sejarah aluminium

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 lain-

lain. 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


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.


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


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 Hall-

Heroult. 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.


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 berangsur-

angsur 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


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


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)


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.


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)


sejarah aluminium

Documents