17 Desember 2008

Pembuatan Logam Aluminium

Aluminium adalah logam yang terbanyak di dunia. Logam ini merupakan 8% dari bagian kerak bumi. Logam aluminium pertama kali dibuat dalam bentuk murni oleh Oersted, pada tahun 1825, 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.

Kombinasi sifat yang ringan dan kuat, membuat aluminium cocok untuk berbagai penggunaan. Dengan berat yang sama, aluminium mempunyai konduktivitas dua kali lebih baik dari tembaga, dan keuletannya (ductility) pun tinggi pada suhu tinggi. Aluminium biasa dipadukan dengan logam seperti tembaga, magnesium, seng, silikon, krom, dan mangan sehingga kemanfaatannya pun lebih banyak lagi. Logam aluminium atau paduannya (alloy), terutama paduannya dengan magnesium, banyak digunakan dalam struktur pesawat terbang, mobil, truk, dan gerbong kereta api, dll. Bila digunakan dengan baik, aluminium tahan korosi.

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. Langkah-langkah pembuatan logam aluminium adalah sebagai berikut.

1. Pasang atau ganti pelapis sel
2. Buat anode karbon dan gunakan di dalam sel
3. Siapkan penangas kriolit dan kendalikan komposisinya
4. Larutkan alumina di dalam kriolit lebur
5. Larutan alumina dielektrolisis sehingga membentuk aluminium logam yang bertindak sebagai katode.
6. Karbon elektrode teroksidasi oleh oksigen yang dibebaskan
7. Aluminium cair dialirkan keluar dari sel, dipadu (bila perlu), dicetak menjadi logam batangan dan didinginkan.

Sel elektrolit berbentuk kotak baja besar. Di dalamnya terdapat kompartemen katode yang dilapisi dengan campuran pitch dan batubara antrasit atau dengan kokas yang dipanggang di tempat dengan bantuan arus listrik, atau dengan blok-blok katode yang telah dipanggang dan kemudian disemenkan satu sama lain. Lubang kompartemen katode itu mempunyai kedalaman 30 sampai 50 cm, dengan lebar mencapai 3 m dan panjang 9 m bergantung pada jenis sel dan beban yang direncanakan. Tebal pelapis berkisar antara 15 sampai 25 cm pada bagian sisi dan 26 sampai 46 cm pada bagian dasar. Di antara dinding baja dan pelapis dipasang isolasi termal yang terdiri dari baja tahan panas, blok asbes, atau bahan lain. Pada pelapis bagian dasar dipasang batangan baja besar yang berfungsi sebagai pengumpul arus katode. Batangan ini menjulur keluar melalui lubang pada kotak baja dan dihubungkan dengan batangan pengantar katode. Pelapis sel biasanya tahan 2 sampai 4 tahun. Kerusakan biasanya terjadi karena penyusupan logam melalui katode sehingga melarutkannya atau karena penetrasi logam keluar dari kotak baja melalui kebocoran di sekitar kolektor arus. Keseluruhan pelapis, isolasi dan kolektor itu kemudian diganti. Pelapisan kembali kotak sel merupakan sebagian besar dari biaya produksi dan di sini tercakup bukan saja tenaga kerja, kolektor, pelapis dan bahan isolasi, tetapi juga kehilangan bahan elektrolit yang diserap oleh pelapis yang terpakai. Gambar skematik penampang penangas reduksi aluminium ditunjukkan seperti gambar berikut ini


Selama beroperasinya sel, terjadi pembentukan kerak di atas permukaan penangas lebur. Alumina ditambahkan ke atas kerak ini, dimana alumina mengalami pemanasan dan melepaskan kandungan airnya. Kerak ini dipecahkan secara berkala dan alumina diaduk ke dalam penangas agar konsentrasinya tetap berada di sekitar 2% sampai 6%. Kebutuhan teoristis alumina adalah 1,89 kg per kilogram aluminium. Tetapi dalam praktik, angkanya kira-kira 1,91 kg. Bilamana kadar alumina di dalam penangas berkurang, dan efek anode berlangsung, maka pada anode terbentuk suatu lapisan tipis karbon tetrafluorida dan penangas tidak dapat lagi membasahi permukaan anode. Mengenai mekanisme yang sebenarnya terjadi dari pelarutan alumina di dalam penangas dan bagaimana mekanisme dekomposisi elektrolitiknya masih belum jelas. Tetapi hasil akhirnya adalah pembebasan oksigen pada anode dan pengendapan logam aluminium pada katode. Oksigen bergabung dengan anode karbon dan menghasilkan CO dan CO2, tetapi yang terbanyak adalah CO2.

2 komentar:

  1. bagaimana pengaruh temperatur terhadap lapisan aluminium yang dihasilkan atau ketinggian metal yang dihasilkan pada proses elektrolisis di dalam Operasi tungku ? mohon di kirim jawab nya ke alamat email sitanggangrasiol@yahoo.co.id
    TERIMA KASIH

    BalasHapus
  2. terima kasih atas ulasannya
    itu sangat membantu saya membuat tugas kimia

    BalasHapus

Jumlah Pengunjung