BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 16 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Sejarah Aluminium Orang pertama yang telah berhasil memisahkan aluminium adalah H.Davy yaitu pada tahun Pada tahun 1825 Oersted dapat menghasilkan aluminium yang lebih murni dengan jalan memanaskan natrium amalgama dan natrium aluminium klorida. Pada tahun 1854, Henari Saint Clavil Deauville memproduksi aluminium dari natrium aluminium klorida dengan pemanasan menggunakan logam natrium sebagai katalisator. Proses ini telah berlangsung kurang lebih 35 tahun. Pada tahun 1886 Charles Hall dari USA menghasilkan aluminium dari proses elektrolisa alumina yang dipisahkan dari campuran kriolit (Na 3 AlF 6 ). Pada tahun yang sama Poult Heroult dari prancis mendapatkan hak paten dari negaranya untuk proses yang sama dengan Hall. Pada tahun 1983 kapasitas produksi aluminium dengan metode Hall-Heroult ini meningkat dan berkembang pesat (Grjotheim, 1988).

2 Aluminium Aluminium ialah unsur melimpah ketiga terbanyak dalam kerak bumi (sesudah oksigen dan silikon), mencapai 8,2 % dari massa total. Bijih yang paling penting untuk produksi aluminium ialah bauksit, yaitu aluminium oksida terhidrasi yang mengandung 50 sampai 60 % Al 2 O 3, 1 sampai 20 % Fe 2 O 3, 1 sampai 10 % silikat sedikit sekali titanium, zirconium, vanadium, dan oksida logam transisi yang lain, dan sisanya 20 sampai 30 % adalah air. Bauksit dimurnikan melalui proses Bayer, yang mengambil manfaat dari fakta bahwa oksida alumina amfoter larut dalam basa kuat tetapi besi (III) oksida tidak. Bauksit mentah dilarutkan dalam natrium hidroksida Al 2 O 3 (s) + 2 OH (aq) + 3 H 2 O (l) 2 Al(OH) 4 (aq) Dan dipisahkan dari besi oksida terhidrasi serta zat asing tak larut lainnya dengan penyaringan (Oxtoby, 2003). Aluminium diperoleh dari jenis-jenis tanah liat tertentu (bauksit). Bauksit mula- mula dipisahkan lebih dahulu tanah-tawas murninya (oksida aluminium). Setelah itu pada oksida aluminium cair itu dikalsinasikan suatu prosedur elektrik. Oleh karena suhu lumer oksidaaluminium sangat tinggi yaitu 2050 o C maka pengolahan aluminium sangat sukar. Logam aluminium mempunyai rumus kimia Al, mempunyai berat jenis 2,6 2,7 dengan titik cair sebesar 659 o C. Aluminium adalah logam lunak, dan lebih keras dari pada timah putih, tetapi lebih lunak dari pada seng. Warna dari aluminium adalah putih kebiru-biruan. Aluminium dapat dihasilkan melalui proses elektrolisis. Proses elektrolisis yang dikembangkan untuk produksi

3 18 industrial adalah proses elektrolisis Hall-Heroult. Proses tersebut merupakan elektrolisis larutan alumina (Al 2 O 3 ) di dalam lelehan kriolit (Na 3 AlF 6 ) pada temperature 960 o C sehingga dihasilkan aluminium cair. Tabel 2.1 Sifat-sifat Fisik dan Kimia dari aluminium Item Kualifikasi Nomor atom 13 Nomor massa 26,9815 Bentuk Kristal (25 o C) Kubus pusat muka Densitas 2,699 g/cm 3 Struktur atom terluar 3S 2 3P 1 Titik leleh (1 atm) Titik didih (1 atm Panas peleburan Panas jenis 660,1 o C 2327 o C 94,6 kal/ 0,280 kal/ g o C (PT INALUM, 2011) Alumina (Al 2 O 3 ) Alumina (Al 2 O 3 ) merupakan material keramik nonsilikat yang paling penting. Material ini meleleh pada suhu 2051 o C dan mempertahankan kekuatannya bahkan pada suhu 1500 sampai

4 o C. Alumina mempunyai ketahanan listrik yang tinggi dan tahan terhadap kejutan termal dan korosi. Alumina (Al 2 O 3 ) diperoleh dari pengolahan biji bauksit yang mengandung 50-60% Al 2 O 3 ; 1-20% Fe 2 O 3 ; 1-10% silika; sedikit sekali titanium, zirkonium dan oksida logam transisi lain; dan sisanya (20-30%) adalah air. Aluminium sebagai salah satu unsur logam yang terdapat berlimpah di alam dan merupakan unsur terbanyak ketiga setelah oksigen. Unsur ini sangat reaktif sehingga di alam tidak pernah ditemui aluminium dalam keadaan native. Di alam aluminium berupa oksida, diantaranya adalah bauksit (Al 2 O 3.H 2 O) dan oksida ini sangat stabil sehingga tidak dapat direduksi seperti logam logam lain. Reduksi aluminium hanya dapat dilakukan dengan elektrolisis. Namun sebelum proses elektrolisis aluminium terlebih dahulu melewati proses bayer yaitu proses pelepasan senyawa hidrat dari bauksit hingga terbentuk alumina, yang kemudian akan dielektrolisis dengan proses Hall-Heroult. Tahapan proses bayer: a. Ekstraksi: Al 2 O 3.xH 2 O + 2 NaOH 2 NaAlO 2 + (x + 1) H 2 O b. Dekomposisi 2 NaAlO H 2 O 2 NaOH + Al 2 O 3.3H 2 O c. Kalsinasi Al 2 O 3.3H 2 O Al 2 O 3 + H 2 O Tabel 2.2. Spesifikasi alumina Item Satuan Spesifikasi Loss on ignition ( C) % 1,00 max

5 20 SiO 2 % 0,03 max Fe 2 O 3 % 0,03 max TiO 2 % 0,005 max Na 2 O % 0,600 max CaO % 0,060 max Al 2 O 3 (dalam keadaan kering) % 98,40 min Specific surface area m 2 /g Particle size # % 12,0 max # % 25 min 325# % 12,0 max Angle of refuse Deg Kecepatan Melarut Alumina (Al 2 O 3 ) Pada Cairan Kriolit Kecepatan alumina (Al 2 O 3 ) didalam cairan kriolit dipengaruhi oleh temperatur pemanasan alumina (Al 2 O 3 ) dan beberapa bahan tambahan yang ditambahkan kedalam lelehan kriolit. Alumina (Al 2 O 3 ) yang dikalsinasi antara 800 o C o C mempunyai kecepatan melarut yang besar di dalam cairan kriolit. Hal ini sudah ditetapkan, bahwa partikel alumina (Al 2 O 3 ) cepat melarut pada cairan kriolit pada 4 sampai 8 detik dan butiran-butiran kasar melarut lebih perlahan dibandingkan yang halus. Di lain pihak, alumina floury melarut lebih perlahan dari pada alumina sandy. Perbedaan

6 21 ini adalah akibat alumina sandy mempunyai permukaan lebih besar bila dibandingkan alumina floury. Pada pot peleburan (tungku reduksi), alumina (Al 2 O 3 ) dimasukkan kedalam pot dengan memecahkan kerak diatas bath/kriolit terlebih dahulu. Jelaslah alumina (Al 2 O 3 ) tidak larut seluruhnya di dalam bath/kriolit secara tiba-tiba setelah penambahan, dan beberapa material langsung tenggelam ke dasar pot/tungku membentuk sludge (lumpur) dibawah lapisan mtal. Terjadinya sludge (lumpur) dalam jumlah yang banyak didalam pot/tungku akan merugikan setiap operasi, dimana sludge (lumpur) didasar pot mengandung 40 % alumina (Al 2 O 3 ) (Anonymous, 1998) Larutan Elektrolit (Bath) Komposisi utama dari larutan elektrolit (bath) adalah kriolit (Na 3 AlF 6 ). Lelehan kriolit, yang berdisosiasi sempurna menjadi ion-ion Na + dan AlF 3-6, merupakan pelarut yang baik untuk aluminium oksida dalam elektrolit. Kriolit meleleh pada suhu 1000 o C, tetapi titik lelehnya turun dengan adanya aluminium oksida terlarut, sehingga suhu operasi sel hanya sekitar 950 o C. Dibandingkan dengan titik leleh Al 2 O 3 murni (2050 o C), suhu tersebut merupakan suhu yang rendah (Oxtoby, 2003). Sifat-sifat yang diperlukan untuk kriolit (Na 3 AlF 6 ) adalah : Tabel 2.3 Sifat-sifat kriolit dan kegunaannya Sifat-sifat kriolit (Na3AlF6) Memiliki temperatur kristalisasi primer rendah Berguna untuk a. Menghindari terjadinya reoksidasi b. Menjamin terbentuknya kerak samping

7 22 Memiliki konduktivitas listrik baik Memiliki viskositas yang sesuai a. Menurunkan temperatur bath b. Memperbaiki produktivitas c. Dapat melarutkan alumina (Al2O3) dalam jumlah besar d. Memiliki berat jenis yang rendah, yang berguna agar metal dan bath terpisah e. Stabil dalam keadaan cair f. Memiliki tegangan permukaan yang baik dimana dapat mengurangi reoksidasi a. Mengurangi kecepatan sedimentasi b. Mengurangi emisi gas c. Mengurangi gerakan partikel aluminium dan karbon Pengendalian komposisi elektrolit merupakan hal yang sangat penting dalam proses produksi aluminium. Oleh karena titik leleh kriolit murni adalah 1009 o C, elektrolit itu mengandung kalsium flourida (CaF 2 ) dan sisa AlF 3, yang bersama alumina yang terlarut dapat menurunkan titik leleh cukup rendah sehingga sel itu dapat beroperasi pada suhu sekitar 940 o C 980 o C. Kelebihan AlF 3 juga dapat meningkatkan efisiensi. Perbandingan berat NaF/AlF 3 didalam kriolit adalah 1,50 ; kelebihan AlF 3 didalam kriolit (Na 3 AlF 6 ) diatur sedemikian rupa, sehingga menghasilkan rasio NaF/AlF 3 sekitar 1,10 sampai 1,40. Dalam beberapa minggu pertama setelah sel yang baru diberi pelapis itu beroperasi, elektrolit itu diserap dengan cepat kedalam pelapis dan isolasi. Komponen utama penyusun elektrolit adalah kriolit (Na 3 AlF 6 ) yang berfungsi sebagai pelarut dan alumina yang berfungsi sebagai zat terlarut, serta beberapa zat aditif lainnya. Kriolit (Na 3 AlF 6 ) digunakan dalam proses elektrolisa aluminium, karena sifat-sifatnya yang unik dan mampu melarutkan berbagai jenis oksida dengan baik, sifat-sifat kriolit diantaranya :

8 23 a. Kemampuan melarutkan alumina dengan baik b. Tegangan komposisi lebih tinggi c. Konduktivitas elektrolitnya cukup tinggi. d. Titik leburnya relatif rendah e. Tidak dapat bereaksi dengan aluminium dan karbon f. Cukup encer sebagai pelarut g. Masa jenisnya cukup rendah, bila dalam keadaan sama-sama cair h. Tekanan uapnya relatif rendah. Pada tekanan atmosfer aluminium fluoride (AlF 3 ) tidak dapat dijumpai dalam bentuk cair. Cairan kriolit-alumina juga mengandung kalsium fluorida (CaF 2 ) atau natrium flourida (NaF) membentuk komposisi kriolit 3NaF-AlF 3. Kriolit sebagai elektrolit dalam reduksi aluminium juga harus memenuhi syarat-syarat elektrolit yang dibutuhkan sebagai berikut : a. Temperatur kristalisasi primer rendah b. Konduktivitas listrik yang baik c. Dapat melarutkan alumina dalam jumlah besar d. Mempunyai berat jenis kecil e. Stabil dalam keadaan cair Oleh karena itu untuk memperbaiki sifat-sifat dari elektrolit yang ada maka biasanya dilakukan penambahan atau pencampuran dengan beberapa zat aditif, seperti : Flourida atau

9 24 klorida dari logam alkali, AlF 3 dan CaF 2 dan juga biasa digunakan MgF 2, LiF, dan NaCl (Grjotheim, 1982) Keasaman Bath Keasaman bath dinyatakan dalam banyaknya kadar AlF 3 yang terkandung di dalam bath. Biasanya keasaman bath sekitar 9 11%. Keasaman bath sangat berpengaruh terhadap terhadap temperatur bath, biasanya bila kadar keasaman rendah maka temperatur bath akan tinggi dan sebaliknya bila kadar keasaman tinggi maka temperatur bath akan rendah. Namun tidak selamanya keasaman berbanding terbalik dengan temperatur bath ada kalanya pada saat keasaman rendah temperatur juga rendah, hal ini tergantung pada kondisi pot terutama jumlah metal dan voltase pot. Pada saat start up, keasaman bath sangat rendah yaitu sekitar 1-2%, hal ini terjadi karena adanya penambahan soda abu. Setelah beberapa hari, pemasukan soda abu mulai dikurangi kemudian dimasukkan AlF 3 agar keasaman menjadi naik dan akan terbentuk lapisanlapisan pada dinding pot Temperatur Liquidus Temperatur liquidus merupakan temperatur dimana batas pertemuan yang tepat antara fasa cair, padat, ataupun campuran dari bath. Jika dilihat dari diagram fasa sistem NaF AlF 3, temperatur liquidus dipengaruhi oleh besarnya kadar keasaman. Ketika penambahan ataupun

10 25 pengurangan AlF 3 maka temperatur liquidus akan bergerak turun ataupun naik. Berikut adalah gambar diagram fasa sistem NaF AlF 3 dalam gambar 2.1. Gambar 2.1. Diagram Fasa Sistem NaF AlF 3 Dalam literatur, beberapa hubungan liquidus temperature kriolit untuk sistem multi komponen ditemukan pada persamaan Solheim.

11 26 T = C 0.13 C C C C C C C C C C C C 8.90 C C C 3.95 C T L = liquidus temperature ( 0 C) C AlF3 = konsentrasi aluminium fluorida (wt%) C CaF2 = konsentrasi kalsium fluorida (wt%) C Al2O3 = konsentrasi alumina (wt%) C LiF = konsentrasi lithium fluorida (wt%) C MgF2 = konsentrasi magnesium fluorida (wt%) Superheat Superheat secara sederhana didefinisikan sebagai selisih antara BT dan LT. Lebih mudah mengoperasikan pada SH yang lebih tinggi, juga dikarenakan membantu dalam aspek pelarutan alumina. Pada teorinya, SH selalu bernilai positif. Namun, SH bisa didapat bernilai negatif. Superheat = BT - LT

12 Komposisi Bath Elektrolit yang banyak mengandung sodium fluorida (NaF) akan meningkatkan CE karena bath seperti ini biasanya mengandung AlF 3, LiF, MgF 2 dan CaF 2 adalah aditif yang dapat menaikkan CE. Konsentrasi AlF 3 yang kecil pada bath akan menurunkan CE Soda abu (Na 2 CO 3 ) Soda abu berfungsi memperkuat struktur katoda dan dinding samping agar sulit tererosi. Lapisan dinding samping dengan Na 2 CO 3 dilakukan pada tahap transisi untuk membantu proses pembentukan kerak samping. Selain mencegah erosi oleh bath, soda abu juga berfungsi sebagai isolasi termal. Berikut adalah tabel spesifikasi soda abu (Na 2 CO 3 ) yang digunakan oleh PT. INALUM. Tabel 2.4. Spesifikasi Soda Abu (Na 2 CO 3 ) Komposisi Loss on Fe 2 O 3 NaCl Insoluble Na2CO3 App. Unit Ignitation water Density (LOI) (gr/cm3) Kemurnian 1,0 max 0,01 max 0,5 max 0,2 max 99,0 min 1,0 min % (PT. INALUM,2011).

13 Aluminium Fluorida (AlF 3 ) Aluminium fluorida berfungsi menjaga temperatur bath dan merupakan bahan yang dituangkan secara manual jika AlF3 kurang didalam bath. Spesifikasi AlF3 yang digunakan oleh PT INALUM dapat dilihat pada tabel 2.3. AlF 3 merupakan aditif yang dimasukkan setiap hari untuk mengimbangi penguapan gas fluorida dan menjaga kompisi bath tetap stabil. Selain itu, kriolit akan terbentuk akibat terjadinya reaksi antara AlF 3 dengan Na 2 O. 4 AlF + 3Na O 2Na AlF + Al O Fungsi utama AlF 3 adalah menurunkan temperatur liquidus bath, sehingga pot bisa dioperasikan pada temperatur yang lebih rendah. Bath cair terkadang perlu di keluarkan dari dalam pot bila tidak sesuai dengan standar tinggi bath, 22 ± 2 cm, dan apabila terjadi kekurangan, AlF 3 akan ditambahkan ke dalam pot. Pemasukan ataupun pengeluaran dilakukan secara manual. Tabel 2.5. Spesifikasi AlF 3 Item Unit Spesifikasi AlF3 % 93 min SiO2 % 0,25 max P2O5 % 0,02 max Fe2O3 % 0,07 max Moisture (Water Content) % 0,35 max Loss on Ignitation o C % 0,85 max Bulk density gram/cc 0,7 min Particle Size (Tyler Mesh) Typical

14 mesh % mesh % mesh % 75 min (PT.INALUM, 2011) Elektrolisis Elektrolisis adalah peristiwa penguraian elektrolit oleh arus listrik searah dengan menggunakan dua macam elektroda. Elektroda tersebut adalah katoda (elektroda yang dihubungkan dengan kutub negatif) dan anoda (elektroda yang dihubungkan dengan kutub positif). Pada anoda terjadi reaksi oksidasi, yaitu anion (ion negatif) ditarik oleh anoda dan jumlah elektronnya berkurang sehingga bilangan oksidasinya bertambah. a. Ion OH - dioksidasi menjadi H 2 O dan O 2. Reaksinya: 4OH - (aq) 2H 2 O ( l ) + O 2(g) + 4e - b. Ion sisa asam yang mengandung oksigen (misalnya NO - 3, SO 2-4 ) tidak dioksidasi, yang dioksidasi air. Reaksinya: 2H 2 O ( l ) 4H + (aq) + O 2(g) + 4e - c. Ion sisa asam yang lain dioksidasi menjadi molekul. Contoh: 2Cl - (aq) Cl 2 (g) + 2e - Pada katoda terjadi reaksi reduksi, yaitu kation (ion positif) ditarik oleh katoda dan menerima tambahan elektron, sehingga bilangan oksidasinya berkurang. a. Ion H + direduksi menjadi H 2. Reaksinya:

15 30 2H + (aq) + 2e - H 2(g) b. Ion logam alkali (IA) dan alkali tanah (IIA) tidak direduksi, yang direduksi air. 2H 2 O (aq) + 2e - H 2(g) + 2OH - (aq) c. Ion logam lain (misalnya Al 3+, Ni 2+, Ag + dan lainnya) direduksi. Contoh: Al 3+ (aq) + 3e - Al (s) Ni 2+ (aq) + 2e - Ni (s) Ag + (aq) + e - Ag (s) Contoh elektrolisis: a. Elektrolisis larutan HCl dengan elektroda Pt, reaksinya: 2HCl (aq) 2H + (aq) + 2Cl - (aq) Anoda : 2Cl - (aq) Cl 2 (g) + 2e - (Oksidasi) Katoda : 2H + (aq) + 2e - H 2 (g) (Reduksi) + Total : 2HCl (aq) H 2 (g) + Cl 2 (g) (Redoks) Hukum Elektrolisis Faraday Faraday mengamati peristiwa elektrolisis melalui berbagai percobaan yang dia lakukan. Dalam pengamatannya jika arus listrik searah dialirkan ke dalam suatu larutan elektrolit, mengakibatkan perubahan kimia dalam larutan tersebut. Sehingga Faraday menemukan hubungan antara massa yang dibebaskan atau diendapkan dengan arus listrik. Hubungan ini dikenal dengan Hukum Faraday. Hukum elektrolisis Faraday

16 31 1. Jumlah zat yang dihasilkan di elektroda sebanding dengan jumlah arus listrik yang melalui sel. 2. Bila sejumlah tertentu arus listrik melalui sel, jumlah mol zat yang berubah di elektroda adalah konstan tidak bergantung jenis zat. Misalnya, kuantitas listrik yang diperlukan untuk mengendapkan 1 mol logam monovalen adalah C(Coulomb) tidak bergantung pada jenis logamnya. Hukum Faraday I : Massa zat yang timbul pada elektroda karena elektrolisis berbanding lurus dengan jumlah listrik yang mengalir melalui larutan. w ~ Q w = massa zat yang diendapkan (g) w ~ I.t Q = jumlah arus listrik = muatan listrik (C) w = e.i.t e = tetapan = (gek : F) =.. I = kuat arus listrik (A) =... t gek Ar n = waktu (dt) = massa ekivalen zat (gek) = massa atom relatif. = valensi ion. F = bilangan faraday = C. Massa ekivalen = massa zat yang sebanding dengan 1 mol elektron = 6,02 x e - 1 gek ~ 1 mol e - Jika arus listrik 1F dialirkan ke dalam larutan AgNO 3 maka akan diendapkan 1gram ekivalen Ag. Ag + (aq) + e - Ag (s)

17 32 1 mol e - ~ 1 mol Ag ~ 1 gram ekivalen Ag Untuk mendapatkan 1 gram ekivalen Ag diperlukan 1 mol e - 1 gram ekivalen Ag = 1 mol e - = 1 mol Ag = 108 gram Ag Jika listrik 1 F dialirkan ke dalam larutan CuSO 4 maka akan diendapkan 1 gek Cu. Cu 2+ (aq) + 2e - Cu (s) 2 mol e - ~ 1 mol Cu 1 mol e - ~ ½ mol Cu 1 gek Cu = 1 mol e - = ½ mol Cu = (1/2 x 64) gram Cu = 32 gram Cu Q = banyaknya arus listrik yang dialirkan (Coulomb) = I. t (Ampere.detik) Muatan 1 e - = 1,6 x C Muatan 1 mol e - = (6,02 x ) x (1,6 x ) C C = 1 F Hukum Faraday II : Massa dari bermacam-macam zat yang timbul pada elektrolisis dengan jumlah listrik sama, berbanding lurus dengan massa ekivalennya. m 1 : m 2 = e 1 : e 2 m = massa zat (g) m 1 : m 2 = : e = massa ekivalen zat Ar = massa molekul relatif n = valensi ion

18 Elektrolisis Aluminium Arus listrik dapat digunakan untuk memaksa berlangsungnya reaksi reduksi-oksidasi (redoks) yang tidak spontan, yaitu penguraian elektrolit menjadi unsur-unsurnya.peristiwa penguraian suatu elektrolit oleh arus listrik disebut elektrolisa.berkat metode elektrolisa yang ditemukan oleh Sir Humphry Davy pada awal abad ke-19 dan kemudian dikembangkan oleh Michael Faraday, umat manusia dapat memperoleh logam-logam serta unsur-unsur halogen yang tidak dijumpai di alam dalam bentuk unsur bebasnya. Elektrolisa khususnya bermanfaat untuk produksi logam dengan kecenderungan ionisasi tinggi, misalnya aluminium. Produksi aluminium di industri dengan proses elektrolisa dicapai tahun 1886 secara independen oleh penemu berkebangsaan Amerika Charles Martin Hall ( ) dan penemu berkebangsaan Perancis Paul Louis Toussaint Héroult ( ) pada waktu yang bersamaan. Keberhasilan proses elektrolisa ini karena penggunaan lelehan Na 3 AlF 6 sebagai pelarut bijih (aluminium oksida; alumina; Al 2 O 3 ). Sebagai syarat berlangsungnya proses elektrolisa, ion harus dapat bermigrasi ke elektroda. Salah satu cara yang paling jelas agar ion mempunyai mobilitas adalah dengan menggunakan larutan dalam air. Namun, dalam kasus elektrolisa Al 2 O 3, larutan dalam air jelas tidak tepat sebab air lebih mudah direduksi daripada ion aluminium sebagaimana ditunjukkan di bawah ini: Al + 3e Al potensial elektroda normal = -1,662 V 2H O + 2e H + 2OH potensial elektroda normal = -0,828 V

19 34 Metoda lain adalah dengan menggunakan lelehan garam. Masalahnya Al 2 O 3 meleleh pada suhu sangat tinggi yaitu 2050 C dan proses elektrolisa pada suhu setinggi ini jelas tidak realistis. Namun, titik leleh campuran Al 2 O 3 dan Na 3 AlF 6 adalah sekitar 1000 C dan suhu ini mudah dicapai.prosedur detailnya adalah bijih aluminium, bauksit mengandung berbagai oksida logam sebagai pengotor.bijih ini diolah dengan alkali, dan hanya oksida aluminium yang amfoter yang larut.bahan yang tak larut disaring dan CO 2 dialirkan ke filtratnya untuk menghasilkan hidrolisis garamnya kemudian Al 2 O 3 akan diendapkan. Al O (s) + 2OH (aq) 2AlO(aq) + H O(l) 2CO + 2AlO (aq) + (n + 1)H O(l) 2HCO (aq) + Al O nh O(s) Al 2 O 3 yang didapatkan dicampur dengan Na 3 AlF 6 dan kemudian garam lelehnya dielektrolisa.reaksi dalam sel elektrolisa rumit.kemungkinan besar awalnya Al 2 O 3 bereaksi dengan Na 3 AlF 6 dan kemudian reaksi elektrolisa berlangsung. Al O + 4AlF 3Al OF + 6F Reaksi elektrodanya adalah sebagai berikut: Elektroda negatif :2Al OF + 12F + C 4AlF + CO + 4e Elektroda positif :AlF + 3e Al + 6F Reaksi total :2Al O + 3C 4Al + 3CO Kemurnian aluminium yang didapatkan dengan prosedur ini kira-kira 99,55 %. Aluminium dapat digunakan dalam kemurnian ini atau sebagai paduan dengan logam lain. Sifat

20 35 aluminium sangat baik dan selain itu, harganya juga tidak terlalu mahal. Namun, harus diingat bahwa produksi aluminium membutuhkan arus listrik dalam jumlah sangat besar Reaksi Utama Elektrolisis Aluminium Reaksi keseluruhan pada industri elektrolisis alumina dengan menggunakan anoda karbon adalah sebagai berikut : 2Al 2 O 3 (l) + 3C (s) 4 Al (l) + 3CO 2 (g)...(4.12) Reaksi ini berlangsung pada temperatur sekitar 977 o C, beda potensial 1,18 volt. Mekanisme reaksi yang paling sering terjadi adalah reduksi Al 2 O 3 secara langsung dengan reaksi : Al 2 O 3 AlO 2- + AlO + AlO 2 Al O 2- Reaksi katodik : 2Al e - 6 Al Reaksi anodik : 3 O 2-3/2 O + 6 e - (PT. INALUM, 2011)

21 Efisiensi Arus Efisensi arus atau (Current Efficiency, CE) merupakan persentase perbandingan antara jumlah metal yang dihasilkan dari pot dengan jumlah metal yang dihasilkan secara teoritis. Current Efficiency (CE) = Berat metal yang di tapping Berat metal secara teoritis x 100 % Dalam sel elektrolisis modern, rata-rata CE adalah 95 96%, hal ini tergantung kepada prosedur teknis yang dilakukan. Besarnya CE dapat dipengaruhi oleh beberapa hal antara lain: a. Temperatur operasi Temperatur operasi harus dijaga karena akan sangat mempengaruhi CE. Bila temperatur operasi terlalu tinggi maka akan mempercepat laju reaksi kabut metal atau reaksi balik, namun bila temperatur operasi terlalu rendah maka bath tidak dapat melarutkan Al 2 O 3 sehingga Al 2 O 3 menjadi lumpur. b. Kadar alumina Banyaknya metal yang dihasilkan tergantung pada banyaknya kadar Al 2 O 3 di dalam bath, kadar Al 2 O 3 dalam bath harus tetap berada pada 1 3%. c. Rapat arus Rapat arus yang tinggi akan menaikkan CE, karena kuantitas metal (aluminium) hilang yang terlarut ke bath tidak meningkat secara proporsional terhadap rapat arus. Persamaan empiris untuk menghitung efisiensi arus adalah : η = k.

22 37 dimana : = efisiensi arus (%) m = jarak anoda - katoda (cm) d = rapat arus (A/cm 2 ) k = konstanta k = 0,698 :bath kelebihan AlF 3 0,550 :bath netral AlF 3 0,388 :bath kelebihan NaF 2.9. Efek Anoda (Anode effect) Anode effect sering terjadi pada proses elektrolisa dari garam logam. Anode effect terjadi saat kekurangan alumina (Al 2 O 3 ) di dalam larutan elektrolit (Na 3 AlF 6 ). Tanda fisiknya adalah timbulnya gelembung gas CO 2 pada bagian bawah anoda, yang menandakan menurunnya kemampuan elektrolit (Na 3 AlF 6 ) untuk membasahi anoda. Akhirnya gelembung-gelembung gas CO 2 tersebut akan bergabung untuk membentuk suatu lapisan tunggal yang akan menutupi sebagian besar permukaan anoda. Dengan sumber arus listrik yang tetap, beda potensial listrik akan naik lebih dari 30 volt. Hal ini disebabkan oleh gelembung gas CO 2 yang besar dan akan menaikkan rapat arus lokal pada anoda. Satu-satunya cara agar arus dapat melalui lapisan gas CO 2 pada permukaan anoda adalah dengan cara lompatan listrik (electric arching).

23 38 Beda tegangan listrik akan naik perlahan seiring dengan kurangnya alumina (Al 2 O 3 ) sampai suatu harga konsentrasi kritis tertentu yang berkisar antara 1 % - 2 % berat, tergantung dari rapat arus, suhu, konveksi larutan elektrolit (Na 3 AlF 6 ), komposisi larutan elektrolit (Na 3 AlF 6 ), dan bentuk dari anoda. Anoda effect dapat juga terjadi saat konsentrasi alumina (Al 2 O 3 ) yang lebih tinggi dengan menaikkan rapat arus (PT. INALUM, 2011).