BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA. yang lama adalah daya pengikatnya yang besar untuk elemen-elemen tertentu, terutama

Transkripsi

1 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Sejarah aluminium Logam aluminium pertama kali dipersiapkan pada tahun 1825, tetapi baru dalam jumlah sedikit sebagai logam yang berharga. Kesulitan yang belum teratasi sampai waktu yang lama adalah daya pengikatnya yang besar untuk elemen-elemen tertentu, terutama oksigen, dan suatu hal yang tidak mungkin pada saat itu untuk membersihkan logam tersebut dalam jumlah yang begitu banyak. Masalah ini tetap tidak terpecahkan sampai ada perkembangan teknologi dan teknik kelistrikan sehngga memungkinkan dengan proses reduksi secara elektrolisa bias menyuling sejumlah banyak logam alumina (oksida aluminium) yang disuling dari bijih aluminium. Produksi aluminium sekarang ini sangat tergantung pada sumber listrik yang murah dan ini adalah merupakan alasan bahwa pabrik pabrik pengolahan aluminium kepunyaan Inggris ditemukan didaratan tinggi Skotlandia dimana telah dikembangkan sejumlah sumber listrik hidro yang besar. Sumber aluminium terdapat didalam apa yang disebut bauxites, yang mana mengandung oksida aluminium yang tidak murni, bebas air, dan dengan silika juga oksida besi yang merupakan kotoran kotoran utama. Bauksit ditemukan diseluruh dunia terutama didaerah tropis dan subtropics, kebanyakan diolah dengan proses penuangan terbuka. Proses alumina bayer umumnya digunakan untuk menyuling alumina dari bauksit yang telah dihancurkan yang terlebih dahulu dibersihkan dengan larutan kaustik dengan soda panas. Ini memisahkan alumina sebagai sodium aluminat. Kotoran kotoran itu lalu disaring dan cairan aluminium diolah lagi untuk mendapatkan aluminium yang

2 lebih baik. Dalam elektrolisa oksida, arus searah dengan satuan ampere yang tinggi dilewatkan melalui aluminium lebur dengan suhu sekitar C, aksida aluminium tersebut (alumina) terpisah dari fluks yang terutama terdiri dari criolite. Dapurnya terdiri dari sebuah kotak baja yang dilapisi bahan tahan api dengan lapisan bagian dalamnya adalah karbon yang merupakan katoda (elektroda negatif). Anoda (elektroda positif) terdiri dari batang-batang karbon yang tertancap pada aluminium lebur dan merupakan alat reduksi, aluminium yang meleleh berkumpul dibagian bawah daripada dapur, dipindahkan ke ember ember pengangkut secara berangsur. Kemurnian logam tersebut adalah 99 sampai 99,8 persen dan untuk mencapai kemurnian yang super harus diolah lagi dan akan menghasilkan kemurnian 99,99 persen atau lebih. Sifat yang paling penting adalah keringanannya, berat jenisnya adalah sepertiganya dari berat baja. Logam ini merupakan penghantar penghantar panas dan listrik yang baik, setelah tembaga. Biasa ditempah, dituang, dikerjakan dengan mesin, disolder, dikeraskan dengan dilas, dicap, ditarik dan diekstruksi tekan.dibuat juga menjadi bentuk yang bervariasi untuk proses pembuatan atau pengolahan selanjutnya yaitu : lembaran plat, strip, batangan, pipa kawat dan profil-profil. Aluminium murni itu lunak dan kenyal, tetapi bila dicampur dengan sejumlah kecil eleman elemen lain, kekerasan dan kekuatannya akan naik, beberapa paduan memiliki kekuatan yang sama atau lebih dari baja lunak. Paduan ini digunakan untuk komponen komponen yang dibebani, hasilnya cukup memuaskan dan beberapa diantaranya juga tahan terhadap karat diudara. (George love, 1986)

3 2.2. Alumina dan Aluminium a. Alumina Alumina merupakan bahan baku di dalam proses elektrolisa dan digunakan sesuai dengan kesetimbangan stiokiometri, yang banyaknya mencapai 1,89 kg dalam suatu massa, sebagai contoh : 1,89 kg Al 2 O 3 akan menghasilkan 1000 kg aluminium. Alumina pertana kali ditemukan oleh orang Perancis tahun Alumina mempunyai morfologi bubuk berwarna putih dengan berat molekul 102, titik lelehnya pada suhu C. Alumina (Al 2 O 3 ) merupakan senyawa oksida dari aluminium yang diperoleh dari proses pemurnian bauksit (Al 2 O 3 x H 2 O) yang disebut dengan proses Bayer, yang dilakukan pada tekanan 3 atm dan temperatur C yang didasarkan kelarutan alumina. Proses Bayer terdiri dari tiga tahap reaksi, yaitu: 1. Pelarutan terhadap bauksit dengan menggunakan NaOH (proses Ekstraksi) Al 2 O 3.xH 2 O + 2 NaOH 2 NaAlO 2 + (x +1) H 2 O 2. Selanjutnya dilakukan proses Dekomposisi 2 NaAlO H 2 O 2 NaOH + Al 2 O 3. 3 H 2 O 3. Alumina trihidrat yang terbentuk selanjutnya dikalsinasi menjadi alumina Al 2 O 3. 3H 2 O + kalor Al 2 O 3 + H 2 O Temperature kalsinasi sekitar C

4 Alumina yang diperoleh dari proses Bayer di atas, kemudian diproses lanjut untuk mendapatkan aluminium. Proses yang digunakan pada saat ini adalah proses Hall- Heroult. ( PT.INALUM,2003) b. aluminium Aluminium adalah logam lunak dan liat. Karena sifat sifat ini aluminium sangat mudah untuk diolah dengan berbagi bentuk. Kekuatan tarik aluminium adalah kira kira 100 N/mm 2, aluminium mempunyai massa jenis rendah ( 2,7 x 10 3 kg/m 3 ). Oleh sebab itu aluminium merupakan bahan penting dalam pembuatan pesawat terbang, bangunan kapal, teknik-mobil, dan bangunan koroseri. Oleh karena massa jenisnya rendah, aluminium mendapat tempat yang penting pula dalam teknik listrik, bangunan mesin dan teknik proses. Untuk meningkatkan kekuatan tariknya aluminium umumnya harus dipadukan. Aluminium tahan korosi berkat lapisan kuat oksida aluminium. Oleh sebab itu aluminium digunakan untuk penutup baja dan logam lain. Hal ini dapat dilakukan dengan jalan melapis ( skoper ) disepuh timah dan diberi pelat stempel. Aluminium tahan terhadap proses kimiawi. Oleh karena itu aluminium digunakan dalam teknik kimia. Sama halnya seperti tembaga, aluminium mempunyai daya hantar panas yang baik dan sekaligus mempunyai refleksi panas yang besar. Oleh karena refleksi panas yang besar aluminium dapat digunakan sebagai bahan isolasi. Aluminium mempunyai daya hantar yang baik. Sehingga aluminium banyak digunakan sebagai bahan penghantar listrik. Untuk keperluan itu aluminium harus dimurnikan semurni mungkin. Untuk meningkatkan kekuatan tariknya, aluminium untuk kabel rentang harus diubah bentuknya dalam keadaan dingin.

5 Aluminium sukar dituang, aluminium cair kental. Oleh karena daya hantar panas yang baik dan daya oksidasi yang besar aluminium sukar dipateri. Seluruh panas yang dimasukkan cepat keluar. Sedangkan pekerjaan las sukar dapat dipertahankan bebas oksidasi. Aluminium sebagai bahan baku digunakan untuk bahan pembuatan cat antara lain cat aluminium. Dari paduan aluminium ini kita sebut silumin dan duralumin sebagai unsur paduan aluminium terakhir digunakan dalam paduan nonferro.(beumer, 1994) 2.3 Pemurnian bauksit Pemurnian bauksit dilakukan apabila ada zat pengotor terdapat didalam bauksit. Bauksit merah mengandung besi oksida sebagai pengotor yang kemudian dimurnikan menggunakan proses baeyer atau proses hall dan apabila bauksit mengandung silika sebagai pengotor maka bauksit tersebut dimurnikan dengan menggunakan proses serpek. Pemurnian ada 2 jenis yaitu: a. Proses baeyer proses baeyer dilakukan dengan cara mengubah ferro oksida menjadi ferri oksida didalam sebuah autoclave kemudian ditambahkan soda kaustik pekat. Proses ini dilakukan selama beberapa jam. Maka akan dihasilkan larutan aluminium. Larutan alumina tersebut kemudian disaring. Ferri oksida tidak dapat larut maka filtrat masih mengandung sodium meta alumina (NaAlO 2 ) yang dapat dihilangkan dengan menggunakan asam lemah. Sodium meta aluminium (NaAlO 2 ) dapat dibah menjadi aluminium hidroksida dengan cara hidrolisis.

6 Al 2 O 3 2H 2 O + 2NaOH 2NaAlO 2 + 3H 2 O NaAlO 2 + 2H 2 O NaOH + Al(OH) 3 2Al(OH) 3 + Al 2 O 3 2Al 2 O 3 + 3H 2 O Endapan aluminium hidroksida dipisahkan secara filtrasi kemudian dibakar maka endapan aluminium hidroksida tersebut berubah menjadi alumina (Al 2 O 3 ). Filtratnya mengandung soda kaustik pekat dan dapat digunakan lagi untuk proses pengolahan bijih besi. b. Proses Hall Dalam proses Hall bijih besi disatukan dengan menggunakan sodium karbonat maka akan dihasilkan sodium meta alumina (NaAlO 2 ). Proses ini dilakukan dengan menggunakan air dimana karbondioksida menjadi residu. Al 2 O 3 + Na 2 CO 3 2NaAlO 2 + CO 2 Pengolahan air dilakukan dengan cara memanaskan air pada suhu C dan karbondioksida dilewatkan. Aluminium hidroksida (Al(OH) 3 ) dipisahkan secara hidrolisis kemudiana dipanaskan untuk memperoleh alumina (Al 2 O 3 ). 2NaAlO 2 + 3H 2 O + CO 2 2Al(OH) 3 + Na 2 CO 3 2Al(OH) 3 Al 2 O 3 + 3H 2 O (Satija, 1997) Aluminium (Al) mempunyai masa atom 27 (hanya ada satu isotop alam), nomor atom 13, densitas 2,79 g/cm 3, titik lebur 660,4 0 C, dan titik didih C. aluminium adalah logam berwarna putih silver. Memiliki potensial redoks -1,66 V, bilangan oksidasi +3, dari jari-jari yang kecil yaitu 57 pm untuk stabilitas dari senyawa aluminium.

7 Aluminium adalah senyawa hidrolisis kuat dan umumnya tidak larut dalam keadaan ph netral antara ( 6,0 8,0), di bawah asam ( ph < 6,0) atau alkali ( ph < 8,0), dan dalam anorganik atau ligan organik (contoh OH -, F -, SO 2-4, asam sitrat) kelarutan Al 3+ meningkat. Reaksi jenis ini meningkatkan jumlah Al 3+ dalam keadaan encer. Berikut ion yang dibentuk dalam larutan aluminium hidroksida pada ph dibawah 5,5: Al (OH) + 2, Al(OH) 2+, dan Al 3+. Aluminium murni tidak stabil dalam proses oksidasi. Dalam keadaan berhubungan dengan udara aluminium membentuk lapisan tipis oksida diatas permukaan serta membentuk lapisan pelindung yang tahan terhadap korosi. Aluminium oksida (Al 2 O 3 ) adalah logam kasar yang digunakan selama produksi industi logam aluminium. Aluminium oksida membentuk dua buah isomer α - (Al 2 O 3 ) dan γ - (Al 2 O 3 ). (Seiler, 1994) Aluminium adalah logam putih yang liat dan dapat ditempa, bubuknya berwarna abu-abu. Ia melebur pada suhu C. apabila terkena udara permukaan unsur aluminium teroksidasi tetapi lapisan oksida ini melindungi aluminium dari oksida lebih lanjut. Asam klorida encer dengan mudah melarutkan logam aluminium. Pelarutan lebih lambat dalam asam sulfat encer atau asam nitrat encer : 2Al + 6H + 2Al H 2 Proses pelarutan dapat dipercepat dengan menambah sedikit merkurium (II) klorida pada campuran. Asam klorida pekat juga melarutkan : 2Al + 6HCl 2Al H 2 + 6Cl - Asam sulfat pekat melarutkan aluminium dengan membebaskan belerang dioksida : 2Al + 6H 2 SO 4 2Al SO SO 2 + 6H 2 O

8 Asam nitrat pekat membuat logam menjadi pasif. Dengan hidroksida hidroksida alkali terbentuk larutan tetrahidroksoaluminat : 2Al + 2OH - + 6H 2 O 2[Al(OH) 4 ] - + 3H 2 Aluminium adalah tervalen dalam senyawa-senyawanya. Ion-ion aluminium (Al 3+ ) membentuk garam-garam yang tak berwarna dengan anion anion yang tak berwarna. Halida, nitrat dan sulfatnya larut dalam air. Larutan ini memperlihatkan reaksi asam karena hidrolisis. Aluminium sulfide dapat dibuat hanya dalam keadaan padat saja. Dalam larutan air aluminium terhidrolisis dan membentuk aluminium hisroksida Al(OH) 3. aluminium hidroksida membentuk garam-garam rangkap dengan sulfat dari kation-kation monovalen dengan bentuk-bentuk kristal yang menarik, yang disebut tawas (alum, aluin). (vogel, 1990) 2.4 Elektrolisa reduksi alumina Reduksi langsung alumina dengan karbon tidak dapat dilakukan pada temperatur yang tinggi. Pada proses reduksi dihasilkan uap karbon monoksida. Uap karbon monoksida tersebut tidak dapat dikondensasikan dengan cara pendinginan. Pada temperatur yang rendah terjadi reaksi timbal balik antara karbon monoksida dan alumina. Al 2 O 3 + 3C 2Al + 3CO Metode yang sebenarnya dilakukan adalah elektrolisa reduksi alumina murni yang dilarutkan dalam satuan kriolit. Reaksi dilakukan didalam sel karbon (sebagai katoda) dan sejumlah rangkaian karbon yang digantung (sebagai anoda). Reaksi yang terjadi adalah : Al 2 O 3 2Al O -2 (i)

9 Al e - Al (pada katoda) (ii) 3O -2 3O + 2e - (pada katoda) (iii) Oksigen dibebaskan dalam reaksi (iii) digabungkan dengan karbon dari anoda, membentuk karbon monoksida, yang mana pada satu kali pembakaran menjadi karbon dioksida. Beberapa karbondioksida juga dibentuk secara langsung pada anoda. (Satija, 1997) 2.5 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 dengan temperatur kalsinasi sekitar 1250 o C 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 (Na 3 AlF 6 ) digunakan sebagai elektrolitnya. Peleburan aluminium melalui reduksi alumina yang dilakukan secara elektrolisis dalam larutan elektrolit pada temperatur 960 o C. Dengan mengalirkan arus searah ke

10 dalamnya melalui dua elektroda yaitu anoda dan katoda sehingga akan terjadi proses elektrolisa yang akan menghasilkan aluminium cair. (Burkin A R.,1987) 2.6 Produksi dan kegunaan Aluminium bukan merupakan jenis logam berat, namun merupakan elemen yang berjumlah sekitar 8% dari permukaan bumi dan paling berlimpah ketiga. Aluminium terdapat dalam penggunaan aditif makanan, antasida, semprotan hidung, air minum, knalpot mobil, asap tembakau, penggunaan aluminium foil, peralatan masak, kaleng, keramik, dan kembang api. Aluminium merupakan konduktor listrik yang baik. Terang dan kuat. Merupakan konduktor yang baik juga buat panas. Dapat ditempa menjadi lembaran, ditarik menjadi kawat dan diekstrusi menjadi batangan dengan bermacam-macam penampang. Tahan korosi. Aluminium digunakan dalam banyak hal. Kebanyakan darinya digunakan dalam kabel bertegangan tinggi. Juga secara luas digunakan dalam bingkai jendela dan badan pesawat terbang. Ditemukan di rumah sebagai panci, botol minuman ringan, tutup botol susu dsb. Aluminium juga digunakan untuk melapisi lampu mobil dan compact disks. ( )