chapter ii 2

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2. 1. Alumina dan aluminium

2.1.1 Aluminium

Aluminium adalah logam yang ringan dan cukup penting dalam kehidupan manusia.

Aluminium merupakan unsur kimia golongan IIIA dalam sistim periodik unsur,

dengan nomor atom 13 dan berat atom 26,98 gram per mol (sma). Di dalam udara

bebas aluminium mudah teroksidasi membentuk lapisan tipis oksida (Al2O3) yang

tahan terhadap korosi. Aluminium juga bersifat amfoter yang mampu bereaksi dengan

larutan asam maupun basa. (Anton J. Hartono, 1992)

Aluminium merupakan logam ringan yang mempunyai ketahanan korosi yang baik

dan hantaran listrik yang baik dan sifat sifat yang baik lainnya sebagai sifat logam.

(Surdia, T. 2005)

2.1.2 Sejarah Aluminium

Aluminium ditemukan kira-kira sekitar 160 tahun yang lalu dan mulai diproduksi

skala industri sekitar 90 tahun yang lalu. Berikut sejarah perkembangan tentang

penemuan aluminium :

I. Pada tahun 1782, seorang ilmuwan Prancis bernama Lavoiser telah menduga

bahwa aluminium merupakan logam yang terkandung di dalam alumina,

Universitas Sumatera Utara

II. Pada tahun 1807, ahli kimia Inggris bernama Humphrey Davy berhasil

memisahkan alumina secara elektrokimia logam dan yang diperoleh dari

pengujian tersebut adalah aluminium,

III. Pada tahun 1821, biji sumber aluminium ditemukan di Prancis Selatan,

tepatnya di kota Lesbaux, yang dinamakan bauksit,

IV. Pada tahun 1825, ahli kimia Denmark, Orsted berhasil memisahkan aluminium

murni dengan cara memanaskan aluminium chloride dengan kalium amalgam

dan kemudian memisahkan merkuri dengan cara destilasi,

V. Pada tahun 1886, mahasiswa Oberlin College di Ohio, Amerika Serikat

bernama Charles Martin Hall menemukan dengan cara melarutkan alumina

(Al2O3) dalam lelehan kliorit (Na3AlF6) pada temperatur 960

O

bentuk kotak yang dilapisi logam karbon dan kemudian melewatkan arus

listrik melalui ruang tersebut. Cara ini dikenal dengan proses Hall Heroult,

karena ini terjadi pada tahun yang sama dengan seorang Prancis yang bernama

Paul Heroult,

VI. Pada tahun 1888, ahli kimia Jerman Karlf Josef Bayern menemukan cara

memperoleh alumina dari bauksit secara pelarutan kimia. Sampai saat ini cara

Bayer masih digunakan untuk memproduksi alumina dari bauksit secara

industry dan disebut dengan proses Bayer. (Davis, Jr, 1993)

2.1.3. Bahan Baku Aluminium

Untuk memproduksi aluminium diperlukan :

A. Bahan baku utama

Universitas Sumatera UtaraC dalam

1. Alumina

Alumina diperoleh dari bauksit melalui beberapa proses Bayer.

Bauksit

merupakan bahan baku Al yang terdiri dari Al2O3 (aluminium oksida) dan

memiliki kemurnian yang berbeda seperti besi oksida, aluminium silica dan

titanium oksida. Aluminium oksida (Al2O3) atau alumina biasanya beruba

Kristal ion. Tetapi ion oksida (O-2) dipolarosasi oleh ion aluminium sehingga

sebagian ikatannya bersifat kovalen. Aluminium oksida meleleh pada 2035oC.

Zat ini tidak larut dalam air, stabil dan keras. Aluminium oksida adalah

amfoter. Zat ini melarut dengan lambat dalam asam encer maupun basa encer.

Al2O3 (s) + 6 H+ (aq) 2 Al3+(aq) + 3 H2O(l)

Al2O3 (s) + 2 OH- (aq) + 3 H2O 2 Al(OH)4-

2. Anoda

Anoda adalah elektroda bermuatan listrik positif. Jenis anoda yang dipakai

adalah jenis anoda prebaked, anoda yang digunakan di seksi reduksi dibuat di

gedung karbon dengan bahan kokas dan hard pitch.

3. Katoda

Katoda adalah elektroda bermuatan listrik negatif. Ditinjau dari bahan bakunya

dan prose pembuatannya, katoda dibagi atas 4 jenis, yaitu :

a. Blok katoda Amorphous, bahan bakunya antrasit, dipanggang pada suhu

1.200oC

b. Blok katoda semi graphitic, bahan bakunya grafit, dipanggang pada suhu

1.200oC


c. Blok katoda semi graphitic, bahan bakunya yang mengalami proses

pemanasan sampai suhu 2.300oC

d. Blok katoda graphitic, bahan bakunya kokas mengalami proses grafitasi

suhu 3.000o

(Jody, B. J., dkk, 1992)

B. Bahan baku penunjang

a. Kriolit

Kriolit dapat mengandung CaF2 dan AlF3 yang dapat membentuk kriolit

Na3AlF6. Sifat-sifat kriolit adalah :

1) Konduktivitas listrik baik.

2) Memiliki berat jenis yang rendah.

3) Temperatur kristalisasi primer rendah.

4) Stabil dalam keadaan cair.

5) Dapat melarutkan alumina dalam jumlah besar.

Untuk memperbaiki sifat- sifat kriolit tersebut, bath biasanya ditambah

dengan beberapa bahan tambahan seperti fluorida, alkil metal, AlF3 dan CaF2.

b. Soda Abu (Na2CO3)

Soda abu berfungsi memperkuat struktur katoda dan dinding samping agar

sulit tererosi. Lapisan dinding samping dengan Na2CO3 dilakukan pada tahap

transisi untuk membantu proses pembentukan kerak samping. Selain

mencegah erosi oleh bath, soda abu berfungsi sebagai isolasi termal.


c. Aluminium Florida (AlF3)

Aluminium florida berfungsi menjaga keasaman bath dan merupakan bahan

yang dituangkan secara manual jika kelebihan AlF3 kurang didalam bath.

Spesifikasi AlF3 yang digunakan oleh PT INALUM adalah:

Tabel 2.1. Spesifikasi AlF3

(PT Inalum, 2009)

Universitas Sumatera UtaraJenisUnitSpesifikasiAlF3%93 minimalSiO2%0,25 maksimalP2O5%0,02 maksimalFe2O3%0,07 maksimalMoisture (Water Content)%0,35 maksimaloLoss on Ignitation 300-1000 C%0,85 maksimalBulk densitygram/cc0,7 minimalParticle Size (Tyler Mesh)Typical+ 150 mesh%25-60+ 200 mesh%50-75+ 320 mesh%75 minimal

2.1.4. Kegunaan Aluminium

Dilihat dari segi kuantitas dan kualitas, kegunaan aluminium dapat mengatasi

kegunaan logam lain kecuali besi. Karena itu aluminium sangat penting dalam

kehidupan sehari hari dan berpengaruh terhadap perkembangan ekonomi dunia,

dikarenakan aluminium diprediksi akan menjadi komoditi ekspor dunia.

Aluminium murni mempunyai kekuatan tegangan yang rendah, tetapi mempunyai

kemampuan untuk membentuk alloy bersama dengan banyak unsur seperti tembaga,

seng, magnesium, mangan dan silikon. Pada saat ini hampir semua bahan yang

dianggap aluminium adalah sebenarnya sejenis alloy aluminium bukan aluminium

murni.

Apabila digabung secara proses termomekanikal, alloy aluminium menunjukkan

peningkatan kekuatan dari segi sifat mekanikal. Alloy aluminium membentuk

komponen penting dalam pesawat udara dan roket, ini dikarenakan kekuatan yang

meningkat.

Sebagian dari kegunaan kegunaan aluminium yaitu :

1) Pengankutan (kendaraan, kapal terbang, kendaraan landasan, kapal laut, dsb)

2) Pembungkus (tin aluminium, keranjang aluminium, dsb)

3) Perawatan air

4) Pembinaan (tingkap, pintu, dwai binaan, dsb)

5) Barangan pengguna tahan lama (perkakas, peralatan dapur, dsb)


6) Talian penghantaran elektrik (berat pengalir aluminium adalah setengah dari berat

tembaga dengan kekonduksian yang sama dan lebih murah)

7) Jendela

8) Aluminium murni

9) Serbuk aluminium, yang mempunyai bentuk perak yang biasa digunakan dalam cat.

Serpihan aluminium juga dimasukkan dalam cat alas, terutama kayu cat.

2.1.5 Proses Elektrolisis Aluminium

Aluminium terutama masih sekedar menjadi bahan penelitian di laboratorium sampai

tahun 1886, ketika Charles Hall di Amerika Serikat (lulusan Oberlin College yang

berusia 21 tahun) dan Paul Heroult (berkebangsaan Perancis, berusia sama) secara

sendiri-sendiri menemukan proses yang efisien untuk memproduksikannya. Pada

tahun 1990-an produksi aluminium di seluruh dunia yang menggunakan proses Hall-

Heroult mencapai 1,5 107 ton metrik.

Proses Hall-Heroult melibatkan pengendapan aluminium secara katodik, dari lelehan

kriolit (Na3AlF6) yang mengandung Al2O3 terlarut, dalam sel elektrolisis. Setiap sel

terdiri dari kotak baja persegi panjang yang panjangnya sekitar 6 m, lebar 2 m, dan

tinggi 1 m, yang berfungsi sebagai katode, dan grafit pejal sebagai anode yang

mencuat melewati atap sel hingga ke bak lelehan kriolit. Arus yangh sangat besar

(50.000 sampai 100.000 A) dilewatkan dalam sel, dan sebanyak 100 sel seperti ini

disusun secara seri.

Lelehan kriolit, yang berdisosiasi sempurna menjadi ion-ion Na+ dan AlF63-,

merupakan pelarut yang baik untuk aluminium oksida, menghasilkan

distribusi


kesetimbangan dari ion-ion seperti Al3+, AlF2+, . . . , AlF63-, dan O2- dalam elektrolit.

Kriolit meleleh pada suhu 1000C, tetapi titik lelehnya turun dengan adanya

aluminium oksida terlarut, sehingga suhu sel operasi hanya 950C. Dibandingkan

dengan titik leleh Al2O3 murni (2050C), suhu tersebut merupakan suhu yang rendah,

dan inilah sebabnya proses Hall-Heroult bias berhasil. Lelehan aluminium memiliki

kerapatan yang sedikit lebih besar daripada lelehennya pada suhu 950C sehingga

materi ini mengumpul di dasar sel, untuk selanjutnya disadap secara berkala. Oksigen

merupakan produk anode yang utama, tetapi zat ini bereaksi dengan electrode grafit

menghasilkan karbon dioksida. (David W. Oxtoby, 2003)

Untuk memperoleh aluminium murni mencakup empat tahap :

1. Penyiapan bauksit (pelumatan, pencucian, pengeringan, penggerusan)

2. Penjernihan bauksit menjadi tanah tawas murni (oksid aluminium Al2O3) melalui

cara Bayer

3. Penyerapan zat asam (reduksi) tanah tawas hingga menjadi aluminium mentah

melalui elektrolisa lebur dengan kliorit sebagai bahan pelarut (Na3AlF6)

4. Peleburan alih wujud menjadi aluminium murni (99,5 99,8 %).

(Karl Gruber, 1985)


2.2 Alumina

Adapun pembagian dari alumina berdasarkan ukuran partikelnya adalah :

I. Alumina sandy ( - Al2O3)

Alumina sandy banyak ditemukan di Amerika, yang berbentuk serbuk yang

diproduksi pada pembakaran yang lebih rendah dari alumina floury. Alumina

sandy yang terbentuk digunakan pada tungku peleburan karena sifat dari

alumina tersebut yang bergerak bebas dan tidak dipengaruhi oleh gaya dari

luar.

II. Alumina floury ( Al2O3)

Alumina floury banyak ditemukan di Eropa, dimana alumina jenis ini

diperoleh melalui proses Bayer, selanjutnya diproses lagi untuk memperoleh

aluminium cair. Proses yang digunakan adalah Hall Heroult, prinsip yang

dipakai melalui reduksi alumina. Reduksi dilakukan secara elektrolisa terhadap

alumina yang dilarutkan dalam larutan elektrolit cair dan dialirkan arus listrik.

Dengan mengalirkan arus listrik tersebut pada kedua elektroda (anoda dan

katoda) maka akan terjadi proses elektrolisa, sehingga terbentuk endapan

aluminium cair pada katoda. (Grjotheim, 1998)


Tabel 2.2. Spesifikasi Alumina yang digunakan di PT INALUM

(PT Inalum, 2009)

Universitas Sumatera UtaraItemSatuanSpesifikasi0Loss on Ignition (300-1000 C)%1,00 maksimalSiO2%0,03 maksimalFe2O3%0,03 maksimalTiO2%0,005 maksimalNa2O%0,600 maksimalCaO%0,060 maksimalAl2O3%98,40 minimalSpesific Surface Area2M /g40-80Particle Size+ 100 mesh%12,0 maksimal+ 150 mesh%25 minimal- 325 mesh%12,0 maksimalAngle of RefuseDeg30-34

Al didapat dalam keadaan cair dengan elektrolisa, umumnya mencapai kemurnian

99,85% berat. Dengan mengelektrolisa kembali dapat dicapai kemurnian 99,99%,

yaitu dicapai bahan dengan angka sembilannya empat.

Tabel 2.3. Sifat-sifat fisik aluminium

Catatan : fcc : face centered cubic = kubus bersifat muka

Tabel di atas menunjukkan sifat-sifat fisik Al. Ketahanan korosi berubah sesuai

dengan kemurnian Al, yang pada umumnya untuk kemurnian 99,0% atau di atasnya

dapat dipergunakan di udara tahan dalam waktu bertahun-tahun.

Universitas Sumatera UtaraSifat sifatKemurnian Al (%)Sifat sifat99,996> 99,0oMassa jenis (20 C)Titik cairo oPanas jenis (cal/ g. C)(100 C)Hantaran listrik (%)oTahanan listrik koefisien temperatur (/ C)oKoefisien pemuaian (20-100 C)Jenis Kristal, konstanta kisi2,6989660,20,222664,940,00429-623,86 x 10fcc, a = 4,013 kX2,71653-6570,229759 (dianil)0,0115-623,5 x 10fcc, a = 4,04 kX

2. 3. Besi

Besi merupakan logam industri terpenting sudah dikenal sejak zaman purba. Besi

merupakan unsur terbanyak keempat dalam litosfer bumi (setelah oksigen, silicon,

aluminium). Kegunaan besi terpenting ialah pembuatan baja (alloy). Besi yang murni

adalah logam berwarna putih-perak, yang kukuh dan liat. Besi melebur pada

temperatur 1535oC. Zat-zat pencemar ini memegang peranan penting dalam kekuatan

struktur besi.

Sifat besi yang mudah mengalami korosi pada berbagai keadaan, sifat elektrokimia

besi menjadi bahan kajian sejak lama. Terlihat bahwa oksidasi lebih mudah terjadi

oelh adanya gugus yang mengendapkan produknya. Ion ferri mudah tereduksi ke

ferro, tetapi dalam keadaan alkali justru ferro berubah menjadi ferri. Agar Fe(OH)3

tidak mengendap, suasananya harus asam.

Reaksi besi dan oksidasi rumit karena didorong dengan adanya kelembaban. Produk

karatnya non stoikiometri dan sifatnya dapat protektif maupun tidak. Besi dapat

larut dalam asam mineral encer. Bila asam non oksidator (tidak ada udara) terbentuk

ferro sedangkan bila ada udara atau asam nitrat dan kromat memasifkan besi.

Ion ferro dan ferri dalam larutan mudah saling diubah dengan reaksi redoks ferro

hidroksida yang baru diendapkan berwarna putih dengan adanya udara menjadi hijau

atau hitam, kemudian membentuk ferri hidroksida merah coklat. Amoniak hanya

mengendapkan besi sebagian karena terbentuk kompleks amina.

Ion ferri biasanya merah coklat akibat bentukan kompleks, sedangkan ion ferrinya

sendiri tidak berwarna. Ferri mengkompleks dengan sianida. Besi merupakan logam

termurah karena sifat fisik menarik, mudah dielektroplating dari berbagai elektrolit,


tetapi besi tidak bernilai dekoratif, tetap terkena korosi, ia hanya dipakai secara

terbatas termasuk electroforming pada cetakan karet, gelas, plastik, pada alloy

nikelnya dan sebagainya.

2.4. Silika

Silika terdapat luas di alam, seperti pasir, kuarsa, batu api. Kristal silika tidak

berwarna atau merupakan bubuk putih, bau dan tidak berasa, silica tidak larut dalam

air dan asam, kecuali hidrogen florida. Dan larut di dalam larutan alkali, dimana

akhirnya dipisahkan yang halus dan yang tidak terbentuk. Senyawa SiO2 adalah yang

paling melimpah dari senyawaan dalam kerak bumi.

Asal mula silika adalah dapat dibuat dari larutan silika (air kaca), dengan asam,

kemudian dicuci dan dengan pembakaran. Bunga api silica dibuat dari pasir, menguap

pada temperatur 3.000oC dengan menggunakan pancaran energy listrik. Bubuk silica

digunakan untuk pembuatan gelas, keramik, alat pengelasan, saringan air, mikroskop,

kertas, komponen dari beton pengisi kosmetik insektisida.

Silikon dan oksigen merupakan penyusun sebagian besar kerak bumi, dengan oksigen

meliputi 47% dan silikon 28% dari massanya. Ikatan silikon oksigen kuat dan bersifat

ionic parsial. Ikatan ini membentuk dasar untuk golongan mineral yang disebut silikat,

yang merupakan golongan terbesar dari batuan, lempung, pasir dan tanah pada kerak

bumi. Silikat menyediakan berbagai macam bahan bangunan seperti batu bata, semen,

beton dan kaca. (David W. Oxtoby, 2003)

2.5. Pengaruh Pengotor Besi dan Silika dalam Produk Aluminium

Aluminium batangan (ingot) yang diproduksi sangat ditentukan oleh unsur unsur

kimia yang terkadung di dalam aluminium itu sendiri. Aluminium yang dihasilkan


masih banyak mengandung zat-zat pengotor dalam jumlah yang kecil, seperti besi

(Fe), silikon (Si), dan pengotor lainnya. Ini dipengaruhi atas bahan baku yang

digunakan untuk menghasilkan aluminium. Disamping adanya pengaruh bahan baku,

pengotor besi dan silikon juga berasal dari prosesnya sendiri, dimana besi dan silikon

dalam aluminium yang dihasilkan dalam sel elektrolisa (pot), dapat bertambah apabila

kondisi di dalam pot kurang baik, sehingga ada pengikisan atau ikut larutnya dinding

pot pada saat proses elektrolisa berlangsung.

Jika kadar besi dalam aluminium cair yang akan dicetak masih terlalu tinggi, maka

aluminium yang dihasilkan akan lebih mudah terkorosi dan mudah berubah menjadi

warna kuning. Sebaliknya, jika kadar silicon di dalam aluminium terlalu tinggi, maka

akan menyebabkan aluminium batangan (ingot) yang dihasilkan akan menjadi keras,

rapuh dan susah ditempah. Itulah beberapa pengaruh ketika kadar besi dan silikon di

dalam aluminium berlebih atau tidak sesuai dengan standar yang ada.

2.6. Faktor Faktor yang Mempengaruhi Kualitas Aluminium Batangan (Ingot)

dan Cara Penanggulangannya

Faktor yang mempengaruhi kualitas ingot antara lain adalah :

1. Kadar Fe dan Si

Kadar Fe dan Si dapat berpengaruh terhadap kualitas produk, karena

merupakan faktor utama penentu mutu grade yang dihasilkan. Kemurnian dari

aluminium ingot yang dihasilkan dilihat dari kadar besi (Fe) dan silikon (Si).

Maka kadar zat pengotor yang terkandung dalam aluminium cair harus dijaga

sesuai dengan grade produk yang diinginkan. Apabila kadar Fe dan Si masih

banyak terkandung di dalam aluminium maka haruslah dikendalikan


2. Flux Treatment

Pemberian flux pada aluminium cair di furnace (dapur) harus sesuai dengan

jumlah molten aluminium sehingga pemisahan oksida oksida yang

terkandung dalam molten tersebut dapat terpisah secara sempurna, agar

aluminium ingot yang dihasilkan lebih murni

2.7. Standar Pengendalian Grade Produk

Pengendalian grade produk dilakukan agar ada kesesuaian antara kadar Fe dan Si

terhadap produk, sehingga produk yang dihasilkan bisa mencapai target yang telah

ditetapkan di PT INALUM. Standar pengendalian grade produk berpatokan pada

Quality Standard of Aluminium Ingot (QSAI). QSAI merupakan variabel variabel

yang ditetapkan agar produk yang dihasilkan tidak menyimpang dari jadwal operasi

pencetakan.


Tabel 2.4. Standar Kualitas Aluminium Batangan (Ingot)

Catatan : min = minimal : maks = maksimal

Aluminium (ingot) yang dihasilkan PT INALUM sekarang ini adalah grade S1 B

dan G1, yaitu dengan kemurnian aluminium, S1 B 99,90 % dan G1 99,70 %.

Apabila masih tetap tidak sesuai dengan standarisasi di PT INALUM, maka dapat

dilakukan dengan beberapa cara :

a. Pengadukan ulang

Pengadukan ulang aluminium cair (molten), yang bertujuan agar molten dapat

bercampur secara homogen. Setelah dilakukan pengadukan, lalu dilakukan

Universitas Sumatera UtaraGrade/ TingkatKomposisi Kimia (%)PT InalumClassAlFeSiS1A-99,92 min0,04 maks0,04 maksS1B-99,90 min0,06 maks0,04 maksS1Special class 199,90 min0,07 maks0,05 maksS2Special class 299,85 min0,12 maks0,08 maksG1Class 199,70 min0,20 maks0,15 maksG2Class 299,50 min0,40 maks0,25 maksG3Class 399,00 min0,80 maks0,50 maks

pengambilan sampel dan dibawa ke Smelter Quality Assurance (SQA) untuk dianalisa

kembali. Apabila hasil dari Test Product Metal (TPM) menyatakan kadar Fe dan Si di

dalam molten masih tinggi dari standar yang diinginkan, maka dilakukan pengurangan

atau penambahan molten.

b. Pengurangan dan penambahan aluminium cair (molten)

Pengurangan molten yang berkadar Fe dan Si yang tinggi kemudian ditambahkan

molten yang memiliki kadar Fe dan Si yang rendah. Sehingga akan dicapai

keseimbangan di antara keduanya. Apabila pengurangan dan penambahan molten

tidak dapat menurunkan kadar Fe dan Si sesuai dengan yang diinginkan, maka dapat

dilakukan cara berikutnya, yaitu pencetakan sebagian molten.

c. Pencetakan sebagian molten

Dicetak sebagian molten yang berkadar Fe dan Si tinggi sebanyak 1/3 bagian dari

banyaknya molten yang tersedia di dapur. Jika 1/3 bagian yang telah dicetak, maka

molten yang tersisa di dalam dapur ditambahkan molten yang berkadar Fe dan Si yang

rendah. Apabila masih tidak dapat memenuhi standar yang ada, maka dilakukan

perubahan grade. Misalnya dari grade S1 B menjadi grade G1.

Dalam pengambilan sampel produk dapat dilakukan dalam 3 tahap, yaitu :

-

-

Sampel yang pertama diambil pada awal pencetakan , yaitu setelah mencetak

30 ton.

Sampel yang kedua diambil pada pertengahan pencetakan, yaitu setelah

mencetak 15 ton.

- Sampel ketiga diambil pada akhir pencetakan, yaitu 3 ton terakhir.


chapter ii 2

Documents