Nama :

Kelas : 2 MB

MAKALAH PENGETAHUAN BAHAN TEKNIK

“ TENTANG ALUMINIUM”

DISUSUN OLEH:

1. Deri Purnama

2. Heno Ardian

3. M. Fachriansyah

POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA

PALEMBANG

2013

A.Pembuatan aluminium

PENAMBANGAN DAN PENGOLAHAN BIJIH BAUKSIT Sistem penambangan bauksit

Aluminium didapatkan dari bijih bauksit yang ditambang terlebih dahulu. Pada tahap awal penambangan dilakukan pembersihan lokal (land clearing) dari tumbuh-tumbuhan yang terdapat di atas endapan bijih bauksit. Hal ini dimaksudkan untuk mempermudah dalam operasi selanjutnya yaitu kegiatan pengupasan lapisan penutup (overburden). Metode penambangan bijih Aluminium dapat dilakukan secara tambang terbuka seperti metode penambangan bijih Aluminium yang dilakukan di PT. Inalum Sumatra Utara.Untuk melaksanakan kegiatan pengupasan lapisan penutup digunakan bulldozer, sedangkan untuk penggalian endapan bauksit digunakan alat gali muat excavator yang selanjutnya dimuatkan ke alat angkut dump truck. Untuk mengoptimalkan perolehan, bauksit kadar rendah dicampur (mixing) dengan bijih bauksit kadar tinggi, hal ini dapat berfungsi juga untuk memperpanjang umur tambang. Untuk menghindari pengotoran dari batuan dasar yang ikut tergali pada saat penambangan bauksit, maka penggalian dilakukan dengan menyisakan bauksit setebal 40 - 50 cm di atas batuan dasarnya. Kemajuan penambangan setiap blok disesuaikan dengan rencana penambangan pada peta tambang.

Pengolahan bijih bauksit

Pekerjaan pengolahan bahan galian dilakukan untuk mendapatkan konsentrat atau bijih yang sesuai dengan standar, keinginan atau patokan pasar dengan ketentuan - ketentuan atau kriteria tertentu. Adapun konsentrat yang didapatkan dari hasil pengolahan ini berupa Alumina. Logam alumunium sebagai produk dari industri pertambangan yang berasal dari pengolahan bijih bauksit melalui standar yang telah kita kenal, yaitu didapat dari proses pengolahan bauksit menjadi alumina (proses bayer) dan pengolahan alumina menjadi alumunium (proses Hall-Heroult). Proses pencucian yang dilakukan bertujuan untuk meliberasi bijih bauksit terhadap unsur-unsur pengotornya yang pada umumnya berukuran -2 mm yaitu berupa tanah liat (clay) dan pasir kuarsa. Sehingga hasil dari proses pencucian tersebut akan mempertinggi kualitas bijih bauksit, yaitu didapatkan kadar alumina yang lebih tinggi dengan berkurangnya kadar silika, oksida besi, oksida titan dan mineral-mineral pengotor lainnya.

Berikut ini adalah proses - proses untuk mengubah bijih bauksit menjadi alumina Pencucian bjih bauksit

Peralatan pencucian yang dapat digunakan adalah ayakan putar (tromol rail atau rotary grizzly) dan ayakan getar (vibrating screen). Ayakan putar mempunyai fungsi untuk mencuci bijih bauksit yang masuk melalui hopper (stationary grizzly), sedangkan ayakan getar berfungsi untuk mencuci bijih bauksit yang keluar dari ayakan putar. Ayakan getar mempunyai dua tingkat ayakan, dimana ayakan tingkat pertama (bagian atas) mempunyai lebar lubang bukaan 12,5 mm dan ayakan tingkat kedua (bagian bawah) mempunyai lebar bukaan 2 mm sehingga alat ini sering juga disebut dengan system ayakan getar bertingkat (vibration horizontal double deck screen).

Bagan alir pencucian bauksit

Dengan demikian selama proses pencucian, bijih mengalami tiga tahap proses pencucian antara lain :

1. Proses penghancuran untuk memperkecil ukuran bijih bauksit yang berasal dari front penambangan.

2. Proses pembebasan (liberasi) yaitu proses pembebasan bijih bauksit dari unsur-unsur pengotor.

3. Proses pemisahan (sorting) terhadap bijih bauksit yang berdasarkan pada perbedaan ukuran dan pemisahan terhadap fraksi yang tidak diinginkan yaitu yang berukuran -2 mm.

Mekanisme dari pengolahan bijih bauksit menjadi alumina (proses Bayer)

Adapun mekanisme dari pengolahan bijih Bauksit menjadi Alumina (proses Bayer) adalah sebagai berikut :

a. Mereduksi ukuran bijih bauksit yang akan dijadikan feed deangan cara digerus (grinding). Hal ini bertujuan untuk mempercepat proses pelarutan. Hasil atau produk dari proses penggerusan ini umumnya yang dipakai sebagai feed pada proses bayer yaitu bijih yang berukuran kurang dari 35 mesh.

b. Melarutkan alumina yang terdapat dalam bijih bauksit dengan larutan soda api atau “caustic soda”dengan konsentrasi dan temperature tertentu, dengan menggunakan media uap sebagai pemanas didalam suatu tabung yang dibuat dari baja yang tehan terhadap tekanan yang timbul akibat proses pemanasan selama berlangsungnya proses pelaruatan. Suhu pelarutan sekitar 108osampai 250o dengan konsentrasi soda api 250 sapai 400 gr/liter. Pemilihan temperatu dan konsentrasi serta lamanya waktu pelarutan tergantung pada sifat-sifat spesifik bijih bauksit yang digunakan dan berdasarkan perhitungan-perhitungan yang paling ekonomis meliputi semua rantai proses beserta efek- efeknya untuk dapat menghasilkan alumina dengan mutu yang memenuhi persyaratan sesuai yang dibutuhkan. Reaksi yang terjadi pada prosespelarutan adalah:

Bauksit + NaOH NaAlO2 + H2O Atau Al2O33H2O + 2NaOH 2NaAlO2 + 4H2O

Sesuai dengan reaksi diatas, diperkirakan sekitar 90% alumina yang ada dalam bijih beuksit akan larut menjadi NaAlO2. sedangkan rekasi sampingan yang terjadi sebagai akibat adanya unsure silica reaktif dalam bijih bauksit adalah:

SiO2 + 2NaOH Na2SiO2

5SiO2 + 6NaAlO2 + 5H2O 3Na2O.3Al2O3.5SiO2.5H2O

c. Proses memisahkan larutan natrium aluminat (NaAlO2) dari benda padat yang tidak larut dan produk dari reaksi disilikasi. Pemisahan dilkaukan dengan cara pengendapan, suhu pengendapan dikontrol sekitar 100oC, dimana alumina masih dalam kondisi kelarutannya. Dari proses pengendapan ini akan didapat suatu produk berupa larutan natrium aluminat yang bening.

d. Larutan bening yang didapat, kemudian diproses lagi dengan proses. Presipitasi dengan cara menambahkan serbuk Al2O3 sebagai inti pengendapan (seed). Endapan yang etrbentuk merupakan kristal-kristal dari hidrat alumina dan sebagian

teraglomerasi membentuk gumpalan-gumpalan alumina yang lebih besar dan tidak mudah pecah. Hasil dari proses presipitasi yang ukurannya dikembalikan lagi kedalam proses Presipitasi sebagai inti pengendapan. Larutan sisa presipitasi (spent liquor), dimanfaatkan kembali dengan cara mengembalikannya kedalam proses pelarutan dengan terlebih dahulu di uapkan kemudian ditambahkan soda api. Reaksi yang terjadi selama berlangsungnya proses presipitasi adalah:

2NaAlO2 + 4H2O 2NaOH + Al2O33H2O

e. Hidrat alumina yang didapat dari proses presipitasi dan memenuhi persyaratan yang telah ditentukan, selajutnya akan mengalami proses kalsinasi (pemanggangan) pada suhu sekitar 1.200oC yang bertujuan untuk mengeluarkan juga mengurangi kadar air dan air kristal yangbterikat dalam gumpalan-gumpalan alumina. Reaksi-reaksi yang terjadi pada proses kalsinasi adalah :

Al2O33H2O Al2O3 + 3H2O

Al2O3 yang didapat dari proses diatas adalah alumina yang siap dikirim ke pabrik peleburan untuk dilebur menjadi aluminium.

B. Proses peleberuan aluminium

Bijih alumunium yang lebih dikenal dengan nama bauksit banyak terdapat di daerah Tropik dan Sub-Tropik, yaitu Afrika, India Barat, Amerika Selatan dan Australia. Bijih bauksit dimurnikan menjadi alumunium oxide trihydrate (alumina) kemudian secara elektrolisa direduksi menjadi logam alimunium. Logam alumunium sebagai produk dari industri pertambangan yang berasal dari pengolahan bijih bauksit melalui standar yang telah kita kenal, yaitu didapat dari proses pengolahan bauksit menjadi alumina (proses bayer) dan pengolahan alumina menjadi alumunium (proses Hall-Heroult).

Setelah mendapatkan Alumina dari proses Bayer maka proses selanjutntya untuk mendapatkan Aluminium adalah peleburan Alumina. Proses ini didasarkan pada prinsip elektrolisa lelehan garam alumina pada temperature yang tinggi. Syarat alumina yang akan dilebur menjadi logam aluminium adalah sebagai berikut :

a. kadar Al2O3 98,50% - 99,40%b. kadar SiO2 0,015% - 0,03%c. kadar Fe2O3 0,015% - 0,03%d. kadar TiO2 0,001% - 0,003%

Beberapa perlengkapan yang digunakan dalam proses Hall-Heroult (Berdasarkan PT. Inalum) antara lain :

a. Anoda karbon

Anoda karbon yang digunakan di pabrik reduksi merupakan anoda karbon hasil produksi dari pabrik karbon yang ada di PT. Inalum. Anoda ini terbuat dari kokas residu hasil penyulingan minyak bumi atau kokas batubara. Anoda ini dilengkapi dengan tangkai (rodding) untuk menghubungkan arus dari busbar anoda ke blok anoda karbon. Anoda yang

dipakai pada proses Hall-Heroult adalah karbon. Pemilihan material karbon sebagai anoda ini perlu dipertimbangkan berdasarkan acuan literatur sebagai berikut:

1) Konduktivitas listrik tinggi (0,0036-0,0091 Ωcm) agar aliran listrik dapat mengalir efektif.

2) Daya tahan panas tinggi, titik sublimasi 4.200oC dan titik leleh 3.700oC pada tekanan 1 atm berguna untuk bekerja pada suhu operasi yang tinggi (965oC)

3) Konduktivitas panasnya tinggi berguna pada saat proses backing sehingga pot reduksi cepat mencapai suhu yang tinggi.

4) Ekspansi panas yang rendah (± 0,5 kali tembaga) berguna pada saat konstruksi perangkaian anoda agar anoda tidak terlepas dari tangkainya karena pemuaian.

5) Densitas rendah (1,4-1,7 gr/m3) agar partikel karbon yang terlepas (debu) tidak terendapkan pada katoda sehingga tidak mengotori produk ingot.

b. Katoda

Katoda merupakan elektroda berkutub negatif. Katoda yang sering digunakan pada proses Hall-Heroult adalah katoda karbon.

Kategori dalam pemilihan karbon berdasarkan bahan baku dan proses pembuatannya harus memiliki spesifikasi sebagai berikut :

1) Katoda amorphus bahan baku antrasit, suhu pemanggangan 1.200oC.2) Katoda semigrafit bahan baku grafit, suhu pemanggangan 1.200oC.3) Katoda semigrafit bahan baku semigrafit, suhu pemanggangan 2.300oC.4) Katoda semigrafit bahan baku kokas, terintegrasi hingga suhu 3.000oC.

c. Elektrolit

Elektrolit yang dipakai dibagian reduksi PT. Inalum pada proses Hall-Heroult adalah lelehan kryolite (Na3AlF6). Lelehan ini dipilih karena kemampuannya melautkan berbagai jenis oksida dengan baik. Kelarutan alumina dalam kryolite (bath) dipengaruhi oleh suhu lelehan kryolite. Pada suhu ± 960oC alumina melarut dalam lelehan kryolite murni sebanyak 11% dari beratnya. Kelarutan alumina juga dapat dipengaruhi oleh zat tambahan (aditif) dalam kryolite.

d. Bath

Bath adalah cairan yang mengandung 70-90% kryolite (Na3AlF6) dan komponen lainnya seperti alumina dan alumunium fluorida. Dalam satu pot reduksi alumunium dibutuhkan 12 ton bath. Karena hanya berfungsi sebagai elektrolit, kehilangan kryolite di pot reduksi selama produksi relatif kecil yaitu sekitar 0,2 kg/ton alumunium yang umumnya terjadi karena penguapan.

Bath ini memiliki sifat yang menguntungkan untuk operasi peleburan. Sifat-sifat tersebut antara lain sebagai berikut :

1. Mampu melarutkan alumina dengan baik2. Konduktivitas tinggi3. Tegangan dekomposisi lebih tinggi dai alumina4. Titik lelehnya relatif rendah5. Tidak bereaksi dengan alumina dan karbon6. Cukup encer sebagai pelarut7. Tekanan uap rendah

TABEL 3

KOMPOSISI BATH

Komponen Kandungan (%)AlF3 (Alumunium Florida)

CaF2 (Kalsium Florida)

Al2O3 (Alumina)

Na3AlF6 (Kryolite)

7-9

3-4

1-8

79-90

e. Alumunium Fluorida (AlF3)

Penggunaan Alumunium Fluorida (AlF3) didalam proses peleburan antara lain dapat menurunkan nilai liquidus temperatur, daya serap logam dam cairan, tegangan permukaan, kekentalan dan berat jenis serta dapat meningkatkan keasaman bath. Sedangkan efek yang tidak diinginkan dari penambahan AlF3 ini adalah dapat menurunkan daya larut alumina, konduktivitas listrik serta tekanan uap.

f. Soda Abu

Pemakaian soda abu pada pot reduksi hanya pada saat transisi saja, yaitu untuk memperkuat struktur lapisan karbon pada katoda dan dinding samping sehingga tidak mudah tererosi baik oleh bath maupun metal alumunium. Pemakaian soda abu juga membantu mempercepat terbentuknya lapisan kerak di dinding samping pot. Lapisan kerak ini fungsinya sebagai penahan erosi bath.

g. Energi Listrik

Energi listrik merupakan faktor penting pada peleburan alumunium khususnya di bagian reduksi. Energi listrik yang digunakan merupakan energi listrik arus searah (DC) untuk melangsungkan proses elektrolisis sekaligus menghasilkan panas untuk melelehkan kryolite dan untuk mengoperasikan alat-alat atau sistem pemrosesan lainnya pada pabrik reduksi.Proses Hall-Heroult didasarkan pada prinsip elektrolisa lelehan garam alumina pada temperatur tinggi (2.050oC). Lelehan garam alumina merupakan campuran alumina (Al2O3) dengan kryolite (Na3AlF6) dengan titik leleh 1.010oC. Bejana yang diperlukan dalam proses peleburan alumunium dengan proses Hall-Heroult disebut bejana sel elektrolisa rectangular yang mempunyai dua elektroda, yaitu anoda (elektroda positif) dan katoda (elektroda negatif).

Proses peleburan alumina menjadi aluminium

Pada proses peleburan aluminium digunakan dapur krusibel. Material yang digunakan adalah scrap Aluminium. Hal yang pertama kali dilakukan adalah proses persiapan dapur. Dimulai dari pembersihan tungku lebur dan melapisi dengan coating hingga penempatan briket batubara dalam tungku besar.Selama proses peleburan, material Aluminium yang digunakan dilakukan proses pre-heating. Hal ini bertujuan untuk menghilangkan moisture pada permukaan material untuk menghindari pembentukan gas dan melarut dalam logam cair yang dapat menyebabkan cacat gas. Setelah proses pre-heating maka material logam dimasukkan kedalam tungku dan dibiarkan melebur. Selama peleburan briket batubara terus ditambahkan untuk menjaga kestabilan suplai kalor untuk melebur aluminium.

Kemudian melalui beberapa tahapan antara lain :a. Alloying

Pada proses pengecoran dimana selain bertujuan menghasilkan produk yang sesuai dengan dimensi juga dibutuhkan nilai sifat mekanis material yang sesuai. Pemberian material tambahan (alloying) bertujuan untuk meningkatkan harga sifat mekanis dari material. Untuk material Aluminium pemberian alloying menggunakan material Cu, Zn, Mg, P, Si, Sr, dan Na.

b. DegassingPada temperatur tinggi gas hidrogen akan cenderung berdifusi kedalam logam cair.

Gas-gas hidrogen ini harus dikeluarkan dari Aluminium cair karena akan menyebabkan terjadinya cacat pada benda cor. Proses pengeluaran gas ini  disebut proses degasser. Umumnya degasser yang digunakan adalah dalam bentuk tablet atau gas (gas argon dan gas nitrogen). Mekanisme pengeluaran gas pada logam Aluminium cair adalah sebagai berikut :Tablet yang dimasukkan ke dalam Aluminium cair akan menghasilkan gas dalam bentuk gelembung yang hampir hampa udara (< 1 atm). Gas hidrogen yang terlarut dalam Aluminium tidak dapat keluar karena tekanan didalam Aluminium cair < 1 atm sedangkan tekanan diluar sebesar 1 atm. Akibatnya gelembung udara yang dihasilkan tablet masuk ke dalam gas hidrogen dan gelembung udara tersebut terbawa keatas bersaman dengan kotoran lain yang terlarut didalam Aluminium cair. Gas-gas atau gelembung udara tersebut sebagian akan menjadi dross dan akan dibuang melalui proses pembuangan dross.

c. Cover FluxSetelah proses degasser selesai dilanjutkan dengan  proses pemberian flux. Proses

pemberian flux bertujuan untuk menutupi  atau covering permukaan logam Aluminium cair agar terhindar dari masuknya gas hidrogen kedalam logam aluminium. Pemberian flux dilakukan pada saat mulai pencairan aluiminium dengan cara menaburkan flux pada permukaan Aluminium cair. Covering flux berfungsi untuk covering permukaan logam cair agar terhindar dari masuknya gas hidrogen . Pemberian flux jenis ini dilakukan tanpa pengadukan.

d. PencetakanSetelah tahap pertahap selesai dilakukan, maka selanjutnya aluminium cair akan

dituang ke dalam cetakan (ingot) tray. Selanjutnya akan didiamkan beberapa waktu tertentu hingga tray jadi.

Karena proses ini didasarkan pada proses elektrolisa maka dalam bejana ini diperlukan suatu media yang dapat menyalurkan arus listrik untuk keperluan tersebut. Oleh karena itu dipasanglah batang-batang baja yang dipasang pada dasar bejana tersebut. Arus listrik yang dialirkan akan menyebabkan kedua elektroda saling berinteraksi. Interaksi ini disebabkan karena adanya beda potensial yang dimiliki kedua elektroda tersebut akibat aliran arus listrik yang dialirkan.

Reaksi dasar yang terjadi pada sel elektrolisa adalah sebagai berikut :

Katoda : 4Al2O3 8Al + 6O2

Anoda : 7C + 6O2 5CO2 + 2CO___________________________________4Al2O3 + 7C 8Al + 5CO2 + 2CO

Pada reaksi diatas dapat kita lihat bahwa produk setelah reaksi adalah logam aluminium, gas CO dan gas CO2. logam aluminium yang didapat dari proses ini akan terendapkan pada dasar bejana elektrolisa, hal ini disebabkan karena berat jenis logam aluminium lebih besar daripada berat jenis larutan campuran alumina dan kryolit. Logam aluminium produk dari reaksi ini akan memiliki presentase (kadar) aluminium sekitar 99,70% dan siap untuk dipasarkan. Pemasaran logam ini biasanya dalam bentuk balok-balok aluminium atau lebih dikenal dengan nama “aluminium ingot” tetapi untuk keperluan yang sifatnya langsung, logam aluminium yang didapat dari pross elektrolisa tidak perlu lagi dimurnikan, misalnya untuk keperluan dunia rekayasa dan elektronika. Sedangkan untuk keperluan yang sifatnya khusus, misalnya untuk keperluan industri, pengepakan, makanan atau industri obat-obatan, maka aluminium ini harus diproses lagi. Proses ulang ini disebut “refinery”, dari proses ini akan didapatkan suatu produk logam aluminium dengan kadar 99,9%.