BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Alumina dan Aluminium 2.1.1 Aluminium Aluminium adalah logam yang ringan dan cukup penting dalam kehidupan manusia. Aluminium merupakan unsur kimia golongan IIIA dalam sistim periodik unsur, dengan nomor atom 13 dan berat atom 26,98 gram per mol. Didalam udara bebas aluminium mudah teroksidasi membentuk lapisan tipis oksida (Al 2 O 3 ) yang tahan terhadap korosi. Aluminium juga bersifat amfoter yang mampu bereaksi dengan larutan asam maupun basa (Hartono,1992). Aluminium merupakan logam ringan yang mempunyai ketahanan korosi yang baik dan hantaran listrik yang baik serta sifat-sifat baik yang lainnya sebagai sifat logam (Surdia,2005). 2.1.2. Sejarah Aluminium Aluminium ditemukan kira-kira sekitar 160 tahun yang lalu dan mulai diproduksi skala industri sekitar 90 tahun yang lalu. Berikut sejarah perkembangan tentang penemuan aluminium :
1. Pada tahun 1782, seorang ilmuwan Prancis bernama Lavoiser telah menduga bahwa aluminium merupakan logam yang terkandung didalam alumina. 2. Pada tahun 1807, ahli kimia inggris bernama Humphrey Davy berhasil memisahkan alumina secara elektrokimia logam dan yang diperoleh dari pengujian tersebut adalah aluminium. 3. Pada tahun 1821, biji sumber aluminium ditemukan di Prancis Selatan, tepatnya dikota Lesbaux, yang dinamakan bauksit. 4. Pada tahun 1825, ahli kimia Denmark, Orsted berhasil memisahkan aluminium murni dengan cara memanaskan aluminium chloride dengan kalium amalgam dan kemudian memisahkan merkuri dengan cara destilasi. 5. Pada tahun 1886, mahasiswa Oberlin College di Ohio, Amerika Serikat bernama Charles Martin-Hall menemukan dengan cara melarutkan alumina (Al 2 O 3 ) dalam lelehan kriolit (Na 3 AlF 6 ) pada temperatur 960 0 C dalam bentuk kotak yang dilapisi logam karbon dan kemudian melewatkan arus listrik melalui ruang tersebut. Cara ini dikenal dengan proses Hall-Heroult, karena ini terjadi pada tahun yang sama dengan seorang Prancis yang bernama Paul Heroult. 6. Pada tahun 1888, ahli kimia Jerman Karlf Josef Bayer menemukan cara memperoleh alumina dari bauksit secara pelarutan kimia. Sampai saat ini cara Bayer masih digunakan untuk memproduksi alumina dari bauksit secara industri dan disebut proses Bayer (Davis,1993). Aluminium adalah logam yang terbanyak didunia. Logam 8% dari bagian pada kerak bumi. Boleh dikatakan setiap negara mempunyai persediaan bahan yang
mengandung aluminium, tetapi proses untuk mendapatkan aluminium logam dari kebanyakan bahan itu masih belum ekonomis. Logam aluminium pertama kali dibuat dalam bentuk murni oleh Oersted pada tahun 1825, yang memanaskan ammonium klorida (NH 4 Cl) dengan amalgam kalium-raksa (K-Hg). Pada tahun 1854, Henri Sainte-Claire Deville membuat aluminium dari natrium-aluminium klorida dengan jalan memanaskan dengan logam natrium. Proses ini beroperasi selama 35 tahun dan logamnya dijual dengan harga $ 220 per kilogram. Pada tahun 1886 Charles Hall mulai memproduksi aluminium dengan skala besar seperti sekarang, yaitu melalui elektrolisis alumina didalam kriolit (Na 3 AlF 6 ) lebur. Pada tahun itu pula, Paul Heroult mendapat hak dari prancis untuk proses serupa dengan proses Hall. Hingga pada tahun 1893, produksi aluminium menurut cara Hall ini sudah sedemikian meningkat, sehingga harganya sudah jatuh menjadi $ 4,40 per kilogram. Industri ini berkembang dengan baik, berdasarkan suatu pasaran yang sehat dan berkembang atas dasar penelitian mengenai sifat-sifat aluminium dan cara-cara pemakaian yang ekonomis bagi bahan ini (Austin,1990). 2.1.3. Sifat-sifat Aluminium Dalam tiga dasawarsa terakhir ini aluminium telah menjadi salah satu logam industri yang paling luas penggunaannya didunia. Aluminium banyak digunakan didalam semua sektor utama industri seperti angkutan, konstruksi, listrik, peti kemas dan kemasan, alat rumah tangga serta peralatan mekanis.
Penggunaan aluminium yang luas disebabkan aluminium memiliki sifat-sifat yang lebih baik dari logam lainnya seperti : a. Ringan : memiliki bobot sekitar 1/3 dari bobot besi dan baja, atau tembaga dan karenanya banyak digunakan dalam industri transportasi seperti angkutan udara. b. Kuat : terutama bila dipadu dengan logam lain. Digunakan untuk pembuatan produk yang memerlukan kekuatan tinggi seperti : pesawat terbang, kapal laut, bejana tekan, kendaraan dan lain-lain. c. Mudah dibentuk dengan semua proses pengerjaan logam. Mudah dirakit karena dapat disambung dengan logam/ material lainnya melalui pengelasan, brazing, solder, adhesive bonding, sambungan mekanis, atau dengan teknik penyambungan lainnya. d. Tahan korosi : sifatnya durabel sehingga baik dipakai untuk lingkungan yang dipengaruhi oleh unsur-unsur seperti air, udara, suhu dan unsur-unsur kimia lainnya, baik diruang angkasa atau bahkan sampai ke dasar laut. e. Konduktor listrik : setiap satu kilogram aluminium dapat menghantarkan arus listrik dua kali lebih besar jika dibandingkan dengan tembaga. Karena aluminium relatif tidak mahal dan ringan, maka aluminium sangat baik untuk kabel-kabel listrik overhead maupun bawah tanah. f. Konduktor panas : sifat ini sangat baik untuk penggunaan pada mesin/ alat pemindah panas sehingga dapat membersihkan penghematan energi. g. Memantulkan sinar dan panas : dapat dibuat sedemikian rupa sehingga memiliki kemampuan pantul yang tinggi yaitu sekitar 95% dibandingkan dengan kekuatan pantul sebuah cermin. Sifat pantul ini menjadikan aluminium sangat baik untuk peralatan penahan radiasi panas.
h. Non magnetik : dan karenanya sangat baik untuk penggunaan pada peralatan listrik/ elektronik, pemancar radio/ TV, dan lain-lain, dimana diperlukan faktor magnetisasi negatif. i. Tak beracun : dan karenanya sangat baik untuk penggunaan pada industri makanan, minuman dan obat-obatan, yaitu untuk peti kemas dan pembungkus. j. Memiliki ketangguhan yang baik : dalam keadaan dingin dan tidak seperti logam lainnya yang menjadi getas bila didinginkan. Sifat ini sangat baik untuk penggunaan pada pemrosesan maupun transportasi LNG dimana suhu gas cair k. Menarik : dan karena itu aluminium sering digunakan tanpa diberi proses pengerjaan akhir. Tampak permukaan aluminium sangat menarik dan karena itu cocok untuk perabot rumah (hiasan), bahan bangunan dan mobil. Disamping itu aluminium dapat diberi surface treatment, dapat dikilapkan, disikat atau dicat dengan berbagai warna, dan juga diberi proses anodisasi. Proses ini menghasilkan lapisan yang juga dapat melindungi logam dari goresan dan jenis abrasi lainnya. l. Mampu diproses ulang-guna : yaitu dengan mengolahnya kembali melalui proses peleburan dan selanjutnya dibentuk menjadi produk seperti yang diinginkan. Proses ulang-guna ini dapat menghemat energi, modal dan bahan baku yang berharga (Daryus,2008). 2.1.4. Bahan Baku Aluminium Untuk memproduksi aluminium diperlukan :
A. Bahan baku utama 1. Alumina Alumina diperoleh dari bauksit melalui beberapa proses Bayer. Bauksit merupakan bahan baku Al yang terdiri dari Al 2 O 3 (aluminium oksida) dan memiliki kemurnian yang berbeda seperti besi oksida, aluminium silika dan titanium oksida. Aluminium oksida (Al 2 O 3 ) atau alumina biasanya berupa kristal ion. Tetapi ion oksida (O -2 ) dipolarisasi oleh ion aluminium sehingga sebagian ikatannya bersifat kovalen. Aluminium oksida meleleh pada 2035 0 C. Zat ini tidak larut dalam air, stabil dan keras. Aluminium oksida adalah amfoter. Zat ini melarut dengn lambat dalam asam encer maupun basa encer. Al 2 O 3 (s) + 6H + (aq) 2Al 3+ (aq) + 3H 2 O (l) Al 2 O 3(s) + 2OH - (aq) + 3H 2 O 2Al(OH) - 4 2. Anoda Anoda adalah elektroda bermuatan listrik positif. Jenis anoda yang dipakai adalah jenis anoda prebaked, anoda yang digunakan diseksi reduksi dibuat digedung karbon dengan bahan kokas dan hard pitch. 3. Katoda Katoda adalah elektroda bermuatan listrik negatif. Ditinjau dari bahan bakunya dan proses pembuatannya, katoda dibagi atas 4 jenis, yaitu :
a. Blok katoda amorphous, bahan bakunya antrasit, dipanggang pada suhu 1200 0 C b. Blok katoda semi graphitic, bahan bakunya grafit, dipanggang pada suhu 2300 0 C c. Blok katoda graphitic, bahan bakunya kokas mengalami proses grafitasi suhu 3000 0 C (Jody,1992). B. Bahan baku penunjang a. Kriolit Kriolit dapat mengandung CaF 2 dan AlF 3 yang dapat membentuk kriolit Na 3 AlF 6. Sifat-sifat kriolit adalah : 1) Konduktivitas listrik baik 2) Memiliki berat jenis yang rendah 3) Temperatur kristalisasi primer rendah 4) Stabil dalam keadaan cair 5) Dapat melarutkan alumina dalam jumlah besar Untuk memperbaiki sifat-sifat kriolit tersebut, bath biasanya ditambah dengan beberapa bahan tambahan seperti fluorida, alkil metal, AlF 3 dan CaF 2. b. 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 berfungsi sebagai isolasi termal. c. Aluminium florida (AlF 3 ) Aluminium florida berfungsi menjaga keasaman bath dan merupakan bahan yang dituangkan secara manual jika kelebihan AlF 3 kurang didalam bath. Spesifikasi AlF 3 yang digunakan oleh PT INALUM adalah : Tabel 2.1. Spesifikasi AlF 3 Jenis Unit Spesifikasi AlF 3 % 93 minimal SiO 2 % 0,25 maksimal P 2 O 5 % 0,02 maksimal Fe 2 O 3 % 0,07 maksimal Moisture (water content) % 0,35 maksimal Loss on Ignitation 300-1000 0 C % 0,85 maksimal Bulk Density Gram/cc 0,7 minimal Particle Size (Tyler Mesh) Typical + 150 mesh % 25-60 + 200 mesh % 50-75 + 320 mesh % 75 minimal (PT Inalum,2009).
2.1.5. Kegunaan Aluminium Dilihat dari segi kuantitas dan kualitas, kegunaan aluminium dapat mengatasi kegunaan logam lain kecuali besi. Karena itu aluminium sangat penting dalam kehidupan sehari-hari dan berpengaruh terhadap perkembangan ekonomi dunia, dikarenakan aluminium diprediksi akan menjadi komoditi ekspor dunia. Aluminium murni mempunyai kekuatan tegangan yang rendah, tetapi mempunyai kemampuan untuk membentuk alloy bersama dengan banyak unsur seperti tembaga, seng, magnesium, mangan dan silikon. Pada saat ini hampir semua bahan yang dianggap aluminium adalah sebenarnya sejenis alloy aluminium bukan aluminium murni. Apabila digabung secara proses termomekanikal, alloy aluminium menunjukkan peningkatan kekuatan dari segi sifat mekanikal. Alloy aluminium membentuk komponen penting dalam pesawat udara dan roket, ini dikarenakan kekuatan yang meningkat. Sebagian dari kegunaan-kegunaan aluminium yaitu : 1) Pengangkutan (kendaraan, kapal terbang, kendaraan landasan, kapal laut, dsb) 2) Pembungkus (tin aluminium, keranjang aluminium, dsb) 3) Perawatan air 4) Pembinaan (tingkap, pintu, dwai binaan, dsb) 5) Barang pengguna tahan lama (perkakas, peralatan dapur, dsb) 6) Talian penghantaran elektrik (berat pengalir aluminium adalah setengah dari berat tembaga dengan kekonduksian yang sama dan lebih murah) 7) Jendela
8) Aluminium murni 9) Serbuk aluminium, yang mempunyai bentuk perak yang bisa digunakan dalam cat. Serpihan aluminium juga dimasukkan dalam cat alas, terutama kayu cat (Oxtoby,2003). 2.2. Alumina Adapun pembagian dari alumina berdasarkan ukuran partikelnya adalah : 1. Alumina sandy ( -Al 2 O 3 ) Alumina sandy banyak ditemukan di Amerika, yang berbentuk serbuk yang diproduksi pada pembakaran yang lebih rendah dari alumina floury. Alumina sandy yang terbentuk digunakan pada tungku peleburan karena sifat dari alumina tersebut yang bergerak bebas dan tidak dipengaruhi oleh gaya dari luar. 2. Alumina floury (α-al 2 O 3 ) Alumina floury banyak ditemukan di Eropa, dimana alumina jenis ini diperoleh melalui proses Bayer, selanjutnya diproses lagi untuk memperoleh aluminium cair. Proses yang digunakan adalah Hall-Heroult, prinsip yang dipakai melalui reduksi alumina. Reduksi dilakukan secara elektrolisa terhadap alumina yang dilarutkan dalam larutan elektrolit cair dan dialirkan arus listrik. Dengan mengalirkan arus listrik tersebut pada kedua elektroda (anoda dan katoda) maka akan terjadi proses elektrolisa, sehingga terbentuk endapan aluminium cair pada katoda (Grjotheim,1998).
Tabel 2.2. Spesifikasi alumina yang digunakan di PT INALUM Item Satuan Spesifikasi Loss on Ignition (300-1000 0 C) % 1,00 maksimal SiO 2 % 0,03 maksimal Fe 2 O 3 % 0,03 maksimal TiO 2 % 0,005 maksimal Na 2 O % 0,600 maksimal CaO % 0,060 maksimal Al 2 O 3 % 98,40 minimal Spesific Surface Area M 2 /g 40-80 Particle Size + 100 mesh % 12,0 maksimal + 150 mesh % 25 minimal - 325 mesh % 12,0 maksimal Angle of Refuse Deg 30-34 (PT INALUM,2009). 2.2.1. Kebutuhan Alumina Selama beroperasinya sel, terjadi pembentukan kerak diatas 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 disekitar 2% sampai 6%. Kebutuhan teoritis alumina adalah 1,89 per kilogram
aluminium. Tetapi dalam prakteknya, angkanya kira-kira 1,91. Bila kadar alumina didalam penangas itu sudah berkurang dan efek anoda berlangsung pada anoda itu terbentuk suatu lapisan tipis karbon tetrafluorida dipenangas 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 didalam penangas dan bagaimana mekanisme dekomposisi elektrolitnya masih belum jelas. Tetapi pada akhirnya adalah pembebasan oksigen pada anoda dan pengendapan logam aluminium pada katoda. Oksigen itu bergabung dengan anoda karbon menghasilkan CO dan CO 2 tetapi kebanyakan adalah CO 2 (Austin,1990). 2.3. Elektrolisa Hampir semua logam aluminium primer dihasilkan dengan proses elektrolisa Hall-Heroult. Bahan baku yang digunakan terdiri dari alumina, karbon, kriolit, CaF 2, HF, AlF 3 dan tenaga listrik. Terdapat dua jenis tungku reduksi yang dipergunakan dalam industri peleburan aluminium yaitu Prebaked Anode Furnace (PAF) dan Soderberg Anode Furnace (SAF). Perbedaan kedua tipe tungku tersebut terletak pada cara pemanggangan anodanya, dalam sistem PAF anoda dipanggang terlebih dahulu (prebaked) sebelum dipergunakan. Sedangkan pada sistem SAF tidak dilakukan pemanggangan pendahuluan, melainkan dimasukkan langsung kedalam tungku reduksi.
Reaksi kimia yang terpenting yang terjadi ditungku reduksi, adalah reaksi elektrolisa untuk menghasilkan logam aluminium. Dengan mengalirkan listrik arus searah, terjadi elektrolisa alumina menjadi ion-ion positif dan ion-ion negatif Al 2 O 3 2Al 3+ + 3O 2-. Ion aluminium tertarik ke katoda dan dinetralisir sehingga terbentuk aluminium. Demikian juga ion zat asam mendekati anoda kemudian dinetralisir. Selain itu terjadi juga reaksi reduksi, dimana karbon yang berasal dari anoda berfungsi sebagai reduktor mengikat asam : 2Al 2 O 3 + 3C 4Al + 3CO 2 Aluminium cair yang terkumpul dibagian bawah tungku selanjutnya dihisap dan dibawa ke pabrik penuangan. Pada proses Hall-Heroult, logam aluminium diperoleh dari alumina dengan menggunakan cairan kriolit (Na 3 AlF 6 ), (titik lebur 1000 0 C) yang digunakan sebagai pelarut. Sejumlah besar alumina (Al 2 O 3 ) dilarutkan dalam kriolit, dimana larutan kriolit dapat menurunkan titik lebur alumina. Campuran kriolit dan aluminium oksida dielektrolisa dalam sel dan sel lapisan karbon yang berfungsi sebagai katoda tersimpan didalam cairan aluminium. Pada operasi sel, cairan aluminium berada pada bagian bawah sel. Dari waktu ke waktu aluminium cair akan disedot dan selanjutnya akan dibawa ke bagian casting untuk dicetak. Pada operasi sel ini diperlukan tegangan sebesar 4,0 sampai 5,5 volt, dan arus yang digunakan dari 50.000 sampai 150.000 ka (Kelvin,1994). 2.4. Proses Hall-Heroult Alumina yang dihasilkan dari proses pemurnian masih mengandung oksigen sehingga harus dilakukan proses selanjutnya yaitu peleburan. Peleburan alumina dilakukan
dengan proses reduksi elektrolitik. Proses peleburan ini memakai metode Hall- Heroult. Alumina dilarukan dalam larutan kimia yang disebut kriolit pada sebuah tungku yang disebut pot. Pot ini mempunyai dinding yang dibuat dari karbon. Bagian luar pot terbuat dari baja. Aliran listrik diberikan melalui anoda dan katoda. Proses reduksi memerlukan karbon yang diambil dari anoda. Pada proses ini dibutuhkan arus listrik searah sebesar 190 ka. Arus listrik akan mengelektrolisa alumina menjadi aluminium dan oksigen bereaksi membentuk senyawa CO 2. Aluminium cair dari hasil elektrolisa akan turun ke dasar pot dan selanjutnya dialirkan dengan prinsip siphon ke krusibel yang kemudian diangkut menuju tungku-tungku pengatur (holding furnace). Kebutuhan listrik yang dihabiskan untuk menghasilkan 1 kg aluminium berkisar sekitar 12-15 kwh. 1 kg aluminium dihasilkan dari 2 kg alumina dan ½ kg karbon. Reaksi pemurnian alumina menjadi aluminium adalah sebagai berikut : 970 0 C 2Al 2 O 3 + 3C 4Al + 3CO 2 Na 3 AlF 6 (Daryus,2008). 2.5. Proses Elektrolisis Aluminium Aluminium terutama masih sekedar menjadi bahan penelitian dilaboratorium sampai tahun 1886, ketika Charles Hall di Amerika Serikat (lulusan Oberlin College yang berusia 21 tahun) dan Paul Heroult (berkebangsaan prancis, berusia sama) secara
sendiri-sendiri menemukan proses yang efisien untuk memproduksinya. Pada tahun 1990-an produksi aluminium diseluruh dunia yang menggunakan proses Hall-Heroult mencapai 1,5 x 10 7 ton metrik. Proses Hall-Heroult melibatkan pengendapan aluminium secara katodik, dari lelehan kriolit (Na 3 AlF 6 ) yang mengandung Al 2 O 3 terlarut, dalam sel elektrolisis. Setiap sel terdiri dari kotak baja persegi panjang yang panjangnya sekitar 6 m, lebar 2 m, dan tinggi 1 m, yang berfungsi sebagai katoda, dan grafit pejal sebagai anoda yang mencuat melewati atap sel hingga ke bak lelehan kriolit. Arus yang sangat besar (50.000 sampai 100.000 A) dilewatkan dalam sel dan sebanyak 100 sel seperti ini disusun secara seri. Lelehan kriolit yang berdisosiasi sempurna menjadi ion-ion Na + dan AlF 3-6, merupakan pelarut yang baik untuk aluminium oksida, menghasilkan distribusi kesetimbangan dari ion-ion seperti Al 3+, AlF 2+, AlF + 2, AlF + 3, AlF - 4, AlF 2-5, AlF 3-6, dan O 2- dalam elektrolit. Kriolit meleleh pada suhu 1000 0 C, tetapi titik lelehnya turun dengan adanya aluminium oksida terlarut, sehingga suhu sel operasi hanya 950 0 C. Dibandingkan dengan titik leleh Al 2 O 3 murni (2050 0 C), suhu tersebut merupakan suhu yang rendah, dan ini sebabnya proses Hall-Heroult biasa berhasil. Lelehan aluminium memiliki kerapatan yang sedikit lebih besar sehingga materi ini mengumpul didasar sel, untuk selanjutnya disadap secara berkala. Oksigen merupakan produk anoda yang utama, tetapi zat ini bereaksi dengan elektroda grafit menghasilkan karbon dioksida. a. Reaksi Anodik Dalam proses elektrolisis reaksi yang dapat terjadi pada anoda adalah :
C (s) + O 2 (g) CO 2 (g) 2C (s) + O 2 (g) 2CO (g) terjadi adalah : Jika potensial sel elektrolisis lebih besar dari 1,02 Volt maka reaksi yang dapat Al 2 O 3 + 3C (s) 4Al (l) + 3CO 2 (g) b. Reaksi Katodik Reaksi yang dapat terjadi disekitar katoda adalah dekomposisi ion AlF 4 - dari kriolit menjadi ion Al 3+ dan F - : AlF 4 - Al 3+ + 4F - Reaksi Al 3+ pada katoda; Al 3+ + 3e Al (l) Dan reaksi antara natrium dari kriolit dengan Al : Al (l) + 3Na + 3Na + Al 3+ c. Reaksi Utama Elektrolisis Alumina Reaksi keseluruhan pada industri elektrolisis alumina dengan menggunakan anoda karbon adalah sebagai berikut :
2Al 2 O 3 (l) + 3C (s) 4Al (l) + 3CO 2 (g) Reaksi ini berlangsung pada temperatur sekitar 977 0 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 2Al 3+ + 3O 2- Reaksi katodik : 2Al 3+ + 6e - 6Al (l) Reaksi anodik : 3O 2-3/2 O 2 + 6e - 2.6 Besi dan Silika a. Besi Besi merupakan logam industri terpenting sudah dikenal sejak zaman purba. Besi merupakan unsur terbanyak keempat dalam litosfer bumi (setelah oksigen, silikon, aluminium). Kegunaan besi terpenting ialah pembuatan baja (alloy). Besi yang murni adalah logam berwarna putih-perak, yang kukuh dan liat. Besi melebur pada temperatur 1535 0 C. Zat-zat pencemar ini memegang peranan penting dalam kekuatan struktur besi. Sifat besi yang mudah mengalami korosi pada berbagai keadaan, sifat elektrokimia besi menjadi bahan kajian sejak lama. Terlihat bahwa oksidasi lebih mudah terjadi oleh adanya gugus yang mengendapkan produknya. Ion ferri mudah
tereduksi ke ferro, tetapi dalam keadaan alkali justru ferro berubah menjadi ferri. Agar Fe(OH) 3 tidak mengendap, suasananya harus asam. Reaksi besi dan oksidasi rumit karena didorong dengan adanya kelembaban. Produk karatnya non-stoikiometri dan sifatnya dapat protektif maupun tidak. Besi dapat larut dalam asam mineral encer. Bila asam non-oksidator (tidak ada udara) terbentuk ferro sedangkan biala ada udara atau asam nitrat dan kromat memasifkan besi. Ion ferro dan ferri dalam larutan mudah saling diubah dengan reaksi redoks ferro hidroksida yang baru diendapkan berwarna putih dengan adanya udara menjadi hijau atau hitam, kemudian membentuk ferri hidroksida merah cokelat. Amoniak hanya mengendapkan besi sebagian karena terbentuk kompleks amina. Ion ferri biasanya merah cokelat akibat bentukan kompleks, sedangkan ion ferrinya sendiri tidak berwarna. Ferri mengkompleks dengan sianida. Besi merupakan logam termurah karena sifat fisik menarik, mudah dielektroplating dari berbagai elektrolit, tetapi besi tidak bernilai dekoratif, tetap terkena korosi, ia hanya dipakai secara terbatas termasuk electroforming pada cetakan karet, gelas, plastik, pada alloy nikelnya dan sebagainya. b. Silika Silika terdapat luas dialam, seperti pasir, kuarsa, batu api. Kristal silika tidak berwarna atau merupakan bubuk putih, bau dan tidak berasa, silika tidak larut dalam air dan asam, kecuali hidrogen fluorida. Dan larut didalam larutan alkali, dimana
akhirnya dipisahkan yang halus dan yang tidak terbentuk. Senyawa SiO 2 adalah yang paling melimpah dari senyawaan dalam kerak bumi. Asal mula silika adalah dapat dibuat dari larutan silika (air kaca), dengan asam, kemudian dicuci dan dengan pembakaran. Bunga api silika dibuat dari pasir, menguap pada temperatur 3000 0 C dengan menggunakan pancaran energi listrik. Bubuk silika digunakan untuk pembuatan gelas, keramik, alat pengelasan, saringan air, mikroskop, kertas, komponen dari beton pengisi kosmetik insektisida. Silika dan oksigen merupakan penyusun sebagian besar kerak bumi, dengan oksigen meliputi 47% dan silikon 28% dari massanya. Ikatan silikon oksigen kuat dan bersifat ionic parsial. Ikatan ini membentuk dasar untuk golongan mineral yang disebut silikat, yang merupakan golongan terbesar dari batuan, lempung, pasir dan tanah pada kerak bumi. Silikat menyediakan berbagai macam bahan bangunan seperti batu bata, semen, beton dan kaca (Oxtoby,2003). 2.7. Pengaruh Pengotor Besi dan Silika dalam Produk Aluminium Aluminium batangan (ingot) yang diproduksi sangat ditentukan oleh unsurunsur kimia yang terkandung didalam aluminium itu sendiri. Aluminium yang dihasilkan masih banyak mengandung zat-zat pengotor dalam jumlah yang kecil, seperti besi (Fe), silikon(si), dan pengotor lainnya. Ini dipengaruhi atas bahan baku yang digunakan untuk menghasilkan aluminium. Disamping adanya pengaruh bahan baku, pengotor besi dan silikon juga berasal dari prosesnya sendiri, dimana besi dan silikon dalam aluminium yang dihasilkan dalam sel elektrolisa (pot), dapat bertambah
apabila kondisi didalam pot kurang baik, sehingga ada pengikisan atau ikut larutnya dinding pot pada saat proses elektrolisa berlangsung. Jika kadar besi dalam aluminium cair yang akan dicetak masih terlalu tinggi, maka aluminium yang dihasilkan akan lebih mudah terkorosi dan mudah berubah menjadi warna kuning. Sebaliknya, jika kadar silikon didalam aluminium terlalu tinggi, maka akan menyebabkan aluminium batangan (ingot) yang dihasilkan akan menjadi keras, rapuh dan susah ditempah. Itulah beberapa pengaruh ketika kadar besi dan silikon didalam aluminium berlebih atau tidak sesuai dengan standar yang ada. 2.8. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Kualitas Aluminium Batangan (Ingot) dan Cara Penanggulangannya Faktor yang mempengaruhi kualitas ingot antara lain : 1. Kadar Fe dan Si Kadar Fe dan Si dapat berpengaruh terhadap kualitas produk, karena merupakan faktor utama penentu mutu grade yang dihasilkan. Kemurnian dari aluminium ingot yang dihasilkan dilihat dari kadar besi (Fe) dan silikon (Si). Maka kadar zat pengotor yang terkandung dalam aluminium cair harus dijaga sesuai dengan grade produk yang diinginkan. Apabila kadar Fe dan Si masih banyak terkandung didalam aluminium maka haruslah dikendalikan. 2. Flux Treatment
Pemberian flux pada aluminium cair di furnace (dapur) harus sesuai dengan jumlah molten aluminium sehingga pemisahan oksida-oksida yang terkandung dalam molten tersebut dapat terpisah secara sempurna, agar aluminium ingot yang dihasilkan lebih murni. 2.9. Standar Pengendalian Grade Produk Pengendalian grade produk dilakukan agar ada kesesuaian antara kadar Fe dan Si terhadap produk, sehingga produk yang dihasilkan bisa mencapai target yang telah ditetapkan di PT INALUM. Standar pengendalian grade produk berpatokan pada Quality Standard of Aluminium Ingot (QSAI). QSAI merupakan variabel-variabel yang ditetapkan agar produk yang dihasilkan tidak menyimpang dari jadwal operasi pencetakan. Tabel 2.3. Standar Kualitas Aluminium Batangan (Ingot) Grade/ Tingkat Komposisi Kimia (%) PT Inalum Class Al Fe Si S1-A - 99,92 min 0,04 maks 0,04 maks S1-B - 99,90 min 0,06 maks 0,04 maks S1 Special Class 1 99,90 min 0,07 maks 0,05 maks S2 Special Class 2 99,85 min 0,12 maks 0,08 maks G1 Class 1 99,70 min 0,20 maks 0,15 maks G2 Class 2 99,50 min 0,40 maks 0,25 maks G3 Class 3 99,00 min 0,80 maks 0,50 maks Catatan : min = minimal, maks = maksimal
Aluminium (ingot) yang dihasilkan PT INALUM sekarang ini adalah grade S1-B dan G1, yaitu dengan kemurnian aluminium, S1-B 99,90% dan G1 99,70%. Apabila masih tetap tidak sesuai dengan standarisasi di PT INALUM, maka dapat dilakukan dengan beberapa cara : a. Pengadukan ulang Pengadukan ulang aluminium cair (molten), yang bertujuan agar molten dapat bercampur secara homogen. Setelah dilakukan pengadukan, lalu dilakukan pengambilan sampel dan dibawa ke Smelter Quality Assurance (SQA) untuk dianalisa kembali. Apabila hasil dari Test Product Metal (TPM) menyatakan kadar Fe dan Si didalam molten masih tinggi dari standar yang diinginkan, maka dilakukan pengurangan atau penambahan molten. b. Pengurangan dan penambahan aluminium cair (molten) Pengurangan molten yang berkadar Fe dan Si yang tinggi kemudian ditambahkan molten yang memiliki kadar Fe dan Si yang rendah. Sehingga akan dicapai keseimbangan diantara keduanya. Apabila penambahan dan pengurangan molten tidak dapat menurunkan kadar Fe dan Si sesuai yang diinginkan, maka dapat dilakukan cara brikutnya, yaitu pencetakan sebagian molten. c. Pencetakan sebagian molten Dicetak sebagian molten yang berkadar Fe dan Si tinggi sebanyak 1/3 bagian dari banyaknya molten yang tersedia didapur. Jika 1/3 bagian yang telah
dicetak, maka molten yang tersisa didalam dapur ditambahkan molten yang berkadar Fe dan Si yang rendah. Apabila masih tidak dapat memenuhi standar yang ada, maka dilakukan perubahan grade. Misalnya dari grade S1-B menjadi grade G1. Dalam pengambilan sampel produk dapat dilakukan dalam 3 tahap, yaitu : - Sampel yang pertama diambil pada awal pencetakan, yaitu setelah mencetak 30 ton. - Sampel yang kedua diambil pada pertengahan pencetakan, yaitu setelah mencetak 15 ton. - Sampel ketiga diambil pada akhir pencetakan, yaitu 3 ton terakhir (PT.INALUM,2010).