I. HIDR HIDROM OMET ETAL ALUR URGI GI Hidrometalurgi merupakan cabang tersendiri dari metalurgi. Secara harfiah hidrometalurgi dapat diartikan sebagai cara pengolahan logam dari batuan atau bijihnya dengan menggunakan pelarut berair (aqueous solution). Dua cabang metalurgi lainnya adalah pirometalurgi dan elektrometalurgi. Saat ini hidrometalurgi adalah teknik metalurgi yang paling banyak mendapat perhatian peneliti. Hal ini terlihat dari banyaknya publikasi ilmiah semisal jurnal kimia berskala internasiona internasionall yang membahas membahas pereduksian pereduksian logam secara hidrometalurgi. hidrometalurgi. Logam-logam Logam-logam yang banyak mendapat perhatian adalah nikel (Ni), magnesium magnesium (Mg), besi (Fe) dan mangan (Mn). Hidrom Hidrometal etalurg urgii adalah adalah suatu suatu proses proses atau atau suatu suatu pekerj pekerjaan aan dalam dalam metalu metalurgi rgi dimana dimana dilakukan pemakaian suatu zat kimia yang cair untuk dapat melarutkan suatu partikel tertentu. Bisanya Bisanya poses hidrometalurgi hidrometalurgi dilanjutkan dengan pekerjaan pekerjaan elektrolisa elektrolisa yang termasuk termasuk dalam pekerjaaan elektrometalurgi. Pada umumnya hidrometalurgi condong kepada mineral dressing, yaitu pelarutan suatu logam yang berada pada suatu mineral. Kemudian dari larutan itu diperoleh logam lagi. Pada hidrometalurgi dapat digunakan bijih-bijih yang mempunyai kadar rendah. Sebelum bijih-bijih tersebut akan memasuki proses hidrometalurgi, bijih-bijih tersebut harus melalui proses-proses Crushing dan Grinding. Hidrometalurgi memberikan beberapa keuntungan: -
Bijih Bijih tidak harus harus dipekat dipekatkan kan,, melainkan melainkan hanya hanya harus harus dihancu dihancurka rkan n menjadi menjadi bagianbagian-bag bagian ian yang lebih kecil.
-
Pemak Pemakai aian an batu batuba bara ra dan dan koka kokass pada pada pema pemang ngga gang ngan an biji bijih h dan dan sekal sekalig igus us seba sebaga gaii redu redukto ktor r dalam jumlah besar dapat dihilangkan.
-
Polusi
atmo tmosfer
oleh
hasil sil
samp amping
piromet ometaalur lurgi
seb sebaga agai
beler lerang
arsenik(III)oksida, dan debu tungku dapat dihindarkan. -
Untuk Untuk bijih bijih-bi -bijih jih perin peringka gkatt rendah rendah (low (low grade), grade), meto metode de ini lebih lebih efekt efektif. if.
-
Suhu Suhu pros proses esny nyaa rel relat atif if lebi lebih h rend rendah ah..
-
Reagen Reagen yang yang digu digunak nakan an rela relatif tif mura murah h dan mudah mudah dida didapat patkan kan..
-
Produk Produk yang yang dihasilk dihasilkan an memilki memilki struktur struktur nanom nanometer eter dengan dengan kemurnian kemurnian yang tinggi
dioksid sida,
Suatu hal yang khusus yaitu bila mineral-mineral tersebut mempunyai sifat yang porous, maka maka crushi crushing ng dan Grindin Grinding g tidak tidak perlu perlu dilaku dilakukan kan karena karena bahan bahan pelaru pelarutt dapat dapat masuk masuk dan melarutkan metal-metal yang ada di dalamnya. Untuk membuat sifat porous ini biasanya adalah dengan cara melakukan melakukan Roasting. Untuk menghemat menghemat bahan pelarut, pelarut, juga biasanya diadakan proses-proses sebelumnya, misalnya proses konsentrasi dengan cara Plaiton atau proses Mineral Dressing. Sebagai contoh : Suatu sulfida yang biasanya sukar larut dalam zat pelarut yang ringan, maka sulfida ini diroasting diroasting terlebih dahulu sehingga menjadi oksida. Oksida ini mempuny mempunyai ai sifat porous dan mudah larut di dalam zat-zat pelarut. Keuntu Keuntunga ngan n yang yang lain lain dengan dengan adany adanyaa proses proses roastin roasting g tersebu tersebutt adalah adalah logam logam-log -logam am pengganggu di dalam elektrolisa el ektrolisa seperti As dan Sb akan banyak menguap dalam proses roasting tersebut. Pada Pada umum umumny nyaa roas roastin ting g ini ini akam akam meme memerl rluk ukan an biay biayaa yang ang cuku cukup p besa besar. r. Untu Untuk k menghindari hal ini, ada suatu jalan untuk mengurangi biaya tersebut, yaitu dengan melapukkan mineral-mineral sulfida dengan jalan pemanasannya pada sinar matahari dalam waktu yang cukup lama. Pada prinsipny prinsipnyaa hidrometal hidrometalurgi urgi melewati melewati beberapa beberapa proses proses yang dapat disederhanak disederhanakan an tergan tergantun tung g pada pada logam logam yang yang ingin ingin dimurn dimurnika ikan. n. Salah Salah satu satu yang yang saat saat ini banya banyak k mendap mendapat at perhatian adalah logam mangan dikarenakan aplikasinya yang terus berkembang terutama sebagai material sel katodik pada baterai isi ulang. Baterial ion litium konvensional telah lama dikenal dan diketahui diketahui memiliki memiliki kapasitas kapasitas penyimpana penyimpanan n energi energi yang cukup besar. besar. Namum jika katodanya katodanya dilapisi lagi dengan logam mangan oksida maka kapasitas penyimpanan energi baterai tersebut menjadi jauh lebih besar. Secara garis besar, proses hidrometalurgi terdiri dari tiga tahapan yaitu: -
Leachi Leaching ng atau atau pengikis pengikisan an logam logam dari dari batuan batuan dengan dengan bantu bantuan an redukt reduktan an organi organik. k.
-
Pemeka Pemekatan tan larutan larutan hasil hasil leach leaching ing dan pemurn pemurnian ianny nya. a.
-
Recove Recovery ry yaitu yaitu peng pengamb ambilan ilan logam logam dari dari laru larutan tan hasi hasill leachi leaching. ng.
Sifat-sifat pelarut yang perlu diperhatikan : 1. Mempunyai daya pelarut yang baik. 2. Pelarutannya secara selektif, artinya yang dapat larut hanyalah logam-logam yang diiniginkan saja. 3. Zat pelarut tersebut murah dan mudah di dapat. Macam-macam zat pelarut :
1. Air
: dapat melarurtkan CuSO 4, ZnSO4 dan sulfat-sulat yang lainnya.
2. Asam : pada umumnya H2SO4 dan juga HCl (asam nitrat). 3. Basa
: NH4OH (Untuk melarutkan Cu). Basa lainnya yang yang kurang banyak digunakan
misalnya NaOH. 4. Garam : KCN, NaCN ((Untuk melarutkan perak dan emas) Cara-cara daripada proses pelarutan tersebut di atas biasanya secara populer dinamakan dengan “Proses Leaching”. Proses leaching ini ada enam macam, yaitu : 1. Leaching in Place/Insitu (pelarutan di tempat). 2. Heap Leaching 3. Sand Leaching 4. Slime Leaching 5. Pressure Leaching 6. Bacterial Leaching 1. Leaching in Place (Leaching Insitu) Dalam Leaching ini pengerjaan pelarutan dilakukan di dalam tambang itu sendiri. Biasanya ini dilakukan untuk mineral-mineral yang berkadar rendah, tapi dalam perhitungan ekonomis termasuk menguntungkan, misalnya bijih t embaga. 2. Heap Leaching Pada heap leaching bijih ditambang lebih dahulu, baru dilarutkan. Bahan pelarutnya disesuaikan dngan sifat fisik ataupun sifat kimia dari mineral-mineral yang akan dilarutkan.
Kalau keadaannya memungkinkan larutannya cukup dengan air, maka sudah tentu tidak perlu ditambahkan dengan reaksi kimia. Demikian juga langkah pemikiran selanjutnya, bila larutannya tidak dapat dilakukan dengan air haruslah dicoba lebih dahulu dengan suatu zat pelarut kimia yang encer (dengan konsentrasi yang kecil). Di dalam heap leaching ini biasanya memakan waktu yang cukup lama. Namun dalam hal ini untuk proses pelarutannya tidak memerlukan peralatan yang
besar, karena prinsip
daripada leaching ini adalah memisahkan/melarutkan mineral-mineral yang diingnkan sehingga terpisah dari mineral-minral pengganggunya. Kemudian selanjutnya adalah proses pengendapan kembali mineral-mineral yang sudah larut. 3. Sand Laeching Bijih dihaluskan terlebih dahulu kemudian baru diletakkan ke dalam-dalam bak pelarut. Dimana penghalusan tersebut dilakukan dalam ukuran-ukuran yang tertentu. Bak-bak tersebut dibuat dari bahan-bahan yang dapat terembeskan hasil-hasil pelarutan, umpamanya keramik. Aliran-aliran daripada Feed dan aliran-aliran dari zat pelarut biasanya secara “Counter Currant”, artinya pelarut yang kuat akan masuk ke dalam bijih yang sudah sedikit kadar mineral yang akan diambil. Sedangkan pelarut yang lemah akan masuk ke dalam bijih yang mempunyai kadar mineral yang tinggi. Di dalam proses Sand Leaching, diperlukan proses Crushing, tetapi tidak diperlukan proses pelapukan yang memakan waktu yang lama. Bahan dari bak yang merupakan tempat pelarutan tersebut, selain dari keramik dapat juga dari kayu atau dari beton yang diberi lubang-lubang halus (kecil), sehingga bak tersebut dapat mempunyai sifat porous. 4. Slime Leaching Slime Leaching ini hampir sama dengan Sand Leaching, hanya partikel-partikel pada sand leaching cukup melalui crushing. Tetapi paada slime leaching selain daripada harus melalui crushing juga harus melalui grinding, artinya materialnya lebih halus. Disini bahan pelarut dan yang akan dilarutkan diaduk secara mekanis atau dapat dengan cara memasukkan udara ke dalam larutan tersebut. Alat yang dipakai dinamakan secara populer disebut dengan “Pachuca Tank” dengan ukuran diameternya 3 meter dan tingginya 10 meter. Aliran dari udara di bawah suatu tekanan yang tertentu yang akan masuk ke dalam valve, dan di dalam valve itu sendiri akan mengaduk bahan pelarut dan yang akan dilarutkan.
5. Pressure Leaching Kebanyakan Leaching dalam proses pressure Leaching dilakukan pada temperatur dan tekanan yang agak tinggi. Temperatur dan tekanan yang tinggi ini akan mengakibatkan reaksinya akan berjalan lebih cepat juga dapat membuat efisiensi lebih tinggi dalam pemakaian reagent (zat kimia) dan pemakaian pressure Leaching ini banyak dipakai dalam leaching dari Al 2O3 dan juga kebanyakan mineral-mineral sulfida. Keuntungan Pressure Leaching adalah : 1. Kecepatan reaksi dapat dipertinggi
2. Efisiensi pemakaian reagent ( misal O 2) dapat dipertinggi. 3. Pemakaiannya dilakukan pada Leaching Al 2O3. 6. Bacterial Leaching Bacterial Leaching ini juga hampir sama dengan Leaching in place, tetapi pada konsentrasi yang rendah. Leaching in place ini langsung disirami dari atas melalui suatu pipa. Di dalam beberapa hal, bakteri-bakteri akan dapat mempercepat terjadinya suatu mineral yang berada di dalam ore. Di alam, dimana ditemukan beberapa mineral dalam bentuk larutan, dari hasil penelitian ada beberapa penyebab mengapa dapat terjadi larutan tersebut. Diantara penyebabnya itu adalah bakteri-bakteri yang terdapat di alam. Pada bakteri leaching dimanfaatkan bakteri-bakteri yang ada di sekitar tambang itu sehingga bakteri ini dapat membantu melarutkan mineral-mineral yang kita inginkan. Cara memasukkan zat pelarut : Cara memasukkan zat pelarut ini dapat dengan disirami dari atas melalui suatu pipa. Cara sand leaching adalah cukup efektif untuk tonase yang besar dengan kadar bijih yang rendah dan oleh sebab itu apabila suatu industri memproses dengan sand leaching harus memperkirakan bahwa umur industri itu harus cukup lama. Reduktan organik adalah hal yang sangat penting dalam proses ini. Reduktan yang dipilih diusahakan tidak berbahaya bagi lingkungan, baik reduktan itu sendiri maupun produk hasil oksidasinya. Kebanyakan reduktan yang digunakan adalah kelompok monomer karbohidrat, turunan aldehid dan keton karena punya gugus fungsi yang mudah teroksidasi. Contohnya adalah proses reduksi mangan dengan adanya glukosa sebagai reduktan: C6H12O6 + 12MnO2 + 24H+ = 6CO2 + 12Mn2+ + 18H2O
Larutan hasil leaching tersebut kemudian dipekatkan dan dimurnikan. Ada tiga proses pemurnian yang umum digunakan yaitu evaporasi, ekstraksi pelarut dan presipitasi (pengendapan). Di antara ketiganya, presipitasi adalah yang paling mudah dilakukan, juga lebih cepat. Namun cara ini kurang efektif untuk beberapa logam. Logam hasil pemurnian biasanya diaktivasi dengan asam tertentu terlebih dahulu sebelum diambil dari larutannya. Cara ini menjamin didapatkannya logam dalam struktur nanometer dengan tingkat kemurnian yang lebih tinggi. Logam yang berstruktur nanometer harganya bisa puluhan kali lipat dibandingkan dengan logam yang berstruktur biasa. Suhu selama proses leaching, konsentrasi reaktan, ukuran partikel sampel dan PH larutan merupakan faktor-faktor yang paling menentukan keberhasilan proses hidrometalurgi. Apabila kita mampu menemukan kombinasi yang tepat dari keempat faktor ini maka proses hidrometalurgi akan semakin optimal. Kedepan diharapkan para ahli teknik kimia dapat menciptakan teknologi yang mampu mengaplikasikan hidrometalurgi agar terpakai lebih luas dalam dunia industri. Proses atau pekrjaan lajutan dari proses Leaching : Bagian dari pada pekerjaan/proses lanjutan (ekstraksi logam dari larutan) ini adalah pengendapan secara kimia. Adapun macam-macam pengendapan :
1. Pengendapan Seecara Kimia -
Cementasi dengan reduktor padat Contohnya : CuSO4
-
+
Fe (scrap)
-----------
Cu
+
FeSO 4
+
(NH4) 2 SO4
Cementasi dengan reduktor gas Ni (NH3)2 SO4 Ag NO3 +
+
H2 -----------
H2 -----------
2 Ag
Ni (logam) +
2 HNO 3
2. Pengendapan secara Elektrolisa Dijelaskan dalam Elektro Metalurgi. 3. Pengenadapan Secara Ion Exchange Proses ini adalah perpindahan atau pertukaran ion-ion yang berada dalam larutan. Contohnya:
RA
+
B+
========
RB
+
A+
Proses daripada ion Exchange ini banyak dipakai untuk : -
Uranium
-
Titanium
4. Liquid Reaction/Liquid Extraction Contoh pemakaian proses ini adalah pada ekstraksi uranium (UO 2) atau uranium oksida. U O2 ( NO3)2
+
Tributhil Fosfat
II. Electro metalurgi
Prinsip kerja electro metalurgi : Adalah suatu elektrolisa dimana penggunaan energy listrik untuk mengendapkan suatu metal atau logam pada salah satu elektrodanya. Elektrolisa ini dibagi menjadi tiga macam yaitu : 1. Suatu elektrolisa didalam larutan air 2. Elektrolisa didalam larutan garam 3. Elektrolisa didalam larutan zat organik Yang banyak digunakan pada elektrolisa metal adalah dalam larutan air dan larutan garam, sedangkan elektrolisa yang dilakukan didalam larutan zat organic sangat jarang digunakan. Pekerjaan elektrolisa ini terdiri dari 2 tingkatan, yaitu : 1. Electro winning 2. Electro refinery Hasil yang didapat didalam electro winning, selanjutnya dimurnikan melelui electro refinery. Pekerjaan diddalam elektrolisa dilakuka dengan arus searah, dimana daerah elektrolisa positif didebut anoda dan yang negative disebut katoda.
Pada anoda terjadi reaksi oksidasi, dimana logam kurang mulia akan terisolir daripada logamlogam mulia misalnya Zn lebih mudah terisolir dibandingkan dengan Cu, sedangkan didalam katoda logam mulia akan lebih dahulu tereduksi misalnya Cu lebih dahulu mengendap pada katoda daripada H2SO4 dan Zn.
Dimisalkan : ZnSO4 dan CuSO4 dalam suatu larutan Ditambah secara kontinu dan berapa bayak yang menempel untuk mencapai keseimbangan. Dengan kata lain: -
Pada katoda (reduksi) yang lebih mulia akan mengalami pengendapan
-
Pada anoda (oksidasi) yang kurang mulia tidak mengalami pengendapan
Anoda : Zn
<====> Zn++ + 2 e Terjadi pada keseimbangan
Katoda : Cu++ + 2 e <====> Cu
Zn + Cu++ <====> Zn++
+
Cu
Dan kalau tidak terjadi keseimbangan maka akan terjadi sebaliknya .
Banyak penempelan logam pada plat katoda adalah berbanding lurus dengan elektrisitet pada larutan. Misalnya : Kekuatan elektrisitet = q Coulomb 1.
q coulomb
w gram
2q coulomb
2w gram
2. w =
dimana : F = 96500 coulomb (faraday)
Contoh untuk perak
1 faraday = 96.500 coulomb akan dapat mengendapkan gram equifalent = 107.8 gram equivalent Ag.
1 F = 96.500 c =
gr Ag
1 F = 96.500 c =
gr Cu
Suatu perhutungan kwalitatif dalam perhitungan ini, diambil suatu contoh elektrolisa winning dari Zn.
Reaksi pada katoda : Zn++
+
2e
Zn reduksi
H+
+
2e
½ H2
Misalnya pH = 7
(Zn++) = 1
∑
∑
= - 0,76 (daftar)
= 0 + 0,057 log 10 -7 = - 0,413
Dari hal ini dapt kita ktahui bahwa E lebih dahulu ke katoda, kemudian baru disusul Zn.
∑ = Eo +
∑ = Eo
+
ln
log
Dimana : T = 298o K (temperatur kamar) F = 96.500 coulomb R = 8,31 x 107 erg/gr mole oK
E = EO +
log
Pyrometalurgi
Pyrometalurgi adalah suatu proses didalam metalurgi yang berlangsung pada temperature yang tinggi sehingga menyebabkan terjadi reaksi kimia.
Bagian –bagian dari kegiatan pyrometalurgi : 1. Kalsinasi
5. Konverting
2. Roasting
6. Destilasi
3. Smelting
7. Metallothermi
4. Agglomerasi
8. Likwasi
Kalsinasi
Kalsinasi adalah proses yang biasanya dilakukan dalam pyrometalurgi yang terjadi pada temperature yang tinggi. Proses ini dilakukan tanpa adanya penambahan suatu reagen kimia dan tidak sampai terjadi peleburan. Proses ini biasanya terjadi pada hidrat atau karbonat.
Contoh : Hydrat
: M O H2O(s)
to→ M O (s) + H2O(g)
CaH2O2
Carbonat
: M O CO2(s)
CaO + H2O
to→ M O (s) + CO2(g)
CaCO3
CaO + CO2
ΔG = ΔGo + R . T . ln K
K =
ΔG = ΔGo + R . T . ln
- x cal
=
- y cal
Dalam keadaan setimbang ΔG = 0
Jadi ΔGo = - R . T . ln
Proses ekstraksi terbagi atas : 1. Netral smelting 2. Reduksi smelting 3. Oksidasi smelting 4. Sulfidasi smelting 5. Consentrasi smelting
Yang terpenting di dalam proses ekstraksi ini adalah netral smelting dan reduksi smelting. Dapur yang dipakai dalam smelting ada 3 macam, yaitu : 1. Schacht Oven 2. Scraal Oven (Reverberatory Furnace) 3. Electrik Oven (Electric Furnace) Schacht oven mempunyai bentuk slinder yang vertical, misalnya dapur tinggi yang biasa memproses besi baja. Ukurannya bervariasi, feedingnya masuk dari atasdan produknya didapat dari bagian bawah. Didalam pemakaian schacht ini hal-hal yang harus diperhatikan adalah : -
Ketahanan mekanis dari pada feeding
-
Kemurnian dari pada bahan bakar
Prinsip Pekerjaan Smelting .
Yang harus diperhatikan adalah bentuk material yang berbentuk sulfida Contoh : PbS
oksida roasting
PbO
reduksi smelting
Pb
Gas yang dipakai : C , CO , dan H2 Selain itu juga memungkinkan suatu bijih dari oksidasi
Oksidasi smelting Pemakaian dalm oksidasi smelting adalah terutama pada oksigen Flash Smelting dari Cupper Nikel Sulfida. Konsentrat dalam bentuk pupuk dengan zat pembakar yang didapat dari udara atau zat pembakar yang dapat dibawa kedaerah zone roasting dapat merubah suatu suatu sulfida menjadi oksida pada zone smelting dan reaksinya merupakan reaksi eksoterm.
Sulfida Smelting Pada sulfide smelting, suatu sulfide yang bukan sulfide (misalnya bijih nikel yang bukan oksida) dirubah menjadi nikel oksida. Dalam hal ini nikel sulfide yang terbentuk adalah dalam bentuk matte, sedangkan oksida dalam bentuk slag . NiO + CaS
NiS + CaO
NiS = Matte CaO = Slag
Cementasi smelting Didalam cementasi smelting, suatu matte (suatu sulfida) dengan bantuan suatu logam tertentu dapat terbentuk atau dapat terjadi logam yang dikehendaki. Sb2S3 + 3 Fe
6 Sb + 3 FeS
(scrap)
Agglomerasi Adalah suatu proses penggumpalan dari partikel-partikel yang kecil/halus menjadi partikel yang besar/kasar. Agglomerasi ini dapat dilakukan pada ore/bijih, konsentrat, juga partikel partikel yang telah mengalami rosting. Untuk pekerjaan selanjutnya yang telah ditentukan. Produk/hasil dari agglomerasi ini memperkuat sifat mekanis dari partikel yang mengalami agglomerasi. Agglomerasi dapat dilakukan dalam 2 kondisi, yaitu: 1. Agglomerasi pada kondisi dingin 2. Agglomerasi dalam kondisi panas Agglomerasi secara dingin a. Dalam bentuk briket Contoh : Pada Zink Metalurgi dimana ZnO(Zink Oksida) dari hasil roasting mempunyai partikel yang sangat halus, dengan ditambahkan denmgan reduktor C carbon dapat membentuk suatu briket dengan ukuran gumpalan yang lebih besar dan porositas yang lebih baik.
b. Pembentukan Pellet. Adalah suatu proses agglomerasi, dimana konsentrat ynag sangat halus akan dapat terbentuk menjadi suatu bnetuk seperti bola-bola kecil dengan diameter 1 – 2 cm. Proses ini terjadi pada temperature antara 1000oC – 1300 oC yang akan menghasilkan sifat mekanis yang lebih kuat. Pembentukan dari pada pellet ini, terdiri atas partikel-partikel yang sangat halus ditambah dengan 10% berat air dan 1% dari flux sebagai bahan tambahan. Yang penting didalam proses Pelletisasi ini adalah proses penggumpalannya. Flux yang dipakai dapat berupa : 1. Bentonit, misalnya alumino silikat 2. Zat-zat organis, misalnya dextran 3. Garam-garam loga, seperti natrium silikat/ Na2SiO3 atau CaCl2.
Peralatan pekerjaan pelletisasi : -
Peralatan dalam bentuk tromol
-
Peralatan dalam bentuk schotel.
Agglomerasi secara panas Dalam hal ini, prosesnya disebut dengan “sintering” dan produknya dinamakan ‘sinter’ Pada proses sintering ini, secara sebagian feedingnya akan mengalami peleburan. Feeding terdiri dari : -
Konsentrat yang halus tapi > 100 mμ
-
15 % kokas, sebagai bahan bakar
-
10 n% air supaya bersifat porous
Spesifikasi dari pada alat Dwight cloyd : -
Panjang
= 50 m
-
Lebar
= 2m
-
Tebal
= 30 – 50 cm
-
Kecepatan
= 1 m/menit
-
Produk
= 3 ton/m 2/jam
Pemakaiannya biasanya untuk pembuatan sinter bijih besi dan juga pada apembuatan sinter pada proses metalurgi dari timah hitam.
Spesifikasi
Sintering
Pelletisasi
Sifat feeding
Dapat bervariasi
Ukuran feeding sangat perlu
Reduksi
Baik (porous)
Sangat baik
Tahanan mekanis
Kurang baik
Sangat baik
Energy
15 x 10 6 k cal/ton
7 x 106 k cal/ton
Tenaga listrik
20 kwh/ton
40 kwh/ton
Converting Converting juga merupakann suatu proses metalurgi yang berjalan pada temperature yang tinggi, dimana dalam hal ini biasanya merupakan suatu proses difenery. Zat-pembakar atau zat asam yang diperlukan dapat berasal dari udara dan zat-zat yang murni atau dapat juga dari suatu persenyawaan oksida.
Tipe converting : 1. Converting yang vertical Pada converting yang vertical kebanyakan pemakaiannya adalah pada melaturgi besi baja. Dalam hal ini udara dapat dibawa kebagian atas maupun kebagian bawah dari converter. 2. Converting yang horizontal Pada converting yang horizontal, umumnya dipakai pada Cupper metalurgi. Zat asam dapat dibawa pada bagian atas dari converter. Feeding dari pada konvertor umumnya terdiri dari metal cairan yang dapat juga digunakan suatu scrab sebagai keseimbangan panas.
III. Ferro Metalurgi Yang termasuk di dalam ferro matalurgy adalah suatu extractive logam Fe atau scrap juga termasuk proses pembuatan bagian – bagiannya. Industri – industri baja di dunian sebagian besar menggunakan proses dapur tinggi.Mineral–mineral yang merupakan material dari besi ini adalah :
•
Magnetite
: 72,4 %
•
Hematite
: 69,9 %
•
Limonite
: 62,5 %
•
Ilmenite
: 36,8 %
Proses – proses yang dipakai dalam ferro metallurgy ini terbagi atas : 1. Proses dapur tinggi 2. Proses bukan dapur tinggi Pekerjaan ferro metallurgy untuk bijih besi ini pada umumnya dilakukan dalam 2 tingkatan , yaitu : 1. Pengolahan bijih menjadi besi 2. Pengolahan besi menjadi baja
Proses ferro metallurgy : - Proses dapur Tinggi Reaksi-reaksi yang terjadi :
700oC
Drying (pengeringan) Fe2O3(H2O)2------Fe2O3 + nH2O
Kalsinasi
1000oC
CaCO3-----CaO + CO2 MgCO3-----MgO + CO2
Reduksi Roasting
1200oC
3Fe2O3 + CO-------2Fe3O4 + CO2 Fe3O4 + CO---------3FeO + CO2 FeO + CO------------Fe + CO2 FeO + C--------------Fe + C
Smelting 1. Peleburan Besi 2. Pembentukan Slag
1200oC
Diatas sekali temperature = 200oC Setelah smelting ada kantong arang pada 2000 oC Dan ada penghembusan udara panas melaui Tuyer (500 – 1200) oC, sehingga sebagian C dapat diubah menjadi CO. Fungsi dari pemasukan udara adalah : 1. menyebabkan terjadinya reaksi C (coke) + CO membentuk reduktor CO 2. untuk mengactifir bahan baker dan coke. Dan dibawahnya ada tempat pengeluaran Slag daan selanjutnya tempat pengeluaran Logam. Bentuk Raw Material yang mengandung Fe ada dua macam : 1. Dalam bentuk ore / bijih 2. Dalam bentuk sinter atau pellet
Coke berfungsi sbg :
Sebagai bahan baker
Sebagai bahan reduktor
Menurunkan titik didih dan titik lebur - Fe tanpa C(carbon), titik leburnya = 1.535 0 C - Fe dengan C (carbon), titik leburnya = 1.130 0 C
Mempertinggi porositas dari hasil agglomerasi
Flux = Sebagai bahan pengikat silica dan mengeluarkan material yang tidak diinginkan. Fungsinya :
Mengusir sulfur dari dalam logam S + CaO-----------CaS + O2
Menurunkan titik lebur/leleh dari Slag
Flux ada beberapa macam :
Flux bersifat asam, ex : silica Dipakai bila sifat batuan gangue atau impurities bersifat Basa
Flux bersifat basa, ex : batu kapur Dipakai kebalikan dari yang atas
Flux bersifat Netral (Amfoter), ex : Al 2O3, Calsium Dimana bisa bersifat Asam dan Basa
Pemakaian dari pada jenis flux sangat tergantung pada kotoran yang terdapat pada ore, maksudnya adalah di dalam pembentukan slag akan terdapat suatu reaksi antara flux dengan kotoran / impurities sehingga terbentuk slag. 1. Kotoran Primer a. Carbon (C) Berasal dari Coke, dimana jika temperature bertambah tinggi akan terjadi penambahan C dan Mn dan terjadi pengurangan Si dan P. b. Mangan (Mn) Bila temperature < 1500oC, akan terjadi MnO2 + CO --------- Mn + CO 2 Mn3O4 + CO -------- 3MnO + CO 2 Bila Temperatur > 1500oC, akan terbentuk MnO + C ----------- Mn + CO Dengan temperatur yang kecil maka Mn akan lebih banyak disbanding dengan Fe. c. Silika (Si) Bila temperature < 1600oC SiO2 akan lebih stabil disbanding Si, dan reaksi akan kekiri Bila temperature > 1600oC SiO2 dengan adanya C akan terbentuk Si (Silikat)
d. Phosfor (P)
Pada temperature 1850oC P2O3 akan terurai menjadi P + CO, dimana akan terjadi reaksi P + 3Fe -----------Fe3P, ini memiliki bentuk yang dapat larut secara baik dalam Fe (pig Iron). Oleh sebab itu tidak akan didapatkan Phosfor dalam Slag. e. Sulfur (S) Sulfur ini biasanya berasal dari batubara (coke) yaitu 90 %. Kemungkinan akan membentuk persenyawaan H2S atau COS, dimana H2S akan mengganggu Fe. Fe + H2S ------- FeS + H2 Dimana FeS yang terbentuk akan hilang. COS + CaO ----------- CaS + CO2 Dan CaS akan masuk kedalam slag. 2. Kotoran sekunder a. Aluminium (Al) Dalam bentuk oksida yang sangat stabil (AlO 2) Pada saat Smelting = Al2O3 --------- Al + CO Kemungkinan Al ada pada temperature lebih besar dari 2000oC dan bercampur dengan Fe (Pig Iron). b. Copper (Cu) GoCu2O > GoFe2O sehingga Cu2O akan lebih mudah tereduksi. Pada saat Smelting Cu dan Fe akan tercampur dan jika itu terjadi maka akan sulit sekali mengextract Cu dan Fe ini.
Untuk
meningkatkan
produksi
dapur
2500ton/hari, yaitu: 1. memperbesar ukuran tungku 2. sistem mekanisasi dari Feeding
tinggi
dari
1500
ton/hari
menjadi
3. pemakaian mutu dari feeding (mutu sinter atau pellet) 4. pemakaian Coke 5. Effisiensi pemakaian dari udara panas
Ada beberapa factor yang perlu diperhatikan untuk meningkatkan kapasitas produksi dari dapur tinggi dari 1.500 ton/hari menjadi 2.500 ton/hari yaitu : 1. Memperbesar ukuran dapur tinggi 2. Sistem mekanis dari pada feeding 3. Pemakaian mutu dari pada ore / feeding yang lebih baik ( mutu sinter / pellet ) 4. pemakaian dari pada coke 5. Effisiensi pemakaian dari pada udara panas
Perbedaan antara dapur tinggi dan bukan dapur tinggi adalah: Pada dapur tinggi temperature yang diperlukan adalah . 1300 oC,
sedangkan bukan dapur tinggi , 1300 oC dan tidak melalui proses peleburan.
Kadar carbon pada produxt akan lebih kecil jika menggunakan
bukan dapur tinggi jika dibandingkan dengan dapur tinggi.
BAHAN TAHAN API (REFRACTORY) Di dalam suatu proses yang berlaku pada temperature yang tinggi, yaitu pada proses Pyro metallurgy dan hydro metallurgy akan terjadi kemungkinan reaksi – reaksi antara bahan – bahan yang digunakan dengan alat – alat tersebut. Bahan – bahan konstruksi yang membatasi atau yang berhadapan dengan temperature tinggi dengan cairan – cairan yang memungkinkan terjadinya kondisi dan dengan aliran – aliran debu dari pada udara panas disebut dengan bahan – bahan refractory atau bahan – bahan tahan api. Bahan – bahan refractory tersebut dapat berupa / terbuat dari beberapa persenyawaan berikut : -
x Al2 03 y Si O2
-
Al2O3
-
SiO2
-
MgO
-
Fe2O3 atau Fe3O4
-
Carbon
-
Logam
-
Silicate
: 1.7500 C
-
Kaolinite
: 1.7400 C
-
Bauxite
: 1.6000 C
-
Alumina
: 2.0500 C
-
Magnesium : 2.1650 C
-
Chromite
: 2.0500 C – 2.2000 C
-
Corondum
: 2.2400 C
Bagian refractory : 1. Refractory asam / Acid refractory 2. Refractory basa / basic refractory 3. Refractory netral 4. Rare refractory
Refractory Asam ( Acid Refractory ) Adalah refractory yang menggunakan suatu bahan, di mana sifat kimianya asam. Contoh : Alumina silicate Bahan – bahan dari alumina : -
Batu alam, dapat dari massa yang dibuat
-
Batu bata
Refractory Basa ( Basic Refractory ) Adalah Refractory yang menggunakan suatu bahan yang sifat kimiawi nya basa, yaitu alumina oksida. Bahan Alumina :
-
Bauxite brick
-
Alundum ( ellectacaly fused bauxite )
-
Bahan Oksida : -
Oksida Kalsium dan Magnesium
-
Oksida besi
Refractory netral Bahan – bahannya : -
Carbon : Grafite atau arang kayu
-
Chromite ( Cr2O3 )
-
Artificial refractory
•
•
•
Zircon carbide Titanium carbide Silicon carbida
-
Logam – logam : Cu, Pt, Th, Ti , dsb
-
Beton : bahannya bias juga dari talk dan serpentine
Rere Refractory Bahan – bahannya : -
Berrilum oksida atau BrO3 Titan Oksida (TiO2) ZrO2
PENGOLAHAN BAJA Pengolahan baja telah dikenal sejak 1850. Raw material dari pada pengolahan baja ini adalah sebagai berikut : 1. Fe material yang meliputi : - Cold Fe - Serap (ampas) baja
- Warm Fe 2. Bahan tambahan, yaitu : - Bahan bahan pembentuk slag - Unsur – unsure campuran 3. Gas yang di dapat dari oksidasi atau dari pembakaran (oksigen) Sifat – sifat umum dari beberapa macam baja : 1. Sifat slag yang dihasilkan (apakah basa atau asam), dalam hal ini yang akan dibicarakan adalah suatu kotoran dalam bentuk elemen dalam baja tersebut yaitu : C, Si, Mn, P dan S. Dari
kelima
unsur
yang
tersebut di
ata,
dibagi
dalam
3
proses
pengeluarannya pada pembuatan baja, yaitu : a. Pengeluaran C,Si dan Mn Caranya adalah dengan meng-oxidir unsure-unsur tersebut menjadi CO dan CO2, SiO2 dan MnO dimana ketiga persenyawaan tersebut dapat larut dalam slag. b. Pengeluaran Sulphur (belerang) Caranya adalah dengan dikerjakan dengan mereaksikan sulphur tersebut dengan CaS, NaS, X 2S dan zat – zat ini akan larut dalam slag. c. Pengeluaran phosphor (P) Caranya adalah dengan meng-oxidir P bebas tersebut menjadi P2O5 . dimana P2O5 ini akan bereaksi dengan calsium oxida membentuk (CaO)x (P2O5)y yang berada dalam slag. 2. Cara pengaliran panas terbagi dua, yaitu : a. Bahan baker dari luar yaitu terdiri dari gas, oil atau juga powder ( batubara halus ) atau juga secara electric. b. Bahan baker dari dalam, hal ini dengan menggunakan oxygen murni dan dari udara bebas. 3. Reaksi – reaksi yang terjadi, penyebab 2 media reaksi yang disebabkan 3 kemungkinan : a. Oleh kontak antara metal bath dengan slag
b. Oleh kontak antara metal bath dengan fasa gas c. Oleh kontak campuran itu sendiri
4. Sifat – sifat dari gas oxidator yang akan dialirkan : a. Udara yang terdiri dari 20% oksigen dinamakan “wind prise procus”. b. Terdiri dari 95% kemurnian oksigen, proses nya dinaminnyaakan “zat pembakar“ atau “zuur stat process”. c. Tanpa menggunakan gas, dinamakan “ Heard pries process”.
5. Jumlah scrap yang digunakan dalam proses pembuatan baja : Jumlah scrap yang digunakan ini bervariasi satu dengan yang, tergantung dari jumlah macam – macam pembuatan ( proses pembuatan ) baja tersebut. Proses Thomas Konsentrasi conventor sama dengan conventor Bessemer, hanya beda refractory pada bagian dalamnya haruslah dari bahan yang mempunyai sifat basa dan biasanya digunakan dolomite. Keuntungan dari pada proses Thomas ini adalah : semua unsur C yang terdapat dalam baja tersebut dapat dikeluarkan dan demikian juga untuk unsur – unsur Sid an Mn. Kerugian dari pada proses Thomas ini adalah semua unsur phosphor tidak dapat dikeluarkan jika unsure karbon © belum habis sama sekali. Bessemer Proses Conventor ini terdiri atas plat baja yang tebalnya ± 5 cm dan sebelah dalamnya dilapisi dengan refractory yang bersifat asam (biasanya silikat), banyaknya pipa – pipa udara dapat mencapai 200 buah dengan diameter samapi dengan 3 cm, yang diletakkan pada bagian dalam conventer. Kapasitas dari conventer Bessemer ini adalah lebih kurang 20 – 60 ton.
Sifat slag pada proses ini adalah asam, dan agar tidak bereaksi dengan alatmaka refractornya digunakan yang bersifat asam. Slag yang dihasilkan dari proses ± 10 % yang terdapat di bagian atas, sedangkan logam di bagian bawah. D – AC Proces ( AC = Arbed Centre de Recherches Metalluraus ) Proses ini juga merupakan suatu proses yang menghasilkan slag yang basa. Jumlah scrap yang dipakai dapat mencapai 50% . Pada proses ini tekanan O2 yang dihembuskan lebih kecil dari proses L-D. Kelebihan pada proses ini adalah : kemungkinan untuk mengusir sulphur dan phosphor dimana pengeluaran dari phosphor dengan cara pengeluaran dua macam slag seperti pada L-D Proses. Suatu proses syclus memakan waktu 30 menit. Kapasitas conventer bervariasi antara 40 – 200 ton. Sedangkan phosfat sampai 0,02 %. Kaldo Proses Pada kaldo proses ini terjadi proses oksidasi kontak logam dengan slag. Keuntungan dari pada proses ini adalah unsure S dan P dapat di eliminir sebesar mungkin. Satu cyclus memakan waktu antara 20-90 menit, dan kapasitasnya antara 10-200 ton. Pada proses ini, slag yang dihasilkan berada pada bagian atas dan metal/logam pada bagian bawahn ya. Motor Proses Proses ini mnghasilkan slag yang bersifat basa, dan bahan oksidator yang digunakan adalah O2. Bentuk dari pada ovennya adalah berbentuk silinder yang horizontal. Dengan O2 primer, mempunyai kemurnian yang tinggi yaitu lebih besar dari 99%, sedangkan O 2 sekunder kemurniannya ± 955. Pada proses ini didapati dua saluran O 2 yaitu O2 primer dan O2 O2 sekunder fungsinya adalah membantu penyelesaian oksidasi dari pada O2 primer. Proses Pengolahan Baja melalui Bukan Dapur Tinggi Prose pengolahan baja ini adalah metoda reduksi secara langsung tanpa melalui proses dapur tinggi .Perbedaannya adalah :
1. Temperatur lebih rendah, yaitu lebih kecil dari 1.3000 C dan logamnya tidak melalui suatu proses (phase) peleburan. 2. kadar karbon ( C ) pada produk akan lebih kecil (tidak mencapai jenuh) hal ini disebabkan karena reaksi yang terjadi bukan dalam keadaan cair. Pada bukan dapur tinggi proses yang terjadi ada 2 yaitu : 1. Dengan menggunakan bahan redactor padat Misalnya : kokas, batubara dan arang. Terbagi atas 3 macam : a. Tunnel oven : - Krupp - R-N Proces - Strategic Udy Proces - Renn b. Schact oven c. Electric oven - Electric metal - Tysland Hole 2. Dengan menggunakan redactor gas Misalnya CO dan H2, terbagi atas : - H-Iron Proces - Na-Iron Proces - Hyl Proces - Hojonas process - Wiberg Proces Type dari dapur/ovennya : -
Tunnel
-
Tromol
-
Electric
-
Schact
-
Fluo-solid
Dengan
pedoman
diagram
chaudron,
reduksi
akan
lebih
mudah
berjalan/terjadi pada temperature diatas 8020 C bila yang digunakan adalah reduktor H2, tapi
jika menggunakan
reduktor CO maka berjalan
pada
temperature dibawah 8020 C.
2CO + O2 ===2CO2 2H2 + O2 ===2H2O
Reaksi yang mungkin terjadi : 1. FeO + CO ------ Fe + CO2 2. FeO + H2 -------Fe + H2O 3. CO2 + H2 -------CO + H2O
Keuntungan penggunaan H2 : 1. kecepatan reaksi yang lebih besar 2. memungkinkan memperoleh besi dengan bebas dari unsur2 karbon kerugian menggunakan reduktor H2 1. gas H2 lebih mahal harganya karena diperoleh dari methan 2. reaksi yang terjadi antara oksida besi dan H2 adalah reaksi yang endodermis.
Ekstraksi logam Cu-Sulfida Proses dilakukan pada pyrometalurgi, pertama adalah meningkatkan kadar cu menjadi 25% dengan mineral dressing, selanjutnya dilakukan roasting pada 750 – 800 0 C, dimana Cu-Sulfida akan berubah menjadi Cu-Oksida dan seterusnya proses Netral Smelting pada temperature 14000 C shg terjadi pemisahan mineral oksida masuk ke slag dan sulfide menjadi waste, dimana
wate akan dihembuskan udara hingga menjadi blister cupper, dengan kadar Cu 98-99 % dan terakhir pemurnian.
DAFTAR KEPUSTAAKAAN
Sugiyarto, Kristian H. 2003. Dasar-dasar Kimia Anorganik Logam. Jurusan Pendidikan Kimia FMIPA Universitas Negeri Yogyakarta. Yogyakarta. Hal: 5.46-5.49.
Pagnanelli.F, Garavini.M, Veglio.F, Toro.L. Journal of Hydrometallurgy 71; Preliminary screening of Purification Processes of liquor Leach Solutins Obtained from Reductive Leaching of Low-Grade manganese Ores. 2004. www..sciendirect.com. Hal 319-327.
