modul 5 pembuatan logam bukan besi · pdf filepaduan sehingga logam bukan besi sudah dapat...

19
5-1 MODUL 5 PEMBUATAN LOGAM BUKAN BESI Materi ini membahas tentang proses pembuatan logam bukan besi. Tujuan instruksional khusus yang ingin dicapai adalah (1) Menjelaskan peranan logam bukan besi dalam perkembangan teknologi pemesinan, (2) Menjelaskan sifat-sifat fisik, teknis, kimia, dan penggunaan setiap logam bukan besi, (3) Menyebutkan jenis-jenis bijih-bijih setiap logam bukan besi, (4) Membedakan metode pemurnian setiap logam bukan besi, (5) Menyebutkan sifat-sifat penggunaan setiap jenis logam bukan besi. 5.1. Pendahuluan Logam bukan besi merupakan salah satu bahan yang mempunyai peranan yang sangat penting di dalam perkembangan teknologi. Karena logam bukan besi mempunyai sifat-sifat yang menguntungkan yang kurang dimiiiki oleh logam besi. Sifat-sifat umum yang dimiiiki oleh logam bukan besi seperti tahan korosi terhadap udara lembab maupun bahan kimia, lebih ringan; kecuali timah dan timbel, lebih ulet, mudah dibentuk, mempunyai daya hantar listrik dan panas yang baik, dsb. Di dalam pengolahan bahan baku logam bukan besi menjadi logam bukan besi (Aluminum, tembaga; nikel; timbel; magnesium), memerlukan energi yang lebih besar sehingga harga dari logam bukan besi dan paduannya lebih mahal dari logam besi. Penggunaan logam bukan besi dewasa ini lebih banyak dalam bentuk paduan sehingga logam bukan besi sudah dapat menggantikan peranan logam besi seperti pada pembuatan komponen-komponen mesin, silinder blok, torak, dll. Logam bukan besi, dibagi atas logam ringan dan logam berat. Yang termasuk logam ringan (m.j 5000 kg/m 3 ) adalah lithium, kalium, natrium, rubidium, kalsium, magnesium, aluminium. Logam yang paling ringan ialah lithium dengan massa jenis 54 kg/m 3 . Sedangkan yang termasuk logam berat (m.j 5000 kg/m 3 ) adalah tembaga, seng, timah, timbel.

Upload: nguyennhan

Post on 02-Feb-2018

240 views

Category:

Documents


4 download

TRANSCRIPT

Page 1: MODUL 5 PEMBUATAN LOGAM BUKAN BESI · PDF filepaduan sehingga logam bukan besi sudah dapat menggantikan peranan logam besi seperti pada pembuatan komponen-komponen mesin, silinder

5-1

MODUL 5

PEMBUATAN LOGAM BUKAN BESI

Materi ini membahas tentang proses pembuatan logam bukan besi. Tujuan

instruksional khusus yang ingin dicapai adalah (1) Menjelaskan peranan logam

bukan besi dalam perkembangan teknologi pemesinan, (2) Menjelaskan sifat-sifat

fisik, teknis, kimia, dan penggunaan setiap logam bukan besi, (3) Menyebutkan

jenis-jenis bijih-bijih setiap logam bukan besi, (4) Membedakan metode

pemurnian setiap logam bukan besi, (5) Menyebutkan sifat-sifat penggunaan

setiap jenis logam bukan besi.

5.1. Pendahuluan

Logam bukan besi merupakan salah satu bahan yang mempunyai peranan

yang sangat penting di dalam perkembangan teknologi. Karena logam bukan besi

mempunyai sifat-sifat yang menguntungkan yang kurang dimiiiki oleh logam

besi. Sifat-sifat umum yang dimiiiki oleh logam bukan besi seperti tahan korosi

terhadap udara lembab maupun bahan kimia, lebih ringan; kecuali timah dan

timbel, lebih ulet, mudah dibentuk, mempunyai daya hantar listrik dan panas yang

baik, dsb.

Di dalam pengolahan bahan baku logam bukan besi menjadi logam bukan

besi (Aluminum, tembaga; nikel; timbel; magnesium), memerlukan energi yang

lebih besar sehingga harga dari logam bukan besi dan paduannya lebih mahal dari

logam besi. Penggunaan logam bukan besi dewasa ini lebih banyak dalam bentuk

paduan sehingga logam bukan besi sudah dapat menggantikan peranan logam besi

seperti pada pembuatan komponen-komponen mesin, silinder blok, torak, dll.

Logam bukan besi, dibagi atas logam ringan dan logam berat. Yang

termasuk logam ringan (m.j ≤ 5000 kg/m3) adalah lithium, kalium, natrium,

rubidium, kalsium, magnesium, aluminium. Logam yang paling ringan ialah

lithium dengan massa jenis 54 kg/m3. Sedangkan yang termasuk logam berat (m.j

≥ 5000 kg/m3) adalah tembaga, seng, timah, timbel.

Page 2: MODUL 5 PEMBUATAN LOGAM BUKAN BESI · PDF filepaduan sehingga logam bukan besi sudah dapat menggantikan peranan logam besi seperti pada pembuatan komponen-komponen mesin, silinder

5-2

5.2. Logam Tembaga

Dari produksi seluruh dunia, tembaga dipakai lebih dari 50% dalam dunia

teknik listrik. Hal ini karena tembaga mempunyai daya hantar yang baik untuk

listrik, juga untuk panas ia merupakan pengahantar yang baik, sehingga ia banyak

dipakai dalam teknik pendinginan dan pemanasan; umpamanya di dalam penukar

panas, radiator pendingin, kondensor, dll.

Dalam keadaan terpijar lunak, tembaga murni lunak, ulet, dan hanya

memiiiki kekuatan yang rendah. Ini dapat ditingikatkan melalui pembentukan

dingin (penggilingan, perentangan, pengempaan). Baik dalam keadaan panas

harus berlangsung di atas sekitar 650OC. Tembaga yang telah mengeras akibat

pemberian bentuk dalam keadaan dingin dapat menjadi lunak kembali melalui

pemijaran antara 300 hingga 700OC.

Kesudian tembaga untuk diserpihkan buruk karena ia “melumuri” (dapat

diperbaiki dengan sedikit imbuhan timah dan seng). Kesudiannya untuk dituang

buruk, karena ia menjadi berpori-pori pada saat mengejang, sedikit imbuhan

fosphor, mangan, silisium, magnesium, dan barilium mencegah pembentukan

pori-pori. Tembaga dapat disolder lunak dan keras dengan baik. Untuk pengelasan

hanya cocok jenis yang bebas zat asam (misalnya SB CU menurut DIN 1708).

Tembaga tahan karat di udara. Pada penyimpanan jangka panjang

terbentuk lapisan oksid ( lapisan pelindung) yang gelap dan butek pada

permukaan. Di udara lembab, tembaga menyelimuti diri dengan suatu lapisan

hijau tembaga karbonat (platina, karat mulia). Asam, garam, belerang, bahan

mengandung belerang, dan amoniak yang mengoksidasikan, menyerang tembaga.

Di bawah pengaruh asam cuka dan asam buah-buahan terbentuk karat hijau,

garam tembaga yang sangat beracun.

Tembaga bewarna coklat keabu-abuan dan mempunyai struktur kristal FCC.

Bijih-bijih tembaga dapat diklasifikasikan atas 3 golongan .

Bijih sulfida.

Bijih oksida.

Bijih murni (native).

Page 3: MODUL 5 PEMBUATAN LOGAM BUKAN BESI · PDF filepaduan sehingga logam bukan besi sudah dapat menggantikan peranan logam besi seperti pada pembuatan komponen-komponen mesin, silinder

5-3

Bijih tembaga yang penting

Mineral Rumus Kimia Kandungan

TembagaChalcopyrite Cu FeS2 34,6%

Bornite 5 Cu S Fe2 S3 55,65%

Chalcocite C u S 68.5%

Malachite Cu CO3Cu 57,4%

Nattive Cupper Cu 99,99%

Heterogenite 2Cu O3CuO H2O

A. Proses Pemurnian Bijih Tembaga.

Proses pernurnian bijih tembaga dapat dilakukan dengan dua cara:

Proses Pirometalurgy:

Proses ini menggunakan temperatur tinggi yang diperoleh dari pembakaran

bahan bakar. Bijih tembaga yang telah dipisahkan dari kotoran-kotoran

(tailing) dipanggang untuk menghilangkan asam belerang dan selanjutnya

bijih ini dilebur.

Gambar 5.1. Diagram proses konvertor.

Pada peleburan tersebut, bijih-bijih dipisahkan dari terak dan akan

menghasilkan mette, selanjutnya mette ini diproses pada converter sehingga

unsur-unsur besi dan belerang dapat dipisahkan dan akan menghasilkan tembaga

blister. Tembaga blister masih mengandung sejumlah unsur-unsur besi, belerang,

seng, nikel, arsen, dsbnya, sehingga blister ini harus diproses ulang (refining)

yang pelaksanaannya dapat dilakukan pada reverberatory.

Page 4: MODUL 5 PEMBUATAN LOGAM BUKAN BESI · PDF filepaduan sehingga logam bukan besi sudah dapat menggantikan peranan logam besi seperti pada pembuatan komponen-komponen mesin, silinder

5-4

Gambar 5.2. Konvertor untuk Tembaga. 1. Lining, 2. nose or mouth; 3 tuyere; 5. roller stand.

Gambar 5.3 Reverberatory.

Proses Hidrometalurgy

Metode ini dilakukan dengan cara melarutkan bijih-biiih tembaga (leaching)

kedalam suatu larutan tertentu, kemudian tembaga dipisahkan dari bahan

ikutan lainnya(kotoran).

Untuk meleaching bijih tembaga yang bersifat oksida, digunakan asam

sulfat (H2SO4), seperti ditunjukkan pada reaksi di bawah ini:

CuCO3.Cu(OH) 2 + 2 H2SO4 → 2 CuSO4 + CO2 + 3 H2O

Untuk meleaching bijih tembaga yang bersifat sulfida atau native digunakan

ferri sulfat 2Fe2(SO4)3, seperti bijih cholcocite di bawah ini:

Page 5: MODUL 5 PEMBUATAN LOGAM BUKAN BESI · PDF filepaduan sehingga logam bukan besi sudah dapat menggantikan peranan logam besi seperti pada pembuatan komponen-komponen mesin, silinder

5-5

Cu2S + 2Fe2(SO4)3 → 2CuSO4 + 4FeSO4 + S

Untuk bijih chalcopyrite dan bornite, reaksinya berjalan lambat dan tidak

dapat larut seluruhnya.

Setelah hasil leaching dipisahkan dari bagian-bagian yang tidak dapat larut ,

kemudian larutan ini diproses secara elektrolisa, sehingga didapatkan

tembaga murni.

Gambar. 5.5. Diagram Proses Pyrometallurghy Tembaga.

Page 6: MODUL 5 PEMBUATAN LOGAM BUKAN BESI · PDF filepaduan sehingga logam bukan besi sudah dapat menggantikan peranan logam besi seperti pada pembuatan komponen-komponen mesin, silinder

5-6

B. Jenis-Jenis Tembaga

Beberapa jenis perdagangan (cuplikan dari DIN 1708) .

Jenis tembaga dengan kandungan zat

asam

Jenis tembaga tanpa kandungan

zat asam

Tembaga A A-Cu (99,0%) Tembaga SA A-Cu (99,0%)

Tembaga B B-Cu (99,25%) Tembaga SB B-Cu (99,25%)

Tembaga C C-Cu (99,5%) Tembaga SC C-Cu (99,5%)

Tembaga D D-Cu (99,9%) Tembaga SE E-Cu (99,9%)

Tembaga elektrolit katode KE-Cu (99,0%)

C. Sifat-Sifat tembaga

Rapat massa relatif : 8,9 gr/cm3

Titik lebur : 1070—1093 OC (tergantung kadar kemurniannya)

Sifat-sifat : - tembaga murni adalah lunak, kuat dan malkabel.

- Kondutivitas panas dan listrik sangat tinggi.

Penggunaan : Tembaga banyak digunakan untuk konduktor listrik,

alat solder, pipa spiral pendingin, kerajinan tangan,

sebagai bahan dasar pembuatan kuningan dan

pernggu, dll.

Kekuatan tarik : 200—300 N/mm2.

5.3. Logam Aluminium

Sifat aluminium yang menonjol adalah berat jenisnya yang rendah dan

daya hantar listrik/panas yang cukup baik. Aluminium menyelimuti diri dari udara

dengan sebuah lapisan oksid (pelidung.) yang tidak boleh dirusak. Aluminium

tidak tahan terhadap alkali dan asam garam. Karena kekerasannya rendah,

aluminium kurang baik untuk diubah bentuk dengan penyerpihan. Untuk itu

diperlukan sudut serpih yang besar, kecepatan sayat yang tinggi dan bahan

pelumas yang cocok.

Page 7: MODUL 5 PEMBUATAN LOGAM BUKAN BESI · PDF filepaduan sehingga logam bukan besi sudah dapat menggantikan peranan logam besi seperti pada pembuatan komponen-komponen mesin, silinder

5-7

Aluminium benar-benar lunak dan mudah diregangkan, sehingga mudah

diubah bentuk dalam keadaan dingin dan panas. Melalui penggilingan dapat

dihasilkan selaput sampai tebai 0,004 mm.

Aluminium tidak beracun dan tidak magnetis, merupakan reflector

(pemantul balik) yang baik untuk panas: cahaya dan gelombang-gelombang

elektromagnetis.

Logam aluminium mempunyai struktur kristai FCC. Logam tahan terhadap

korosi pada media yang berubah-ubah dan juga mempunyai ducktilitas yang

tinggi. Aluminium sering terdapat di atas bumi dalam bentuk senyawa kimia,

namun di alam tidak ditemukan aluminium dalam keadaan murni. Bahan dasar

terpenting untuk pembuatan aluminium ialah bauksit, yang merupakan kumpulan

mineral (tanah tawas, oksid aluminium) dengan imbuhan oksid besi dan asam

silica.

Bijih-bijih aluminium dapat diklasifikasikan menjadi beberapa golongan,

yaitu:

- Bauksit ; bijih ini didapat dalam bentuk batu-batuan berwarna merah atau

coklat. Bauksit setelah dipisahkan dari kotoran-kotoran penghantar didapat

kaolin (AI2O3. 2SiO2.H2O), Bochimite diapore (Al2 H2O),gibbsite

(Al2O3.3H2O).

- Nepheline (NaK)2O Al2O3.SiO2).

- Alunite (K2SO4) 3. 4 Al (OH) 3)

- Sianite (AI2O3Si.O2),bijih ini tidak diproduksi untuk aluminium, tetapi

diproduksi untuk peleburan langsung paduan aluminium silikon.

A. Proses Pemurnian Bijih Aluminium.

Metode proses pemurnian aluminium dapat diklasifikasikan menjadi 3 macam,

yaitu :

1. Proses elektrothermis :

Pada proses ini bijih-bijih dicairkan / direduksi dalam dapur listrik sehingga

diperoleh cairan aluminium. Proses ini jarang digunakan karena diperlukan

energi listrik yang sangat besar.

Page 8: MODUL 5 PEMBUATAN LOGAM BUKAN BESI · PDF filepaduan sehingga logam bukan besi sudah dapat menggantikan peranan logam besi seperti pada pembuatan komponen-komponen mesin, silinder

5-8

2. Proses asam;

Pada proses ini bijih-bijih aluminium dilarutkan dalam larutan asam (H2S04,

HCl, dsb). Dari reaksi ini didapatkan garam Al2(SO4)3, Al2Cl3, dsb. Sehingga

unsur-unsur penghantar dapat dipisahkan. Setelah garam terpisah dari

pengantarnya, kemudiar logam dan garam tersebut dipisahkan.

Proses ini dalam industri digunakan dalam batas-batas tertentu, karena

dibutuhkan peralatan-peralatan tahan asam yang sangat mahal.

3. Proses alkaline;

Proses ini adalah efek dari reaksi bauksit dengan NaOH atau Na2CO3 dengan

bahan tambahan kapur/batu kapur. Dari hasil ini akan didapatkan Sodium

Aluminate. Pada proses ini, unsur-unsur oksida besi, titanium, dan calsium

dapat dipisahkan dan silisium yang ada dalam bijih-bijih akan bereaksi

dengan alkali yang mengakibatkan sebagian dari alkalis dan aluminium yang

bereaksi akan mengotori aluminium yang akan dihasilkan. Oleh karenanya

metode alkaline sering digunakan pada bijih-bijih dengan kandungan silika

yang rendah.

B. Sifat-sifat aluminium

Rapat massa relatif : 2,7 gr/cm3

Titik lebur : 660 OC

Sifat-sifat : Paling ringan diantara logam-logam yang sering

digunakan.

Penghantar panas dan listrik yang tinggi.

Lunak, ulet, dan kekuatan tariknya yang rendah.

Tahan terhadap korosi.

Penggunaan : Karena sifatnya yang ringan, maka banyak

digunakan pada pembuatan kapal terbang,

rangka khusus untuk kapal laut modern,

kendaraan dan bangunan industri.

Karena ringan dan penghantar panas, maka

banyak dipakai untuk keperluan alat-alat masak.

Page 9: MODUL 5 PEMBUATAN LOGAM BUKAN BESI · PDF filepaduan sehingga logam bukan besi sudah dapat menggantikan peranan logam besi seperti pada pembuatan komponen-komponen mesin, silinder

5-9

Banyak dipakai untuk kabel-kabel listrik karena

kondukstivitas listriknya tinggi dan relatif Iebih

murah dibandingkan dengan tembaga.

Aluminium tuang dibuat jika di-kehendaki

konstruksi yang ringan, dengan kekuatan yang

tidak terlalu besar.

Kekuatan tarik : Dituang : 90—120 N/mm2

Diannealing : 70 N/mm2

Diroll: 130—200 N/mm2

5.4. Logam Nikel

Nikel adalah logam yang berwarna perak keabu-abuan mempunyai sel

satuan kubus berpusat muka (FCC). Nikel baik sakali dalam katahanan panas dan

ketahanan korosinya, tidak rusak oleh air kali atau air laut dan alkali. Tetapi dapat

rusak oleh asam nitrat dan sedikit tahan korosi terhadap asam khlor dan asam

sulfat. Nikel digunakan sebagai unsur paduan untuk baja, paduan tembaga, dan

paduan nikel tahan panas. Nikel sendiri dibuat dalam pelat tipis, batangan pendek,

pipa dan kawat, yang dipakai untuk pembuatan tabung elektron dan penggunaan

dalam industri makanan.

Bijih-bijih nikel dapat diklasifikasikan menjadi dua golongan:

Bijih Sulfida : bijih ini mengandung:

0,5—5,6% Ni

34—52% Fe

2—22% SiO2

4—6% Al2O3

0,8—1,8% Cu

21—28% S

1,9—7% CaO

2,25% MgO

Page 10: MODUL 5 PEMBUATAN LOGAM BUKAN BESI · PDF filepaduan sehingga logam bukan besi sudah dapat menggantikan peranan logam besi seperti pada pembuatan komponen-komponen mesin, silinder

5-10

Bijih Silika : bijih ini mengandung:

0,9—16% Ni

12—14% Fe

34—42% SiO2

1% Al2O3

0,01% Si

0,1—1,5% CaO

5,1—22% MgO

Setelah bijih-bijih mangalami proses pendahuluan yang meliputi crushing-

drying, sintering, kemudian bijih diproses lebih lanjut secara:

1. Proses Pyrometalurghy.

Proses yang terjadi pada proses ini hanya sebagian dari besi saja yang dapat

diikat menjadi terak, dan sebagian besar masih dalam bentuk ferro-nikel alloy.

Dalam hal ini untuk memisahkan besi dari nikel pada reaksi peleburan tersebut

ditambahkan beberapa bahan yang mengandung belerang (gypsum atau pirite).

Karena perbedaan daya ikat besi dan nikel terhadap oksigen dan belerang,

sehingga proses ini didapatkan mate yaitu paduan Ni3S2 dan FeS dan sebagian

besar besi dapat diterakkan :

3 FeS + Ni O → 3 Fe O + Ni3S2 + 0,5 S2

2 FeS + Si O2 → 2 Fe O Si O2

Mate yang dihasilkan ini (masih mengandung lebih dari 60% Fe dan

selanjutnya mate yang masih dalam keadaan cair terus diproses lagi dalam

konvertor. Proses-proses konvertor diberikan bahan tambah silicon untuk

menetralkan oksida besi. Terak hasil konvertor ini masih mengandung nikel

yang cukup tinggi, sehingga terak ini biasanya diproses ulang untuk peleburan

(resmelting).

Proses selanjutnya, mate dipanggang untuk memishkan belerang.

3 Ni3S2 + 7O2 → 6 NiO + 4 S O2

Nikel oksid yang didapat dari pemanggangan, selanjutnya direduksi dengan

bahan tambah arang (charcoal), sehingga didapat logam nikel.

Page 11: MODUL 5 PEMBUATAN LOGAM BUKAN BESI · PDF filepaduan sehingga logam bukan besi sudah dapat menggantikan peranan logam besi seperti pada pembuatan komponen-komponen mesin, silinder

5-11

2. Proses Hydrometalurgy

Pada metode ini concentrat dileaching dengan larutan amonia di dalam

autoclave dengan tekanan kurang lebih 7 atm. Tembaga, nikel, dan cobalt larut

kedalam larutan amonia. Reaksi yang terjadi:

NiS + 2O2 + nNH2 → 6 Ni(NH3)nSO4

Gambar. 5.5. Diagram proses pemurnian bijih nikel.

Oksida sulfida menimbulkan energi yang cukup banyak, oleh karena itu

autoclave harus didinginkan untuk menjaga agar temperatur tetap bertahan

antara 77—80OC. Belerang yang ada di dalam cencentrat dioksidasi menjadi:

S2O32+ ; S2O6

2- ; S2O42- , sementara itu besi dipisahkan sebagai ferri hidro

oksida dan sulfat basa.

Larutan tersebut dididihkan untuk memisahkan tembaga. Reaksi yang terjadi:

Cu2+ + 2 S2O32- = CuS + SO4

2-+ S + SO2

Page 12: MODUL 5 PEMBUATAN LOGAM BUKAN BESI · PDF filepaduan sehingga logam bukan besi sudah dapat menggantikan peranan logam besi seperti pada pembuatan komponen-komponen mesin, silinder

5-12

Selanjutnya larutan berisi nikel dan kobalt ini diproses dalam autoclave dengan

hydrogen pada tekanan 15 atm dan temperatur 175—225OC.

Ni(NH3)2SO4 + H2 → Ni+ (NH4)2SO4

Sifat-sifat nikel secara umum dapat diuraikan sebagai berikut;

Rapat massa relatif : 8,9 gr/cm3

Titik lebur : 1450 OC

Kekuatan tarik : Diannealing : 400—500 N/mm2

Diroll: 700—800 N/mm2

Kekerasan : 80—90 Brinnel

Sifat-sifat : Kuat, liat, tahan korosi, digunakan secara luas

sebagai unsur paduan.

Penggunaan : Digunakan sebagai pelapis logam.

Digunakan sebagai unsur paduan, untuk

meningkatkan kekuatan dan sifat-sifat

mekanik lainnya.

5.5. Logam Magnesium

Magnesium dan paduannya merupakan bagian yang paling ringan di antara

logam-logam industri dengar massa jenis 1,74 gr/cm3 yang dipergunakan untuk

pesawat terbang dan mobil. Sifat-sifat mekanik paduan magnesium tidak kurang

dibandingkan paduan aluminium, terutama mampu mesinnya yang baik sekali

walaupun ada keburukannya yaitu mudah menyala. Dalam hal ini diperlukan

perhatian khusus mengenai pembubutan dst. Oleh karena itu penggunaan

praktisnya tidak terlalu maju. Akan tetapi berkat perkembangan dalam cara-cara

proses pengerjaan logam. Kemurnian logam ingot yang telah diperbaiki dan cara

pemaduan logam yang telah maju, maka paduan magnesium dengan kekhasannya

itu telah lebih luas penggunaanya.

Magnesium berkristal Heksagonal rapat (HCP) dan mempunyai kekuatan

tarik 19 kgf/mm2 setelah dianil, kekuatan mulur 9,8 kgf/mm2, dan

perpanjangannya 16%, kira-kira2—3 kali lebih kuat dari aluminium.

Page 13: MODUL 5 PEMBUATAN LOGAM BUKAN BESI · PDF filepaduan sehingga logam bukan besi sudah dapat menggantikan peranan logam besi seperti pada pembuatan komponen-komponen mesin, silinder

5-13

Bijih magnesium yang banyak dikenal adalah magnesit (magnesium

karbonat) Mg CO3, Dolomite CaCO3, MgCO3, carolite Mg Cl2 K Cl2 H2O.

Proses pemurnian magnesium dapat dilakukan dengan metode thermal

atau electrolitic.

1. Proses Thermal.

Proses thermal adalah didasarkar pada reduksi magnesium oksida dengan

karbon, silicon atau unsur-unsur lain pada temperatur dan vakum yang tinggi.

Penyediaan unsur-unsur pengurang dan sumber-sumber bahan thermal. Proses

ini terdiri dari:

Reduksi pendahuluan bijih-bijih.

Reduksi penguapan dan pengembunan uap magnesium.

Peleburan kristal (condesat crystal) menjadi magnesium kasar.

2. Proses elektrolisa.

Proses ini terdiri dari beberapa tingkat, yang prinsipnya adalah pengerjaan

pendahuluan dari garam magnesium anhidrous murni, elektrolisa dalam

kondisi lebur. Masing-masing proses ini dibedakan menurut bijih yang

digunakan dan cara pengerjaan pendahuluannya. Elektrolisa larutan garam

magnesium dalam teknik tidak digunakan lagi karena magnesium lebih

elektronegatif dibanding dengan ion hydrogen pada katoda dan tidak ada cara

untuk memperbaiki teknik tersebut.

Gambar 5.6. Magnesium elektrolitic cell, 1. anoda (grafit) 2. cathode (pelat baja), 3. Dinding pemisah.

Page 14: MODUL 5 PEMBUATAN LOGAM BUKAN BESI · PDF filepaduan sehingga logam bukan besi sudah dapat menggantikan peranan logam besi seperti pada pembuatan komponen-komponen mesin, silinder

5-14

Sifat-sifat logam magnesium secara umum dapat diuraikan sebagai

berikut;

Rapat massa relatif : 1,74 gr/cm3

Titik lebur : 657 OC

Sifat-sifat : Lunak dan kekuatan tariknya rendah.

Tahan terhadap korosi.

Penggunaan : Magnesium umumnya dipadu dengan unsur-

unsur lain untuk memperoleh bahan-bahan

structural terutama digunakan untuk roda

pesawat terbang, panel-panel pesawat.

Penggunaan lain adalah untuk pyrotechnic,

explosive technics, dan flass lights.

5.6. Logam Seng

Seng tergolong logam rapuh, tetapi pada temperatur 100—150OC

mempunyai sifat-sifat mudah dirol dan ditarik menjadi kawat. Logam ini

mempunyai susunan kristal HCP. Dari produksi seng 45% digunakan untuk

galvanis (pelapisan agar tahan terhadap karat). Seng ini juga sangat cocok

digunakan untuk paduan kuningan, perunggu, dsb.

Jenis-jenis bijih-bijih seng dalam bentuk mineral adalah;

Hemomorphite (Zn2SiO4H2O).

Smith Souite (ZnCO3).

Proses pemurnian seng dapat dilakukan dengan metode;

Destilasi (Pyrometallurgy).

Metode Elektrolisa (hydrometallurgy).

Sebelum proses destilasi, konsentrat terlebih dahulu dipanggang,

sementara untuk proses elektrolisa konsentrat didahului dengan proses leaching.

1. Pemanggangan

Bertujuan untuk memisahkan seng dari belerang, prinsipnya :

2 ZnS + 5 O2 2 ZnO + 2 SO4

Page 15: MODUL 5 PEMBUATAN LOGAM BUKAN BESI · PDF filepaduan sehingga logam bukan besi sudah dapat menggantikan peranan logam besi seperti pada pembuatan komponen-komponen mesin, silinder

5-15

tinggi temperatur pemanggangan tergantung pada jenis bijih dan besar

butirannya.

2. Leaching

Bertujuan untuk mengubah seng oksida menjadi larutan seng sulfat (ZnSO4)

ZnO + H2SO4 ZnSO4 + H2O

3. Destilasi

Dalam proses ini, konsentrat dan batu bara dibakar dalam dapur sehingga

temperatur mencapai 1400OC. Pada dapur ini seng direduksi menjadi uap,

reaksinya adalah :

ZnO + CO Znuap + CO2

Uap seng ini kemudian dimasukkan dalam kondensor.

Gambar 5.7. Diagram proses destilasi mendatar. 1) retort, 2. condencer, 3. Prolong.

5. Hydrometalurgy

Pada proses hydrometallurgy, konsentrat yang telah dipanggang dileaching

dengan asam belerang. Seng sulfat yang didapat dari leaching tersebut

dipisahkan dan kemudian dielektrolisa.

Page 16: MODUL 5 PEMBUATAN LOGAM BUKAN BESI · PDF filepaduan sehingga logam bukan besi sudah dapat menggantikan peranan logam besi seperti pada pembuatan komponen-komponen mesin, silinder

5-16

Gambar 5.8 Diagram pemurnian logam seng.

Sifat-sifat logam seng secara umum dapat diuraikan sebagai berikut;

Rapat massa relatif : 7,1 gr/cm3

Titik lebur : 420O C

Kekuatan tarik : - dituang : 30 N/mm2

- dipress/ditekan : 140 N/mm2

Sifat-sifat : - lunak, ulet dan kekuatan tariknya rendah.

- Tahan terhadap korosi.

Jenis penggunaan : - banyak digunakan untuk melapisi pelat

baja untuk mendapatkan galvanis iron.

- Dasar dari paduan penuangan cetak

- Sebagai unsur paduan pembuatan kuningan

5.7. Logam Timbel

Timbel berwarna abu-abu kebiru-biruan, logam ini sangat lunak dan

mampu tempa. Logam timbel mempunyai struktur kristal fcc dan mempunyai sifat

konduksi panas/listrik yang baik, kekerasannya 1/10 kali logam tembaga.

Timbel diproduksi dari bijih timbel atau hasil sampingan dari bijih logam

lain. Bijih timbel didapatkan dalam bentuk berbagai mineral antara lain Galena

Page 17: MODUL 5 PEMBUATAN LOGAM BUKAN BESI · PDF filepaduan sehingga logam bukan besi sudah dapat menggantikan peranan logam besi seperti pada pembuatan komponen-komponen mesin, silinder

5-17

PbS, Cerusoite PbCO3 dan Anglisite PbSO5. Kadang-kadang bijih timah hitam

lebih banyak mengandung seng daripada timbel, sehingga disebut bijih seng

timbel.

Proses pemurnian timbel dapat dilakukan menjadi 3 macam:

1. Reduksi bijih timbel dengan besi sulfit.

Metode ini merupakan dasar peleburan (smelting proses). Di sini dihasilkan

timbel dan mate sulfida. Untuk mendapatkan timbel murni dapat dilakukan

dengan metode yang lain. Metode ini jarang digunakan karena cukup mahal

dan cukup rumit.

2. Reduksi antara timbel sulfida dan timbel sulfate/oxide.

Reduksi udara atau reduksi pemanggangan menghasilkan bentuk timbel dan

oksida belerang.

Sistem ini merupakan dasar peleburan (ore-hearth-smelting) yang digunakan

sejak jaman dahulu.

3. Reduksi oksida timbel dengan karbon atau karbon monoksida.

Dalam proses ini meliputi pengerjaan pendahuluan oksida timbel, timbel silikat

atau senyawa oksida lainnya dengan cara pemanggangan dan sintering.

Untuk metode 1 dan 2 di atas, peleburannya dilaksanakan pada dapur ore

hearth dan dapur tinggi (blast furnace). Sebelum konsentrat dilebur pada ore

hearth furnace, konsentrat tersebut harus dipanggang lebih dahulu pada “blast

roasting”. Dalam pemanggangan ini, sulfida terbakar dan membentuk sulfida

dioksida :

2PbS + 3O3 2 PbO + 2SO2 + 199,6 kkal

Proses pada ore-heart-smelting berlangsung pada temperatur 700-800OC

dan reaksi yang terjadi adalah :

PbS + 2SO2 + O2 2 PbSO4 + 183 kkal

Oksida yang terjadi dimulai dari permukaan partikel-partikel dan secara

perlahan-lahan masuk ke dalam. Interaksi yang terjadi antara oksida bagian dalam

partikel dan sulfat pada bagian permukaan menghasilkan timbel :

PbS + PbSO4 2 Pb + 2 SO2 - 100,2 kkal

2 PbO + PbS 3 Pb + SO2 - 56,1 kkal

Page 18: MODUL 5 PEMBUATAN LOGAM BUKAN BESI · PDF filepaduan sehingga logam bukan besi sudah dapat menggantikan peranan logam besi seperti pada pembuatan komponen-komponen mesin, silinder

5-18

Dalam prakteknya, timbel yang didapat masih mengandung unsur-unsur

lain yaitu 1 : 8% (Au, Ag, Cu, Zn, As, Sb, Bi, Fe). Timah hitam ini perlu

direfining yang pelaksanaannya menggunakan metode pyrometalurgy.

Sifat-sifat logam timbel secara umum dapat diuraikan sebagai berikut;

Rapat massa relatif : 11,3 gr/cm3

Titik lebur : 328O C

Kekuatan tarik : - 15 – 20 N/mm2

Sifat-sifat : - lunak, ulet dan kekuatan tariknya rendah.

- Tahan sekali terhadap korosi.

Jenis penggunaan : - Pelindung kabel listrik.

- Kisi-kisi pelat aki.

- Pelapis pada industri-industri kimia.

- Dasar dari paduan solder.

- Ditambahkan pada logam lain menjadi “free-

cutting”.

5.8. Rangkuman

Logam bukan besi memiliki sifat-sifat yang unggul bila dibandingkan

dengan logam besi sehingga banyak digunakan sebagai logam pemadu pada

logam besi. Jenis-jenis logam bukan besi yang banyak digunakan dalam industri

adalah tembaga dan aluminium.Di dalam pengolahan bahan baku logam bukan

besi menjadi logam bukan besi (Aluminum, tembaga; nikel; timbel;

magnesium), memerlukan energi yang lebih besar sehingga harga dari logam

bukan besi dan paduannya lebih mahal dari logam besi. Penggunaan logam

bukan besi dewasa ini lebih banyak dalam bentuk paduan sehingga logam bukan

besi sudah dapat menggantikan peranan logam besi. Logam bukan besi, dibagi

atas logam ringan dan logam berat. Yang termasuk logam ringan adalah lithium,

kalium, natrium, rubidium, kalsium, magnesium, aluminium. Sedangkan yang

termasuk logam berat adalah tembaga, seng, timah, timbel.

Page 19: MODUL 5 PEMBUATAN LOGAM BUKAN BESI · PDF filepaduan sehingga logam bukan besi sudah dapat menggantikan peranan logam besi seperti pada pembuatan komponen-komponen mesin, silinder

5-19

5.9. Soal-soal Latihan

1. Jelaskan sifat-sifat logam bukan besi yang menguntungkan dari logam besi?.

2. Jelaskan pembagian logam bukan besi?

3. Jelaskan sifat-sifat fisik dan teknis logam tembaga?

4. Sebutkan jenis-jenis senyawa logam tembaga?

5. Jelaskan tahap-tahap proses pemurnian logam tembaga?

6. Jelaskan sifat-sifat penggunaan logam tembaga?.

7. Jelaskan sifat-sifat fisik dan teknis logam aluminium?

8. Jelaskan sifat-sifat fisik dan teknis logam nikel?

9. Jelaskan sifat-sifat fisik dan teknis logam magnesium?

10. Jelaskan sifat-sifat fisik dan teknis logam seng?

11. Jelaskan sifat-sifat fisik dan teknis logam timah?

12. Jelaskan sifat-sifat fisik dan teknis logam timbel?