan ini juga mempengaruhi sifat pembasahan dari lapisan
antar muka dan juga bertindak sebagai penghambat listrik.
Beberapa percobaan mengindikasikan hilangnya efisiensi arus saat anode effect
berlangsung sedangkan percobaan lainnya menunjukkan bahwa awalnya efiensi arus akan
meningkat saat terjadinya anode effect, namun seiring dengan naiknya suhu sebagai
akibat dari naiknya beda tegangan listrik pada sel, maka efiensi arus akan menurun.
BAB III
BAHAN DAN METODE
3.1. Alat-alat
- Alumina hopper
- Bluebox
- Side cover (hood)
- Batang besi L
- Blade and teeth
- Alat pengukur voltase
- Gate
- Blue box
- Alat pelindung diri
3.2 Bahan-bahan
- Kriolit/bath (Na3AlF6)
- Alumina (Al2O3)
3.3 Prosedur Kerja
a). Pengukuran lumpur di dalam pot
- Dimatikan crust breaker pada bagian tap dan duct (tekan F4 pada Bluebox) pada
pot yang akan diukur, agar crust breaker tidak jatuh secara auto
- Buka hood pada tempat pengukuran
- Panaskan batang besi L
- Pecahkan kerak tengah dengan blade
- Masukkan batang besi L di bawah blade, pada anoda yang telah ditentukan
- Biarkan + 1 menit, kemudian keluarkan
- Ukur tinggi lumpur dan catat pada kertas laporan
- Ukur tinggi metal dan tinggi bath
- Dihidupkan kembali crust breaker (dengan menekan tombol F4 pada bluebox)
- Tutup hood kembali
b). Pengukuran distribusi voltase pot
- Lengketkan alat pengukur pada rod anoda
- Baca dan catat voltasenya pada kertas laporan
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
[image:37.612.104.549.315.499.2]4.1 Data Percobaan
Tabel. 4.1 Data operasi pot PT INALUM tanggal 31/12/2010
Pot fd fd (%) m (cm) mc (cm) sludge (cm) ae f ae v metal(kg) 102 119 109 28 22 10 0 0 2002 104 123 102 28 17 11 0 0 2286 106 134 111 25 20 13 0 0 1362 118 114 96 25 16 9 0 0 987 127 137 118 27 9 18 0 0 2326 129 81 105 26 21 5 0 0 984 162 105 100 22 22 0 2 145,863 2103 175 135 108 25 11 14 0 0 2122 216 177 144 26 26 0 2 15,0441 1902 270 117 110 21 21 0 0 0 1753
4.2 Perhitungan
1) Keperluan alumina untuk menghasilkan aluminium Reaksi Umum elektrolisa aluminium
2Al2O3 + 3C 4Al + 3CO2 Ar C = 12
Mr Al2O3 = 102 Mr CO2 = 44
Maka, untuk menghasilkan 1000kg aluminium dibutuhkan alumina
mol Al2O3 =
Al koefisien
O Al koefisien 2 3
x mol Al
mol Al2O3 = 4 2 x 27 1000 mol
mol Al2O3 = 18,5 mol
massa Al2O3 = mol Al2O3 x Mr Al2O3 massa Al2O3 = 18,5 x 102
massa Al2O3 = 1887kg
2) Produksi Aluminium cair per 32 jam P = 0,3354 x I x H x n
= 0,3354 x 190 x 32 x 92,4% = 1884,25 Kg
4.3 Pembahasan
Standard konsentrasi feeding alumina di PT Inalum adalah 2-4% atau yang
disebut dengan Demand Feeding. Standard konsentrasi ini tidak tidak ada dalam
pengukuran karena standard ini merujuk kepada pengalaman empiris di lapangan yang
diperhatikan. Konsentrasi feeding alumina berpengaruh pada produktivitas aluminium
cair yaitu frequensi terjadinya Anode Effect dan juga tinggi lumpur. Hal ini dapat dilihat
dari pembacaan voltase dan resistan pada bluebox.
Dapat dilihat dari data Pot 102, 104, 106, 118, 127, 129, 175 memiliki konsentrasi
>5%. Hal ini diindikasikan dengan tingginya lumpur dalam masing-masing pot dan
dengan sering terjadinya noise. Noise adalah suatu ganguan dalam pot dengan terjadinya
fluktuasi voltase. Ada beberapa cara yang dapat dilakukan untuk mengurangi lumpur,
antara lain dengan menambah AE, menaikkan voltase dan temperatur.Metal atau
aluminium cair yang dihasilkanpun tidak sama, ada yang besar dan ada yang kecil. Ini
disebabkan juga oleh kondisi masing-masing pot yang berbeda, seperti umur pot, bath
temperature, solubility, keasaman, kadar Fe dan Si, dan lain sebagainya.
Pot 162 dan 216 pada tanggal tersebut terjadi Anode Effect sebanyak 2 kali. Hal
ini diindikasikan dengan tingginya voltase Anode Effect (AEV) yaitu 145,863 dan
15,0441. Anode Effect adalah suatu peristiwa naiknya voltase secara tiba-tiba >8 volt
akibat kurangnya konsentrasi alumina di dalam pot (<1%). Hal-hal yang dapat
ditimbulkan oleh Anode effect adalah dapat menghasilkan emisi gas-gas rumah kaca
seperti CO, CO2, CF4, C2F6 dan lain-lain. Selain itu juga dapat memperpendek umur pot
karena dinding pot mengalami pengikisan yang dapat menyebabkan kebocoran pot.
Anode effect dapat dihentikan dengan menambahkan alumina ke dalam elektrolit sambil
perbedaan antara pot yang memiliki konsentrasi alumina yang rendah dan tinggi.
Hubungannya adalah berbanding terbalik, dimana pot yang mengalami AE tinggi
lumpurnya kecil / bahkan tidak ada sama sekali. Sedangkan pot yang lumpurnya tinggi
tidak mengalami AE. Tetapi ada juga pot yang mengalami AE dan lumpur yang tinggi.
Kembali lagi pada kondisi masing-masing pot itu sendiri.
Pada pot 270, lumpur dan AE tidak ada, dan juga produksi metal 1753 kg yang
mendekati nilai teori + 1884,25 kg. Dapat disimpulkan bahwa konsentrasi alumina di
dalam pot berkisar antara 2-4% dan pot tersebut dikatakan memiliki kondisi baik atau
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Pot 102, 104, 106, 118, 127, 129, 175 memiliki konsentrasi >5% yang
diindikasikan dengan tingginya lumpur. Pot 162 dan 216 terjadi Anode Effect sebanyak 2
kali yang diindikasikan dengan tingginya voltase Anode Effect (AEV) yaitu 145,863 dan
15,0441. Pada pot 270, lumpur dan AE tidak ada, dan juga produksi metal 1753 kg yang
mendekati nilai teori + 1884,25 kg.
5.2 Saran
a) Diharapkan perusahaan terus melakukan Technical Improvement untuk
meningkatkan produktivitas masing-masing pot.
b) Diharapkan perusahaan mengontrol masing-masing pot setiap saat untuk
DAFTAR PUSTAKA
Anonymous,1998.Prinsip-Prinsip Elektrolisa Aluminium,PT INALUM
Austin,G,T.,1990.Industri Proses Kimia.Erlangga.Jakarta
Daryus,A.,2008.Proses produksi.Jakarta:Universitas Darma Persada
Grjotheim,Kai and B.L. Welc.1998.Aluminium Smelter Technology. Second
Edition.Desserldorf:Aluminium Verlag
Kelvin.G.V.,1994.The Chemical World Concept And Aplications,8th Edition,Harcourt
Brace & Company,Orlondo
PT.INALUM.2010.Modul OJT SRC:Operasi Tungku Reduksi Dan Pendukungnya.