METALURGI LOGAM VANADIUM
A. Keberadaan Vanadium
Vanadium ditemukan dalam 65 mineral yang berbeda, di antaranya yaitu karnotit (K 2O.2VO3.V2O5.3H2O),
roskolit,
vanadinit
(3Pb 2(VO4).PbCl2),
dan
patronit
(V2S5.3CuS2), yang merupakan sumber logam yang sangat penting. Vanadium juga ditemukan dalam batuan fosfat dan beberapa bijih besi, juga terdapat dalam minyak mentah sebagai senayawa kompleks organik. Vanadium juga ditemukan dalam sedikit dalam batu meteor. Vanadium alam merupakan campuran dari 2 isotop, yakni Vanadium-50 sebanyak 0.24% dan Vanadium -51 sebanyak 99.76%. Vanadium-50 sedikit radioaktif, memiliki masa paruh lebih dari 3.9 x 1017 tahun. Ada sembilan isotop lainnya yang tidak stabil. Sifat-sifat Vanadium murni adalah logam berwarna putih cemerlang dan lunak. Tahan korosi terhadap larutan basa, asam sulfat, dan asam klorida, juga air garam. Tetapi logam ini teroksidasi di atas 660 oC Vanadium memiliki kekuatan struktur yang baik dan memiliki kemampuan fisi neutron yang rendah , membuatnya sangat berguna dalam penerapan nuklir .Vanadium memiliki memil iki 18 isotop yang setengah-hidup diketahui, dengan nomor massa 43-60.
(logam Vanadium)
Vanadium adalah unsur kimia dengan lambang V dan nomor atom 23. Ini adalah lembut, abu-abu keperakan, ulet logam transisi. Pembentukan sebuah menstabilkan lapisan oksida logam terhadap oksidasi. Logam ini tampak bersinar cemerlang, cukup lunak sehingga mudah dibentuk seperti pembuluh, mempunyai titik leleh 19150 oC titik didih 33500 oC, serta tahan terhadap korosi. Komersil vanadium sangat murni jarang didapatkan, karena seperti titanium, cukup reaktif terhadap O2, N2 dan C pada suhu tinggi yang digunakan dalam proses metalurgi.
Vanadium diproduksi di Cina dan Rusia dari baja peleburan perak, negara-negara lain memproduksinya baik dari debu cerobong minyak berat, atau sebagai produk sampingan dari pertambangan uranium dan di Indonesia tambang atau pabrik dari vanadium ini tidak ada. Hal ini terutama digunakan untuk memproduksi baja khusus paduan seperti baja alat kecepatan tinggi. Senyawa vanadium pentoxide digunakan sebagai katalis untukproduksi asam sulfat. Vanadium ditemukan di banyak organisme, dan digunakan oleh beberapabentuk kehidupan sebagai pusat aktif enzim. Vanadium merupakan unsur yang paling banyak terdapat (0,02 % kerak bumi) dan ditemukan beberapa macam bijih. Salah satu bijih yang penting secara komersil ialah V2O5, dan bijjih yang paling kompleks. Metalurgi vanadium tidak sederhana, tetapi vanadium murni (99,9 %) dapat dihasilkan. Dalam penggunaannya vadium dibentuk sebagai logam campuran besi-vanadium, ferrovanadium mengandung 35% - 95% V.
B. Proses Metalurgi Logam Vanadium
Metalurgi adalah pengetahuan yang mengkaji tentang cara-cara pengolahan
logam dari bijihnya hingga memperoleh logam yang siap untuk digunakan. Metalurgi didefinisikan sebagai ilmu dan teknologi untuk memperoleh sampai pengolahan logam yang mencakup tahapan dari pengolahan bijih mineral,pemerolehan (ekstraksi) logam, sampai ke pengolahannya untuk menyesuaikan sifat-sifat dan perilakunya sesuai dengan yang dipersyaratkan dalam pemakaian untuk pembuatan produk rekayasa tertentu. Proses metalurgi dibagi menjadi 3 prinsip pengerjaan : (1) Perlakuan awal, dengan cara melakukan pemekatan bijih (concentration of ore) agar bijih yang diinginkan terpisah dari materi pengotor (gangue) dan pemekatan bijih bertujuan ialah untuk memisahkan
mineral dari pengotornya sehingga diperoleh kadar bijih tinggi. Pemekatan dapat dilakukan melalui dua teknik pemisahan, yaitu pemisahan secara fisis dan pemisahan secara kimia. (2) Proses reduksi , yaitu mereduksi senyawa logam yang ada pada bijih agar berubah menjadi logam bebas. (3) Pemurnian (refining), yaitu melakukan pengolahan logam kotor melalui proses kimia agar diperoleh tingkat kemurnian tinggi.
Dalam proses metalurgi vanadium ini, akan dibahas beberapa cara ekstraksi dengan menggunakan bijih atau sumber senyawa vanadium sebagai berikut.
Ekstraksi vanadinite (3Pb2(VO4).PbCl2)
Ekstraksi Carnotite(K 2O.2VO3.V2O5.3H2O) /K 2(UO2)2(VO4)2·3H2O
Ore Processing (proses dari bijih campuran)
1. Ekstraksi vanadinite (3Pb 2(VO4).PbCl2)
(senyawa Vanadinite) Vanadinite adalah mineral milik kelompok apatit fosfat, dengan formula kimia (3Pb2(VO4).PbCl2) . Mineral ini adalah salah satu sumber utama pembuatan logam Vandium. Mineral Vanadinite berbentuk padat, rapuh, senyawa ini biasanya ditemukan dalam bentuk kristal heksagonal berwarna merah. Pertama kali ditemukan pada tahun 1801 di Meksiko, Vanadinite ditemukan di Amerika Selatan, Eropa, Afrika, dan Amerika Utara. a. Tahap Persiapan
PemisahanPbCl2. Bijih
direaksikan
dengan
HCl
pekat,
PbCl2
akan
mengendap,
dioxovandium chlorida (VO2Cl) tetap dalam larutan. Proses ini disebut dengan
proses pemekatan, dimana pemekatan bijih dilakukan untuk menyingkirkan pengotor yang tak diinginkan sebelum bijih dirubah menjadi logam. Adapun dalam pemekatan ekstraksi vanadinite ini digunakan HCL pekat untuk memisahkan pengotor yaitu timbal (II) klorida, dimana timbal (II) klorida akan terpisah dan mengendap, dan endapannya berwarna putih. Adapun reaksi yang terjadi yaitu sebagai berikut.
3 Pb2(VO4).PbCl2 + HCL pekat
PbCl2(s) + 2 VO2Cl + H2O
Penggaraman Setelah PbCl2 dipisahkan, larutan ditambah NH4Cl dan dijenuhkan dengan NH3,sehingga terbentuk NH4VO3 (amonium metavanadat) yang bila dipanaskan akan terbentukV2O5. Adapun persamaan reaksinya sebagai berikut.
3 VO2Cl + 2 NH4Cl
2 NH4VO3 + Cl2 o
200 C
2 NH4VO3
V2O5
b. Tahap Produksi V2O5 direduksi dengan Ca pada 900 – 950 º C untuk memperoleh vanadium oksidanya. o
V2O5 + 5 Ca(s)
o
900 C-950 C
2 V(I) + 5 CaO(S)
c. Tahap pemurnian Untuk logam vanadium yang dihasilkan murni, logam vanadium dapat diperoleh melalui proses van Arkel de-Boer dimana garam Vanadium klorida yang sudah dimurnikan, diuapkan, dan didekomposisi melalui kawat panas dalam keadaan vakum. Proses ini disebut juga pemurnian fase uap. Proses ini dilakukan untuk halida mudah menguap. Halida dimurnikan melalui destilasi fraksional, halida tersebut mengurai menjadi logam dan halogen pada suhu tinggi. V(s) + 2 I2(s)
VI4(s)
V(s) + 2 I2(s)
Logam-logam Ti, Hf, Zr, V, W, Si dan Be dimurnikan dengan cara ini. 2. Ekstraksi Carnotite (K 2O.2VO3.V2O5.3H2O)/ K 2(UO2)2(VO4)2·3H2O
Salah satu mineral atau sumber bijih dari vanadium adalah carnotite. Dalam bijih carnotit mengandung unsur kalium, uranium, vanadium, dan oksigen. Selain itu senyawa ini sangat penting sebagai sumber uranium.
(senyawa Carnotite) Carnotite adalah mineral kuning kehijauan yang terdapat biasanya dalam remah dan serpih di tengah. Mengandung jumlah sekitar satu persen dalam batuan pasir yang berwarna kuning cerah. Kandungan Uranium yang tinggi membuat Carnotite sebagai bijih Uranium yang penting. Carnotite merupakan mineral sekunder Uranium dan Vanadium yang biasanya ditemukan dalam batuan sedimen di iklim yang kering. a. Tahap Persiapan
Carnotite dicairkan dengan Na2CO3, masa cair yang diperoleh diekstraksi dengan air untuk mengendapkan Fe(OH) 3, larutan dipekatkan dan didinginkan maka didapat Na3VO4 (Natrium Ortovanadat). Pemekatan adalah suatu proses untuk menaikkan suatu kadar zat tertentu yang ingin dipekatkanFungsi dari pemekatan di atas
yaitu untuk mengurangi kadar air yang ada sehingga kandungan Na 3VO4 meningkat.
Larutan yang berisi Na3VO4 diberi NH4Cl dan dijenuhkan dengan NH3, sehingga terbentuk NH4VO3 (amonium metavanadate), yang dipanaskan untuk mendapatkan V2O5 yaitu oksida dari logam Vanadium. b. Tahap Produksi Tahap reduksi dari ekstraksi senyawa atau bijih Carnotite sama dengan Vanadinite yaitu dengan mereduksi V2O5 dengan Ca pada 900 – 950 º C untuk memperoleh vanadium oksidanya. o
V2O5 + 5 Ca(s)
o
900 C-950 C
2 V(I) + 5 Ca 2 V(I) + 5 CaO(S)
c. Tahap Pemurnian logam vanadium dapat diperoleh melalui proses van Arkel de-Boer.
3. Ore Processing(Pemerosesan bijih)
1. Tahap persiapan a. Batuan Vanadium digiling
Tujuan dari penggilingan batuan Vanadium yaitu untuk memecah batuan-batuan mineral yang mengandung Vanadium dalam ukuran yang lebih kecil, dan untuk mempermudah proses selanjunya yaitu proses pemisahan magnetik. b. Dipisahkan secara magnetik (pemisahan secara fisis) Pemisahan magnetik (magnetic separation), adalah proses pemisahan dengan
dasar
apabila
mineral
memiliki
sifat
feromagnetik.
Teknik
pengejerjaannya adalah dengan mengalirkan serbuk mineral secara vertikal terhadap medan magnet yang bergerak secara horizontal. Dengan demikian
materi yang tidak tertarik magnet akan terpisahkan dari materi yang memiliki sifat feromagnet.
c. Dipanggang dengan NaCl/Na 2CO3 Proses pemanggangan (roasting), adalah proses pemekatan bijih melalui
pemanasan bijih yang disertai pengontrolan jumlah udara (oksigen). o
850 C
Karnotite + Na2CO3
Na3VO4
d. Leaching Proses (Pelarutan) Proses pelindian (leaching) adalah proses pemekatan kimiawi untuk
melepaskan pengotor bijih dari suatu mineral dengan cara pelarutan dalam reagen tertentu. Reagen atau pelarut yang digunakan adalah air. Sehinggasenyawa garam Vanadium larut dalam air. Dan setalah itu penggaraman dengan NH4Cl.
Na3VO4 + 3 NH4Cl
NH4VO3 + 3 NaCl + 2 NH 3 + H2O
2. Tahap Produksi a. Kristalisasi
o
200 C
2 NH4VO3(aq)
V2O5(s) hitam + 2 NH3 + H2O
b. V2O5 direduksi dengan Ca pada 900 – 950 º C untuk memperoleh vanadium oksidanya. o
V2O5 + 5 Ca(s)
o
900 C-950 C
2 V(I) + 5 CaO(S)
3. Tahap Pemurnian Untuk logam vanadium yang dihasilkan murni, vanadium dapat diperoleh melalui proses van Arkel de-Boer. Proses ini disebut juga pemurnian fase uap. Proses ini dilakukan untuk halida mudah menguap. Halida dimurnikan melalui destilasi fraksional, halida tersebut mengurai menjadi logam dan halogen pada suhu tinggi. Umumnya, crystal bar proses dapat dilakukan dengan menggunakan sejumlah halogen atau kombinasi halogen mana yang paling tepat untuk semacam mekanisme transport. Dmana seperti logam titanium , Zirkonium, hafnium, vanadium, torium atau Protaktinium dipanaskan dalam wadah dievakuasi dengan halogen pada 50-250 ° C. V(s) + 2 I2(s)
VI4(s)
V(s) + 2 I2(s)
Logam-logam Ti, Hf, Zr, V, W, Si dan Be dimurnikan dengan cara ini. C. SIFAT FISIKA DAN KIMIA VANADIUM
1. Sifat Fisika Vanadium
