BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Aluminium Aluminium adalah logam ringan
yang cukup penting peranannya dalam
kehidupan manusia. Aluminium merupakan unsur kimia golongan IIIA dalam sistem periodik unsur. Aluminium memiliki nomor atom 13 dan berat atom 26,9815 sma. Dalam udara bebas aluminium mudah teroksidasi membentuk lapisan tipis oksida yaitu Al2O3 yang tahan karat. Aluminium bersifat amfoter yang terkorosi dalam larutan asam maupun basa, tetapi pada pH 4-8 bersifat stabil. (Anton J Hartono,1992) Di dalam dunia usaha logam, ada dua logam ringan yang digunakan secara tersendiri : aluminium dan magnesium. Aluminium adalah logam yang paling banyak digunakan setelah baja. Logam ini ditemukan pada tahun 1827 oleh seorang kimiawan Jerman Friedrich Wohler. Aluminium umumnya ditemukan di atas bumi dalam bentuk senyawa kimia, dan tidak pernah ditemukan dalam keadaan murni. Bahan dasar terpenting untuk pembuatan aluminium ialah bauksit, Bauksit ditemukan dalam bermacam-macam warna, antara lain putih, merah, kuning dan lainlain. Di Eropa, bauksit banyak ditemukan di Prancis Italia, Rusia dan Hongaria. Bauksit juga banyak ditemukan di Afrika, Amerika, Asia, dan Australia. Melalui proses elektrolisa diperoleh derajat kemurnian sebesar 99,8%. Dari aluminium murni ini dihasilkan aluminium 99,998% melalui suatu elektrolisa khusus (elektrolisa tiga lapis).
Universitas Sumatera Utara
Beberapa sifat dari aluminium murni yaitu berat jenisnya rendah sekitar 2,7 kg/dm3, berwarna putih seperti perak, mengkilap, memiliki daya hantar panas listrik yang baik, ketahanan karatnya tinggi. Aluminium menyelaputi diri di udara dengan sebuah lapisan oksida (pelindung) yang tidak mudah dirusak. Aluminium tidak tahan terhadap alkali dan asam. Karena kekerasannya rendah, aluminium kurang baik untuk diubah bentuk dengan penyerpihan dan cederung untuk melumas. Untuk ini diperlukan sudut serpih yang besar, kecepatan sayat yang tinggi dan bahan pelumas yang cocok. Aluminium sangat lunak dan mudah diregangkan sehingga mudah diubah bentuk dalam keadaan dingin dan panas. Dengan penggilingan dapat dihasilkan selaput setebal 0,004mm. Melalui pemartilan bahkan dapat dicapai ketebalan 0,0005mm. aluminium dapat disolder dan dilas begitu saja. Untuk ini diperlukan bahan pelumer dan bahan las. Aluminium tidak beracun dan tidak magnetis, merupakan reflektor (pemantul balik) yang baik untuk panas, cahaya dan gelombang-gelombang elektromagnetis. Di dalam elektroteknik, disamping berbagai macam paduan aluminium dalam bentuk lembaran, pipa, batang, benda tuangan, dan profil untuk bahan konstruksi dan sambungan, aluminium dipakai pula dalam jumlah besar sebagai bahan penghantar aluminium. Dalam bentuk tali baja-aluminium digunakan untuk transmisi tegangan tinggi dengan pembebanan mekanis tertinggi. Kawat baja yang dilapis seng dan dipersatukan secara kokoh dengan aluminium dapat menghasilkan penghantar arus yang memiliki ketahanan yang tinggi.. Di dalam perakitan kabel, aluminium digunakan sebagai penghantar nol (netral). Pada batang penghantar arus, aluminium
Universitas Sumatera Utara
yang digabungkan dengan tembaga berpenampang menghasilkan lebih panas yang baik, dan biayanya dapat dihemat hingga 50%. Lilitan dari aluminium di dalam mesin listrik pada umumnya membutuhkan penmpang yang lebih besar daripada yang terbuat dari tembaga. Tetapi oksidasi anodis menghasilkan lapisan luar yang sangat menyengat, tahan panas dan tipis. Dengan selubung oksid ini penghantar aluminium mencapai tebal yang sama dengan tebal sebuah penghantar tembaga beserta penyekatnya pada nilai hantaran yang setara. (Gruber, K.,1977)
2.2. Sejarah Aluminium Aluminium pertama sekali ditemukan sekitar 160 tahun yang lalu dan mulai diproduksi secara industri sekitar 90 tahun yang lalu. Sejarah penemuan aluminium dapat diuraikan sebagai berikut : 1. Pada tahun 1782, seorang ilmuwan Prancis bernama Lavoiser telah menduga bahwa aluminium merupakan logam yang terkandung dalam alumina 2. Pada tahun 1807, seorang ahli kimia Inggris bernama Humphrey Davy berhasil memisahkan alumina secara elektrokimia. Logam yang diperoleh dari pemisahan ini adalah aluminium 3. Pada tahun 1821, bauksit ditemukan di kota Lesbaux wilayah Prancis Selatan. 4. Pada tahun 1825, seorang ahli kimia Denmark, Orsted berhasil memisahkan aluminium murni dan stabil dengan cara memanaskan aluminium klorida dengan kalium amalgam dan kemudian memisahkan merkurinya dengan destilasi.
Universitas Sumatera Utara
5. Pada tahun 1886, seorang mahasiswa dari Oberlin Collage di Ohio Amerika Serikat yang bernama Charles Martin Hall menemukan bahwa aluminium dapat dihasilkan dengan cara melarutkan alumina (Al203) dalam larutan kriolit (Na3AlF6) pada temperatur 960oC dalam bentuk kotak yang dilapisi logam karbon dan kemudian melewatkan arus melalui rung tersebut. Pada tahun yang sama seorang ahli kimia berkebangsaan Prancis bernama Paul Heroult menemukan proses yang sama dengan penemuan Charles Martin Hall, sehingga cara menghasilkan aluminium seperti ini disebut proses Hall-Heroult 6. Pada tahun 1888, seorang ahli kimia Jerman yang bernama Karlf Josept Bayern menemukan cara menghasilkan alumina dari bauksit dengan cara pelarutan kimia, cara menghasilkan alumina seperti ini disebut dengan Proses Bayer (Jodi B J .,1992) 2.3. Proses Pengolahan alumina Bauksit merupakan sumber utama alumina dengan kadar sekitar 40-60% dan sisanya berupa silikon, titania, oksida, besi dan pengotor lainnya. Alumina merupakan bahan baku utama dalam bentuk bubuk putih
untuk memproduksi
aluminium. Alumina diperoleh dari bauksit melalui proses bayer, alumina yang diperoleh dari proses bayer ini
mempunyai kemurnian yang tinggi dan dengan
konsumsi energi yang rendah. Proses pengolahan alumina dari bauksit dengan proses bayer dilakukan dengan proses kimia. Proses ini diawali dengan melarutkan bauksit ke dalam natrium hidroksida Al203.xH2O + 2NaOH 2NaAlO2 + (X +1) H2O
Universitas Sumatera Utara
Selanjutnya dilakukan pengendapan, sehingga 2NaAlO2 + 4 H2O + kalor Al203 + 3 H2O dengan temperatur kalsinasi sekitar 1250oC Alumina yang telah diperoleh dari proses bayer tersebut selanjutnya diproses untuk memperoleh aluminium. Proses yang dilakukan merupakan proses HallHeroult. Prinsipnya adalah mereduksi alumina dengan melalui proses elekrolisa. Karena alumina sangat sulit untuk dilarutkan dalam pelarut biasa, maka kriolit (Na3AlF6) digunakan sebagai elektrolitnya. Peleburan aluminium melalui reduksi alumina yang dilakukan secara elektrolisis dalam larutan elektrolit pada temperatur 960oC. Dengan mengalirkan arus searah ke dalamnya melalui dua elektroda yaitu anoda dan katoda sehingga akan terjadi proses elektrolisa yang akan menghasilkan aluminium cair. (Burkin A R.,1987) 2.4 Jenis Sel yang digunakan dalam proses Hall-Heroult Ada dua jenis sel yang digunakan dalam proses Hall-Heroult, yaitu sel yang menggunakan
seperangkat
anoda
yang
telah
dipanggang
terlebih
dahulu
(prapanggang) dan anoda yag memanggang sendiri (swapanggang) atau sering disebut anoda Soderberg. Pada kedua jenis anoda ini, anodanya disuspensi dari superstruktur yang menjulur keluar melalui lubang sel dan dihubungkan dengan batangan penghantar anoda yang dapat bergerak sehingga sisi vertikalnya dapat diukur. Blok-blok anoda yang prapanggangg dibuat dari campuran kokas migas kalsinasi berkadar abu rendah dengan pitch atau ter dan dicetak dalam press hidraulik,kemudian dipanggang sampai suhu 1100oC.
Universitas Sumatera Utara
Sel anoda soderberg mempunyai anoda tunggal yang besar yangmengisi sebagian besar lubang sel. Anoda itu ditempatkan di dalam rumahan baja yang terbuka, yang mempunyai dinding vertical.Anoda itu dipasangkan melalui rumahan tersebut ke dalam kriolit. Pada waktu sel itu dioperasikan untuk pertama kali, suhunya dinaikkan dengan menggunakan pemanasan tahanan listrik sampai mencapai suhu operasi., anoda itu kemudian dihubungkan dengan lapisan partikel kokas pada dasar lubang sel. Arus listrik kemudian dilewatkan melalui sel yang mengalami hubungan singkat itu sampai mencapai suhu yang dikehendaki. Bahan elektrolit ditambahkan melalui lubang sel disekitar anoda. Pada waktu bahan ini berangsurangsur melebur, anoda itu dinaikkan sehingga selnya beroperasi. Biasanya jarak anoda dan katoda kira-kira 5cm. Elektrolit lebur itu terdiri terutama dari kriolit (3 NaF.AlF3) dan sisanya AlF3 serta CaF 6% sampai 10% berat dan Al2O3 2% sampai 6%. Sebagian kriolit diimpor ke Amerika serikat dari Greenland, tetapi sebagian besar dibuat secara sintetis AlF3 juga dibuat secara sintetis dari hidrogen fluorida dan aluminium hidroksida. 2.5 Pengendalian Komposisi Kriolit Pengendalian komposisi elektrolit merupakan hal yang sangat penting dalam proses produksi aluminium. Oleh karena itu titik leleh kriolit adalah 1009oC, elektrolit itu mengandung AlF3 dan sisanya fluorida (CaF2) yang bersama alumina yang terlarut, dapat menurunkan titik leleh cukup rendah sehingga sel itu dapat beroperasi pada suhu sekitar 940oC sampai 980oC. Kelebihan AlF3 juga dapat meningkatkan efisiensi. Perbandingan berat NaF/AlF3 di dalam kriolit adalah 1,50; kelebihan AlF3 di dalam kriolit diatur sedemikian rupa, sehingga menghasilkan rasio
Universitas Sumatera Utara
NaF/AlF3 sekitar 1,10 sampai 1,40. dalam beberapa minggu pertama setelah sel yang baru diberi pelapis itu beroperasi, elektrolit itu diserap dengan cepat ke dalam pelapis dan isolasi. Absorpsi itu terutama terjadi pada bagian yang mengandung natrium tinggi, sehingga menyebabkan terjadinya penurunan rasio NaF/AlF3 sampai dibawah rasio yang di bawah rasio yang dikehendaki. Hal ini diatasi dengan menambahkan bahan alkali seperti soda abu : 3Na2CO3 + 4AlF3 2(3NaF.AlF3) + Al2O3 Setelah sel beroperasi selama beberapa minggu, elektrolit itu menjadii kekurangan AlF3 karena senyawa-senyawa yang mengandung banyak AlF3 menguap dan karena reaksi dengan sisa soda kaustik di dalam alumina dan hidrolisis dari udara atau bahan yang ditambahkan 3Na2O + 4 AlF3 2 (3NaF.AlF3) + Al2O3 3H2O + 2 AlF3 = Al2O3 + 6HF 2.6 Pengendalian gas HF Fluorida yang menguap serta gas hidrogen fluorida yang keluar dikumpulkan, bersama dengan gas-gas lain yang keluar dari sel, di dalam sangkok atau manifol pengumpul gas dan dilewatkan melalui talang ke suatu fasilitas terpusat untuk pengolahan dan pengumpulan gas. Bahan-bahan butiran dipulihkan di dalam pembasuh kering kemudian HF bereaksi dengan Al2O3 dan kemudian diumpankan ke dalam sel. Pemulihan ini harus edektif sekali, karena sisa fluorida sedikit saja di udara dapat menyebabkan kerusakan pada tumbuh-tumbuhan. Oleh karena ada bagian yang hilang dari elektrolit. AlF3 perlu ditambahkan secara berkala untuk menjaga
Universitas Sumatera Utara
komposisi. Gamping yang terdapat sebagai ketidakmurnian sedikit di dalam alumina biasanya sudah cukup untuk menjaga konsentrasi fluorspar karena adanya reaksi : 3CaO + 2AlF3 3CaF2 + Al2O3 2.7 Kebutuhan Alumina Selama beroperasinya sel, terjadi pembentukan kerak di atas permukaan penangas lebur. Alumina ditambahkan ke atas kerak ini dan alumina akan mengalami pemanasan selanjutnya melepaskan kandungan airnya. Kerak itu dipecahkan secara berkala dan alumina itu diaduk ke dalam penangas agar konsentrasinya tetap berada di sekitar 2% sampai 6%. Kebutuhan teoritis alumina adalah 1,89 per kilogram aluminium. Tetapi dalam prakteknya, angkanya kira-kira 1,91. bila kadar alumina di dalam penangas itu sudah berkurang dan efek anoda berlangsung pada anoda itu terbentuk suatu lapisan tipis karbon tetrafluorida di penangas itu tidak dapat lagi membatasi permukaan anoda. Dalam hal ini voltase sel akan naik dan ini terlihat dari lampu peringatan atau lonceng yang dihubungkan dengan sel dan hanya bekerja jika sel beroperasi tidak normal. Bila ini terjadi, alumina kemudian diadukkan ke dalam sel, walaupun waktunya bukanlah waktu penambahan berkala yang direncanakan. Mengenai mekanisme yang sebenarnya dari pelarutan alumina di dalam penangas dan bagaimana mekanisme dekomposisi elektrolitnya masih belum jelas. Tetapi pada akhirnya ialah pembebasan oksigen pada anoda dan pengendapan logam aluminium pada katoda. Oksigen itu bergabung dengan anoda karbon menghasilkan CO dan CO2 tetapi kebanyakan adalah CO2. (Austin G T.,1990)
Universitas Sumatera Utara
2.8 Anode effect Anode effect adalah peristiwa naiknya tegangan listrik pot secara tiba-tiba karena kandungan alumina di dalam elektrolit sangat rendah. Anode effect dapat dihentikan dengan menambahkan alumina ke dalam elektrolit sambil menaik turunkan anoda sehingga gas-gas di bawah anoda dapat keluar. Pekerjaan seperti ini dapat dilakukan dengan kompoter maupun secara manual bila program kompoter tidak berhasil menghentikannya. Selain itu, menurunya kadar alumina di dalam kriolit akan menyebabkan kriolit berhenti membasahi anoda dan gelembung gas akan berkumpul di permukaan anoda., dan bila lapisan ini pecah, maka akan menimbulkan percikan bungan api atau funkenentladung (bahasa German), sehingga anode effect disebut para operatur juga sebagai funken. Anode effect dapat menyebabkan terhambatnya aliran arus dari anoda ke katoda. Anosda effect dapat menyebabkan peningkatkan tegangan permukaan pada anoda atau lapisan elektrolit yang berada pada kerapatan arus kritis. Selain itu kekntalan juga mempengaruhi terjadinya Anode effect karena gelembung gas pada anoda sulit bergerak ke luar. Kekentalan yang tinggi terjadi karena rendahnya temperatur operasi. Jika selama proses elektrolisa kandungan alumina dalam kriolit rendah, maka akan menyebabkan sudut pembasahan anoda oleh kriolit besar. Akibatnya gelembung-gelembung gas mudah berkumpul pada permukaan anoda yang berada dalam kriolit. Jika hal tersebut sering terjadi dalam pot, maka operasi tidak akan stabil dan akan mempengaruhi produksi dan CE (Current Efficiency) akan rendah.
Universitas Sumatera Utara
Anode effect dihasilkan jika kandungan alumina yang terlarut dalam kriolit rendah atau sekitar 1-1,5% dari kriolit.. selama berlangsungnya anode effect tegangan sel meningkat karena intensitas arus listrik dijaga konstan dalam sel-sel yang terhubung dalam satu rangkaian. Tegangan dapat bervariasi dari 10-50 volt, tergantung pada kondisi operasi dari sel terutama di bagian anoda. Walaupun memberikan banyak dampak negatif terhadap proses elektrolisa maupun kondisi pot, namun anode effect juga sangat penting untuk operasi tungku reduksi. Semua alumina yang ditambahkan terkonsumsi dan pot tersebut tidak mengalami overfeeding atau pemasukan alumina yang berlebihan. (Alcan Alesa Engineering Ltd, 2007)
Universitas Sumatera Utara
