BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Sejarah Aluminium
Aluminium ditemukan kira – kira sekitar 160 tahun yang lalu dan dimulai produksi skala industri sekitar 90 tahun yang lalu. Berikut sejarah perkembangan tentang penemuan aluminium : . (Davis,1993) 1. Pada tahun1782, seorang ilmuwan Perancis bernama Lavoiser telah menduga bahwa aluminium merupakan logam yang terkandung di dalam alumina, 2. Pada tahun 1807, ahli kimia Inggris bernama Humphrey Davy berhasil memisahklan alumina secara elektrokimia logam dan yang diperoleh dari pengujian tersebut adalah aluminium, 3. Pada tahun 1821, biji sumber aluminium ditemukan di Perancis Selatan, tepatnya di kota Lesbaux, yang dinamakan bauksit, 4. Pada tahun 1825, ahli kimia Denmark, Osted berhasil memisahkan aluminium murni dengan cara memanaskan aluminium khlorida dengan kalium amalgam dan kemudian memisahkan merkuri dengan cara destilasi, 5. Pada tahun 1886, mahasiswa Oberlin College di Ohio, Amerika Serikat bernama Charles Martin – Hall menemukan dengan cara melarutkan alumina dalam lelehan kriolit pada temperature 9600C dalam bentuk kotak
Universitas Sumatera Utara
uang dilapisi logam karbon dan kemudian melewatkan arus listrik melalui ruang tersebut. Cara ini dikenal dengan proses Hall – Heroult, karena ini terjadi pada tahun yang sama dengan seorang berkebangsaan Perancis yang bernama Paul Heroult, 6. Pada tahun 1888, ahli kimia Jerman Karlf Josef Bayer menemukan cara memperoleh alumina dari bauksit secara pelarutan kimia. Sampai saat ini cara Bayer masih digunakan untuk memproduksi alumina dari bauksit secara industri dan disebut dengan proses Bayer.
2.2. Aluminium
Aluminium adalah logam yang ringan dan cukup penting dalam kehidupan manusia. Aluminium merupakan unsur kimia golongan IIIA dalam sistim periodik unsur, dengan nomor atom 13 dan berat atom 26,98 gram per mol. Didalam udara bebas aluminium mudah teroksidasi membentuk lapisan tipis oksida (Al2O3) yang tahan terhadap korosi. Aluminium juga bersifat amfoter yang mampu bereaksi dengan larutan asam maupun basa (Hartomo,1992).
Aluminmium adalah unsur melimpah ketiga terbanyak dalam kerak bumi (sesudah oksigen dan silikon), mencapai 8,2% dari masa total. Keberadaanya umumnya bersamaan dengan silikon dan aluminosilikat dari feldspar dan mika dan di dalam lempung, yaitu aluminium oksida terhidrasi yang mengandung 50% sampai 60% Al2O3; 1% sampai 20% Fe2O3; 1% sampai 10% silika; sedikit sekali titanium, zirkonium, vanadium dan oksida logam transisiyang lain dan sisanya (20% sampai 30%) adalah air. Bauksit (Inggris : bauxite) adalah biji utama aluminium terdiri dari hydrous aluminium oksida dan aluminium hidroksida yakni dari mineral gibbsite
Universitas Sumatera Utara
Al(OH)3, boehmite -AlO(OH), dan diaspore -AlO(OH), bersama – sama dengan oksida besi goethite dan bijih besi, mineral tanah liat kaolinit dan sejumlah kecil anatase TiO2. Bauksit sebagai bahan baku peleburan aluminium dimurnikan melalui proses Bayer, yang mengambil manfaat dimana fakta menunjukkan bahwa oksida alumina amfoter larut dalam basa kuat tapi besi (III) oksida tidak. Bauksit mentah dilarutkan dalam natrium hidroksida sehingga tebentuk AL(OH) 4- menurut reaksi : Al2O3(s) + 2 OH-(aq) + 3 H2O(l)
2 Al(OH)4-(aq)
Kemudian Al(OH)4- yang terbentuk dipisahkan dari besi oksida dalam bentuk terhidrasi serta zat asing terlarut lainnya dengan penyaringan. Aluminium oksida dalam bentuk terhidrasi murni mengendap bila larutan didinginkan sampai lewat – jenuh dan dipancing menjadi kristal dari produk: 2 Al(OH)4-(aq)
Al2O3.3H2O(s) + 2 OH-(aq)
Air hidrasi dibuang melalui kalsinasi pada suhu tinggi sekitar 1200 0C.
Universitas Sumatera Utara
2.3. Kegunaan Aluminium
Dilihat dari segi kuantitas dan kualitas, kegunaan aluminium dapat mengatasi kegunaan logam lain
kecuali besi. Karena itu aluminium sangat penting dalam
kehidupan sehari – hari dan berpengaruh terhadap perkembangan ekonomi dunia, dikarenakan aluminium diprediksi akan menjadi komoditi ekspor dunia. Aluminium murni mempunyai kekuatan logam yang rendah, tetapi mempunyai kemampuan untuk membentuk alloy bersama dengan banyak unsur seperti tembaga, seng, magnesium, mangan dan silikon. Pada saat ini hampir semua bahan yang dianggap aluminium sebenarnya sejenis alloy aluminium bukan aluminium murni. Apabila digabung secara proses termomekanikal, alloy aluminium menunjukkan peningkatan kekuatan dari segi sifat mekanikal. Alloy aluminium membentuk komponen penting dalam pesawat udara dan roket, ini dikarenakan kekuatan yang meningkat. Sebagian dari kegunaan – kegunaan aluminium yaitu : (Oxtoby,2003) 1. Pengangkutan (kendaraan, kapal terbang, kendaraan landasan, kapal laut dan sebagainya), 2. Pembungkus (tin aluminium, keranjang aluminium dan sebagainya), 3. Perawatan air, 4. Pembinaan ( pintu, dwai binaan dan sebagainya), 5. Barangan pengguna tahan lama (perkakas, peralatan dapur dan sebagainya),
Universitas Sumatera Utara
6. Talian penghantaran elektrik (berat pengalir aluminium adalah setengah dari dari berat tembaga dengan kekonduksian yang sama dan lebih murah), 7. Jendela, 8. Aluminium murni, 9. Serbuk aluminium, yang mempunyai bentuk perak yang biasa digunakan dalam cat.
2.4 Bahan Baku Utama Elektrolisis Aluminium
2.4.1 Alumina
Alumina adalah bahan baku utama untuk memproduksi aluminium. Alumina mempunyai morfologi sebagai bubuk berwarna putih dengan berat molekul102,titik leleh (temperatur pada dimana zat cair dari suatu zat berada dalam kesetimbangan) pada 20500C, dan densitas 3.5 – 4,0 gr/cm3. Dalam industri peleburan aluminium, alumina mempunyai 4 fungsi yaitu : 1. Sebagai bahan baku utama dalam memproduksi aluminium, 2. Sebagai insulasi termal untuk mengurangi kehilangan panas dari atas pot, dan untuk mempertahankan temperatur operasi, 3. Melindungi anoda dari oksidasi udara, 4. Sebagai adsorban gas HF.
Universitas Sumatera Utara
Alumina (Al2O3) merupakan senyawa oksida dari aluminium yang diperoleh dari proses pemurnian bauksit (Al2O3 x H2O) yang disebut sebagai Proses Bayer. Alumina yang dihasilkan melalui proses Bayer ini, mempunyai kemurnian yang tinggi dengan komsumsi energi yang relatif rendah. PT INALUM memperoleh alumina yang diimpor dari Australia
dan
mengangkut alumina tersebut dengan menggunakan kapal laut. Selain dari Australia PT INAL:UM juga mendapatkan alumina dari Jepang, namun karena Australia lebih banyak menghasilkan alumina, maka PT INALUM hanya mengimpor alumina dari Australia saja, PT INALUM mengim[por alumina dari Australia sebanyak 20.000 ton per tahunnya, sehingga dengan begitu PT INALUM tidak akan kekurangan alumina dalam waktu setahun. Spesifikasi alumina yang digunakan oleh PT INALUM yang berasal dari ALCAN bauxite, Alumina dan Specially Chemicals, Australia, dapat dilihat pada tabel 2.1
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.1. Spesifikasi Alumina Jenis
Loss on Ignition (300-10
Spesifikasi
Maksimum 1,00
SiO2
Maksimum 0,03
Fe2O3
Maksimum 0,03
TiO2
Maksimum 0,005
Na2O
Maksimum 0,600
CaO
Maksimum 0,06
Al2O3
Minimum 98,40
(Sumber : PT INALUM,2011)
2.4.2. Anoda dan Katoda
Anoda adalah elektroda bermuatan positif. Jenis anoda yang dipakai adalah jenis anoda prebaked, anoda yang digunakan di seksi reduksi dibuat dari gedung karbon dengan bahan kokas dan hard pitch. Katoda adalah elektroda bermuatan listrik negatif. Ditinjau dari bahan bakunya dan proses pembuatannya. Katoda dibagi atas 4 jenis, yaitu : (jody,1992)
Universitas Sumatera Utara
1. Blok katoda Amorphus, bahan bakunya antrasit, dipanggang pada suhu 1.2000C 2. Blok katoda semi graphitic, bahan bakunya grafit, dipanggang pada suhu 1.2000C 3. Blok katoda semi graphitic, bahan bakunya yang mengalami proses pemanasan sampai 2.3000C 4. Blok katoda graphitic, bahan bakunya kokas mengalami proses grafitasi suhu 3.0000C.
2.5 Bahan Baku Penunjang Proses Elektrolisa
2.5.1 Kriolit
Kriolit dapat mengandung CaF2 dan AlF3 yang dapat membentuk kriolit Na3AlF6. Sifat – sifat kriolit adalah : 1) Konduktifitas l;istrik baik, 2) Memiliki berat jenis yang rendah, 3) Temperature kristaluisasi primer rendah, 4) Stabil dalam keadaan cair,
Universitas Sumatera Utara
5) Dapat melarutkan alumina dalam jumlah besar, Untuk memperbaiki sifat – sifat kriolit tersebut, bath biasanya ditambah dengan beberapa tambahan seperti fluoride, alkil metal, AlF3 dan CaF2. 2.5.2. Soda Abu
Soda abu berfungsi memperkuat struktur katoda dan dinding samping agar sulit tererosi. Lapisan dinding samping dengan Na2CO3 dilakukan pada tahap transisi untuk membantu proses pembentukan kerak samping. Selain mencegah erosi oleh bath, soda abu berfungsi sebagai isolasi thermal.
2.5.3. Aluminium Fluorida
Aluminium fluorida berfungsi menjaga keasaman bath dan merupakan bahan yang dituangkan secara manual jika kelebihan AlF3 kurang di dalam bath.
Universitas Sumatera Utara
2.6. Proses Peleburan Aluminium
2.6.1. Aliran Bahan Baku
Bahan – bahan untuk keperluan produksi aluminium pertama sekali didatangkan melalui pelabuhan. Bahan – bahan tersebut adalah alumina, kokas dan hard pitch. Alumina akan dimasukkan ke silo alumina (alumina silo), kokas ke dalam silo kokas (coke silo), pitch kedalam pitch storage house. Pemasukan bahan – bahan tersebut menggunakan belt conveyer. Alumina yang berada di dalam silo alumina kemudian di bawa ke dry scrub ber system untuk direaksikan dengan gas hidrogen fluorida (HF) yang berasal dari tungku reduksi. Hasil dari reaksi ini adalah reacted alumina yang akan dimasukkan ke dalam hopper pot dengan menggunakan Anode Changging Crane (ACC). Dari hopper pot, reacted alumina akan dimasukkan ke dalam tungku reduksi. Kokas yang ada dalam silo kokas akan bercampur dengan butt (puntung anoda) dan mengalami pemanasan. Kemudian dicampur dengan hard pitch yang berfungsi sebagai perekat (binder). Campuran ketiga bahan ini akan dicetak menggunakan Shaking Machine di Anode Green Plant dan selanjutnya mengalami pemanggangan pada baking furnace. Hasilnya adalah blok anoda (anode block) di Anode Baking Plant. Blok – blok anoda kemudian akan dipasangi tangkai (anode assembly) di Anode Baking Plant. Anoda tersebut kemudian akan dikirimkan ke Reduction Plant untuk keperluan proses elektrolisis alumina menjadi aluminium. Setelah ±28 hari anoda diganti dan sisa – sisa
anoda (butt) dibersihkan. Butt ini kemudian akan
Universitas Sumatera Utara
dihancurkan dan dimasukkan ke silo butt. Butt kemudian dipakai kembali (recycle) sebagai bahan pembuatan anoda bersama kokas dan pitch. Pada tungku reduksi akan terjadi proses elektrolisis alumina. Proses ini akan menghasilkan gas HF yang akan ke dry scrubber system untuk bereaksi dengan alumina dan dibersihkan lalu dibuang melalui cerobong gas cleaning sistem. Aluminium cair (molten) yang dihasilkan di bawa ke Casting Shop menggunakan Metal Transport Car (MTC). Di casting shop aluminium cair dimasukkan kedalam holding furnace, lalu dituang ke casting machine untuk dicetak menjadi ingot aluminium dengan berat masing – masing ingot seberat 50 lbs (22,7kg). Aliran material dapat dilihat pada gambar 2.1.
Universitas Sumatera Utara
2.6.2. Gas Cleaning
a. Fresh Alumina Handling System Sistem ini menangani penyimpanan fresh alumina di dalam silo alumina dan pengirimannya ke dry scrubbing system. Banyaknya alumina yang dikirimkan diukur dengan flowmeter.
b. Dry Scrubbing System
Sistem ini berfungsi menyaring debu dan mengadsorbsi gas fluorida yang berasal dari pot reduksi. Fresh alumina dari silo dialirkan melalui air slide ke dalam reactor dan direaksikan dengan gas buang dari pot reduksi. Gas dihisap dari pot reduksi dengan menggunakan main exhaust fan. Debu dan alumina yang bereaksi ini kemudian disaring di dalam bag filter. Udara yang sudah bersih dibuang ke atmosfer melalui exhaust stack. Untuk menjaga tekanan di dalam bag filter stabil, alumina dan debu yang menempel di kain bag filter perlu dihembus secara periode dengan udara bertekanan rendah yang diatur melalaui damper. Udara ini berasal dari reverse flow fan. Alumina yang jatuh kemudian ditampung di dalam hopper bag filter, dialirkan dan disirkulasikan kembali ke dalam reactor untuk bereaksi kembali dengan gas buang. Dengan cara demikian kontak antara gas buang dengan alumina di dalam reactor lebih efektif. Setelah reaksi adsorpsi selesai melalui sistem overflow., alumina dari bag filter dikeluarkan dan dialirkan memakai air slide menuju bin reacted alumina.
Universitas Sumatera Utara
c. Reacted Alumina Handling System
Sistem ini menangani penyimpanan sementara reacted alumina di bin reacted alumina. Reacted alumina kemudian dialirkan menuju Bath Material Mixing Centre (BMMC) untuk dicampur dengan material bath. Campuran alumina dengan material bath kemudian disimpan sementara di day-bin melalui belt conveyer. Campuran ini selanjutnya digunakan di pot reduksi sebagai bahan baku (Anonim,2009).
2.7. Proses Elektrolisa Aluminium
Hampir semua logam aluminium primer dihasilkan dengan proses elektrolisa HallHeroult. Bahan baku yang digunakan terdiri dari alumina, karbon, kriolit, CaF2, HF, AlF3 dan tenaga listrik. Terdapat dua jenis tungku reduksi yang dipergunakan dalam industri peleburan aluminium yaitu Prebaked Anode Furnace (PAF) dan Soderberg Anode Furnace (SAF). Perbedaan kedua tipe tungku tersebut terletak pada cara pemanggangan anodanya, dalam sistem PAF anoda dipanggang terlebih dahulu (prebaked) sebelum dipergunakan. Sedangkan pada sistem SAF tidak dilakukan pemanggangan pendahuluan, melainkan dimasukkan langsung kedalam tungku reduksi.
Reaksi kimia yang terpenting yang terjadi ditungku reduksi, adalah reaksi elektrolisa untuk m terbentuk aluminium. Demikian juga ion zat asam mendekati anoda kemudian dinetralisir. Selain itu terjadi juga reaksi reduksi, dimana karbon yang berasal dari anoda berfungsi sebagai reduktor mengikat asam : 2Al2O3 + 3C 4Al + 3CO2
Universitas Sumatera Utara
Aluminium cair yang terkumpul dibagian bawah tungku selanjutnya dihisap dan dibawa ke pabrik penuangan. Pada proses Hall-Heroult, logam aluminium diperoleh dari alumina dengan menggunakan cairan kriolit (Na3AlF6), (titik lebur 10000C) yang digunakan sebagai pelarut. Sejumlah besar alumina (Al2O3) dilarutkan dalam kriolit, dimana larutan kriolit dapat menurunkan titik lebur alumina. Campuran kriolit dan aluminium oksida dielektrolisa dalam sel dan sel lapisan karbon yang berfungsi sebagai katoda tersimpan didalam cairan aluminium. Pada operasi sel, cairan aluminium berada pada bagian bawah sel (Kelvin,1994).
Universitas Sumatera Utara
