Tujuan Manfaat Sejarah Aluminium Pengendalian Kualitas Anoda

1.3 Tujuan

1. Untuk mengetahui pengaruh nilai Reaktivity Residu RR O 2 terhadap kualitas anoda di PT INALUM. 2. Untuk mengetahui secara tepat berapa persentase nilai Reaktivity Residu RR O 2 dari anoda yang diproduksi PT INALUM

1.4 Manfaat

Dapat mengetahui kualitas anoda yang sesuai dengan standart PT INALUM terutama terhadap nilai Reaktivity Residu RR. Universitas Sumatera Utara BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Sejarah Aluminium

Orang pertama yang telah berhasil memisahkan aluminium adalah H.Davy yaitu pada tahun 1808. Pada tahun 1825 Oersted dapat menghasilkan aluminium yang lebih murni dengan jalan memanaskan natrium amalgama dan natrium aluminium klorida. Pada tahun 1854, Henari Saint Clavil Deauville memproduksi aluminium dari natrium aluminium klorida dengan pemanasan menggunakan logam natrium sebagai katalisator. Proses ini telah berlangsung kurang lebih 35 tahun. Pada tahun 1886 Charles Hall dari USA menghasilkan aluminium dari proses elektrolisa alumina yang dipisahkan dari campuran kriolit Na 3 AlF 6 . Pada tahun yang sama Poult Heroult dari Prancis mendapatkan hak paten dari negaranya untuk proses yang sama dengan Hall. Pada tahun 1983 kapasitas produksi aluminium dengan metode Hall-Heroult ini meningkat dan berkembang pesat.Grjotheim K,C,Krohn, 1982.

2.2 Aluminium

Aluminium ialah unsur melimpah ketiga terbanyak dalam kerak bumi sesudah oksigen dan silikon, mencapai 8,2 dari massa total. Keberadaannya umumnya Universitas Sumatera Utara bersamaan dengan silikon dalam aluminosilikat dari feldspar dan mika dan di dalam lempung, yaitu produk pelapukan batuan tersebut. Bijih yang paling penting untuk produksi aluminium ialah bauksit, yaitu aluminium oksida terhidrasi yang mengandung 50 samapai 60 Al 2 O 3 ; 1 sampai 20 Fe 2 O 3 ; 1 sampai 10 silika; sedikit sekali titanium, zirkonium, vanadium, dan oksida logam transisi yang lain; dan sisanya 20 sampai 30 adalah air. Bauksit dimurnikan melalui proses Bayer, yang mengambil manfaat dari fakta bahwa oksida alumina amfoter larut dalam basa kuat tetapi besiIII oksida tidak. Bauksit mentah dilarutkan dalam natrium hidroksida AL 2 O 3 s + 2 OH ˉaq + 3 H 2 Ol → 2 AlOH‾ 4 aq dan dipissahkan dari besi oksida terhidrasi serta zat asing terlarut lainnya dengan penyaringan. Aluminiun oksida terhidrasi murni mengendap bila larutan didinginkan sampai lewatjenuh dan dipancing menjadi kristal dari produk: 2 AlOH¯ 4 aq → Al 2 O 3 .3H 2 Os + 2 OH ˉaq Air hidrasi dibuang melalui kalsinasi pada suhu tinggi 1200ºC. Dibandingkan dengan tembaga, besi, emas, dan timbal, yang telah dikenal sejak zaman kuno, aluminium relatif merupakan pendatang baru. Sir Humphry Davy menemukannya sebagai aloi besi dan membuktikan sifat-sifat logamnya pada tahun 1809. Materi ini pertama kali dibuat dalam bentuk relatif murni oleh H. C. Oersted pada tahun 1825, melalui reduksi aluminium klorida dengan amalgam kalium yang dilarutkan dalam merkurium, AlCl 3 s + 3 KHg x l → 3 Kcls + AlHg 3x l sesudah itu merkurium dipisahkan dengan penyulingan. Aluminium terutama masih sekadar menjadi bahan penelitian di laboratorium sampi tahun 1886, ketika Charles Hall di Amerika Serikat lulusan Oberlin College yang berusia 21 tahun da Paul Universitas Sumatera Utara Heroult berkebangsaan Prancis, berusia sama secara sendiri-sendiri menemukan proses yang efisien untuk memproduksinya. Pada tahun 1990-an produksi aluminium di seluruh dunia yang menggunakan proses Hall-Heroult mencapai sekitar 1,5 × 107 ton metrik. Proses Hall-Heroult melibatkan pengendapan aluminium secara katodik, dan leleha kriolit Na 3 AlF 6 yang mengandung Al 2 O 3 terlarut, dalam sel elektrolisis. Setiap sel terdiri dari kotak baja persegi panjang yang pajangnya sekitar 6 m, lebar 2 m, dan tinggi 1 m, yang berfungsi sebagai katode, dan grafit pejal sebagai anode yang mencuat melewati atap sel hingga ke bak lelehan kriolit. Arus yang sangat besar 50.000 sampai 100.000 A dilewatkan dalam sel, dan sebanyak 100 sel seperti ini dapat disusun secara seri. Kerak + elektrolit Anoda grafit Elektrolit beku Lapisan Al 2 O 3 dalam Na 3 AlF 6 l karbon Katode baja Al l Gambar 2.1 Sel elektrolitik yang digunakan dalam proses Hall-Heroult untuk memproduksi aluminium. Lelehan kriolit, yang berdisosiasi sempurna menjadi ion-ion Na + dan AlF 6 3- , merupakan pelarut yang baik untuk aluminium oksida, menghasilkan distribusi kesetimbangan dari ion-ion seperti Al 3+ , AlF 2+ , AlF 2 + ,..., AlF 6 3- , dan O 2- dalam elektrolit. Kriolit meleleh pada suhu 1000°C, tetapi titik lelehnya turun dengan adanya Universitas Sumatera Utara aluminium oksida terlarut, sehingga suhu operasi sel hanya sekitar 950°C. Dibandingkan dengan titik leleh Al 2 O 3 murni 2050°C, suhu tersebut merupakan suhu yang rendah, dan inilah sebabnya proses Hall-Heroult bisa berhasil. Lelehan aluminium memiliki kerapatan yang sedikit lebih besar dari pada lelehannya pada suhu 950°C sehingga materi ini mengumpul di dasar sel, untuk selanjutnya disadap secara berkala. Oksigen merupakan produk anode yang utama, tetapi zat ini bereaksi dengan elektrode grafit menghasilkan karbon dioksida. Reaksi sel secara keseluruhan ialah 2 Al 2 O 3 + 3 C → 4 Al + 3 CO 2 Aluminium dan aloinya telah digunakan dalam berbagai hal. Banyak di antaranya memanfaatkan kerapatan aluminium yang rendah 2,702 g cm -3 pada kondisi kamar, suatu keunggulan dibandingkan besi atau baja jika diinginkan materi yang lebih ringan–seperti untuk industri transportasi, yang menggunakan aluminium untuk kendaraan mulai dari mobil samapi satelit. Konduktivitas listrik aluminium yang tinggi dan kerapatannya yang rendah membuatnya sangat berguna untuk digunakan dalam kabel transmisi listrik. Untuk penggunaannya dalam bangunan dan gedung, ketahanannya terhadap korosi merupakan sifat yang penting, seperti halnya kenyataan bahwa materi ini menjadi lebih kuat pada suhu di bawah nol. Baja dan besi adakalanya menjadi rapuh pada kondisi tersebut. Produk rumah tangga yang mengandung aluminium antara lain foil, kaleng minuman ringan, dan perabot dapur. Oxtoby.,G.,N., 2003 Aluminium diperoleh dari jenis-jenis tanah liat tertentu bauksit. Bauksit mula-mula dipisahkan lebih dahulu tanah-tawas murninya oksida aluminium. Setelah itu pada oksida aluminium cair itu dikalsinasikan suatu prosedur elektrik. Oleh Universitas Sumatera Utara karena suhu lumer oksida-aluminium sangat tinggi yaitu 2050 o C maka pengolahan aluminium sangat sukar. Logam aluminium mempunyai rumus kimia Al, mempunyai berat jenis 2,6 – 2,7 dengan titik cair sebesar 659 o C. Aluminium adalah logam lunak, dan lebih keras dari pada timah putih, tetapi lebih lunak dari pada seng. Warna dari aluminium adalah putih kebiru-biruan. Aluminium dapat dihasilkan melalui proses elektrolisis. Proses elektrolisis yang dikembangkan untuk produksi industrial adalah proses elektrolisis Hall-Heroult. Proses tersebut merupakan elektrolisis larutan alumina Al 2 O 3 di dalam lelehan kriolit Na 3 AlF 6 pada temperature 960 o C sehingga dihasilkan aluminium cair. Tabel 2.1 Sifat-sifat Fisik dan Kimia dari aluminium PT INALUM, 1988

2.2.1. Mekanisme Proses Elektrolisa

Elektrolisis adalah peristiwa kimia yang melibatkan dua atau lebih spesies kimia yang berbeda, yang terjadi pada kedua elektroda anoda dan katoda, dan berlangsung bila Item Kualifikasi Nomor atom 13 Nomor massa 26,9815 Bentuk Kristal 25 o C Kubus pusat muka Density 2,699 gcm 3 Struktur atom terluar 3S 2 3P 1 Titik leleh 1 atm 660,1 o C Titik didih 1 atm 2327 o C Panas peleburan 94,6 kalg Panas jenis 0,280 kal g o C Universitas Sumatera Utara aliran listrik searah, DC Direct Current, dialirkan kedalam suatu pelarut elektrolit. Reaksi yang terjadi pada persamaan adalah reaksi sebagai berikut : 2Al 2 O 3 s + 3C s 4Al l + 3CO 2 g Mekanisme yang terjadi dalam proses tersebut adalah alumina diumpankan ke dalam elektrolit dan terpisah ion alumunium yang bermuatan positif Al 3+ dan ion oksigen yang bermuatan negatif O 2- . Arus searah dialirkan ke dalam tia-tiap sel, sehingga menggerakkan ion-ion menuju arah yang berlawanan. Ion oksigen bergerak kearah anoda, lalau bereaksi dengan karbon membentuk karbondioksida CO 2 , sedangkan ion alumunium bergerak kearah katoda, lalu akan kehilangan muatannya membentuk alumunium Al. Reaksi alumina yang terjadi pada saat proses elektrolisa adalah sebagai berikut: 2Al 2 O 3 s 4Al 3+ l + 6O 2- g Reduksi katoda : 4Al 3+ + 12e 4Al Oksidasi anoda : 6O 2- 3O 2 + 12e 3C + 3O 2 3CO 2 + Total : 2Al 2 O 3 s + 3C s 4Al l + 3CO 2 g Bahan baku dalam proses Hall-Heroult terdiri dari alumina, elektrolit, katoda dan anoda. Proses Hall-Heroult memproduksi aluminium dengan mereduksi aluminium dari bahan baku alumina dalam proses elektrolisis yang digerakkan oleh Universitas Sumatera Utara arus searah yang mengalir dari anoda ke katoda dengan kriolit sebagai elektrolit. Kedua elektroda yang digunakan terbuat dari bahan karbon. Tabel 2.2 Sifat-sifat Fisik Material Karbon Sifat Fisik Satuan Nilai Nomor atom Nomor massa Titik cair Titik didih Densitas Kecepatan Kekerasan Isomer - - K K Grcm 3 ms - - 6 12,001 3823 4098 2,267 18350 0,5 2 Donnet, 1976

2.2.2. Sifat – Sifat dan Pemakaian Aluminium

Titik cair aluminium 660 C dan titik didihnya 1800 C. Untuk bahan penghantar kemurniannya mencapai 99,5 dan sisanya terdiri dari unsur besi, silicon dan tembaga. Aluminium murni sangat lemah dan lunak tembaga lebih kuat dibanding aluminium, Untuk menambah kekuatan biasanya digunakan dengan menggunakan logam campuran. Aluminium lebih menguntungkan dibanding tembaga bila digunakan untuk hantaran yang tidak memerlukan penyekat misalnya hantaran transmisi diatas tanah sebab daya hantar panasdaya hantar listrknya kira-kira 60 daya hantar listrik tembaga sehingga untuk mendapatkan tahanan yang sama dengan tembaga yang panjang dan penampangnya sama dibutuhkan penampang 60 lebih besar namun demikian beratnya sangat ringan dibanding tembaga. Universitas Sumatera Utara Aluminium adalah logam yang sangat ringan berat jenis aluminium 2,56 atau 13 berat jenis tembaga dan tahanan jenis 2 X 10 -8 atau 1,25 kali tahanan jenis tembaga, sifat tahan tarik aluminium dalam keadaan dingin 17-20 kg mm 2 . Oleh sebab itu aluminium hanya dapat dipakai untuk lebar tegangan yang pendek, Untuk tegangan yang panjang dipakai kabel aluminium beberapa kawat yang dipilih dengan kawat baja sebagai intinya. Aluminium tidak baik untuk dipatri, tetapi dapat dilas, las dapat menyebabkan tegangan tariknya menjadi turun karena panas yang ditimbulkan. Oleh karena itu hantaran tegangan aluminium dengan sambungan patri atau las harus diberikan jepitan. Aluminium yang tipis sekarang dapat menggantikan kertas perak yang dipakai antara lain pada kondensor. Aluminium juga biasanya dipakai untuk chasis pesawat radio. Barang-barang aluminium dapat terlapis oleh oksida aluminium. Dalam udara terbuka dapat melindungi bagian bawah aluminium dari zat asam dan mencegah oksidasi lebih lanjut. Lapisan ini merupakan tahanan yang sangat tinggi. Sumanto.M.A, 1994

2.3. Produksi Aluminium

Aluminium merupakan logam yang sangat reaktif yang memiliki energi tinggi terhadap ikatan kimia dengan oksigen, dibandingkan dengan kebanyakan logam lainnya. Maka sulit untuk dipisahkan dari bijih, seperti bauksit, karena energi yang diperlukan untuk mereduksi aluminium oksida Al 2 O 3 . Misalnya, dengan pengurangan langsung karbon, seperti yang digunakan untuk memproduksi besi, karena aluminium zat lebih kuat yang digunakan untuk mengurangi karbon. Universitas Sumatera Utara Aluminium oksida memiliki titik lebur sekitar 2000 C. Oleh karena itu, pemisahannya harus melalui proses elektrolisa. Dalam proses ini, aluminium oksida ditaburkan dan mencair di dalam larutan kriolit dan kemudian jumlah aluminium oksida dikurangi dengan menggunakan logam murni. Operasional suhu pengurangan sel adalah sekitar 950-980 C. Kriolit Na 3 Alf 6 adalah senyawa kimia dari aluminium, sodium, dan kalsium fluorida. www.wikipedia.com Dalam produksi Aluminium digunakan bahan baku, yaitu :

2.3.1. Elektrolit

Kriolit adalah elektrolit yang banyak dipilih karena kriolit kapasitasnya yang khas sebagai pelarut dari alumina. Elektrolit tidak bereaksi selama proses elektrolisis tetapi beberapa hilang karena proses penguapan dan hidrolisa. Temperatur elektrolit selama operasi pot normal adalah antara 955 C dan 965 C. Thinstad, J, 1932.

2.3.2. Alumina

Alumina merupakan bahan baku di dalam proses elektrolisa dan digunakan sesuai dengan keseimbangan stoikiometri, yang banyaknya mencapai 1,89 Kg dalam suatu massa. Alumina mempunyai morfologi bubuk berwarna putih dengan berat molekul 102, titik lelehnya pada suhu 2050 C dan spesifik gravity 3,5 - 4,0 grcm 3 . Alumina diproduksi dalam jumlah besar setiap tahun akan digunakan untuk membuat logam aluminium. Dalam tahun 1980, 90 dari bahan bakunya, bauksit didatangkan ke Amerika Serikat, Republik Dominika, Suriname, Guyana, dan Universitas Sumatera Utara Australia merupakan Negara sumber impor buksit ke Amerika Serikat. Konsumsi total meliputi 15,6 x 106 ton, kira – kira 96 diantaranya digunakan untuk produksi alumina. Pengguna lainnya adalah untuk abrasi, pembuatan bahan kimia, dan serat keramik. Alumina Al 2 O 3 merupakan senyawa oksida dari aluminium yang diperoleh dari proses pemurnian bauksit Al 2 O 3 . x H 2 O yang disebut sebagai Proses Buyer. Proses ini terbagi ke dalam 3 tahap yaitu : 1. Proses ekstraksi memakai sodium hidroksida NaOH 2. Proses pengendapan presipitasi alumina trihidrat 3. Proses kalsinasi pada temperatur 1200 C Di dalam industri peleburan aluminium pada proses elektrolisa, alumina dipakai sebagai : 1. Bahan baku utama produksi aluminium 2. Insulasi untuk menjaga suhu proses sehingga panas yang hilang pada permukaan elektrolit dapat dikurangi 3. Bahan untuk menyelubungi anoda dari oksidasi udara panas 4. Penyerap emisi gas-gas Florida dari elektrolit

2.3.3. Katoda

Katoda adalah elektroda dengan muatan listrik negatif pada proses elektrolisis. Ditinjau dari bahan baku dan proses pembuatannya, blok katoda dibagi dalam empat jenis yaitu : Universitas Sumatera Utara 1. Blok katoda amorphous, bahan bakunya antrasit, dipanggang pada temperature 1200 C 2. Blok katoda semigraphiti, bahan bakunya grafit, dipanggang pada temperatur 1200 C 3. Blok katoda semigraphitized, bahan bakunya grafit, mengalami proses heat treatment sampai temperature 2300 C. 4. Blok katoda graphitized, bahan bakunya kokas, mengalami proses grafitasi sampai temperature 3000 C Pemilihan jenis katoda ditentukan oleh desain pot dan arus listrik yang digunakan. Pada pot jenis PAF Prebaked Anoda Furnace dengan arus listrik yang tinggi, biasanya digunakan blok anoda graphitized. Reaksi utama yang terjadi di dalam katoda adalah reaksi penangkapan electron oleh ion aluminium Al 3+ menjadi aluminium Al, ini diperlihatkan menurut persamaan reaksi sebagai berikut : Al 3+ s + 3e - Al l

2.3.4. Anoda Karbon

Anoda adalah elektroda dengan muatan listrik positif dalam proses elektrolisa. Anoda merupakan elektroda tempat terjadinya reaksi oksidasi sebagai reduktor. Anoda yang digunakan pada proses Hall-Heroult adalah anoda karbon. Karbon yang merupakan bahan dasar pembentuk anoda akan diubah menjadi karbon dioksida selama proses Universitas Sumatera Utara elektrolisis alumina menjadi alumunium, anoda karbon juga berfungsi sebagai penghantar arus listrik menuju katoda melalui elektrolit. Karbon merupakan bahan baku pembuatan anoda yang terdiri dari kokas, puntung anoda, dan sekrap mentah sebagai filter serta hard pitch sebagai binder. Material karbon dipilih sebagai anoda dengan alasan sebagai berikut : 1. Memiliki daya panas yang tinggi dimana titik Sublimasi mencapai 4200 o C pada 1 atm dan titik leleh mencapai 3700 o C pada tekanan 100 atm. Kekuatan mekanik bahan lebih tinggi pada temperatur yang tinggi dibandingkan pada temperatur yang rendah 2. Konduktifitas elektrik yang tinggi 4-10. 10-3 ohmcm 3. Konduktifitas panas yang tinggi sama dengan logam rata-rata 4. Ekspansi panas yang rendah 0,5 kali tembaga 5. Ketahanan yang tinggi terhadap perubahan panas yang mendadak 6. Densitas yang rendah yaitu apprent density : 1,4-1,7, Spesific grafity max 2,6 7. Ketahanan yang tinggi terhadap bahan-bahan kimia 8. Harga relatif murah, namun demikian material karbon memiliki kelemahan, karena karbon mudah teroksidasi oleh perlakuan sebagai berikut : a. Oksigen pada temperatur 500 o C b. Karbon dioksida pada temperatur 900 o C c. Air pada temperatur 700 o C Anoda juga berfungsi untuk menghantarkan arus listrik dari sumber arus listrik menuju katoda melalui elektroda. Green Plant adalah proses pembuatan anoda Universitas Sumatera Utara mentah Green Anode Block, adapun komosisi anoda yaitu coarse 1 kokas dengan ukuran 5-18 mm sebanyak 18 , coarse 2 kokas dengan ukuran 1-5 mm sebanyak 29 , coarse 3 kokas dengan ukuran 0,5-1 mm sebanyak 18 atau dapat disebut juga medium, Fine kokas dengan ukuran 0-0,2 mm atau disebut juga dengan dash. Tujuan pembuatan anoda di PT. INALUM adalah untuk menyediakan kebutuhan sumber anoda karbon bagi keperluan proses peleburan alumunium dimana anoda sangat mempengaruhi kualitas alumunium yang dihasilkan. Anoda yang digunakan pada peleburan alumunium sesuai dengan proses Hall-Heroult merupakan material karbon. Berdasarkan keperluan anoda untuk proses peleburan alumunium, jenis pot reduksi dibagi menjadi dua jenis yaitu : 1. Sodenberg Anode Furnace SAF 2. Prebaked Anode Furnace PAF SAF adalah sistem pot yang menggunakan anoda pasta tercetak dalam bentuk briket. Anoda pada sistem ini secara berkesinambungan dan pemanggangan pasta anoda berasal dari panas yang ditimbulkan oleh bath dan dialiri arus listrik pada anoda jenis ini mengalir secara vertikal. Keuntungan SAF adalah : 1. Tidak diperlukannya adanya baking plant dan rodding plant 2. Radiasi sinar panas bagian atas anoda lebih kecil dibandingkan PAF 3. Tidak diperlukan penggantian anoda PAF adalah sistem pot yang menggunakan anoda pasta yang dicetak dan dipanggang baked di Anode Baking Furnace pada temperatur 1100-1200 o C. Anoda Universitas Sumatera Utara panggang Baking Block, kemudian diberi tangkai rod yang berfungsi sebagai penyangga dan penghantar arus listrik dalam proses elektrolisa. Keuntungan PAF adalah : 1. Dapat dibuat dalam ukuran besar 2. Kemudian pelaksanaan operasi yaitu dengan mekanisasi dan otomisasi 3. Pemakaian listrik yang lebih kecil dibandingkan dengan SAF 4. Kondisi ruangan kerja lebih baik 5. Konsumsi karbon lebih rendah dibandingkan dengan SAF Grjotheim, Kai and Halvor Kvande,1993

2.4. Proses Pembuatan Anoda

Anoda adalah bahan yang digunakan untuk memisahkan aluminium dari alumina dengan proses elektrolisa. Pembuatan anoda dilakukan dengan beberapa tahap: 1. Proses pencetakan anoda Green Plant 2. Proses pemanggangan anoda Baking Plant 3. Proses penangkaian anoda Rodding Plant

2.4.1. Green Plant

Green plant adalah pabrik pembuatan anoda mentah green anoda block untuk kebutuhan proses elektrolisa di pot reduksi. Proses pembuatan anoda mentah menggunakan beberapa bahan baku, antara lain: Universitas Sumatera Utara

2.4.1.1 Kokas

Kokas adalah bahan yang digunakan untuk membuat anoda yang berasal dari sisa-sisa destilasi batu bara dan minyak bumi. Tabel 2.3 Spesifikasi kokas PT INALUM No Parameter Unit Guaranted Value HS LS 1 Real density gcc 2,06 2,06 2 Fixed carbon 99,6 99,3 3 Ask content 0,25 0,25 4 Collatile Meter 0,45 0,45 5 Moisture Content 0,3 0,3 6 Chemical Analysis : Sulfur Ppm 2-3 0,5-1 Vanadium Ppm 225 100 Nikel Ppm 250 250 Silikon Ppm 250 250 Iron Ppm 250 300 Sodium Ppm 200 250 Calcium Ppm 125 125 7 1. Vibrated Bulk Density Chiser Methode 8-14 mesh gcc 0,80 0,80 GLCC Methode20-48 mesh gcc 0,84 0,84 2. Tapped Bulk Density0,841,41mesh gcc 0,85 0,85 8 CO2 Reactyviti lose 1000 C 15 15 9 Air Reactivity at 525 C 0,3 0,2 10 Grand Stability 84 84 11 Spesifik Electrical Resistant Micro Ohm meter 500 500 Universitas Sumatera Utara Dalam pembuatan anoda dilakukan pengayakan sehingga kokas terbagi atas ukuaran fisiknya yaitu: a. Kokas dengan ukuran 18-5 mm disebut kokas kasar 1C1 b. Kokas dengan ukuran 5-1mm disebut kokas kasar 2 C2 c. Kokas dengan ukuran 1-0,2 mm disebut kokas medium d. Kokas dengan ukuran dibawah 0,2 mm disebut fine Kokas yang digunakan sebagai bahan baku pembuatan anoda tersusun dari beberapa material. Pemakaian kokas ini dicampur dengan presentase yang tepat agar kualitasnya bagus. PT INALUM,2003 Bahan kimia kokas dari proses pembuatannya sangat mempengaruhi kualitas kokas tersebut. Dampaknya dapat diringkas sebagai berikut : 1. Komposisi kimia dapat menunda pembentukan kokas khususnya senyawa aromatis. Hal ini mempengaruhi kandungannya dan kondisi pembentukan kokas dan juga mempengaruhi struktur dan karakteristik kokas mentah. 2. Kandungan kimia dan fisika yang terdapat dalam kokas yang berukuran kecil dan titik uap dari kokas. 3. Kemurnian vanadium dan sulfur dari minyak mentah atau kalsium dan sodium dari proses penggaraman melalui reaktivitas anoda. Kualitas anoda diperoleh melalui kombinasi kandungan kimia dan fisika kokas yang mana mempengaruhi standarisasi anoda di pabrik anoda. Universitas Sumatera Utara

2.4.1.2 Coal Tar Pitch

Coal tar pitch adalah campuran kompleks dari aromatik polycyclic dan senyawa heterocyclic. Coal tar pitch terdiri dari 3-7 senyawa cincin aromatik. Komposisi dan Sifat coal tar pitch tergantung pada kondisi pengolahannya. Coal tar pitch yang digunakan untuk pembuatan anoda dihasilkan dari destilasi coal tar pitch pada temperatur yang tinggi atau residu minyak bumi. Kualitas tar terutama sangat dipengaruhi oleh operasi tungku pembuat kokas seperti terhadap temperatur, waktu pemasakan, pemanasan awal, ukuran dan kondisi fisik dari tungku. Coal Tar Gas Phusher Oven Gambar 2.2 Skema penghasilan coal tar . Destilasi Thermal treatment Coal Dehydrasi Cooling Granulation Gambar 2.3 Skema Pembuatan Pitch. Kokas panas Coal Tar Universitas Sumatera Utara Adapun syarat-syarat penting pada pitch yang digunakan sebagai binder adalah sebagai berikut: 1. Kekuatan daya rekatnya kesatuan ikatannya 2. Sifat pembasahan yang sangat bagus 3. Cooking value yang tinggi akan menghasilkan struktur kokas yang kuat sehingga menghasilkan anoda yang lebih kuat 4. Kandungan debu yang rendah 5. Terjadinya penguapan yang baik pada saat anoda dipanggang. Hulse.,2000 Tabel 2.4 Spesifikasi dari CTP Coal Tar Picth yang digunakan oleh PT INALUM untuk menghasilkan anoda yang bagus. No Parameter Unit Guaranted Value 1 Softening Oil o C 111-117 2 Fixed Carbon - 60 3 Ask Content + 0,30 4 Toluen Insoluble - 36 5 Quiline Insoluble 8-15 6 Spesific Grafity gcc - 1,30 7 Distillation test F.D 0-369 o C + 6 8 Chemical Analysis Sodium Ppm + 180 Calcium Ppm + 80 Silicon Ppm + 400 Iron Ppm + 400 Universitas Sumatera Utara Faktor-faktor yang mempengaruhi sifat fisika dan kimia pada coal tar pitch dapat diringkaskan sebagai berikut : 1. Proses karbonisasi dari coal tar pitch dan tar yang kasar khususnya komposisi tar tersebut 2. Metode destilasi tar, bertahap atau kontinue 3. Efisiensi destilasi destilasi pitch pada temperature yang rendah 4. Penambahan perlakuan pitch seperti meniupkan udara, perlakuan panas, destilasi dengan tekanan rendah

2.4.1.3 Butt Puntung Anoda

Didalam sel prebaked, anoda tidak mungkin untuk dikonsumsi secara kesuluruhanya selama proses elektrolisa karena potensial metal akan terkontaminasi akan menjadi masalah ditungku reduksi. Sisa dari anoda disebut “Butt”. Butt direcycle untuk ditambahkan kedalam pembuatan anoda yang baru. Natrium bisa timbul didalam kuantitas yang signifikan jika bath Na 3 AlF 6 tidak habis dibuang dari recycle butt. Hal ini dapat menyebabkan kontaminasi terhadap anoda yang baru dicetak. Tingkat kebersihan butt berpengaruh terhadap sifat fisika anoda termasuk kekuatan mekanik mechanical strength, penyerapan udara air permeability dan reaktivitas CO 2. Sifat- sifat butt yang baik untuk digunakan pada proses pembuatan anoda adalah sebagai berikut : • Butt yang keras • Kandungan sodium yang rendah • Temperatur pembakaran yang tinggi • Reaktivitas O 2 dan reaktivitas CO 2 yang rendah Universitas Sumatera Utara Butt yang lembut dihasilkan dari CO 2 yang berlebihan dan udara panas air burning terhadap siklus anoda yang terakhir. Hal ini sebenarnya dapat menimbulkan masalah pada kualitas anoda atau terlalu banyak pemakaian anoda di tungku reduksi.

2.4.1.4 Green Scrap Sekrap Mentah dan Baked Scrap Sekrap Masak

Selama proses pembuatan anoda, bahan sekrap dihasilkan dari proses start-up awal, pemberhentian operasi, variasi operasi dan yang reject green dan baked dari pencetakan anoda. Hal ini disebut green scrap green mentah atau baked skrap skrap masak yang tidak jadi. Green dan baked scrap adalah recycle pasta dalam pabrik pembuatan anoda. Green scrap dapat dihasilkan karena pemakaian pitch yang berlebihan. Green scrap ini ditambahkan sebagai penambahan bahan pembuatan anoda. Green scrap merupakan pasta yang belum layak dicetak. Selain menggunakan bahan baku diatas pembuatan anoda juga menggunakan minyak. Minyak yang digunakan antara lain: 1. Minyak Marlotherm Minyak Marlotherm adalah minyak yang digunakan untuk memanaskan CTP. Minyak marlotherm juga digunakan sebagai media pemanas preheater,dan kneader. 2. Minyak Heavy Oil Minyak ini digunakan untuk memanaskan minyak Marlotherm. Selain itu juga digunakan untuk bahan bakar pada saat proses pemanggangan GBGreen Block. Hulse.,2000 Universitas Sumatera Utara

2.4.2 Baking Plant

Baking plant adalah tempat untuk memanggang green block anoda mentah yang berasal dari green plant. Tujuan pemanggangan untuk mengkalsinasi pitch yang ada didalam green block GB yang kemudian pitch tersebut akan membentuk ikatan dengan kokas dan butt. Bahan baku utama anoda panggang BB adalah blok anoda mentah yang dihasilkan oleh green plant. Pabrik pemanggangan terdiri dari 2 gedung yaitu gedung A dan gedung B. Gedung A terdiri dari 2 bagian yaitu gedung A 1 dan gedung A 2 . Demikian juga gedung B terdiri dari 2 bagian yaitu gedung B 1 dan B 2 . Jumlah seluruh tungku pemanggangan dibaking plant adalah 106 tungku. Gedung pemangganganBaking Plant mempunyai 7 rantai bakar : 1. Gedung A 1 terdiri dari 2 rantai bakar 2. Gedung A 2 terdiri dari 2 rantai bakar 3. Gedung B 1 terdiri dari 2 rantai bakar 4. Gedung B 2 terdiri dari 1 rantai bakar Dimana 1 rantai bakar tediri dari 15 Furnace tungku dan khusus di B2, 1 rantai bakar untuk 16 furnace. Sistem pengaturan operasi firing adalah sebagai berikut : 1. 4 tungku tertutup : mengalami preheating 2. 3-4 tungku tertutup: mengalami firing 3. 2-3 tungku tertutup: mengalami cooling 4. 4 tungku terbuka : mengalami pengeluaran BB dan pemasukan GB serta perawatan tungku. Universitas Sumatera Utara Proses pemanggangan anoda meliput i tiga tahap penting : 1. Preheating pemanasan awal Preheating merupakan pemanasan awal dengan temperatur yang dimulai pada temperature 150-250 ºC hingga temperature 800-900ºC. Setelah mencapai temperatur tersebut, proses berlanjut ke tahap berikutnya. 2. Firing pembakaran and Soaking Tahap firing dimulai pada temperature 800-900 ºC hingga mencapai temperatur 1225 – 1250 ºC . Tahap soaking yaitu menjaga temperatur 1225 - 1250 ºC. 3. Cooling pendinginan Pada tahap ini BB baked block yang telah dipanggang mengalami pendinginan dari temperatur 1225 – 1250 ºC sampai temperatur 300 - 400 ºC Tabel 2.5 Standar mutu Karakteristik anoda Item Satuan Standar Apprent Density Tahanan Jenis Tahan Energi Listrik Kekuatan Bengkok Kekuatan Tekan Reaktivitas Residu CO2 Reaktivitas Residu O2 Density In Xylene gcc µ Ωm J m Kg cm2 Kg cm2 gcc 1,575 minimum 58 maksimum 250 minimum 110 minimum 370 minimum 90 minimum 88 minimum 2,02 minimum Universitas Sumatera Utara Pada proses firing, tungku pemanggangan mendapatkan panas 1225 - 1250 ºC dengan bantuan alat pembakaran Bosch Pump. Didalam Bosch Pump terdapat minyak berat Heavy oil yang akan membantu proses pemanggangan GB. Jumlah produksi anoda BB yang dihasilkan dapat dihitung dengan formula sederhana. BB production = HFp x n x Y x € Dimana : H adalah waktu jam dalam satu hari Fp adalah fire progression laju pembakaran dalam jam n adalah jumlah anoda dalam 1 tungku Y adalah rantai bakar yang beroperasi € adalah efisiensi operasi pemanggangan 0,995 Fire Progression 36 jam BB production = 2436 x 75 x 30 x 2 x 0,995 = 2985 anoda panggang

2.5 Pengendalian Kualitas Anoda

Pengujian kualitas dipabrik karbon meliputi pemeriksaan bahan baku kokas, pitch, dan bola keramik dan blok anoda. Standar operasi untuk pengukuran pengujian mutu blok anoda menyangkut proses penentuan apparent density blok anoda mentah untuk mengetahui sifat fisik maupun kimia. Adapun ruang lingkup pengukuranpengujian mutu blok anoda mentah dan blok anoda panggang meliputi : 1. Apprent Density Kerapatan diukur dari sampel kokas dengan ukuran 0,84 – 1,41 mm. Kerapatan dihitung dengan membandingkan massa sampel dan volume kokas setelah digetarkan. Universitas Sumatera Utara 2. Daya hantar listrik Daya hantar listrik mempengaruhi unjuk kerja anoda dalam proses elektrolisa alumina. Semakin kecil hambatan listrik yang dimiliki oleh anoda, kehilangan arus listrik akan semakin kecil. 3. Daya Hambat listrik Daya hambat listrik mempengaruhi unjuk kerja anoda dalam proses elektrolisa alumina. Semakin kecil hambatan listrik yang dimiliki blok anoda, kehilangan arus listrik semakin kecil. Pengukuran kekuatan lentur anoda dilakukan dengan mengukur berat beban yang dapat ditahan oleh anoda hingga anoda tersebut patah. Kekuatan tekan diukur dengan menggunakan gaya anoda hingga anoda pecah. Nilai kekuatan tekan dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut : Cs = PA dimana : Cs = kekuatan tekan P = berat beban, A = Luas penampang cm2 4. Reaktivitas terhadap O 2 Reaktivitas terhadap O 2 adalah parameter yang menyatakan seberapa banyak anoda karbon yang hilang karena bereaksi dengan gas O 2 . Dengan adanya reaksi ini maka konsumsi anoda karbon akan meningkat sehingga menurunkan efisiensi proses elektrolisa. Reaktivity Residu RR O 2 adalah parameter yang menyatakan seberapa banyak anoda karbon yang tinggal karena bereaksi dengan gas O 2 . Reaktivity Residu RR O 2 harus diatas 88 karena apabila dibawah 88 akan mengakibatkan banyak anoda menghasilkan debu karbon sehingga proses peleburan akan terganggu Hume, M. S.,1999. Universitas Sumatera Utara BAB 3 METODOLOGI PERCOBAAN

3.1. Alat dan Bahan