Piro Metalurg i

(1)

PIROMETALURGI

A

A..

De

D

effiin

niis

si P

i Piirro

om

me

etta

allu

urrg

gii

Menurut Kirk-Othmer metalurgi ekstraktif adalah ilmu yang mempelajari Menurut Kirk-Othmer metalurgi ekstraktif adalah ilmu yang mempelajari cara

cara-cara pengamb-cara pengambilan ilan (eks(ekstrakstraksi) i) logalogam m dari dari bijibijih h (( ore = ore = natunaturally occurirally occuring ng compounds

compounds) dan proses pemurniannya, sehingga sesuai dengan syarat-syarat) dan proses pemurniannya, sehingga sesuai dengan syarat-syarat komersial. Metalurgi ekstraktif dibagi menjadi 3 (tiga) jalur dan salah satunya komersial. Metalurgi ekstraktif dibagi menjadi 3 (tiga) jalur dan salah satunya ya

yaititu u iiro ro memetatalulurgrgi i (( pyro pyro metallurgy metallurgy ) ) yayang ng dadalalam m prprososes es ekekststraraksksininyaya menggunakan energi panas yang tinggi (bisa sampai !."""

menggunakan energi panas yang tinggi (bisa sampai !."""oo_#)._#).

irometalurgi merupakan $uatu proses ekstraksi metal dengan memakai irometalurgi merupakan $uatu proses ekstraksi metal dengan memakai energi panas. $uhu yang dicapai ada yang hanya %"

energi panas. $uhu yang dicapai ada yang hanya %"oo_!%"_!%"oo_{# (proses Mond untuk}_{# (proses Mond untuk}

pemurnian nikel), tetapi ada yang

pemurnian nikel), tetapi ada yang mencapai !."""mencapai !."""oo_{# (proses pembuatan paduan}_{# (proses pembuatan paduan}

baja). &ang umum dipakai hanya berkisar %""

baja). &ang umum dipakai hanya berkisar %""oo_'.""_'.""oo _{#  pada suhu tersebut}_{#  pada suhu tersebut}

kebanyakan metal atau paduan metal sudah dalam fase cair bahkan kebanyakan metal atau paduan metal sudah dalam fase cair bahkan kadang-kadang dalam fase gas.

kadang dalam fase gas.

*mpan yang baik adalah konsentrat dengan kadar metal yang tinggi *mpan yang baik adalah konsentrat dengan kadar metal yang tinggi agar agar dapat mengurangi pemakaian energi panas. enghematan energi panas dapat dapat mengurangi pemakaian energi panas. enghematan energi panas dapat juga

juga dilakukan dilakukan dengan dengan memilih memilih dan dan memanfaatkamemanfaatkan n reaksi reaksi kimia kimia eksotermikeksotermik (e+othermic). $umber energi panas dapat berasal dari 

(e+othermic). $umber energi panas dapat berasal dari  '

'.. nneerrggi i kkiimmiia a ((chemical energy chemical energy   reaksi kimia eksotermik).reaksi kimia eksotermik). !

!.. //aahhaan n bbaakkaar r ((hydrocarbon fuelshydrocarbon fuels)  kokas, gas dan minyak bumi.)  kokas, gas dan minyak bumi. 3

3.. nneerrggi li liissttrriikk.. 0

0.. nneerrggi i tteerrsseelluubbuunngg11tteerrsseemmbbuunnyyii (co(consenserverved d eneenergy rgy = = sensensibsible le heheat at ),), panas buangan dipakai untuk pemanasan a2al (preheating process).

panas buangan dipakai untuk pemanasan a2al (preheating process).

B

B..

Piirro

P

om

me

etta

allu

urrg

gi

i F

Fe

errrro

ou

us

s

ogam ferro adalah adalah logam besi(4e). /esi merupakan logam yang ogam ferro adalah adalah logam besi(4e). /esi merupakan logam yang penting dalam bidang teknik, tetapi besi murni terlalu lunak dan rapuh sebagai penting dalam bidang teknik, tetapi besi murni terlalu lunak dan rapuh sebagai bahan kerja, bahan konstruksi dll. Oleh karena itu besi selalu bercampur dengan bahan kerja, bahan konstruksi dll. Oleh karena itu besi selalu bercampur dengan unsur lain, terutama 5at

unsur lain, terutama 5at arang1karbon (#).arang1karbon (#).

ogam ferro juga disebut besi karbon atau baja karbon. /ahan dasarnya ogam ferro juga disebut besi karbon atau baja karbon. /ahan dasarnya adalah unsur besi (4e) dan karbon ( #) , tetapi sebenarnya juga mengandung adalah unsur besi (4e) dan karbon ( #) , tetapi sebenarnya juga mengandung un

(2)

kadarnya relatif rendah. *nsur-unsur dalam campuran itulah yang mempengaruhi sifat-sifat besi atau baja pada umumnya, tetapi unsur 5at arang (karbon) yang paling besar pengaruhnya terhadap besi atau baja terutama kekerasannya

$ejumlah besar proses metalurgi menggunakan suhu tinggi untuk mengubah bijih logam menjadi logam bebas dengan cara reduksi. enggunaan kalor untuk proses reduksi disebut pirometalurgi. irometalurgi diterapkan dalam pengolahan bijih besi. 6eduksi besi oksida dilakukan dalam tanur sembur (blast furnace), yang merupakan reaktor kimia dan beroperasi secara terus-menerus

7ambar '. roses irometalurgi /esi

#ampuran material (bijih besi, kokas, dan kapur) dimasukkan ke dalam tanur melalui puncak tanur. Kokas berperan sebagai bahan bakar dan sebagai reduktor. /atu kapur berfungsi sebagai sumber oksida untuk mengikat pengotor yang bersifat asam.

*dara panas yang mengandung oksigen disemburkan ke dalam tanur dari bagian ba2ah untuk membakar kokas. 8i dalam tanur, oksigen bereaksi dengan kokas membentuk gas #O.

(3)

C. Pirometalurgi Non Ferrous

ogam non ferrous atau logam bukan besi adalah logam yang tidak mengandung unsur besi (4e). ogam non ferrous kebanyakan tidak digunakan begitu saja tanpa dipadukan dengan logam lain, karena biasanya sifat-sifatnya belum memenuhi syarat yang diinginkan. Kecuali logam non ferrous murni, platina, emas dan perak tidak dipadukan karena sudah memiliki sifat yang baik, misalnya ketahanan kimia dan daya hantar listrik yang baik serta cukup kuat, sehingga dapat digunakan dalam keadaan murni. 9etapi karena harganya mahal, ketiga jenis logam ini hanya digunakan untuk keperluan khusus. Misalnya dalam teknik proses dan laboratorium di samping keperluan tertentu seperti perhiasan dan sejenisnya.

ogam bukan besi1non ferro ini ditambang dalam bentuk bijih-bijihan, akan tetapi tidak dalam keadaan murni melainkan bercampur dengan unsur-unsur lain. pada umumnya bijih-bijih logam ini terdiri atas logam (",%-!":) dengan batu-batuan (kapur dan pasir) yang secara kimia2i terikat dengan oksigen, belerang serta karbon dioksida.

/ijih-bijih logam yang yang diperoleh dari hasil penambangan terlebih dahulu dipecah menjadi bagian-bagian kecil. ecahan-pecahan tersebut kemudian digiling halus, untuk selanjutnya dicampur dengan minyak dan air diaduk hingga antara tepung, minyak dan air tercampur dengan baik, kemudian ditenangkan. Minyak akan mengikat logam dan belerang yang akan berada di bagian atas adonan, sedangkan air akan mengikat lumpur dan kotoran lain yang berada di bagian ba2ah adonan. $etelah dipisahkan antara yang ada di bagian ba2ah dengan bagian atas, campuran lumpur dan air dibuang. #ampuran antara minyak, logam dan belerang tersebut kemudian dipanasi dengan udara panas untuk menghilangkan belerang hingga diperoleh logam oksid.

/ijih logam yang sudah diproses menjadi logam oksid dimasukkan ke dalam dapur api untuk mereduksi oksigennya dalam suatu proses dioksidasi dalam dapur tersebut. ogam oksid dipanasi hingga cair belerang yang tersisa juga ikut terbakar pada saat yang sama. Kandungan-kandungan yang lain

(4)

cairan logam kemudian teraknya dipisahkan. Maka diperoleh cairan logam dengan kadar kemurnian ;;:.

engolahan logam non ferrous ini pada dasarnya hampir sama dengan pengolahan logam ferrous (pengolahan dengan cara pirometalurgi). 9ahap pemekatan, reduksi dan pemurnian. <amun ada beberapa hal yang membedakan, diantaranya adalah proses pada reduksi pirometalurgi non ferrous, contohnya pada tembaga yang harus melarutkan dan meleburkan hasil pemanggangan (kalsin) yang kemudian akan menghasilkan matte lalu di ko=ersikan. >al ini dimaksudkan untuk mendapatkan tembaga yang meiliki kadar tinggi. >al ini juga berlaku pada logam non ferrous <ikel yang pada proses pengolahannya hampir sama.

(5)

7ambar !. $kema emurnian tembaga pada system dapur panas

7ambar 3. embuatan 9embaga

/erbeda halnya pengolahan timah hitam dengan pirometalurgi, Kompleksitas dari pembuatan timah hitam, dimana konsentrat timah hitam yang hanya mengandung (% s1d ?") : b, harus di panggang terlabih dahulu untuk menghilangkan sulfida-sulfida. $ebelum dilakukan proses sintering, maka batu kapur, bijih besi, pasir dan terak dicampur dengan konsentrat t imah, akibat sinter, oksida sulfur akan menguap dan di tampung untuk diolah menjadi asam sulfat, kemudian dimasukkan kedalam tanur tinggi dengan bahan bakar kokas. 7as dan debu tanur tinggi ini masih mengandung klorida kadmium yang kelak dapat diolah tersendir untuk menjadi kadmium murni. Muatan yang ada di dalam tanur tinggi di sebut bullion yang kemudian di dros, menghasilkan dross tembaga yang akan terapung dan mengikat belerang, sehingga memudahkan pemisahan tembaga dan dross. $etelah diperoleh timah cair, maka kemudian di alirkan ke dalam dapur pelunakan (ketel desil=erisasi) agar timah cair teroksidasi.

8idalam dapur pelunakan, akan terjadi terak yang mengandung antimon dan arsen. Kedalam ketel yang berisi timah cair tersebut, di tambahkan seng dan emas, tujuan nya, agar bila perak masih ada, maka akan bisa larut bersama-sama dengan seng, dimana kemudian uap nya ditampung untuk menghasilkan seng padat. #airan yang tersisa, diolah secara elektrolisa untuk menghasilkan emas dan perak. 9imah cair yang ada didalam ketel dimurnikan terlebih dahulu,

(6)

baru kemudian dicampur dengan soda api, sehingga seng akan terpisah. >al ini dilakukan dengan cara menginjeksikan pancaran timah panas kedalam ruang =akum, akibat nya seng akan menguap. ada akhirnya, kotoran-kotoran yang masih ada bercampur dengan timah, dipisahkan secara kimia, sehingga diperoleh timah cair murni, yang kemudian dicor menjadi timah ingot dengan berat standard !% kg atau ;" kg.

7ambar 0. embuatan 9imah >itam

D. Pirometalurgi Taa! Matte "melting Pa#a Tem$aga

ada tahap ini konsentrat tembaga dilebur menjadi lelehan matte. roses peleburan dilakukan dalam suasana yang oksidatif. roses ini menghasilkan lelehan matte, lelehan slag dan gas buang. Matte merupakan lelehan sulfida yang kaya akan tembaga dengan mengandung sedikit besi sedangkan slag adalah lelehan yang terdiri dari campuran oksida besi dan oksida logam pengotor serta fluks (silika). roses smelting ini menghasilkan matte dengan kandungan tembaga sekitar 0% @ A% persen. $uasana oksidatif dalam tanur peleburan diperoleh dengan menginjeksikan udara yang diperkaya oksigen atau o+ygen-enriched air.

(7)

ada tahap kon=ersi matte, matte dikon=ersi menjadi tembaga blister atau blister copper. ada tahap ini, matte dioksidasi menjadi tembaga blister, dan kandungan tembaga naik menjadi sekitar ;" persen. *mumnya proses con=erting dilakukan dalam eirce-$mith #on=erter. Ke dalam concerter dihembuskan udara melalui sejumlah tuyeres yang terendam dalam lelehan (submerged tuyeres). ada roses con=erting ini ditambahkan juga oksigen murni, silika sebagai uks, re=ert dan scrap. $lag yang dihasilkan mengandung besi-silika.

8an tahap selajutnya adalah fire refining. 4ire refining adalah proses pemurnian yang dilakukan terhadap tembaga blister. roses fire refining dilakukan dalam rotary furnace, re=erberatory furnace atau hearth furnace. 9ahapan ini dilakukan dalam ! tahap. 9ahap satu adalah oksidasi selektif terhadap sulfur dan elemen pengotor lainnya, dan tahap kedua adalah deoksidasi untuk penurunan kandungan oksigen dalam tembaga. roses fire refining mampu menghasilkan logam tembaga yang memiliki kandungan tembaga sekitar ;;:.

(8)

eleburan matte adalah peleburan netral, tujuannya memisahkan besi oksida yang terbentuk pada pemanggangan oksidasi parsial dari sulfida tembaga (#u!$). Oleh karena itu sering dianggap sebagai proses pelelehan (BmeltingC),

meskipun sesungguhnya terjadi reaksi kimia juga.

• 6eaksi utama  x 4eO D y $iO!  (4eO) x ($iO!)y (terak)

• 6eaksi samping  #u!O D 4e$  #u!$ D 4eO

ada proses peleburan matte terjadi pemerolehan kembali tembaga yang ikut teroksidasi pada proses pemanggangan, dan pemisahan dan pengikatan oksida besi ke dalam terak

E. Pirometalurgi O%si#a

*ntuk menghasilkan logam dari bijihnya, diperlukan suatu proses ekstraksi metalurgi. Karena di alam bijih logam umumnya dalam bentuk oksida dan sulfida, maka untuk menghasilkan logam diperlukan reaksi reduksi dan oksidasi

.

$yarat utama agar logam dapat dihasilkan langsung dengan cara

oksidasi senya2a sulfidanya adalah bah2a oksidanya relatif kurang stabil dibandingkan $O!. ogam-logam yang memiliki ciri tersebut adalah Eg, #u, >g, b dan kelompok logam-logam platinum. $ifat termodinamika ini dimanfaatkan dalam praktek, khususnya pada pirometalurgi tembaga.

K$96EK$F 9FM/E 8<7E< OK$F8E$F E<7$*<7 b$

 9imbal umumnya dihasilkan dari peleburan reduksi kalsin bO di dalam tanur

tegak

 8alam skala kecil b dapat pula dihasilkan secara langsung dengan cara

oksidasi mineral sulfidanya (galena b$), menghasilkan leburan b, yang dikenal sebagai B<e2nham >earth rocessC atau BOre >earth rocessC

 6eaksi *mum

b$ D O!  b D $O!

 8ari 8iagram Kellogg untuk b-$-O terlihat adanya daerah-daerah kestabilan

senya2a-senya2a oksi-sulfat b (sulfat basa) sehingga reaksi pembentukan logamnya berlangsung secara bertahap melalui b$O0.bO, b$O0.!bO,

(9)

K$96EK$F 9M/E7E

 9ujuan utama proses ekstraksi tembaga melalui jalur pemanggangan

oksidasi parsial @ peleburan matte @ con=erting adalah untuk memisahkan tembaga dari pengotor besi

 emanggangan oksidasi parsial

8imaksudkan untuk mengubah sebagian besar sulfida besi menjadi oksida dengan tetap mempertahankan tembaga sebagai sulfidanya (oksidasi selektif).

 eleburan Matte

− eleburan matte adalah peleburan netral

− 9ujuannya memisahkan besi oksida yang terbentuk pada pemanggangan

oksidasi parsial dari sulfida tembaga (#u!$). Oleh karena itu sering

dianggap sebagai proses pelelehan (BmeltingC), meskipun sesungguhnya terjadi reaksi kimia juga.