ANALISIS EFISIENSI PENYERAPAN GAS HIDROGEN FLUORIDA (HF) YANG DIHASILKAN TUNGKU REDUKSI ALUMINIUM OLEH ALUMINA (Al2O 3)
SKRIPSI
MHD. AGUS SALIM KABAN 100822056
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2016
Universitas Sumatera Utara
i PERSETUJUAN
Judul
Kategori Nama NIM Program Studi Departemen Fakultas
: Analisa Efisiensi Penyerapan Gas Hydrogen Fluoride (HF) yang Dihasilkan Tungku Reduksi Aluminium oleh Alumina (Al2O3) : Skripsi : Mhd. Agus Salim Kaban : 100822056 : Sarjana (S1) Kimia : Kimia : Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA) Universitas Sumatera Utara (USU)
Disetujui di Medan, Desember 2016 Komisi Pembimbing
:
Pembimbing II,
Prof. Dr. Tamrin, M.Sc. NIP. 196007 041989 03 1003
Pembimbing I,
Saharman Gea, Ph.D NIP. 196811 101999 03 1001
Diketahui/Disetujui oleh Departemen Kimia FMIPA USU Ketua,
Dr. Rumondang Bulan Nst. MS. NIP. 195408301985032001
Universitas Sumatera Utara
ii
PERNYATAAN
ANALISIS EFISIENSI PENYERAPAN GAS HIDROGEN FLUORIDA (HF) YANG DIHASILKAN TUNGKU REDUKSI ALUMINIUM OLEH ALUMINA (Al2O3)
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri,kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan,Desember 2016
Mhd. Agus Salim Kaban 100822056
Universitas Sumatera Utara
iii
PENGHARGAAN
Syukur alhamdulillah kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karuniaNya kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini sebagaimana mestinya. Adapun skripsi ini disusun untuk memenuhi syarat mencapai gelar sarjana di bidang kimia.Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih dan kasih sayang yang sebesarbesarnya kepada AlmarhumAyahanda Sarullah Kaban yang dulunya menanti ananda untuk dapat menyelesaikan perkuliahan, sudah terlalu lama hingga ayah tidak melihat lagi ananda menyelesaikan studi ini, semoga ayah ikut merasakan kebahagiaan ini dan ditempatkan di sebaik - baik tempat, Ibunda Lainna Boangmanalu senantiasa bersabar dan menjadi motivator, mendukung dan mendoakan setiap aktivitas yang dilakukan, Abangda Muchlasin Syahbuddin Kaban, Adinda Muhammad Normansyah Kaban serta seluruh keluarga lainnya yang telah mendoakan, memberikan dukungan serta bantuan moril dan materil yang tak terhingga nilainya kepada penulis. Selanjutnya
penulis
ingin
mengucapkan
terima
kasih
kepada
BapakSaharman Gea, Ph.Dselaku dosen pembimbing I dan Bapak Prof. Dr. Tamrin, M.Sc. selaku dosen pembimbing II yang dengan ikhlas dan senantiasa memberikan bimbingan dan pengarahan selama penulis melakukan penelitian dan penulisan skripsi ini. Ibu Dr. Rumondang Bulan Nst, MS. dan Bapak Drs. Albert Pasaribu, M.Sc. selaku ketua dan sekretaris jurusan kimia yang telah mengesahkan skripsi ini. Bapak Prof. Dr. Tamrin, MSc. selaku dosen wali yang selalu membimbing penulis dan seluruh dosen Departemen Kimia yang telah memberikan ilmu dan pengajaran serta para staf pegawai Departemen Kimia. Ucapan terima kasih kembali penulis sampaikan terkhusus kepada, inspirator yang siap menjadi generasi Ibnu Sina II, abangnda Kabul Warsito, senantiasa memberi motivasi dan pengertian atas usaha dalam menyelesaikan studi ini. Kepada Titin Hartini, terima kasih dek, sudah mau direpotin dengan segala tingkah dan kekurangan yang ada. Ketua UKMI Al Falak FMIPA USU beserta pengurus lainnya, terima kasih atas doa dan dukungannya, akhuna Rifqi,
Universitas Sumatera Utara
iv
salut atas perjuangannya dalam membantu urusan yang merepotkan dan menyita banyak waktu, diucapkan jazakumullah khairan katsiran. Muhammad Emir Aulia, sahabat dan saudara yang selalu menginspirasi penulis, semoga Allah kekalkan persaudaraan kita ya bro. Rekan - rekan asisten laboratorium Kimia Fisika, mulai dari Diana, danken, syukron katsir atas bantuan yang diberikan, kesabaran dan begitu banyak saran dalam menyelesaikan skripsi ini. Irene dan asisten lainnya, terima kasih buat bantuan yang diberikan.Abangnda Edi Satrio, mohon maaf atas kekurangan yang ada serta terima kasih atas bantuan dan pengertian selama ini. Janji yang akhirnya tertunai untuk keluarga kecilku, abi akhirnya bisa menyelesaikan studi yang sangat panjang ini nak, semoga perjuangan ini menjadi ibrah bagi kalian agar tak terulang sama seperti abi. Istriku yang senantiasa setia menemani proses penyelesaian skripsi ini, yang juga setia menemani proses perjalanan hidup hingga akhirnya kita dapatkan ridho Allah dan dikumpulkan di dalam surga Allah Swt. Abi sayang dan mencintai kalian. Sahabat-sahabat yang selalu memberikan dukungan dan motivasi kepada penulis serta rekan-rekan seperjuangan Kimia stambuk 2010 dan juga sahabat yang tak mampu disebutkan satu per satu.Penulis menyadari kekurangan materil dan keterbatasan literatur yang disajikan dalam skripsi ini.Oleh karena itu, penulis mengharapkan tanggapan
dan saran yang bersifat membangun demi
kesempurnaan skripsi ini.Semoga skripsi ini bermanfaat dan menjadi informasi yang baru bagi penelitian selanjutnya.
Penulis
Universitas Sumatera Utara
v
ANALISIS EFISIENSI PENYERAPAN GAS HIDROGEN FLUORIDA (HF) YANG DIHASILKAN TUNGKU REDUKSI ALUMINIUM OLEH ALUMINA (Al2O3) ABSTRAK
Peleburan aluminium menerapkan proses elektrolisa yang telah ditemukan oleh Hall - Heroult. Proses ini membutuhkan anoda, katoda dan larutan elektrolit sebagai pelebur bahan baku alumina yang didapat dari pemurnian bauksit. Dalam proses ini gas hydrogen fluoride (HF) menjadi hasil samping setelah karbon dioksida (CO2), dan proses ini berlangsung setiap saat sehingga gas HF yang dihasilkan merupakan hasil reaksi antara kliorit (Na3AlF6) dengan gas H2selalu ada. Dalam hal untuk mengurangi emisi gas HF yang dibuang ke udara bebas maka gas HF direaksikan dengan alumina yang berfungsi sebagai adsorben di dalam reaktor dengan mengatur aliran alumina terhadap gas HF. Untuk mengetahui kadar gas HF yang keluar dari cerobong asap serta menentukan efisiensi penyerapan, perlu dilakukan analisa efisiensi penyerapan gas HF oleh alumina dengan bantuan elektroda selektif ion meter. Analisa yang dilakukan menunjukkan efisiensi penyerapan yang ada di PT Indonesia Asahan Aluminium (Persero) sangat optimal, ini dibuktikan dari hasil penyerapan sebesar 99.83% dengan konsentrasi gas HF yang dibuang sebesar 0.33mgF/m3. Kata kunci: elektrolisa, hydrogen fluoride, emisi, PT Inalum, efisiensi
Universitas Sumatera Utara
vi
ANALYSIS OF ADSORPTION EFFICIENT OF HYDROGEN FLUORIDE WHICH GENERATED POT REDUCTION BY ALUMINA
ABSTRACT
Aluminum smelting electroliysis implement process that have been found by Hall-Heroult. This process requires the anode, cathode and electrolyte solution as the raw material alumina smelter in the can from bauxite refining. in this process of hydrogen fluoride gas (HF) be so byproduct after carbon dioxide (CO2), and this process takes place every time. so that the resulting gas HF always there. HF gas produced is the result of the reaction between the carbon anode chlorine cliorite (Na3AlF6).HF gas is reacted with the alumina which serves as adsorbent inside the reactor by regulating the flow of alumina to the gas HF, This is done to reduce or even eliminate HF gas coming out of the chimney. if HF gas that comes out in a quantity that many will cause poisoning and even death.HF to determine levels of gas coming out of the chimney.necessary to analyze the efficiency of gas absorption by the alumina HF. in this case, the efficiency of absorption in PT Indonesia AsahanAluminium (Persero) is optimal. This is evidenced from the results of absorption, respectively for 99.85% and 99.86% with gas concentration HF disposed of 0.33 mg/Nm3 and 0.20 mg/Nm3.
Universitas Sumatera Utara
vii
DAFTAR ISI
Halaman Persetujuan i Pernyataan ii Penghargaan iii Abstrak v Abstract vi Daftar Isi vii Daftar Tabel ix Daftar Gambar x Bab 1. Pendahuluan 1.1. Latar Belakang 1 1.2. Permasalahan 2 1.3. Batasan Masalah 2 1.4. Tujuan Penelitian 3 1.5. Manfaat Penelitian 3 1.6.Lokasi Penelitian 3 1.7. Metodologi Penelitian 3 Bab 2. Tinjauan Pustaka 2.1. Alumina 5 2.2. Aluminium 10 2.2.1. Sifat-sifatAluminium 11 2.3.Adsorpsi 13
Universitas Sumatera Utara
viii
2.3.1. Adsorben 15 2.4.Elektrolisa 17 2.4.1. Properti Larutan Elektrolit 19 2.4.1.1. Keasaman Bath 19 2.4.1.2. Temperatur Liquidus 19 2.4.1.3. Voltase Pot 20 2.4.2. Siklus Operasi Tungku Reduksi 21 2.4.2.1. Perakitan Katoda dan Rekonstruksi Pot 21 2.4.2.2. Baking (Preheating) 24 2.4.2.3. Start Up 25 2.4.2.4. Masa Transisi 25 2.4.2.5. Operasi Normal 26 2.4.2.6. Cut-Out 26 2.5.Produksi Aluminium 27 2.5.1. Efisiensi Arus 28 2.6.Gas HF 29 2.6.1. Faktor – Faktor yang Mempengaruhi Terbentuknya Gas HF 30 2.6.2. Pengaruh Operasi Tungku Reduksi Terhadap Pembentukan Fluorida 30 2.6.3. Gas – Gas yang Dikeluarkan dari Tungku Reduksi 31 2.6.4. Adsorbsi Gas HF 31 2.7. Gas Ideal 32 Bab 3 Metode Penelitian 33 3.1. Alat – Alat yang Digunakan 33
Universitas Sumatera Utara
ix
3.2. Bahan – Bahan yang digunakan 33 3.3. Prosedur Kerja 34 3.3.1.Pembuatan Larutan yang Digunakan 34 3.3.2.Pengambilan Sampel Gas 35 3.3.3.Penentuan Kadar Fluorida dengan Cara Elektroda Selektif Ion Fluorida 35 3.3.4.Flowsheet 37 Bab 4 Hasil dan Pembahasan 4.1. Hasil 4.1.1.Kuantitas Gas HF 4.1.2.Kuantitas Fresh Alumina 4.1.3.Larutan Standar 4.2. Pembahasan 42 4.2.1.Menentukan Kadar HF pada Stack 4.2.2.Penentuan Efisiensi Penyerapan Gas HF Bab 5 Kesimpulan dan Saran 5.1. Kesimpulan 5.2. Saran
38 38 40 41
42 43
45 45
Daftar Pustaka Lampiran
Universitas Sumatera Utara
x
DAFTAR TABEL Nomor
Judul
Halaman Tabel
2.1.
Spesifikasi Alumina
9
2.2.
Properties of Activated Carbon
14
2.3.
Properties of Activated Alumina
15
4.1.
Data Hasil Pengukuran Volume Gas
36
4.2.
Data hasil pengukuran ion meter terhadap sampel gas
37
4.3.
Data hasil perhitungan efisiensi gas HF
39
Universitas Sumatera Utara
xi
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Judul
Halaman Gambar
2.1.
Tahap transformasi kristal alumina
5
2.2.
Kristal korondum alumina
5
2.3.
Peta penyebaran produksi bauksit dunia
6
2.4.
Proses Bayer
7
2.5.
Analisa SEM (a) alumina , (b) alumina pemanasan 700oC
8
2.6.
Peralatan Adsorpsi HF Penelitian William D. Lamb, dkk
14
2.7.
Aliran material pada pot reduksi
16
2.8.
Diagram Fasa NaF-AlF3
18
2.9.
Proses Cathode Fastening
21
2.10.
Diagram Proses Produksi Aluminium
2.11.
Hubungan Konsentrasi Alumina dengan Resistansi di dalam Bath 26
24
Universitas Sumatera Utara
