oleh: imam prastiono
PENDAHULUAN
Aluminium berasal dari bahasa latin alumen/alum. Orang-orang Yunani dan Romawi kuno menggunakan alum sebagai cairan penutup pori-pori dan bahan penajam proses pewarnaan. Pada tahun 1761 de Morveau mengajukan nama alumine untuk basa alum dan Lavoisier, pada tahun 1787, menebak bahwa ini adalah oksida logam yang belum ditemukan. Wohler berhasil mengisolasi logam ini pada 1827, meskipun aluminium tidak murni telah berhasil dipersiapkan oleh Oersted dua tahun sebelumnya (Greenwood, N.N. and A. Earnshaw, 1997).
Pada 1807, Davy memberikan proposal untuk menamakan logam aluminum ini (walaupun belum ditemukan saat itu), walaupun pada akhirnya setuju untuk menggantinya dengan aluminium. Nama yang terakhir ini sama dengan nama banyak unsur lainnya yang berakhir dengan “ium”. Logam aluminium dibuat melalui pemanasan amonium klorida dengan amalgam kalium raksa. Pada tahun 1854, Henri Sainte dan Claire Deville membuat aluminium dari natrium aluminium klorida dengan cara memanaskannya dengan logam natrium. Pada tahun 1886, Charles Hall mulai memproduksi aluminium dengan proses skala besar seperti sekarang, yaitu melalui elektrolisis alumina di dalam kriolit lebur. Pada tahun itu pula Paul Herault mendapat paten Perancis untuk proses serupa dengan proses Hall (Greenwood, N.N. and A. Earnshaw, 1997).
ALUMINIUM
Aluminium merupakan unsur yang tergolong melimpah di kulit bumi. Mineral yang menjadi sumber komersial aluminium adalah bauksit. Bauksit mengandung aluminium dalam bentuk aluminium oksida (Al2O3) (Abynoel, 2010).
Aluminium adalah logam yang berwarna putih perak dan tergolong ringan yang mempunyai massa jenis 2,7 gr cm–3. Sifat-sifat yang dimilki aluminium antara lain (Abynoel, 2010):
- Ringan, tahan korosi dan tidak beracun maka banyak digunakan untuk alat rumah tangga
- Reflektif, dalam bentuk aluminium foil digunakan sebagai pembungkus makanan, obat, dan rokok.
- Daya hantar listrik dua kali lebih besar dari Cu maka Al digunakan sebagai kabel tiang listrik.
- Paduan Al dengan logam lainnya menghasilkan logam yang kuat seperti Duralium (campuran Al, Cu, mg) untuk pembuatan badan pesawat.
- Al sebagai zat reduktor untuk oksida MnO2 dan Cr2O3.
Gambar 1. Bauksit (Al2O3.2H2O) (Anonymous, 2010)
Beberapa manfaat dari isolasi alumunium antara lain :
1. Meningkatkan ketahanan korosi.
2. Meningkatkan adhesi cat.
3. Sebagai alat untuk pelapisan lebih lanjut.
4. Memperbaiki penampilan.
5. Meningkatkan isolasi listrik.
6. Memungkinkan penggunaan lithografi dan photografi.
7. Memperbesar emisivitas.
8. Meningkatkan ketahanan abrasi.
9. Mendeteksi daerah peka retakan.
Gambar 2.Diagram alir pengolahan bauksit (Gana, 2010)
Bauksit merupakan bahan yang heterogen, yang mempunyai mineral dengan susunan terutama dari oksida aluminium, yaitu berupa mineral buhmit (Al2O3H2O) dan mineral gibsit (Al2O3 .3H2O). Secara umum bauksit mengandung Al2O3 sebanyak 45 – 65%, SiO2 1 – 12%, Fe2O3 2 – 25%, TiO2 >3%,dan H2O 14 – 36%. Bijih bauksit terjadi di daerah tropika dan subtropika dengan memungkinkan pelapukan sangat kuat. Bauksit terbentuk dari batuan sedimen yang mempunyai kadar Al nisbi tinggi, kadar Fe rendah dan kadar kuarsa (SiO2) bebasnya sedikit atau bahkan tidak mengandung sama sekali. Batuan tersebut (misalnya sienit dan nefelin yang berasal dari batuan beku, batu lempung, lempung dan serpih. Batuan-batuan tersebut akan mengalami proses lateritisasi,yang kemudian oleh proses dehidrasi akan mengeras menjadi bauksit. Bauksit dapat ditemukan dalam lapisan mendatar tetapi kedudukannya di kedalaman tertentu. Di Indonesia bauksit ditemukan di Pulau Bintan dan sekitarnya, Pulau Bangka, Riau dan Kalimantan Barat. Hingga saat ini penambangan bauksit di Pulau Bintan merupakan penambangan terbesar di Indonesia (Gana, 2010).
Gambar 3. bauksit (Al2O3.nH2O) (Gana, 2010)
Penambangan bauksit dilakukan dengan penambangan terbuka diawali dengan land clearing. Setelah pohon dan semak dipindahkan dengan bulldozer, dengan alat yang sama diadakan pengupasan tanah penutup. Lapisan bijih bauksit kemudian digali dengan shovel loader yang sekaligus memuat bijih bauksit tersebut kedalam dump truck untuk diangkut ke instalansi pencucian.
Bijih bauksit dari tambang dilakukan pencucian dimaksudkan untuk meningkatkan kualitasnya dengan cara mencuci dan memisahkan bijih bauksit tersebut dari unsur lain yang tidak diinginkan, missal kuarsa, lempung dan pengotor lainnya. Partikel yang halus ini dapat dibebaskan dari yang besar melalui pancaran air (water jet) yang kemudian dibebaskan melalui penyaringan (screening). Disamping itu sekaligus melakukan proses pemecahan (size reduction) dengan menggunakan jaw crusher.
Permasalahan
- Bagaimana cara mengisolasi Al dari bauksit?
Aluminium murni dari bauksit dapat dilakukan melalui dua tahap yaitu (Abynoel, 2010):
- Tahap pemurnian bauksit (metode Bayer) sehingga diperoleh aluminium oksida murni (alumina)
Tahap pemurnian bauksit dilakukan untuk menghilangkan pengotor utama dalam bauksit. Pengotor tersebut harus dihilangkan untuk mendapatkan aluminium berkualitas karena kotoran tersebut dapat membuat aluminium rapuh dan cenderung korosi. Pengotor utama bauksit biasanya terdiri dari SiO2, Fe2O3, dan TiO2. Caranya adalah dengan melarutkan bauksit dalam larutan natrium hidroksida (NaOH). Suhu yang digunakan adalah 1400 C sampai 240OC dengan tekanan mencapai 35 atmosfer.
Al2O3 (s) + 2NaOH (aq) + 3H2O(l) —> 2NaAl(OH)4(aq)
Aluminium oksida larut dalam NaOH sedangkan pengotornya tidak larut. Pengotor-pengotor dapat dipisahkan melalui proses penyaringan. Selanjutnya aluminium diendapkan dari filtratnya dengan cara mengalirkan gas CO2 dan pengenceran.
2NaAl(OH)4(aq) + CO2(g) —> 2Al(OH)3(s) + Na2CO3(aq) + H2O(l)
Endapan aluminium hidroksida disaring,dikeringkan lalu dipanaskan sehingga diperoleh aluminium oksida murni
2Al(OH)3(s) —> Al2O3(s) + 3H2O(g)
Gambar 4. Tahapan proses pemurnian baiksit menjadi alumina (Daryus, 2008)
- Tahap peleburan alumina (Metode Hall Heroult)
Tahap peleburan alumina dengan cara reduksi melalui proses elektrolisis menurut proses Hall-Heroult. sel elektrolisis yang digunakan disebut sel Hall’s cell.
Selanjutnya elektrolisis dilakukan pada suhu 950oC. Dalam proses Hall-Heroult, aluminum oksida dilarutkan dalam lelehan kriolit (Na3AlF6) dalam bejana baja berlapis grafit yang sekaligus berfungsi sebagai katode.
Elektrolit terdiri dari campuran leburan alumina (cair) dan cryolite. Cryolite berfungsi sebagai fluks dan membantu dalam menurunkan titik leleh alumina. Alumina memiliki titik lebur yang sangat tinggi, 2045oC, sehingga terlarut dalam cryolite, Na 3 Alf 6, untuk menurunkan titik lebur menjadi sekitar 970oC. Serangkaian batang grafit dicelupkan ke dalam elektrolit berfungsi sebagai anoda. Ketika listrik mengalir melalui sel, alumina cair berdissosiasi membentuk ion Al3+ dan O2-,
|
Al2O3(l) —> 2Al3+(l) + 3O2-(l)
Pada katode terjadi reaksi reduksi, ion aluminium (yang terikat dalam aluminium oksida) menerima electron menjadi atom aluminium. Selanjutnya, sebagai anode digunakan batang grafit. Pada anoda terjadi reaksi oksidasi terbentuk gas O2 dan CO2, dimana ion-ion oksida melepaskan elektron menghasilkan gas oksigen dan sejumlah karbon dioksida dan karbon monoksida juga dibebaskan, karena reaksi atom oksigen dengan anoda grafit. Logam aluminium terdeposit di keping katoda dan keluar melalui saluran yang telah disediakan. Jumlah aluminium yang dihasilkan dapat dihitung menggunakan Hukum Faraday Elektrolisis. Keseluruhan reaksi redoks memerlukan masukan energi yang sangat besar, yaitu antara 100.000 dan 320.000 amp.
Persamaan Hukum Faraday : massa Al
Dimana e : massa ekuivalen, i: arus listrik (A), t : waktu (s)
Katode : 4 Al3++ 12 e ————–> 4 Al
Anode : 6 O2- ——————> 3 O2 + 12 e
3C(s) + 6O2-(l) —> 3CO2(g) + 12e
Keseluruhan Reaksi : 2Al 2 O 3(l) + 3C (s) —> 4Al (l) + 3CO 2(g)
Skema proses elektrolisis
Gambar 5. Elektrolisis Aluminium (Charles E. Ophart, 2003)
Pemurnian aluminium (proses Hoopes)
Logam yang diperoleh langkah diatas adalah sekitar 99% murni dan untuk sebagian besar pemanfaatan perlu dimurnikan lagi. Pemurnian lebih lanjut dari aluminium dapat dilakukan melalui proses Hoopes. Sel terdiri dari sebuah tangki berlapis besi dengan karbon di bagian bawah. Perpaduan cairan antara tembaga, alumunium dan minyak silikon digunakan sebagai anoda yang membentuk lapisan paling bawah dalam sel. Lapisan tengah terdiri dari cairan campuran fluorida, natrium aluminium dan barium (cryolite + BAF2). Lapisan paling atas terdiri dari aluminium cair. Batang grafit dicelupkan ke dalam aluminium cair berfungsi sebagai katoda (Anonymous, 2010).
Gambar 6. Pemurnian dari aluminium oleh sel Hoopes
Ketika aliran ion aluminium dari perpaduan elektrolit yang dilepas di katoda dan aluminium murni dikumpulkan di lapisan atas. Sementara itu, jumlah yang setara dari aluminium dari minyak di bagian bawah masuk ke dalam elektrolit di lapisan tengah. Crude aluminium ditambahkan dari waktu ke waktu dan aluminium murni dilepas dari bagian atas (Anonymous, 2010).
- Mengapa aluminium lebih sering digunakan dibandingkan unsur logam lain dalam golongan 13?
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 (Daryus, 2008) :
– Ringan : memiliki bobot sekitar 1/3 dari bobot besi dan baja, atau tembaga dan karenanya banyak digunakan dalam industri transportasi seperti angkutan udara.
– 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.
– 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.
– Tahan korosi : sifatnya durabel sehingga baik dipakai untuk lingkungan yang dipengaruhi oleh unsur-unsur seperti air, udara, suhu dan unsur-unsur kimia lainnya, baik di ruang angkasa atau bahkan sampai ke dasar laut.
– 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.
– Konduktor panas : sifat ini sangat baik untuk penggunaan pada mesin-mesin/alat-alat pemindah panas sehingga dapat memberikan penghematan energi.
– 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.
– Non magnetik : dan karenanya sangat baik untuk penggunaan pada peralatan listrik/elektronik, pemancar radio/TV. dan lain-lain, dimana diperlukan faktor magnetisasi negatif.
– Tak beracun : dan karenanya sangat baik untuk penggunaan pada industri makanan, minuman, dan obat-obatan, yaitu untuik peti kemas dan pembungkus.
– 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 (Liquid Natural Gas) dimana suhu gas cair LNG ini dapat mencapai dibawah -150 oC.
– 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.
– 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.
3 . Mengapa aluminium bertindak sebagai katoda dan carbon bertindak sebagai anoda?
Logam aluminium dibuat melalui reduksi elektrolitik alumina murni (Al2O3) di dalam penangas kriolit lebur. Alumina tidak dapat direduksi dengan karbon, karena adanya pembentukan Al4C3 (aluminium karbida), dan reaksi balik antara uap aluminium dengan CO2 di dalam kondensor akan menyebabkan terjadinya pembentukan aluminium oksida sebagaimana semula. Perubahan entalpi yang terjadi dalam reaksi itu adalah sebagai berikut:
Al2O3 + 1,5C –> 2Al + 1,5CO2
Karbon yang diperlukan untuk reduksi berasal dari anode dan untuk itu diperlukan antara 0,5 sampai 0,6 kg karbon per kilogram logam. Walaupun secara teoritis yang diperlukan sebetulnya hanyalah 0,33 kg, namun karena karbon dioksida yang keluar itu mengandung 10% sampai 15% karbon monoksida (CO), maka jumlah yang diperlukan dalam praktik tentu lebih besar.
- Bagaimana prinsip kerja metode bayer?
Prinsip kerja dari proses bayer adalah sebagai berikut :
1. Bauksit mengandung berbagai mineral dengan kadar bervariasi, bila kandungan Al2O3 dominan baru dinamakan bauksit.
2. Dilakukan proses penggilingan sampai ukuran <35 mesh atau 0,417 mm
3. Proses melarutkan Al2O3 yang terdapat pada bauksit dengan larutan soda api pada konsenttrasi dan suhu tertentu dengan menggunakan uap sebagai media penghantar panas dalam tabaung baja yang tahan terhadap tekanan yang ditimbulkan uap.
4. Proses untuk memisahkan larutan Al2O3 dari benda – benda padat yang tidak larut dan disilication product, endapan dari persenyawaan yang terbentuk antara silica reaktif dengan Na2O dan Al2O3.
5. Penyaringan larutan Al2O3 dari koloid – koloid dan benda padat lainnya sehingga diperoleh larutan Al2O3 yang bening.
6. Endapan benda padat, sebelum dikumpulkan ketempat penimbunan terlebih dahulu diusahakan mengambil larutan – larutan Al2O3 dan caustic soda yang masih terdapat bersama benda padat tersebut.
7. Terhadap larutan Al2O3 bening dilanjutkan dengan proses presipitasi Al2O3 melalui tangki besar yang dinamakan presipitator dan dengan menambahkan seed yang terdiri dari hidrat Al2O3 yang halus, proses presipitasi dipercepat dan membangun partikel – partikel Al2O3 yang lebih besar akan tetapi tidak mudah pecah.
8. Endapan hidrat Al2O3 yang terjadi, selanjutnya diseleksi, hidrat Al2O3 yang berukuran besar diambil sebagai produksi, sedangkan hidrat Al2O3 yang masih halus dikembalikan ke dalam proses presipitasi sebagai seed.
9. Hidrat Al2O3 yang berukuran besar, selanjutnya melalui putaran (rotary) dikalsinasi (dipanggang) sedemikian rupa untuk mengeluarkan kadar air dan molekul air yang terikat dalam partikel Al2O3..
10. Alumina hasil dari kalsinasi adalah hasil akhir dari pabrik alumina, yang siap untuk dikapalkan ke pabrik peleburan untuk dileburkan menjadi logam aluminium.
Adapun reaksi yang terjadi dalam proses bayer ini adalah :
Al2O3 + 3H2O + 2NaOH + panas → 2NaAl(OH)4
Fe2O3 tidak larut dalam basa yang dihasilkan, sehingga bisa dipisahkan melalui penyaringan. SiO2 larut dalam bentuk silikat Si(OH)62-. Ketika cairan yang dihasilkan didinginkan, terjadi endapan Al(OH)3, sedangkan silikat masih larut dalam cairan tersebut. Al(OH)3 yang dihasilkan kemudian dipanaskan
2Al(OH)3 + panas → Al2O3 + 3H2O
Al2O3 yang terbentuk adalah alumina.
- Mengapa sebelum dilakukan elektrolisis harus dilakukan metode Bayer terlebih dahulu?
Metode Bayer adalah suatu metode yang digunakan untuk memisahkan Al2O3 dari pengotornya dalam bauksit. Pemisahan dilakukan dengan menambahkkan NaOH pada bauksit. Al2O3 mampu larut dalam NaOH sedangkan pengotor tidak larut dalam NaOH. Larutan campuran selanjutnya diasamkan dengan CO2 sehingga terbentuk aluminium hidroksida. Aluminium hidroksida yang mengandung air kemudian dipanaskan sehingga air mengalami penguapan dan alumina terbebas dari air.
2Al(OH)3(s) —> Al2O3(s) + 3H2O(g)
Jadi dengan metode bayer maka hidrat akan hilang membentuk aluminium anhidrat.
Suatu senyawa yang mengandung hidrat saat dielektrolisis maka dikatode akan terjadi reduksi air menjadi gas hydrogen. Reaksi yang terjadi:
2H2O H2 + 2OH–
Hal tersebut terjadi karena potensial reduksi dari air lebih besar dari pada potensial reduksi Aluminium (Abynoel, 2010).
PENDAHULUAN
Aluminium berasal dari bahasa latin alumen/alum. Orang-orang Yunani dan Romawi kuno menggunakan alum sebagai cairan penutup pori-pori dan bahan penajam proses pewarnaan. Pada tahun 1761 de Morveau mengajukan nama alumine untuk basa alum dan Lavoisier, pada tahun 1787, menebak bahwa ini adalah oksida logam yang belum ditemukan. Wohler berhasil mengisolasi logam ini pada 1827, meskipun aluminium tidak murni telah berhasil dipersiapkan oleh Oersted dua tahun sebelumnya (Greenwood, N.N. and A. Earnshaw, 1997).
Pada 1807, Davy memberikan proposal untuk menamakan logam aluminum ini (walaupun belum ditemukan saat itu), walaupun pada akhirnya setuju untuk menggantinya dengan aluminium. Nama yang terakhir ini sama dengan nama banyak unsur lainnya yang berakhir dengan “ium”. Logam aluminium dibuat melalui pemanasan amonium klorida dengan amalgam kalium raksa. Pada tahun 1854, Henri Sainte dan Claire Deville membuat aluminium dari natrium aluminium klorida dengan cara memanaskannya dengan logam natrium. Pada tahun 1886, Charles Hall mulai memproduksi aluminium dengan proses skala besar seperti sekarang, yaitu melalui elektrolisis alumina di dalam kriolit lebur. Pada tahun itu pula Paul Herault mendapat paten Perancis untuk proses serupa dengan proses Hall (Greenwood, N.N. and A. Earnshaw, 1997).
ALUMINIUM
Aluminium merupakan unsur yang tergolong melimpah di kulit bumi. Mineral yang menjadi sumber komersial aluminium adalah bauksit. Bauksit mengandung aluminium dalam bentuk aluminium oksida (Al2O3) (Abynoel, 2010).
Aluminium adalah logam yang berwarna putih perak dan tergolong ringan yang mempunyai massa jenis 2,7 gr cm–3. Sifat-sifat yang dimilki aluminium antara lain (Abynoel, 2010):
- Ringan, tahan korosi dan tidak beracun maka banyak digunakan untuk alat rumah tangga
- Reflektif, dalam bentuk aluminium foil digunakan sebagai pembungkus makanan, obat, dan rokok.
- Daya hantar listrik dua kali lebih besar dari Cu maka Al digunakan sebagai kabel tiang listrik.
- Paduan Al dengan logam lainnya menghasilkan logam yang kuat seperti Duralium (campuran Al, Cu, mg) untuk pembuatan badan pesawat.
- Al sebagai zat reduktor untuk oksida MnO2 dan Cr2O3.
Gambar 1. Bauksit (Al2O3.2H2O) (Anonymous, 2010)
Beberapa manfaat dari isolasi alumunium antara lain :
1. Meningkatkan ketahanan korosi.
2. Meningkatkan adhesi cat.
3. Sebagai alat untuk pelapisan lebih lanjut.
4. Memperbaiki penampilan.
5. Meningkatkan isolasi listrik.
6. Memungkinkan penggunaan lithografi dan photografi.
7. Memperbesar emisivitas.
8. Meningkatkan ketahanan abrasi.
9. Mendeteksi daerah peka retakan.
Gambar 2.Diagram alir pengolahan bauksit (Gana, 2010)
Bauksit merupakan bahan yang heterogen, yang mempunyai mineral dengan susunan terutama dari oksida aluminium, yaitu berupa mineral buhmit (Al2O3H2O) dan mineral gibsit (Al2O3 .3H2O). Secara umum bauksit mengandung Al2O3 sebanyak 45 – 65%, SiO2 1 – 12%, Fe2O3 2 – 25%, TiO2 >3%,dan H2O 14 – 36%. Bijih bauksit terjadi di daerah tropika dan subtropika dengan memungkinkan pelapukan sangat kuat. Bauksit terbentuk dari batuan sedimen yang mempunyai kadar Al nisbi tinggi, kadar Fe rendah dan kadar kuarsa (SiO2) bebasnya sedikit atau bahkan tidak mengandung sama sekali. Batuan tersebut (misalnya sienit dan nefelin yang berasal dari batuan beku, batu lempung, lempung dan serpih. Batuan-batuan tersebut akan mengalami proses lateritisasi,yang kemudian oleh proses dehidrasi akan mengeras menjadi bauksit. Bauksit dapat ditemukan dalam lapisan mendatar tetapi kedudukannya di kedalaman tertentu. Di Indonesia bauksit ditemukan di Pulau Bintan dan sekitarnya, Pulau Bangka, Riau dan Kalimantan Barat. Hingga saat ini penambangan bauksit di Pulau Bintan merupakan penambangan terbesar di Indonesia (Gana, 2010).
Gambar 3. bauksit (Al2O3.nH2O) (Gana, 2010)
Penambangan bauksit dilakukan dengan penambangan terbuka diawali dengan land clearing. Setelah pohon dan semak dipindahkan dengan bulldozer, dengan alat yang sama diadakan pengupasan tanah penutup. Lapisan bijih bauksit kemudian digali dengan shovel loader yang sekaligus memuat bijih bauksit tersebut kedalam dump truck untuk diangkut ke instalansi pencucian.
Bijih bauksit dari tambang dilakukan pencucian dimaksudkan untuk meningkatkan kualitasnya dengan cara mencuci dan memisahkan bijih bauksit tersebut dari unsur lain yang tidak diinginkan, missal kuarsa, lempung dan pengotor lainnya. Partikel yang halus ini dapat dibebaskan dari yang besar melalui pancaran air (water jet) yang kemudian dibebaskan melalui penyaringan (screening). Disamping itu sekaligus melakukan proses pemecahan (size reduction) dengan menggunakan jaw crusher.
Permasalahan
- Bagaimana cara mengisolasi Al dari bauksit?
Aluminium murni dari bauksit dapat dilakukan melalui dua tahap yaitu (Abynoel, 2010):
- Tahap pemurnian bauksit (metode Bayer) sehingga diperoleh aluminium oksida murni (alumina)
Tahap pemurnian bauksit dilakukan untuk menghilangkan pengotor utama dalam bauksit. Pengotor tersebut harus dihilangkan untuk mendapatkan aluminium berkualitas karena kotoran tersebut dapat membuat aluminium rapuh dan cenderung korosi. Pengotor utama bauksit biasanya terdiri dari SiO2, Fe2O3, dan TiO2. Caranya adalah dengan melarutkan bauksit dalam larutan natrium hidroksida (NaOH). Suhu yang digunakan adalah 1400 C sampai 240OC dengan tekanan mencapai 35 atmosfer.
Al2O3 (s) + 2NaOH (aq) + 3H2O(l) —> 2NaAl(OH)4(aq)
Aluminium oksida larut dalam NaOH sedangkan pengotornya tidak larut. Pengotor-pengotor dapat dipisahkan melalui proses penyaringan. Selanjutnya aluminium diendapkan dari filtratnya dengan cara mengalirkan gas CO2 dan pengenceran.
2NaAl(OH)4(aq) + CO2(g) —> 2Al(OH)3(s) + Na2CO3(aq) + H2O(l)
Endapan aluminium hidroksida disaring,dikeringkan lalu dipanaskan sehingga diperoleh aluminium oksida murni
2Al(OH)3(s) —> Al2O3(s) + 3H2O(g)
Gambar 4. Tahapan proses pemurnian baiksit menjadi alumina (Daryus, 2008)
- Tahap peleburan alumina (Metode Hall Heroult)
Tahap peleburan alumina dengan cara reduksi melalui proses elektrolisis menurut proses Hall-Heroult. sel elektrolisis yang digunakan disebut sel Hall’s cell.
Selanjutnya elektrolisis dilakukan pada suhu 950oC. Dalam proses Hall-Heroult, aluminum oksida dilarutkan dalam lelehan kriolit (Na3AlF6) dalam bejana baja berlapis grafit yang sekaligus berfungsi sebagai katode.
Elektrolit terdiri dari campuran leburan alumina (cair) dan cryolite. Cryolite berfungsi sebagai fluks dan membantu dalam menurunkan titik leleh alumina. Alumina memiliki titik lebur yang sangat tinggi, 2045oC, sehingga terlarut dalam cryolite, Na 3 Alf 6, untuk menurunkan titik lebur menjadi sekitar 970oC. Serangkaian batang grafit dicelupkan ke dalam elektrolit berfungsi sebagai anoda. Ketika listrik mengalir melalui sel, alumina cair berdissosiasi membentuk ion Al3+ dan O2-,
|
Al2O3(l) —> 2Al3+(l) + 3O2-(l)
Pada katode terjadi reaksi reduksi, ion aluminium (yang terikat dalam aluminium oksida) menerima electron menjadi atom aluminium. Selanjutnya, sebagai anode digunakan batang grafit. Pada anoda terjadi reaksi oksidasi terbentuk gas O2 dan CO2, dimana ion-ion oksida melepaskan elektron menghasilkan gas oksigen dan sejumlah karbon dioksida dan karbon monoksida juga dibebaskan, karena reaksi atom oksigen dengan anoda grafit. Logam aluminium terdeposit di keping katoda dan keluar melalui saluran yang telah disediakan. Jumlah aluminium yang dihasilkan dapat dihitung menggunakan Hukum Faraday Elektrolisis. Keseluruhan reaksi redoks memerlukan masukan energi yang sangat besar, yaitu antara 100.000 dan 320.000 amp.
Persamaan Hukum Faraday : massa Al
Dimana e : massa ekuivalen, i: arus listrik (A), t : waktu (s)
Katode : 4 Al3++ 12 e ————–> 4 Al
Anode : 6 O2- ——————> 3 O2 + 12 e
3C(s) + 6O2-(l) —> 3CO2(g) + 12e
Keseluruhan Reaksi : 2Al 2 O 3(l) + 3C (s) —> 4Al (l) + 3CO 2(g)
Skema proses elektrolisis
Gambar 5. Elektrolisis Aluminium (Charles E. Ophart, 2003)
Pemurnian aluminium (proses Hoopes)
Logam yang diperoleh langkah diatas adalah sekitar 99% murni dan untuk sebagian besar pemanfaatan perlu dimurnikan lagi. Pemurnian lebih lanjut dari aluminium dapat dilakukan melalui proses Hoopes. Sel terdiri dari sebuah tangki berlapis besi dengan karbon di bagian bawah. Perpaduan cairan antara tembaga, alumunium dan minyak silikon digunakan sebagai anoda yang membentuk lapisan paling bawah dalam sel. Lapisan tengah terdiri dari cairan campuran fluorida, natrium aluminium dan barium (cryolite + BAF2). Lapisan paling atas terdiri dari aluminium cair. Batang grafit dicelupkan ke dalam aluminium cair berfungsi sebagai katoda (Anonymous, 2010).
Gambar 6. Pemurnian dari aluminium oleh sel Hoopes
Ketika aliran ion aluminium dari perpaduan elektrolit yang dilepas di katoda dan aluminium murni dikumpulkan di lapisan atas. Sementara itu, jumlah yang setara dari aluminium dari minyak di bagian bawah masuk ke dalam elektrolit di lapisan tengah. Crude aluminium ditambahkan dari waktu ke waktu dan aluminium murni dilepas dari bagian atas (Anonymous, 2010).
- Mengapa aluminium lebih sering digunakan dibandingkan unsur logam lain dalam golongan 13?
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 (Daryus, 2008) :
– Ringan : memiliki bobot sekitar 1/3 dari bobot besi dan baja, atau tembaga dan karenanya banyak digunakan dalam industri transportasi seperti angkutan udara.
– 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.
– 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.
– Tahan korosi : sifatnya durabel sehingga baik dipakai untuk lingkungan yang dipengaruhi oleh unsur-unsur seperti air, udara, suhu dan unsur-unsur kimia lainnya, baik di ruang angkasa atau bahkan sampai ke dasar laut.
– 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.
– Konduktor panas : sifat ini sangat baik untuk penggunaan pada mesin-mesin/alat-alat pemindah panas sehingga dapat memberikan penghematan energi.
– 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.
– Non magnetik : dan karenanya sangat baik untuk penggunaan pada peralatan listrik/elektronik, pemancar radio/TV. dan lain-lain, dimana diperlukan faktor magnetisasi negatif.
– Tak beracun : dan karenanya sangat baik untuk penggunaan pada industri makanan, minuman, dan obat-obatan, yaitu untuik peti kemas dan pembungkus.
– 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 (Liquid Natural Gas) dimana suhu gas cair LNG ini dapat mencapai dibawah -150 oC.
– 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.
– 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.
3 . Mengapa aluminium bertindak sebagai katoda dan carbon bertindak sebagai anoda?
Logam aluminium dibuat melalui reduksi elektrolitik alumina murni (Al2O3) di dalam penangas kriolit lebur. Alumina tidak dapat direduksi dengan karbon, karena adanya pembentukan Al4C3 (aluminium karbida), dan reaksi balik antara uap aluminium dengan CO2 di dalam kondensor akan menyebabkan terjadinya pembentukan aluminium oksida sebagaimana semula. Perubahan entalpi yang terjadi dalam reaksi itu adalah sebagai berikut:
Al2O3 + 1,5C –> 2Al + 1,5CO2
Karbon yang diperlukan untuk reduksi berasal dari anode dan untuk itu diperlukan antara 0,5 sampai 0,6 kg karbon per kilogram logam. Walaupun secara teoritis yang diperlukan sebetulnya hanyalah 0,33 kg, namun karena karbon dioksida yang keluar itu mengandung 10% sampai 15% karbon monoksida (CO), maka jumlah yang diperlukan dalam praktik tentu lebih besar.
- Bagaimana prinsip kerja metode bayer?
Prinsip kerja dari proses bayer adalah sebagai berikut :
1. Bauksit mengandung berbagai mineral dengan kadar bervariasi, bila kandungan Al2O3 dominan baru dinamakan bauksit.
2. Dilakukan proses penggilingan sampai ukuran <35 mesh atau 0,417 mm
3. Proses melarutkan Al2O3 yang terdapat pada bauksit dengan larutan soda api pada konsenttrasi dan suhu tertentu dengan menggunakan uap sebagai media penghantar panas dalam tabaung baja yang tahan terhadap tekanan yang ditimbulkan uap.
4. Proses untuk memisahkan larutan Al2O3 dari benda – benda padat yang tidak larut dan disilication product, endapan dari persenyawaan yang terbentuk antara silica reaktif dengan Na2O dan Al2O3.
5. Penyaringan larutan Al2O3 dari koloid – koloid dan benda padat lainnya sehingga diperoleh larutan Al2O3 yang bening.
6. Endapan benda padat, sebelum dikumpulkan ketempat penimbunan terlebih dahulu diusahakan mengambil larutan – larutan Al2O3 dan caustic soda yang masih terdapat bersama benda padat tersebut.
7. Terhadap larutan Al2O3 bening dilanjutkan dengan proses presipitasi Al2O3 melalui tangki besar yang dinamakan presipitator dan dengan menambahkan seed yang terdiri dari hidrat Al2O3 yang halus, proses presipitasi dipercepat dan membangun partikel – partikel Al2O3 yang lebih besar akan tetapi tidak mudah pecah.
8. Endapan hidrat Al2O3 yang terjadi, selanjutnya diseleksi, hidrat Al2O3 yang berukuran besar diambil sebagai produksi, sedangkan hidrat Al2O3 yang masih halus dikembalikan ke dalam proses presipitasi sebagai seed.
9. Hidrat Al2O3 yang berukuran besar, selanjutnya melalui putaran (rotary) dikalsinasi (dipanggang) sedemikian rupa untuk mengeluarkan kadar air dan molekul air yang terikat dalam partikel Al2O3..
10. Alumina hasil dari kalsinasi adalah hasil akhir dari pabrik alumina, yang siap untuk dikapalkan ke pabrik peleburan untuk dileburkan menjadi logam aluminium.
Adapun reaksi yang terjadi dalam proses bayer ini adalah :
Al2O3 + 3H2O + 2NaOH + panas → 2NaAl(OH)4
Fe2O3 tidak larut dalam basa yang dihasilkan, sehingga bisa dipisahkan melalui penyaringan. SiO2 larut dalam bentuk silikat Si(OH)62-. Ketika cairan yang dihasilkan didinginkan, terjadi endapan Al(OH)3, sedangkan silikat masih larut dalam cairan tersebut. Al(OH)3 yang dihasilkan kemudian dipanaskan
2Al(OH)3 + panas → Al2O3 + 3H2O
Al2O3 yang terbentuk adalah alumina.
- Mengapa sebelum dilakukan elektrolisis harus dilakukan metode Bayer terlebih dahulu?
Metode Bayer adalah suatu metode yang digunakan untuk memisahkan Al2O3 dari pengotornya dalam bauksit. Pemisahan dilakukan dengan menambahkkan NaOH pada bauksit. Al2O3 mampu larut dalam NaOH sedangkan pengotor tidak larut dalam NaOH. Larutan campuran selanjutnya diasamkan dengan CO2 sehingga terbentuk aluminium hidroksida. Aluminium hidroksida yang mengandung air kemudian dipanaskan sehingga air mengalami penguapan dan alumina terbebas dari air.
2Al(OH)3(s) —> Al2O3(s) + 3H2O(g)
Jadi dengan metode bayer maka hidrat akan hilang membentuk aluminium anhidrat.
Suatu senyawa yang mengandung hidrat saat dielektrolisis maka dikatode akan terjadi reduksi air menjadi gas hydrogen. Reaksi yang terjadi:
2H2O H2 + 2OH–
Hal tersebut terjadi karena potensial reduksi dari air lebih besar dari pada potensial reduksi Aluminium (Abynoel, 2010).
Impras Blog 
bos bisa minta skemanya mesin pemrosesan bauksit jadi alumunium yang secara detil gak?ato kalo ada refrensi yang lain….?
ni ada kerjaan instal mesin dari batam tapi gak tau blueprint nya….thx sblumnya…
tolong bos ya….ke email ya….
ada beberapa pertanyaan ni mas,
1. Bauksit itu termasuk dlm katagori mineral, batuan atau ap?
2. Di alam bauksit terdapat di dalam batuan ap saja ya?
3. Selain bauksit mineral apa yg mngandung AL?
4. Alumina selain menjadi bahan baku AL, bisa di manfaat kan buat ap aj?
5. Pada proses bayer dan hall-heroult, apakan tinggi rendah nya suhu mempengaruhi kadal Al203 dan AL pada hasil akhir nya, trus apa ada patokan atau ketentuan dalam suhu yg harus di pakai, apa jadi nya bila suhu terlalu tinggi n terlalu rendah, TQ bang.