Aplikasi Dan Ekstraksi Aluminium

Aplikasi dan Ekstraksi Aluminium 1. Penggunaan Aluminium a. Aplikasi Aluminium Aluminium merupakan salah satu logam dengan aplikasi yang cukup luas di masyarakat dunia. Mulai dari aplikasi rumah tangga sampai dengan aplikasi yang advanced, aluminium merupakan salah satu jawaban untuk memenuhi beberapa kriteria tersebut. Contoh penggunaan aluminium dalam masyarakat adalah sebagai berikut:  Industri Penerbangan (Aircraft)  Alat Transportasi (Kapal, Body kendaraan, dan kereta)  Overhead Power Cables  Alat Masak Rumah Tangga (Household Application) Pada makalah ini, salah satu apllikasi aluminium yang akan dibahas beserta proses ekstraksinya adalah untuk keperluan alat-alat rumah tangga (Household Application).

b. Sifat Aluminium  Dengan penambahan sedikit paduan maka kekuatannya akan bertambah baik  Densitas yang kecil (ringan)  Tahan korosi  Konduktor yang baik  Raw material cukup banyak di bumi (bauksit)  Mudah dibentuk  Good Appearance

c. Paduan Aluminium Tipe Paduan Aluminium 1xxx

Unsur Paduan Aluminium murni dengan kandungan minimal 99%

M.Ekaditya Albar / 0806331683

Page 1

Aplikasi dan Ekstraksi Aluminium 2xxx

Tembaga (Cu)

3xxx

Mangan (Mn)

4xxx

Silikon (Si)

5xxx

Magnesium (Mg)

6xxx

Magnesium dan Silikon (Mg dan Si)

7xxx

Seng (Zn)

8xxx

Unsur Lain

9xxx

Unused Series

d. Sifat Paduan Aluminium Tipe Paduan Aluminium 1xxx

Sifat Tahan korosi, high electrical and thermal conductivity, mudah dibentuk

2xxx

Kekuatan tinggi, tahan korosi kecil, heat-treatable

3xxx

Non-heat-treatable, kekuatan cukup tinggi

4xxx

Ringan, baik untuk pendingin

2. Sejarah Aluminium Tahun 1746

Sejarah Johann Heinrich Pott, pertama kali memproduksi alumina dari kaolin clay. Sir Humphry Davy (Britain) menemukan logam dalam senyawa dan

1808

menamakannya Aluminium. Lalu mengekstraksi Al2O3 dengan metode electro-chemical / electro-thermal.

1821

P. Berthier (France) menemukan bauxite. Hans Christian Oersted (Denmark) menemukan cara untuk memperoleh Al

1825

murni, dengan mereaksikan potassium amalgam dan hydrous aluminium chloride.

1827

Friedrich Wöhler (Germany) menemukan proses pembuatan bubuk Al.

1845

Wöhler menemukan specific gravity (density) dari aluminium.

1854

Al dijual secara komersial.

1859

Saint-Claire Deville, menjelaskan kemungkinan ekstraksi alumunium dari

M.Ekaditya Albar / 0806331683

Page 2

Aplikasi dan Ekstraksi Aluminium lelehan kriolit. Paul Louis Toussaint Héroult (France) dan Charles Martin Hall (USA), 1886

menenukan proses electric untuk produksi Al terbaru Hall-Héroult process, proses ini digunakan sampai sekarang.

1889

1890

Karl Josef Bayer (Austria), menemukan Bayer Process untuk produksi 3energi Al dari bauxite. Menggunakan sel elektrolit sampai dengan 4000 A dan e3nergy konsumsi 42 kWh/Kg Al.

3. Raw Material Bauksit

adalah

bahan

baku

utama

pembuatan

alumunium. Bauksit merupakan mineral ketiga terbanyak di dunia setelah oksigen dan silikon Bauksit memiliki komposisi alumunium oksida dan alumunium hidroksida dengan beberapa pengotor seperti besi oksida, clay, dan silika.

4. Ekstraksi Aluminium

M.Ekaditya Albar / 0806331683

Page 3

Aplikasi dan Ekstraksi Aluminium Pada tahap pertama, bahan mentah diproduksi di pabrik alumina untuk menghasilkan oksida murni. Lalu oksida tersebut diekstraksi dari bauksit dengan menggunakan proses Bayer. Bijih akan terurai dengan menggunakan alumunium yang mengandung larutan NaOH dan menghasilkan larutan untuk mengendapkan Al(OH) 3 . Pada tahap kedua, merupakan proses lanjutan ekstraksi yaitu peleburan aluminium primer dengan menggunakan fused-electrolysis dari oksida murni yang tidak terlarut di leburan kriolit dengan menggunakan proses Hall-Héroult. Pada proses ore mining, bauksit yang tercampur dengan clay biasanya dipisahkan dengan cara washing, wet screening atau hand sorting. Ore di-screen lalu dilakukan proses crushing untuk mendapatkan ukuran yang sama. Ore masuk ke Grinding Mill yang ditambah NaOH dengan suhu dan tekanan tinggi dan menghasilkan Slurry. Hasil sampingan berupa red mud yang mengandung besi, silikon, dan titanium. Pada proses digesting, terjadi reaksi kimia di digester dengan penambahan NaOH lebih banyak pada proses ini. Reaksi yang terjadi adalah:  Gibbsite

: Al (OH) 3 + Na+ + OH-  Al (OH)4- + Na+

 Böhmite dan Diaspore

: AlO(OH) + Na+ + OH- + H2O  Al(OH)4- + Na+

Pada proses settling, prinsip yang digunakan adalah prinsip gravitasi untuk melakukan filtrasi. Pada proses precipitation, Material hasil dari settling dan filtering dimasukan ke mesin precipitator. Alumina Hydrate ditambahkan untuk mempermudah proses presipitasi dimana hasil proses ini adalah kristal alumina. Proses calcination adalah proses pemasanan yang menghasilkan alumina anhydrate. Hasil proses ini adalah alumina yang sudah dapat digunakan untuk proses pembuatan alumunium.

a. Proses Bayer Proses Bayer adalah proses dimana Alumina akan diekstraksi dari bijih bauksit. Proses ini merupakan proses ekstraksi hidrometalurgi. Proses ini sangat efisien dan selektif, proses pemisahan ini terdiri dari 2 tahapan, yaitu mengekstraksi dari Al(OH)3 dan proses produksi alumina pada tahap kedua. Pada tahap pertama, campuran antara bauksit halus dan larutan NaOH dipanaskan pada suhu 100-360oC di autoklaf. Al (OH)3 akan mengendap di larutan NaOH yang menjadi Natrium Alumina. Campuran ini akan ditambahkan dengan besi dan titanium oksida yang menghasilkan larutan silika dalam bentuk natrium M.Ekaditya Albar / 0806331683

Page 4

Aplikasi dan Ekstraksi Aluminium aluminium silikat. Larutan ini disebut lumpur merah atau red mud dan akan disaring untuk kemudian dibuang menjadi limbah. Pada proses pendinginan akan menghasilkan endapan Al(OH)3 dari larutan jenuh NaAlO2. Untuk mempercepat proses pengendapan ini dapat ditambahkan kristal Al(OH)3 yang baru saja mengendap. Endapan Al(OH)3 yang dihasilkan akan dipisahkan dengan menggunakan vacuum filters. Endapan ini sebagian besar akan kembali digunakan untuk proses awal / umpan. Sementara sebagian kecilnya akan dibersihkan dengan air lalu dikalsinasi. Larutan OH- yang terbentuk akan digunakan kembali untuk proses. Proses ini memanfaatkan fitur kimia dan fisika pada sistem Al2O3-Na2O-H2O, yaitu dimana ketergantungan suhu dari kelarutan Al(OH)3 di NaOH dan metastabilitas dari larutan alumina. Reaksinya adalah sebagai berikut: Al (OH) 3 + OH- → AlO2- + 2H2O (+ red mud) Pada tahap kedua, Al(OH)3 akan dicuci, lalu difluidisasi dengan tekanan di tanur fluidisasi modern. Proses ini menggunakan pemanasan pada suhu 1000-1300oC yang kemudian akan dikalsinasi menjadi: 2Al (OH) 3 → Al2O3 + 3H2O Produk hasilnya adalah Al2O3 hampir murni, kandungan 0.01-0.03% Fe2O3, SiO2 dan Na2O sebesar 0.5%.

M.Ekaditya Albar / 0806331683

Page 5

Aplikasi dan Ekstraksi Aluminium

Residu dari ekstraksi proses Bayer disebut lumpur merah (red mud) karena mengandung senyawa

besi.

Satu

ton

alumina

(oksida

aluminium) akan menghasilkan 360 – 800 Kg red mud. Red mud mengandung alkali residu yang berasal dari penggunaan larutan NaOH pada proses Bayer. Larutan NaOH yang terkandung ini biasanya digunakan kembali ke proses Bayer (ekologis dan ekonomis). Setelah red mud dicuci, residu ini akan dibuang ke tempat pembuangan besar. Tempat pembuangan limbah ini harus kedap air dan diperiksa untuk memastikan fungsi dan unsur alkali tidak ada yang terbuang ke lingkungan. M.Ekaditya Albar / 0806331683

Page 6

Aplikasi dan Ekstraksi Aluminium Lokasi pembuangan dapat dilapisi atau ditutupi dengan tanah, pasir, abu atau dapat diolah kembali. Lokasi tersebut dapat diolah kembali dengan menggunakan suatu jenis rumput tanpa membutuhkan lapisan tanah. Proses ini memakan waktu yang lama. Di masa yang akan datang, penggunaan kembali residu adalah cara terbaik untuk mengurangi jumlah red mud. Beberapa ada yang digunakan sebagai filler dan colouring agent di industri plastik, filler material untuk pembangunan jalan, aditif untuk semen. Komposisi dari red mud adalah sebagai berikut: Unsur (wt %)

Komposisi (wt %)

Al2O3

15-28

Fe2O3

25-45

SiO2

6-16

TiO2

8-24

Na2O (total)

4-9

Na2O (larut)

0.5-0.7

CaO atau MgO

0.5-4

Hilang pada pembakaran

7-12

b. Proses Hall-Héroult Pada proses Fused-Salt Electrolysis, aluminium oksida akan terurai bila dilarutkan di Na3AlF6 cair pada suhu 950-970oC dan arus langsung (DC). Hasilnya adalah alumina dengan konsentrasi 5-7%. Fungsi Na3AlF6 adalah mengurangi titik lebur aluminium oksida (2050o C). Na3AlF6 sebagai elektrolit memiliki titik leleh sebesar 1000o C Na3AlF6 harus dalam bentuk cair agar dapat melarutkan aluminium oksida. Katoda yang digunakan adalah baja karbon dan terletak di kulit bawah. Sedangkan anoda terbuat dari karbon, berada di atas dan tergantung ke dalam sel elektrolit Arus listrik langsung akan mengurai fluks lelehan di sel elektrolit menjadi aluminium dan oksigen. Skema untuk Fused-Salt Electrolysis adalah sebagai berikut:

M.Ekaditya Albar / 0806331683

Page 7

Aplikasi dan Ekstraksi Aluminium

1) Anoda karbon 2) Katoda 3) Elektrolit Na3AIF6 dan Al2O3 yang tidak terlarut, 950-970 ° C 4) Alumunium cair murni, diendapkan di katoda (dapat diekstraksi) 5) Karbon pot 6) Mantel pot 7) Pengumpanan aluminium oksida 8) Crust breaker 9) CO and CO2 dihasilkan dari reaksi oksida dengan karbon anoda 10) Insulation layer 11) Pembuangan gas hasil reaksi anoda Tegangan listrik pada Fused-Salt Electrolysis akan menyebabkan alumina terurai menjadi ion aluminium bermuatan positif dan oksigen bermuatan negatif. Ion oksigen tersebut akan berpindah ke anoda dan bereaksi dengan karbon membentuk CO 2 dan CO. Reaksi tersebut menghasilkan elektron yang akan berpindah ke katoda dimana ion aluminium akan dipisahkan. Aluminium cair murni akan keluar dari bagian bawah sel elektrolisis.

M.Ekaditya Albar / 0806331683

Page 8

Aplikasi dan Ekstraksi Aluminium Produk

hasil

dari

Fused-Salt

Electrolysis

biasanya berupa ingot, ingot penggilingan dan billet dari produk yang setengah jadi. Energi yang dibutuhkan untuk proses ini adalah 2.98 V/ŋ kWh/Kg Al. Sementara itu, suplai energinya adalah tegangan sebesar 1200 V (160-260 sel) dengan arus setiap selnya adalah 100-320 kA. Efisiensi katoda sebesar 95% dengan tegangan sel sebesar 4 - 4.5 Volt. Konsumsi anodanya adalah 420 Kg karbon / ton Al. Untuk memproduksi 1 Kg alumunium dari alumina diperlukan 15.7 KWH listrik. Untuk memproduksi Alumunium diperlukan tempat yang dekat dengan pembangkit listrik yang memadai dan 55% dari produksi alumunium menggunakan pembangkit listrik tenaga air. PT Inalum menggunakan PLTA Siguragura dan Tangga sebagai pembangkit listrik.

c. Proses Forming Aluminium Setelah terbentuknya ingot hasil Fused-Salt Electrolysis, proses berikutnya untuk membentuk aluminium menjadi produk yang rumah tangga yang diinginkan adalah melalui proses cold work atau pengerjaan dingin. Proses cold work ini sendiri bisa dibedakan

menjadi

beberapa

proses

seperti

forging

(penempaan),

rolling

(penggilingan), drawing (penarikan), dan extrusion (pendorongan).

Proses dari kiri ke kanan: forging, rolling dan extrusion dari Aluminium

M.Ekaditya Albar / 0806331683

Page 9

Aplikasi dan Ekstraksi Aluminium 5. Referensi • http://www.internationalrivers.org/en/latin-america/amazon-basin/caustic-red-mudwaste-alunorte-barcarena • http://www.redmud.org/Disposal.html • http://www.alu-scout.com/en/perl/enc/enc.pl?todo=show_paragraph&ppk=8 • http:// www.wikipedia.org/wiki/Hall-Heroull • Robert D. Pehlke. 198x. Unit Process of extractive Metallurgy. The University of Michigan Ann Arbor. • http://bataktobapress.blogspot.com/2009/06/plta-inalum-tobasa-harus-dikuasai.html • http://www.inalum.co.id

M.Ekaditya Albar / 0806331683

Page 10