TUGAS KIMIA LANJUT id. docx

1. Proses Produksi Baja

Ada beberapa proses pembuatan baja salah satunya dengan Proses Basic Oxygen Furnace atau biasa dikenal dengan proses peleburan baja. Proses ini Merupakan modifikasi dari proses Bessemer , dimana pada Proses BOF digunakan oksigen murni sebagai ganti uap air dari Proses Bessemer.

Peleburan Baja Dengan BOF ini termasuk proses yang paling baru dalam industri pembuatan baja. Konstruksi tungku BOF relative sederhana, bagian luarnya dibuat dari pelat baja sedangkan dinding bagian dalamnya dibuat dari bata tahan api (firebrick). Bejana BOF biasanya berdiameter dalam 5m mampu memproses 35 – 200 ton dalam satu pemanasan.

Proses tanur oksigen basa ( Basix Oxygen Furnace, BOF) menggunakan besi kasar cair (65 – 85%) yang dihasilkan oleh tanur tinggi sebagai bahan dasar utama dicampur dengan besi bekas (skrap baja) sebanyak (15 – 35%), batu kapur dan gas oksigen (kemurnian 99,5%). Panas ditimbulkan oleh reaksi dengan oksigen. Gagasan ini dicetuskan oleh Bessemer sekitar tahun 1800.

Gambar Sketsa Tungku BOF

Tahapan Proses:

 Besi bekas sebanyak ± 30% dimasukkan kedalam bejana yang dilapisi batu tahan api basa.

 Gas oksigen akan mengikat karbon dari besi kasar berangsur – angsur turun sampai

mencapai tingkat baja yang dibuat. Proses oksidasi berlangsung terjadi panas yang tinggi sehingga dapat menaikkan temperatur logam cair sampai diatas 1650 C.

 Pada saat oksidasi berlangsung ke dalam tungku ditambahkan batu kapur. Batu kapur

tersebut kemudian mencair dan bercampur dengan bahan – bahan impuritas (termasuk bahan – bahan yang teroksidasi) membentuk terak yang terapung diatas baja cair. Bila proses oksidasi selesai maka aliran oksigen dihentikan dan pipa pengalir oksigen diangkat / dikeluarkan dari tungku.

 Tungku BOF kemudian dimiringkan dan benda uji dari baja cair diambil untuk dilakukan

analisa komposisi kimia. Bila komposisi kimia telah tercapai maka dilakukan penuangan (tapping). Penuangan tersebut dilakukan ketika temperature baja cair sampai di atas 1650 C.

 Penuangan dilakukan dengan memiringkan perlahan – lahan sehingga cairan baja akan

tertuang masuk kedalam ladel. Di dalam ladel biasanya dilakukan skimming untuk membersihkan terak dari permukaan baja cair dan proses perlakuan logam cair (metal treatment).

 Metal treatment tersebut terdiri dari proses pengurangan impuritas dan penambahan

Reaksi Kimia

2. Konsep reduksi oksidasi yang berkaitan dengan proses produksi baja adalah

Fe2O3 + CO → Fe + CO2

Fe2O3 + CO → Fe + CO2

+3→0 +2→+4

+3→0

Sehingga persamaan baja yang terbentuk adalah 3CO + Fe2O3 → 3CO2 + 2Fe 3. Persamaan proses baja dan semen

Sama-sama memerlukan energi untuk terjadinya reaksi yang spontan pada semen dan pada proses produksi baja

Perbedaannya adalah pada reaksi baja harus ada perubahan biloks yang menimbulkan reaksi oksidasi dan reduksi sedangkan pada semen tidak ada perubahan reaksi biloks

Fe2O3 + CO-2 → Fe + CO2

+3→0 +2→+4

CaCO₃ → CaO + CO₂

+2→+2

4. Proses reaksi baja terjadi spontan

Besaran termodinamika yang sering diaplikasikan dalam menyatakan arah proses dan kestabilan kimia adalah Energi Bebas Gibbs. Apabila perubahan energy bebas Gibbs berharga negatif, maka proses akan berlangsung spontan, tetapi bila harganya positif, maka proses akan berlangsung bila adanya energi tambahan dari luar sistem

∆G = -QE ∆G = - nFE

Dimana, n adalah jumlah elektron, F adalah bilangan Faraday yang besarnya sama dengan muatan listrik untuk 1 mol elektron, dan E adalah potensial sel redoks. Dengan demikian, potensial redoks, E juga dapat digunakan sebagai parameter untuk menyatakan kestabilan termodinamika. Reaksi spontan bila perubahan energi bebas Gibbs negatif atau berdasarkan persamaan di atas, E sel berharga positif. Dengan kata lain, bila suatu reaksi redoks potensial selnya berharga positif maka produk lebih stabil secara termodinamika daripada pereaksi. Semakin besar harga potensial sel, semakin stabil produk terhadap reaksi. Sehngga pada produksi baja diperoleh

Oksidasi

2Fe₂O₃ +6e- _{+ 6H}+ _{→ 2Fe + 3H₂O E = -0,04 V}

3CO + 3H₂O → 3CO₂+6e- _{+ 6H}+ _{E = -0,21 V}

Fe2O3 + CO → Fe + CO2

E sel = E reduksi – E oksidasi

E sel = -0,04 – (-0,21)

E sel = 0,17 V

∆G = - nFE

∆G = - 6x96500x0,17 ∆G = - 98430 J/mol

3CO → 3C +

3

2

O₂ ∆H=333 KJ/mol; ∆s= 594 J/K

3C + 3O₂ → 3CO₂ ∆H= -11805 KJ/mol; ∆s= -642 J/K

Fe₂O₃ → 2Fe +

3

2

O₂ ∆H= 822 KJ/mol; ∆s= 90 J/K

Fe2O3 + CO → Fe + CO2 ∆H=-25,5KJ/mol; ∆s= 42 J/K

∆G = ∆H-T∆S <0

- 98430 J/mol = -25500J/mol –Tx42 J/K<0 -72930 J/mol = –Tx42 J/K<0