TEKNOLOGI BAHAN TEKNIK

PEMBUATAN ALUMINIUM

OLEH:

BAYU ARDI HASTANTO (1131410016)

CARRIE MEIRIZA VIRRIYSHA PUTRI (1131410071)

IBTIDA’UN NI’MAH (1131410067)

TEKNIK KIMIA

POLITEKNIK NEGERI MALANG

OKTOBER 2012

1. Pengertian Aluminium

Aluminium ialah salah satu unsur kimia dengan lambang Al dan nomor atom 13. Aluminium

ialah logam mulia paling berlimpah nomor tiga yang berjumlah sebesar 8% dari permukaan

bumi. Aluminium bukan merupakan jenis logam berat. Aluminium biasa terdapat pada aditif

makanan, knalpot, rangka sepeda, peralatan makananan dan aksesoris lainnya. Aluminium

digunakan dalam kabel bertegangan tinggi. Juga secara luas digunakan dalam bingkai jendela

dan badan pesawat terbang. Aluminium merupakan unsur yang sangat reaktif sehingga mudah

teroksidasi. Karena sifat kereaktifannya maka Aluminium tidak ditemukan di alam dalam bentuk

unsur melainkan dalam bentuk senyawa baik dalam bentuk oksida alumina maupun silikon.

Bahan dasar pembuatan Aluminium adalah bauksit (biji Aluminium) yang kemudian di ubah

menjadi Alumina. Alumina inilah yang akan dielektrolisa membentuk Aluminium ingot. Biji

Aluminium biasanya berupa senyawa oksida berupa Bayerit, Gibbsit atau hidrargilat

(Al2O3.3H2O), bohmit dan diaspor yang tidak larut dalam air. Sumber lain dari bijih bauksit

adalah, Nephelin ((NaK)2O.Al2O3.SiO2), Alunit (K2SO4.Al2(SO4)3.4Al(OH)3), Kaolin & Clay

(Al2O3.2SiO2.2H2O)

Aluminium merupakan unsur yang tergolong melimpah di kulit bumi. Mineral yang menjadi

sumber komersial aluminium adalah bauksit. Bauksit mengandung aluminium dalam bentuk

aluminium oksida (Al2O3). Bauksit (AL2O3.2H2O) bersistem octahedral terdiri dari 35-65%

Al2O3, 2-10% SiO2, 2-20% Fe2O3, 1-3%TiO2 dan 10-30% air. Bauksit terbentuk dari batuan yang

mempunyai kadar aluminum tinggi, kadar Fe rendah dan sedikit kadar kuarsa bebas. Secara

garis besar komersial bauksit terdiri dalam tiga bentuk:

1. Pissolitic atau oolitic

2. Sponge Ora, dan

3. Amorphorus

Aluminium ditemukan oleh Sir Humphrey Davy pada tahun 1809 sebagai suatu unsur dan

pertama kali direduksi dengan logam oleh H. C. Oersted pada tahun 1825. Secara industri tahun

1886, Paul Herould di Prancis dan C. N. Mall di Amerika Serikat secara terpisah telah

memperoleh logam Aluminium dari Alumina dengan cara elektrolisa dari garamnya yang

terfusi. Sampai sekarang proses Hall Heroult masih dipakai untuk memproduksi Aluminium.

Aluminium memiliki karakteristik sebagai berikut:

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 dipadukan dengan logam lain. Paduan Al dengan logam lainnya

menghadilkan logam yang kuat

3. Reflektif: dalam bentuk aluminium foil digunakan sebagai pembungkus makanan, obat,

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 dibanding dengan tembaga

6. Tahan korosi: sifatnya durable sehingga baik dipakai untuk lingkungan yang dipengaruhi

oleh unsur – unsur seperti air, udara, suhu, dan unsur – unsur kimia lainnya, baik

diruang angakasa bahkan sampai ke dasar laut.

7. Tak beracun: Sangat baik untuk penggunaan pada industry makanan, minuman dan obat

– obatan yaitu untuk peti kemas dan pembungkus.

Aluminium murni atau aluminium 99% tanpa tambahan logam paduan apapun dan

dicetak dalam keadaan biasa, hanya memiliki kekuatan tensil sebesar 90 MPa, terlalu lunak

untuk penggunaan yang luas sehingga seringkali aluminium dipadukan dengan logam lain. Pada

aluminium paduan Elemen paduan yang umum digunakan pada aluminium adalah silikon,

magnesium, tembaga, seng, mangan, dan juga lithium sebelum tahun 1970. Secara umum,

penambahan logam paduan hingga konsentrasi tertentu akan meningkatkan kekuatan tensil

dan kekerasan, serta menurunkan titik lebur. Jika melebihi konsentrasi tersebut, umumnya titik

lebur akan naik disertai meningkatnya kerapuhan akibat terbentuknya senyawa, kristal, atau

granula dalam logam. Namun, kekuatan bahan paduan aluminium tidak hanya bergantung pada

konsentrasi logam paduannya saja, tetapi juga bagaimana proses perlakuannya hingga

aluminium siap digunakan, apakah dengan penempaan, perlakuan panas, penyimpanan, dan

sebagainya.

2. Proses Pembuatan Aluminium

Sebelum menjadi Aluminium. Bijih bauksit melewati proses fisika dan kimia. Proses fisika

dilakukan dengan cara mereduksi ukuran bijih bauksit (size reduction) yang akan dijadikan feed

dengan cara digerus sampai berukuran kurang dari 35 mesh. Kemudian proses kimia dengan

menambahkan bahan kimia tertentu untuk mendapatkan aluminium murni. Proses pembuatan

aluminium dibagi menjadi 3 tahap besar yaitu:

2.1 Proses Penambangan

Aluminium didapatkan dari bijih bauksit yang ditambah terlebih dahulu. Pada tahap

awal di lakukan land clearing. Land clearing bertujuan untuk membersihkan tumbuhan –

tumbuhan yang terdapat diatas permukaan endapan bijih bauksit. Lapisan bijih bauksit

kemudian digali dengan shovel loader yang sekaligus memuat bijih bauksit tersebut

kedalam dump truck untuk diangkut ke instalansi pencucian. Bijih bauksit dari tambang

dilakukan pencucian dimaksudkan untuk meningkatkan kualitasnya dengan cara mencuci

dan memisahkan bijih bauksit tersebut dari unsur lain yang tidak diinginkan, misal kuarsa,

lempung dan pengotor lainnya. Partikel yang halus ini dapat dibebaskan dari yang besar

melalui pancaran air (water jet) yang kemudian dibebaskan melalui

penyaringan (screening). Disamping itu sekaligus melakukan proses pemecahan (size

reduction) dengan menggunakan jaw crusher.

2.2 Proses Pemurnian (Bayer Cycle)

Setelah proses penambangan, Bijih bauksit dimurnikan dengan menggunakan

proses Bayer Cycle. Ada 2 macam produk alumina yang bisa dihasilkan yaitu Smelter Grade

Alumina (SGA) dan Chemical Grade Alumina (CGA). 90% pengolahan bijih bauksit di dunia ini

dilakukan untuk menghasilkan Smelter Grade Alumina yang bisa dilanjutkan untuk

menghasilkan Al murni. Pada proses ini terdapat 4 tahap besar pemurnian, yaitu:

1. Digestion

Pertama, bijih bauksit secara mekanik hancur. Kemudian, bijih dihancurkan

dicampur dengan soda kaustik dan diproses di pabrik penggilingan untuk menghasilkan

bubur (suspensi berair) yang mengandung partikel sangat halus dari bijih. Kemudian

bubur ini dipompa ke digester, tangki yang berfungsi seperti pressure cooker. Bubur

dipanaskan sampai 230-520° F (110-270° C) di bawah tekanan dari 50 lb / in2 (340 kPa).

Kondisi ini dipertahankan untuk waktu mulai dari setengah jam untuk beberapa jam.

Soda api tambahan dapat ditambahkan untuk memastikan bahwa semua aluminium

yang mengandung senyawa dilarutkan. Kemudian Bubur panas, yang sekarang menjadi

larutan natrium aluminat, melewati serangkaian tangki flash yang mengurangi tekanan

dan kembali panas yang dapat digunakan kembali dalam proses pemurnian.

2. Clarification

Pengotor tak larut (RM) yang terdapat dalam suspensi kemudian dipisahkan

dengan menyaring dari kotoran padat, selanjutnya didinginkan di heat exchangers,

untuk meningkatkan derajat jenuh dari alumina terlarut, dan dipompa menuju tempat

yang lebih tinggi yaitu presipitator silolike untuk proses precipitation (pengendapan).

3. Precipitation

Selanjutnya aluminium diendapkan dari filtratnya dengan cara mengalirkan gas

CO2 dan pengenceran. Reaksi yang terjadi:

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

Campuran dari kotoran padat disebut RM, Selanjutnya, larutan hidroksida didinginkan,

dan aluminium hidroksida dilarutkan presipitat dengan fasa putih solid halus.

4. Calcination

Kemudian dipanaskan sampai 1050 °C (dikalsinasi), aluminium hidroksida terurai

menjadi alumina, memancarkan uap air dalam proses. Reaksi yang terjadi:

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.

2.3 Proses Peleburan (Hall – Heroult)

Proses Hall-Heroult didasarkan pada prinsip elektrolisa lelehan garam alumina pada

temperatur tinggi (2050o C). Lelehan garam alumina merupakan campuran alumina (Al2O3)

dengan kryolite (Na3AlF6) dengan titik leleh 1010o C. 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). 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 O 2

dan CO2. 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 O 2

dan CO2. Bahan utama lain yang digunakan dalam operasi peleburan adalah karbon.

Elektroda karbon mengirimkan arus listrik melalui elektrolit. Selama operasi peleburan,

beberapa karbon dikonsumsi karena menggabungkan dengan oksigen untuk membentuk

karbon dioksida. Bahkan, sekitar setengah pon (0.2 kg) karbon digunakan untuk setiap pon

(2.2 kg) dari aluminium yang dihasilkan. Beberapa karbon yang digunakan dalam peleburan

aluminium adalah produk sampingan dari penyulingan minyak, karbon tambahan diperoleh

dari batubara.

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.

Produk limbah terbesar yang dihasilkan dalam pemurnian bauksit adalah tailing (sampah

bijih) yang disebut “lumpur merah”. Sebuah kilang menghasilkan sekitar jumlah yang sama

lumpur merah seperti halnya alumina (dalam hal berat kering). Ini berisi beberapa zat yang

berguna, seperti besi, titanium, soda, dan alumina, tapi belum ada yang mampu

mengembangkan proses ekonomis untuk memulihkan mereka. Selain sejumlah kecil lumpur

merah yang digunakan secara komersial untuk batu mewarnai, ini benar-benar produk limbah.

Kilang paling hanya mengumpulkan lumpur merah di sebuah kolam terbuka yang

memungkinkan beberapa kelembaban menguap, ketika lumpur telah kering untuk konsistensi

yang cukup padat, yang mungkin membutuhkan beberapa tahun, itu ditutupi dengan kotoran

atau dicampur dengan tanah.

3. Macam – Macam Paduan Aluminium

Macam – macam paduan aluminium antara lain:

1. Duraluminum / Duraliminium/ Dural

Adalah nama dagang dari salah satu jenis paduan aluminium awal usia

hardenable. Unsur paduan utama adalah tembaga, mangan, dan magnesium. Sebuah

setara modern yang umum digunakan jenis ini adalah paduan AA2024, yang

mengandung tembaga 4,4%, 1,5% magnesium, mangan 0,6% dan 93,5% aluminium

berat. kekuatan luluh Khas adalah 450 MPa, dengan variasi tergantung pada komposisi.

2. Silumin

Adalah serangkaian ringan, tinggi kekuatan paduan aluminium dengan kadar

silikon sebesar 12%. Diantara keuntungan dari silumin adalah resistensi tinggi terhadap

korosi, sehingga bermanfaat dalam lingkungan lembab. Penambahan silikon untuk

aluminium juga membuat kurang kental ketika cairan, yang bersama-sama dengan biaya

rendah (kedua elemen komponen relatif murah untuk mengekstrak), membuatnya

menjadi paduan casting sangat bagus dan logam segar. Hal ini juga digunakan pada

motor 3 fasa untuk memungkinkan peraturan kecepatan. Penggunaan lainnya adalah

ruang lingkup senapan sniper tunggangan dan kamera tunggangan.

3. Hidronallium

Paduan Al-Mg, sering disebut Hidronalium, merupakan paduan dengan tingkat

ketahanan korosi yang paling baik dibandingkan dengan paduan alumunium lainnya,

selain itu paduan Al-Mg 5 % merupakan non heat-treatable alloy. Sehingga dengan

dilakukannya proses solution treatment 300oC menurunkan kekerasan hingga 18.06%,

kekuatan tarik 6.14% dan regangan 41.04%. Sebaliknya grain refiner memperbaiki sifat

mekanisnya, dimana pada kondisi as-cast meningkatkan kekerasan hingga 6.68%,

kekuatan tarik 2.06% dan regangan 38.34%. Pada kondisi solution treatment 300oC

meningkatkan kekerasan hingga 6.78%, kekuatan tarik 20.85% dan regangan 11.96%.

Dan pada kondisi solution treatment 400oC meningkatkan kekerasannya hingga 16.28%

kekuatan tarik 8.44% dan regangan hingga 25.77%.

4. Bronze

Adalah paduan tembaga dan seng. Proporsi seng dan tembaga dapat divariasikan

untuk menciptakan berbagai kuningan dengan sifat yang berbeda-beda .Sebagai

perbandingan, perunggu pada dasarnya merupakan paduan dari tembaga dan timah .

Bronze tidak selalu mengandung timah, dan berbagai paduan tembaga, termasuk

paduan dengan arsen, fosfor, aluminium, mangan, dan silikon, biasanya disebut

"perunggu". Istilah ini diterapkan untuk berbagai kuningan dan perbedaan itu adalah

sebagian besar sejarah. Kuningan adalah paduan substitusi.

5. Paduan Aluminium – Lithium

Lithium menjadikan paduan aluminium mengalami pengurangan massa jenis dan

peningkatan modulus elastisitas; hingga konsentrasi sebesar 4% lithium, setiap

penambahan 1% lithium akan mengurangi massa jenis paduansebanyak 3% dan

peningkatan modulus elastisitas sebesar 5%. Namun aluminium-lithium tidak lagi

diproduksi akibat tingkat reaktivitas lithium yang tinggi yang dapat meningkatkan biaya

keselamatan kerja.

6. Paduan Aluminium - Skandium

Penambahan skandium ke aluminium membatasi pemuaian yang terjadi pada

paduan, baik ketika pengelasan maupun ketika paduan berada dilingkungan yang panas.

Paduan ini semakin jarang diproduksi, karena terdapat paduan lain yang lebih murah

dan lebih mudah diproduksi dengan karakteristik yang sama, yaitu paduan titanium.

Paduan Al-Sc pernah digunakan sebagai bahan pembuat pesawat tempur Rusia, MIG,

dengan konsentrasi Sc antara 0.1-0.5% (Zaki, 2003, dan Schwarz, 2004).

7. Paduan Aluminium - Besi

Besi (Fe) juga kerap kali muncul dalam aluminium paduan sebagai suatu

”kecelakaan”. Kehadiran besi umumnya terjadi ketika pengecoran dengan

menggunakan cetakan besi yang tidak dilapisi batuan kapur atau keramik. Efek

kehadiran Fe dalam paduan adalah berkurangnya kekuatan tensil secara signifikan,

namun diikuti dengan penambahan kekerasan dalam jumlah yang sangat kecil. Dalam

paduan 10% silikon, keberadaan Fe sebesar 2,08% mengurangi kekuatan tensil dari 217

hingga 78 MPa, dan menambah skala Brinnel dari 62 hingga 70. Hal ini terjadi akibat

terbentuknya kristal Fe-Al-X, dengan X adalah paduan utama aluminium selain Fe.

Kelemahan aluminium paduan adalah pada ketahanannya terhadap lelah (fatigue).

Aluminium paduan tidak memiliki batas lelah yang dapat diperkirakan seperti baja, yang berarti

failure akibat fatigue dapat muncul dengan tiba-tiba bahkan pada beban siklik yang kecil. Satu

kelemahan yang dimiliki aluminium murni dan paduan adalah sulit memperkirakan secara visual

kapan aluminium akan mulai melebur, karena aluminium tidak menunjukkan tanda visual

seperti baja yang bercahaya kemerahan sebelum melebur.

Properti fisik atau sifat fisika dari aluminium antara lain:

Referensi:

http://angghajuner.blogspot.com/2012/01/makalah-aluminium.html

http://www.gudangmateri.com/pembuatan-sifat-dan-paduan-aluminium.html

http://usahamart.wordpress.com/Membuat Aluminium « Usahamart.htm

http://blog.ub.ac.id/gigihramdhan/category/material-teknik/Mechanical Engineering »

Perbedaan Karakteristik pada Aluminium yang Dipadukan.htm

http://dunia-atas.blogspot.com/2011/04/bauksit-dan-cara-pengolahannya.html

www.slideshare.net/dedendrmn/mengenal-aluminium-prosesnya