BAB II TINJAUAN PUSTAKA. Orang pertama yang telah berhasil memisahkan aluminium adalah H.Davy yaitu pada tahun

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Sejarah Aluminium

Orang pertama yang telah berhasil memisahkan aluminium adalah H.Davy yaitu pada tahun 1808. Pada tahun 1825 Oersted dapat menghasilkan aluminium yang lebih murni dengan jalan memanaskan natrium amalgama dan natrium aluminium klorida. Pada tahun 1854, Henari Saint Clavil Deauville memproduksi aluminium dari natrium aluminium klorida dengan pemanasan menggunakan logam natrium sebagai katalisator. Proses ini telah berlangsung kurang lebih 35 tahun.

Pada tahun 1886 Charles Hall dari USA menghasilkan aluminium dari proses elektrolisa alumina yang dipisahkan dari campuran kriolit (Na3AlF6). Pada tahun yang sama Poult Heroult dari prancis mendapatkan hak paten dari negaranya untuk proses yang sama dengan Hall. Pada tahun 1983 kapasitas produksi aluminium dengan metode Hall-Heroult ini meningkat dan berkembang pesat.(Grjotheim , 1988).

Universitas Sumatera Utara

2.2 Aluminium

Aluminium ialah unsur melimpah ketiga terbanyak dalam kerak bumi (sesudah oksigen dan silicon), mencapai 8,2 % dari massa total. Bijih yang paling penting untuk produksi aluminium ialah bauksit, yaitu aluminium oksida terhidrasi yang mengandung 50 sampai 60 % Al2O3, 1 sampai 20 % Fe2O3, 1 sampai 10 % silikat sedikit sekali titanium, zirconium, vanadium, dan oksida logam transisi yang lain, dan sisanya 20 sampai 30 % adalah air. Bauksit dimurnikan melalui proses Bayer, yang mengambil manfaat dari fakta bahwa oksida alumina amfoter larut dalam basa kuat tetapi besi (III) oksida tidak. Bauksit mentah dilarutkan dalam natrium hidroksida

Al2O3 (s) + 2 OH (aq) + 3 H2O (l)

2 Al(OH)4 (aq)

Dan dipisahkan dari besi oksida terhidrasi serta zat asing tak larut lainnya dengan penyaringan (Oxtoby, 2003). Aluminium diperoleh dari jenis-jenis tanah liat tertentu (bauksit). Bauksit mula-mula dipisahkan lebih dahulu tanah-tawas murninya (oksida aluminium). Setelah itu pada oksida aluminium cair itu dikalsinasikan suatu prosedur elektrik. Oleh karena suhu lumer oksidaaluminium sangat tinggi yaitu 2050oC maka pengolahan aluminium sangat sukar. Logam aluminium mempunyai rumus kimia Al, mempunyai berat jenis 2,6 – 2,7 dengan titik cair sebesar 659 oC. Aluminium adalah logam lunak, dan lebih keras dari pada timah putih, tetapi lebih lunak dari pada seng. Warna dari aluminium adalah putih kebiru-biruan. Aluminium dapat dihasilkan melalui proses elektrolisis. Proses elektrolisis yang dikembangkan untuk produksi industrial adalah proses elektrolisis Hall-Heroult. Proses


tersebut merupakan elektrolisis larutan alumina (Al2O3) di dalam lelehan kriolit (Na3AlF6) pada temperature 960oC sehingga dihasilkan aluminium cair.

Tabel 2.2 Sifat-sifat Fisik dan Kimia dari aluminium Item

Kualifikasi

Nomor atom

13

Nomor massa

26,9815

Bentuk Kristal (25oC)

Kubus pusat muka

Density

2,699 g/cm3

Struktur atom terluar

3S23P1

Titik leleh (1 atm)

660,1oC

Titik didih (1 atm)

2327 oC

Panas peleburan

94,6 kal/g

Panas jenis

0,280 kal/ g oC

(PT INALUM, 1988)

2.2.1. Mekanisme Proses Elektrolisa

Elektrolisis adalah peristiwa kimia yang melibatkan dua atau lebih spesies kimia yang berbeda, yang terjadi pada kedua elektroda (anoda dan katoda), dan berlangsung bila aliran listrik searah, DC (Direct Current), dialirkan kedalam suatu pelarut elektrolit. Reaksi yang terjadi pada persamaan adalah reaksi sebagai berikut :

2Al2O3 (s) + 3C (s)

4Al (l) + 3CO2 (g)


Mekanisme yang terjadi dalam proses tersebut adalah alumina diumpankan ke dalam elektrolit dan terpisah ion alumunium yang bermuatan positif (Al3+) dan ion oksigen yang bermuatan negatif (O2-). Arus searah dialirkan ke dalam tia-tiap sel, sehingga menggerakkan ion-ion menuju arah yang berlawanan. Ion oksigen bergerak kearah anoda, lalau bereaksi dengan karbon membentuk karbondioksida (CO2), sedangkan ion alumunium bergerak kearah katoda, lalu akan kehilangan muatannya membentuk alumunium (Al).

Reaksi alumina yang terjadi pada saat proses elektrolisa adalah sebagai berikut : 2Al2O3 (s) Reduksi (katoda)

: 4Al3+ + 12e

Oksidasi (anoda)

: 6O23C + 3O2

Total

: 2Al2O3 (s) + 3C (s)

4Al3+ (l) + 6O2+9g) 4Al 3O2 + 12e 3CO2

+

4Al (l) + 3CO2 (g)

Bahan baku dalam proses Hall-Heroult terdiri dari alumina, elektrolit, katoda dan anoda. Proses Hall-Heroult memproduksi aluminium dengan mereduksi aluminium dari bahan baku alumina dalam proses elektrolisis yang digerakkan oleh arus searah yang mengalir dari anoda ke katoda dengan kriolit sebagai elektrolit. Kedua elektroda yang digunakan terbuat dari bahan karbon.


Tabel 2.2 Sifat-sifat Fisik Material Karbon

Sifat Fisik

Satuan

Nilai

Nomor atom

-

6

Nomor massa

-

12,001

Titik cair

K

3823

Titik didih

K

4098

Densitas

Gr/cm3

2,267

Kecepatan

m/s

18350

Kekerasan

-

0,5

Isomer

-

2

(Donnet, 1976)

2.2.2. Sifat – Sifat dan Pemakaian Aluminium

Titik cair aluminium 660 0C dan titik didihnya 18000C. Untuk bahan penghantar kemurniannya mencapai 99,5 % dan sisanya terdiri dari unsur besi, silicon dan tembaga. Aluminium murni sangat lemah dan lunak ( tembaga lebih kuat dibanding aluminium), Untuk menambah kekuatan biasanya digunakan dengan menggunakan logam campuran. Aluminium lebih menguntungkan dibanding tembaga bila digunakan untuk hantaran yang tidak memerlukan penyekat (misalnya hantaran transmisi diatas tanah) sebab daya hantar panas/daya hantar listrknya kira-kira 60 % daya hantar listrik tembaga sehingga untuk mendapatkan tahanan yang sama dengan tembaga (yang panjang dan penampangnya sama) dibutuhkan penampang 60 % lebih besar namun demikian beratnya sangat ringan dibanding tembaga.


Aluminium adalah logam yang sangat ringan (berat jenis aluminium 2,56 atau 1/3 berat jenis tembaga) dan tahanan jenis 2 X 10-8 atau 1,25 kali tahanan jenis tembaga, sifat tahan tarik aluminium dalam keadaan dingin 17-20 kg / mm2. Oleh sebab itu aluminium hanya dapat dipakai untuk lebar tegangan yang pendek, Untuk tegangan yang panjang dipakai kabel aluminium (beberapa kawat yang dipilih) dengan kawat baja sebagai intinya. Aluminium tidak baik untuk dipatri, tetapi dapat dilas, las dapat menyebabkan tegangan tariknya menjadi turun karena panas yang ditimbulkan. Oleh karena itu hantaran tegangan aluminium dengan sambungan patri atau las harus diberikan jepitan. Aluminium yang tipis sekarang dapat menggantikan kertas perak (yang dipakai antara lain pada kondensor). Aluminium juga biasanya dipakai untuk chasis pesawat radio. Barangbarang aluminium dapat terlapis oleh oksida aluminium. Dalam udara terbuka dapat melindungi bagian bawah aluminium dari zat asam dan mencegah oksidasi lebih lanjut. Lapisan ini merupakan tahanan yang sangat tinggi (Sumanto, 1994)

2.3. Produksi Aluminium

Aluminium merupakan logam yang sangat reaktif yang memiliki energi tinggi terhadap ikatan kimia dengan oksigen, dibandingkan dengan kebanyakan logam lainnya. Maka sulit untuk dipisahkan dari bijih, seperti bauksit, karena energi yang diperlukan untuk mereduksi aluminium oksida (Al2O3). Misalnya, dengan pengurangan langsung karbon, seperti yang digunakan untuk memproduksi besi, karena aluminium zat lebih kuat yang digunakan untuk mengurangi karbon.


Aluminium oksida memiliki titik lebur sekitar 2000 0C. Oleh karena itu, pemisahannya harus melalui proses elektrolisa. Dalam proses ini, aluminium oksida ditaburkan dan mencair di dalam larutan kriolit dan kemudian jumlah aluminium oksida dikurangi dengan menggunakan logam murni. Operasional suhu pengurangan sel adalah sekitar 950-9800C. Kriolit (Na3AlF6) adalah senyawa kimia dari aluminium, sodium, dan kalsium fluorida. Dalam produksi Aluminium digunakan bahan baku, yaitu :

2.3.1. Elektrolit

Kriolit adalah elektrolit yang banyak dipilih karena kriolit kapasitasnya yang khas sebagai pelarut dari alumina. Elektrolit tidak bereaksi selama proses elektrolisis tetapi beberapa hilang karena proses penguapan dan hidrolisa. Temperatur elektrolit selama operasi pot normal adalah antara 9550C dan 965 0C. 2.3.2. Alumina

Alumina merupakan bahan baku di dalam proses elektrolisa dan digunakan sesuai dengan keseimbangan stoikiometri, yang banyaknya mencapai 1,89 Kg dalam suatu massa. Alumina mempunyai morfologi bubuk berwarna putih dengan berat molekul 102, titik lelehnya pada suhu 20500C dan specific gravity 3,5 - 4,0 gr/cm3. Alumina diproduksi dalam jumlah besar setiap tahun akan digunakan untuk membuat logam aluminium. Dalam tahun 1980, 90 % dari bahan bakunya, bauksit didatangkan ke Amerika Serikat, Republik Dominika, Suriname, Guyana, dan Australia merupakan Negara sumber impor buksit ke Amerika Serikat. Konsumsi total meliputi 15,6 x 106 ton, kira – kira 96 % diantaranya digunakan untuk produksi alumina. Pengguna lainnya adalah untuk abrasive, pembuatan bahan kimia, dan serat keramik.


Alumina (Al2O3) merupakan senyawa oksida dari aluminium yang diperoleh dari proses pemurnian bauksit (Al2O3. x H2O) yang disebut sebagai Proses Buyer. Proses ini terbagi ke dalam 3 tahap yaitu : 1. Proses ekstraksi memakai sodium hidroksida (NaOH) 2. Proses pengendapan (presipitasi) alumina trihidrat 3. Proses kalsinasi pada temperature 12000C

2.3.3. Katoda

Katoda adalah elektroda dengan muatan listrik negatif pada proses elektrolisis. Ditinjau dari bahan baku dan proses pembuatannya, blok katoda dibagi dalam empat jenis yaitu : 1. Blok katoda amorphous, bahan bakunya antrasit, dipanggang pada temperature 12000C 2. Blok katoda semigraphiti, bahan bakunya grafit, dipanggang pada temperature 12000C 3. Blok katoda semigraphitized, bahan bakunya grafit, mengalami proses heat treatment sampai temperature 23000C. 4. Blok katoda graphitized, bahan bakunya kokas, mengalami proses grafitasi sampai temperature 30000C

Pemilihan jenis katoda ditentukan oleh desain pot dan arus listrik yang digunakan. Pada pot jenis PAF (Prebaked Anoda Furnace) dengan arus listrik yang tinggi, biasanya digunakan blok anoda graphitized.


Reaksi utama yang terjadi di dalam katoda adalah reaksi penangkapan elektron oleh ion aluminium (Al3+) menjadi aluminium (Al), ini diperlihatkan menurut persamaan reaksi sebagai berikut : Al3+ (s) + 3e-

Al (l)

2.3.4. Anoda Karbon

Anoda adalah elektroda dengan muatan listrik positif dalam proses elektrolisa. Anoda merupakan elektroda tempat terjadinya reaksi oksidasi (sebagai reduktor). Anoda yang digunakan pada proses Hall-Heroult adalah anoda karbon. Karbon yang merupakan bahan dasar pembentuk anoda akan diubah menjadi karbon dioksida selama proses elektrolisis alumina menjadi alumunium, anoda karbon juga berfungsi sebagai penghantar arus listrik menuju katoda melalui elektrolit. Karbon merupakan bahan baku pembuatan anoda yang terdiri dari coke, butt, dan green scrap sebagainfilter serta hard pitch sebagai binder. Tujuan pembuatan anoda di PT. INALUM adalah untuk menyediakan kebutuhan sumber anoda karbon bagi keperluan proses peleburan alumunium dimana anoda sangat mempengaruhi kualitas alumunium yang dihasilkan. Anoda yang digunakan pada peleburan alumunium sesuai dengan proses HallHeroult merupakan material karbon. Berdasarkan keperluan anoda untuk proses peleburan alumunium, jenis pot reduksi dibagi menjadi dua jenis yaitu : 1. Sodenberg Anode Furnace (SAF) 2. Prebaked Anode Furnace (PAF)

SAF adalah sistem pot yang menggunakan anoda pasta tercetak dalam bentuk briket. Anoda pada sistem ini secara berkesinambungan dan pemanggangan pasta anoda berasal dari


panas yang ditimbulkan oleh bath dan dialiri arus listrik pada anoda jenis ini mengalir secara vertikal. Keuntungan SAF adalah : 1. Tidak diperlukannya adanya baking plant dan rodding plant 2. Radiasi sinar panas bagian atas anoda lebih kecil dibandingkan PAF 3. Tidak diperlukan penggantian anoda

PAF adalah sistem pot yang menggunakan anoda pasta yang dicetak dan dipanggang (baked) di Anode Baking Furnace pada temperatur 1100-1200 oC. Anoda panggang (Baking Block), kemudian diberi tangkai (rod) yang berfungsi sebagai penyangga dan penghantar arus listrik dalam proses elektrolisa. Keuntungan PAF adalah : 1. Dapat dibuat dalam ukuran besar 2. Kemudian pelaksanaan operasi yaitu dengan mekanisasi dan otomisasi 3. Pemakaian listrik yang lebih kecil dibandingkan dengan SAF 4. Kondisi ruangan kerja lebih baik 5. Konsumsi karbon lebih rendah dibandingkan dengan SAF (Grjotheim,1988) 2.4. Proses Pembuatan Anoda

Anoda adalah bahan yang digunakan untuk memisahkan aluminium dari alumina dengan proses elektrolisa. Pembuatan anoda dilakukan dengan beberapa tahap: 1. Proses pencetakan anoda ( Green Plant )


2. Proses pemanggangan anoda ( Baking Plant ) 3. Proses penangkaian anoda ( Rodding Plant ) 2.4.1. Green Plant

Green plant adalah pabrik pembuatan anoda mentah (green anoda block) untuk kebutuhan proses elektrolisa di pot reduksi. Proses pembuatan anoda mentah menggunakan beberapa bahan baku, antara lain:

a. Kokas (coke) Kokas adalah bahan yang digunakan untuk membuat anoda yang berasal dari sisa-sisa destilasi batu bara dan minyak bumi. Dalam pembuatan anoda dilakukan pengayakan sehingga kokas terbagi atas ukuaran fisiknya yaitu: a. Kokas dengan ukuran 18-5 mm disebut kokas kasar 1(C1) b. Kokas dengan ukuran 5-1mm disebut kokas kasar 2 (C2) c. Kokas dengan ukuran 1-0,2 mm disebut kokas medium d. Kokas dengan ukuran dibawah 0,2 mm disebut fine Kokas yang digunakan sebagai bahan baku pembuatan anoda tersusun dari beberapa material. Pemakaian kokas ini dicampur dengan presentase yang tepat agar kualitasnya bagus.


Tabel 2.4 Spesifikasi minyak kokas NO

Parameter

unit

Guaranted Valev HS

LS

1

Real Density

g/cc

- 2,06

- 2,06

2

Fixed Carbon

%

- 99,60

- 99,30

3

As Content

%

+ 0,25

+ 0,25

4

Collatile Meter

%

+ 0,45

+ 0,45

5

Mousture Content

%

+ 0,3

+ 0,3

6

Chemical Analysis %

2-3

0,5 -1

Panadium

ppm

+ 225

+ 100

Nikel

ppm

+ 250

+ 250

Silikon

ppm

+ 250

+ 250

Iron

ppm

+ 250

+ 300

Sodium

ppm

+200

+ 250

Calcium

ppm

+ 125

+ 125

Chaiser Methode (8-14 mesh)

g/cc

- 0,80

- 0,80

GLCC Methode (20-48 mesh)

g/cc

- 0,84

- 0,84

2. Tapped Bulk Density (0,84-1,41 mesh)

g/cc

- 0,85

- 0,85

Sulfur

7

Bulk Density 1. Vibrated Bulk Density

8

Particle size 4 mesh over

%

30-45

30-45

9

CO2 Reactivity lose (1000 oC)

%

+ 15

+ 15

10

Air Reactivity at 525 oC

%/min

+ 0,30

+ 0,2

11

Grand Stability

%

- 84

- 84

12

Spesific Electrical Resistant

Micro ohm meter

+ 500

+ 500


Tabel 2.4 Spesifikasi kokas pitch NO

Parameter

Unit

Guaranted Valev LS

1

Real Density

g/cc

- 0,2

2

Fixed Carbon

%

- 99,10

3

As Content

%

+ 0,4

4

Collatile Meter

%

+ 0,5

5

Mousture Content

%

+ 0,3

6

Chemical Analysis %

+1

Panadium

Ppm

+ 50

Nikel

Ppm

+ 20

Silikon

Ppm

+ 450

Iron

Ppm

+ 200

Sodium

Ppm

+ 200

Calcium

Ppm

+ 150

Chaiser Methode (8-14 mesh)

g/cc

- 0,85

GLCC Methode (20-48 mesh)

g/cc

- 0,9

2. Tapped Bulk Density (0,84-1,41 mesh)

g/cc

- 0,9

Sulfur

7

Bulk Density 1. Vibrated Bulk Density

8

Particle size 4 mesh over

%

30-45

9

CO2 Reactivity lose (1000 oC)

%

+ 10

10

Air Reactivity at 525 oC

%/min

+ 0,52

11

Grand Stability

%

85

12

Spesific Electrical Resistant

Micro ohm meter

+ 50


b. Coal Tar Pitch (CTP)

CTP disebut juga dengan binder yang berfungsi sebagai perekat hingga terbentuk pasta. Kualitas CTP yang rendah akan menurunkan kualitas Block anoda yang menyebabkan berkurangnya efisiensi, terganggunya operasi reduksi aluminium ,bertanbahnya pengotor (impurities). Tabel 2.4 Spesifikasi dari CTP (Coal Tar Picth)

No

Parameter

Unit

Guaranter Value

1

Softening Oil

o

C

111-117

2

Fixed Carbon

%

- 60

3

As Content

%

+ 0,30

4

Toluen Insoluble

%

- 36

5

Quiline Insoluble

%

8-15

6

Spesific Grafity

g/cc

- 1,30

7

Distillation test %

+6

Sodium

Ppm

+ 180

Calcium

Ppm

+ 80

Silikon

Ppm

+ 400

Iron

Ppm

+ 400

F.D 0-369oC 8

Chemical Analysis


c. Butt ( Puntung anoda ) Butt adalah sisa anoda setelah digunakan dalam proses reduksi peleburan aluminium ditungku reduksi. Butt terbagi atas dua ukuran fisiknya,yaitu: a. Butt dengan ukuran 18-3 mm b. Butt dengan ukuran < 3mm d.Green skrap Green skrap adalah hasil daur ulang dari produk-produk yang tidak memenuhi standart mutu anoda yang digunakan untuk proses elektrolisa. Green skrap ada dua jenis yaitu: a. Pasta yang belum layak dicetak karena tidak memenuhi spesifikasi. b. GB yang rejected misalnya porosity, retak,tinggi yang tidak sesuai,sompel,dan pecah.

Selain menggunakan bahan baku diatas pembuatan anoda juga menggunakan minyak. Minyak yang digunakan antara lain:

1. Minyak Marlotherm Minyak Marlotherm adalah minyak yang digunakan

untuk memanaskan CTP.

Minyak marlotherm juga digunakan sebagai media pemanas preheater,dan kneader.

2. Minyak Heavy Oil Minyak ini digunakan untuk memanaskan minyak Marlotherm. Selain itu juga digunakan untuk bahan bakar pada saat proses pemanggangan GB(Green Block) 2.4.2 Baking Plant


Baking plant adalah tempat untuk memanggang green block (anoda mentah) yang berasal dari green plant. Tujuan pemanggangan untuk mengkalsinasi pitch yang ada didalam green block (GB) yang kemudian pitch tersebut akan membentuk ikatan dengan kokas dan butt. Bahan baku utama anoda panggang (BB) adalah blok anoda mentah yang dihasilkan oleh green plant.

Pabrik pemanggangan terdiri dari 2 gedung yaitu gedung A dan gedung B. Gedung A terdiri dari 2 bagian yaitu gedung A1 dan gedung A2. Demikian juga gedung B terdiri dari 2 bagian yaitu gedung B1 dan B2. Jumlah seluruh tungku pemanggangan dibaking plant adalah 106 tungku. Gedung pemanggangan(Baking Plant) mempunyai 7 rantai bakar : 1. Gedung A1 terdiri dari 2 rantai bakar 2. Gedung A2 terdiri dari 2 rantai bakar 3. Gedung B1 terdiri dari 2 rantai bakar 4. Gedung B2 terdiri dari 1 rantai bakar

Dimana 1 rantai bakar tediri dari 15 Furnace (tungku) dan khusus di B2, 1 rantai bakar untuk 16 furnace. Sistem pengaturan operasi firing adalah sebagai berikut : 1. 4 tungku tertutup : mengalami preheating 2. 3-4 tungku tertutup: mengalami firing 3. 2-3 tungku tertutup: mengalami cooling 4. 4 tungku terbuka : mengalami pengeluaran BB dan pemasukan GB serta perawatan tungku.

Proses pemanggangan anoda meliputi tiga tahap penting : 1. Preheating ( pemanasan awal )


Preheating merupakan pemanasan awal dengan temperatur

yang dimulai pada

temperature (150-250 ºC) hingga temperature (800-900ºC). Setelah mencapai temperatur tersebut, proses berlanjut ke tahap berikutnya. 2. Firing ( pembakaran ) and Soaking Tahap firing dimulai pada temperature (800-900 ºC) hingga mencapai temperatur (1225 – 1250 ºC) . Tahap soaking yaitu menjaga temperatur (1225 - 1250 ºC).

Tabel 2.4 Standar mutu Karakteristik anoda

Item

Satuan

Standar

Apprent Density

g/cc

1,575 (minimum)

Tahanan Jenis

µΩm

58 (maksimum)

Tahan Energi Listrik

J/m

250 (minimum)

Kekuatan Bengkok

Kg / cm2

110 (minimum)

Kekuatan Tekan

Kg / cm2

370 (minimum)

Reaktivitas Residu CO2

%

90 (minimum)

Reaktivitas Residu O2

%

88 (minimum)

g/cc

2,02 (minimum)

Density In Xylene

3. Cooling ( pendinginan ) Pada tahap ini BB (baked block) yang telah dipanggang mengalami pendinginan dari temperatur (1225 – 1250 ºC) sampai temperatur (300 - 400 ºC) Pada proses firing, tungku pemanggangan mendapatkan panas 1225 - 1250 ºC dengan bantuan alat pembakaran Bosch Pump. Didalam Bosch Pump terdapat minyak berat (Heavy


oil) yang akan membantu proses pemanggangan GB. Jumlah produksi anoda (BB) yang dihasilkan dapat dihitung dengan formula sederhana. BB production = H/Fp x n x Y x € Dimana : H adalah waktu (jam) dalam satu hari Fp adalah fire progression ( laju pembakaran dalam jam) n adalah jumlah anoda dalam 1 tungku Y adalah rantai bakar yang beroperasi € adalah efisiensi operasi pemanggangan (0,995%) Fire Progression 36 jam BB production = 24/36 x 75 x 30 x 2 x 0,995% = 2985 anoda panggang

2.4.3 Rodding Plant

Rodding plant adalah pabrik penangkaian anoda, dimana anoda baked block (BB) dirakit dengan dengan menggunakan cast iron hingga menjadi Anoda Assembly. Ditungku reduksi, anoda merupakan elektroda positif dalam proses elektrolisa sedangkan rod berfungsi sebagai penghantar listrik dari busbar ke anoda.

Pabrik penangkaian terletak pada tahap akhir produksi anoda untuk digunakan di tungku reduksi. Proses produksi di rodding Plant terdiri dari beberapa operasi yaitu


Drying

Graphite Coating

Rod Cleaning

Cast Iron

BB

Rod

Rod Reject Inspector

Casting

Rod

Anoda Assembly Aluminium

RRS

Thimble Thimble Breaking Press

AluminiumS pray

Thimble cleaning

Non Spray Rod + Thimble Anoda Assembly

Butt Breaking Press

Membawa butt ATC

Crush system

Reduction pot

Rod + Butt Crash Braker

Butt Cleaning

Buut system

S-403

Gambar 2.4. Proses Penangkaian Anoda di PT INALUM


1. Casting

Casting adalah proses penuangan besi tuang atau cast iron untuk menyambung rod dengan Baked Block (BB). Sebelum penangkaian anoda, rod dan lubang-lubang Baked Block (BB) dipanaskan terlebih dahulu. Lubang-lubang BB suhu 80ºC, dengan LPG untuk mencegah terjadinya percikan api pada saat penuangan cast iron atau besi tuang. Selanjutnya Blok anoda yang sudah dipanaskan lubang-lubangnya dipasangkan dengan rod assembly sudah dipanaskan juga. Kemudian besi tuang dituang ke celah antara tangkai dan lubang anoda.

2.

Induction Furnace

Induction Furnace merupakan dapur untuk memproduksi cast iron. Cast iron merupakan paduan besi dan karbon. Dimana persentase dari karbon tersebut mencapai 3-4 %. Cast iron diproduksi didalam Induction Furnace (IF-401) dengan temperatur 1360°C selama 20 menit. Kapasitas dari Induction Furnace tersebut mencapai 3,5 ton. Rodding Plant mempunyai 3 unit Induction Furnace, dimana 2 unit untuk operasi dan 1 unit stand-by.

Bahan baku dari cast iron ini terdiri dari : 1. Recycle Cast Iron 2. Pig iron 3. Additive material yang terdiri dari Ferro silikon. Ferro mangan, Ferro posfor, dan kokas


Tabel 2.4 Komposisi material cast iron:

Jenis Material

Berat Material I (kg/charge)

Berat Material II (kg/charge)

Recycle Cast iron

400

500

Pig iron

22,7

28,3

Ferro Silikon (Si)

3,3

4,3

Ferro Mangan (Mn)

1,1

1,8

Ferro Posfor (P)

1,1

1,8

Kokas (C)

2,2

2,9

430,4

539,1

Total

Bahan baku tersebut akan dimasukkan kedalam Induction Furnace (IF-401), setelah mencapai temperatur 1360°C cast iron dituangkan kedalam leadle dimana kapasitas ladle adalah 250 kg/ladle. Penuangan cast iron dilakukan sebanyak 2 ladle/times. Setelah penuangan 2 ladle, pemasukan material langsung dilakukan ke Furnace tersebut.

Tabel 2.4 Standar kualitas besi tuang

Komponen

Nilai (%)

Keterangan

Karbon

> 3,5

Karbon ditemukan sebagai sementit (Fe3C) dan garfit. Sementit menyebabkan besi tuang menjadi keras, sedangkan grafit menyebabkan besi tuang menjadi lunak.

Silikon

2 ± 0,1

Mangan

0,5 – 0,7

Mangan berfungsi untuk mengikat slag. Kelebihan mangan dapat meningkatkan sementit yang terbentuk dan mempengaruhi terbentuknya grafit.

Posfor

1,0 ± 0,1

Posfor

Silikon membuat aliran besi tuang menjadi lebih baik.

menurunkan

titik

lebur

besi

tuang

dan


memperbaiki aliran besi tuang. Kelebihan posfor menyebabkan besi tuang menjadi rapuh, mudah retak Belerang

< 0,05

Sulfur menghambat terjadinya kristal grafit. Sulfur yang larut dalam besi tuang akan meningkatkan titik lebur.

Apabila tungku tidak beroperasi maka tungku diberi sekam padi (chaff) untuk menjaga suhu furnace (tungku) agar tidak cepat turun.

3. Aluminium Spray

Anoda Assembly akan dilapisi aluminium spray. Pelapisan ini bertujuan agar tidak terjadi kontak dengan udara yang mengakibatkan terjadinya oksidasi. Sisi bawah anoda tidak dilapisi dengan aluminium spray karena pada waktu proses reduksi bagian bawah anoda langsung dicelupkan kedalam bath (larutan elektrolit).

Alumina cair diangkut dari reduksi dengan menggunakan Metal Transport Car (MTC) dan dimasukkan ke dalam Holding Furnace (HF-401). Aluminium cair di dalam HF-401 ditambahkan flux untuk mengikat kotoran-kotoran metal agar mudah untuk dipisahkan atau dibuang.Temperatur tungku dijaga pada temperatur 820º C. Alumina Cair dituangkan kedalam Aluminium Coating (AC-401) dan dialirkan melalui Elektrik Magnetik Pump (EMP), dan pada saat alumunium cair tercurah udara tekan dihembuskan untuk menyepray permukaan anoda. Jumlah aluminium yang digunakan ± 12 kg/anoda assembly.

4. Anode Transport Car (ATC)


Anode Transport Car (ATC) adalah kendaraan khusus yang digunakan untuk mengirimkan anoda assembly ke gedung reduksi dan mengambil butt assembly dari gedung reduksi. Anoda assembly yang tergantung di rantai Power &Free Conveyor di stasiun LO-401 akan diturunkan ke atas ATC untuk dikirim ke gedung reduksi sesuai dengan permintaan gedung reduksi. Capasitas ATC sebanyak 4 pcs/unit/trip. Dalam satu shift rodding mengirimkan anoda assembly rata-rata sebanyak 228 buah dengan 5 unit ATC yang beroperasi. Rakitan butt assembly yang diangkut oleh ATC kemudian digantung di P&F Conveyer di stasiun LO-401 yang kemudian akan diproses lebih lajut pada Crust& Butt System.

5. Crust dan Butt System

Crust dan butt system adalah proses daur ulang crust dan butt yang diterima dari gedung reduksi. Crust dan butt dipisahkan di CB-401 dengan menggunakan Crush Breaker. a. Crust System Crust yang berada diatas butt dipisahkan dengan Crush Breaker (CB-401 A/B). Crust yang telah pisah dari butt jatuh ke Belt Conveyer (BC-401) dan dibawa ke Belt Conveyer (BC403) hingga masuk ke Crusher (CR-401) dan dihancurkan. Pemecahan Crust berfungsi untuk memecah crust menjadi ukuran 50mm dan 30mm. Crust kemudian diteruskan ke Gizzy Fidder (GF-401) untuk memisahkan Alumunium metal. Return crust masuk ke Bucked Elevator (BE-401) untuk dialirkan ke Siever (SR-401). Di Siever (SR-401) crust diayak untuk mendapatkan ukuran 30 mm dan 5 mm, untuk crust yang berukuran diatas 30 mm dimasukkan ke Silo (S-402) sedangkan untuk crust yang berukuran dibawah 5 mm dimasukkan ke Silo (S401) dan dihaluskan dengan Hummer Mill (HM 401 A dan HM 401 B). Return crust kemudian masuk ke Belt Compeyer (BC 404) dan masuk ke Silo (S-53).

b. Butt System


Butt dipecah hingga terlepas dari Rod-nya di Press (PR-401 dan PR 402). Pecahan butt jatuh ke Belt Conveyer (BC-405)

dan dialirkan ke Crusher (CR 402) untuk dilakukan

pemecahan terhadap butt dan dilanjutkan ke Bucked Elevator (BE 402) dan diayak di Siever (SR 402) sehingga dihasilkan ukuran 150 mm dan 80 mm. Butt yang berukuran diatas 80 mm di recycle ke Crusher (CR 402) untuk dipecah lagi sedangkan butt yang berukuran dibawah 80 mm dibawa ke Belt Compeyer (BC 406) untuk memisahkan logam-logam yang terdapat di dalam butt melalui Magnet Seprator (MS 402), kemudian butt yang dihasilkan dialirkan melalui Belt Compeyer (BC-407) untuk diisi ke Silo (S-403).

6. Press System

Butt Assembly yang telah terpisah dari Crust masuk ke Shot Balst (SH-401) untuk membersihkan crust yang masih lengket di butt dengan bantuan tembakan shot particle selama tiga kali putaran. Selanjutnya rakitan butt dibawa ke bagian Inspector (IS-401) untuk pemeriksaan kondisi butt. Dimensi dan ukuran butt diukur secara sampling sebanyak 30 % dari jumlah butt yang di terima. Oksidasi butt dan patahan butt diperiksa secara populasi. Di IS-401 butt dengan ketebalan kurang dari 350 mm dikirim ke pemecah butt Press (PR-401) sedangkan butt dengan ketebalan lebih dari 350 mm dikirim ke Press (PR-402). Sebelum dikirim ke PR-401 dibersihkan terlebih dahulu sisa crust yang masih menempel pada rakitan butt secara manual. PR-401 memecah butt secara vertical sedangkan PR-402 memecah butt secara horizontal.

Setelah butt lepas dari tangkai (rod), kemudian tangkai dikirim ke PR-403 untuk melepaskan recycle cast iron dari stub sebelah Rand dan PR-404 pada stub sebelah Blade. Recycle cast iron akan dibersihkan di SH-403 sebelum digunakan di Induction Furnice (IF). Rod kemudian dikirim ke Inspector (IS-402) untuk menentukan tangkai yang bagus atau


tangkai yang reject. Tangkai yang reject dikirim ke Rod Repair Shop (RRS). Tangkai yang masih dapat digunakan dikirim ke pembersih Shot Balst (SH-402) untuk dibersihkan dengan shot particle. Stub yang sudah bersih dicelupkan dengan grafit coating agar antara cast iron dan stubnya tidak susah untuk dilepaskan setelah di pakai di reduksi. Stub yang sudah dicelupkan selanjutnya dilakukan pemanasan awal di Preheater. Kemudian tangkai dikeringkan memakai Dryer (DR-401) sebelum dikirim ke casting. Pemanasan stub dilakukan dengan pemanas listrik selama 12 menit. Temperatur stub yang keluar dari Dryer (DR-401) sekitar 600C (PT INALUM, 2003)

2.5. Cast Iron Secara umum Besi Tuang (Cast Iron) adalah Besi yang mempunyai Carbon content 2.5% – 4%. Oleh karena itu Besi Tuang yang kandungan karbonnya 2.5% – 4% akan mempunyai sifat mampu lasnya (weldability) rendah. Karbon dalam Besi Tuang dapat berupa sementit (Fe3C) atau biasa disebut dengan Karbon Bebas (grafit). Perlu di ketahui juga kandungan fosfor dan sulfur dari material ini sangat tinggi dibandingkan Baja.

Komposisi pada besi tuang. Besi tuang biasa mengandung unsur-unsur sebagai berikut: Karbon : 3 – 4 % Silicon : 1 – 3 % Mangan : 0,5 – 1 % Belerang : < 0,1 %. Phospor : < 1%


2.5.1. Pengaruh unsur-unsur terhadap sifat-sifat besi tuang. Karbon yang berada dalam besi tuang berupa grafit atau besi karbid (sementit) yang rapuh. Bila besi tuang banyak mengandung sementit besi tuang menjadi rapuh dan sulit dimesin.

1. Silikon (Si) mempermudah pemisahan grafit. Si, cenderung membentuk besi tuang kelabu dan membuat besi tuang mudah dimesin. 2. Mangan (Mn) mencegah panggrafitan dan menggalakkan kestabilan sementit dan larut didalamnya. la membuat butir-butir halus yang perlitis dan mencegah pengendapan ferrit, dengan penambahan mangan akan didapatkan struktur perlit dan grafit yang menguletkan & menguatkan besi. 3. Belerang (S) menstabilkan sementit sehingga menyebabkan besi menjadi rapuh. 4. Phospor (P) mengurangi kelarutan karbon dan memperbanyak sementit,akibatnya besi menjadi keras dan rapuh. 5. Pengaruh kecepatan pendinginan. Jika didinginkan dengan cepat karbon akan dipaksa jadi sementit yang keras. Jika didinginkan dengan cepat karbon akan dipaksa jadi sementit yang keras. Jika didinginkan perlahan-lahan sementit terurai menjadi grafit

2.5.2. Macam-macam besi tuang a. Besi tuang putih. Namanya diambil dari warna bidang patahnya. Karbon berbentuk sementit yang keras sehingga besi menjadi keras.


Struktur logam dapat dilihat pada gambar 2.5

b. Besi tuang kelabu. Namanya diambil dari warna bidang patahnya. Jenis Besi Tuang ini sering dijumpai (sekitar 70% besi tuang berwarna abu-abu). Mempunyai graphite yang berbentuk flake. Sifat dari Besi Tuang ini kekuatan tariknya tidak begitu tinggi dan keuletannya rendah sekali (Nil Ductility). Karbon dalam keadaan bebas. Sifat mampu mesinnya baik. Struktur besi tuang kelabu dapat dilihat pada gambar 2.5

c. Besi tuang cil Besi tuang cil Ialah besi tuang yang permukaannya terdiri dari besi tuang putih dan bagian dalamnya terdiri dari besi tuang kelabu.


d. Besi tuang grafit bulat. Disebut juga besi tuang nodules. Dibuat dengan jalan mencampurkan magnesium, kalsium atau serium ke dalam cairan logam.Sifat-sifat kekuatan dan keliatan tinggi, tahan aus juga tahan panas.

e. Besi tuang inoculated. Dibuat dengan menambahkan. kalsium silikon yang dicampur sebelum penuangan guna menghasilkan butiran-butiran halus.Sifat-sifat permesinan diperbaiki. f. Besi tuang kelas tinggi. Mengandung sedikit karbon silikon dan grafit bebasnya lebih kecil dibandingkan dengan besi tuang kelabu.

g. Besi tuang mampu tempa. Dibuat dari besi tuang putih yang dilunakan dengan heat treatment. Struktur sementit dari besi tuang putih berubah menjadi ferrit dan perlit serta karbon yang ditemper mengendap. Sifat-sifat sangat baik jika dibandingkan dengan besi tuang kelabu tetapi harganya mahal.

h. Besi tuang nodular (nodular cast iron) Besi tuang nodular adalah perpaduan besi tuang kelabu. Ciri Besi tuang ini bentuk graphite flake dimana ujung – ujung flake berbentuk takik yang mempunyai pengaruh terhadap ketangguhan, keuletan dan kekuatan oleh karena untuk menjadi lebih baik, maka graphite tersebut berbentuk bola dengan menambahkan sedikit inoculating agent, seperti magnesium atau kalsium silicide. Karena Besi Tuang mempunyai keuletan yang


tinggi maka besi tuang ini di kategorikan ductile cast iron (Jan, 1979).

2.5.3. Dapur Cast Iron

Pada umumnya dapur tinggi digunakan untuk mengolah bijih-bijih besi untuk dijadikan besi kasar. Besi kasar yang dihasilkan oleh dapur tinggi diolah kembali kedalam dapur, untuk dijadikan baja atau baja tuang; juga besi tuang. Konstruksi dapur tinggi dapat dilihat pada gambar 2.5

Bahan yang digunakan dalam proses dapur tinggi untuk menghasilkan besi kasar dari dapur tinggi diperlukan bahan-bahan antara lain : Bijih besi, batu kapur, bahan bakar dan udara panas.

1. Bijih Besi.

Bijih besi didapat dari tambang setelah melalui proses pendahuluan. Bijih besi merupakan bahan pokok dari dapur tinggi.

2. Batu Kapur. Batu kapur digunakan untluk mengikat bahan-bahan yang ikut campur dalam cairan besi untuk menjadikan terak.


Proses pengikatan bahan yang ikut dalam cairan besi antara lain dapat dilihat pada reaksi kimia sebagai berikut :

CaCO3

CaO + CO2 (terak)

FeS + CaO + C

Fe + CaS + CO (terak)

P2O5 + 4CaO

(CaO)4P2O5 (terak)

Dengan adanya terak yang terletak di permukaan cairan-besi ini, terjadinya oksidasi oleh udara dapat dihindari. Sebagai bahan tambahan biasanya digunakan batu kapur (CaCO3) murni, kadang Pula dolomit yang merupakan campuran dari CaCO3 dan MgCO3.


3. Bahan Bakar. Bahan bakar yang diqunakan dalam proses dapur tinggi ialah kokas, arang kayu, juga antrasit,

4. Udara panas. Udara panas digunakan untuk mengadakan pembakaran dengan bahan bakar menjadi CO2 dan gas CO guna menimbulkan panas,juga untuk mereduksi bijih-bijih besi. Udara panas dihembuskan dengan maksud agar pembakaran sempurna, hingga kebutuhan kokas berkurang. Pemanasan udara dilakukan pada dapur pemanas cowper (Sylvia, 1972).

2.6. Pengendalian Kualitas Anoda

Pengujian kualitas dipabrik karbon meliputi pemeriksaan bahan baku (kokas, pitch, dan bola keramik) dan blok anoda. Standar operasi untuk pengukuran / pengujian mutu blok anoda menyangkut proses penentuan apparent density blok anoda mentah untuk mengetahui sifat fisik maupun kimia. Adapun ruang lingkup pengukuran/pengujian mutu blok anoda mentah dan blok anoda panggang meliputi : 1. Apprent Density Kerapatan diukur dari sampel kokas dengan ukuran 0,84 – 1,41 mm. Kerapatan dihitung dengan membandingkan massa sampel dan volume kokas setelah digetarkan.


2. Daya hantar listrik Daya hantar listrik mempengaruhi unjuk kerja anoda dalam proses elektrolisa alumina. Semakin kecil hambatan listrik yang dimiliki oleh anoda, kehilangan arus listrik akan semakin kecil. 3. Daya Hambat listrik Daya hambat listrik mempengaruhi unjuk kerja anoda dalam proses elektrolisa alumina. Semakin kecil hambatan listrik yang dimiliki blok anoda, kehilangan arus listrik semakin kecil. Pengukuran kekuatan lentur anoda dilakukan dengan mengukur berat beban yang dapat ditahan oleh anoda hingga anoda tersebut patah. Kekuatan tekan diukur dengan menggunakan gaya anoda hingga anoda pecah. Nilai kekuatan tekan dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut : Cs = P/A dimana : Cs = kekuatan tekan P = berat beban A = Luas penampang (cm2) 4. Reaktivitas terhadap O2 Reaktivitas terhadap O2 adalah parameter yang menyatakan seberapa banyak anoda karbon yang hilang karena bereaksi dengan gas O2. Dengan adanya reaksi ini maka konsumsi anoda karbon akan meningkat sehingga menurunkan efisiensi proses elektrolisa (Hume, 1999).


BAB II TINJAUAN PUSTAKA. Orang pertama yang telah berhasil memisahkan aluminium adalah H.Davy yaitu pada tahun

Recommend Documents