sejarah aluminium
TRANSCRIPT
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
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 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.
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 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
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