Aplikasi Dan Ekstraksi Aluminium

(1)

M.Ekaditya Albar / 0806331683 Page 1 1. Penggunaan Aluminium

a. Aplikasi Aluminium

Aluminium merupakan salah satu logam dengan aplikasi yang cukup luas di masyarakat dunia. Mulai dari aplikasi rumah tangga sampai dengan aplikasi yang

advanced, aluminium merupakan salah satu jawaban untuk memenuhi beberapa

kriteria tersebut. Contoh penggunaan aluminium dalam masyarakat adalah sebagai berikut:

 Industri Penerbangan (Aircraft)

 Alat Transportasi (Kapal, Body kendaraan, dan kereta)  Overhead Power Cables

 Alat Masak Rumah Tangga (Household Application)

Pada makalah ini, salah satu apllikasi aluminium yang akan dibahas beserta proses ekstraksinya adalah untuk keperluan alat-alat rumah tangga (Household Application).

b. Sifat Aluminium

 Dengan penambahan sedikit paduan maka kekuatannya akan bertambah baik  Densitas yang kecil (ringan)

 Tahan korosi

 Konduktor yang baik

 Raw material cukup banyak di bumi (bauksit)  Mudah dibentuk

 Good Appearance

c. Paduan Aluminium

Tipe Paduan Aluminium Unsur Paduan

(2)

M.Ekaditya Albar / 0806331683 Page 2

2xxx Tembaga (Cu)

3xxx Mangan (Mn)

4xxx Silikon (Si)

5xxx Magnesium (Mg)

6xxx Magnesium dan Silikon (Mg dan Si)

7xxx Seng (Zn)

8xxx Unsur Lain

9xxx Unused Series

d. Sifat Paduan Aluminium

Tipe Paduan Aluminium Sifat

1xxx Tahan korosi, high electrical and thermal conductivity,

mudah dibentuk

2xxx Kekuatan tinggi, tahan korosi kecil, heat-treatable

3xxx Non-heat-treatable, kekuatan cukup tinggi

4xxx Ringan, baik untuk pendingin

2. Sejarah Aluminium

Tahun Sejarah

1746 Johann Heinrich Pott, pertama kali memproduksi alumina dari kaolin clay.

1808

Sir Humphry Davy (Britain) menemukan logam dalam senyawa dan menamakannya Aluminium. Lalu mengekstraksi Al2O3 dengan metode

electro-chemical / electro-thermal.

1821 P. Berthier (France) menemukan bauxite.

1825

Hans Christian Oersted (Denmark) menemukan cara untuk memperoleh Al murni, dengan mereaksikan potassium amalgam dan hydrous aluminium

chloride.

1827 Friedrich Wöhler (Germany) menemukan proses pembuatan bubuk Al. 1845 Wöhler menemukan specific gravity (density) dari aluminium.

1854 Al dijual secara komersial.

(3)

lelehan kriolit.

1886

Paul Louis Toussaint Héroult (France) dan Charles Martin Hall (USA), menenukan proses electric untuk produksi Al terbaru Hall-Héroult process, proses ini digunakan sampai sekarang.

1889 Karl Josef Bayer (Austria), menemukan Bayer Process untuk produksi 3energi Al dari bauxite.

1890 Menggunakan sel elektrolit sampai dengan 4000 A dan e3nergy konsumsi 42 kWh/Kg Al.

3. Raw Material

Bauksit adalah bahan baku utama pembuatan alumunium. Bauksit merupakan mineral ketiga terbanyak di dunia setelah oksigen dan silikon Bauksit memiliki komposisi alumunium oksida dan alumunium hidroksida dengan beberapa pengotor seperti besi oksida, clay, dan silika.

(4)

Pada tahap pertama, bahan mentah diproduksi di pabrik alumina untuk menghasilkan oksida murni. Lalu oksida tersebut diekstraksi dari bauksit dengan menggunakan proses Bayer. Bijih akan terurai dengan menggunakan alumunium yang mengandung larutan NaOH dan menghasilkan larutan untuk mengendapkan Al(OH)3 .

Pada tahap kedua, merupakan proses lanjutan ekstraksi yaitu peleburan aluminium primer dengan menggunakan fused-electrolysis dari oksida murni yang tidak terlarut di leburan kriolit dengan menggunakan proses Hall-Héroult.

Pada proses ore mining, bauksit yang tercampur dengan clay biasanya dipisahkan dengan cara washing, wet screening atau hand sorting. Ore di-screen lalu dilakukan proses crushing untuk mendapatkan ukuran yang sama. Ore masuk ke Grinding Mill yang ditambah NaOH dengan suhu dan tekanan tinggi dan menghasilkan Slurry. Hasil sampingan berupa red mud yang mengandung besi, silikon, dan titanium.

Pada proses digesting, terjadi reaksi kimia di digester dengan penambahan NaOH lebih banyak pada proses ini. Reaksi yang terjadi adalah:

 Gibbsite : Al (OH) 3 + Na+ + OH- Al (OH)4- + Na+

 Böhmite dan Diaspore : AlO(OH) + Na+ + OH- + H2O  Al(OH)4- + Na+

Pada proses settling, prinsip yang digunakan adalah prinsip gravitasi untuk melakukan filtrasi. Pada proses precipitation, Material hasil dari settling dan filtering dimasukan ke mesin precipitator. Alumina Hydrate ditambahkan untuk mempermudah proses presipitasi dimana hasil proses ini adalah kristal alumina. Proses calcination adalah proses pemasanan yang menghasilkan alumina anhydrate. Hasil proses ini adalah alumina yang sudah dapat digunakan untuk proses pembuatan alumunium.

a. Proses Bayer

Proses Bayer adalah proses dimana Alumina akan diekstraksi dari bijih bauksit. Proses ini merupakan proses ekstraksi hidrometalurgi. Proses ini sangat efisien dan selektif, proses pemisahan ini terdiri dari 2 tahapan, yaitu mengekstraksi dari Al(OH)3

dan proses produksi alumina pada tahap kedua.

Pada tahap pertama, campuran antara bauksit halus dan larutan NaOH dipanaskan pada suhu 100-360oC di autoklaf. Al (OH)3 akan mengendap di larutan

NaOH yang menjadi Natrium Alumina. Campuran ini akan ditambahkan dengan besi dan titanium oksida yang menghasilkan larutan silika dalam bentuk natrium

(5)

aluminium silikat. Larutan ini disebut lumpur merah atau red mud dan akan disaring untuk kemudian dibuang menjadi limbah.

Pada proses pendinginan akan menghasilkan endapan Al(OH)3 dari larutan jenuh

NaAlO2. Untuk mempercepat proses pengendapan ini dapat ditambahkan kristal

Al(OH)3 yang baru saja mengendap. Endapan Al(OH)3 yang dihasilkan akan dipisahkan

dengan menggunakan vacuum filters. Endapan ini sebagian besar akan kembali digunakan untuk proses awal / umpan. Sementara sebagian kecilnya akan dibersihkan dengan air lalu dikalsinasi. Larutan OH- yang terbentuk akan digunakan kembali untuk proses. Proses ini memanfaatkan fitur kimia dan fisika pada sistem Al2O3-Na2O-H2O,

yaitu dimana ketergantungan suhu dari kelarutan Al(OH)3 di NaOH dan metastabilitas

dari larutan alumina. Reaksinya adalah sebagai berikut:

Al (OH) 3 + OH- → AlO2- + 2H2O (+ red mud)

Pada tahap kedua, Al(OH)3 akan dicuci, lalu difluidisasi dengan tekanan di tanur

fluidisasi modern. Proses ini menggunakan pemanasan pada suhu 1000-1300oC yang kemudian akan dikalsinasi menjadi:

2Al (OH) 3 → Al2O3 + 3H2O

Produk hasilnya adalah Al2O3 hampir murni, kandungan 0.01-0.03% Fe2O3, SiO2 dan

(6)

Residu dari ekstraksi proses Bayer disebut lumpur merah (red mud) karena mengandung senyawa besi. Satu ton alumina (oksida aluminium) akan menghasilkan 360 – 800 Kg red

mud. Red mud mengandung alkali residu yang

berasal dari penggunaan larutan NaOH pada

proses Bayer. Larutan NaOH yang terkandung ini biasanya digunakan kembali ke proses Bayer (ekologis dan ekonomis). Setelah red mud dicuci, residu ini akan dibuang ke tempat pembuangan besar. Tempat pembuangan limbah ini harus kedap air dan diperiksa untuk memastikan fungsi dan unsur alkali tidak ada yang terbuang ke lingkungan.

(7)

Lokasi pembuangan dapat dilapisi atau ditutupi dengan tanah, pasir, abu atau dapat diolah kembali. Lokasi tersebut dapat diolah kembali dengan menggunakan suatu jenis rumput tanpa membutuhkan lapisan tanah. Proses ini memakan waktu yang lama. Di masa yang akan datang, penggunaan kembali residu adalah cara terbaik untuk mengurangi jumlah red mud. Beberapa ada yang digunakan sebagai filler dan

colouring agent di industri plastik, filler material untuk pembangunan jalan, aditif

untuk semen. Komposisi dari red mud adalah sebagai berikut:

Unsur (wt %) Komposisi (wt %) Al2O3 15-28 Fe2O3 25-45 SiO2 6-16 TiO2 8-24 Na2O (total) 4-9 Na2O (larut) 0.5-0.7

CaO atau MgO 0.5-4

Hilang pada pembakaran 7-12

b. Proses Hall-Héroult

Pada proses Fused-Salt Electrolysis, aluminium oksida akan terurai bila dilarutkan di Na3AlF6 cair pada suhu 950-970oC dan arus langsung (DC). Hasilnya

adalah alumina dengan konsentrasi 5-7%. Fungsi Na3AlF6 adalah mengurangi titik lebur

aluminium oksida (2050o C). Na3AlF6 sebagai elektrolit memiliki titik leleh sebesar

1000o C Na3AlF6 harus dalam bentuk cair agar dapat melarutkan aluminium oksida.

Katoda yang digunakan adalah baja karbon dan terletak di kulit bawah. Sedangkan anoda terbuat dari karbon, berada di atas dan tergantung ke dalam sel elektrolit Arus listrik langsung akan mengurai fluks lelehan di sel elektrolit menjadi aluminium dan oksigen. Skema untuk Fused-Salt Electrolysis adalah sebagai berikut:

(8)

1) Anoda karbon 2) Katoda

3) Elektrolit Na3AIF6 dan Al2O3 yang tidak terlarut, 950-970 ° C

4) Alumunium cair murni, diendapkan di katoda (dapat diekstraksi) 5) Karbon pot

6) Mantel pot

7) Pengumpanan aluminium oksida

8) Crust breaker

9) CO and CO2 dihasilkan dari reaksi oksida dengan karbon anoda

10) Insulation layer

11) Pembuangan gas hasil reaksi anoda

Tegangan listrik pada Fused-Salt Electrolysis akan menyebabkan alumina terurai menjadi ion aluminium bermuatan positif dan oksigen bermuatan negatif. Ion oksigen tersebut akan berpindah ke anoda dan bereaksi dengan karbon membentuk CO2 dan

CO. Reaksi tersebut menghasilkan elektron yang akan berpindah ke katoda dimana ion aluminium akan dipisahkan. Aluminium cair murni akan keluar dari bagian bawah sel elektrolisis.

(9)

Produk hasil dari Fused-Salt Electrolysis biasanya berupa ingot, ingot penggilingan dan billet dari produk yang setengah jadi. Energi yang dibutuhkan untuk proses ini adalah 2.98 V/ŋ kWh/Kg Al. Sementara itu, suplai energinya adalah tegangan sebesar 1200 V (160-260 sel) dengan arus setiap selnya adalah 100-320 kA. Efisiensi katoda sebesar

95% dengan tegangan sel sebesar 4 - 4.5 Volt. Konsumsi anodanya adalah 420 Kg karbon / ton Al. Untuk memproduksi 1 Kg alumunium dari alumina diperlukan 15.7 KWH listrik. Untuk memproduksi Alumunium diperlukan tempat yang dekat dengan pembangkit listrik yang memadai dan 55% dari produksi alumunium menggunakan pembangkit listrik tenaga air. PT Inalum menggunakan PLTA Siguragura dan Tangga sebagai pembangkit listrik.

c. Proses Forming Aluminium

Setelah terbentuknya ingot hasil Fused-Salt Electrolysis, proses berikutnya untuk membentuk aluminium menjadi produk yang rumah tangga yang diinginkan adalah melalui proses cold work atau pengerjaan dingin. Proses cold work ini sendiri bisa dibedakan menjadi beberapa proses seperti forging (penempaan), rolling (penggilingan), drawing (penarikan), dan extrusion (pendorongan).

(10)

M.Ekaditya Albar / 0806331683 Page 10 5. Referensi • http://www.internationalrivers.org/en/latin-america/amazon-basin/caustic-red-mud-waste-alunorte-barcarena • http://www.redmud.org/Disposal.html • http://www.alu-scout.com/en/perl/enc/enc.pl?todo=show_paragraph&ppk=8 • http:// www.wikipedia.org/wiki/Hall-Heroull

• Robert D. Pehlke. 198x. Unit Process of extractive Metallurgy. The University of

Michigan Ann Arbor.

• http://bataktobapress.blogspot.com/2009/06/plta-inalum-tobasa-harus-dikuasai.html • http://www.inalum.co.id