1. TEKNOLOGI BAHAN TEKNIK
PEMBUATAN ALUMINIUM
OLEH:
BAYU ARDI HASTANTO (1131410016)
CARRIE MEIRIZA VIRRIYSHA PUTRI (1131410071)
IBTIDA’UN NI’MAH (1131410067)
TEKNIK KIMIA
POLITEKNIK NEGERI MALANG
OKTOBER 2012
2. 1. Pengertian Aluminium
Aluminium ialah salah satu unsur kimia dengan lambang Al dan nomor atom 13. Aluminium
ialah logam mulia paling berlimpah nomor tiga yang berjumlah sebesar 8% dari permukaan
bumi. Aluminium bukan merupakan jenis logam berat. Aluminium biasa terdapat pada aditif
makanan, knalpot, rangka sepeda, peralatan makananan dan aksesoris lainnya. Aluminium
digunakan dalam kabel bertegangan tinggi. Juga secara luas digunakan dalam bingkai jendela
dan badan pesawat terbang. Aluminium merupakan unsur yang sangat reaktif sehingga mudah
teroksidasi. Karena sifat kereaktifannya maka Aluminium tidak ditemukan di alam dalam bentuk
unsur melainkan dalam bentuk senyawa baik dalam bentuk oksida alumina maupun silikon.
Bahan dasar pembuatan Aluminium adalah bauksit (biji Aluminium) yang kemudian di ubah
menjadi Alumina. Alumina inilah yang akan dielektrolisa membentuk Aluminium ingot. Biji
Aluminium biasanya berupa senyawa oksida berupa Bayerit, Gibbsit atau hidrargilat
(Al2O3.3H2O), bohmit dan diaspor yang tidak larut dalam air. Sumber lain dari bijih bauksit
adalah, Nephelin ((NaK)2O.Al2O3.SiO2), Alunit (K2SO4.Al2(SO4)3.4Al(OH)3), Kaolin & Clay
(Al2O3.2SiO2.2H2O)
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). Bauksit (AL2O3.2H2O) bersistem octahedral terdiri dari 35-65%
Al2O3, 2-10% SiO2, 2-20% Fe2O3, 1-3%TiO2 dan 10-30% air. Bauksit terbentuk dari batuan yang
mempunyai kadar aluminum tinggi, kadar Fe rendah dan sedikit kadar kuarsa bebas. Secara
garis besar komersial bauksit terdiri dalam tiga bentuk:
1. Pissolitic atau oolitic
2. Sponge Ora, dan
3. Amorphorus
Aluminium ditemukan oleh Sir Humphrey Davy pada tahun 1809 sebagai suatu unsur dan
pertama kali direduksi dengan logam oleh H. C. Oersted pada tahun 1825. Secara industri tahun
1886, Paul Herould di Prancis dan C. N. Mall di Amerika Serikat secara terpisah telah
memperoleh logam Aluminium dari Alumina dengan cara elektrolisa dari garamnya yang
3. terfusi. Sampai sekarang proses Hall Heroult masih dipakai untuk memproduksi Aluminium.
Aluminium memiliki karakteristik sebagai berikut:
1. Ringan: memiliki bobot sekitar 1/3 dari bobot besi dan baja atau tembaga. Berat
jenisnya ringan hanya 2.7 gr/cm3 , sedangkan besi ± 8.1 gr/cm3
2. Kuat: terutama bila dipadukan dengan logam lain. Paduan Al dengan logam lainnya
menghadilkan logam yang kuat
3. Reflektif: dalam bentuk aluminium foil digunakan sebagai pembungkus makanan, obat,
rokok
4. Konduktor panas: Sifat ini sangat baik untuk penggunaan pada mesin – mesin / alat –
alat pemindah panas sehingga dapat memberikan penghematan energi
5. Konduktor listrik: setiap satu kilogram aluminium dapat menghantarkan arus listrik dua
kali lebih besar jika dibanding dengan tembaga
6. Tahan korosi: sifatnya durable sehingga baik dipakai untuk lingkungan yang dipengaruhi
oleh unsur – unsur seperti air, udara, suhu, dan unsur – unsur kimia lainnya, baik
diruang angakasa bahkan sampai ke dasar laut.
7. Tak beracun: Sangat baik untuk penggunaan pada industry makanan, minuman dan obat
– obatan yaitu untuk peti kemas dan pembungkus.
Aluminium murni atau aluminium 99% tanpa tambahan logam paduan apapun dan
dicetak dalam keadaan biasa, hanya memiliki kekuatan tensil sebesar 90 MPa, terlalu lunak
untuk penggunaan yang luas sehingga seringkali aluminium dipadukan dengan logam lain. Pada
aluminium paduan Elemen paduan yang umum digunakan pada aluminium adalah silikon,
magnesium, tembaga, seng, mangan, dan juga lithium sebelum tahun 1970. Secara umum,
penambahan logam paduan hingga konsentrasi tertentu akan meningkatkan kekuatan tensil
dan kekerasan, serta menurunkan titik lebur. Jika melebihi konsentrasi tersebut, umumnya titik
lebur akan naik disertai meningkatnya kerapuhan akibat terbentuknya senyawa, kristal, atau
granula dalam logam. Namun, kekuatan bahan paduan aluminium tidak hanya bergantung pada
konsentrasi logam paduannya saja, tetapi juga bagaimana proses perlakuannya hingga
4. aluminium siap digunakan, apakah dengan penempaan, perlakuan panas, penyimpanan, dan
sebagainya.
2. Proses Pembuatan Aluminium
Sebelum menjadi Aluminium. Bijih bauksit melewati proses fisika dan kimia. Proses fisika
dilakukan dengan cara mereduksi ukuran bijih bauksit (size reduction) yang akan dijadikan feed
dengan cara digerus sampai berukuran kurang dari 35 mesh. Kemudian proses kimia dengan
menambahkan bahan kimia tertentu untuk mendapatkan aluminium murni. Proses pembuatan
aluminium dibagi menjadi 3 tahap besar yaitu:
2.1 Proses Penambangan
Aluminium didapatkan dari bijih bauksit yang ditambah terlebih dahulu. Pada tahap
awal di lakukan land clearing. Land clearing bertujuan untuk membersihkan tumbuhan –
tumbuhan yang terdapat diatas permukaan endapan bijih bauksit. 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, misal 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.
2.2 Proses Pemurnian (Bayer Cycle)
Setelah proses penambangan, Bijih bauksit dimurnikan dengan menggunakan
proses Bayer Cycle. Ada 2 macam produk alumina yang bisa dihasilkan yaitu Smelter Grade
Alumina (SGA) dan Chemical Grade Alumina (CGA). 90% pengolahan bijih bauksit di dunia ini
dilakukan untuk menghasilkan Smelter Grade Alumina yang bisa dilanjutkan untuk
menghasilkan Al murni. Pada proses ini terdapat 4 tahap besar pemurnian, yaitu:
1. Digestion
5. Pertama, bijih bauksit secara mekanik hancur. Kemudian, bijih dihancurkan
dicampur dengan soda kaustik dan diproses di pabrik penggilingan untuk menghasilkan
bubur (suspensi berair) yang mengandung partikel sangat halus dari bijih. Kemudian
bubur ini dipompa ke digester, tangki yang berfungsi seperti pressure cooker. Bubur
dipanaskan sampai 230-520° F (110-270° C) di bawah tekanan dari 50 lb / in2 (340 kPa).
Kondisi ini dipertahankan untuk waktu mulai dari setengah jam untuk beberapa jam.
Soda api tambahan dapat ditambahkan untuk memastikan bahwa semua aluminium
yang mengandung senyawa dilarutkan. Kemudian Bubur panas, yang sekarang menjadi
larutan natrium aluminat, melewati serangkaian tangki flash yang mengurangi tekanan
dan kembali panas yang dapat digunakan kembali dalam proses pemurnian.
2. Clarification
Pengotor tak larut (RM) yang terdapat dalam suspensi kemudian dipisahkan
dengan menyaring dari kotoran padat, selanjutnya didinginkan di heat exchangers,
untuk meningkatkan derajat jenuh dari alumina terlarut, dan dipompa menuju tempat
yang lebih tinggi yaitu presipitator silolike untuk proses precipitation (pengendapan).
3. Precipitation
Selanjutnya aluminium diendapkan dari filtratnya dengan cara mengalirkan gas
CO2 dan pengenceran. Reaksi yang terjadi:
2NaAl(OH)3 (aq) + CO2 (g) 2Al(OH)3 (s) + Na2CO3 (aq) + H2O (l)
Campuran dari kotoran padat disebut RM, Selanjutnya, larutan hidroksida didinginkan,
dan aluminium hidroksida dilarutkan presipitat dengan fasa putih solid halus.
4. Calcination
Kemudian dipanaskan sampai 1050 °C (dikalsinasi), aluminium hidroksida terurai
menjadi alumina, memancarkan uap air dalam proses. Reaksi yang terjadi:
2Al(OH)3 (s) Al2O3 (s) + 3H2O (g)
Dan dihasilkan aluminium oksida murni (Al2O3) yang selanjutnya menuju proses
peleburan dengan proses Hall-Héroult untuk menghasilkan material aluminium.
6. 2.3 Proses Peleburan (Hall – Heroult)
Proses Hall-Heroult didasarkan pada prinsip elektrolisa lelehan garam alumina pada
temperatur tinggi (2050o C). Lelehan garam alumina merupakan campuran alumina (Al2O3)
dengan kryolite (Na3AlF6) dengan titik leleh 1010o C. Bejana yang diperlukan dalam proses
peleburan alumunium dengan proses Hall-Heroult disebut bejana sel elektrolisa rectangular
yang mempunyai dua elektroda, yaitu anoda (elektroda positif) dan katoda (elektroda
negatif). Dalam proses Hall-Heroult, aluminum oksida Al2O3 dilarutkan dalam lelehan kriolit
(Na3AlF6) dalam bejana baja berlapis grafit yang sekaligus berfungsi sebagai katode (-).
Sebagai anode (+) digunakan batang grafit. Selanjutnya elektrolisis dilakukan pada suhu 950
o
C. Dalam proses elektrolisis dihasilkan aluminium di katode dan di anode terbentuk gas O2
dan CO2. Dalam proses Hall-Heroult, aluminum oksida Al2O3 dilarutkan dalam lelehan kriolit
(Na3AlF6) dalam bejana baja berlapis grafit yang sekaligus berfungsi sebagai katode (-).
Sebagai anode (+) digunakan batang grafit. Selanjutnya elektrolisis dilakukan pada suhu 950
o
C. Dalam proses elektrolisis dihasilkan aluminium di katode dan di anode terbentuk gas O 2
dan CO2. Bahan utama lain yang digunakan dalam operasi peleburan adalah karbon.
Elektroda karbon mengirimkan arus listrik melalui elektrolit. Selama operasi peleburan,
beberapa karbon dikonsumsi karena menggabungkan dengan oksigen untuk membentuk
karbon dioksida. Bahkan, sekitar setengah pon (0.2 kg) karbon digunakan untuk setiap pon
(2.2 kg) dari aluminium yang dihasilkan. Beberapa karbon yang digunakan dalam peleburan
aluminium adalah produk sampingan dari penyulingan minyak, karbon tambahan diperoleh
dari batubara.
Aluminium yang terbentuk berupa zat cair dan terkumpul di dasar wadah lalu dikeluarkan
secara periodik ke dalam cetakan untuk mendapat aluminium batangan (ingot). Jadi, selama
elektrolisis, Anode grafit terus menerus dihabiskan karena bereaksi dengan O2 sehingga harus
diganti dari waktu ke waktu.
Produk limbah terbesar yang dihasilkan dalam pemurnian bauksit adalah tailing (sampah
bijih) yang disebut “lumpur merah”. Sebuah kilang menghasilkan sekitar jumlah yang sama
lumpur merah seperti halnya alumina (dalam hal berat kering). Ini berisi beberapa zat yang
7. berguna, seperti besi, titanium, soda, dan alumina, tapi belum ada yang mampu
mengembangkan proses ekonomis untuk memulihkan mereka. Selain sejumlah kecil lumpur
merah yang digunakan secara komersial untuk batu mewarnai, ini benar-benar produk limbah.
Kilang paling hanya mengumpulkan lumpur merah di sebuah kolam terbuka yang
memungkinkan beberapa kelembaban menguap, ketika lumpur telah kering untuk konsistensi
yang cukup padat, yang mungkin membutuhkan beberapa tahun, itu ditutupi dengan kotoran
atau dicampur dengan tanah.
3. Macam – Macam Paduan Aluminium
Macam – macam paduan aluminium antara lain:
1. Duraluminum / Duraliminium/ Dural
Adalah nama dagang dari salah satu jenis paduan aluminium awal usia
hardenable. Unsur paduan utama adalah tembaga, mangan, dan magnesium. Sebuah
setara modern yang umum digunakan jenis ini adalah paduan AA2024, yang
mengandung tembaga 4,4%, 1,5% magnesium, mangan 0,6% dan 93,5% aluminium
berat. kekuatan luluh Khas adalah 450 MPa, dengan variasi tergantung pada komposisi.
2. Silumin
Adalah serangkaian ringan, tinggi kekuatan paduan aluminium dengan kadar
silikon sebesar 12%. Diantara keuntungan dari silumin adalah resistensi tinggi terhadap
korosi, sehingga bermanfaat dalam lingkungan lembab. Penambahan silikon untuk
8. aluminium juga membuat kurang kental ketika cairan, yang bersama-sama dengan biaya
rendah (kedua elemen komponen relatif murah untuk mengekstrak), membuatnya
menjadi paduan casting sangat bagus dan logam segar. Hal ini juga digunakan pada
motor 3 fasa untuk memungkinkan peraturan kecepatan. Penggunaan lainnya adalah
ruang lingkup senapan sniper tunggangan dan kamera tunggangan.
3. Hidronallium
Paduan Al-Mg, sering disebut Hidronalium, merupakan paduan dengan tingkat
ketahanan korosi yang paling baik dibandingkan dengan paduan alumunium lainnya,
selain itu paduan Al-Mg 5 % merupakan non heat-treatable alloy. Sehingga dengan
dilakukannya proses solution treatment 300oC menurunkan kekerasan hingga 18.06%,
kekuatan tarik 6.14% dan regangan 41.04%. Sebaliknya grain refiner memperbaiki sifat
mekanisnya, dimana pada kondisi as-cast meningkatkan kekerasan hingga 6.68%,
kekuatan tarik 2.06% dan regangan 38.34%. Pada kondisi solution treatment 300oC
meningkatkan kekerasan hingga 6.78%, kekuatan tarik 20.85% dan regangan 11.96%.
Dan pada kondisi solution treatment 400oC meningkatkan kekerasannya hingga 16.28%
kekuatan tarik 8.44% dan regangan hingga 25.77%.
9. 4. Bronze
Adalah paduan tembaga dan seng. Proporsi seng dan tembaga dapat divariasikan
untuk menciptakan berbagai kuningan dengan sifat yang berbeda-beda .Sebagai
perbandingan, perunggu pada dasarnya merupakan paduan dari tembaga dan timah .
Bronze tidak selalu mengandung timah, dan berbagai paduan tembaga, termasuk
paduan dengan arsen, fosfor, aluminium, mangan, dan silikon, biasanya disebut
"perunggu". Istilah ini diterapkan untuk berbagai kuningan dan perbedaan itu adalah
sebagian besar sejarah. Kuningan adalah paduan substitusi.
5. Paduan Aluminium – Lithium
Lithium menjadikan paduan aluminium mengalami pengurangan massa jenis dan
peningkatan modulus elastisitas; hingga konsentrasi sebesar 4% lithium, setiap
penambahan 1% lithium akan mengurangi massa jenis paduansebanyak 3% dan
peningkatan modulus elastisitas sebesar 5%. Namun aluminium-lithium tidak lagi
diproduksi akibat tingkat reaktivitas lithium yang tinggi yang dapat meningkatkan biaya
keselamatan kerja.
6. Paduan Aluminium - Skandium
Penambahan skandium ke aluminium membatasi pemuaian yang terjadi pada
paduan, baik ketika pengelasan maupun ketika paduan berada dilingkungan yang panas.
Paduan ini semakin jarang diproduksi, karena terdapat paduan lain yang lebih murah
dan lebih mudah diproduksi dengan karakteristik yang sama, yaitu paduan titanium.
10. Paduan Al-Sc pernah digunakan sebagai bahan pembuat pesawat tempur Rusia, MIG,
dengan konsentrasi Sc antara 0.1-0.5% (Zaki, 2003, dan Schwarz, 2004).
7. Paduan Aluminium - Besi
Besi (Fe) juga kerap kali muncul dalam aluminium paduan sebagai suatu
”kecelakaan”. Kehadiran besi umumnya terjadi ketika pengecoran dengan
menggunakan cetakan besi yang tidak dilapisi batuan kapur atau keramik. Efek
kehadiran Fe dalam paduan adalah berkurangnya kekuatan tensil secara signifikan,
namun diikuti dengan penambahan kekerasan dalam jumlah yang sangat kecil. Dalam
paduan 10% silikon, keberadaan Fe sebesar 2,08% mengurangi kekuatan tensil dari 217
hingga 78 MPa, dan menambah skala Brinnel dari 62 hingga 70. Hal ini terjadi akibat
terbentuknya kristal Fe-Al-X, dengan X adalah paduan utama aluminium selain Fe.
Kelemahan aluminium paduan adalah pada ketahanannya terhadap lelah (fatigue).
Aluminium paduan tidak memiliki batas lelah yang dapat diperkirakan seperti baja, yang berarti
failure akibat fatigue dapat muncul dengan tiba-tiba bahkan pada beban siklik yang kecil. Satu
kelemahan yang dimiliki aluminium murni dan paduan adalah sulit memperkirakan secara visual
kapan aluminium akan mulai melebur, karena aluminium tidak menunjukkan tanda visual
seperti baja yang bercahaya kemerahan sebelum melebur.
Properti fisik atau sifat fisika dari aluminium antara lain:
