i  

MAKALAH

PROSES PENGOLAHAN LOGAM BESI, BAJA DAN

ALUMUNIUM

DISUSUN OLEH :

MUHAMAD LUTFIL HAKIM

FAKULTAS TEKNIK

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SEMARANG

SEMARANG

2015

ii  

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ........................................................................................ i

DAFTAR ISI .................................................................................................... ii

DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... iii

BAB I PENDAHULUAN ................................................................................ 1

1.1 Latar Belakang ........................................................................................... 1

1.2 Sejarah Pembuatan Besi dan Baja .............................................................. 1

BAB II PROSES PENGOLAHAN BAJA ....................................................... 3

2.1 Pengertian Baja .......................................................................................... 3

2.2 Proses Pembuatan Baja .............................................................................. 4

2.2.1 Proses Pembuatan Baja Dengan Proses Konvertor ................................ 4

2.2.2 Proses Pembuatan Baja Dengan Tanur Oksigen Basah .......................... 10

2.2.3 Proses Pembuatan Baja Dengan Open Heath Furnace ........................... 12

2.2.4 Peleburan Baja Dalam Dapur Listrik (EAF) .......................................... 15

BAB III PROSES PENGOLAHAN BESI ....................................................... 20

3.1 Pengolahan Besi dengan Metode Tanur Sembur (Blast Furnace) ............. 20

3.1.1 Proses Reduksi Tidak Langsung (Indirect Reduction) ........................... 22

3.1.2 Proses Reduksi Langsung (Direct Reduction) ........................................ 24

3.1.3 Perbedaan Proses Reduksi Langsung Dan Reduksi Tidak Langsung .... 26

BAB IV PROSES PENGOLAHAN ALUMINIUM ....................................... 27

4.1 Karakteristik Aluminium ........................................................................... 27

4.2 Proses Pengolahan Aluminium .................................................................. 28

4.2.1 Proses Penambangan Aluminium ........................................................... 28

4.2.2 Proses Pemurnian Aluminium ................................................................ 28

4.2.3 Proses Peleburan Aluminium ................................................................. 30

4.3 Kegunaan Aluminium ................................................................................ 32

DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 33

iii  

DAFTAR GAMBAR

Gambar Konvertor Bessemer ........................................................................... 7

Gambar tungku BOF. ....................................................................................... 10

Gambar Open-Hearth Furnace ......................................................................... 12

Gambar AC Electric Arc Furnace .................................................................... 17

Gambar DC Electric Arc Furnace .................................................................... 18

Gambar Induction Electric Arc Furnace .......................................................... 18

Gambar Alat Tanur Sembur (Blast Furnace) ................................................... 20

Gambar Skema Indirect Reduction Furnace .................................................... 23

Gambar Tanur Tinggi ....................................................................................... 24

Gambar Skema Direct Reduction Furnace ....................................................... 25

Gambar Skema Proses Bayer ........................................................................... 29

Gambar Skema Proses Hall-Heroult ................................................................ 31

1  

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Besi adalah unsur yang paling berlimpah keempat setelah oksigen,

silikon, dan aluminium. Selain itu besi merupakanlogam yang paling luas dan

paling banyak penggunaanya. Hal tersebut disebabkan tiga alasan, yaitu bijih

besi relatif melimpah di berbagai penjuru dunia, pengolahan besi relatif murah

dan mudah, sifat-sifat besi yang mudah di modifikasi.

Secara umum pasir besi terdiri dari mineral opak yang bercampur

dengan butiran-butiran dari mineral non logam seperti, kuarsa, kalsit, feldspar,

ampibol, piroksen, biotit, dan tourmalin. mineral tersebut terdiri dari magnetit,

titaniferous magnetit, ilmenit, limonit, dan hematit, Titaniferous magnetit

adalah bagian yang cukup penting merupakan ubahan dari magnetit dan

ilmenit. Mineral bijih pasir besi terutama berasal dari batuan basaltik dan

andesitik volkanik. Untuk mengolah bijih besi untuk menghasilkan logam besi

dilakukan dalam tanur sembur (blast furnace).

Karakter dari endapan besi dapat berupa endapan logam yang berdiri

sendiri namun seringkali ditemukan berasosiasi dengan mineral logam lainnya.

Besi biasanya ditemukan dalam bentuk magnetit (Fe3O4) dengan kandungan

Fe 72,4%, hematit (Fe2O3) dengan kandungan Fe 70,0%, limonit

(Fe2O3.nH2O) dengan kandungan Fe 59-63% atau siderit (FeCO3) dengan

kandungan Fe 48,2%.

1.2 Sejarah Pembuatan Besi dan Baja

Besi dan baja merupakan logam yang banyak digunakan dalam teknik;

dan meliputi 95% dari seluruh produksi logam dunia. untuk penggunaan

tertentu, besi dan baja merupakan satu-satunya logam yang memenuhi

persyaratan teknis maupun ekonomis, namun di beberapa bidang lainnya

logam ini mulai mendapat persaingan dari logam bukan besi dan bahan bukan

2  

logam. Diperkirakan bahwa besi telah dikenal oleh manusia disekitar tahun

1200 SM.

Proses pembuatan baja diperkenalkan oleh Sir Henry Bessemer dari

Inggris sekitar tahun 1800, sedang William Kelly dari Amerika pada waktu

yang hampir bersamaan berhasil membuat besi malleable. hal ini menyebabkan

timbulnay persengketaan mengenai masalah paten. Dalam sidang-sidang

pengasilan terbukti bahwa WIlliam Key lebih dahulu mendapatkan hak paten.

3  

BAB II

PROSES PENGOLAHAN BAJA

2.1 Pengertian Baja

Baja adalah logam aloy yang komponen utamanya adalah besi,

dengan karbon sebagai material pengaloy utama. Karbon bekerja sebagai agen

pengeras, mencegah atom besi, yang secara alami teratu dalam lattice,

begereser melalui satu sama lain. Memvariasikan jumlah karbon dan

penyebaran alloy dapat mengontrol kualitas baja. Baja dengan peningkatan

jumlah karbon dapat memperkeras dan memperkuat besi, tetapi juga

lebih rapuh. Definisi klasik, baja adalah besi-karbon aloy dengan kadar karbon

sampai 5,1 persen. Ironisnya, aloy dengan kadar karbon lebih tinggi dari ini

dikenal dengan besi.

Sekarang ini ada beberapa kelas baja di mana karbon diganti dengan

material aloy lainnya, dan karbon, bila ada, tidak diinginkan. Definisi yang

lebih baru, baja adalah aloy berdasar-besi yang dapat dibentuk secara plastik.

Dan umumnya baja juga menjadi bahan pelapis rompi anti peluru, yang dimana

baja menjadi bahan pelapis bahan inti rompi tersebut, yaitu bahan milik Kevlar.

Baja diproduksi didalam dapur pengolahan baja dari besi kasar baik

padat maupun cair, besi bekas ( Skrap ) dan beberapa paduan

logam. Keseluruhan proses dapat dibagi menjadi beberapa tahapan pengerjaan,

- Proses pertama :

o Komponen dasar : iron ore (biji besi), limestone (tanah kapur),

coke (dibuat dari coal, khusus untuk pembuatan steel)

dimasukkan ke dalam blast furnance.

o Coke : bahan bakar untuk furnance, dibuat dari coal dengan

proses tertentu.

o Cairan besi : (molten metal) yang panas di dalam furnance

terpisah menjadi 2 bagian, yang atas adalah slag

(wasted,impurities), dan yang bawah adalah besi yang hendak

4  

dipakai. Besi yang dihasilkan ini kemudian dicetak menjadi pig

iron. Kadar C dalam pig iron bisa mencapai 2 %

- Proses kedua :

o Pig iron dimasukkan ke dalam primary steelmaking furnace, bisa

berupa oxygen furnace, electric arc furnace, atau open hearth

furnace. Ke dalam furnace ini, berbagai bahan kimia ditambahkan

untuk mendapatkan material properties yang diinginkan.

Seringkali scrap juga dimasukkan ke dalam furnace ini.

o Didalam proses dengan oksigen, carbon di dalam molten metal

bereaksi dengan oksigen menghasilkan gas karbonmonoksida.

Gas ini harus keluar, kalau tidak akan membentuk gas pockets

(rimming) saat menjadi dingin (rimmed steel). Untuk

menghindari, digunakan doxidizer : silicon, aluminum baja yang

dihasilkan: killed steel atau semi-killed steel.

o Baja yang dihasilkan dicetak dalam bentuk slab, blom, atau billet.

- Proses ketiga :

o Baja yang telah dicetak dalam bentuk slab, blom, atau billet

tersebut selanjutnya dibentuk menjadi berbagai macam profit

seperti H-beam, angle (siku), channel, rel kereta, pelat, pipa

(seamless pipe), dsb.

Keseluruhan proses itu dapat dilakukan pada satu lokasi pabrik baja

yang besar dan dapat pula dilakukan pada sejumlah pabrik yang terpisah.

Misalnya ada pabrik yang hanya mengerjakan dri billet sampai suatu barang

setengah jadi.

2.2 Proses Pembuatan Baja

2.2.1 Proses Pembuatan Baja Dengan Proses Konvertor

Konvertor adalah bejana yang berbentuk bulat lonjong terbuat

dari pelat baja. Bagian dalam dilapisi dengan batu tahan api yang

berfungsi untuk menyimpan panas yang hilang sekaligus menjaga supaya

pelat baja tidak lekas aus. Bejana tersebut dapat diputar pada kedua

5  

porosnya. pada bagian bawah konvertor terdapat saluran-saluran yang

berdiameter antara 15 - 20 mmsebanyak 120 - 150 buah. Melewati poros

yang satu dialirkan udara yang bertekanan 1.5 - 2 atmosfer. Sedangkan

pada poros yang lain dihubungkan dengan roda gigi untuk mengatur

kedudukan konvertor.

Proses pembuatan baja dapat diartikan sebagai proses yang

bertujuan mengurangi kadar unsur C, Si, Mn, P dan S dari besi mentah

dengan proses oksidasi peleburan. Konventer untuk proses “oksidasi

berkapasitas antara 50-400 ton”. Besi kasar dari tanur yang dituangkan

ke dalam konventer disemburkan oksigen dari atas melalui pipa sembur

yang bertekanan kira-kira 12 atm.

Reaksi yang terjadi:

O2 + C CO2

Penyemburan Oksigen berlangsung antara 10-20 menit.

Penambahan waktu penyemburan akan mengakibatkan terbakarnya C, P,

Mn dan Si. Konvertor dibuat dari plat baja dengan sambungan las atau

paku keling. Bagian dalamnya dibuat dari batu tahan api. Konvertor

disangga dengan alat penyangga yang dilengkapi dengan trunnion untuk

mengatur posisi horizontal atau vertikal Konvertor.

Pada bagian bawah konvertor terdapat lubang-lubang angin

(tuyer) sebagai saluran udara penghembus (air blast). Batu tahan api yang

digunakan untuk lapisan bagian dalam Konvertor dapat bersifat asam

atau basa tergantung dari sifat baja yang diinginkan.

Secara umum proses kerja konverter adalah:

a. Dipanaskan dengan kokas sampai suhu 15000C.

b. Dimiringkan untuk memasukkan bahan baku baja ( +1/8 dari

volume konverter ).

c. Konverter ditegakkan kembali.

d. Dihembuskan udara dengan tekanan 1,5 – 2 atm dengan

kompresor.

6  

e. Setelah 20 – 25 menit konverter dijungkirkan untuk

mengeluarkan hasilnya.

Proses konventer dibagi menjadi dua, yaitu :

1. Proses Konvertor Bessemer

Proses Bassemer diinginkan baja bersifat asam

sehingga batu tahan apinya harus bersifat asam (Misal : kwarsa

atau aksid asam SiO2). Besi mentah cair yang digunakan

dalam proses Bessemer harus mempunyai kadar unsur Si <=

2%; Mn <= 1,5%; kadar unsur P dan S sekecil mungkin. Ketika

udara panas dihembuskan lewat besi mentah cair, unsur-unsur

Fe, Si dan Mn terbakar menjadi oksidasinya. Sebagian oksida

besi yang terbentuk pada reaksi di atas akan berubah menjadi

terak dan sebagian lagi akan bereaksi dengan Si dan Mn.

Reaksi-reaksi di atas diikuti dengan kenaikan

temperatur dari 1250 ke 1650 . Dari reaksi di atas akan

terbentuk terak asam kira-kira 40 - 50% Si O2. Periode ini

disebut periode pembentukan terak (“The slag forming

period”). Periode ini disebut juga periode “Silicon blow”.

Periode ini berlangsung sekitar 4 - 5 menit yang ditandai

adanya bunga api dan ledakan keluar dari mulut Konvertor.

Pada periode ke dua yang disebut “The brilliant flame blow”

atau “Carbon blow” dimulai setelah Si dan Mn hampir

semuanya terbakar dan keluar dari besi mentah cair.

Pada periode ke dua ini unsur C akan terbakar oleh

panas FeO dengan reaksi yang diikuti dengan penurunan

temperatur + 50 - 80% dan berlangsung + 8 - 12 menit. CO

akan keluar dari mulut Konvertor dimana CO ini akan

teroksider oleh udara luar dengan ditandai dengan timbulnya

nyala api bersinar panjang di atas Konvertor. Periode ketiga

disebut “Reddisk Smoke period” yang merupakan periode

brilliant flame terakhir.

7  

Gambar Konvertor Bessemer

Periode ini ditandai adanya Reddish smoke (nyala api

ke merah-merahan) keluar mulut Konvertor . Hal ini

menunjukkan bahwa unsur campuran yang terdapat dalam besi

mentah telah keluar dan tinggal oksida besi FeO. Periode ini

berlangsung + 1 - 2 menit. Kemudian Konvertor diputar

sehingga posisinya menuju posisi horizontal, lalu ditambahkan

oksider (ferromanganesh, ferrosilicon atau Al) untuk

mengikatO2 dan memadunya dengan baja yang dihasilkan.

Baja Bessemer yang dihasilkan dengan proses di atas

mengandung sangat sedikit unsur C.

Untuk baja Bessemer, kadar unsur C dapat dinaikkan

dengan cara:

a. Mengurangi udara penghembus terutama pada

periode ke dua.

b. Menambah C pada periode ke tiga hampir berakhir

yaitu dengan menambahkan besi mentah.

Berat logam pada proses Bessemer ini akan berkurang

+ 8 – 12%. Hasil dari konvertor Bessemer disebut baja

Bessemer yang banyak digunakan untuk bahan konstruksi.

Proses Bessemer juga disebut proses asam karena muatannya

bersifat asam dan batu tahan apinya juga bersifat asam.

8  

Apabila digunakan muatan yang bersifat basa lapisan batu itu

akan rusak akibat reaksi penggaraman

2. Proses Konvertor Thomas

Konvertor Thomas juga disebut konvertor basa dan

prosesnya adalah proses basa, sebab batu tahan apinya bersifat

basa serta digunakan untuk mengolah besi kasar yang bersifat

basa. Muatan converter putih yang banyak mengandung

fosfor. Proses pembakaran sama dengan proses pada konvertor

Bessemer hanya saja pada proses Thomas fosfor terbakar

setelah zat arangnya terbakar. Pengaliran udara tidak terus-

menerus dilakukan karena besinya sendiri akan terbakar.

Pencegahan pembakaran itu dilakukan dengan menganggap

selesai prosesnya walaupun kandungan fosfor masih tetap

tinggi.

Guna mengikat fosfor yang terbentuk pada proses ini

maka diberi bahan tambahan batu kapur agar menjadi terak.

Terak yang bersifat basa ini dapat dimanfaatkan menjadi

pupuk buatan yang dikenal dengan nama pupuk fosfat. Hasil

proses yang keluar dari konvertor Thomas disebut baja

Thomas yang biasa digunakan sebagai bahan konstruksi dan

pelat ketel.

Proses Thomas disebut juga “Basic Bessemer Process”

yaitu proses Bessemer dalam keadaan basa. Proses ini

memakai Converter yang di bagian dalamnya dilapisi bahan

tahan api (refractory) bersifat basa seperti dolomite (Mg CO3

CaCO3). Pertama-tama converter diisi dengan batu kapur,

kemudian besi mentah (pig iron) cair yang mengandung unsur

phosfor (P) : 1,6 - 2% ; dan sedikit Si dan S (0,6% Si, 0,07 %

S).

9  

Pada periode I (Slag forming period = Silicon blow)

yaitu pada saat penghembusan, unsur Fe, Si, Mn akan

teroksider dan terbentuklah terak basa (basic slag). Dengan

adanya batu kapur, akan terjadi kenaikan temperatur, tetapi

unsur phosfor (P) yang terkandung dalam besi mentah belum

dapat dipisahkan dari Fe.

Pada periode ke II (The brilliant flame blow = Carbon

blow) yang ditandai dengan adanya penurunan temperatur,

dimana Carbon (C) akan terbakar, berarti kadar C menurun.

Jika kadar C tinggal 0,1 - 0,2%, maka temperatur akan turun

menjadi 1400 oC - 1420oC.

Setelah temperatur turun menjadi 1400oC, mulailah

periode ke III (Reddish Smoke Periode) yaitu terjadinya

oksidasi dari Fe secara intensif dan terbentuklah terak.

Peristiwa ini berlangsung + 3 - 5 menit, dan selanjutnya

terbentuklah terak Phospor [CaO)4.P2O5] yang diikuti

kenaikan temperatur yang mendadak menjadi 1600oC. Setelah

periode ke III ini berakhir, hembusan udara panas dihentikan

dan converter dimiringkan untuk mengeluarkan terak yang

mengapung di atas besi cair.

Kemudian diberi doxiders/deoxidising agents misalnya

Ferro Monggan, Ferro Silicon atau Aluminium untuk

menghilangkan Oksigen (O2) serta memberikan kadar Mn dan

Si supaya diperoleh sifat-sifat tertentu dari baja yang

dihasilkan. Terak yang dihasilkan mengandung + 22 % P2O5

merupakan hasil ikatan yang diperoleh dan dapat digunakan

sebagai pupuk tanaman. Baja yang dihasilkan digunakan

sebagai bahan dalam proses pengecoran seperti pembuatan

baja tuang atau baja profil (steel section) seperti baja siku, baja

profil I, C.

10  

2.2.2 Proses Pembuatan Baja Dengan Tanur Oksigen Basah

Proses ini menempati 70% proses produksi baja di Amerika

Serikat. Merupakan modifikasi dari proses Bessemer. Proses Bessemer

menggunakan uap air panas ditiupkan pada besi kasar cair untuk

membakar zat kotoran yang tersisa. Proses BOF memakai oksigen murni

sebagai ganti uap air. Bejana BOF biasanya berdiameter dalam 5m

mampu memproses 35 – 200 ton dalam satu pemanasan.

Peleburan Baja Dengan BOF ini juga 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).

Proses tanur oksigen basa ( Basic 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 tungku BOF.

Besi bekas sebanyak ± 30% dimasukkan kedalam bejana yang

dilapisi batu tahan api basa. Logam panas dituangkan kedalam bejana

tersebut. Suatu pipa aliran oksigen yang didinginkan dengan air

dimasukkan kedalam bejana 1 sampai 3 m diatas permukaan logam cair.

Gas oksigen akan mengikat karbon dari besi kasar berangsur – angsur

11  

turun sampai mencapai tingkat baja yang dibuat. Proses oksidasi

berlangsung terjadi panas yang tinggi sehingga dapat menaikkan

temperatur logam cair sampai diatas 1650oC. 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

sekitar 1650oC. 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 elemen – elemen pemadu atau lainnya dengan maksud

untuk memperbaiki kualitas baja cair sebelum dituang ke dalam cetakan.

Jenis Baja yang dihasilkan oleh proses ini adalah Baja karbon & Baja

paduan 0,1 % < c < 2,0 %.

Kelebihan proses BOF dibandingkan proses pembuatan baja

lainnya :

- Dari segi waktu peleburannya yang relatif singkat yaitu hanya

berkisar sekitar 60 menit untuk setiap proses peleburan.

- Tidak perlu tuyer dibagian bawah.

- Phosphor dan Sulfur dapat terusir dulu daripada karbon.

- Biaya operasi murah.

12  

2.2.3 Proses Pembuatan Baja Dengan Open Heath Furnace

Pada proses Open-Hearth digunakan campuran besi mentah (pig

iron) padat atau cair dengan baja bekas (steel scrap) sebagai bahan isian

(charge). Pada proses ini temperatur yang dihasilkan oleh nyala api dapat

mencapai 1800oC. Bahan bakar (fuel) dan udara sebelum dimasukkan ke

dalam dapur terlebih dahulu dipanaskan dalam “Cheekerwork” dari

renegarator.

Proses pembuatan baja dengan cara Open-Hearth ini meliputi 3

periode yaitu:

a. Periode memasukkan dan mencairkan bahan isian.

b. Periode mendidihkan cairan logam isian.

c. Periode membersihkan/memurnikan (refining) dan deoksidasi

Bahan bakar yang dipakai adalah campuran blast furnace gas dan

cokes oven gas. Bahan isian antara lain besi mentah dan baja bekas

beserta bahan tambah ditaruh dalam heart lewat pintu pengisian.

Proses pembuatan baja dengan cara Open-Hearth furnace ini

dapat dalam keadaan basa atau asam (basic or acid open-hearth). Pada

basic open-hearth furnace, dinding bagaian dalam dapur dilapisi dengan

magnesite brick. Bagian bawah untuk tempat logam cair dan terak dari

bahan magnesite brick atau dolomite harus diganti setiap kali peleburan

selesai. Terak basa yang dihasilkan + 40 - 50 % CaO.

Gambar Open-HearthFurnace

13  

Pada acid open-hearth furnace, dinding bagian dalam dapur

dilapisi dengan dinas-brick. Bagian bawah dinding dapur harus diganti

setiap kali peleburan selesai. Terak yang dihasilkan mengandung silica

yang cukup tinggi yaitu 50 - 55 % SiO2. Pada proses basic ataupun acid

dapat menggunakan bahan isian padat ataupun cair.

Proses yang menggunakan isian padat biasa disebut “Scarp and

pig process” yaitu proses yang isian padatnya terdiri dari besi mentah

(pig iron), baja bekas (Scrap steel) dan sedikit bijih besi (iron ore). Proses

yang mengggunakan besi mentah cair terdiri dari besi mentah cari + 60

% dan baja bekas kira-kira 40 % dan sedikit bijih besi dan bahan tambah.

Cara ini biasa dikerjakan pada perusahaan dapur tinggi (blast furnace)

dimana besi mentah cair dari dapur tinggi tersebut langsung diproses

pada open-hearth furnace. Proses open-hearth terdiri dari dua macam,

yaitu :

1. Proses Basic Open-Hearth

Pada proses basic open-hearth ini, mula-mula ke dalam

dapur dimasukkan baja bekas (scarap steel) yang ringan

kemudian baja bekas yang berat. Setelah itu ditambahkan

bahan tambah (batu kapaur) dan bijih besi yang diperlukan

untuk membentuk terak pertama. Pada akhir proses peleburan,

sebagian Phospor (P) yang terdapat dalam besi mentah akan

berubah menjadi terak.

Untuk menjaga agar terak tidak masuk/berekasi

kembali dengan logam cair, maka kira-kira 40% - 50% terak

tersebut lekas dikeluarkan dan juga perlu ditambahkan batu

kapur untuk membentuk terak yang baru. Sebagian Sulfur (S)

dapat dikeluarkan dari logam dengan reaksi:

Reaksi ini diikuti dengan kenaikan temperatur yang tinggi dan

terak CaS yang terjadi berupa terak basa.

Macam-macam baja paduan dapat dihasilkan dalam

open-hearth furncae, yaitu dengan menambahkan bahan

14  

paduan yang dikehendaki seperti : tembaga, chrome, nikel dan

sebagainya. Untuk deoxidasi terakhir, biasanya dengan

menambahkan Alumunium ke dalam kowi tempat

menampung/mengetap baja cair yang dihasilkan agar kadar

silicon dapat dibatasi. Pertama-tama baja bekas dan batu kapur

dimasukkan ke dalam dapur. Kemudian dipanaskan sampai

temperatur yang cukup, lalu bahan isian cair dimasukkan lewat

pintu pemasukan. Reaksi kimia terjadi serupa dengan di atas.

2. Proses Acid Open-Hearth

Proses acid open-hearth membutuhkan bahan isian

berkualitas lebih baik dengan kadar Phospor P < 0,03% dan

kadar Sulphur S < 0,03%. Proses ini biasanya memakai bahan

isian padat dengan 30 - 50 % berat baja bekas. Kandungan

Silicon dipertahankan < 0,6%, kandungan Silicon ini perlu

dipertahankan dalam kadar yang rendah sebab pada akhir

periode pemanasan, kandungan Silicon akan naik.

Pada proses ini, biji besi tidak boleh ditambahkan pada

bahan isian, dimana hal itu dapat menimbulkan reaksi dengan

Silica pada bagian tungku berupa 2FeO.SiO2. Setelah

pengisian dan pemanasan, besi, Silicon dan Mn dioksidasi dan

bersatu dengan bahan tambah dan membentuk terak pertama

(+ 40% SiO2).

Faktor-faktor ekonomis yang utama pada operasi Open-hearth

furnace adalah pemakaian bahan bakar setiap ton berat baja yang

dihasilkan. Produksi baja dalam ton berat, setiap m2 luas tungku dalam

tiap 24 jam. Pemakaian bahan bakar setiap berat baja cair tergantung

pada banyak faktor, antara lain :

a. Komposisi bahan isian (charge)

b. Thermal capacity dari dapur.

15  

Pada prakteknya diperlukan panas 700 - 1400 Kcal untuk setiap

kg baja. Untuk keperluan ini biasa digunakan bahan bakar + 10 -25 %

dari berat baja yang dihasilkan. Untuk bahan isian cair akan memerlukan

bahan bakar yang sedikit dibandingkan dengan bila bahan isian padat.

Produksi baja dalam ton tiap m2 luasan tungku dihitung berdasarkan

produksi out put dapur dalam ton berat dibagi luasan tungku Q/m2.Cara

untuk menaikkan efisiensi ekonomis adalah dengan cara menggunakan

udara yang banyak mengandung Oksigen untuk membakar bahan bakar.

Dengan cara ini, temperatur nyala api (flame) dapat naik sehingga radiasi

dari nyala api dapat bertambah dan pembakaran dapat lebih sempurna.

Dengan penambah Oksigen ini akan dapat pula mengurangi kadar

Carbon (C) dalam baja. Dengan cara ini produksi dapat naik + 25 - 30 %.

Dengan memakai “Automatic control”, akan menaikan efisiensi bb (5%);

output (8%); umur lapisan dalam (9%).

2.2.4 Peleburan Baja Dalam Dapur Listrik (EAF)

Tanur Busur Listrik (EAF) adalah peralatan / alat yang digunakan

untuk proses pembuatan logam / peleburan logam, dimana besi bekas

dipanaskan dan dicairkan dengan busur listrik yang berasal dari elektroda

ke besi bekas di dalam tanur. Ada dua macam arus listrik yang bisa

digunakan dalam proses peleburan dengan EAF, yaitu arus searah (direct

current ) dan arus bolak – balik ( alternating current). Dan yang biasa

digunakan dalam proses peleburan adalah arus bolak-balik dengan 3 fase

menggunakan electroda graphite.

Salah satu kelebihan EAF dari basic oxygen furnance adalah

kemampuan EAF untuk mengolah scrap menjadi 100 % baja cair.

Menurut survei sebanyak 33% dari produksi baja kasar (crude

steel) diproduksi menggunakan Tanur busur listrik (EAF). Sedangkan

kapasitas porduksi dari EAF bisa mencapai 400 ton. Kelebihan lain dari

EAF ini adalah energi yang dikeluarkan busur listrik terhadap logam

bahan baku sangant besar, menyebabkan terjadinya okisdasi besar pada

16  

logam cair. Hal ini menyebabkan karbon yang terkandung di dalam

logam bahan baku teroksidasi sehingga kadar karbon dalam logam

tersebut menjadi berkurang. Bentuk fisik dari dapur (EAF) ini cukup

rendah sehingga dalam hal pengisian bahan bakunya pun sangat mudah.

Dalam hal pengoperasiannya pun EAF juga tidak terlalu sulit karena

hanya memerlukan beberapa orang operator yang memantau proses

peleburan dan penggunaan listrik pada dapur tersebut.

Struktur dari Tanur busur listrik adalah Tungku oval (bagian

bawah), dinding tanur yang berbentuk selinder, dan tutup tanur yang bisa

bergerak menutup dan membuka untuk proses pengisian. Pada tutup

tanur terdapat 3 buah lubang yang merupakan dudukan elektroda grafit,

yang terdiri dari mekanisme penjepit elektroda. Sedangkan elektroda

tidak bertopang pada tutup tanur melainkan bertopang pada rangka

tersendiri dan rangka tersebut memiliki mekanisme pengangkat dan

untuk menurunkan elektroda pada posisi – posisi yang dapat diatur pada

waktu pengoperasian. Untuk mengurangi rugi kalor (heat loses) pada

tutup tanur, maka tutup tanur dilapis dengan isolator panas.

Pada dinding pelindung tanur terdapat batu tahan api sebagai

isolator panas bagian dalam yang dihasilkan tanur tersbut. Pada dinding

tanur ini tidak diperlukan lagi lining karena pada bagian ini tidak lagi

bersentuhan dengan cairan. Sedangkan kotruksi luar dari dinding di

tutupi oleh pelat baja dengan ketebalan tertentu. Pada dinding bagian luar

ini juga terdapat sistem pendingin yang menggunakan fluida air sebagai

media pendinginan. Pada bagian tungku oval (spherical hearth) terdapat

3 lapisan yaitu lapisan lining kemudian lapisan batu tahan api dan sebagai

kontruksi bagian luar digunakan pelat baja dengan ketebalan tertentu.

Pada bagian ini juga terdapattapping spout atau yang lebih dikenal

dengan istilah saluran penuangan, yang digunakan untuk proses

penungan cairan yang akan di cetak atau diatur komposisinya di ladle

furnance. Pada bagian yang berhadapan dengan tapping

spout adalah slaging door atau yang lebih dikenal dengan

17  

pintu slag, yang digunakan untuk mengeluarkan slag. Untuk mengatur

posisi penuangan dan pengeluaran slag, terdapat mekanisme pada dasar

bagian luar tanur yang berbentuk roda gigi berpasangan yang digerakkan

oleh screw bar.

Banyak tipe dapur listrik yang digunakan, tetapi secara praktek

hanya tipe berikut yang digunakan dalam industry pembuatan baja :

1. AC direct-arc electric furnace (dapur busur listrik arus bolak

balik)

2. DC direct-arc electric furnace (dapur busur listrik arus searah)

3. Induction electric furnace (dapur induksi)

Pada dapur busur listrik – arus bolak balik, arus melewati suatu

elektroda turun ke bahan logam melalui suatu busur listrik, kemudian

arus tersebut dari bahan logam mengalir keatas melalui busur listrik

melalui busur listrik menuju elektroda lainnya. Untuk peleburan baja

dapat dilakukan arus satu, dua atau tiga fasa. Umumnya digunakan arus

3 fasa.

Gambar AC Electric Arc Furnace

Dalam dapur listrik – arus searah, arus listrik melewati satu

elektroda turun kebahan yang akan dilebur melelui busur listrik, yang

kemudian mengalir menuju elektroda pasangannya yang berada dibawah

dapur. Dapur listrik ini dikembangkan oleh Dr. Paul Heroult ( USA ).

18  

Dapur busur listrik Heroult yang pertama dibuat untuk memproduksi

baja, dibangun oleh Halcomb steel company di Syracuse, New York pada

tahun 1906.

Gambar DC Electric Arc Furnace

Pada dapur induksi, arus listrik diinduksikan kedalam baja

dengan osilasi medan magnet. Berdasarkan frekwensinya, dapur induksi

dikelompokkan sebagai berikut:

1. Dapur induksi frekwensi rendah. Menggunakan prinsip trafo,

dimana bahan logam yang akan dilebur bertindak sebagai

kumparan sekunder, sedang gulungan dengan inti besi

bertindak sebagai kumparan primer.

2. Dapur induksi frekwensi medium atau tinggi. Arus dengan

frekwensi mediumatau tinggi dilewatkan kumparan yang

meliliti bejana ( crucible ) yang berisi bahan logam yang akan

dilebur.

Gambar Induction Electric Arc Furnace

19  

Dapur listrik dapat digunakan untuk pembuatan baja, baik dengan

proses asam maupun basa. Hampir semua dapur listrik yang digunakan

untuk melayani produksi ingot baja, baja cetak kontinya dan industry

pengecoran saat ini menggunakan pelapis bata tahan api basa. Dapur

listrik dapat digunakan untuk memproduksi hampir semua jenis baja.

Untuk kapasitas dibawah 1.500.000 ton/tahun, dapur listrik lebih

ekonomis digunakan daripada kombinasi blast furnace dan

proses oxygen steel makingbasa. Hal tersebut khususnya berlaku pada

daerah dimana tersedia banyak scrap dan harga tenaga listrik yang

murah. Dapur listrik lebuh fleksibel untuk melayani operasi produksi

yang intermittent ( misal, akibat permintaan pasar yang fluktuatif ).

Dapur listrik mempunyai keterbatasan antara lain sebagai

berikut :

1. Tidak mampu memproduksi baja dengan kandungan unsure

residual rendah dari scrap yang mempunyai unsure residual

yang tinggi.

2. Satu dapur listrik tidak dapat melayani secara kontinyu dan

berurutan satu mesin cetak kontinyu ( minimum diperlukan 2

dapur listrik )

3. Dapur listrik tidak ekonomis digunakan untuk produksi

melebihi 1.500.000 ton baja/tahun, pada satu daerah.

Kandungan nitrogen dalam baja biasanya dua kali lebih tinggi

daripada baja yang dihasilkan oleh proses oxygen steel making, baik basa

maupun asam.

20  

BAB III

PROSES PENGOLAHAN BESI

3.1 Pengolahan Besi dengan Metode Tanur Sembur (Blast Furnace)

Proses pengolahan bijih besi untuk menghasilkan logam besi dilakukan

dalam tanur sembur (blast furnace). Tanur sembur berbentuk menara silinder

dari besi atau baja dengan tinggi sekitar 30 meter dan diameter bagian perut

sekitar 8 meter. Bagian puncak yang disebut dengan Hopper, dirancang

sedemikian rupa sehingga bahan – bahan yang akan diolah dapat dimasukkan

dan ditambahkan setiap saat. Bagian bawah puncak, mempunyai lubang untuk

mengeluarkan hasil – hasil yang berupa gas. Bagian atas dari dasar (kurang

lebih 3 meter dari dasar), terdapat pipa – pipa yang dihubungkan dengan empat

buah tungku dimana udara dipanaskan (sampai suhunya kurang lebih 1.100oC).

udara panas ini disemburkan ke dalam tanur melalui pipa – pipa tersebut.

Bagian dasar tanur, mempunyai dua lubang yang masing – masing digunakan

untuk mengeluarkan besi cair sebagai hasil utama dan terak (slag) sebagai hasil

samping.

Gambar Alat Tanur Sembur (Blast Furnace)

Secara umum proses pengolahan besi dari bijihnya dapat berlangsung

dengan memasukkan bahan-bahan ke dalam tanur berupa bijih besi yang

21  

berupa hematit (Fe2O3) yang bercampur dengan pasir (SiO2) dan oksida –

oksida asam yang lain (P2O5 dan Al2O3), bahan – bahan pereduksi yang

berupa kokas (karbon), bahan tambahan yang berupa batu kapur (CaCO3) yang

berfungsi untuk mengikat zat – zat pengotor.

Udara panas dimasukkan di bagian bawah tanur sehingga menyebabkan

kokas terbakar. Reaksi ini sangat eksoterm (menghasilkan panas), akibatnya

panas yang dibebaskan akan menaikkan suhu bagian bawah tanur sampai

mencapai 1.900oC.

C(s) + O2(g) CO2(g) (1)

Gas CO2 yang terbentuk kemudian naik melalui lapisan kokas yang panas dan

bereaksi dengannya lagi membentuk gas CO. Reaksi kali ini berjalan endoterm

(memerlukan panas) sehingga suhu tanur pada bagian itu menjadi sekitar

1.300oC.

CO2(g) + C(s) CO(g) (2)

Gas CO yang terbentuk dan kokas pada temperatur 5000oC mereduksi bijih

besi (Fe2O3) menjadi Fe3O4.

3Fe2O3(s) + CO(g) 2Fe3O4(s) + CO2(g) (3)

Selain itu pada bagian yang lebih rendah dengan temperatur 850oC, Fe3O4

yang terbentuk akan direduksi menjadi FeO.

Fe3O4(s) + CO(g) 3FeO(s) + CO2(g) (4)

Selanjutnya pada bagian yang lebih bawah lagi dengan temperatur 1.000o C,

FeO yang terbentuk akan direduksi menjadi logam besi.

FeO(s) + CO(g) Fe(l) + CO2(g) (5)

Besi cair yang terbentuk akan mengalir ke bawah dan mengalir di dasar tanur.

Sementara itu, di bagian tengah tanur yang bersuhu tinggi menyebabkan batu

kapur terurai.

CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) (6)

Kemudian di dasar tanur CaO akan bereaksi dengan pengotor dan membentuk

terak (slag) yang berupa cairan kental.

CaO(s) + SiO2(s) CaSiO3(l) (7)

3CaO(s) + P2O5(g) Ca3(PO4)2(l) (8)

22  

CaO(s) + Al2O3(g) Ca(AlO2)2(l) (9)

Akhirnya besi cair turun ke dasar tanur sedangkan terak (slag) yang

memiliki massa jenis lebih rendah daripada besi cair akan mengapung di

permukaan dan keluar pada saluran tersendiri. Cairan besi yang diperoleh dari

tanur ini disebut besi gubal dan mengandung 95% besi, 4% karbon, sisanya

silikon dan fosfor. Besi gubal didinginkan dan digunakan sebagai besi tuang,

sedangkan hasil samping berupa bara digunakan untuk proses pembuatan

semen.

Dalam pengolahan besi menggunakan blast furnace dibedakan menjadi

dua macam, yaitu :

3.1.1 Proses Reduksi Tidak Langsung (Indirect Reduction)

Pada proses ini menggunakan tungku tanur tinggi (blast

furnace) dengan porsi 80% diproduksi dunia. Besi kasar

dihasilkan dalam tanur tinggi. Diameter tanur tinggi sekitar 8m

dan tingginya mencapai 60 m. Bahan baku yang terdiri dari

campuran bijih, kokas, dan batu kapur, dinaikkan ke puncak tanur

dengan pemuat otomatis, kemudian dimasukkan ke dalam

hopper. Hematit akan dimasukkan ke dalam blast furnace, disertai

dengan beberapa bahan lainnya seperti kokas (coke), batu kapur

(limestone), dan udara panas. Bahan baku yang terdiri dari

campuran biji besi, kokas, dan batu kapur, dinaikkan ke puncak

blast furnace. Bahan baku tersebut disusun secara berlapis-lapis.

Setelah bahan-bahan dimasukkan ke dalam blast furnace,

lalu udara panas dialirkan dari dasar tungku dan menyebabkan

kokas terbakar sehingga nantinya akan membentuk karbon

monoksida (CO). Reaksi reduksi pun terjadi, yaitu sebagai

berikut :

Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2

Dengan digunakannya udara panas, dapat dihemat

penggunaan kokas sebesar 30% lebih. Udara dipanaskan dalam

pemanas mula yang berbentuk menara silindris, sampai sekitar

23  

500ºC. Kalor yang diperlukan berasal dari reaksi pembakaran gas

karbon monoksida yang keluar dari tanur. Udara panas tersebut

memasuki tanur melalui tuyer yang terletak tepat di atas pusat

pengumpulan besi cair.Maka didapatlah besi (Fe) yang kita

inginkan. Namun besi tersebut masih mengandung karbon yang

cukup banyak yaitu 3% – 4,5%, padahal besi yang paling banyak

digunakan saat ini adalah yang berkadar karbon kurang dari 1%

saja. Besi yang mengandung karbon dengan kadar >4% biasa

disebut pig iron.

Batu kapur digunakan sebagai fluks yang mengikat

kotoran-kotoran yang terdapat dalam bijih-bijih besi dan

membentuk terak cair. Terak cair ini lebih ringan dari besi cair

dan terapung diatasnya dan secara berkala akan disadap. Besi cair

yang telah bebas dari kotoran-kotoran dialirkan kedalam cetakan

setiap 5 – 6 jam.

Gambar Skema Indirect Reduction Furnace

Terak dapat dimanfaatkan sebagai bahan bangunan

(campuran beton) atau sebagai bahan isolasi panas. Gas panas

dibersihkan dan digunakan untuk pemanas mula udara, untuk

membangkitkan energi atau sebagai media pembakar dapur-

dapur lainnya.

24  

Perlu diperhatikan bahwa bijih besi yang akan

dimasukkan ke dalam blast furnace haruslah digumpalkan

terlebih dahulu. Hal tersebut berguna agar aliran udara panas bisa

dengan mudah bergerak melewati celan-celah biji besi dan

tentunya akan mempercepat proses reduksi. Komposisi besi kasar

dapat dikendalikan melalui pengaturan kondisi operasi dan

pemilihan susunan campuran bahan baku.

Gambar Tanur Tinggi

3.1.2 Proses Reduksi Langsung (Direct Reduction)

Proses ini biasanya digunakan untuk merubah pellet

menjadi besi spons (sponge iron). Juga disebut besi spons

dihasilkan dari reduksi langsung dari bijih besi (dalam bentuk

gumpalan, pelet atau denda) dengan mengurangi gas yang

dihasilkan dari gas alam atau batubara. Gas pereduksi adalah

mayoritas campuran hidrogen (H2) dan karbon monoksida (CO)

yang bertindak sebagai pereduksi. Proses langsung mengurangi

bijih besi dalam bentuk padat dengan mengurangi gas disebut

reduksi langsung.

25  

Gambar Skema Direct Reduction Furnace

Proses reduksi langsung dianggap lebih efisien dari pada

tanur tiup . Karena beroperasi pada suhu yang lebih rendah, dan

ada beberapa faktor lain yang membuatnya ekonomis. Contoh

proses reduksi langsung antara lain,

a. HYL Direct Reduction Proses (reduksi langsung),

Merupakan hasil usaha riset yang dimulai oleh

Hojalata Y L.Mina, S.A., pada permulaan tahun 1950-

an. Usaha ini muncul dari tekanan kebutuhan yang

semakin meningkat dan harus memperoleh bahan

baku yang cukup mutu dan pada harga yang stabil

untuk produksi lembaran baja (sheet steel). Dalam

proses ini digunakan gas reduktor dari LNG (Liquid

Natural Gas), gas alam cair ini direaksikan dengan uap

air panas (H2O). Gas reduktor tersebut digunakan

untuk mereduksi pellet.

b. Midrex Proces

Proses ini didasarkan pada tekanan rendah, udara

bergerak berlawanan arus ke bijih oksida besi pelet

padat. Di dalam proses reduksi langsung ini, bijih besi

direaksikan dengan gas alam sehingga terbentuklah

butiran besi yang dinamakan besi spons. Besi spons

kemudian diolah lebih lanjut di dalam sebuah tungku

yang bernama dapur listrik (Electric Arc Furnace). Di

sini besi spons akan dicampur dengan besi tua (scrap),

26  

dan paduan fero untuk diubah menjadi batangan baja,

biasa disebut billet. Proses ini sangat efektif untuk

mereduksi oksida-oksida dan belerang sehingga dapat

dimanfaatkan bijih besi berkadar rendah.

Keuntungan dari proses reduksi langsung ketimbang blast

furnace adalah,

a. Besi spons memiliki kandungan besi lebih tinggi

ketimbang pig iron, hasil blast furnace.

b. Zat reduktor menggunakan gas (CO atau H2) yang

terkandung dalam gas alam, sehingga tidak diperlukan

kokas yang harganya cukup mahal.

3.1.3 Perbedaan Proses Reduksi Langsung Dan Reduksi Tidak

Langsung

Reaksinya berbeda,pada reduksi tidak langsung Fe

diperoleh dari beberapa tahap reaksi, pada reduksi langsung

dengan1 tahap reaksi sudah dapat diperoleh Fe murni.

Hasil akhirnya berbeda, Output dari reduksi tidak

langsung adalah berupa Fe dalam keadaan cair (pig iron) ,

sedangkan output dari reduksi langsung adalah Fe dalam keadaan

padat (sponge iron)

Sumber gas reduktornya berbeda, indirect reduction

menggunakan kokas untuk menghasilkan gas reduktor CO,

sedangkan direct reduction menggunakan CH4

Kualitasnya berbeda, reduksi langsung menghasilkan besi

dengan kualitas yang lebih baik daripada reduksi tidak langsung.

Karena reduksi tidak langsung menggunakan kokas untuk

menghasilkan gas reduktor. Kokas berasal dari batubara yang

mengadung sulfur, dimana S tersebut dapat ikut masuk kedalam

besi hasil reduksi, yang mengakibatkan besi mengalami retak

panas (hot shortness).

27  

BAB IV

PROSES PENGOLAHAN ALUMINIUM

4.1 Karakteristik Aluminium

Aluminium (atau aluminum, alumunium, dan almunium) dalam sistem

periodik ialah unsur kimia yang terletak pada golongan 13 periode 3. Lambang

aluminium ialah Al, dan nomor atomnya 13.

Aluminium ditemukan oleh Sir Humprey Davy pada tahun 1809

sebagai suatu unsur, dan pertama kali direduksi sebagai logam oleh Hans

Christian Oesterd pada tahun 1825. Dari segi industrial, pada tahun 1886, Paul

Heroult di Prancis dan C. M. Hall di Amerika Serikat, secara terpisah telah

memperoleh logam aluminium dari alumina dengan cara elektrolisa dari

garamnya yang terfusi.

Alumunium memiliki beberapa karakteristik, diantaranya,

1) Ringan : memiliki bobot sekitar 1/3 dari bobot besi dan baja, atau tembaga.

Berat jenisnya ringan (hanya 2,7 gr/cm³, sedangkan besi ± 8,1 gr/ cm³)

2) Kuat : terutama bila dipadu dengan logam lain, Paduan Al dengan logam

lainnya menghasilkan logam yang kuat seperti Duralium (campuran Al, Cu,

mg).

3) Reflektif : dalam bentuk aluminium foil digunakan sebagai pembungkus

makanan, obat, dan rokok.

4) Konduktor panas : sifat ini sangat baik untuk penggunaan pada mesin-

mesin/alat-alat pemindah panas sehingga dapat memberikan penghematan

energi.

5) Konduktor listrik : setiap satu kilogram aluminium dapat menghantarkan

arus listrik dua kali lebih besar jika dibandingkan dengan tembaga. Karena

aluminium relatif tidak mahal dan ringan, maka aluminium sangat baik

untuk kabel-kabel listrik overhead maupun bawah tanah.

6) Tahan korosi : sifatnya durabel sehingga baik dipakai untuk lingkungan

yang dipengarui oleh unsur-unsur seperti air, udara, suhu dan unsur-unsur

kimia lainnya, baik diruang angkasa atau bahkan sampai ke dasar laut.

28  

7) Tak beracun : dan karenanya sangat baik untuk penggunaan pada industri

makanan, minuman, dan obat-obatan yaitu untuk peti kemas dan

pembungkus.

8) Mudah difabrikasi/dibentuk dengan semua proses pengerjaan logam.

Mudah dirakit karena dapat disambung dengan logam/material lainnya

melalui pengelasan, brazing, solder, adhesive bonding, sambungan

mekanis.

4.2 Proses Pengolahan Aluminium

4.2.1 Proses Penambangan Aluminium

Aluminium ditambang dari biji bauksit yang banyak terdapat di

permukaan bumi, kemudian dilakukan proses pemanasan untuk

mengurangi kadar air yang ada dari penambangan di permukaan bumi.

Bauksit yang ditambang untuk keperluan industri mempunyai kadar

aluminium sekitar 40 – 60 %. Setelah ditambang biji bauksit digiling

dan dihancurkan supaya halus dan merata. Selanjutnya bauksit

mengalami proses pemurnian.

4.2.2 Proses Pemurnian Aluminium

Pengolahan aluminium menjadi aluminium murni dapat

dilakukan melalui Proses pemurnian dengan metode Bayer. Proses

Bayer adalah sarana industri utama bauksit pemurnian untuk

menghasilkan alumina. Bauksit, bijih paling penting dari aluminium,

berisi alumina hanya 30-54 %, Al2O3, sisanya menjadi campuran dari

silika (SiO2), oksida besi (Fe2O3), dan titanium dioksida (TiO2) dan.

Caranya adalah dengan melarutkan bauksit dalam larutan natrium

hidroksida (NaOH).

Proses Bayer adalah satu siklus dan sering disebut Bayer siklus.

Ini melibatkan empat langkah :

a) Digestion (pencernaan),

b) Clarification (klarifikasi),

29  

c) Precipitation (pengendapan), dan

d) Calcination (kalsinasi).

Gambar Skema Proses Bayer

a. Digestion

Pada langkah pertama, bauksit adalah tanah, slurried dengan

larutan soda kostik (natrium hidroksida), dan dipompa ke tank

tekanan besar disebut digester, dikontrol mengalami panas uap

175°C dan tekanan. natrium hidroksida bereaksi dengan mineral

alumina bauksit untuk membentuk solusi jenuh natrium aluminat;

pengotor tak larut, disebut lumpur merah (RM), tetap dalam suspensi

dan dipisahkan pada langkah klarifikasi. Proses Bayer menurut

persamaan kimia :

Al2O3 + 2OH- + 3H2O 2[Al(OH)4]- atau

Al2O3 (s) + 2NaOH (aq) + 3H2O (l) 2NaAl(OH)4 (aq)

b. Clarification

Pengotor tak larut yang disebut lumpur merah /Red Mud

(RM) , tetap dalam suspensi dan dipisahkan dengan menyaring dari

kotoran padat, selanjutnya didinginkan di exchangers panas, untuk

30  

meningkatkan derajat jenuh dari alumina terlarut, dan dipompa

menuju tempat yang lebih tinggi yaitu presipitator silolike untuk

proses Precipitation (pengendapan)

c. Precipitation

Selanjutnya aluminium diendapkan dari filtratnya dengan

cara mengalirkan gas CO2 dan pengenceran.

2NaAl(OH)3 (aq) + CO2 (g) 2Al(OH)3 (s) +Na2CO3 (aq)+ H2O (l)

Campuran dari kotoran padat disebut lumpur merah, dan

menyajikan masalah pembuangan. Selanjutnya, solusi hidroksida

didinginkan, dan aluminium hidroksida dilarutkan presipitat sebagai

putih solid halus.

d. Calcination

Aluminium dipanaskan sampai 1050 °C (dikalsinasi),

aluminium hidroksida terurai menjadi alumina, memancarkan uap

air dalam proses:

2Al(OH)3 (s) Al2O3 (s) + 3H2O (g)

Dan dihasilkan aluminium oksida murni (Al2O3) yang

selanjutnya menuju proses peleburan dengan proses Hall-Héroult

untuk menghasilkan material aluminium.

4.2.3 Proses Peleburan Aluminium

Proses pembuatan Al pada tahap selanjutnya adalah proses Hall-

Heroult. Ini merupakan proses metode elektrolisis yang ditemukan oleh

Charles M. Hall dan Paul Heroult. Berikut tahap-tahap dalam proses

Hall-Heroult,

31  

Gambar Skema Proses Hall-Heroult

Dalam proses Hall-Heroult, aluminum oksida Al2O3 dilarutkan

dalam lelehan kriolit (Na3AlF6) dalam bejana baja berlapis grafit yang

sekaligus berfungsi sebagai katode (-). Sebagai anode (+) digunakan

batang grafit. Selanjutnya elektrolisis dilakukan pada suhu 950 oC.

Dalam proses elektrolisis dihasilkan aluminium di katode dan di anode

terbentuk gas O2 dan CO2.

Reaksi yang terjadi:

Al2O3 Al3+ + 3O2-

Katode (-) : Al3+ + 3e Al x 4

Anode (+) : 2O2 O2 + 4e x 3

4Al3 + 6O2 4Al + 3O2

Lalu O2 bereaksi dengan C menjadi CO2. Jadi hasil akhirnya

adalah

3C(s) + 4Al3+ + 6O2 4Al(l) + 3CO2 (s)

Aluminium yang terbentuk berupa zat cair dan terkumpul di

dasar wadah lalu dikeluarkan secara periodik ke dalam cetakan untuk

mendapat aluminium batangan (ingot). Jadi, selama elektrolisis, Anode

grafit terus menerus dihabiskan karena bereaksi dengan O2 sehingga

harus diganti dari waktu ke waktu. Rata-rata Untuk mendapat 1 Kg Al

dihabiskan 0,44 kg anode grafit.

32  

4.3 Kegunaan Aluminium

Aluminium mempunyai banyak kegunaan dalam kehidupan manusia.

Aluminium banyak digunakan untuk alat-alat dapur, mobil, pesawat terbang

dan tutup kaleng. Hal ini karena sifatnya yang khas yaitu ringan, tahan karat,

mudah dibentuk dan dipadu dengan logam lain.

a) Sektor industri otomotif, untuk membuat baktruk dan komponen

kendaraan bermotor lainnya.

b) Pembuatan badan pesawat terbang.

c) Sektor pembangunan perumahaan, untuk kusen pintu dan jendela.

d) Sektor industri makanan, contohnya aluminium foil dan kaleng

aluminium untuk kemasan berbagai jenis produk makanan/

minuman.

e) Sektor lainnya, misalnya untuk kabel listrik, perabotan rumah tangga

dan barang kerajinan.

f) Pembuatan termit, yaitu campuran serbuk aluminium dengan serbuk

besi (III) oksida yang digunakan untuk mengelas baja di tempat

misalnya untuk menyambung rel kereta api.

33  

DAFTAR PUSTAKA

http://edihalpitasmartest.blogspot.co.id/2013/05/pengolahan-besi-dan-baja.html

http://rafdisatu.blogspot.co.id/2013/12/proses-pembuatan-baja-dan-besi-

tuang.html

http://s3.amazonaws.com/ppt-download/25300537-makalah-aluminium-

121007152009-phpapp01.pdf

http://en.wikipedia.org/wiki/Bayer_process

http://en.wikipedia.org/wiki/Hall_Heroult_process

http://www.redmud.org/production.html

http://12-ia4.blogspot.com/2009/11/pembuatan-aluminium-aluminium-

merupakan.html