View All Text PDF
Tahapan dalam Proses Bayer:
Aluminium cair (molten) yang dihasilkan dibawa ke Pencetakan (Casting Shop) menggunakan Metal Transport Car (MTC). Di casting shop aluminium cair dimasukkan kedalam holding furnace, lalu dituang ke mesin pencetakan (casting machine) untuk dicetak menjadi ingot aluminium dengan berat masing-masing ingot seberat 50 lbs (22,7 kg).
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Aluminium
Aluminium adalah logam yang ringan dan cukup penting dalam kehidupan manusia. Aluminium merupakan unsur kimia golongan IIIA dalam sistim periodik unsur, dengan nomor atom 13 dan berat atom 26,98 gram per mol (sma). Di dalam udara bebas aluminium mudah teroksidasi membentuk lapisan tipis oksida (Al2O3) yang tahan terhadap korosi. Aluminium juga bersifat amfoter yang mampu bereaksi dengan larutan asam maupun basa.
Aluminium merupakan logam ringan yang mempunyai ketahanan korosi yang baik dan hantaran listrik yang baik dan sifat – sifat yang baik lainnya sebagai sifat logam. Aluminium (Al) mempunyai massa atom 27 (hanya ada satu isotop natural), nomor atom 13, densitas 2,79 g/cm, titik lebur 660,4oC, dan titik didih 2467oC. Aluminium adalah logam berwarna putih silver. Memiliki potensi redoks -1,66 V
bilangan oksidasi +3, dan jari-jari atom yang kecil yaitu 57 pm untuk stabilitas dari senyawa aluminium.
Aluminium adalah logam hidrolisis kuat dan umumnya tidak larut dalam keadaan pH netral antara (6,0 – 8,0), dibawah asam (pH < 6,0) atau alkali (pH > 8,0), dan dalam larutan anorganik atau ligan organik (contoh OH-, F-, SO42-, asam sitrat) kelarutan Al3+ meningkat. Reaksi jenis ini meningkatkan jumlah Al3+ dalam keadaan encer. Berikut ion yang dibentuk dalam larutan aluminium hidroksida pada pH dibawah 5,5 : Al(OH)2+, Al(OH)2+, dan Al3+. Aluminium murni tidak stabil dalam proses oksidasi. Dalam keadaan berhubungan dengan udara aluminium membentuk lapisan tipis oksida di atas permukaan serta membentuk lapisan pelindung yang tahan terhadap korosi. Aluminium oksida membentuk dua bentuk isomer α – Al2O3 dan γ – Al2O3.
2.2 Bahan Baku Aluminium
Untuk memproduksi aluminium diperlukan :
2.2.1 Bahan Baku Utama
2.2.1.1 Alumina
Adapun pembagian dari alumina berdasarkan ukuran partikelnya adalah :
1. Alumina Sandy ( γ- Al2O3)
Alumina sandy banyak ditemukan di Amerika, yang berbentuk serbuk yang diproduksi pada pembakaran yang lebih rendah dari alumina floury. Alumina sandy yang terbentuk digunakan pada tungku peleburan karena sifat dari alumina tersebut yang bergerak bebas dan tidak dipengaruhi oleh gaya dari luar.
2. Alumina floury (α – Al2O3)
Alumina floury banyak ditemukan di Eropa, dimana alumina jenis ini diperoleh melalui proses Bayer, selanjutnya diproses lagi untuk memperoleh aluminium cair. Proses yang digunakan adalah Hall – Heroult, prinsip yang dipakai melalui reduksi alumina. Reduksi dilakukan secara elektrolisa terhadap alumina yang dilarutkan dalam larutan elektrolit cair dan dialirkan arus listrik. Dengan mengalirkan arus listrik tersebut pada kedua elektroda (anoda dan katoda) maka akan terjadi proses elektrolisa, sehingga terbentuk endapan aluminium cair pada katoda. Alumina diperoleh dari bauksit melalui beberapa proses Bayer. Bauksit merupakan bahan baku Al yang terdiri dari Al2O3 (aluminium oksida) dan memiliki kemurnian yang berbeda seperti besi oksida, aluminium silica dan titanium oksida. Aluminium oksida (Al2O3) atau alumina biasanya beruba Kristal ion. Tetapi ion oksida (O-2) dipolarosasi oleh ion aluminium sehingga sebagian ikatannya bersifat kovalen. Aluminium oksida meleleh pada 2035oC. Zat ini tidak larut dalam air, stabil dan keras. Aluminium oksida adalah amfoter (kemampuan suatu zat yang dapat perpindah sifat keasaman dari sifat asam ke sifat basa). Zat ini melarut dengan lambat dalam asam encer maupun basa encer.
Al2O3(s) + 6H+(aq) → 2 Al3+(aq) + 3H2O(l)
Al2O3(s) + 2OH-(aq) + 3H2O → 2Al(OH)4-
PT. INALUM tidak menghasilkan alumina sendiri tetapi diperoleh dari negara lain terutama dari negara Australia. Spesifikasi alumina yang diperlukan untuk peleburan aluminium adalah :
2.2.1.2 Anoda
Anoda adalah elektroda bermuatan listrik positif. Jenis anoda yang dipakai adalah jenis anoda prebaked, anoda yang digunakan di seksi reduksi dibuat di gedung karbon dengan bahan kokas dan hard pitch. Dalam Proses elektrolisis reaksi yang dapat terjadi pada anoda adalah :
C(s) + O2(g) → CO2(g)
C(s) + CO2(g) → 2CO (g)
Jika potensial sel elektrolisis lebih besar dari 1,02 volt maka reaksi yang dapat
terjadi adalah :
2Al2O3 + 3C→ 4Al (l) + 3CO2(g)
Anoda karbon berfungsi sebagai reduktor dalam proses elektrolisis alumina. Anoda karbon diproduksi pada pabrik karbon (Carbon Plant). Komposisi karbon terdiri dari 60% kokas minyak, 15% hardpitch, dan 20% butt (puntung anoda). Sifat-sifat anoda yang dipakai adalah :
1. Tahan terhadap perubahan panas (heat shock) sehingga sulit retak pada saat beroperasi pada temperatur tinggi.
2. Angka muai panas yang rendah agar anoda sulit terlepas dari tangkai anoda pada temperatur tinggi.
3. Konduktivitas panas tinggi agar segera mencapai temperatur tinggi pada proses pemanasan (baking).
4. Konduktivitas listrik tinggi (0,0036 – 0,0091 ohm.cm) agar aliran listrik efektif.
2.2.1.3 Katoda
Katoda adalah elektroda bermuatan listrik negatif. Ditinjau dari bahan bakunya dan prose pembuatannya, katoda dibagi atas 4 jenis, yaitu :
1. Blok katoda Amorphous, bahan bakunya antrasit, dipanggang pada suhu ± 1.200oC
2. Blok katoda semi graphitic, bahan bakunya grafit, dipanggang pada suhu ± 1.200oC
3. Blok katoda semi graphitic, bahan bakunya yang mengalami proses pemanasan sampai suhu ± 2.300oC
4. Blok katoda graphitic, bahan bakunya kokas mengalami proses grafitasi suhu ± 3.000oC.
Reaksi yang dapat terjadi di sekitar katoda adalah dekomposisi ion AlF4- dari kriolit menjadi ion Al3+ dan ion F- :
AlF4- → Al3+ + 4F-
Reaksi Al3+ :
Al3+ + 3e → Al (l)
Dan reaksi antara natrium dari kriolit dengan Al :
Al (l) + 3 Na+ → 3 Na + Al3+
2.2.2 Bahan Baku Penunjang
2.2.2.1 Kriolit
Kriolit dapat mengandung CaF2 dan AlF3 yang dapat membentuk kriolit Na3AlF6.
Sifat-sifat kriolit adalah :
1. Konduktivitas listrik baik.
2. Memiliki berat jenis yang rendah.
3. Temperatur kristalisasi primer rendah.
4. Stabil dalam keadaan cair.
5. Dapat melarutkan alumina dalam jumlah besar.
Untuk memperbaiki sifat- sifat kriolit tersebut, bath biasanya ditambah dengan beberapa bahan tambahan seperti fluorida, alkil metal, AlF3 dan CaF2.
2.2.2.2 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 berfungsi sebagai isolasi termal.
2.2.2.3 Aluminium Fluorida (AlF3)
Aluminium fluorida berfungsi menjaga keasaman bath dan merupakan bahan yang dituangkan secara manual jika kelebihan AlF3 kurang didalam bath. Spesifikasi AlF3 yang digunakan oleh PT INALUM adalah:
Item
|
Unit
|
Spesifikasi
|
AlF3
|
%
|
93 minimal
|
SiO2
|
%
|
0,25 maksimal
|
P2O5
|
%
|
0,02 maksimal
|
Fe2O3
|
%
|
0,07 maksimal
|
Moisture (Water Content)
|
%
|
0,35 maksimal
|
Loss on Ignitation 300-1000oC
|
%
|
0,85 maksimal
|
Bulk density
|
gram/cc
|
0,7 minimal
|
Particle Size (Tyler Mesh)
|
Typical
| |
+ 150 mesh
|
%
|
25-60
|
+ 200 mesh
|
%
|
50-75
|
+ 320 mesh
|
%
|
75 inimal
|
2.3 Aliran Proses Pembuatan Aluminium
Pembuatan Aluminium terjadi dalam dua tahap:
2.3.1 Proses Bayer merupakan proses pemurnian bijih bauksit untuk memperoleh aluminium oksida (alumina). Bijih bauksit mengandung 50-60% Al2O3 yang bercampur dengan zat-zat pengotor terutama Fe2O3 dan SiO2. Untuk memisahkan Al2O3 dari zat-zat yang tidak dikehendaki, kita memanfaatkan sifat amfoter dari Al2O3.
Tahapan dalam Proses Bayer:
1. Pertama, bijih bauksit diambil dari tambang.
2. Lalu, bijih bauksit tersebut dihancurkan atau dihaluskan secara mekanik
3. Impurities (pengotor) dihilangkan dengan cara memanaskan serbuk bauksit dalam udara sehingga logam-logam lain teroksidasi. Misalnya besi teroksidasi menjadi Fe2O3
4. Kemudian, serbuk bijih yang telah dipanaskan direaksikan dengan soda kaustik atau larutan Natrium hidroksida (NaOH) pekat dan diproses di pabrik penggilingan untuk menghasilkan lumpur (suspensi berair) yang mengandung partikel-partikel bijih yang sangat halus.
5. Suspensi berair tadi dipompa ke digester, yaitu sebuah tangki yang berfungsi seperti panci presto. Larutan ini diproses pada suhu dan tekanan yang tinggi untuk melarutkan alumina dalam bijih. Larutan dipanaskan sampai 230-520° F (110-270°C) dan dengan tekanan 50 lb / dalam 2(340 kPa). Kondisi ini, dilakukan selama sekitar setengah jam atau hingga beberapa jam. Pada prosesnya penambahan NaOH dilakukan untuk memastikan bahwa seluruh senyawa aluminium yang terkandung terlarut. Proses ini akan memisahkan bijih dari kotoran yang tidak larut seperti senyawa silika, besi dan titanium.
6. Larutan panas dilewatkan melalui serangkaian tangki.
7. Larutan kemudian dipompa ke dalam tangki pengendapan. Larutan SiO32- dan [Al(OH)4]- akan ditampung. Ketika suspensi berair berada di dalam tangki ini, pengotor yang tidak larut dalam NaOH akan mengendap di bagian bawah tangki. Residu (disebut "red mud" atau “lumpur merah”) yang terakumulasi di dasar tangki terdiri dari pasir halus, oksida besi, dan oksida dari unsur lain seperti titanium. Al2O3 dan SiO2 akan larut, sedangkan Fe2O3 dan pengotor lainnya tidak larut(mengendap).
Al2O3 (s) + 2OH- (aq) + 3H2O → 2Al(OH)4- (aq)
SiO2 (s) + 2OH- (aq) → SiO32- (aq) + H2O
8. Setelah pengotor telah diendapkan, masih ada larutan yang tersisa (filtrat) yang kemudian dipompa melalui serangkaian filter (penyaring). Setiap partikel-partikel halus dari pengotor yang masih ada dalam larutan juga akan tersaring.
9. Larutan yang telah disaring akan dipompa melalui serangkaian tangki pengendapan.
10. Larutan itu kemudian direaksikan dengan asam encer, yaitu larutan HCl. Ion silikat tetap larut, sedangkan ion aluminat akan diendapkan sebagai Al(OH)3.
AlO2-(aq) + H+(aq) → Al(OH)3 (s)
Atau dengan cara dialirkan CO2 ke dalam larutan tersebut sehingga ion aluminat akan diendapkan sebagai Al(OH)3.
AlO2- (aq) + CO2 (g) → Al(OH)3 (s)
11. Endapan kristal atau Al(OH)3 (s) (mengendap di bagian bawah tangki) sedangkan SiO32- tetap larut.
12. Kemudian endapan Al(OH)3 disaring dan diambil.
13. Setelah dicuci, endapan Al(OH)3 dipindahkan ke pengering untuk dilakukan proses kalsinasi (pemanasan untuk melepaskan molekul air yang secara kimiawi terikat pada molekul alumina). Suhu 2.000°F (1.100°C) akan mendorong lepasnya molekul air, sehingga hanya tinggal Kristal alumina anhidrat. Setelah meninggalkan tungku pengering, kristal akan melewati pendingin.
14. Setelah itu, maka terbentuklah serbuk Al2O3 murni (korundum).
2Al(OH)3 (s) → Al2O3 (s) + 3H2O (g)
2.3.2 Proses Hall-Heroult merupakan proses peleburan aluminium oksida untuk menghasilkan aluminium murni.
Setelah diperoleh Al2O3 murni, maka proses selanjutnya adalah elektrolisis leburan Al2O3. Pada elektrolisis ini Al2O3 dicampur dengan CaF2 dan 2 - 8% kriolit (Na3AlF6) yang berfungsi untuk menurunkan titik lebur Al2O3 (titik lebur Al2O3 murni mencapai 2000 0C), campuran tersebut akan melebur pada suhu antara 850-950 0C. Anode dan katodenya terbuat dari grafit. Reaksi yang terjadi sebagai berikut:
Al2O3 (l) → 2Al3+ (l) + 3O2- (l)
Anode (+): 3O2- (l) → 3/2 O2 (g) + 6e−
Katode (-): 2Al3+ (l) + 6e- → 2Al (l)
Reaksi sel: 2Al3+ (l) + 3O2- (l) → 2Al (l) + 3/2 O2 (g)
Peleburan alumina menjadi aluminium logam terjadi dalam tong baja yang disebut pot reduksi atau sel elektrolisis. Bagian bawah pot dilapisi dengan karbon, yang bertindak sebagai suatu elektroda (konduktor arus listrik) dari sistem. Secara umum pada proses ini, leburan alumina dielektrolisis, dimana lelehan tersebut dicampur dengan lelehan elektrolit kriolit dan CaF2 di dalam pot dimana pada pot tersebut terikat serangkaian batang karbon dibagian atas pot sebagai katoda. Karbon anoda berada dibagian bawah pot sebagai lapisan pot, dengan aliran arus kuat 5-10 V antara anoda dan katodanya proses elektrolisis terjadi. Tetapi, arus listrik dapat diperbesar sesuai keperluan, seperti dalam keperluan industri.
Alumina mengalami pemutusan ikatan akibat elektrolisis, lelehan aluminium akan menuju kebawah pot, yang secara berkala akan ditampung menuju cetakan berbentuk silinder atau lempengan. Masing – masing pot dapat menghasilkan 66.000-110.000 ton aluminium per tahun(Anonymous,2009). Secara umum, 4 ton bauksit akan menghasilkan 2 ton alumina, yang nantinya akan menghasilkan 1 ton alumunium.
1. Di dalam pot reduksi (sel elektrolisis), kristal alumina dilarutkan dalam pelarut lelehan kriolit (Na3AlF6) cair dan CaF2 pada suhu 1.760-1.780 ° F (960 - 970 ° C) untuk membentuk suatu larutan elektrolit yang akan menghantarkan listrik dari batang karbon (Katoda) menuju Lapisan-Karbon (Anoda).
2. Sebuah arus searah (5-10 volt dan 100.000-230.000 ampere) dilewatkan melalui larutan. Reaksi yang dihasilkan akan memecah ikatan antara aluminium dan atom oksigen dalam molekul alumina. Oksigen yang dilepaskan tertarik ke batang karbon, di mana ia membentuk karbon dioksida. Atom-atom aluminium dibebaskan dan mengendap di bagian bawah pot sebagai logam cair.
3. Proses peleburan dilanjutkan, dengan penambahan alumina pada larutan kriolit untuk menggantikan senyawa yang terdekomposisi. Arus listrik konstan tetap dialirkan. Panas yang berasal dari aliran listrik menjaga agar isi pot tetap berada pada keadaan cair.
4. Lelehan aluminium murni terkumpul dibawah pot.
5. Lelehan yang sudah terkumpul ini dipindahkan ke tungku penyimpanan dan kemudian dituangkan ke dalam cetakan sebagai batangan atau lempengan.
6. Ketika logam diisi ke dalam cetakan, bagian luar cetakan didinginkan dengan air, yang menyebabkan aliminium menjadi padat.
7. Logam murni yang padat dapat dibentuk dengan penggergajian sesuai dengan kebutuhan.
2.3.2 Diagram Proses Pembuatan Pada PT.INALUM
Bahan-bahan untuk keperluan produksi Aluminium pertama sekali didatangkan melalui pelabuhan. Bahan-bahan tersebut adalah alumina, kokas, hard pitch. Alumina akan dimasukkan ke silo alumina (alumina silo), kokas kedalam silo kokas (coke silo), pitch kedalam pitch storage house. Pemasukan bahan-bahan tersebut menggunakan ban berjalan (belt conveyer). Alumina yang berada didalam silo alumina kemudian kemudian dibawa ke dry scrubber system untuk direaksikan dengan gas HF yang berasal dari pot. Hasil dari reaksi ini adalah reacted alumina yang akan dimasukkan kedalam hopper pot dengan menggunakan Anode Changing Crane (ACC). Dari hopper pot, reacted alumina akan dimasukkan kedalam tungku reduksi.
Kokas yang ada dalam silo kokas akan bercampur dengan butt (puntung anoda) dan mengalami pemanasan. Kemudian dicampur dengan hard pitch yang berfungsi sebagai perekat (binder). Campuran ketiga bahan ini akan dicetak menggunakan Shaking Machine di Anode Green Plant dan selanjutnya mengalami pemanggangan pada baking furnace. Hasilnya adalah blok anoda (anode block) di Pabrik Pemanggangan Anoda (Anode Baking Plant). Blok-blok anoda kemudian akan dipasangi tangkai (anode assembly) di Anode Baking Plant. Anoda tersebut kemudian akan dikirimkan ke Pabrik Reduksi (Reduction Plant) untuk keperluan proses elektrolisis alumina menjadi aluminium. Setelah + 28 hari anoda diganti dan sisa-sisa anoda (butt) dibersihkan. Butt ini kemudian akan dihancurkan dan dimasukkan ke silo butt. Butt kemudian dipakai kembali (recycle) sebagai bahan pembuatan anoda bersama kokas dan pitch. Pada tungku reduksi akan terjadi proses elektrolisis alumina. Proses ini akan menghasilkan gas HF yang akan dialirkan ke dry scrubber system untuk bereaksi dengan alumina dan dibersihkan lalu dibuang melalui cerobong gas cleaning system.
Aluminium cair (molten) yang dihasilkan dibawa ke Pencetakan (Casting Shop) menggunakan Metal Transport Car (MTC). Di casting shop aluminium cair dimasukkan kedalam holding furnace, lalu dituang ke mesin pencetakan (casting machine) untuk dicetak menjadi ingot aluminium dengan berat masing-masing ingot seberat 50 lbs (22,7 kg).
2.4 Fasilitas Utama di Gas Cleaning
2.4.1. Fresh Alumina Handling System
Sistem ini menangani penyimpanan fresh alumina di dalam silo alumina dan pengirimannya ke dry scrubbing system. Banyaknya alumina yang dikirimkan diukur dengan flowmeter.
1. Dry Scrubbing System
Sistem ini berfungsi menyaring debu dan mengadsorbsi gas fluoride yang berasal dari pot reduksi. Fresh alumina dari silo, dialirkan melalui air slide ke dalam reactor dan direaksikan dengan gas buang dari pot reduksi. Gas dihisap dari pot reduksi dengan menggunakan main exhaust fan. Debu dan alumina yang bereaksi ini kemudian disaring di dalam bag filter. Udara yang sudah bersih dibuang ke atmosfer melalui exhaust stack. Untuk menjaga tekanan di dalam bag filter stabil, alumina dan debu yang menempel di kain bag filter perlu dihembus secara periodic dengan udara bertekanan rendah yang diatur melalui damper. Udara ini berasal dari reverse flow fan. Alumina yang jatuh kemudian ditampung didalam hopper bag filter, dialirkan dan disirkulasikan kembali kedalam reactor untuk bereaksi kembali dengan gas buang. Dengan cara demikian, kontak antara gas buang dengan alumina di dalam reactor lebih efektif. Setelah reaksi adsorpsi selesai melalui sistem overflow, alumina dari hopper bag filter dikeluarkan dan dialirkan memakai air slide menuju bin reacted alumina.
2. Reacted Alumina Handling System
Sistem ini menangani penyimpanan sementara reacted alumina di bin reacted alumina. Reacted alumina kemudian dialirkan menuju Bath Material Mixing Centre (BMMC) untuk dicampur dengan material bath. Campuran alumina dan material bath kemudian disimpan sementara di day-bin melalui belt conveyer. Campuran ini selanjutnya digunakan di pot reduksi sebagai bahan baku.
2.5 Reaksi Elektrolisis
Reaksi Utama Elektrolisis Alumin pada industri elektrolisis alumina dengan menggunakan anoda karbon adalah sebagai berikut :
2Al2O3 (s) + 3C (s) → 4Al (l) + 3CO2 (g)
Reaksi ini berlangsung pada temperatur sekitar 945oC – 965oC, beda potensial 1,18 volt.
Mekanisme reaksi yang paling sering terjadi adalah reduksi Al2O3 secara langsung dengan reaksi :
Al2O3 → AlO2- + AlO+
AlO2 → Al3+ + 2 O2-
Reaksi katodik : 2Al3+ + 6e- → 6Al
Reaksi anodik : 3O2- → 3/2O2 + 6e-
Reaksi diatas adalah reaksi utama, reaksi ini tidak mengabaikan fakta bahwa Na mengendap pada katoda.
2.6 Kegunaan Aluminium
Dilihat dari segi kuantitas dan kualitas, kegunaan aluminium dapat mengatasi kegunaan logam lain kecuali besi. Karena itu aluminium sangat penting dalam kehidupan sehari – hari dan berpengaruh terhadap perkembangan ekonomi dunia, dikarenakan aluminium diprediksi akan menjadi komoditi ekspor dunia. Aluminium murni mempunyai kekuatan tegangan yang rendah, tetapi mempunyai kemampuan untuk membentuk alloy bersama dengan banyak unsur seperti tembaga, seng, magnesium, mangan dan silikon. Pada saat ini hampir semua bahan yang dianggap aluminium adalah sebenarnya sejenis alloy aluminium bukan aluminium murni. Apabila digabung secara proses termomekanikal, alloy aluminium menunjukkan peningkatan kekuatan dari segi sifat mekanikal. Alloy aluminium membentuk komponen penting dalam pesawat udara dan roket, ini dikarenakan kekuatan yang meningkat.
Sebagian dari kegunaan – kegunaan aluminium yaitu :
1. Pengankutan (kendaraan, kapal terbang, kendaraan landasan, kapal
laut, dsb),
2. Pembungkus (tin aluminium, keranjang aluminium, dsb)
3. Perawatan air
4. Pembinaan (tingkap, pintu, dwai binaan, dsb)
5. Barangan pengguna tahan lama (perkakas, peralatan dapur, dsb)
6. Talian penghantaran elektrik (berat pengalir aluminium adalah setengah dari berat tembaga dengan kekonduksian yang sama dan lebih murah)
7. Jendela
8. Aluminium murni
9. Serbuk aluminium, yang mempunyai bentuk perak yang biasa digunakan dalam cat. Serpihan aluminium juga dimasukkan dalam cat alas, terutama kayu cat.
0 comments:
Posting Komentar