BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Aluminium Aluminium merupakan salah satu logam yang ringan dan cukup penting perananya dalam kehidupan manusia. Diantaranya logam lain, aluminium adalah logam yang paling banyak ditemukan dan tersebar di alam ini yang merupakan unsur kimia golongan III A dalam sitem periodekunsur dengan nomor atom 13 dan berat atom 26.98. Aluminium adalah logam putih yang liat dan dapat ditempah dan bubuknya berwarna abu-abu. Aluminium melebur pada temperatur 660oC. Dalam udara bebas, logam aluminium mudah teroksidasi membentuk lapisan tipis oksida (Aℓ2O3) yang tahan terhadap karat karena lapisan tipis oksida yang bebenrtuk bertindak sebagai pelindung logam dan korosi selanjutnya. Aluminium mempunyai sifat-sifat fisis. Aluminium ditemukan oleh Sir Humhprey Davy pada tahun 1809 sebagai suatu unsur, dan pertama kali direduksi sebagai logam oleh H. C. Oersted. Tahun 1825. Secara industri tahun 1886, Paul Lowis Taussaint Heroult di Perancis dan Charless Martin Hall di Amerika Serikat. Secara terpisah telah memperoleh logam aluminium dari alumina dengan cara elektrolisa dari garamnya yang terfusi. Sampai sekarang proses Heroult Hall masih dipakai untuk memproduksi aluminium. Penggunaan aluminium sebagai logam setiap tahunnya adalah pada urutan yang kedua setelah besi dan baja, yang tertinggi diantara logam non fero.
Aluminium merupakan logam ringan yang mempunyai ketahanan korosi yang baik dan hantaran listrik yang baik dan sifat-sifat yang baik lainnya sebagai sifat logam. (Surdia, T. 2005). Aluminium adalah logam yang sangat ringan, berat jenis aluminium yaitu: 2,56 kg/cm3 atau 1/3 berat jenis tembaga (8,93 kg/cm3). Tahanan jenis 2,8 x 10-8 atau 1,25 x tahanan jenis tembaga. Titik cair aluminium 660oC dan titik didihnya 1800oC, untuk bahan pengantar kemurniaanya mencapai 99,5% dan sisanya terdiri dari unsur-unsur besi, silicon dan tembaga. Aluminium murni sangat lemah dan lemah (tembaga lebih kuat dibanding aluminium). Untuk menambah kekuatan biasanya dibuat dengan logam campuran. Logam ini sangat diperlikan dalam pembuatan kapal terbang, mobil, motor dan dalam teknik listrik. Aluminium diperoleh dari bauksit, yang didapat di Suriname, di Amerika utara dan negara-negara lain. Selain itu dari bauksit, aluminium juga diperoleh dari kriolit yang berasal dari Greenland dan batu labrador, yang di temukan di Norwegia. (Sumanto,M.A. 1994)
2.1.1 Alumina Alumina merupakan persenyawaan kimia antara logam aluminium dengan oksigen (Aℓ2O3). Alumina di alam ditemukan dalam bentuk bauksit. Alumina merupakan bahan baku utama dalam proses elektrolisa aluminium. Aluminia mempunyai morfologi sebagai bubuk berwarna putih denagn berat molekul 102., titik leleh pada 2050oC, dan spesifikasi gravity 3,5 - 4,0.
Dalam industri peleburan alumina memegang 3 fungsi penting yaitu: 1. Sebagai bahan baku utama dalam memproduksi aluminium 2. Sebagai insulasi ternal untuk mengurangi kehilangan panas dari atas tungku reduksi, dan untuk mempertahankan temperatu operasi 3. Melindungi anoda dari oksidasi udara. Alumina yang digunakan PT inalum diimport dari ALCOA (Australia) yang bejenis sandy, yang cocok untuk tungku reduksi tipe Prebaked Anoda Furnance. Tabel 1.1 Spesifikasi Alumina dari ALCOA NO
Item
Unit
Spesifikasi
1
AI2O3
%
98,40 min
2
SiO2
%
0,025 max
3
Fe2O3
%
0,020 max
4
Na2O
%
0,55 max
5
TiO2
%
0,005 max
6
CaO
%
0,55 max
Sumber : Production Of Aluminium And Alumina
Proses pembuatan alumina (Aℓ2O3) dari biji bauksit dengan proses bayer, yaitu: a. Proses penggilingan bauksit sampai ukuran tertentu b. Proses melarutkan alumina (Aℓ2O3) dengan NaOH (soda api) dengan konsentrasi 35-45%. c. Pemisahan pengotor yang mengendap dengan cara penyaringan sehingga Diperoleh larutan Natrium Aluminat yang bening d. Proses selanjutnya Natrium Aluminat dilarutkan dalam air dan kemudian pengendapan Natrium Aluminat dengan cara penambahan seed (bubuk halus alumina) yang ditaburkan pada larutan alumina dan endapan alumina, sehingga diperoleh endapan alumina dengan ukuran besar sebagai hasil produksi alumina dan endapan alumina halus akan dipakai sebagai seed yang digunakan untuk pengendapan. 2NaAℓO2 + 4H2O → 2 NaOH + Aℓ2O3 . 3H2O e. Endapan alumina selanjutnya dikalsinasi (dipanggang) untuk menguapkan Air. Aℓ2O3 . H2O → Aℓ2O3 + 3H2O f. Alumina kering siap untuk bahan baku peleburan aluminium Untuk menghasilkan aluminium dipergunakan alumina: a. Alumina Sandy ( Aℓ2O3 ) b. Alumina Flourida ( Aℓ2O3 )
Adapun perbedaan dari jenis kedua alumina terletak pada temperatur peleburan alu No
Sifat Fisis
Satuan
Jenis – Jenis
Catatan min
alumina Sandy
Floury
1
Aℓ2O3
%
5
90
2
Berat jenis
g/ cm3
3,5
3,9
3
Sudut Letak
Derajat
30
40
4
Pernukaan
M2
42
2
a Sinar x
San dy
1100o
lebi h ren dah dib and
ingkan dengan alumina jenis sandy.Adapun sifat-sifat fisis alumina dapat dilhat pada tabel dibawah ini
2.1 Sifat - Sifat Fisik Alumina
Letak 5
Densitas Bebas
g / cm3
1,1
0,8
6
Densitas Terikat
g / cm3
1,3
1,0
7
Kehilangan dalam pemijaran
%
1,8
0,2
(Burkin, A.R. 1987)
2.1.1 Sifat-sifat dan kegunaan aluminium 1) Aluminum adalah logam lunak dan liat. Oleh karena itu aluminium berguna untuk pengolahan perubahan bentuk dan dipergunakan antara lain untu cincin packing. 2) Aluminium mempunyai massa jenis rendah (2,7.103kg/m3). Oleh karena itu aluminium merupakan bahan penting dalam bangunan kapal udara, bangunan kapal, teknik mobil dan bangunan karoseri. Oleh karena itu massa jenisnya rendah aluminium mndapat tempat yang penting dalam teknik listrik, bangunan mesin dan teknik proses. Untuk meningkatkan kekuatan tariknya aluminium pada umumnya harus dipadukan.
3) Aluminium tahan korosi berkarat lapisan kuat oksida-aluminium. Oleh karena itu aluminium digunakan untuk penutup baja dan logam lain. 4) Aluminium adalah tahan kimia, oleh karena itu digunakan dalam teknik kimia. 5) Sama halnya dengan tembaga, aluminium mempunyai daya hantar panas yang baik dan mempunyai refleksi panas yang besar. Oleh karena refleksi panas yang besar aluminium dapat digunakan sebagai bahan sosial. 6) Aluminium mempunyai daya-antar listrik yang baik, sehingga aluminium banyak digunakan sebagai bahan pengantar listrik. Untuk keperluan itu, maka alumiium yang digunakan harus semurni mungkin. Aluminium sukar dapat dituang, oleh karena aluminium cair-kental dan mempunyai susutan besar. Oleh karena daya-antar yang baik daya oksidasi yang besar aluminium sukar untuk dilas dan sukar untuk dipatri. (Beumer, B.J.M. 1994)
2.2 Besi (Fe) Logam ferro adalah suatu logam paduan yang terdiri dari campuran unsur karbon dengan besi. Untuk menghasilkan suatu logam paduan yang mempunyai sifat yang bebeda dengan besi dan karbon maka dicampur dengan bermacam logam lainnya. Bijih besi merupakan bahan baku dalam pembuatan besi yang dapat berupa senyawa oksida, karbonat, dan sulfida serta tercampur dengan unsur lain misalnya silikon. Bijih besi diolah dalam tanur atau dapur tinggi untuk menghasilkan besi
kasar. Besi kasar adalah logam campuran besi dan karbon yang mengandung unsur-unsur campuran lainya diatas 10%. Besi tersebut dapat dikatakan logam murni dari besi tuang. Baja adalah logam paduan antara besi dan karbon dengan kadar karbonnya secara teoritis maksimum 1,7%. Besi cor adalah logam paduan antara besi dan karbon yang kadarnya 1,7 – 3,5%. Besi tempa adalah baja yang mempunyai kadar karbon rendah. Dilihat dari kegunaannya maka besi dan baja campuran merupakan tulang punggung peradaban modern sampai saat ini digunakan untuk peralatan transportasi, bangunan,pertanian dan peralatan mesin. Bahan dasar besi mentah ialah bijih besi yang jumlah persentase besinya haruslah sebesar mungkin. Besinya merupak besi oksida (Fe2O4 dan Fe2O3) atau besi karbonat (FeCO2) yang dinamakan batu besi spat. Pengolahan besi mentah pada dapur tinggi dilakukan dengan cara mereduksi bijih besi menggunakan kokas, bahan tambahan, dan udara panas.
2.3 Silika (Si) Silikon dioksida, atau silika adalah salah satu senyawa kimia yang paling umum. Kristal SiO2 murni ditemukan dalam alam, dalam bentuk polimorfis, yang paling umum diantaranya adalah kuarsa. Pasir, agata (akik), oniks, opal, batu kecubung (aamatis), dan fint, adalah silikon dioksida dengan runutan bahan kotoran. Silika merupakan struktur kristal yang penting, bukan saja karena silika sendiri merupakan zat yang begitu melimpah dan berguna. Tetapi juga karena strukturnya
(SiO4) adalah unit yang mendasar dalam kebanyakan mineral. Senyawa silikonoksigen adalah yang paling melimpah dari senyawaan dalam kerak bumi. Kebanyakan batuan dari mineral6 adalah silikata dengan kisi.
Kisi silikat ini dapat dianggap sebagai turunan dari SiO2, tetapi dengan atom-atom umum lain kadang-kadang terkait pada atom silikon dan oksigen. Beberapa dari senyawa sintetik yang paling menarik yang paling berbeda dari apapun yang ditemukan dalam alam, adalah silikon (silicone). Dengan perubahan bobot molekulnya, sifatnya juga berubah. Suatu silikon yang terbentuk dari molekul-molekul rantai pendek merupakan cairan yang berminyak: silikon dengan rantai yang panjangnya sedang. Berperilaku seperti minyak yang kental, selai dan gemuk, dengan rantai sangat panjang mempunyai konsitensi seperti karet . (Keenan,W.C.1999) Silikon dan oksigen merupakan penyusun sebagian besar kerak bumi, dengan oksign meliputi 47% dan silikon 28% dari masanya, ikatan silikon oksigen kuat dan berifat ionik parsial, ikatan ini membentuk dasar untuk golongan mineral yang disebut silikat, yang merupakan golongan terbesar dari batuan, lempung, pasir dan tanah pada kerak bumi. Silikat menyediakan berbagai macam bahan bangunan seperti batu bata, semen, beton dan kaca. (Oxtoby,W.D.2003)
2.4 Aluminum Murni Aluminium murni di dapat dalam keadaan cair dengan proses elektrolisa. Umumnya mencapai kemurniaan 99,85% berat. Dengan mengektrolisa kembali
dapat dicapaii kemurniaan 99,99% yaitu dicapai bahan dengan sembilannya empat.
Tabel 3.1 Sifat – sifat Fisik Aluminium
No
Sifat - sifat
Kemurnian Aluminium (%) 99,996
> 99,0
1
Massa jenis (20oC)
2,6968
2,71
2
Titik Cair
660,2
653-657
3
Panas jenis (cal/g . oC) (100oC)
0,2226
0,2297
4
Hantaran Listrik (%)
64,94
59(dianil)
5
Tahanan listrik 0 temperature (/ C)
0,00429
0,0115
6
koefisien
23,86 x 10-6
23,5x10-6
0
7
Koefisien Pemuaian (20-100 C)
fcc,α=4,013 kX
Fcc,a=4,04 kX
Jenis kristal, konstanta kisi
No
Kemurnian Aluminium (%) 99,996
>99,0
Sifat – sifat Dianil
75% dirol
Dianil
H18
dingin 1
Kekuatan tarik (kg/mm2)
4,9
11,6
9,3
16,9
2
Kekuatan mulur (0,2%) (kg/mm2)
1,3
11,0
3,5
14,8
48,8
5,5
35
5
17
27
23
44
3 4
Perpanjangan (%) Kekerasaan Brinel
Tabel 4.1 Sifat mekanik aluminium
Tabel 2.3 menunjukan sifat-sifat fisik aluminium dan tablel 2.4 menunjukan sifat-sifat mekaniknya. Ketahanan korosi berubah menurut kemurnian, pada umumnya untuk kemurnian 99,0% atau diatasnya dapat dipergunakan di udara tahan dalam waktu bertahun-tahun. Hantaran listrik aluminium kira-kira 65% dari hantaran listrik tembaga, tetapi masa jenisnya kirakira sepertiganya sehingga memungkinkan untuk memperluas penampangnya. Oleh karena itu dapat dipergunakan untuk kabel tenaga dan dalam berbagai bentuk, misalnya sebagai lembaran tipis (foil) dalam hal ini dapat dipergunakan aluminium dengan kemurnian 99,0%. Untuk reflektor yang memerlukan reflektifitas yang tinggi juga untuk kondensor elektrolitik dipergunakan aluminium dengan kemurnian 99,99%. (Surdia, T.2005).
2.4.1 Aluminium paduan (alloy)
Aluminium berasal dari bijih aluminium alam, yang dijumpai sebagai tambang bauksit yang mengandung kandungan utama aluminium oksida. Bauksit diolah dalam dapur listrik yang menghasilkan ingot aluminium (alluminium virgin ingot). Bila dibandingkan dengan baja maka aluminium 1/3 berat baja, harganya 6 x > dari harga baja, ½ x kekuatan baja. Tetapi bila aluminium dibuat paduan maka kekuatannya akan dapat melebihi kekuatan baja, aluminium paduan ini mempunyai sebutan high strenght aluminium. Aluminium alloy (paduan aluminium) ini mempunyai sifat : 1) Mudah dibentuk 2) Tahan gempa (untuk konstruksi rangka untuk pemasangan kaca). 3) Tahan pengaruh lengkung, ketahanan ini diperbaiki dengan proses anodisasi. Dari bentuk ingot aluminium (balok aluminium) dapat dibuat aluminium paduan (aluminium alloy) berbagai produk aluminium seperti: a. pipa dalam bentuk bulat (pipes), berbentuk empat persegi (square pipes) b. berbentuk profil, antara lain, bentuk siku, bentuk I, bentuk H, bentuk U, dll. c. Berbentuk plat (sheet) untuk penutup lantai/atap d. Bentuk lembaran sangat tipis (aluminium foil), untuk pelapis penahan panas yang dipasang dibawah genteng. Untuk jenis ini dalam perdagangan ada dua jenis yaitu :
1. aluminium foil tanpa penguat, hanya satu lapis dan mudah robek. untuk jenis ini sebelum dipasang aluminium foil harus dipasang plywood terlebih dahulu 2. jenis ini terdiri dari tiga lapis, yang tersusun sebagai berikut, aluminium foil lembaran plastik busa dan lembaran penguat. Plywood adalah salah satu jenis produk fabrikasi dari material kayu, yang terbentuk dari beberapa layer lumber dan vineer yang dilem secara bersamaan baik secara pengeleman panas (hot glueing) maupun pengeleman dingin (could giueing) yang sering disebut juga sebagai kayu lapis atau multiplex. (Wargadinata,S.A.2002)
2.5 Pengaruh Pengotor Silikon dan Besi di dalam Produk Aluminium Mutu aluminium yang di produksi sangat ditentukan oleh unsur-unsur kimia yang terkandung dalam aluminium itu sendiri. Aluminium itu sendiri. Aluminium yang dihasilkan masih mengandung zat-zat pengotor dalam jumlah renik (sangat kecil), seperti besi (Fe), silikon (Si), dan pengotor logam lainnnya yang berasal dari bahan baku. Disamping dari bahan baku, pengotor besi dan silikom juga berasal dari prosesnya sendiri, dimana besi dan silikon dalam aluminium yang dihasilkan dalam sel elektrolisa (pot), dapat bertambah apabila terdapat kondisi pot yang kurang baik (pot abnormal), misalnya temperatur yang selalu tinggi, sehingga terjadi pengikisan atau pelarutan dari dinding sel elektrolisa (pot). Kondisi operasi yang berbeda tersebut dapat membuat kandungan besi (Fe) dan silikon (Si) dari logam yang dihasilkan akan bervariasi. Pada potoperasi
normal kandungan pengotor terutama berasal dari bahan baku (Raw Material). Dengan demikian semua pengotor (oksidasi logam-logam) yang ada dalam alumina juga ikut terlarut. Secara teoritis oksida-oksida pengotor tersebut larut dalam bath dalam bentuk flourida dan okiflourida dan kemudian tereduksi menjadi logam-logamnya antar muka bath dengan aluminium metal, dimana akhirnya menjadi pengotor (dalam bentuk alloy) bagi aluminium metal yang dihasilkan. Misalnya oksida silikon (SiO2) dalam alumina akan tereduksi menjadi Si dan larut dalam bentuk alloy dengan A1 metal cair. Jika kadar besi dalam alumina terlalu tinggi , maka aluminium yang dihasilkan menjadi rapuh dan susah dibentuk, itulah pengaruhnya dalam produk aluminium yang dihasilkan.
2.5.1
Sumber-sumber zat pengotor Besi (Fe) dan Silikon (Si) didalam
Alumnium cair yang dihasilkan. Kenaikan zat pengotor Besi (Fe) dan Silikon (Si) dapat mempengaruhi kenaikan noise. Noise adalah voltase yang naik turun yang menyebabkan ketidakstabilan arus antara anoda yang menyebabkan timbulnya goncangan metal.
Sumber-sumber zat pengotor Besi (Fe) berasal dari: 1. collecto bar 2. stub anoda
3. teeth blade sedangkan sumber-sumber zat pengotor Silikon (Si) berasal dari side wall dan material alumina itu sendiri. Beberapa faktor yang menyebabkan terjadinya noise antara lain: 1.kurangnya alumina di dalam pot reduksi. 2. terdapatnya banyak lumpur di dalam pot reduksi 3. terdapatnya kerak di dalam pot reduksi yang mengganggu kestabilan operasi pot.
2.6
Pengendalian Kadar Silikon dan Besi dalam Bahan Baku Alumina
Terhadap Mutu Produk Aluminium Pengaruh silikon dan besi dalam alumina terhadap produk aluminium secara khusus akan di amati melalui penelusuran data kandungan silikon dalam alumina yang kemudian dibandingkan/dievaluasi terhadap persentase pengotor yang sama dalam poduk aluminium ingot. Setelah mengetahui pengaruh kadar silikon dan besi, akan diamati bagaimana PT Inalum melalkukan proses pengendalian kualitas alumina terutama dalam hal pengotor silikon dan besi. Pengamatan terhadap pengendalian tersebut dilakukan mulai saat kedatangan alumina dengan kapal sampai dengan analisisnya secara kimia di laboratorium PT. Inalum.
Alumina yang datang dari kapal dimasukkan ke dalam silo (gudang) alumina melalui belt conveyer sebanyak 20.000 ton. Bahan baku alumina tadi ada yang lansung diperoses untuk menghasilkan produk (aluminium), dan ada juga yang dianalisis di laboratorium untuk diinspeksi (dikonfirmasi) Inspeksi alumina ini dilakuakan dengan 3 cara yaitu : a. Visual Cara visual ini adalah menganalisa apakah alumina basah/lembab dan kotor. b. C/A ( Certivicate Of Anssurance ) c. Analisa Kimia Cara ini dilakukan terhadap alumina Suppiler, inalum untuk Spee Contrak. Jika aluminium yang dihasilkan tidak sesuai dengan yang diharapkan tidak sesuai dengan yang diharapkan. Misalnya kadar besinya terlalu tinggi, Maka akan ditambahkan (dicampurkan) adalah dalam bentuk serbuk. Jika tidak dapat terpenuhi, maka salah satunya tindakan dengan menurunkan grade alumina yang akan dihasilkan. (George L. Harun A.R.1986)
