TUGAS

TEKNIK MANUFAKTUR II

“PROSES PEMBUATAN BERBAGAI

MACAM LOGAM”

OLEH

MUHAMMAD IQBAL

1110913006

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS ANDALAS

PADANG

2013

Proses Produksi Berbagai Macam Logam

A. Proses Pembuatan Almunium

Aluminium unsur logam adalah unsur yang paling berlimpah ketiga dalam kerak

bumi, yang terdiri dari 8% dari tanah planet dan batu (oksigen dan silikon membentuk

47% dan 28% masing-masing). Di alam, aluminium hanya ditemukan dalam senyawa

kimia dengan unsur lain seperti belerang, silikon, dan oksigen. Murni, aluminium logam

dapat diproduksi secara ekonomis hanya dari bijih aluminium oksida.

Bahan Baku

Senyawa Aluminium terjadi pada semua jenis tanah liat, tetapi bijih yang paling

berguna untuk memproduksi aluminium murni adalah bauksit. Bauksit terdiri dari

aluminium oksida 45-60%, bersama dengan kotoran berbagai seperti pasir, besi, dan

logam lainnya. Meskipun beberapa deposit bauksit adalah hard rock, sebagian besar

terdiri dari kotoran relatif lunak yang mudah digali dari open pit tambang. Australia

memproduksi lebih dari sepertiga dari pasokan dunia dari bauksit. Dibutuhkan sekitar 4

lb (2 kg) bauksit untuk menghasilkan 1 lb (0,5 kg) dari logam aluminium.

Gambar 1 dan 2. Bongkahan Bauksit dan lokasi penambangan bauksit

Kaustik soda (sodium hidroksida) digunakan untuk melarutkan senyawa aluminium

ditemukan dalam bauksit, memisahkan mereka dari kotoran. Tergantung pada komposisi

dari bijih bauksit, jumlah yang relatif kecil dari bahan kimia lain dapat digunakan dalam

ekstraksi

Aluminium yang diproduksi dalam dua tahap:

1. Bayer pemurnian bijih bauksit untuk memperoleh aluminium oksida

2. Hall-Heroult peleburan aluminium oksida untuk melepaskan aluminium murni.

Proses Bayer

Berikut adalah proses bayer untuk mendapatkan Alumina:

1. Pertama, bijih bauksit dihancurkan secara mekanik. Kemudian, bijih dicampur dengan

soda kaustik dan diproses di pabrik penggilingan untuk menghasilkan bubur (suspensi

berair) yang mengandung partikel sangat halus dari bijih.

2. 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 / in 2 (340

kPa). Kondisi ini dipertahankan untuk waktu beberapa jam. Soda api ditambahkan

untuk memastikan bahwa semua aluminium yang mengandung senyawa dilarutkan.

3. Bubur panas, yang sekarang menjadi solusi natrium aluminat, melewati serangkaian

tangki flash utuk mengurangi tekanan. Panas yang ada dapat digunakan kembali dalam

proses pemurnian.

4. Bubur dipompa ke dalam tangki pengendapan. Tidak seperti bubur, kotoran tidak akan

larut dalam soda kaustik melainkan akan mengendap di bagian bawah tangki. Residu

(disebut “lumpur merah”) yang terakumulasi di dasar tangki terdiri dari pasir halus,

oksida besi, oksida dan unsur jejak seperti titanium.

5. Setelah kotoran dikeluarkan, cairan yang tersisa, yang terlihat seperti kopi, dipompa

melalui serangkaian filter kain. Setiap partikel halus dari kotoran dalam larutan

terjebak oleh penyaring

6. Cairan yang telah disaring dipompa melalui serangkaian tangki presipitasi setinggi

enam lantai. Benih kristal alumina hidrat (alumina terikat pada molekul air) ditaburkan

pada bagian atas masing-masing tangki. Benih kristal tumbuh karena alumina yang

terlarut menempel pada benih Kristal.

7. Endapan kristal (mengendap di dasar tangki) disingkirkan. Setelah pencucian, mereka

dipindahkan ke kiln untuk kalsinasi (pemanasan untuk melepaskan molekul air yang

secara kimiawi terikat pada molekul alumina). Sebuah konveyor bergerak dalam kiln,

memutar silinder yang dimiringkan untuk memungkinkan gravitasi untuk

memindahkan material melaluinya. Sebuah suhu 2.000 ° F (1.100 ° C) drive dari

molekul air, meninggalkan anhidrat (tanpa air) Kristal alumina.

Gambar 3. Diagram Proses Bayer

Gambar 4. Alumina

Proses Hall-Heroult

Peleburan alumina menjadi aluminium metalik terjadi dalam tong baja yang

disebut panci reduksi. Bagian bawah panci dilapisi dengan karbon, yang bertindak

sebagai elektroda (konduktor arus listrik) dari sistem. Elektroda terdiri dari satu set

batang karbon digantung di atas panci, elektroda diturunkan ke dalam larutan elektrolit

dan ditahan sekitar 3,8 cm di atas permukaan aluminium cair yang menumpuk di lantai

pot. Pot Pengurangan tersebut diatur dalam baris (potlines) yang terdiri dari 50-200 pot

yang dihubungkan secara seri untuk membentuk sebuah sirkuit listrik. Setiap potline

dapat menghasilkan 66,000-110,000 ton aluminium per tahun. Sebuah pabrik peleburan

terdiri dari dua atau tiga potlines.

Gambar 5. Diagram Proses Hall-Heroult

8. Di dalam panci pengurangan, kristal alumina dilarutkan dalam cryolite cair pada suhu

1,760-1,780 ° F (960-970 ° C) untuk membentuk suatu larutan elektrolit yang akan

menghantarkan listrik dari batang karbon. Arus searah (4-6 volt dan ampere 100,000-

230,000) dilewatkan melalui larutan. Reaksi yang dihasilkan memecah ikatan antara

aluminium dan atom oksigen dalam molekul alumina. Oksigen yang dilepaskan

tertarik ke batang karbon, di mana ia membentuk karbon dioksida. Atom-atom

aluminium mengendap di dasar panci sebagai logam almunium murni cair.

B. Proses Pembuatan Tembaga

Tembaga dapat ditemukan baik sebagai tembaga asli atau sebagai bagian dari

mineral. Tetapi, mudah didapat dari mineral. Tembaga sangat langka dan jarang sekali

diperoleh dalam bentuk murni. Tembaga asli disebut polikristal. Penggunaan tembaga

yaitu dalam bentuk logam merupakan paduan penting dalam bentuk kuningan, perunggu

serta campuran emas dan perak. Ada banyak contoh tembaga yang mengandung mineral,

misalnya kalkopirit dan kalkosit, tembaga sulfida, azurite dan perunggu, karbonat

tembaga dan cuprite.

Pembuatan Tembaga

Tembaga adalah salah satu jenis mineral dari hasil suatu pertambangan. Dari

hasil tambang itulah dilakukan pemisahan antara tembaga dengan tanah yang disebut

bijih. Dari bijih Cu mulailah awal proses pembuatan tembaga. Biasanya bijih yang paling

banyak ditemukan di alam adalah bijih tembaga-besi sulfida (CuFeS2).

Tahap pertama pembuatan tembaga yaitu melakukan flotasi (pengapungan). Dari

flotasi ini dihasilkan bijih pekat Cu. Kemudian bijih dipanggang agar besi sulfida berubah

menjadi besi oksida. Setelah melalui proses pemanggangan bijih dileburkan terlebih

dahulu sehingga mencair dan terpisah menjadi 2 lapisan. Salah satu lapisan yang terdri

dari Cu2S dan besi cair ini dipindahkan lalu tiupkan udara sehingga reaksi redoks terjadi

dan menghasilkan tembaga yang mengandung gelembung SO2 beku (tembaga lepuh).

Dari proses ini sudah terbentuk tembaga yang mengandung 98-99% Cu disertai berbagai

jenis pengotor sehingga harus dibersihkan dahulu melalui proses elektrolisis.

Gambar 6. Permukaan gelembung buih flotasi (kiri) dan Luapan

buih slurry (kanan) mengandung konsentrat bijih tembaga.

    Proses pembersihan dilakukan dengan menggunakan tembaga lepuh di anoda dan

tembaga murni di katoda, memakai larutan CuSO4. Selama proses elektrolisis, Cu

dipindahkan dari anoda ke katoda dengan potensial tertentu sehingga Cu murni bisa

didapatkan.

Gambar 7. Tembaga batangan dengan kadar >97%

C. Proses Pembuatan Emas

Emas terbentuk dari proses magmatisme atau pengkonsentrasian di permukaan.

Beberapa endapan terbentuk karena proses metasomatisme kontak dan larutan

hidrotermal, sedangkan pengkonsentrasian secara mekanis menghasilkan endapan letakan

( placer ).Endapan emas dikatagorikan menjadi dua yaitu Endapan primer dan Endapan

plaser

Metode penambangan emas sangat dipengaruhi oleh karakteristik cebakan emas

primer atau sekunder yang dapat mempengaruhi cara pengelolaan lingkungan yang akan

dilakukan untuk meminimalisir dampak kegiatan penambangan tersebut. Cebakan emas

primer dapat ditambang secara tambang terbuka ( open pit ) maupun tambang bawah

tanah ( underground minning ). Sementara cebakan emas sekunder umumnya ditambang

secara tambang terbuka.

Jebakan Primer

Jebakan primer merupakan Jebakan yang terbentuk bersamaan dengan proses

pembentukan batuan. Salah satu tipe jebakan primer yang biasa dilakukan pada

penambangan skala kecil adalah bijih tipe vein ( urat ), yang umumnya dilakukan dengan

teknik penambangan bawah tanah terutama metode gophering / coyoting ( di Indonesia

disebut lubang tikus ). Terhadap batuan yang ditemukan, dilakukan proses peremukan

batuan atau penggerusan, selanjutnya dilakukan sianidasi atau amalgamasi, sedangkan

untuk tipe penambangan sekunder umumnya dapat langsung dilakukan sianidasi atau

amalgamasi karena sudah dalam bentuk butiran halus. 

 

Gambar 8. Bijih emas tipe Vein

Jebakan Sekunder

Jebakan emas sekunder atau yang lebih dikenal sebagai endapan emas aluvial

merupakan emas yang diendapkan bersama dengan material sedimen yang terbawa oleh

arus sungai atau gelombang laut adalah karakteristik yang umum ditambang oleh rakyat,

karena kemudahan penambangannya. 

Secara umum penambangan emas aluvial dilakukan berdasarkan atas prinsip :  

1. Butir emas sudah terlepas sehingga bijih hasil galian langsung mengalami proses

pengolahan.  

2. Berdasarkan lokasi keterdapatan, pada umumnya kegiatan penambangan

dilakukan pada lingkungan kerja berair seperti sungai-sungai dan rawa-rawa,

sehingga dengan sendirinya akan memanfaatkan air yang ada di tempat

sekitarnya.

Karakteristik dari endapan emas aluvial akan menentukan sistem dan peralatan dalam

melakukan kegiatan penambangan. Berdasarkan karakteristik endapan emas tersebut,

metode penambangan terbuka yang umum diterapkan dengan menggunakan peralatan

berupa :

1. Pendulangan ( panning ) 

Penambangan dengan cara pendulangan banyak dilakukan oleh pertambangan

rakyat di sungai atau dekat sungai. Cara ini banyak dilakukan oleh penambang

perorangan dengan menggunakan nampan pendulangan untuk memisahkan konsentrat

atau butir emas dari mineral pengotornya.

Gambar 9. Proses pendulangan emas

2. Tambang semprot ( hydraulicking )

Pada tambang semprot digunakan alat semprot ( monitor ) dan pompa untuk

memberaikan batuan dan selanjutnya lumpur hasil semprotan dialirkan atau dipompa ke

instalasi konsentrasi ( sluicebox / kasbok ). Cara ini banyak dilakukan pada pertambangan

skala kecil termasuk tambang rakyat dimana tersedia sumber air yang cukup, umumnya

berlokasi di atau dekat sungai.

Gambar 10. Proses hydraulicking

Beberapa syarat yang menjadikan endapan emas aluvial dapat ditambang menggunakan

metode tambang semprot antara lain :

1. Kondisi/jenis material memungkinkan terberaikan oleh semprotan air

2. Ketersediaan air yang cukup

3. Ketersediaan ruang untuk penempatan hasil cucian atau pemisahan bijih 

Setelah bijih emas didapatkan,dilakuan proses ekstraksi. Ekstraksi adalah proses

pemisahan berdasarkan pada distribusi zat terlarut dengan perbandingan tertentu antara

dua pelarut yang tidak saling bercampur. Terdapat dua metoda pilihan yang dapat

diterapkan dalam ekstraksi emas yaitu sianidasi dan amalgamasi.

Amalgasi

Amalgamasi merupakan proses ekstraksi emas dengan cara mencampur bijih

emas dengan merkuri ( Hg ). Produk yang terbentuk adalah ikatan antara emas-perak dan

merkuri yang dikenal sebagai amalgam ( Au – Hg ). Amalgam adalah sebuah kombinasi

atau campuran air raksa dengan logam lain atau dengan alloy. Merkuri akan membentuk

amalgam dengan semua logam kecuali besi dan platina.

Gambar 11. Emas yang terlarut pada air raksa

Proses Amalgasi

Proses amalgamasi merupakan proses kimia fisika, apabila amalgamnya

dipanaskan, maka akan terurai menjadi elemen-elemen yaitu air raksa dan bullion emas.

Amalgam dapat terurai dengan pemanasan di dalam sebuah retort, air raksanya akan

menguap dan dapat diperoleh kembali dari kondensasi uap air raksa tersebut. Sementara

Au-Ag tetap tertinggal di dalam retort sebagai logam. Tahapan amalgamasi secara

sederhana sebagai berikut :

1. Sebelum dilakukan amalgamasi hendaknya dilakukan proses kominusi dan

konsentrasi gravitasi, agar mencapai derajat liberasi yang baik sehingga

permukaan emas tersingkap.

2. Pada hasil konsentrat akhir yang diperoleh ditambah merkuri ( amalgamasi )

dilakukan selama + 1 jam

3. Hasil dari proses ini berupa amalgam basah ( pasta ) dan tailing. Amalgam basah

kemudian ditampung di dalam suatu tempat yang selanjutnya didulang untuk

pemisahan merkuri dengan amalgam

4. Terhadap amalgam yang diperoleh dari kegiatan pendulangan kemudian

dilakukan kegiatan pemerasan ( squeezing ) dengan menggunakan kain parasut

untuk memisahkan merkuri dari amalgam ( filtrasi ). Merkuri yang diperoleh

dapat dipakai untuk proses amalgamasi selanjutnya. Jumlah merkuri yang tersisa

dalam amalgan tergantung pada seberapa kuat pemerasan yang dilakukan.

Amalgam dengan pemerasan manual akan mengandung 60 – 70 % emas, dan

amalgam yang disaring dengan alat sentrifugal dapat mengandung emas sampai

lebih dari 80 %.

Gambar 12. Au-Hg yang telah disaring

5. Retorting yaitu pembakaran amalgam untuk menguapkan merkuri, sehingga yang

tertinggal berupa alloy emas.

Gambar 13. Hasil dari Retorting

D. Proses Pembuatan Nikel

Nikel ditemukan oleh Cronstedt pada tahun 1751 dalam  mineral yang disebutnya

kupfernickel (nikolit). Nikel adalah komponen yang ditemukan banyak dalam meteorit

dan menjadi ciri komponen yang membedakan meteorit dari mineral lainnya

Berdasarkan tahapan proses, pengolahan nikel dapat dilakukan dalam  tiga

tahapan proses, yaitu Tahap Preparasi, Tahap Pemisahan, dan Tahap Dewatering.

Kegiatan pengolahan ini bertujuan untuk membebaskan dan memisahkan mineral

berharga dari mineral yang tidak berharga atau mineral pengotor sehingga setelah

dilakukan proses pengolahan dihasilkan konsentrat yang bernilai tinggi dan tailing yang

tidak berharga. Metode yang dipakai bermacam-macam tergantung dari sifat kimia, sifat

fisika, sifat mekanik dari mineral itu sendiri.

Secara umum, mineral bijih di alam ini dibagi dalam 2 (dua) jenis yaitu mineral

sulfida dan mineral oksida. Begitu pula dengan bijih nikel, ada sulfida dan ada oksida.

Masing-masing mempunyai karakteristik sendiri dan cara pengolahannya pun juga tidak

sama. Dalam bahasan kali ini akan dibatasi pengolahan bijih nikel dari mineral oksida

(Laterit).

Adapun tahap-tahap yang dilakukan untuk melakukan proses pengelolahan nikel

melalui beberapa tahap utama yaitu, crushing, Pengering, Pereduksi, peleburan, Pemurni,

dan Granulasi dan Pengemasan.

1.      Kominusi

Kominusi adalah suatu proses untuk mengubah ukuran suatu bahan galian menjadi

lebih kecil, hal ini bertujuan untuk memisahkan atau melepaskan bahan galian tersebut

dari mineral pengotor yang melekat bersamanya. Kominusi bahan galian meliputi

kegiatan berikut :

a. Crusher

yaitu suatu proses yang bertujuan untuk meliberalisasi mineral yang diinginkan

agar terpisah dengan mineral pengotor yang lain. Dimana proses ini bertujuan juga untuk

reduksi ukuran dari bahan galian / bijih yang langsung dari tambang (ROM = run of

mine) dan berukuran besar-besar (diameter sekitar 100 cm) menjadi ukuran 20-25 cm

bahkan bisa sampai ukuran 2,5 cm.

Alat yang digunakan pada Primary Crusher dan Secondery Crusher yaitu antara lain :

1. Jaw crusher

2. Gyratory crusher

3. Cone crusher

4. Roll crusher

5. Impact crusher

6. Rotary breaker

7. Hammer mill

Gambar 14. Jaw Crusher

b. Grinding

Merupakan tahap pengurangan ukuran dalam batas ukuran halus yang diinginkan.

Tujuan Grinding yaitu Mengadakan liberalisasi mineral berharga, Mendapatkan ukuran

yang memenuhi persyaratan industri, Mendapatkan ukuran yang memenuhi persyaratan

proses.

2.      Sizing

Merupakan proses pemilahan bijih yang telah melalui proses kominusi sesuai

ukuran yang dibutuhkan. Kegiatan Sizing meliputi Screening yaitu Salah satu pemisahan

berdasarkan ukuran adalah proses pengayakan (screening). Sizing dibagi menjadi dua

antara lain :

a. Pengayakan / Penyaringan (Screening / Sieving)

Pengayakan atau penyaringan adalah proses pemisahan secara mekanik

berdasarkan perbedaan ukuran partikel. Pengayakan (screening) dipakai dalam skala

industri, sedangkan penyaringan (sieving) dipakai untuk skala laboratorium.

Produk dari proses pengayakan/penyaringan ada 2 (dua), yaitu antara lain :

1. Ukuran lebih besar daripada ukuran lubang-lubang ayakan (oversize).

2. Ukuran yang lebih kecil daripada ukuran lubang-lubang ayakan (undersize).

Saringan (sieve) yang sering dipakai di laboratorium yaitu antara lain :

1. Hand sieve

2. Vibrating sieve series / Tyler vibrating sive

3. Sieve shaker / rotap

4. Wet and dry sieving

Sedangkan ayakan (screen) yang berskala industri yaitu antara lain :

1. Stationary grizzly

2. Roll grizzly

3. Sieve bend

4. Revolving screen

5. Vibrating screen (single deck, double deck, triple deck, etc.)

6. Shaking screen

7. Rotary shifter

Gambar 15. Stationary grizzly

Gambar 16. Vibrating screen

b. Klasifikasi (Classification)

Klasifikasi adalah proses pemisahan partikel berdasarkan kecepatan

pengendapannya dalam suatu media (udara atau air). Klasifikasi dilakukan dalam suatu

alat yang disebut classifier.

Produk dari proses klasifikasi ada 2 (dua), yaitu antara lain:

1. Produk yang berukuran kecil/halus (slimes) mengalir di bagian atas disebut overflow.

2. Produk yang berukuran lebih besar/kasar (sand) mengendap di bagian bawah (dasar)

disebut underflow.

Proses pemisahan dalam classifier dapat terjadi dalam tiga cara (concept), yaitu :

a. Partition concept

b. Tapping concept

c. Rein concept

3.      Pengeringan (Drying)

Yaitu proses untuk membuang seluruh kandung air dari padatan yang berasal dari

konsentrat dengan cara penguapan (evaporization/evaporation).Peralatan atau cara yang

dipakai ada bermacam-macam, yaitu antara lain:

a. Hearth type drying/air dried/air baked, yaitu pengeringan yang dilakukan di atas lantai

oleh sinar matahari dan harus sering diaduk (dibolak-balik).

b. Shaft drier, ada dua macam, yaitu :

tower drier, material (mineral) yang basah dijatuhkan di dalam saluran silindris

vertikal yang dialiri udara panas (800 – 1000).

rotary drier, material yang basah dialirkan ke dalam silinder panjang yang diputar pada

posisi agak miring dan dialiri udara panas yang berlawanan arah.

4.      Kalsinasi dan Reduksi di Tanur Pereduksi

Tujuannya untuk menghilangkan kandungan air di dalam bijih, mereduksi

sebagian nikel oksida menjadi nikel logam, dan sulfidasi. Setelah proses drying, bijih

nikel yang tersimpan di gudang bijih kering pada dasarnya belumlah kering secara

sempurna, karena itulah tahapan ini bertujuan untuk menghilangkan kandungan air bebas

dan air kristal serta mereduksi nikel oksida menjadi nikel logam. Proses ini berlansung

dalam tanur reduksi. Bijih dari gudang dimasukkan dalam tanur reduksi dengan

komposisi pencampuran menggunakan ratio tertentu untuk menghasilkan komposisi

silika magnesia dan besi yang sesuai dengan operasional tanur listrik. Selain itu

dimasukkan pula batubara yang berfungsi sebagai bahan pereduksi pada tanur reduksi

maupun pada tanur pelebur. Untuk mengikat nikel dan besi reduksi yang telah tereduksi

agar tidak teroksidasi kembali oleh udara maka ditambahkanlah belerang. Hasil akhir dari

proses ini disebut kalsin yang bertemperatur sekitar 7000oC.

     Peleburan di Tanur Listrik

Untuk melebur kalsin hasil kalsinasi/reduksi sehingga terbentuk fasa lelehan

matte dan Slag. Kalsin panas yang keluar dari tanur reduksi sebagai umpan tanur pelebur

dimasukkan kedalam surge bin lalu kemudian dibawa dengan transfer car ke tempat

penampungan. Furnace bertujuan untuk melebur kalsin hingga terbentuk fase lelehan

matte dan slag. Dinding furnace dilapisi dengan batu tahan api yang didinginkan dengan

media air melalui balok tembaga. Matte dan slag akan terpisah berdasarka berat jenisnya.

Slag kemudian diangkut kelokasi pembuangan dengan kendaraan khusus.

6.      Pengkayaan di Tanur Pemurni

Bertujuan untuk menaikkan kadar Ni di dalam matte dari sekitar 27 persen

menjadi di atas 75 persen. Matte yang memiliki berat jenis lebih besar dari slag diangkut

ke tanur pemurni / converter untuk menjalani tahap pemurnian dan pengayaan. Proses

yang terjadi dalam tanur pemurni adalah peniupan udara dan penambahan sililka. Silika

ini akan mengikat besi oksida dan membentuk ikatan yang memiliki berat jenis lebih

rendah dari matte sehingga menjadi mudah untuk dipisahkan.

7.      Granulasi dan Pengemasan

Untuk mengubah bentuk matte dari logam cair menjadi butiran-butiran yang siap

diekspor setelah dikeringkan dan dikemas. Matte dituang kedalam tandis sembari secara

terus menerus disemprot dengan air bertekanan tinggi. Proses ini menghasilkan nikel

matte yang dingin yang berbentuk butiran-butiran halus. Butiran-butiran ini kemudian

disaring, dikeringkan dan siap dikemas.

E. Proses Pembuatan Besi

Didalam perut bumi tempat kita tinggal ternyata banyak sekali mengandung zat-

zat yang berguna untuk keperluan hidup kita sehari-hari, misalnya minyak tanah, bensin,

solar dan lain-lainnya yang disebut minyak bumi. Disamping itu juga terdapat unsur-

unsur kimia yang berguna bagi manusia seperti bijih besi, nikel, tembaga, uranium,

titanium, timah dan masih banyak lagi, beserta mineral dan batu-batuan. Salah satu zat

yang terdapat di dalam bumi yang sangat berguna bagi manusia ialah air dengan rumus

kimianya H2O, sebab tanpa air manusia sukar sekali mempertahankan kehidupannya.

Mineral adalah suatu bahan yang banyak terdapat di dalam bumi, yang mempunyai

bentuk dan ciri-ciri khusus serta mempunyai susunan kimia yang tetap. Sedangkan batu-

batuan merupakan gabungan antara dua macam atau lebih mineral-mineral dan tidak

mempunyai susunan kimia yang tetap. Bijih ialah mineral atau batu-batuan yang

mengandung satu macam atau beberapa macam logam dalam prosentase yang cukup

banyak untuk dijadikan bahan tambang. Banyaknya logam yang terkandung dalam bijih

itu berbeda-beda. Logam dalam keadaan murni jarang sekali terdapat di dalam bumi,

kebanyakan merupakan senyawa-senyawa oksida, sulfida, karbonat, dan sulfat yang

merupakan bijih logam yang perlu diproses menjadi bahan logam yang bermanfaat bagi

manusia.

Gambar 17. Bijih besi

(1). Pembuatan Besi Kasar

Bahan utama untuk membuat besi kasar adalah bijih besi. Berbagai macam bijih besi

yang terdapat di dalam kulit bumi berupa oksid besi dan karbonat besi, diantaranya yang

terpenting adalah sebagai berikut.

1. Batu besi coklat (2Fe2O3 + 3H2O) dengan kandungan besi berkisar 40%.

2. Batu besi merah yang juga disebut hematit (Fe2O3) dengan kandungan besi berkisar

50%.

3. Batu besi magnet (Fe2O4) berwarna hijau tua kehitaman, bersifat magnetis dengan

mengandung besi berkisar 60%.

4. Batu besi kalsit atau spat (FeCO3) yang juga disebut sferosiderit dengan mengandung

besi berkisar 40%.

Bijih besi dari tambang biasanya masih bercampur dengan pasir, tanah liat, dan

batu-batuan dalam bongkah-bongkahan yang tidak sama besar. Untuk kelancaran proses

pengolahan bijih besi, bongkah-bongkah tersebut dipecahkan dengan mesin pemecah,

kemudian disortir antara bijih besih dan batu-batuan ikutan dengan tromol magnet.

Pekerjaan selanjutnya adalah mencuci bijih besi tersebut dan mengelompokkan

menurut besarnya, bijih-bijih besi halus dan butir-butir yang kecil diaglomir di dalam

dapur sinter atau rol hingga berupa bola-bola yang dapat dipakai kembali sebagai isi

dapur. Setelah bijih besi itu dipanggang di dalam dapur panggang agar kering dan unsur-

unsur yang mudah menjadi gas keluar dari bijih kemudian dibawa ke dapur tinggi diolah

menjadi besi kasar. Dapur tinggi mempunyai bentuk dua buah kerucut yang berdiri satu

di atas yang lain pada alasnya. Pada bagian atas adalah tungkunya yang melebar ke

bawah, sehingga muatannya dengan mudah meluncur kebawah dan tidak terjadi

kemacetan. Bagian bawah melebar ke atas dengan maksud agar muatannya tetap berada

di bagian ini.

Dapur tinggi dibuat dari susunan batu tahan api yang diberi selubung baja pelat

untuk memperkokoh konstruksinya. Dapur diisi dari atas dengan alat pengisi. Berturut-

urut dimasukkan kokas, bahan tambahan (batu kapur) dan bijih besi. Kokas adalah arang

batu bara yaitu batu bara yang sudah didestilasikan secara kering dan mengandung

belerang yang sangat rendah sekali. Kokas berfungsi sebagai bahan bakarnya dan

membutuhkan zat asam yang banyak sebagai pengembus. Agar proses dapat berjalan

dengan cepat udara pengembus itu perlu dipanaskan terlebih dahulu di dalam dapur

pemanas udara. Proses pada dapur tinggi seperti dalam gambar 1.

Gambar 18. Proses dalam dapur tinggi. (Bagyo Sucahyo, 1999)

Besi cair di dalam dapur tinggi, kemudian dicerat dan dituang menjadi besikasar,

dalam bentuk balok-balok besi kasar yang digunakan sebagai bahanancuran untuk

pembuatan besi tuang (di dalam dapur kubah), atau dalamkeadaan cair dipindahkan pada

bagian pembuatan baja di dalam konvertoratau dapur baja yang lain, misalnya dapur

Siemen Martin.

Batu kapur sebagai bahan tambahan gunanya untuk mengikat abu kokas dan

batu-batu ikutan hingga menjadi terak yang dengan mudah dapat dipisahkan dari besi

kasar. Terak itu sendiri di dalam proses berfungsi sebagai pelindung cairan besi kasar dari

oksida yang mungkin mengurangi hasil yang diperoleh karena terbakarnya besi kasar cair

itu. Batu kapur (CaCO3) terurai mengikat batu-batu ikutan dan unsur-unsur lain.

(2). Proses dalam Dapur Tinggi

Prinsip dari proses dapur tinggi adalah prinsip reduksi. Pada proses ini zat karbon

monoksida dapat menyerap zat asam dari ikatan-ikatan besi zat asam pada suhu tinggi.

Pada pembakaran suhu tinggi + 18000 C dengan udara panas, maka dihasilkan suhu yang

dapat menyelenggarakan reduksi tersebut.

Agar tidak terjadi pembuntuan karena proses berlangsung maka diberi batu kapur

sebagai bahan tambahan. Bahan tambahan bersifat asam apabila bijih besinya mempunyai

sifat basa dan sebaliknya bahan tambahan diberikan yang bersifat basa apabila bijih besi

bersifat asam. Gas yang terbentuk dalam dapur tinggi selanjutnya dialirkan keluar melalui

bagian atas dan ke dalam pemanas udara. Terak yang menetes ke bawah melindungi besi

kasar dari oksida oleh udara panas yang dimasukkan, terak ini kemudian dipisahkan.

Proses reduksi di dalam dapur tinggi tersebut berlangsung sebagai berikut:

Zat arang dari kokas terbakar menurut reaksi :

C+O2 CO2

sebagian dari CO2 bersama dengan zat arang membentuk zat yang berada ditempat yang

lebih atas yaitu gas CO.

CO2+C 2CO

Di bagian atas dapur tinggi pada suhu 3000 sampai 8000 C oksid besi yang lebih

tinggi diubah menjadi oksid yang lebih rendah oleh reduksi tidak langsung dengan CO

tersebut menurut prinsip :

Fe2O3+CO 2FeO+CO2

Pada waktu proses berlangsung muatan turun ke bawah dan terjadi reduksi tidak langsung

menurut prinsip :

FeO+CO FeO+CO2

Reduksi ini disebut tidak langsung karena bukan zat arang murni yang mereduksi

melainkan persenyawaan zat arang dengan oksigen. sedangkan reduksi langsung terjadi

pada bagian yang terpanas dari dapur, yaitu langsung di atas pipa pengembus. Reduksi ini

berlangsung sebagai berikut :

FeO+C Fe+CO

CO yang terbentuk itulah yang naik ke atas untuk mengadakan reduksi tidak

langsung tadi.

Setiap 4 sampai 6 jam dapur tinggi dicerat, pertama dikeluarkan teraknya dan

baru kemudian besi. Besi yang keluar dari dapur tinggi disebut besi kasar atau besi

mentah yang digunakan untuk membuat baja pada dapur pengolahan baja atau dituang

menjadi balok-balok tuangan yang dikirimkan pada pabrik-pabrik pembuatan baja

sebagai bahan baku. Besi cair dicerat dan dituang menjadi besi kasar dalam bentuk balok-

balok besi kasar yang digunakan sebagai bahan ancuran untuk pembuatan besi tuang (di

dalam dapur kubah) atau masih dalam keadaan cair dipindahkan pada bagian pembuatan

baja (dapur Siemen Martin). Terak yang keluar dari dapur tinggi dapat pula dimanfaatkan

menjadi bahan pembuatan pasir terak atau wol terak sebagai bahan isolasi atau sebagai

bahan campuran semen. Besi cair yang dihasilkan dari proses dapur tinggi sebelum

dituang menjadi balok besin kasar sebagai bahan ancuran di pabrik penuangan, perlu

dicampur dahulu di dalam bak pencampur agar kualitas dan susunannya seragam. Dalam

bak pencampur dikumpulkan besi kasar cair dari bermacam-macam dapur tinggi yang ada

untuk mendapatkan besi kasar cair yang sama dan merata. Untuk menghasilkan besi kasar

yang sedikit mengandung belerang di dalam bak pencampur tersebut dipanaskan lagi

menggunakan gas dapur tinggi.

Gambar 19. Besi batangan

F. Proses Pembuatan Kuningan

Kuningan adalah logam yang merupakan campuran dari tembaga dan seng.

Tembaga merupakan komponen utama dari kuningan, dan kuningan biasanya

diklasifikasikan sebagai paduan tembaga. Warna kuningan bervariasi dari coklat

kemerahan gelap hingga ke cahaya kuning keperakan tergantung pada jumlah kadar seng.

Seng lebih banyak mempengaruhi warna kuningan tersebut. Kuningan lebih kuat dan

lebih keras daripada tembaga, tetapi tidak sekuat atau sekeras seperti baja. Kuningan

sangat mudah untuk di bentuk ke dalam berbagai bentuk, sebuah konduktor panas yang

baik, dan umumnya tahan terhadap korosi dari air garam. Karena sifat-sifat tersebut,

kuningan kebanyakan digunakan untuk membuat pipa, tabung, sekrup, radiator, alat

musik, aplikasi kapal laut, dan casing cartridge untuk senjata api.

Bahan Baku

Komponen utama kuningan adalah tembaga. Jumlah kandungan tembaga

bervariasi antara 55% sampai dengan 95% menurut beratnya tergantung pada jenis

kuningan dan tujuan penggunaan kuningan. Kuningan yang mengandung persentase

tinggi tembaga terbuat dari tembaga yang dimurnikan dengan cara elektrik. Yang

setidaknya menghasilkan kuningan murni 99,3% agar jumlah bahan lainnya bisa di

minimalkan. Kuningan yang mengandung persentase rendah tembaga juga dapat dibuat

dari tembaga yang dimurnikan dengan elektrik, namun lebih sering dibuat dari scrap

tembaga. Ketika proses daur ulang terjadi, persentase tembaga dan bahan lainnya harus

diketahui sehingga produsen dapat menyesuaikan jumlah bahan yang akan ditambahkan

untuk mencapai komposisi kuningan yang diinginkan.

Komponen kedua dari kuningan adalah seng. Jumlah seng bervariasi antara 5%

sampai dengan 40% menurut beratnya tergantung pada jenis kuningan

Kuningan dengan persentase seng yang lebih tinggi memiliki sifat lebih kuat dan

lebih keras, tetapi juga lebih sulit untuk dibentuk, dan memiliki ketahanan yang kurang

terhadap korosi. Seng yang digunakan untuk membuat kuningan bernilai komersial

dikenal sebagai spelter.

Beberapa kuningan juga mengandung persentase kecil dari bahan lain untuk

menghasilkan karakteristik tertentu, Hingga 3,8% menurut beratnya. Timbal dapat

ditambahkan untuk meningkatkan ketahanan. Penambahan timah meningkatkan

ketahanan terhadap korosi, Membuat kuningan lebih keras dan membuat struktur internal

yang lebih kecil sehingga kuningan dapat dibentuk berulang dalam proses yang disebut

penempaan. Arsenik dan antimony kadang-kadang ditambahkan ke dalam kuningan yang

mengandung seng lebih dari 20% untuk menghambat korosi. Bahan lain yang dapat

digunakan dalam jumlah yang sangat kecil yaitu mangan, silikon, dan fosfor.

Nama-nama tradisional untuk berbagai jenis kuningan biasanya tercermin dari

warna atau bahan yang digunakan. Sebagai contoh: kuningan merah mengandung seng

sebesar 15% dan memiliki warna kemerahan, sedangkan kuningan kuning mengandung

seng kuningan sebesar 35% dan memiliki warna kekuningan. Kuningan Cartridge

mengandung seng 30% dan digunakan untuk membuat kartrid untuk senjata api.

kuningan Angkatan Laut mengandung seng 39,7% dan digunakan dalam berbagai

aplikasi di kapal laut.

Proses Manufaktur

Proses Manufaktur atau Proses Produksi yang digunakan untuk memproduksi

kuningan melibatkan kombinasi bahan baku yang sesuai ke dalam logam cair yang

diperbolehkan untuk memperkuat. Bentuk dan sifat dari logam ini kemudian diubah

melalui serangkaian operasi dengan hati-hati, dikendalikan untuk menghasilkan kuningan

yang diinginkan.

Kuningan tersedia dalam berbagai bentuk termasuk pelat, lembaran, strip, foil,

batang, bar, kawat, dan billet tergantung pada aplikasi akhir. Perbedaan antara pelat,

lembaran, strip, dan foil adalah ukuran keseluruhan dan ketebalan bahan. Plate bersifat

besar, datar, potongan persegi panjang dari kuningan dengan ketebalan lebih besar dari

sekitar 5 mm. Seperti sepotong kayu yang digunakan pada konstruksi bangunan. Lembar

biasanya memiliki ukuran keseluruhan yang sama seperti piring tetapi tipis. Strip terbuat

dari lembaran yang telah dipotong-potong menjadi panjang. Foil seperti strip, hanya jauh

lebih tipis. Beberapa foil kuningan bisa setipis 0,013 mm.

Proses manufaktur yang sebenarnya tergantung pada bentuk dan sifat kuningan

yang diinginkan. Berikut ini adalah proses manufaktur yang biasa digunakan untuk

memproduksi kuningan foil dan strip.

Gambar 20.Diagram langkah-langkah proses manufaktur dalam produksi kuningan.

Melting

Sejumlah bahan tembaga yang tepat sesuai takaran paduan ditimbang dan

dipindahkan ke dalam tungku peleburan dalam suhu sekitar 1920° F (1050° C).

Sejumlah seng yang sudah ditimbang agar sesuai paduan disiapkan, seng

ditambahkan setelah tembaga mencair. Sekitar 50% dari total seng dapat

ditambahkan untuk mengkompensasi seng yang menguap selama operasi

peleburan antara tembaga dan seng. Jika ada bahan lain yang diperlukan untuk

perumusan kuningan tertentu mereka juga dapat di tambahkan.

Logam cair paduan tembaga dan seng dituang ke dalam cetakan. Diperbolehkan

untuk memperkuat ke dalam lembaran. Dalam beberapa operasi penuangan

dilakukan terus-menerus untuk menghasilkan lembaran yang panjang.

Bila logam cair paduan tembaga dan seng sudah cukup dingin untuk dipindahkan,

mereka dikeluarkan dari cetakan dan dipindah ke tempat penyimpanan.

Hot Rolling

Logam ditempatkan dalam tungku dan dipanaskan hingga mencapai suhu yang

diinginkan. Suhu tergantung pada bentuk akhir dan sifat kuningan.

Logam yang dipanaskan tersebut kemudian di teruskan menuju mesin

penggilingan.

kuningan, yang sekarang sudah dingin melewati mesin penggilingan yang disebut

calo. Mesin ini akan memotong lapisan tipis dari permukaan luar kuningan untuk

menghapus oksida yang mungkin telah terbentuk pada permukaan sebagai akibat

dari paparan logam panas ke udara.

Gambar 20. Proses Hot rolling

Anealling and Cold Rolling

Pada proses hot rolling kuningan kehilangan kemampuan untuk diperpanjang

lebih lanjut. Sebelum kuningan dapat diperpanjang lebih lanjut, terlebih dahulu

kuningan harus dipanaskan untuk meringankan kekerasan dan membuatnya lebih

ulet. Proses ini disebut annealing. Suhu annealing berbeda-beda sesuai dengan

komposisi kuningan dan properti yang diinginkan. Dalam metode tersebut,

suasana di dalam tungku diisi dengan gas netral seperti nitrogen untuk mencegah

kuningan bereaksi dengan oksigen dan membentuk oksida yang tidak diinginkan

pada permukaannya.

Hasil dari proses sebelumnya kemudian melalui serangkaian rol lain untuk

mengurangi ketebalan mereka menjadi sekitar 2,5 mm. Proses ini disebut rolling

dingin karena suhu kuningan jauh lebih rendah dari suhu selama rolling panas.

Rolling dingin mengakibatkan deformasi struktur internal dari kuningan, dan

meningkatkan kekuatan dan kekerasan. Semakin ketebalan berkurang, semakin

kuat kuningan yang tercipta.

Langkah 1 dan 2 dari anealling and cold rolling dapat diulangi berkali-kali untuk

mencapai ketebalan kuningan yang diinginkan, kekuatan, dan derajat kekerasan.

Pada titik ini, proses diatas menghasilkan strip kuningan. Strip kuningan tersebut

kemudian dapat diberi asam untuk membersihkannya.

Finish Rolling

Strip kuningan mungkin akan diberi rolling dingin akhir untuk mengencangkan

toleransi pada ketebalan atau untuk menghasilkan permukaan akhir yang sangat

halus. Mereka kemudian dipotong menurut ukuran, ditumpuk, dan dikirim ke

rumah industri.

Strip kuningan juga mungkin akan diberi rolling akhir sebelum dipotong panjang,

digulung, dikirim ke gudang, dan disimpan.

F. Proses Pembuatan titanium

Titanium merupakan logam transisi dilambangkan dengan simbol Ti, memiliki

berat yang ringan, berwarna perak abu-abu dan dengan nomor atom 22 dan berat atom

47,90. Ti memiliki kerapatan 4510 kg/m3, yang berada antara kepadatan dari

aluminium dan stainless steel. Ti memiliki titik lebur sekitar 3032°F (1.667°C) dan

titik didih 5.948 ° F (3.287°C). Ti berperilaku kimia mirip dengan zirkonium dan

silikon. Ti memiliki ketahanan korosi yang sangat baik dan kekuatan tinggi untuk

perbandingan berat. Titanium termasuk logam yang paling berlimpah keempat, sekitar

0,62% dari kerak bumi. Titanium tidak pernah ditemukan dalam bentuk murni,

melainkan sebagai oksida di dalam mineral Ilminite (FeTiO3),

Rutile (TiO2) , Sphene (CaO– TiO2–SiO2), anatase, brookite, leucoxene, perovskit, dan

rutil. Ada 2 bentuk allotropic dan 5 isotop alami dari unsur ini; Ti-46 sampai Ti-50

dengan Ti-48 yang paling banyak terdapat di alam (73,8%). Salah satu karakteristik

Titanium yang paling terkenal adalah sifat yang sama kuatnya dengan baja namun

hanya dengan 60% berat baja. Unsur Titanium terdapat dalam bentuk senyawa :

TiB2(Titanium Borida), TiC(Titanium Carbida), TiO2( Titanium Dioksida), TiN

(Titanium Nitrida). Titanium juga dijumpai pada Meteorit dan ditemukan pada

Matahari dan bintang jenis M. Batuan yang dibawa dari bulan pada misi Apollo-17,

mengandung TiO2 12,1%.

Walaupun titanium melimpah di alam, namun untuk mendapatkan unsur ini

membutuhkan proses yang panjang dan dengan biaya yang mahal. Beberapa metode

yang digunakan dalam proses pembuatan titanium yaitu dengan menggunakan proses

Kroll, Proses Van Arkel dan De Boer, dan Proses J. Meggy dan M.Prieto.

1. Proses Kroll

Beberapa langkah-langkah yang terdapat dalam proses ini yaitu ekstraksi,

pemurnian, produksi spons, pembuatan paduan, dan membentuk.

Titanium dialam terdapat dalam bentuk bijih seperti rutil (TiO2) dan ilmenit

( FeTiO3). Rutil digunakan dalam bentuk alami, sedangkan ilmenit diproses untuk

menghilangkan zat besi yang terdapat di dalamnya, sehingga mengandung titanium

dioksida paling sedikit 85%. Rutil dimasukkan ke dalam reaktor fluidized bersama

gas klor dan karbon. Materi tersebut dipanaskan sampai 1.652°F (900°C) dan hasil

reaksi kimianya adalah titanium tetraklorida murni (TiCl4) dan karbon monoksida.

Mekanisme reaksinya yaitu:

TiO2 + Cl2 àTiCl4 + CO2

Logam kemudian dimasukkan ke dalam tangki penyulingan besar dan

dipanaskan. Proses ini menggunakan metode destilasi fraksional dan presipitasi

untuk memisahkan kotoran karena kebanyakan pada proses pertama kotoran juga

ikut terklorinasi . sehingga kotoran harus dihilangkan, kotoran yang dihilangkan

yaitu klorida logam termasuk besi, vanadium, zirkonium, silikon, dan magnesium.

Pada proses ini dihasilkan cairan tidak berwarna.

Selanjutnya, setelah dimurnikan titanium tetraklorida ditransfer (dalam bentuk

cairan) ke bejana reaktor stainless steel. Kemudian ditambahkan magnesium dan

reactor tersebut dipanaskan sampai ±2012°F (1.100°C). lalu, Argon dipompa ke

dalam wadah sehingga udara akan dihilang dan umtuk mencegah terkontaminasi

oleh oksigen atau nitrogen. Magnesium bereaksi dengan klor menghasilkan

magnesium klorida cair sehingga menghasilkan padatan titanium murni.

Kemudian padatan titanium dikeluarkan dari dalam reaktor dan kemudian

dengan menggunakan air dan asam klorida untuk menghilangkan kelebihan

magnesium dan magnesium klorida. Padatan yang dihasilkan adalah logam berpori

yang disebut spons. Mekanisme reaksinya yaitu:

Spons titanium murni kemudian diubah menjadi elektroda(lempengan) spons

melalui tanur-elektroda. Pada proses ini, spons dicampur dengan berbagai macam

besi dan dilas sehingga menghasilkan elektroda spons.

Lalu elektroda spons ditempatkan dalam vakum tungku busur untuk

dicairkan. Dalam wadah air-cooled tembaga busur listrik, elektroda spons

dilelehkan untuk membentuk ingot. Semua udara dalam wadah dihilangkan

(membentuk ruang hampa) atau atmosfer diisi dengan argon untuk mencegah

kontaminasi, akhirnya akan membeku dan membentuk batangan titanium murni.

Gambar 21. Diagram Proses Kroll

2. Proses Van Arkel dan De Boer

Dengan menggunakan proses Van Arkel dan De Boer, pembuatan logam

Titanium dari biji Titanium seperti Rutile, Anatase dan Ilminite dapat dilakukan

dengan cara reduksi dengan aluminium yang selanjutnya akan di iodinasi dari

produk yang diperoleh dari proses reduksi. Hasil iodinasi ini direaksikan dengan

Potassium Iodida pada suhu 100 – 200 °C. Kemudian Titanium Tertraiodida

dipisahkan dari Potassium Iodida sehingga akan membentuk logam titanium

melalui dekomposisi panas atau reduksi pada suhu 1.300 – 1.500 °C. Proses ini

menggunakan titanium iodida dengan kemurnian yang tinggi, tetapi harganya

mahal sehingga membuat titanium melalui metose ini sangat kurang ekonomis

(Hard dkk, 1983).

3. Proses J. Meggy dan M.Prieto

Dengan menggunakan proses J. Meggy dan M.Priet, pembuatan logam

Titanium dari bijih Ilminite dapat dilakukan dengan cara Flourinasi. Bijih Ilminite

diflourinasi dengan garam flousilikat seperti K2SiF6, Na2SiF6 pada suhu 350–950

°C selama 6 jam. Selanjutnya besi dan Ti dikonversikan ke flourida dengan cara

dileaching dari bijih flourinasi dengan larutan encer seperti HF, HCl dan

H2SO4 pada suhu 60–95 °C selama 2jam. Setelah proses leaching, larutan dapat

dievaporasi dan didinginkan untuk mengendapkan floutitanat. Endapan floutitanat

dapat ini kemudian disaring dan dikeringkan pada suhu 110–150 °C. Kemudian

mereduksinya menjadi logam Ti. Metode ini merupakan pengontakan floutitanat

dengan campuran zinc–aluminium pada suhu 400–1.000°C. Sehingga aluminium

flourida akan terpisahkan sebagai produk samping dalam bentuk cryolite.

Campuran lelehan logam zinc–titanium dipisahkan dengan cara destilasi pada suhu

800–1.000°C sehingga diperoleh zinc pada produk destilat dan

titanium sponge pada produk akhir (Hard dkk, 1983).