I. HIDROMETALURGI

Hidrometalurgi merupakan cabang tersendiri dari metalurgi. Secara harfiah hidrometalurgi

dapat diartikan sebagai cara pengolahan logam dari batuan atau bijihnya dengan menggunakan

pelarut berair (aqueous solution). Dua cabang metalurgi lainnya adalah pirometalurgi dan

elektrometalurgi.

Saat ini hidrometalurgi adalah teknik metalurgi yang paling banyak mendapat perhatian

peneliti. Hal ini terlihat dari banyaknya publikasi ilmiah semisal jurnal kimia berskala

internasional yang membahas pereduksian logam secara hidrometalurgi. Logam-logam yang

banyak mendapat perhatian adalah nikel (Ni), magnesium (Mg), besi (Fe) dan mangan (Mn).

Hidrometalurgi adalah suatu proses atau suatu pekerjaan dalam metalurgi dimana

dilakukan pemakaian suatu zat kimia yang cair untuk dapat melarutkan suatu partikel tertentu.

Bisanya poses hidrometalurgi dilanjutkan dengan pekerjaan elektrolisa yang termasuk dalam

pekerjaaan elektrometalurgi.

Pada umumnya hidrometalurgi condong kepada mineral dressing, yaitu pelarutan suatu

logam yang berada pada suatu mineral. Kemudian dari larutan itu diperoleh logam lagi. Pada

hidrometalurgi dapat digunakan bijih-bijih yang mempunyai kadar rendah. Sebelum bijih-bijih

tersebut akan memasuki proses hidrometalurgi, bijih-bijih tersebut harus melalui proses-proses

Crushing dan Grinding.

Hidrometalurgi memberikan beberapa keuntungan:

- Bijih tidak harus dipekatkan, melainkan hanya harus dihancurkan menjadi bagian-bagian

yang lebih kecil.

- Pemakaian batubara dan kokas pada pemanggangan bijih dan sekaligus sebagai reduktor

dalam jumlah besar dapat dihilangkan.

- Polusi atmosfer oleh hasil samping pirometalurgi sebagai belerang dioksida,

arsenik(III)oksida, dan debu tungku dapat dihindarkan.

- Untuk bijih-bijih peringkat rendah (low grade), metode ini lebih efektif.

- Suhu prosesnya relatif lebih rendah.

- Reagen yang digunakan relatif murah dan mudah didapatkan.

- Produk yang dihasilkan memilki struktur nanometer dengan kemurnian yang tinggi

Suatu hal yang khusus yaitu bila mineral-mineral tersebut mempunyai sifat yang porous,

maka crushing dan Grinding tidak perlu dilakukan karena bahan pelarut dapat masuk dan

melarutkan metal-metal yang ada di dalamnya. Untuk membuat sifat porous ini biasanya adalah

dengan cara melakukan Roasting. Untuk menghemat bahan pelarut, juga biasanya diadakan

proses-proses sebelumnya, misalnya proses konsentrasi dengan cara Plaiton atau proses Mineral

Dressing.

Sebagai contoh :

Suatu sulfida yang biasanya sukar larut dalam zat pelarut yang ringan, maka sulfida ini

diroasting terlebih dahulu sehingga menjadi oksida. Oksida ini mempunyai sifat porous dan

mudah larut di dalam zat-zat pelarut.

Keuntungan yang lain dengan adanya proses roasting tersebut adalah logam-logam

pengganggu di dalam elektrolisa seperti As dan Sb akan banyak menguap dalam proses roasting

tersebut.

Pada umumnya roasting ini akam memerlukan biaya yang cukup besar. Untuk

menghindari hal ini, ada suatu jalan untuk mengurangi biaya tersebut, yaitu dengan melapukkan

mineral-mineral sulfida dengan jalan pemanasannya pada sinar matahari dalam waktu yang cukup

lama.

Pada prinsipnya hidrometalurgi melewati beberapa proses yang dapat disederhanakan

tergantung pada logam yang ingin dimurnikan. Salah satu yang saat ini banyak mendapat

perhatian adalah logam mangan dikarenakan aplikasinya yang terus berkembang terutama sebagai

material sel katodik pada baterai isi ulang. Baterial ion litium konvensional telah lama dikenal dan

diketahui memiliki kapasitas penyimpanan energi yang cukup besar. Namum jika katodanya

dilapisi lagi dengan logam mangan oksida maka kapasitas penyimpanan energi baterai tersebut

menjadi jauh lebih besar.

Secara garis besar, proses hidrometalurgi terdiri dari tiga tahapan yaitu:

- Leaching atau pengikisan logam dari batuan dengan bantuan reduktan organik.

- Pemekatan larutan hasil leaching dan pemurniannya.

- Recovery yaitu pengambilan logam dari larutan hasil leaching.

Sifat-sifat pelarut yang perlu diperhatikan :

1. Mempunyai daya pelarut yang baik.

2. Pelarutannya secara selektif, artinya yang dapat larut hanyalah logam-logam yang diiniginkan

saja.

3. Zat pelarut tersebut murah dan mudah di dapat.

Macam-macam zat pelarut :

1. Air : dapat melarurtkan CuSO4, ZnSO4 dan sulfat-sulat yang lainnya.

2. Asam : pada umumnya H2SO4 dan juga HCl (asam nitrat).

3. Basa : NH4OH (Untuk melarutkan Cu). Basa lainnya yang yang kurang banyak digunakan

misalnya NaOH.

4. Garam : KCN, NaCN ((Untuk melarutkan perak dan emas)

Cara-cara daripada proses pelarutan tersebut di atas biasanya secara populer dinamakan

dengan “Proses Leaching”. Proses leaching ini ada enam macam, yaitu :

1. Leaching in Place/Insitu (pelarutan di tempat).

2. Heap Leaching

3. Sand Leaching

4. Slime Leaching

5. Pressure Leaching

6. Bacterial Leaching

1. Leaching in Place (Leaching Insitu)

Dalam Leaching ini pengerjaan pelarutan dilakukan di dalam tambang itu sendiri.

Biasanya ini dilakukan untuk mineral-mineral yang berkadar rendah, tapi dalam perhitungan

ekonomis termasuk menguntungkan, misalnya bijih tembaga.

2. Heap Leaching

Pada heap leaching bijih ditambang lebih dahulu, baru dilarutkan. Bahan pelarutnya

disesuaikan dngan sifat fisik ataupun sifat kimia dari mineral-mineral yang akan dilarutkan.

Kalau keadaannya memungkinkan larutannya cukup dengan air, maka sudah tentu tidak

perlu ditambahkan dengan reaksi kimia. Demikian juga langkah pemikiran selanjutnya, bila

larutannya tidak dapat dilakukan dengan air haruslah dicoba lebih dahulu dengan suatu zat

pelarut kimia yang encer (dengan konsentrasi yang kecil).

Di dalam heap leaching ini biasanya memakan waktu yang cukup lama. Namun dalam hal

ini untuk proses pelarutannya tidak memerlukan peralatan yang besar, karena prinsip

daripada leaching ini adalah memisahkan/melarutkan mineral-mineral yang diingnkan

sehingga terpisah dari mineral-minral pengganggunya. Kemudian selanjutnya adalah proses

pengendapan kembali mineral-mineral yang sudah larut.

3. Sand Laeching

Bijih dihaluskan terlebih dahulu kemudian baru diletakkan ke dalam-dalam bak pelarut.

Dimana penghalusan tersebut dilakukan dalam ukuran-ukuran yang tertentu. Bak-bak tersebut

dibuat dari bahan-bahan yang dapat terembeskan hasil-hasil pelarutan, umpamanya keramik.

Aliran-aliran daripada Feed dan aliran-aliran dari zat pelarut biasanya secara “Counter

Currant”, artinya pelarut yang kuat akan masuk ke dalam bijih yang sudah sedikit kadar

mineral yang akan diambil. Sedangkan pelarut yang lemah akan masuk ke dalam bijih yang

mempunyai kadar mineral yang tinggi.

Di dalam proses Sand Leaching, diperlukan proses Crushing, tetapi tidak diperlukan

proses pelapukan yang memakan waktu yang lama. Bahan dari bak yang merupakan tempat

pelarutan tersebut, selain dari keramik dapat juga dari kayu atau dari beton yang diberi

lubang-lubang halus (kecil), sehingga bak tersebut dapat mempunyai sifat porous.

4. Slime Leaching

Slime Leaching ini hampir sama dengan Sand Leaching, hanya partikel-partikel pada sand

leaching cukup melalui crushing. Tetapi paada slime leaching selain daripada harus melalui

crushing juga harus melalui grinding, artinya materialnya lebih halus.

Disini bahan pelarut dan yang akan dilarutkan diaduk secara mekanis atau dapat dengan

cara memasukkan udara ke dalam larutan tersebut. Alat yang dipakai dinamakan secara

populer disebut dengan “Pachuca Tank” dengan ukuran diameternya 3 meter dan tingginya 10

meter. Aliran dari udara di bawah suatu tekanan yang tertentu yang akan masuk ke dalam

valve, dan di dalam valve itu sendiri akan mengaduk bahan pelarut dan yang akan dilarutkan.

5. Pressure Leaching

Kebanyakan Leaching dalam proses pressure Leaching dilakukan pada temperatur

dan tekanan yang agak tinggi. Temperatur dan tekanan yang tinggi ini akan mengakibatkan

reaksinya akan berjalan lebih cepat juga dapat membuat efisiensi lebih tinggi dalam

pemakaian reagent (zat kimia) dan pemakaian pressure Leaching ini banyak dipakai dalam

leaching dari Al2O3 dan juga kebanyakan mineral-mineral sulfida.

Keuntungan Pressure Leaching adalah :

1. Kecepatan reaksi dapat dipertinggi

2. Efisiensi pemakaian reagent ( misal O2) dapat dipertinggi.

3. Pemakaiannya dilakukan pada Leaching Al2O3.

6. Bacterial Leaching

Bacterial Leaching ini juga hampir sama dengan Leaching in place, tetapi pada

konsentrasi yang rendah. Leaching in place ini langsung disirami dari atas melalui suatu pipa.

Di dalam beberapa hal, bakteri-bakteri akan dapat mempercepat terjadinya suatu mineral

yang berada di dalam ore. Di alam, dimana ditemukan beberapa mineral dalam bentuk

larutan, dari hasil penelitian ada beberapa penyebab mengapa dapat terjadi larutan tersebut.

Diantara penyebabnya itu adalah bakteri-bakteri yang terdapat di alam.

Pada bakteri leaching dimanfaatkan bakteri-bakteri yang ada di sekitar tambang itu

sehingga bakteri ini dapat membantu melarutkan mineral-mineral yang kita inginkan.

Cara memasukkan zat pelarut :

Cara memasukkan zat pelarut ini dapat dengan disirami dari atas melalui suatu pipa.

Cara sand leaching adalah cukup efektif untuk tonase yang besar dengan kadar bijih yang

rendah dan oleh sebab itu apabila suatu industri memproses dengan sand leaching harus

memperkirakan bahwa umur industri itu harus cukup lama.

Reduktan organik adalah hal yang sangat penting dalam proses ini. Reduktan yang

dipilih diusahakan tidak berbahaya bagi lingkungan, baik reduktan itu sendiri maupun produk

hasil oksidasinya. Kebanyakan reduktan yang digunakan adalah kelompok monomer

karbohidrat, turunan aldehid dan keton karena punya gugus fungsi yang mudah teroksidasi.

Contohnya adalah proses reduksi mangan dengan adanya glukosa sebagai reduktan:

C6H12O6 + 12MnO2 + 24H+ = 6CO2 + 12Mn2+ + 18H2O

Larutan hasil leaching tersebut kemudian dipekatkan dan dimurnikan. Ada tiga proses

pemurnian yang umum digunakan yaitu evaporasi, ekstraksi pelarut dan presipitasi

(pengendapan). Di antara ketiganya, presipitasi adalah yang paling mudah dilakukan, juga

lebih cepat. Namun cara ini kurang efektif untuk beberapa logam.

Logam hasil pemurnian biasanya diaktivasi dengan asam tertentu terlebih dahulu

sebelum diambil dari larutannya. Cara ini menjamin didapatkannya logam dalam struktur

nanometer dengan tingkat kemurnian yang lebih tinggi. Logam yang berstruktur nanometer

harganya bisa puluhan kali lipat dibandingkan dengan logam yang berstruktur biasa.

Suhu selama proses leaching, konsentrasi reaktan, ukuran partikel sampel dan PH larutan

merupakan faktor-faktor yang paling menentukan keberhasilan proses hidrometalurgi.

Apabila kita mampu menemukan kombinasi yang tepat dari keempat faktor ini maka proses

hidrometalurgi akan semakin optimal. Kedepan diharapkan para ahli teknik kimia dapat

menciptakan teknologi yang mampu mengaplikasikan hidrometalurgi agar terpakai lebih luas

dalam dunia industri.

Proses atau pekrjaan lajutan dari proses Leaching :

Bagian dari pada pekerjaan/proses lanjutan (ekstraksi logam dari larutan) ini adalah

pengendapan secara kimia. Adapun macam-macam pengendapan :

1. Pengendapan Seecara Kimia

- Cementasi dengan reduktor padat

Contohnya :

CuSO4 + Fe (scrap) ----------- Cu + FeSO4

- Cementasi dengan reduktor gas

Ni (NH3)2 SO4 + H2 ----------- Ni (logam) + (NH4)2 SO4

Ag NO3+ H2 ----------- 2 Ag + 2 HNO3

2. Pengendapan secara Elektrolisa

Dijelaskan dalam Elektro Metalurgi.

3. Pengenadapan Secara Ion Exchange

Proses ini adalah perpindahan atau pertukaran ion-ion yang berada dalam larutan.

Contohnya:

R A + B+ ======== R B + A+

Proses daripada ion Exchange ini banyak dipakai untuk :

- Uranium

- Titanium

4. Liquid Reaction/Liquid Extraction

Contoh pemakaian proses ini adalah pada ekstraksi uranium (UO2) atau uranium oksida.

U O2 ( NO3)2 + Tributhil Fosfat

II. Electro metalurgi

Prinsip kerja electro metalurgi :

Adalah suatu elektrolisa dimana penggunaan energy listrik untuk mengendapkan

suatu metal atau logam pada salah satu elektrodanya.

Elektrolisa ini dibagi menjadi tiga macam yaitu :

1. Suatu elektrolisa didalam larutan air

2. Elektrolisa didalam larutan garam

3. Elektrolisa didalam larutan zat organik

Yang banyak digunakan pada elektrolisa metal adalah dalam larutan air dan larutan

garam, sedangkan elektrolisa yang dilakukan didalam larutan zat organic sangat

jarang digunakan.

Pekerjaan elektrolisa ini terdiri dari 2 tingkatan, yaitu :

1. Electro winning

2. Electro refinery

Hasil yang didapat didalam electro winning, selanjutnya dimurnikan melelui electro

refinery. Pekerjaan diddalam elektrolisa dilakuka dengan arus searah, dimana daerah

elektrolisa positif didebut anoda dan yang negative disebut katoda.

Pada anoda terjadi reaksi oksidasi, dimana logam kurang mulia akan terisolir daripada logam-

logam mulia misalnya Zn lebih mudah terisolir dibandingkan dengan Cu, sedangkan didalam

katoda logam mulia akan lebih dahulu tereduksi misalnya Cu lebih dahulu mengendap pada

katoda daripada H2SO4 dan Zn.

Dimisalkan : ZnSO4 dan CuSO4 dalam suatu larutan

Ditambah secara kontinu dan berapa bayak yang menempel untuk mencapai keseimbangan.

Dengan kata lain:

- Pada katoda (reduksi) yang lebih mulia akan mengalami pengendapan

- Pada anoda (oksidasi) yang kurang mulia tidak mengalami pengendapan

Anoda : Zn <====> Zn++ + 2 e

Terjadi pada keseimbangan

Katoda : Cu++ + 2 e <====> Cu

Zn + Cu++ <====> Zn++ + Cu

Dan kalau tidak terjadi keseimbangan maka akan terjadi sebaliknya .

Banyak penempelan logam pada plat katoda adalah berbanding lurus dengan elektrisitet pada

larutan.

Misalnya :

Kekuatan elektrisitet = q Coulomb

1. q coulomb w gram

2q coulomb 2w gram

2. w =

dimana : F = 96500 coulomb (faraday)

Contoh untuk perak

1 faraday = 96.500 coulomb akan dapat mengendapkan gram equifalent = 107.8 gram

equivalent Ag.

1 F = 96.500 c = gr Ag

1 F = 96.500 c = gr Cu

Suatu perhutungan kwalitatif dalam perhitungan ini, diambil suatu contoh elektrolisa

winning dari Zn.

Reaksi pada katoda :

Zn++ + 2e Zn

reduksi

H+ + 2e ½ H2

Misalnya pH = 7

(Zn++) = 1

∑ = - 0,76 (daftar)

∑ = 0 + 0,057 log 10-7 = - 0,413

Dari hal ini dapt kita ktahui bahwa E lebih dahulu ke katoda, kemudian baru disusul Zn.

∑ = Eo + ln

∑ = Eo + log

Dimana :

T = 298o K (temperatur kamar)

F = 96.500 coulomb

R = 8,31 x 107 erg/gr mole oK

E = EO + log

Pyrometalurgi

Pyrometalurgi adalah suatu proses didalam metalurgi yang berlangsung pada temperature

yang tinggi sehingga menyebabkan terjadi reaksi kimia.

Bagian –bagian dari kegiatan pyrometalurgi :

1. Kalsinasi 5. Konverting

2. Roasting 6. Destilasi

3. Smelting 7. Metallothermi

4. Agglomerasi 8. Likwasi

Kalsinasi

Kalsinasi adalah proses yang biasanya dilakukan dalam pyrometalurgi yang terjadi pada

temperature yang tinggi. Proses ini dilakukan tanpa adanya penambahan suatu reagen kimia

dan tidak sampai terjadi peleburan. Proses ini biasanya terjadi pada hidrat atau karbonat.

Contoh :

Hydrat : M O H2O(s) to→ M O (s) + H2O(g) - x cal

CaH2O2 CaO + H2O

Carbonat : M O CO2(s) to→ M O (s) + CO2(g) - y cal

CaCO3 CaO + CO2

ΔG = ΔGo + R . T . ln K

K = =

ΔG = ΔGo + R . T . ln

Dalam keadaan setimbang ΔG = 0

Jadi ΔGo = - R . T . ln

Proses ekstraksi terbagi atas :

1. Netral smelting

2. Reduksi smelting

3. Oksidasi smelting

4. Sulfidasi smelting

5. Consentrasi smelting

Yang terpenting di dalam proses ekstraksi ini adalah netral smelting dan reduksi smelting.

Dapur yang dipakai dalam smelting ada 3 macam, yaitu :

1. Schacht Oven

2. Scraal Oven (Reverberatory Furnace)

3. Electrik Oven (Electric Furnace)

Schacht oven mempunyai bentuk slinder yang vertical, misalnya dapur tinggi yang

biasa memproses besi baja. Ukurannya bervariasi, feedingnya masuk dari atasdan produknya

didapat dari bagian bawah. Didalam pemakaian schacht ini hal-hal yang harus diperhatikan

adalah :

- Ketahanan mekanis dari pada feeding

- Kemurnian dari pada bahan bakar

Prinsip Pekerjaan Smelting.

Yang harus diperhatikan adalah bentuk material yang berbentuk sulfida

Contoh :

PbS oksida roasting PbO reduksi smelting Pb

Gas yang dipakai : C , CO , dan H2

Selain itu juga memungkinkan suatu bijih dari oksidasi

Oksidasi smelting

Pemakaian dalm oksidasi smelting adalah terutama pada oksigen Flash Smelting dari

Cupper Nikel Sulfida. Konsentrat dalam bentuk pupuk dengan zat pembakar yang didapat

dari udara atau zat pembakar yang dapat dibawa kedaerah zone roasting dapat merubah suatu

suatu sulfida menjadi oksida pada zone smelting dan reaksinya merupakan reaksi eksoterm.

Sulfida Smelting

Pada sulfide smelting, suatu sulfide yang bukan sulfide (misalnya bijih nikel yang

bukan oksida) dirubah menjadi nikel oksida. Dalam hal ini nikel sulfide yang terbentuk

adalah dalam bentuk matte, sedangkan oksida dalam bentuk slag.

NiO + CaS NiS + CaO

NiS = Matte

CaO = Slag

Cementasi smelting

Didalam cementasi smelting, suatu matte (suatu sulfida) dengan bantuan suatu logam tertentu

dapat terbentuk atau dapat terjadi logam yang dikehendaki.

Sb2S3 + 3 Fe 6 Sb + 3 FeS

(scrap)

Agglomerasi

Adalah suatu proses penggumpalan dari partikel-partikel yang kecil/halus menjadi partikel

yang besar/kasar. Agglomerasi ini dapat dilakukan pada ore/bijih, konsentrat, juga partikel-

partikel yang telah mengalami rosting. Untuk pekerjaan selanjutnya yang telah ditentukan.

Produk/hasil dari agglomerasi ini memperkuat sifat mekanis dari partikel yang mengalami

agglomerasi.

Agglomerasi dapat dilakukan dalam 2 kondisi, yaitu:

1. Agglomerasi pada kondisi dingin

2. Agglomerasi dalam kondisi panas

Agglomerasi secara dingin

a. Dalam bentuk briket

Contoh : Pada Zink Metalurgi dimana ZnO(Zink Oksida) dari hasil roasting

mempunyai partikel yang sangat halus, dengan ditambahkan denmgan reduktor C

carbon dapat membentuk suatu briket dengan ukuran gumpalan yang lebih besar dan

porositas yang lebih baik.

b. Pembentukan Pellet.

Adalah suatu proses agglomerasi, dimana konsentrat ynag sangat halus akan dapat

terbentuk menjadi suatu bnetuk seperti bola-bola kecil dengan diameter 1 – 2 cm.

Proses ini terjadi pada temperature antara 1000oC – 1300oC yang akan menghasilkan

sifat mekanis yang lebih kuat.

Pembentukan dari pada pellet ini, terdiri atas partikel-partikel yang sangat halus

ditambah dengan 10% berat air dan 1% dari flux sebagai bahan tambahan. Yang

penting didalam proses Pelletisasi ini adalah proses penggumpalannya.

Flux yang dipakai dapat berupa :

1. Bentonit, misalnya alumino silikat

2. Zat-zat organis, misalnya dextran

3. Garam-garam loga, seperti natrium silikat/ Na2SiO3 atau CaCl2.

Peralatan pekerjaan pelletisasi :

- Peralatan dalam bentuk tromol

- Peralatan dalam bentuk schotel.

Agglomerasi secara panas

Dalam hal ini, prosesnya disebut dengan “sintering” dan produknya dinamakan ‘sinter’

Pada proses sintering ini, secara sebagian feedingnya akan mengalami peleburan.

Feeding terdiri dari :

- Konsentrat yang halus tapi > 100 mμ

- 15 % kokas, sebagai bahan bakar

- 10 n% air supaya bersifat porous

Spesifikasi dari pada alat Dwight cloyd :

- Panjang = 50 m

- Lebar = 2 m

- Tebal = 30 – 50 cm

- Kecepatan = 1 m/menit

- Produk = 3 ton/m2/jam

Pemakaiannya biasanya untuk pembuatan sinter bijih besi dan juga pada apembuatan sinter

pada proses metalurgi dari timah hitam.

Spesifikasi Sintering Pelletisasi

Sifat feeding Dapat bervariasi Ukuran feeding sangat perlu

Reduksi Baik (porous) Sangat baik

Tahanan mekanis Kurang baik Sangat baik

Energy 15 x 106 k cal/ton 7 x 106 k cal/ton

Tenaga listrik 20 kwh/ton 40 kwh/ton

Converting

Converting juga merupakann suatu proses metalurgi yang berjalan pada temperature yang

tinggi, dimana dalam hal ini biasanya merupakan suatu proses difenery. Zat-pembakar atau

zat asam yang diperlukan dapat berasal dari udara dan zat-zat yang murni atau dapat juga dari

suatu persenyawaan oksida.

Tipe converting :

1. Converting yang vertical

Pada converting yang vertical kebanyakan pemakaiannya adalah pada melaturgi besi

baja. Dalam hal ini udara dapat dibawa kebagian atas maupun kebagian bawah dari

converter.

2. Converting yang horizontal

Pada converting yang horizontal, umumnya dipakai pada Cupper metalurgi. Zat asam

dapat dibawa pada bagian atas dari converter. Feeding dari pada konvertor umumnya

terdiri dari metal cairan yang dapat juga digunakan suatu scrab sebagai keseimbangan

panas.

III. Ferro Metalurgi

Yang termasuk di dalam ferro matalurgy adalah suatu extractive logam Fe atau scrap juga

termasuk proses pembuatan bagian – bagiannya.

Industri – industri baja di dunian sebagian besar menggunakan proses dapur tinggi.Mineral–mineral

yang merupakan material dari besi ini adalah :

Magnetite : 72,4 %

Hematite : 69,9 %

Limonite : 62,5 %

Ilmenite : 36,8 %

Proses – proses yang dipakai dalam ferro metallurgy ini terbagi atas :

1. Proses dapur tinggi

2. Proses bukan dapur tinggi

Pekerjaan ferro metallurgy untuk bijih besi ini pada umumnya dilakukan dalam 2 tingkatan , yaitu :

1. Pengolahan bijih menjadi besi

2. Pengolahan besi menjadi baja

Proses ferro metallurgy :

- Proses dapur Tinggi

Reaksi-reaksi yang terjadi :

Drying (pengeringan) 700oC

Fe2O3(H2O)2------Fe2O3 + nH2O

Kalsinasi 1000oC

CaCO3-----CaO + CO2

MgCO3-----MgO + CO2

Reduksi Roasting 1200oC

3Fe2O3 + CO-------2Fe3O4 + CO2

Fe3O4 + CO---------3FeO + CO2

FeO + CO------------Fe + CO2

FeO + C--------------Fe + C

Smelting 1200oC

1. Peleburan Besi

2. Pembentukan Slag

Diatas sekali temperature = 200oC

Setelah smelting ada kantong arang pada 2000oC

Dan ada penghembusan udara panas melaui Tuyer (500 – 1200)oC, sehingga sebagian C dapat diubah

menjadi CO.

Fungsi dari pemasukan udara adalah :

1. menyebabkan terjadinya reaksi C (coke) + CO membentuk reduktor CO

2. untuk mengactifir bahan baker dan coke.

Dan dibawahnya ada tempat pengeluaran Slag daan selanjutnya tempat pengeluaran Logam.

Bentuk Raw Material yang mengandung Fe ada dua macam :

1. Dalam bentuk ore / bijih

2. Dalam bentuk sinter atau pellet

Coke berfungsi sbg :

Sebagai bahan baker

Sebagai bahan reduktor

Menurunkan titik didih dan titik lebur

- Fe tanpa C(carbon), titik leburnya = 1.5350 C

- Fe dengan C (carbon), titik leburnya = 1.1300 C

Mempertinggi porositas dari hasil agglomerasi

Flux = Sebagai bahan pengikat silica dan mengeluarkan material yang tidak diinginkan.

Fungsinya :

Mengusir sulfur dari dalam logam

S + CaO-----------CaS + O2

Menurunkan titik lebur/leleh dari Slag

Flux ada beberapa macam :

Flux bersifat asam, ex : silica

Dipakai bila sifat batuan gangue atau impurities bersifat Basa

Flux bersifat basa, ex : batu kapur

Dipakai kebalikan dari yang atas

Flux bersifat Netral (Amfoter), ex : Al2O3, Calsium

Dimana bisa bersifat Asam dan Basa

Pemakaian dari pada jenis flux sangat tergantung pada kotoran yang terdapat pada ore, maksudnya

adalah di dalam pembentukan slag akan terdapat suatu reaksi antara flux dengan kotoran /

impurities sehingga terbentuk slag.

1. Kotoran Primer

a. Carbon (C)

Berasal dari Coke, dimana jika temperature bertambah tinggi akan terjadi penambahan C

dan Mn dan terjadi pengurangan Si dan P.

b. Mangan (Mn)

Bila temperature < 1500oC, akan terjadi

MnO2 + CO --------- Mn + CO2

Mn3O4 + CO -------- 3MnO + CO2

Bila Temperatur > 1500oC, akan terbentuk

MnO + C ----------- Mn + CO

Dengan temperatur yang kecil maka Mn akan lebih banyak disbanding dengan Fe.

c. Silika (Si)

Bila temperature < 1600oC

SiO2 akan lebih stabil disbanding Si, dan reaksi akan kekiri

Bila temperature > 1600oC

SiO2 dengan adanya C akan terbentuk Si (Silikat)

d. Phosfor (P)

Pada temperature 1850oC P2O3 akan terurai menjadi P + CO, dimana akan terjadi reaksi

P + 3Fe -----------Fe3P, ini memiliki bentuk yang dapat larut secara baik dalam Fe (pig Iron).

Oleh sebab itu tidak akan didapatkan Phosfor dalam Slag.

e. Sulfur (S)

Sulfur ini biasanya berasal dari batubara (coke) yaitu 90 %.

Kemungkinan akan membentuk persenyawaan H2S atau COS, dimana H2S akan mengganggu

Fe.

Fe + H2S ------- FeS + H2

Dimana FeS yang terbentuk akan hilang.

COS + CaO ----------- CaS + CO2

Dan CaS akan masuk kedalam slag.

2. Kotoran sekunder

a. Aluminium (Al)

Dalam bentuk oksida yang sangat stabil (AlO2)

Pada saat Smelting = Al2O3 --------- Al + CO

Kemungkinan Al ada pada temperature lebih besar dari 2000oC dan bercampur dengan Fe

(Pig Iron).

b. Copper (Cu)

GoCu2O > GoFe2O sehingga Cu2O akan lebih mudah tereduksi.

Pada saat Smelting Cu dan Fe akan tercampur dan jika itu terjadi maka akan sulit sekali

mengextract Cu dan Fe ini.

Untuk meningkatkan produksi dapur tinggi dari 1500 ton/hari menjadi 2500ton/hari, yaitu:

1. memperbesar ukuran tungku

2. sistem mekanisasi dari Feeding

3. pemakaian mutu dari feeding (mutu sinter atau pellet)

4. pemakaian Coke

5. Effisiensi pemakaian dari udara panas

Ada beberapa factor yang perlu diperhatikan untuk meningkatkan kapasitas produksi dari dapur

tinggi dari 1.500 ton/hari menjadi 2.500 ton/hari yaitu :

1. Memperbesar ukuran dapur tinggi

2. Sistem mekanis dari pada feeding

3. Pemakaian mutu dari pada ore / feeding yang lebih baik ( mutu sinter / pellet )

4. pemakaian dari pada coke

5. Effisiensi pemakaian dari pada udara panas

Perbedaan antara dapur tinggi dan bukan dapur tinggi adalah:

Pada dapur tinggi temperature yang diperlukan adalah . 1300oC, sedangkan bukan

dapur tinggi , 1300oC dan tidak melalui proses peleburan.

Kadar carbon pada produxt akan lebih kecil jika menggunakan bukan dapur tinggi

jika dibandingkan dengan dapur tinggi.

BAHAN TAHAN API (REFRACTORY)

Di dalam suatu proses yang berlaku pada temperature yang tinggi, yaitu pada proses Pyro

metallurgy dan hydro metallurgy akan terjadi kemungkinan reaksi – reaksi antara bahan – bahan

yang digunakan dengan alat – alat tersebut.

Bahan – bahan konstruksi yang membatasi atau yang berhadapan dengan temperature

tinggi dengan cairan – cairan yang memungkinkan terjadinya kondisi dan dengan aliran – aliran debu

dari pada udara panas disebut dengan bahan – bahan refractory atau bahan – bahan tahan api.

Bahan – bahan refractory tersebut dapat berupa / terbuat dari beberapa persenyawaan berikut :

- x Al2 03 y Si O2

- Al2O3

- SiO2

- MgO

- Fe2O3 atau Fe3O4

- Carbon

- Logam

- Silicate : 1.7500 C

- Kaolinite : 1.7400 C

- Bauxite : 1.6000 C

- Alumina : 2.0500 C

- Magnesium : 2.1650 C

- Chromite : 2.0500 C – 2.2000 C

- Corondum : 2.2400 C

Bagian refractory :

1. Refractory asam / Acid refractory

2. Refractory basa / basic refractory

3. Refractory netral

4. Rare refractory

Refractory Asam ( Acid Refractory )

Adalah refractory yang menggunakan suatu bahan, di mana sifat kimianya asam.

Contoh : Alumina silicate

Bahan – bahan dari alumina :

- Batu alam, dapat dari massa yang dibuat

- Batu bata

Refractory Basa ( Basic Refractory )

Adalah Refractory yang menggunakan suatu bahan yang sifat kimiawi nya basa, yaitu

alumina oksida.

Bahan Alumina :

- Bauxite brick

- Alundum ( ellectacaly fused bauxite )

-

Bahan Oksida :

- Oksida Kalsium dan Magnesium

- Oksida besi

Refractory netral

Bahan – bahannya :

- Carbon : Grafite atau arang kayu

- Chromite ( Cr2O3 )

- Artificial refractory

Zircon carbide

Titanium carbide

Silicon carbida

- Logam – logam : Cu, Pt, Th, Ti , dsb

- Beton : bahannya bias juga dari talk dan serpentine

Rere Refractory

Bahan – bahannya :

- Berrilum oksida atau BrO3

- Titan Oksida (TiO2)

- ZrO2

PENGOLAHAN BAJA

Pengolahan baja telah dikenal sejak 1850. Raw material dari pada pengolahan baja ini adalah

sebagai berikut :

1. Fe material yang meliputi :

- Cold Fe

- Serap (ampas) baja

- Warm Fe

2. Bahan tambahan, yaitu :

- Bahan bahan pembentuk slag

- Unsur – unsure campuran

3. Gas yang di dapat dari oksidasi atau dari pembakaran (oksigen)

Sifat – sifat umum dari beberapa macam baja :

1. Sifat slag yang dihasilkan (apakah basa atau asam), dalam hal ini yang akan dibicarakan

adalah suatu kotoran dalam bentuk elemen dalam baja tersebut yaitu : C, Si, Mn, P dan S.

Dari kelima unsur yang tersebut di ata, dibagi dalam 3 proses pengeluarannya pada

pembuatan baja, yaitu :

a. Pengeluaran C,Si dan Mn

Caranya adalah dengan meng-oxidir unsure-unsur tersebut menjadi CO dan CO2,

SiO2 dan MnO dimana ketiga persenyawaan tersebut dapat larut dalam slag.

b. Pengeluaran Sulphur (belerang)

Caranya adalah dengan dikerjakan dengan mereaksikan sulphur tersebut dengan

CaS, NaS, X2S dan zat – zat ini akan larut dalam slag.

c. Pengeluaran phosphor (P)

Caranya adalah dengan meng-oxidir P bebas tersebut menjadi P2O5 . dimana P2O5 ini

akan bereaksi dengan calsium oxida membentuk (CaO)x (P2O5)y yang berada dalam

slag.

2. Cara pengaliran panas terbagi dua, yaitu :

a. Bahan baker dari luar yaitu terdiri dari gas, oil atau juga powder ( batubara halus )

atau juga secara electric.

b. Bahan baker dari dalam, hal ini dengan menggunakan oxygen murni dan dari udara

bebas.

3. Reaksi – reaksi yang terjadi, penyebab 2 media reaksi yang disebabkan 3 kemungkinan :

a. Oleh kontak antara metal bath dengan slag

b. Oleh kontak antara metal bath dengan fasa gas

c. Oleh kontak campuran itu sendiri

4. Sifat – sifat dari gas oxidator yang akan dialirkan :

a. Udara yang terdiri dari 20% oksigen dinamakan “wind prise procus”.

b. Terdiri dari 95% kemurnian oksigen, proses nya dinaminnyaakan “zat pembakar“

atau “zuur stat process”.

c. Tanpa menggunakan gas, dinamakan “ Heard pries process”.

5. Jumlah scrap yang digunakan dalam proses pembuatan baja :

Jumlah scrap yang digunakan ini bervariasi satu dengan yang, tergantung dari jumlah macam

– macam pembuatan ( proses pembuatan ) baja tersebut.

Proses Thomas

Konsentrasi conventor sama dengan conventor Bessemer, hanya beda refractory pada

bagian dalamnya haruslah dari bahan yang mempunyai sifat basa dan biasanya digunakan dolomite.

Keuntungan dari pada proses Thomas ini adalah : semua unsur C yang terdapat dalam baja

tersebut dapat dikeluarkan dan demikian juga untuk unsur – unsur Sid an Mn.

Kerugian dari pada proses Thomas ini adalah semua unsur phosphor tidak dapat dikeluarkan

jika unsure karbon © belum habis sama sekali.

Bessemer Proses

Conventor ini terdiri atas plat baja yang tebalnya ± 5 cm dan sebelah dalamnya dilapisi

dengan refractory yang bersifat asam (biasanya silikat), banyaknya pipa – pipa udara dapat mencapai

200 buah dengan diameter samapi dengan 3 cm, yang diletakkan pada bagian dalam conventer.

Kapasitas dari conventer Bessemer ini adalah lebih kurang 20 – 60 ton.

Sifat slag pada proses ini adalah asam, dan agar tidak bereaksi dengan alatmaka refractornya

digunakan yang bersifat asam.

Slag yang dihasilkan dari proses ± 10 % yang terdapat di bagian atas, sedangkan logam di

bagian bawah.

D – AC Proces ( AC = Arbed Centre de Recherches Metalluraus )

Proses ini juga merupakan suatu proses yang menghasilkan slag yang basa. Jumlah scrap

yang dipakai dapat mencapai 50% . Pada proses ini tekanan O2 yang dihembuskan lebih kecil dari

proses L-D.

Kelebihan pada proses ini adalah : kemungkinan untuk mengusir sulphur dan phosphor

dimana pengeluaran dari phosphor dengan cara pengeluaran dua macam slag seperti pada L-D

Proses. Suatu proses syclus memakan waktu 30 menit. Kapasitas conventer bervariasi antara 40 –

200 ton. Sedangkan phosfat sampai 0,02 %.

Kaldo Proses

Pada kaldo proses ini terjadi proses oksidasi kontak logam dengan slag. Keuntungan dari

pada proses ini adalah unsure S dan P dapat di eliminir sebesar mungkin. Satu cyclus memakan

waktu antara 20-90 menit, dan kapasitasnya antara 10-200 ton.

Pada proses ini, slag yang dihasilkan berada pada bagian atas dan metal/logam pada bagian

bawahn ya.

Motor Proses

Proses ini mnghasilkan slag yang bersifat basa, dan bahan oksidator yang digunakan adalah

O2. Bentuk dari pada ovennya adalah berbentuk silinder yang horizontal. Dengan O2 primer,

mempunyai kemurnian yang tinggi yaitu lebih besar dari 99%, sedangkan O2 sekunder kemurniannya

± 955.

Pada proses ini didapati dua saluran O2 yaitu O2 primer dan O2 O2 sekunder fungsinya adalah

membantu penyelesaian oksidasi dari pada O2 primer.

Proses Pengolahan Baja melalui Bukan Dapur Tinggi

Prose pengolahan baja ini adalah metoda reduksi secara langsung tanpa melalui proses

dapur tinggi .Perbedaannya adalah :

1. Temperatur lebih rendah, yaitu lebih kecil dari 1.3000 C dan logamnya tidak melalui suatu

proses (phase) peleburan.

2. kadar karbon ( C ) pada produk akan lebih kecil (tidak mencapai jenuh) hal ini disebabkan

karena reaksi yang terjadi bukan dalam keadaan cair.

Pada bukan dapur tinggi proses yang terjadi ada 2 yaitu :

1. Dengan menggunakan bahan redactor padat

Misalnya : kokas, batubara dan arang. Terbagi atas 3 macam :

a. Tunnel oven :

- Krupp

- R-N Proces

- Strategic Udy Proces

- Renn

b. Schact oven

c. Electric oven

- Electric metal

- Tysland Hole

2. Dengan menggunakan redactor gas

Misalnya CO dan H2, terbagi atas :

- H-Iron Proces

- Na-Iron Proces

- Hyl Proces

- Hojonas process

- Wiberg Proces

Type dari dapur/ovennya :

- Tunnel

- Tromol

- Electric

- Schact

- Fluo-solid

Dengan pedoman diagram chaudron, reduksi akan lebih mudah berjalan/terjadi pada

temperature diatas 8020 C bila yang digunakan adalah reduktor H2, tapi jika menggunakan reduktor

CO maka berjalan pada temperature dibawah 8020 C.

2CO + O2 ===2CO2

2H2 + O2 ===2H2O

Reaksi yang mungkin terjadi :

1. FeO + CO ------ Fe + CO2

2. FeO + H2 -------Fe + H2O

3. CO2 + H2 -------CO + H2O

Keuntungan penggunaan H2 :

1. kecepatan reaksi yang lebih besar

2. memungkinkan memperoleh besi dengan bebas dari unsur2 karbon

kerugian menggunakan reduktor H2

1. gas H2 lebih mahal harganya karena diperoleh dari methan

2. reaksi yang terjadi antara oksida besi dan H2 adalah reaksi yang endodermis.

Ekstraksi logam Cu-Sulfida

Proses dilakukan pada pyrometalurgi, pertama adalah meningkatkan kadar cu menjadi 25%

dengan mineral dressing, selanjutnya dilakukan roasting pada 750 – 8000 C, dimana Cu-Sulfida akan

berubah menjadi Cu-Oksida dan seterusnya proses Netral Smelting pada temperature 14000 C shg

terjadi pemisahan mineral oksida masuk ke slag dan sulfide menjadi waste, dimana wate akan

dihembuskan udara hingga menjadi blister cupper, dengan kadar Cu 98-99 % dan terakhir

pemurnian.

DAFTAR KEPUSTAAKAAN

Sugiyarto, Kristian H. 2003. Dasar-dasar Kimia Anorganik Logam. Jurusan Pendidikan Kimia

FMIPA Universitas Negeri Yogyakarta. Yogyakarta. Hal: 5.46-5.49.

Pagnanelli.F, Garavini.M, Veglio.F, Toro.L. Journal of Hydrometallurgy 71; Preliminary screening of

Purification Processes of liquor Leach Solutins Obtained from Reductive Leaching of Low-Grade

manganese Ores. 2004. www..sciendirect.com. Hal 319-327.