Pengantar Proses-Proses Metalurgi

Versi Bahasa Indonesia

AN INTRODUCTION TO METALLURGY PROCESSING MINERAL PROCESSING, METAL WORKING, MATERIAL IAL TESTING, AND CORROSION PROTECTION

Muhammad Joshua YB | 1406563866 | 21 Juni 2015


PENGANTAR PROSES-PROSES METALURGI Pemrosesan Mineral, Pengerjaan Logam, Pengujian Material, Dan Perlindungan Korosi Metallurgy merupakan ilmu yang mempelajari sifat-sifat kimia dari suatu logam dan cara pemerosesanya mulai dari mineral sampai menjadi produk jadi. Kata “Metallurgy” sebenarnya berasal dari bahasa Yunani “Metallougos” yang merupakan istilah yang digunakan oleh ahli kimia untuk mendeskripsikan mineral processing atau ekstraksi logam dari mineral. Pada masa modern istilah metalurgi mulai meluas pengertian dan kajianya menjadi ilmu yang mempelajari tentang logam, mulai dari proses pengambilanya dari mineral, pengolahan bijih logam, manufaktur, karakterisasi material, hingga rekayasa material. Mineral Processing (Pemrosesan Mineral) Mineral Processing merupakan tahap awal dari pemrosesan material. Mineral processing atau biasa juga disebut mineral dressing masuk dalam kategori metalurgi ekstraksi. Metalurgi ekstraksi ini mencakup proses dan metode dari pengekstraksian logam dari tambang mineral di alam. Yaitu seperti pemurnian mineral, pemisahan, proses-proses kimia, dan ekstraksi logam murni dari paduanya. Setiap jenis logam membutuhkan metode ekstraksi yang berbeda, oleh karena itu kajian metalurgi ekstraksi sangat bervariasi dan berkembang tergantung dari jenisjenis logam yang tersedia di alam. Secara umum proses Metalurgi Ekstraksi dibagi menjadi tiga. 1.Pirometalurgi Proses pirometalurgi merupakan pengambilan logam dari bijihnya dengan menggunakan temperatur tinggi dimana terjadi reaksi kimia antara fase gas, solid (padat) ,dan cair. Proses pirometalurgi yang melibatkan fase gas dan padat disebu calcining dan rosting. Sedangkan proses yang menghasilkan fase cair disebut smelting. 2. Elektrometalurgi Proses elektrometalurgi merupakan proses ekstraksi dan pemurnian yang melibatkan energi listrik sebagai dasar dalam proses ekstraksi. Elektrometalurgi melibatkan prinsip


elektrolisis dan elektrokimia. Proses yang paling umum dalam elektrometalurgi adalah electrowinning dan electro-refining. 3. Hidrometalurgi Proses hidrometalurgi merupakan proses yang melibatkan larutan aqueous untuk mengekstraksi logam dalam bijihnya. Proses pertama dalam hidrometalurgi adalah leaching, yaitu dengan cara menguraikan bijih logam dalam larutan air atau pelarut lainnya. Setelah itu larutan mengalami berbagai macam proses pemurnian dan penguatan konsentrasi sebelum logam tersebut diambil baik dalam keadaan logam murni maupun sebagai senyawa kimia. Proses ini meliputi precipitation, distilasi, adsorpsi, dan ekstraksi larutan. Sedangkan untuk mineral processing sendiri memiliki unit-unit operasi pemrosesan mineral, beberapa diantaranya sebagai berikut. 1. Penumbukan (comminution) Penumbukan merupakan operasi pertama dalam pemrosesan mineral. Mineral yang diambil dari alam direduksi ukuranya dengan berbagai cara agar ukuranya sesuai dan lebih mudah untuk diproses dalam proses-proses ekstraktif selanjutnya. Cara yang paling umum adalah dengan dihancurkan (crushing) dan digiling (grinding). Reduksi ukuran partikel dilakukan dengan tiga jenis kekuatan: kompresi, impak, dan atrisi. 2. Sizing Sizing merupakan proses utama dalam pemisahan partikel yang menggunakan dasar perbedaan ukuran partikel. Salah satu prosesnya yaitu screening, yaitu dengan cara melewatkan partikel melewati penyaring. Proses screening ini bias dilakukan secara statis (hanya partikel yang bergerak) ataupun dinamis dengan penambahan goncangan. 3. Concentration Concentration adalah proses peningkatan konsentrasi kandungan logam agar menjadi layak untuk dilakukan proses ekstraksi logam. Proses dan metodenya sangat bervariasi tergantung dari sifat fisika dan kimia dari mineral tersebut.


4. Gravity Separation Gravity Separation merupakan proses pemisahan mineral berdasarkan berdaan gravitasi spesifik dari setiap mineral yang berbeda. Pemisahanya dilakukan cara menggunakan media tertentu seperti fluida kental maupun media buatan seperti spiral separators. 5. Flotasi buih (Froth flotation) Flotasi buih merupakan proses yang penting dalam peningkatan konsentrasi mineral. Proses ini dapat digunakan untuk memisahkan dua partikel yang berbeda dan dilakukan berdasarkan reaksi kimia permukaan dari partikel. Metal Working (Pengerjaan Logam) Metal Working atau pengerjaan logam merupakan proses dalam pengerjaan (pembentukan) logam untuk menghasilkan baik bahan setengah jadi maupun bahan jadi. Pengerjaan logam telah berevolusi dari masa ke masa mulai dari proses peleburan bijih logam, produksi logam mampu tempa yang ulet, sampai rekayasa material dengan konsep dan peralatan modern. Secara umum proses pengerjaan logam dibagi menjadi tiga: proses deformasi, pengecoran , pembentukan lain. Klasifikasi proses pembentukan logam digambarkan dalam bagan berikut.

Pembentukan Logam


Proses Deformasi • Penempaan (forging) • Pengerolan • Ekstrusi • Penarikan

Pengecoran • Pengecoran pasir (sand casting) • Pengecoran bertekanan (die casting) • Investment Casting • Continuous Casting

Pembentukan Lain • Metalurgi serbuk • Pengelasan

Figur 1.0 Klasifikasi ikasi proses pembentukan logam. Sumber : Diadaptasi dari Bondan T. Sofyan, Pengantar Material Teknik.. (Penerbit Salemba

Teknika:

2011), Figur 4.8.

1. Proses Deformasi Proses deformasi (pembentukan) merupakan proses pengubahan bentuk logam dengan cara mekanis seperti penempaan (forging),, pengerolan, penekanan, penarikan kawat (wire drawing), dan ekstrusi. Proses ini membutuhkan tegangan yang besar dimana agar material mengalami perubahan bentuk maka tegangan harus melebihi dari tegang tegangan an luluh material yang diproses. Keterlibatan tegangan yang tinggi dalam proses deformasi membutuhkan keuletan yang tinggi dari ari material tersebut sehingga tidak mengalami retak atau pecah saat proses berlangsung. Proses pembentukan terbagi menjadi dua macam. 1. Proses pembentukan dingin ((cold forming) , jika proses dilakukan pada suhu kamar. 2. Proses pembentukan panas ((hot forming) , jika proses dilakukan pada suhu tinggi, di atas suhu rekristalisasi. Pada proses pembentukan panas pendeformasian logam menjadi lebih mudah karena tegangan yang dibutuhkan relatif lebih kecil jika dibandingkan dengan tegangan yang dibutuhkan dari proses pembentukan dingin dan logam dapat dideformasi lebih besar. Namun dalam suhu yang tinggi lapisan kerak (oksida) dipermukaan logam yan yang g diproses akan mudah


terbentuk, dikarenakan pada suhu yang tinggi logam akan mudah teroksidasi oleh udara. Sebaliknya, permukaan logam yang diproses akan relatif tetap mulus pada proses pembentukan dingin. Meskipun derajat deformasinya lebih rendah, pada proses pembentukan dingin sifat mekanis logam akan mengalami peningkatan yang cukup signifikan.

Figur 1.1 Ilustrasi proses penarikan kawat sebagai proses deformasi logam. Sumber : http://ardra.biz/wp-content/uploads/2011/10/Zona-Deformasi-Wire-Drawing.jpg

2. Pengecoran Pengecoran adalah proses fabrikasi logam dengan cara logam dicairkan dan kemudian dituangkan ke dalam cetakan yang memiliki bentuk sesuai desain yang diinginkan. Teknik pengecoran umumnya digunakan untuk membuat komponen-komponen yang besar dan memiliki bentuk rumit, serta sering digunakan pada material yang memiliki keuletan rendah yang tidak dapat dibentuk pada proses deformasi. Secara ummmum, proses pengecoran relatif lebih ekonomis jika dibandingkan dengan proses deformasi. Beberapa teknik pengecoran antara lain sebagai berikut. 1. Pengecoran pasir (sand casting), menggunakan cetakan pasir 2. Pengecoran bertekanan (die casting), logam cair yang dimasukkan ke dalam cetakan diberi tekanan, dan pembekuan terjadi dalam kondisi bertekanan. 3. Investment casting atau lost-wax casting, lubang cetakan dibuat dari plastik yang kemudian dicelupkan kedalam campuran silika atau campuran keramik lainnya. Setelah


dipanaskan plastik akan meleleh dan meninggalkan lubang cetakan sesuai bentuk yang diinginkan. 3. Metalurgi Serbuk Metalurgi serbuk atau dikenal dengan powder metallurgy merupakan proses pembentukan material logam dengan cara material logam tersebut dibuat menjadi serbuk dengan berbagai teknik. Kemudian, serbuk ini ditekan (kompaksi) ke dalam suatu cetakan yang memiliki bentuk sesuai dengan desain. Serbuk yang telah memiliki bentuk setelah proses kompaksi disebut bakalan (green). Bakalan kemudian dipanaskan agar terjadi difusi antarserbuk logam sehingga menyatu, proses ini disebut sintering (penyinteran). Penyinteran dilakukan hingga suhu mendekati titik lebur dari serbuk logam tersebut. Pada umumnya penyinteran berlangsung di dalam tanur yang dipanaskan secara elektris, sedangkan oksidasi dicegah dengan gas pelindung atau didalam ruang hampa. Dalam beberapa kasus masih perlu dilakukan lagi kalibrasi agar mendapatkan ketepatan ukuran yang lebih presisi yaitu berupa perbaikan permukaan. Perbaikan permukaan dilakukan dengan pemenuhan pori-pori dengan bahan pelumas atau logam yang titik leburnya rendah (misalnya, tembaga). Ciri khas terpenting dari bahan yang disinter ialah berat jenis dan jumlah ruang pori-pori yang bergantung padanya. Berdasarkan hal ini maka dibentuklah enam kelas berat jenis dengan huruf-huruf tanda A, B, C, D, E, F. Berat jenis dan kekuatan meningkat tanpa bergantung pada jenis bahan – sejalan dengan urutan huruf. Sebutan singkat untuk bahan sinter terdiri atas singkatan SINT, sebuah huruf besar (kelas berat jenis), dan 2 angka yang menunjukkan bahan. Tabel 1.0 Klasifikasi bahan sinter berdasarkan berat jenis. Berat Jenis

Sint A

Sint B

Sint C

Sint D

Sint E

Sint F

Sangat

Rendah

Normal

Tinggi

Sangat

Tidak

tinggi

berpori

Sangat

Sangat

Terbesar

besar

besar

Konstruksi

Bagian

rendah Kekuatan

Sangat

Kecil

Besar

kecil Penggunaan Saringan

Bantalan

Bagian

luncur

normal

kecil

Konstruksi


Sumber : Diadaptasi dari Alois Schnmetz, fachkunde fur Metallberufe – Wekstoffkunde fertigun von Halbzeugen, Chemische Grundbegriffe, Physikalische Grundbegriffe, Maschinenelemente. (Bohmann Verlag AG, Wina:

1985). Hal 114.

Material Testing (Pengujian Material) Setiap konstruksi harus dihasilkan dengan pengorbanan biaya sekecil mungkin, untuk itu berbagai macam tuntutan harus diselesaikan dengan memilih bahan yang cocok. Oleh karena itu, sifat-sifat material seperti kekuatan, keuletan kekerasan, dan lain sebagainya harus diketahui dan tingkah lakunya harus diuji pada persyaratan pengoperasian tertentu. Pengujian material juga berfungsi untuk menyidik kesalahan bahan yang dapat muncul pada saat pembuatan dan pengolahan. Beberapa elemen berbagai cara pengujian material menurut Smallman dijelaskan sebagai berikut. (Smallman 1999). 1. Uji Tarik Pada uji Tarik, kedua ujung benda uji dijepit; salah satu ujung dihubungkan dengan perangkat pengukur beban dari mesin uji dan ujung lainnya dihubungkan ke perangkat peregang. Regangan diterapkan melalui kepala-silang yang digerakan motor dan elongasi benda uji ditunjukkan dengan pergerakan relatif dari benda uji. 2. Pengujian kekerasan indentasi Kekerasan logam, didefinisikan sebagai ketahanan terhadap penetrasi, dan memberikan indikasi cepat mengenai perilaku deformasi. Alat uji kekerasan menekankan bola kecil, piramida, atau kerucut ke permukaan logam dengan beban tertentu, dan bilangan kekerasan (Brinell atau piramida inntan Vickers) diperoleh dari diameter jejak. 3. Pengujian impak Material mungkin mempunyai kekuatan Tarik tinggi tetapi tidak tahan terhadap beban kejut. Untuk menentukannya perlu dilakukan ujji-ketahanan-impak. Ketahanan impak biasanya diukur dengan uji impak Izod atau Charpy terhadap benda uji bertakik


atau tanpa takik. Pada pengujian ini beban diayunkan dari ketinggian tertentu dan mengenai benda uji, kemudian diukur energy disipasi pada patahan. 4. Pengujian creep Creep adalah aliran plastis yang dialami material pada tegangan tetap. Meskipun sebagian besar pengujian dilakukan dengan kondisi beban tetap, tersedia peralatan yang mampu mengurangi pembebanan selama pengujian sebagai kompensasi terhadap pengurangan penampang benda uji. Pada temperatur yang relatif tinggi, creep terjadi pada semua level tegangan, tetapi pada temperatur tertentu laju creep bertambah dengan meningkatya tegangan. 5. Pengujian fatik Gejala fatik berkaitan dengan perpatahan dini yang dialami logam yang menerima tegangan rendah secara berulang-ulang. Gejala fatik ini sangat penting pada berbagai bidang rekayasa (misalnya pada konstruksi pesawat terbang). Telah tersedia berbagai jennies mesin uji di mana tegangan diterapkan dengan cara tekuk, torsi, Tarik, atau kompresi. 6. Pengujian keramik Umumya terhadap keramik tidak dilakukan pengujian-tarik-langsung karena keramik sangat peka terhadap cacat permukaan. Oleh karena itu, pada keramik dan gelas diterapkan uji lentur. Pada metode uji lentur tiga-titik dan empat titik, specimen berbentuk batang ditempatkan pada tumpuan dan dengan hati-hati diterapkan beban dan laju regangan konstan.

Figur 1.2 Ilustrasi uji lentur terhadap benda uji keramik. Sumber : http://www.ilmutekniksipil.com/ Corrosion Protection (Perlindungan Korosi)


Kebanyakan logam seiring dengan berjalanya waktu pada permukaanya yang tidak terlindungi menunjukkan perubahan-perubahan, yang dalam banyak kasus mengakibatkan penguraian yang melaju dari luar ke dalam, perusakan ini disebut korosi. Penyebab korosi ini berupa kejadian yang sebagian bersifat kimiawi murni, sebagian lagi bersifat elektrokimia. Korosi kimia murni terjadi akibat pengaruh zat asam udara (oksidasi) seperti juga asam, laruta alkali, dan garam (Schnmetz, 1985). Sedangkan korosi elektrokimia berdasarkan atas penguraian logam oleh arus galvanis halus. Peristiwa ini dapat terjadi jika terdapat dua benda logam yang berlainan dan dapat berfungsi seperti sebuah unsur (elemen) galvanis (Schnmetz, 1985). Secara umum beberapa cara untuk melindungi permukaan dari korosi diuraikan sebagai berikut (Schnmetz, 1985). 1. Peminyakan dan penggemukan dengan minyak mineral bebas asam atau suatu pelaburan dengan lak yang dapat dicuci. 2. Laburan, yaitu dengan menghamparkan satu atau beberapa kali bahan pelabur sebagai lapisan dasar, antara, atau penutup. 3. Selubung bahan tiruan , selubung ini merupakan sebuah lapisan yang kedap udara dengan tebal yang sesuai dengan keiinginan. Penerapaya sangat cocok pada tenunan kawat, wadah industri bahan pangan, dan perlindungan bagian-bagian mesin pada pengiriman jangka panjang. 4. Selubung ter,pek, atau aspal, selubung ini dilaburkan pipa baja yang diinstalasikan dalam tanah. 5. Pengemailan, Lapisan email terdiri atas bubuk gelas dan zat warna yang dikenakan pada permukaan benda kerja yang polos melalui penyelupan atau penyemprotan dan dibakar dalam tanur pengemailan pada suhu 600oC-900oC. 6. Perlindungan permukaan secara kimiawi, yaitu perlindungan korosi dengan cara melapisi material dengan larutan kimia yang dapat memberikan ketahan terhadap korosi seperti minyak cat, minyak mineral, asam belerang, dan etsa. 7. Selubung logam, Logam pelindung yang cocok dihamparkan pada permukaan yang akan dilindungi melalui penyelupan,penyemprotan,penggilingan (pemelatan) atau dengan galvanisasi.



REFERENSI 1. Smallman, R.E. 1991. Metalurgi Fisik Modern. Jakarta: Penerbit PT Gramedia Pustaka Utama. 2. T. Sofyan, Bondan. 2011. Pengantar Material Teknik. Jakarta: Penerbit Salemba Teknika. 3. Callister Jr., W.D. 2004. Fundamentals Of Materials Science and Engineering : An Integrated Approach, 3rd ed. John Wiley & Sons, Inc. 4. Schnmetz, Alois. 1985. Fachkunde fur Metallberufe – Wekstoffkunde Fertigng von Halbzeugen, Chemische Grundbegriffe, Physikalische Grundbegriffe, Maschinenelemente. Wina: Bohmann Verlag AG.

Pengantar Proses-Proses Metalurgi

Recommend Documents