DAFTAR PUSTAKA
Anonymous., (1998), Memproduksi Aluminium dengan Cara Elektrolisa, Bahan Bacaan untuk OJT, PT. INALUM, Asahan.
Grjotheim, Kai and B.L. Welc., (1998), Aluminium Smelter Technology, Second Edition, Aluminium Verlag, Desserldorf.
Grjotrheim, K and Kuande, H., (1982), Intoduction to Aluminium Electrolysis, Aluminium Verlag, Dusseldorf.
Oxtoby, D.W., (2003), Prinsip – Prinsip Kimia Modern, Jilid 2, Erlangga, Jakarta.
BAB III
BAHAN DAN METODE
3.1. Alat dan Bahan
3.1.1. Alat
- AlF3 bin
- AF car Shinko
- Bath Ladle
- ACC (Anode Changing Crane) Sumitomo - Raound Bar
- Case Bath - Corong Bath
- Kereta Bath Shinko
- Bar Pipih
3.1.2. Bahan
3.2. Prosedur
Pemasukan Bath
- Bath pertama kali dimasukkan pada masa Start – Up dengan cara dimasukkan Bath bubuk dari kereta Bath ke dalam tungku reduksi
- Diambil bath cair dari pot penyedia Bath dengan menggunakan ladle bath yang dibantu dengan ACC
- Dituangkan bath cair dari ladle bath ke dalam tungku reduksi yang sedang start – up
- Dimasukkan bath ke dalam tungku reduksi pada massa setelah start – up secara manual dengan menggunakan kereta bath
Pemasukan AlF3
- Dimasukkan AlF3 dari bin ke dalam hopper AF car
- Dibawa AF car menuju tungku reduksi yang membutuhkan AlF3 - Dituangkan AlF3 dari AF car ke dalam tungku reduksi
Pengambilan Sample Bath Untuk di Analisa Keasaman dan Kandungan Bath
- Dibuka pintu pot bagian Tap.
- Dibersihkan permukaan bath dari kerak atau alumina atau lumpur dengan bar pipih.
- Dilepaskan bath dari round bar dan masukkan ke case bath melalui corong bath (sesuai nomor
case bath dengan nomor pot dari contoh bath yang diambil).
- Ditutup kembali pintu pot bagian Tap.
- Setelah selesai pengambilan contoh bath, dibawa ke stasiun dan siap diantar ke bagian analis
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Hasil
Hasil pengamatan komponen bath pada tungku reduksi di PT. INALUM terdapat pada Tabel 4.1, di bawah ini :
Tabel 4.1 Hasil Pengamatan Komponen Bath Pada Tungku Reduksi
Hasil Perhitungan Liquidus Temperatur (LT) dalam persamaan Solheim terdapat pada
Tabel 4.2 di bawah ini :
Tabel 4.2 Hasil Perhitungan LT (Liquidus Temperatur)
Hasil perhitungan Current Efficiency (CE) atau efisiensi arus dari perbandingan aluminium aktual yang dihasilkan dengan aluminium teoritis terdapat pada Tabel 4.3 di bawah ini :
Tabel 4.3 Hasil Perhitungan CE (Current Efficiency)
No
Persamaan Solheim Perhitungan Liquidus Temperatur (LT) dalam persamaan Solheim (
contoh pada pot nomor 97 dalam Tabel 4.1) bsebagai berikut :
CCaF2 = konsentrasi kalsium fluorida (wt%) (contoh pada pot nomor 97 dalam Tabel 4.3) sebagai berikut :
Current Efficiency (CE) = Beratmetalyangditapping
Berat metal secara teoritis, dengan kuat arus 190.000 A = 190 kA, selama satu hari (24 jam) diperoleh:
P = 0,3354 x I x H x 10-3
P = 0,3354 x 190 x 24 x 10-3
= 1529,42 Kg
Untuk Pot nomor 97
Berat metal secara teoritis = 1529,42 kg
berat metal yang ditapping = 1345 kg
Current Efficiency (CE) = 1345
1529,42 x 100 %
= 87.94%
4.2. Pembahasan
Keadaan kondisi pot yang harus dijaga adalah salah satunya adalah :
1. Bath temperature (BT) : 955 ±10 0C
Liquidus Temperatur (LT) dipengaruhi oleh kadar AlF3 dan CaF2 didapat dari
perhitungan solheim dimana jika nilai LT adalah bagian dari Bath Temperatur (BT). Bath
Temperatur (BT) diukur tiap harinya dengan menggunakan alat thermosensor. BT selalu diupayakan agar tetap dalam batasannya yaitu 955 ±10 0C untuk menjaga pot beroperasi dengan stabil. Jika BT melebihi batas dan mencapai temperatur > 1000 0C maka akan terjadi reaksi balik. Aluminium akan kembali menjadi alumina dalam fasa gas atau biasa disebut metal fog. Jika BT turun dibawah batas < 940 0C maka bath akan mulai mengeras dan konversi alumina menjadi aluminium menurun yang mengakibatkan munculnya lumpur dalam jumlah yang banyak. BT juga merupakan salah satu faktor yang mempengaruhi Current Eficiency (CE). Bila BT melebihi batas operasi maka akan mengakibatkan panas hilang dalam jumlah yang besar. Akibat banyaknya panas yang hilang, mengakibatkan CE menurun.
Salah satu variabel yang mempengaruhi BT ialah Sa. Besarnya Sa ditentukan oleh
berapa banyak AlF3 yang dimasukan kedalam pot tiap harinya. AlF3 dituangkan secara manual
tiap harinya (pada shift 1 dan shift 3) pada pot yang nilai Sa-nya kurang guna menjaga keasaman
dalam bath. Tanpa penambahan AlF3, diperlukan temperatur yang lebih tinggi untuk meleburkan
alumina menjadi aliminium. Keasaman pot senantiasa dijaga pada batasan 9,5 ±1,5 (wt%).
Keasaman bath dapat dilihat dari kandungan F-AlF3 dalam bath, kelebihan AlF3 menandakan tingkat keasaman.
Kondisi yang ideal ialah dimana panas yang diberikan kepada pot sesuai dengan panas yang dibutuhkan oleh pot. Kelarutan alumina mempengaruhi kondisi tersebut dimana tingkat kelarutan alumina yang tinggi menyebabkan panas yang dibutuhkan juga tinggi.
Namun bila Sa terlalu rendah maka akan menaikan tingkat kelarutan alumina. Tingkat kelarutan alumina yang rendah menyebabkan panas yang dibutuhkan juga rendah. Panas yang diberikan pada pot melebihi panas yang dibutuhkan. Sehingga banyak panas yang tidak terpakai atau selisih antara panas yang diberikan dengan panas yang dibutuhkan bernilai besar mengakibatkan LT meningkat.
Untuk mendapatkan sifat-sifat elektrolit yang lebih baik seperti temperatur liquidis yang
lebih rendah maka ke dalam larutan elektrolit ditambahkan bahan aditif. Salah satu bahan aditif
adalah aluminium florida (AlF3), dimana penambahan tersebut didasarkan atas
keasaman bath (% kelebihan aluminium fluorida dalam larutan elektrolit) tersebut dan
keasaman bath dipertahankan dalam batas agar tercapai kondisi operasi yang baik.
Efisiensi arus (perbandingan berat aluminium cair yang dihasilkan secara aktual terhadap
berat aluminium yang dihitung secara teoritis) dapat ditingkatkan dengan menaikkan tingkat
keasaman bath, karena dengan keasaman bath yang tinggi dapat menurunkan temperatur liqudis
sehingga akan mengurangi konsumsi energi dan meningkatkan efisiensi arus. Salah satu
penyebab rendahnya efisiensi arus adalah rendahnya tingkat keasaman elektrolit (bath), hal ini
terjadi karena dengan tingkat keasaman yang rendah akan mengakibatkan temperatur operasi
akan naik sehingga akan lebih memungkinkan terjadinya reaksi balik aluminium menjadi
alumina kembali, maka untuk meningkatkan efisiensi arus perlu pengendalian penambahan
elektrolit yang terlalu tinggi hal ini juga akan menurunkan efisiensi arus dan untuk kondisi
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
- Kadar rata – rata AlF3 dari hasil data pengamatan adalah 10,32 dan kadar rata – rata CaF2
adalah 4,7
- Tingkat keasaman bath yang mengandung AlF3 dan CaF2 rendah maka temperatur operasi
naik sehingga terjadi reaksi balik aluminium menjadi alumina menyebabkan efisiensi arus
rendah dimana aluminium yang diperoleh lebih sedikit dari aluminium teoritis.
- Nilai Liqiudus Temperatur (LT) berbanding terbalik dengan kadar AlF3 dan CaF2, di mana
jika LT tinggi maka kadar AlF3 dan CaF2 rendah yang menyebabkan aluminium yang
5.2. Saran
- Dalam prakteknya masih ada pot yang beroperasi dengan tingkat keasaman di bawah atau di
atas tingkat keasaman standar keasaman elektrolit yang ditentukan (8,5%-11,5%), agar
tercapai efisiensi arus yang tinggi hendaknya keasaman elektrolit dijaga dalam batas standar
tertentu.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Sejarah Aluminium
Orang pertama yang telah berhasil memisahkan aluminium adalah H.Davy yaitu pada tahun 1808. Pada tahun 1825 Oersted dapat menghasilkan aluminium yang lebih murni dengan jalan memanaskan natrium amalgama dan natrium aluminium klorida. Pada tahun 1854, Henari Saint Clavil Deauville memproduksi aluminium dari natrium aluminium klorida dengan pemanasan menggunakan logam natrium sebagai katalisator. Proses ini telah berlangsung kurang lebih 35 tahun.
2.1.1. Aluminium
Aluminium ialah unsur melimpah ketiga terbanyak dalam kerak bumi (sesudah oksigen dan silikon), mencapai 8,2 % dari massa total. Bijih yang paling penting untuk produksi aluminium ialah bauksit, yaitu aluminium oksida terhidrasi yang mengandung 50 sampai 60 % Al2O3, 1 sampai 20 % Fe2O3, 1 sampai 10 % silikat sedikit sekali titanium, zirconium, vanadium, dan oksida logam transisi yang lain, dan sisanya 20 sampai 30 % adalah air. Bauksit dimurnikan melalui proses Bayer, yang mengambil manfaat dari fakta bahwa oksida alumina amfoter larut dalam basa kuat tetapi besi (III) oksida tidak. Bauksit mentah dilarutkan dalam natrium hidroksida
Al2O3 (s) + 2 OH (aq) + 3 H2O (l) → 2 Al(OH)4 (aq)
Dan dipisahkan dari besi oksida terhidrasi serta zat asing tak larut lainnya dengan penyaringan (Oxtoby, 2003).
industrial adalah proses elektrolisis Hall-Heroult. Proses tersebut merupakan elektrolisis larutan alumina (Al2O3) di dalam lelehan kriolit (Na3AlF6) pada temperature 960oC sehingga dihasilkan aluminium cair.
Tabel 2.1 Sifat-sifat Fisik dan Kimia dari aluminium
Item Kualifikasi
Nomor atom 13
Nomor massa 26,9815
Bentuk Kristal (25oC) Kubus pusat muka Densitas 2,699 g/cm3
Struktur atom terluar 3S23P1 Titik leleh (1 atm) 660,1oC Titik didih (1 atm 2327oC Panas peleburan 94,6 kal/ Panas jenis 0,280 kal/ goC (PT INALUM, 2011).
2.2. Alumina (Al2O3)
1700oC. Alumina mempunyai ketahanan listrik yang tinggi dan tahan terhadap kejutan termal dan korosi. Alumina (Al2O3) diperoleh dari pengolahan biji bauksit yang mengandung 50-60% Al2O3; 1-20% Fe2O3; 1-10% silika; sedikit sekali titanium, zirkonium dan oksida logam transisi lain; dan sisanya (20-30%) adalah air.
SiO2 % 0,03 max
2.2.1. Kecepatan Melarut Alumina (Al2O3) Pada Cairan Kriolit
Kecepatan alumina (Al2O3) didalam cairan kriolit dipengaruhi oleh temperatur pemanasan alumina (Al2O3) dan beberapa bahan tambahan yang ditambahkan kedalam lelehan kriolit. Alumina (Al2O3) yang dikalsinasi antara 800oC - 900oC mempunyai kecepatan melarut yang besar di dalam cairan kriolit.
ini adalah akibat alumina sandy mempunyai permukaan lebih besar bila dibandingkan alumina
floury.
Pada pot peleburan (tungku reduksi), alumina (Al2O3) dimasukkan kedalam pot dengan memecahkan kerak diatas bath/kriolit terlebih dahulu. Jelaslah alumina (Al2O3) tidak larut seluruhnya di dalam bath/kriolit secara tiba-tiba setelah penambahan, dan beberapa material langsung tenggelam ke dasar pot/tungku membentuk sludge (lumpur) dibawah lapisan mtal. Terjadinya sludge (lumpur) dalam jumlah yang banyak didalam pot/tungku akan merugikan setiap operasi, dimana sludge (lumpur) didasar pot mengandung 40 % alumina (Al2O3) (Anonymous, 1998).
2.3. Larutan Elektrolit (Bath)
Komposisi utama dari larutan elektrolit (bath) adalah kriolit (Na3AlF6). Lelehan kriolit, yang berdisosiasi sempurna menjadi ion-ion Na+ dan AlF63-, merupakan pelarut yang baik untuk aluminium oksida dalam elektrolit. Kriolit meleleh pada suhu 1000oC, tetapi titik lelehnya turun dengan adanya aluminium oksida terlarut, sehingga suhu operasi sel hanya sekitar 950oC. Dibandingkan dengan titik leleh Al2O3 murni (2050oC), suhu tersebut merupakan suhu yang rendah (Oxtoby, 2003). Sifat-sifat yang diperlukan untuk kriolit (Na3AlF6) adalah :
Tabel 2.3 Sifat-sifat kriolit dan kegunaannya
Sifat-sifat kriolit (Na3AlF6) Berguna untuk Memiliki temperatur kristalisasi primer
rendah
Memiliki konduktivitas listrik baik a. Menurunkan temperatur bath b. Memperbaiki produktivitas
c. Dapat melarutkan alumina (Al2O3) dalam jumlah besar
d. Memiliki berat jenis yang rendah, yang berguna agar metal dan bath terpisah e. Stabil dalam keadaan cair
f. Memiliki tegangan permukaan yang baik dimana dapat mengurangi reoksidasi Memiliki viskositas yang sesuai a. Mengurangi kecepatan sedimentasi
b. Mengurangi emisi gas
c. Mengurangi gerakan partikel aluminium dan karbon
Pengendalian komposisi elektrolit merupakan hal yang sangat penting dalam proses produksi aluminium. Oleh karena titik leleh kriolit murni adalah 1009oC, elektrolit itu mengandung kalsium flourida (CaF2) dan sisa AlF3, yang bersama alumina yang terlarut dapat menurunkan titik leleh cukup rendah sehingga sel itu dapat beroperasi pada suhu sekitar 940oC – 980oC. Kelebihan AlF3 juga dapat meningkatkan efisiensi. Perbandingan berat NaF/AlF3 didalam kriolit adalah 1,50 ; kelebihan AlF3 didalam kriolit (Na3AlF6) diatur sedemikian rupa, sehingga menghasilkan rasio NaF/AlF3 sekitar 1,10 sampai 1,40. Dalam beberapa minggu pertama setelah sel yang baru diberi pelapis itu beroperasi, elektrolit itu diserap dengan cepat kedalam pelapis dan isolasi.
a. Kemampuan melarutkan alumina dengan baik
b. Tegangan komposisi lebih tinggi
c. Konduktivitas elektrolitnya cukup tinggi.
d. Titik leburnya relatif rendah
e. Tidak dapat bereaksi dengan aluminium dan karbon
f. Cukup encer sebagai pelarut
g. Masa jenisnya cukup rendah, bila dalam keadaan sama-sama cair
h. Tekanan uapnya relatif rendah.
Pada tekanan atmosfer aluminium fluoride (AlF3) tidak dapat dijumpai dalam bentuk cair. Cairan kriolit-alumina juga mengandung kalsium fluorida (CaF2) atau natrium flourida (NaF) membentuk komposisi kriolit 3NaF-AlF3. Kriolit sebagai elektrolit dalam reduksi aluminium juga harus memenuhi syarat-syarat elektrolit yang dibutuhkan sebagai berikut :
a. Temperatur kristalisasi primer rendah
b. Konduktivitas listrik yang baik
c. Dapat melarutkan alumina dalam jumlah besar
d. Mempunyai berat jenis kecil
e. Stabil dalam keadaan cair
klorida dari logam alkali, AlF3 dan CaF2 dan juga biasa digunakan MgF2, LiF, dan NaCl (Grjotheim, 1982).
2.3.1. Keasaman Bath
Keasaman bath dinyatakan dalam banyaknya kadar AlF3 yang terkandung di dalam
bath. Biasanya keasaman bath sekitar 9 – 11%. Keasaman bath sangat berpengaruh terhadap
terhadap temperatur bath, biasanya bila kadar keasaman rendah maka temperatur bath akan tinggi dan sebaliknya bila kadar keasaman tinggi maka temperatur bath akan rendah. Namun tidak selamanya keasaman berbanding terbalik dengan temperatur bath ada kalanya pada saat keasaman rendah temperatur juga rendah, hal ini tergantung pada kondisi pot terutama jumlah metal dan voltase pot.
Pada saat start up, keasaman bath sangat rendah yaitu sekitar 1 - 2%, hal ini terjadi karena adanya penambahan soda abu. Setelah beberapa hari, pemasukan soda abu mulai dikurangi kemudian dimasukkan AlF3 agar keasaman menjadi naik dan akan terbentuk lapisan-lapisan pada dinding pot.
2.3.2. Temperatur Liquidus
pengurangan AlF3 maka temperatur liquidus akan bergerak turun ataupun naik. Berikut adalah gambar diagram fasa sistem NaF – AlF3 dalam gambar 2.1.
Gambar 2.1. Diagram Fasa Sistem NaF – AlF3
Dalam literatur, beberapa hubungan liquidus temperature kriolit untuk sistem multi
= 1011 + 0.50 × −0.13 × . − 3.45 ×
CAl2O3 = konsentrasi alumina (wt%)
CLiF = konsentrasi lithium fluorida (wt%)
CMgF2 = konsentrasi magnesium fluorida (wt%)
2.3.3. Superheat
Superheat secara sederhana didefinisikan sebagai selisih antara BT dan LT. Lebih
mudah mengoperasikan pada SH yang lebih tinggi, juga dikarenakan membantu dalam aspek
pelarutan alumina. Pada teorinya, SH selalu bernilai positif. Namun, SH bisa didapat bernilai
negatif.
2.3.4. Komposisi Bath
Elektrolit yang banyak mengandung sodium fluorida (NaF) akan meningkatkan CE karena bath seperti ini biasanya mengandung AlF3, LiF, MgF2 dan CaF2 adalah aditif yang dapat menaikkan CE. Konsentrasi AlF3 yang kecil pada bath akan menurunkan CE.
2.4. 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 juga berfungsi sebagai isolasi termal. Berikut adalah tabel spesifikasi soda abu (Na2CO3) yang digunakan oleh PT. INALUM.
Tabel 2.4. Spesifikasi Soda Abu (Na2CO3)
2.5. Aluminium Fluorida (AlF3)
Aluminium fluorida berfungsi menjaga temperatur bath dan merupakan bahan yang
dituangkan secara manual jika AlF3 kurang didalam bath. Spesifikasi AlF3 yang digunakan oleh PT
INALUM dapat dilihat pada tabel 2.3.
AlF3 merupakan aditif yang dimasukkan setiap hari untuk mengimbangi penguapan gas fluorida dan menjaga kompisi bath tetap stabil. Selain itu, kriolit akan terbentuk akibat terjadinya reaksi antara AlF3 dengan Na2O.
4 AlF + 3Na O→2Na AlF + Al O
Fungsi utama AlF3 adalah menurunkan temperatur liquidus bath, sehingga pot bisa dioperasikan pada temperatur yang lebih rendah. Bath cair terkadang perlu di keluarkan dari dalam pot bila tidak sesuai dengan standar tinggi bath, 22 ± 2 cm, dan apabila terjadi kekurangan, AlF3 akan ditambahkan ke dalam pot. Pemasukan ataupun pengeluaran dilakukan secara manual.
+ 150 mesh % 25-60
+ 200 mesh % 50-75
+ 320 mesh % 75 min
(PT.INALUM, 2011).
2.6. Elektrolisis
Elektrolisis adalah peristiwa penguraian elektrolit oleh arus listrik searah dengan menggunakan dua macam elektroda. Elektroda tersebut adalah katoda (elektroda yang dihubungkan dengan kutub negatif) dan anoda (elektroda yang dihubungkan dengan kutub positif).
Pada anoda terjadi reaksi oksidasi, yaitu anion (ion negatif) ditarik oleh anoda dan jumlah elektronnya berkurang sehingga bilangan oksidasinya bertambah.
a. Ion OH- dioksidasi menjadi H2O dan O2. Reaksinya: 4OH-(aq) → 2H2O ( l ) + O2(g) + 4e
-b. Ion sisa asam yang mengandung oksigen (misalnya NO3-, SO42-) tidak dioksidasi, yang dioksidasi air. Reaksinya:
2H2O( l ) → 4H+(aq) + O2(g) + 4e-
c. Ion sisa asam yang lain dioksidasi menjadi molekul. Contoh: 2Cl-(aq)→ Cl2 (g) + 2e-
Pada katoda terjadi reaksi reduksi, yaitu kation (ion positif) ditarik oleh katoda dan menerima tambahan elektron, sehingga bilangan oksidasinya berkurang.
2H+ (aq) + 2e- → H2(g)
b. Ion logam alkali (IA) dan alkali tanah (IIA) tidak direduksi, yang direduksi air. 2H2O (aq) + 2e- → H2(g) + 2OH-(aq)
a. Elektrolisis larutan HCl dengan elektroda Pt, reaksinya: 2HCl (aq) → 2H+ (aq) + 2Cl- (aq)
Faraday mengamati peristiwa elektrolisis melalui berbagai percobaan yang dia lakukan. Dalam pengamatannya jika arus listrik searah dialirkan ke dalam suatu larutan elektrolit, mengakibatkan perubahan kimia dalam larutan tersebut. Sehingga Faraday menemukan hubungan antara massa yang dibebaskan atau diendapkan dengan arus listrik. Hubungan ini dikenal dengan Hukum Faraday.
1. Jumlah zat yang dihasilkan di elektroda sebanding dengan jumlah arus listrik yang melalui sel.
2. Bila sejumlah tertentu arus listrik melalui sel, jumlah mol zat yang berubah di elektroda adalah konstan tidak bergantung jenis zat. Misalnya, kuantitas listrik yang diperlukan untuk mengendapkan 1 mol logam monovalen adalah 96.485 C(Coulomb) tidak bergantung pada jenis logamnya.
Hukum Faraday I : Massa zat yang timbul pada elektroda karena elektrolisis berbanding lurus dengan jumlah listrik yang mengalir melalui larutan.
w ~ Q w = massa zat yang diendapkan (g)
Massa ekivalen = massa zat yang sebanding dengan 1 mol elektron = 6,02 x 1023 e- 1 gek ~ 1 mol e-
1 mol e- ~ 1 mol Ag ~ 1 gram ekivalen Ag
Untuk mendapatkan 1 gram ekivalen Ag diperlukan 1 mol e- 1 gram ekivalen Ag = 1 mol e- = 1 mol Ag = 108 gram Ag
Jika listrik 1 F dialirkan ke dalam larutan CuSO4 maka akan diendapkan 1 gek Cu. Cu2+ (aq) + 2e- → Cu (s)
2 mol e- ~ 1 mol Cu 1 mol e- ~ ½ mol Cu
1 gek Cu = 1 mol e- = ½ mol Cu = (1/2 x 64) gram Cu = 32 gram Cu
Q = banyaknya arus listrik yang dialirkan (Coulomb) = I . t (Ampere.detik) Muatan 1 e- = 1,6 x 10-19 C
Muatan 1 mol e- = (6,02 x 1023) x (1,6 x 10-19) C ≈ 96 500 C
= 1 F
Hukum Faraday II : Massa dari bermacam-macam zat yang timbul pada elektrolisis dengan jumlah listrik sama, berbanding lurus dengan massa ekivalennya.
m1 : m2 = e1 : e2 m = massa zat (g)
m1 : m2 = : e = massa ekivalen zat
Ar = massa molekul relatif
2.7. Elektrolisis Aluminium
Arus listrik dapat digunakan untuk memaksa berlangsungnya reaksi reduksi-oksidasi (redoks) yang tidak spontan, yaitu penguraian elektrolit menjadi unsur-unsurnya.Peristiwa penguraian suatu elektrolit oleh arus listrik disebut elektrolisa.Berkat metode elektrolisa yang ditemukan oleh Sir Humphry Davy pada awal abad ke-19 dan kemudian dikembangkan oleh Michael Faraday, umat manusia dapat memperoleh logam-logam serta unsur-unsur halogen yang tidak dijumpai di alam dalam bentuk unsur bebasnya.
Elektrolisa khususnya bermanfaat untuk produksi logam dengan kecenderungan ionisasi tinggi, misalnya aluminium. Produksi aluminium di industri dengan proses elektrolisa dicapai tahun 1886 secara independen oleh penemu berkebangsaan Amerika Charles Martin Hall (1863-1914) dan penemu berkebangsaan Perancis Paul Louis Toussaint Héroult (1863-(1863-1914) pada waktu yang bersamaan. Keberhasilan proses elektrolisa ini karena penggunaan lelehan Na3AlF6 sebagai pelarut bijih (aluminium oksida; alumina; Al2O3). Sebagai syarat berlangsungnya proses elektrolisa, ion harus dapat bermigrasi ke elektroda. Salah satu cara yang paling jelas agar ion mempunyai mobilitas adalah dengan menggunakan larutan dalam air. Namun, dalam kasus elektrolisa Al2O3, larutan dalam air jelas tidak tepat sebab air lebih mudah direduksi daripada ion aluminium sebagaimana ditunjukkan di bawah ini:
Al + 3e →Al potensial elektroda normal = -1,662 V
Metoda lain adalah dengan menggunakan lelehan garam. Masalahnya Al2O3 meleleh pada suhu sangat tinggi yaitu 2050 °C dan proses elektrolisa pada suhu setinggi ini jelas tidak realistis. Namun, titik leleh campuran Al2O3 dan Na3AlF6 adalah sekitar 1000 °C dan suhu ini mudah dicapai.Prosedur detailnya adalah bijih aluminium, bauksit mengandung berbagai oksida logam sebagai pengotor.Bijih ini diolah dengan alkali, dan hanya oksida aluminium yang amfoter yang larut.Bahan yang tak larut disaring dan CO2 dialirkan ke filtratnya untuk menghasilkan hidrolisis garamnya kemudian Al2O3 akan diendapkan.
Al O ( s) + 2OH ( aq) →2AlO( aq) + H O( l)
2CO + 2AlO ( aq) + ( n + 1) H O( l) →2HCO ( aq) + Al O nH O( s)
Al2O3 yang didapatkan dicampur dengan Na3AlF6 dan kemudian garam lelehnya dielektrolisa.Reaksi dalam sel elektrolisa rumit.Kemungkinan besar awalnya Al2O3 bereaksi dengan Na3AlF6 dan kemudian reaksi elektrolisa berlangsung.
Al O + 4AlF →3Al OF + 6F
Reaksi elektrodanya adalah sebagai berikut:
Elektroda negatif :2Al OF + 12F + C→4AlF + CO + 4e
Elektroda positif :AlF + 3e →Al + 6F
Reaksi total :2Al O + 3C→ 4Al + 3CO
aluminium sangat baik dan selain itu, harganya juga tidak terlalu mahal. Namun, harus diingat bahwa produksi aluminium membutuhkan arus listrik dalam jumlah sangat besar
2.7.1. Reaksi Utama Elektrolisis Aluminium
Reaksi keseluruhan pada industri elektrolisis alumina dengan menggunakan anoda karbon adalah sebagai berikut :
2Al2O3 (l) + 3C (s) 4 Al (l) + 3CO2 (g)...(4.12)
Reaksi ini berlangsung pada temperatur sekitar 977oC, beda potensial 1,18 volt. Mekanisme reaksi yang paling sering terjadi adalah reduksi Al2O3 secara langsung dengan reaksi :
Al2O3 AlO2- + AlO+ AlO2 Al 3++ 2O
2-Reaksi katodik : 2Al3+ + 6 e- 6 Al
2.8. Efisiensi Arus
Efisensi arus atau (Current Efficiency, CE) merupakan persentase perbandingan antara jumlah metal yang dihasilkan dari pot dengan jumlah metal yang dihasilkan secara teoritis.
Current Efficiency (CE) =
Dalam sel elektrolisis modern, rata-rata CE adalah 95 – 96%, hal ini tergantung kepada prosedur teknis yang dilakukan. Besarnya CE dapat dipengaruhi oleh beberapa hal antara lain:
a. Temperatur operasi
Temperatur operasi harus dijaga karena akan sangat mempengaruhi CE. Bila temperatur operasi terlalu tinggi maka akan mempercepat laju reaksi kabut metal atau reaksi balik, namun bila temperatur operasi terlalu rendah maka bath tidak dapat melarutkan Al2O3 sehingga Al2O3 menjadi lumpur.
b. Kadar alumina
Banyaknya metal yang dihasilkan tergantung pada banyaknya kadar Al2O3 di dalam bath, kadar Al2O3 dalam bath harus tetap berada pada 1 – 3%.
c. Rapat arus
Rapat arus yang tinggi akan menaikkan CE, karena kuantitas metal (aluminium) hilang yang terlarut ke bath tidak meningkat secara proporsional terhadap rapat arus. Persamaan
dimana : = efisiensi arus (%)
m = jarak anoda - katoda (cm)
d = rapat arus (A/cm2)
k = konstanta
k = 0,698 :bath kelebihan AlF3
0,550 :bath netral AlF3
0,388 :bath kelebihan NaF
2.9. Efek Anoda (Anode effect)
Anode effect sering terjadi pada proses elektrolisa dari garam logam. Anode effect terjadi
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Aluminium ialah unsur melimpah ketiga terbanyak dalam kerak bumi (sesudah oksigen dan silikon), mencapai 8,2% dari massa total. Karena sifatnya yang sangat menguntungkan, penggunaan aluminium terus berkembang. Ini terlihat dari semakin banyaknya alat-alat yang diproduksi dengan menggunakan aluminium. Sehingga berkembanglah industri peleburan aluminium di berbagai negara, tidak terkecuali Indonesia, dimana pada 6 Januari 1976 di Jakarta dibentuklah PT. Indonesia Asahan Aluminium (INALUM) yang merupakan perusahaan joint venture antara Pemerintah Republik Indonesia dengan Nippon Asahan Aluminium Co.Ltd. (NAA).
Proses peleburan aluminium di PT. Inalum dilakukan dengan sistem elektrolisa dengan cara mereduksi alumina menjadi aluminium dengan menggunakan alumina, karbon, dan listrik sebagai material utama. Dimana material ini akan dimasukkan ke dalam tungku reduksi dengan temperatur operasi 955°C (± 10ºC), kuat arus yang dipakai adalah 190-200 kA dengan tegangan tiap pot sekitar 4,2 – 4,4 volt. Selain material utama, ada juga material penunjang yang fungsinya tidak kalah penting dengan material utama, yaitu kriolit, soda abu dan aluminium florida.
Produksi aluminium di PT. Inalum tidak selalu sesuai dengan yang diharapkan. Dimana umumnya persentase produk secara aktual lebih rendah dibandingkan dengan persentase produk secara teoritis. Ini diakibatkan karena beberapa faktor, salah satunya adalah keasaman bath (Sa) yang terlalu tinggi, yang dapat menyebabkan alumina tak dapat terlarut menjadi aluminium.
Elektrolit yang banyak mengandung sodium fluorida (NaF) akan meningkatkan Efisiensi Arus atau Current Efficiency (CE) karena bath seperti ini biasanya mengandung AlF3, LiF, MgF2 dan CaF2 adalah aditif yang dapat menaikkan CE. Konsentrasi AlF3 yang kecil pada bath akan menurunkan CE. Efisensi arus atau (Current Efficiency, CE) merupakan persentase perbandingan antara jumlah metal yang dihasilkan dari pot dengan jumlah metal yang dihasilkan secara
1.2. Permasalahan
3 dan 2 yang merupakan salah satu komposisi bath mempengaruhi
keasaman,Efisiensi Arus, Temperatur Liqiudus di dalam tungku reduksi. Dalam hal ini permasalahannya adalah bagaimana pengaruh kadar 3 dan 2 terhadap Temperatur Liqiudus yang mempengaruhi Current Efficiency.
1.3. Tujuan
a) Untuk mengetahui kadar 3 dan 2 di dalam tungku reduksi
b) Untuk mengetahui dampak pada tungku reduksi akibat kekurangan dan kelebihan 3
c) Untuk mengetahui hubungan Temperatur Liqiudus terhadap Efisiensi Arus
1.4. Manfaat
a) Dapat memberikan masukan bagi perusahaan dalam Sistem Pengontrolan Keasaman bath (Sa) terhadap Efisiensi Arus
ABSTRAK
THE CONTENT EFFECT OF AlF3 AND CaF2 IN COMPOSITION BATH
TO CURRENT EFFICIENCY AT PT INALUM KUALA TANJUNG
ABSTRACT
PENGARUH KADAR
PADA KOMPOSISI BATH
TERHADAP EFISIENSI ARUS
DI PT.INALUM KUALA TANJUNG
TUGAS AKHIR
WAHIDA FEBRIANA
092401040
PROGRAM STUDI DIPLOMA III KIMIA INDUSTRI
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
PENGARUH KADAR PADA KOMPOSISI BATH TERHADAP EFISIENSI ARUS
DI PT.INALUM KUALA TANJUNG
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Ahli Madya
WAHIDA FEBRIANA 092401040
PROGRAM STUDI DIPLOMA III KIMIA INDUSTRI DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
PERSETUJUAN
Judul : PENGARUH KADAR DAN PADA
KOMPOSISI BATH TERHADAP EFISIENSI ARUS Kategori : TUGAS AKHIR
Nama : WAHIDA FEBRIANA
Nomor Induk Mahasiswa : 092401040
Program Studi : D3 KIMIA INDUSTRI Departemen : KIMIA
Fakultas : MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
PERNYATAAN
PENGARUH KADAR PADA KOMPOSISI BATH
TERHADAP EFISIENSI ARUS 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 tercinta, Ayahanda Sukarmin dan Ibunda Mardiani serta Bapak Juminan dan Ibu sukariani, Adik saya Isnina Mayang Syafitri, Dinda Sukmarianti, Ferantika Sudjana, dan Adil Tri Sudjana serta seluruh keluarga yang tidak bisa penulis sebutkan namanya 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 dan sebagai dosen pembimbing yang dengan ikhlas telah meluangkan waktu, saran, petunjuk untuk membantu penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
3. Ibu Dra. Emma Zaidar, M.Sc sebagai Ketua Program studi D-3 Kimia FMIPA USU 4. Teman - teman satu PKL penulis yaitu Surya, Dila, Udin, Hendru, dan Maskur yang
mana sama-sama menimba ilmu di PT. INALUM dan memberikan semangat kepada penulis untuk menyelesaikan tugas akhir ini.
5. Teman – teman penulis Mandayani, In In Situmorang, Ervina, Raisa Grace, Nurul Ulfa, Ade Khana, dan Dewi Indah yang memberi dukungan selama ini.
6. Teman khusus penulis Putra Eka Sudjana yang memberi semangat dan mambantu penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
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
THE CONTENT EFFECT OF AlF3 AND CaF2 IN COMPOSITION BATH
TO CURRENT EFFICIENCY AT PT INALUM KUALA TANJUNG
ABSTRACT
2.7 Elektrolisis Aluminium 20 2.7.1 Reaksi Utama Elektrolisis Aluminium 22
2.8 Efisiensi Arus 23
2.9 Efek Anoda (Anode Effect) 24
Bab III Bahan dan Metode 26
3.1 Alat dan Bahan 26
3.1.1 Alat 26
3.1.2 Bahan 26
3.2 Prosedur 27
Bab IV Hasil dan Pembahasan 29
4.1 Hasil 29
4.2 Perhitungan 31
4.3 Pembahasan 33
Bab V Kesimpulan dan Saran 36
5.1 Kesimpulan 36
5.2 Saran 37
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Sifat – Sifat Fisik dan Kimia dari Aluminium 6
Tabel 2.2 Spesifikasi Alumina 7
Tabel 2.3 Sifat – Sifat Kriolit dan Kegunaannya 9
Tabel 2.4 Spesifikasi Soda Abu (Na2CO3) 15
Tabel 2.5 Spesifikasi AlF3 16
Tabel 4.1 Hasil Pengamatan Komponen Bath Pada Tungku Reduksi 29 Tabel 4.2 Hasil Perhitungan LT (Liquidus Temperatur) 30 Tabel 4.3 Hasil Perhitungan CE (Current Eficiency) 30
DAFTAR GAMBAR
Halaman
