BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Sejarah Umum Aluminium
Logam aluminium pertama kali ditemukan pada tahun 1825, tetapi baru dalam jumlah sedikit sebagai logam berharga. Kesulitan yang belum teratasi sampai waktu yang lama adalah daya pengikatnya yang besar untuk elemen-elemem tertentu, terutama oksigen, dan suatu hal yang tidak mungkin pada waktu itu membersihkan logam tersebut dalam jumlah yang begitu banyak. Masalah ini tetap tidak terpecahkan sampai ada perkembangan dalam teknologi dan teknik kelistrikan sehingga memungkinkan dengan proses reduksi secara elektrolisa bisa menyuling sejumlah banyak logam alumina (oksida aluminium) yang disuling dari bijih aluminium. Produksi aluminium ini sangat tergantung pada sumber listrik yang murah dan ini adalah merupakan alasan bahwa pabrik-pabrik pengolahan aluminium kepunyaan Inggris ditemukan di dataran Tinggi Skotlandia dimana telah dikembangkan sejumlah sumber listrik hidro yang besar.
Sumber aluminium terdapat dalam apa yang disebut dengan bauxites yang mana mengandung oksida aluminium yang tak murni, bebas air, dan dengan silika juga oksida besi yang juga merupakan kotoran-kotoran utama. Bauksit ditemukan diseluruh dunia terutama di daerah tropis dan subtropis, kebanyakan diolah dengan proses penuangan terbuka. Proses alumina Bayer umumnya digunakan untuk menyuling alumina dari bauksit yang telah dihancurkan yang terlebih dahulu dibersihkan dengan larutan kaustik soda panas. Ini memisahkan alumina sebagai sodium alumina (Love, 1986).
Pada tahun 1886 Charles Hall dari USAmenghasilkan aluminium dari proses Elektrolisa alumina yang dipisahkan dari campuran kriolit (Na3AlF6). Pada tahun yang
sama Poult Heroult dari Perancis mendapatkan hak paten dari negaranya untuk proses yang sama dengan Hall. Pada tahun 1983 kapasitas produksi aluminium dengan metode Hall-Heroult ini meningkat dan berkembanng pesat (Grjothem, 1993).
2.2 Alumina
Alumina merupakan bahan baku di dalam proses elektrolisa dan digunakan sesuai dengan kesetimbangan stiokiometri, yang banyaknya mencapai 1,89 kg dalam suatu massa, sebagai contoh : 1,89 kg Al2O3 akan menghasilkan 1 kg aluminium. Alumina pertana kali
ditemukan oleh orang Perancis tahun 1921. Alumina mempunyai morfologi bubuk berwarna putih dengan berat molekul 102, titik lelehnya pada suhu 20500C dan specific gravity 3,5-4,0 gr/cm3.
Alumina (Al2O3) merupakan senyawa oksida dari aluminium yang diperoleh dari
proses pemurnian bauksit (Al2O3 x H2O) yang disebut dengan proses Bayer, yang
dilakukan pada tekanan 3 atm dan temperatur 1600C yang didasarkan kelarutan alumina. Proses Bayer terdiri dari tiga tahap reaksi, yaitu:
1. Pelarutan terhadap bauksit dengan menggunakan NaOH (proses Ekstraksi) Al2O3.xH2O + 2 NaOH 2 NaAlO2 + (x +1) H2O
2. Selanjutnya dilakukan proses Dekomposisi
2 NaAlO2 + 4 H2O 2 NaOH + Al2O3. 3 H2O
3. Alumina trihidrat yang terbentuk selanjutnya dikalsinasi menjadi alumina Al2O3.3H2O + kalor Al2O3 + H2O
Alumina yang diperoleh dari proses Bayer di atas, kemudian diproses lanjut untuk mendapatkan aluminium. Proses yang digunakan pada saat ini adalah proses Hall-Heroult ( PT.INALUM,2003).
2.3 Aluminium
Aluminium adalah logam putih yang liat dan dapat ditempa, bubuknya berwarna abu-abu. Aluminium melebur pada suhu 6950C. Apabila terkena udara permukaan unsur aluminium teroksidasi tetapi lapisan oksidasi ini melindungi aluminium dari oksida lebih lanjut. Asam klorida encer dengan mudah melarutkan logam aluminium. Pelarutan lebih lambat dalam asam sulfat encer atau asam nitrat encer :
2 Al + 6H+ 2 Al3+ + 3 H2
Proses pelarutan dapat dipercepat dengan menambahkan sedikit merkurium (II) klorida pada campuran. Asam klorida pekat juga melarutkan aluminium :
2 Al + 6 HCl 2 Al3+ + 3 H2 + 6 Cl
-Asam sulfat pekat melarutkan aluminium denagn membebaskan belerang yang dioksidasi:
2 Al + 6 H2SO4 2 Al3+ + 3SO42- + 3 SO2 + 6 H2O
Asam nitrat pekat membuat logam menjadi pasif. Dengan hidroksida – hidroksida alkali terbentuk larutan tetrahidroksoaluminat:
2 Al + 2 OH- + 6 H2O 2 [Al(OH)4]- + 3H2
Ion – ion aluminium (Al3+) membentuk garam – garam yang tak berwarna dengan anion – anion yang tak berwarna. Halida, nitrat, dan sulfatnya larut dalam air. Larutan ini memperlihatkan reaksi asam karena hidrolisis. Aluminium sulfida dapat dibuat hanya
dalam keadaan padat saja. Dalam larutan air aluminium terhidrolisis dan membentuk aluminium hidroksida Al(OH)3. Aluminium sulfat membentuk garam – garam rangkap
dengan sulfat dari kation – kation monovalen dengan bentuk – bentuk kristal yang menarik, disebut tawas (Vogel,1990).
2.4 Sifat-Sifat dan Kegunaan Aluminium 2.4.1 Sifat-Sifat Aluminium
Aluminium adalah barang tambang yang didapat dalam skala besar dalam bentuk bauksit (Al2O3.2H2O). Bauksit mengandung Fe2O3,SiO2 dan zat pengotor lainnya. Maka untuk
memisahkan aluminium murni dari senyawanya, zat-zat pengotor ini harus dipisahkan dari bauksit. Proses pemisahan ini dilakukan dengan proses Bayer. Proses Bayer meliputi penambahan larutan natrium hidroksida (NaOH) yang kemudian menghasilkan larutan natrium alumina dan natrium silikat. Besi merupakan hasil sampingan yang didapat dalam bentuk padatan. Apabila CO2 dialirkan terus- menerus maka akan menghasilkan larutan,
natrium silikat tertinggal didalam larutan sementara aluminium diendapkan sebagai aluminium hidroksida. Hidroksida dapat disaring, dicuci dan dipanaskan membentuk alumina murni dengan metode elektrolisa alumina (Al2O3). Elektrolisis ini dilakukan
karena aluminium bersifat elektropositif.
Selain elektropositif, aluminium memiliki sifat kimia sebagai berikut: 1. Titik leleh : 933,470K ( 660,320)
2. Titik didih : 2.7290K ( 2.5190C) 3. Kalor peleburan : 10,71 kj/mol
4. Kalor penguapan : 294,0 kj/mol 5. Warna : putih, keperakan 6. Densitas : 2.730 kg/m3 7. Konduktivitas termal : 0,51 kal/cm/0C/s
pada suhu 200C
Dengan penambahan sifat-sifat diatas, aluminium mempunyai ketahanan korosif yang baik, dan dapat ditempah dengan mudah. Aluminium juga pengoksidasi yang baik (Anonim, 1982).
2.4.2 Kegunaan Aluminium
Sama halnya seperti tembaga, aluminium mempunyai daya hantar panas yang baik dan sekaligus mempunyai refleksi panas yang besar. Oleh karena refleksi panas yang besar aluminium dapat digunakan sebagai bahan isolasi. Aluminium mempunyai daya hantar yang baik. Sehingga aluminium banyak digunakan sebagai bahan penghantar listrik. Untuk keperluan itu aluminium harus dimurnikan semurni mungkin. Untuk meningkatkan kekuatan tariknya, aluminium untuk kabel rentang harus diubah bentuknya dalam keadaan dingin.
Aluminium sukar dituang, aluminium cair-kental. Oleh karena daya hantar panas yang baik dan daya oksidasi yang besar aluminium sukar dipatri. Seluruh panas yang dimasukkan cepat keluar. Sedangkan pekerjaan las sukar dapat dipertahankan bebas oksidasi. Aluminium sebagai bahan baku digunakan untuk cat antara lain cat aluminium (Beumer, 1994).
1. Untuk membuat bak truk dan komponen kendaraan bermotor. 2. Untuk membuat badan pesawat terbang.
3. Untuk kusen, jendela dan rumah 4. Untuk kemasan berbagai produk.
5. Untuk kabel listrik, perabotan rumah tangga dan barang kerajinan.
6. Membuat termit yaitu campuran serbuk aluminium dengan serbuk besi (II) oksida, digunakan untuk mengelas baja ditempat, misalnya untuk menyambung kereta api.
7. Untuk jendela
8. Untuk perlengkapan masak (panci, kompor, kuali, dll).
9. Aluminium digunakan pada produksi jam tangan karena aluminium memberikan daya tahan dan menahan pemudaran dan korosi.
10. Aluminium digunakan sebagai automobile, pesawat terbang, truk, rel kereta api, kapal laut dan sepeda.
11. Untuk pengemasan (www.club-kimia-nk.Blogspot.com).
2.5 Produksi Aluminium 2.5.1 Bahan baku
Bahan-bahan untuk keperluan produksi aluminium pertama kali didatangkan melalui pelabuhan. Bahan-bahan tersebut adalah alumina, pitch, dan kokas (coke). Alumina akan dimasukkan ke dalam silo alumina (alumina silo), kokas ke dalam silo kokas (coke silo) dan pitch ke dalam pitch stroge house. Bahan-bahan tersebut dimasukkan dengan menggunakan belt conveyor (www.fr39.wordpress.com).
2.5.2 Peleburan
Pada tungku reduksi akan terjadi proses elektrolisis alumina menjadi aluminium. Pada proses ini akan dihasilkan gas HF yang akan dialirkan ke dry scrubber system untuk bereaksi dengan alumina dan sebagian dibuang melalui cerobong Gas cleaning system. Aluminium cair yang dihasilkan pada tungku kemudian di bawa ke Casting shop aluminium menggunakan Metal Transport Car (MTC)( www.fr39.wordpress.com).
2.5.3 Proses Hall-Heroult
Produksi industri aluminium dihasilkan dari pot reduksi alumina dengan proses Hall-Heroult. Proses Hall-Heroult dinamakan dari nama penemunya pada tahun 1886, lalu dikembangkan dan dipatenkan. Proses yang digunakan pada Hall-Heroult yaitu elektro,lisi dengan alumina (Al2O3) yang dilarutkan pada larutan elektrolit yang terdiri
dari larutan kriolit (Na3AlF6). Elektrolit dimodifikasikan dengan penambahan aluminium
Florida (AlF3), kalsium Florida (CaF2), dan pada zat penambahan lainnya. Proses
Hall-Heroult adalah metode yang hanya digunakan untuk memproduksi aluminium pada industri saat ini. Pada pot reduksi alumina modern terdapat masing-masing anoda karbon prebaked yang dicelupkan dalam larutan elektrolit, dan ion-ion oksida dari campuran alumina ditukar secara elektrolisa pada anoda sebagai produk sampingan. Reaksi aluminium oksida dengan anoda karbon membentuk gas CO2 (Thinstad, 1932).
2.6 Penyebab naiknya kadar Besi di dalam Aluminium
Alumina (Al2O3) yang dipakai sebagai bahan baku dalam industri peleburan aluminium,
mempunyai kemurnian lebih dari 98%, dengan zat pengotor antara lain Fe2O3, SiO2,
Kriolit dengan rumus kimia Na3AlF6 berguna sebagai elektrolit juga sebagai
pelarut alumina dalam proses elektrolisis menjadi aluminium. Pada temperatur 1000oC, oksida besi akan larut dalam kriolit cair, karena kriolit dapat menurunkan tiotik lebur alumina tanpa mengurangi kualitas aluminium yang dihasilkan, reaksinya dalah sebagai berikut:
2Na3AlF6 + Fe2O3 2 FeF3 + 6 NaF + Al2O3
Kriolit itu sendiri digunakan sebagai larutan elektrolit dalam reaksi alumina karena sifat uniknya, yaitu:
- Dapat melarutkan berbagai jenis oksida yang baik - Kemampuan melarutkan alumina yang sangat baik - Tidak bereaksi dengan alumina dan karbon
- Cukup encer sebagai pelarut.
Kadar Fe (besi) didalam molten dapat menjadi tinggi. Hal ini disebabkan oleh beberapa faktor, antara lain:
a) Pot reduksi: Pot reduksi yang sudah lama, dimana pot tersebut mengalami pengaratan, sehingga dapat mengakibatkan kadar Fe naik.
b) Ladle: Ladle yang jarang dibersihkan, sehingga kerak molten yang berada didalamnya dapat mempengaruhi kadar Fe yang ada disekitarnya.
c) Furnace: Furnace terbuat dari besi, sehingga apabila furnace tersebut terkikis karena terjadinya peristiwa korosi, maka molten yang berada pada furnace dapat mempengaruhi kadar Fe-nya.
d) Scrapper: Alat pengaduk saat melakukan stirring, karena scrapper tersebut terbuat dari besi (Heine, 1967).
2.7 Proses Pengolahan Aluminium di Casting Plant
Aluminium cair yang di tapping (diisap) dari pot reduksi, ditampung dengan ladle dan kemudian ladle tersebut ditimbang dan dibawa dengan MTC (Metal Transport Car) menuju seksi penuangan untuk dimasukkan ke dalam furnace.
Proses pengerjaan atau pengolahan metal aluminium di casting plant, yaitu: a) Charging
Charging adalah proses kegiatan pengisian molten dari dalam ladle yang dibawa oleh MTC menuju seksi penuangan untuk dimasukkan ke dalam furnace dengan menggunakan hoist crane. Jumlah molten yang dapat diisikan ke dalam furnace 35 ton.
b) Flux Treatment
Molten yang di tapping (dihisap) dari pot-pot reduksi masih mengandung gas-gas dan oksida-oksida, maka dilakukan beberapa perlakuan seperti penambahan flux yang berguna untuk:
- Memisahkan aluminium dari dross - Mengapungkan kandungan oksida
- Pelepasan gas-gas yang larut dalam cairan alumina
Flux yang dipakai adalah De Inclusion Flux 827HS berbentuk powder. Temperatur saat pengolahan dengan flux 740oC. Konsumsi flux adalah 65 kg/ton Al.
Fungsi dari pengadukan adalah untuk mempercepat proses kimiawi dan penyempurnaan proses homogenasi. Pengadukan dilakukan 5 menit menggunakan alat pengaduk yaitu scrapper dengan panjang 6 meter.
d) Holding time
Holding time adalah waktu yang diperlukan untuk menunggu proses kimiawi hingga seluruh dross dapat mengapung dipermukaan molten. Lama holding time
2,5 jam, dengan temperatur 740oC. e) Skimming off I\(pengambilan dross)
Dross yang mengapung dipermukaan molten didorong oleh dross pusher menuju ke pintu furnace, dross yang telah terkumpul kemudian ditarik keluar oleh dross stretcher.
f) Pengambilan sampel TPM (Test Product Metal)
Untuk menjamin tercapainya grade yang direncanakan, diambil sampel TPM dari furnace dan selanjutnya dikirim ke bagian SQA (Quality and Ansurance Section) untuk dianalisa.
Apabila hasil analias TPM menyatakan kadar Fe pada molten sesuai dengan grade yang diinginkan, dilakukan pencetakan. Tetapi seandainya hasil analisa TPM menyatakan kadar Fe tinggi pada molten tersebut, maka dilakukan beberapa langkah-langkah antara lain:
a. Apabila kapasitas furnace (dapur) masih mencukupi untuk menampung aluminium cair ( 38 ton), dilakukan penambahan aluminium cair dengan kadar Fe yang lebih rendah dibandingkan dengan yang ada di dalam furnace. b. Kemudian dilakukan pengadukan beberapa menit.
c. Lalu diambil sampel tersebut untuk dianalisa TPMnya.
d. Apabila hasil TPM menyatakan bahwa aluminium cair tersebut telah selesai dengan grade yang diinginkan, maka aluminium cair tersebut siap dicetak.
2. Dicetak sebagian (Spect Out)
a. Aluminium cair dengan kadar Fe sangat tinggi dicetak sebagian (Spect Out) sebanyak beberapa ton untuk dijadikan sebagai Out Product (aluminium batangan cacat).
b. Setelah dilakukan pencetakan sebagian, aluminium cair yang masih berada dalam furnace ditambahkan aluminium cair dengan kadar Fe serendah mungkin.
c. Setelah penambahan aluminium cair, dilakukan pengadukan. d. Lalu diambil sampel untuk dianalisa TPM nya.
e. Apabila hasil TPM menyatakan bahwa aluminium cair tersebut telah sesuai dengan grade yang diinginkan, maka siap dilakukan pencetakan.
3. Penurunan Grade (Grade Down)
a. Apabila kadar Fe masih sangat tinggi, setelah dilakukan langkah-langkah diatas, maka dilakukan langkah terakhir yaitu penurunan grade.
b. Misalnya apabila produk yang ngin dihasilkan yaitu aluminium batangan (ingot) dengan grade S1-B, maka gradenya diturunkan manjadi grade G1. g) Pencetakan
Apabila hasil TPM, temperatur dan persyaratan lain sudah terpenuhi, maka pencetakan dapat dimulai dengan menekan tombol pengoperasian Cylinder Hidrolic untuk memiringkan furnace. Pemiringan dapur dilakukan untuk menuangkan cairan aluminium ke dalam cetakan. Melalui launder, pouring device, mould tersebut terletak diatas conveyor mesin pencetak yang dilengkapi dengan tangki air pendinginan. Setelah aluminium cair tersebut membeku menjadi aluminium batangan, selanjutnya diberi penomoran oleh marking device. Lalu aluminium batangan dipukul dengan hammering device agar terlepas dari mould.
Ketika ingot mulai turun ke conveyor berikutnya, maka aluminium ditahan oleh ingot retainging roller dan ditekan oleh ingot pusher agar tidak sampai jatuh, kemudian diterima oleh receiving arm menuju ke conveyor berikutnya dan disini aluminium batangan akan didinginkan kembali dengan semprotan air di cooling chamber. Kemudian dalam kondisi ini, aluminium batangan dideteksi, karena jika aluminium batangan kekecilan, kebesaran, cacat, atau kotor, maka dilakukan ingot discharger sebagai out product dan selanjutnya aluminium batangan yang lolos dari deteksi tersebut dipindahkan ke line up untuk dipindahkan oleh servo arm ke stock konveyor. Kecepatan mesin adalah 12 ton/jam. Temperatur pencetakan 720oC. berat ingot 22,7 kg.
Setelah ingot dicetak, lakukan penimbangan berat tumpukan tersebut. Lalu dilakukan pengikatan dan kemudian aluminium batangan yang telah diikat dengan strapping band dan diletakkan ke storage yard, yaitu tempat penyimpanan aluminium batangan(PT.INALUM, 2003).
2.8 Standar Pengendalian Grade Produk
Standar pengendalian grade produk adalah salah satu dari sarana ilmiah yang digunakan manajemen modern dengan lingkup yang meningkat dengan tetap menjaga standar-standar kualitas. Sistem ini didasarkan pada hokum-hukum probabilitas dan dapat digambarkan sebagai suatu sistem untuk pengendalian mutu produksi dalam batas-batas yang ditentukan dengan menggunakan suatu prosedur penarikan contoh dan analisis dan hasil-hasil pemeriksaan.
Tujuan utama dari statistik pengendalian grade produk adalah pengurangan variabilitas secara sistematik dalam karakteristik kunci produk itu. Pengendalian proses statistik adalah alat utama yang digunakan untuk membuat produk yang benar sejak awal. Tujuan pokok dari pengendalian proses stastik adalah menyelidiki dengan cepat terjadinya sebab-sebab pergeseran proses sehingga tindakan pembetulan dapat dilakukan sebelum banyak unit yang diproduksi.
Jadi, pada proses pengendalian grade di casting plant PT.INALUM, dengan mengubah variabel-variabel yang ada pada rumus dasar, dapat mengendalikan kadar Fe yang tinggi dalam aluminium cair.
Standar pengendalian grade produk dibuat sebagai pedoman untuk mengetahui kadar maksimum dan minimum dari Fe sesuai dengan grade yang telah ditentukan. Karena zat-zat tersebut merupakan pengotor daripada kandungan aluminium tersebut.
Selain daripada zat-zat tersebut, banyak lagi unsur-unsur sebagai pengotor yang terkandung didalam aluminium tersebut, yaitu Ti, Mn, V, Ga, Mg, Na, Ni, Zn, Cr, dan B. pengaruh terbesar dalam kandungan aluminium tersebut yaitu Fe. Jika kandungan unsur Fe tersebut diketahui dengan analisa TPM, maka dapat diketahui berapa persen unsur-unsur logam pengotor yang terkandung dalam aluminium tersebut (Anonim, 1982).
