aplikasi dan ekstraksi aluminium
TRANSCRIPT
Aplikasi dan Ekstraksi Aluminium
M.Ekaditya Albar / 0806331683 Page 1
1. Penggunaan Aluminium
a. Aplikasi Aluminium
Aluminium merupakan salah satu logam dengan aplikasi yang cukup luas di
masyarakat dunia. Mulai dari aplikasi rumah tangga sampai dengan aplikasi yang
advanced, aluminium merupakan salah satu jawaban untuk memenuhi beberapa
kriteria tersebut. Contoh penggunaan aluminium dalam masyarakat adalah sebagai
berikut:
Industri Penerbangan (Aircraft)
Alat Transportasi (Kapal, Body kendaraan, dan kereta)
Overhead Power Cables
Alat Masak Rumah Tangga (Household Application)
Pada makalah ini, salah satu apllikasi aluminium yang akan dibahas beserta proses
ekstraksinya adalah untuk keperluan alat-alat rumah tangga (Household Application).
b. Sifat Aluminium
Dengan penambahan sedikit paduan maka kekuatannya akan bertambah baik
Densitas yang kecil (ringan)
Tahan korosi
Konduktor yang baik
Raw material cukup banyak di bumi (bauksit)
Mudah dibentuk
Good Appearance
c. Paduan Aluminium
Tipe Paduan Aluminium Unsur Paduan
1xxx Aluminium murni dengan kandungan minimal 99%
Aplikasi dan Ekstraksi Aluminium
M.Ekaditya Albar / 0806331683 Page 2
2xxx Tembaga (Cu)
3xxx Mangan (Mn)
4xxx Silikon (Si)
5xxx Magnesium (Mg)
6xxx Magnesium dan Silikon (Mg dan Si)
7xxx Seng (Zn)
8xxx Unsur Lain
9xxx Unused Series
d. Sifat Paduan Aluminium
Tipe Paduan Aluminium Sifat
1xxx Tahan korosi, high electrical and thermal conductivity,
mudah dibentuk
2xxx Kekuatan tinggi, tahan korosi kecil, heat-treatable
3xxx Non-heat-treatable, kekuatan cukup tinggi
4xxx Ringan, baik untuk pendingin
2. Sejarah Aluminium
Tahun Sejarah
1746 Johann Heinrich Pott, pertama kali memproduksi alumina dari kaolin clay.
1808
Sir Humphry Davy (Britain) menemukan logam dalam senyawa dan
menamakannya Aluminium. Lalu mengekstraksi Al2O3 dengan metode
electro-chemical / electro-thermal.
1821 P. Berthier (France) menemukan bauxite.
1825
Hans Christian Oersted (Denmark) menemukan cara untuk memperoleh Al
murni, dengan mereaksikan potassium amalgam dan hydrous aluminium
chloride.
1827 Friedrich Wöhler (Germany) menemukan proses pembuatan bubuk Al.
1845 Wöhler menemukan specific gravity (density) dari aluminium.
1854 Al dijual secara komersial.
1859 Saint-Claire Deville, menjelaskan kemungkinan ekstraksi alumunium dari
Aplikasi dan Ekstraksi Aluminium
M.Ekaditya Albar / 0806331683 Page 3
lelehan kriolit.
1886
Paul Louis Toussaint Héroult (France) dan Charles Martin Hall (USA),
menenukan proses electric untuk produksi Al terbaru Hall-Héroult process,
proses ini digunakan sampai sekarang.
1889 Karl Josef Bayer (Austria), menemukan Bayer Process untuk produksi
3energi Al dari bauxite.
1890 Menggunakan sel elektrolit sampai dengan 4000 A dan e3nergy konsumsi
42 kWh/Kg Al.
3. Raw Material
Bauksit adalah bahan baku utama pembuatan
alumunium. Bauksit merupakan mineral ketiga terbanyak di
dunia setelah oksigen dan silikon Bauksit memiliki komposisi
alumunium oksida dan alumunium hidroksida dengan
beberapa pengotor seperti besi oksida, clay, dan silika.
4. Ekstraksi Aluminium
Aplikasi dan Ekstraksi Aluminium
M.Ekaditya Albar / 0806331683 Page 4
Pada tahap pertama, bahan mentah diproduksi di pabrik alumina untuk
menghasilkan oksida murni. Lalu oksida tersebut diekstraksi dari bauksit dengan
menggunakan proses Bayer. Bijih akan terurai dengan menggunakan alumunium yang
mengandung larutan NaOH dan menghasilkan larutan untuk mengendapkan Al(OH)3 .
Pada tahap kedua, merupakan proses lanjutan ekstraksi yaitu peleburan aluminium
primer dengan menggunakan fused-electrolysis dari oksida murni yang tidak terlarut di
leburan kriolit dengan menggunakan proses Hall-Héroult.
Pada proses ore mining, bauksit yang tercampur dengan clay biasanya dipisahkan
dengan cara washing, wet screening atau hand sorting. Ore di-screen lalu dilakukan
proses crushing untuk mendapatkan ukuran yang sama. Ore masuk ke Grinding Mill yang
ditambah NaOH dengan suhu dan tekanan tinggi dan menghasilkan Slurry. Hasil
sampingan berupa red mud yang mengandung besi, silikon, dan titanium.
Pada proses digesting, terjadi reaksi kimia di digester dengan penambahan NaOH
lebih banyak pada proses ini. Reaksi yang terjadi adalah:
Gibbsite : Al (OH) 3 + Na+ + OH- Al (OH)4- + Na+
Böhmite dan Diaspore : AlO(OH) + Na+ + OH- + H2O Al(OH)4- + Na+
Pada proses settling, prinsip yang digunakan adalah prinsip gravitasi untuk
melakukan filtrasi. Pada proses precipitation, Material hasil dari settling dan filtering
dimasukan ke mesin precipitator. Alumina Hydrate ditambahkan untuk mempermudah
proses presipitasi dimana hasil proses ini adalah kristal alumina. Proses calcination adalah
proses pemasanan yang menghasilkan alumina anhydrate. Hasil proses ini adalah
alumina yang sudah dapat digunakan untuk proses pembuatan alumunium.
a. Proses Bayer
Proses Bayer adalah proses dimana Alumina akan diekstraksi dari bijih bauksit.
Proses ini merupakan proses ekstraksi hidrometalurgi. Proses ini sangat efisien dan
selektif, proses pemisahan ini terdiri dari 2 tahapan, yaitu mengekstraksi dari Al(OH)3
dan proses produksi alumina pada tahap kedua.
Pada tahap pertama, campuran antara bauksit halus dan larutan NaOH
dipanaskan pada suhu 100-360oC di autoklaf. Al (OH)3 akan mengendap di larutan
NaOH yang menjadi Natrium Alumina. Campuran ini akan ditambahkan dengan besi
dan titanium oksida yang menghasilkan larutan silika dalam bentuk natrium
Aplikasi dan Ekstraksi Aluminium
M.Ekaditya Albar / 0806331683 Page 5
aluminium silikat. Larutan ini disebut lumpur merah atau red mud dan akan disaring
untuk kemudian dibuang menjadi limbah.
Pada proses pendinginan akan menghasilkan endapan Al(OH)3 dari larutan jenuh
NaAlO2. Untuk mempercepat proses pengendapan ini dapat ditambahkan kristal
Al(OH)3 yang baru saja mengendap. Endapan Al(OH)3 yang dihasilkan akan dipisahkan
dengan menggunakan vacuum filters. Endapan ini sebagian besar akan kembali
digunakan untuk proses awal / umpan. Sementara sebagian kecilnya akan dibersihkan
dengan air lalu dikalsinasi. Larutan OH- yang terbentuk akan digunakan kembali untuk
proses. Proses ini memanfaatkan fitur kimia dan fisika pada sistem Al2O3-Na2O-H2O,
yaitu dimana ketergantungan suhu dari kelarutan Al(OH)3 di NaOH dan metastabilitas
dari larutan alumina. Reaksinya adalah sebagai berikut:
Al (OH) 3 + OH- → AlO2- + 2H2O (+ red mud)
Pada tahap kedua, Al(OH)3 akan dicuci, lalu difluidisasi dengan tekanan di tanur
fluidisasi modern. Proses ini menggunakan pemanasan pada suhu 1000-1300oC yang
kemudian akan dikalsinasi menjadi:
2Al (OH) 3 → Al2O3 + 3H2O
Produk hasilnya adalah Al2O3 hampir murni, kandungan 0.01-0.03% Fe2O3, SiO2 dan
Na2O sebesar 0.5%.
Aplikasi dan Ekstraksi Aluminium
M.Ekaditya Albar / 0806331683 Page 6
Residu dari ekstraksi proses Bayer disebut
lumpur merah (red mud) karena mengandung
senyawa besi. Satu ton alumina (oksida
aluminium) akan menghasilkan 360 – 800 Kg red
mud. Red mud mengandung alkali residu yang
berasal dari penggunaan larutan NaOH pada
proses Bayer. Larutan NaOH yang terkandung ini biasanya digunakan kembali ke
proses Bayer (ekologis dan ekonomis). Setelah red mud dicuci, residu ini akan dibuang
ke tempat pembuangan besar. Tempat pembuangan limbah ini harus kedap air dan
diperiksa untuk memastikan fungsi dan unsur alkali tidak ada yang terbuang ke
lingkungan.
Aplikasi dan Ekstraksi Aluminium
M.Ekaditya Albar / 0806331683 Page 7
Lokasi pembuangan dapat dilapisi atau ditutupi dengan tanah, pasir, abu atau
dapat diolah kembali. Lokasi tersebut dapat diolah kembali dengan menggunakan
suatu jenis rumput tanpa membutuhkan lapisan tanah. Proses ini memakan waktu
yang lama. Di masa yang akan datang, penggunaan kembali residu adalah cara terbaik
untuk mengurangi jumlah red mud. Beberapa ada yang digunakan sebagai filler dan
colouring agent di industri plastik, filler material untuk pembangunan jalan, aditif
untuk semen. Komposisi dari red mud adalah sebagai berikut:
Unsur (wt %) Komposisi (wt %)
Al2O3 15-28
Fe2O3 25-45
SiO2 6-16
TiO2 8-24
Na2O (total) 4-9
Na2O (larut) 0.5-0.7
CaO atau MgO 0.5-4
Hilang pada pembakaran 7-12
b. Proses Hall-Héroult
Pada proses Fused-Salt Electrolysis, aluminium oksida akan terurai bila
dilarutkan di Na3AlF6 cair pada suhu 950-970oC dan arus langsung (DC). Hasilnya
adalah alumina dengan konsentrasi 5-7%. Fungsi Na3AlF6 adalah mengurangi titik lebur
aluminium oksida (2050o C). Na3AlF6 sebagai elektrolit memiliki titik leleh sebesar
1000o C Na3AlF6 harus dalam bentuk cair agar dapat melarutkan aluminium oksida.
Katoda yang digunakan adalah baja karbon dan terletak di kulit bawah. Sedangkan
anoda terbuat dari karbon, berada di atas dan tergantung ke dalam sel elektrolit Arus
listrik langsung akan mengurai fluks lelehan di sel elektrolit menjadi aluminium dan
oksigen. Skema untuk Fused-Salt Electrolysis adalah sebagai berikut:
Aplikasi dan Ekstraksi Aluminium
M.Ekaditya Albar / 0806331683 Page 8
1) Anoda karbon
2) Katoda
3) Elektrolit Na3AIF6 dan Al2O3 yang tidak terlarut, 950-970 ° C
4) Alumunium cair murni, diendapkan di katoda (dapat diekstraksi)
5) Karbon pot
6) Mantel pot
7) Pengumpanan aluminium oksida
8) Crust breaker
9) CO and CO2 dihasilkan dari reaksi oksida dengan karbon anoda
10) Insulation layer
11) Pembuangan gas hasil reaksi anoda
Tegangan listrik pada Fused-Salt Electrolysis akan menyebabkan alumina terurai
menjadi ion aluminium bermuatan positif dan oksigen bermuatan negatif. Ion oksigen
tersebut akan berpindah ke anoda dan bereaksi dengan karbon membentuk CO2 dan
CO. Reaksi tersebut menghasilkan elektron yang akan berpindah ke katoda dimana ion
aluminium akan dipisahkan. Aluminium cair murni akan keluar dari bagian bawah sel
elektrolisis.
Aplikasi dan Ekstraksi Aluminium
M.Ekaditya Albar / 0806331683 Page 9
Produk hasil dari Fused-Salt Electrolysis
biasanya berupa ingot, ingot penggilingan dan billet
dari produk yang setengah jadi. Energi yang
dibutuhkan untuk proses ini adalah 2.98 V/ŋ kWh/Kg
Al. Sementara itu, suplai energinya adalah tegangan
sebesar 1200 V (160-260 sel) dengan arus setiap
selnya adalah 100-320 kA. Efisiensi katoda sebesar
95% dengan tegangan sel sebesar 4 - 4.5 Volt. Konsumsi anodanya adalah 420 Kg
karbon / ton Al. Untuk memproduksi 1 Kg alumunium dari alumina diperlukan 15.7
KWH listrik. Untuk memproduksi Alumunium diperlukan tempat yang dekat dengan
pembangkit listrik yang memadai dan 55% dari produksi alumunium menggunakan
pembangkit listrik tenaga air. PT Inalum menggunakan PLTA Siguragura dan Tangga
sebagai pembangkit listrik.
c. Proses Forming Aluminium
Setelah terbentuknya ingot hasil Fused-Salt Electrolysis, proses berikutnya untuk
membentuk aluminium menjadi produk yang rumah tangga yang diinginkan adalah
melalui proses cold work atau pengerjaan dingin. Proses cold work ini sendiri bisa
dibedakan menjadi beberapa proses seperti forging (penempaan), rolling
(penggilingan), drawing (penarikan), dan extrusion (pendorongan).
Proses dari kiri ke kanan: forging, rolling dan extrusion dari Aluminium
Aplikasi dan Ekstraksi Aluminium
M.Ekaditya Albar / 0806331683 Page 10
5. Referensi
• http://www.internationalrivers.org/en/latin-america/amazon-basin/caustic-red-mud-
waste-alunorte-barcarena
• http://www.redmud.org/Disposal.html
• http://www.alu-scout.com/en/perl/enc/enc.pl?todo=show_paragraph&ppk=8
• http:// www.wikipedia.org/wiki/Hall-Heroull
• Robert D. Pehlke. 198x. Unit Process of extractive Metallurgy. The University of
Michigan Ann Arbor.
• http://bataktobapress.blogspot.com/2009/06/plta-inalum-tobasa-harus-dikuasai.html
• http://www.inalum.co.id