Reaksi kimia yang terpenting yang terjadi ditungku reduksi, adalah reaksi elektrolisa untuk menghasilkan logam aluminium. Dengan mengalirkan listrik arus
searah, terjadi elektrolisa alumina menjadi ion-ion positif dan ion-ion negatif Al
2
O
3
2Al
3+
+ 3O
2-
. Ion aluminium tertarik ke katoda dan dinetralisir sehingga terbentuk aluminium. Demikian juga ion zat asam mendekati anoda kemudian dinetralisir.
Selain itu terjadi juga reaksi reduksi, dimana karbon yang berasal dari anoda berfungsi sebagai reduktor mengikat asam :
2Al
2
O
3
+ 3C 4Al + 3CO
2
Aluminium cair yang terkumpul dibagian bawah tungku selanjutnya dihisap dan dibawa ke pabrik penuangan. Pada proses Hall-Heroult, logam aluminium diperoleh
dari alumina dengan menggunakan cairan kriolit Na
3
AlF
6
, titik lebur 1000 C yang
digunakan sebagai pelarut. Sejumlah besar alumina Al
2
O
3
dilarutkan dalam kriolit, dimana larutan kriolit dapat menurunkan titik lebur alumina. Campuran kriolit dan
aluminium oksida dielektrolisa dalam sel dan sel lapisan karbon yang berfungsi sebagai katoda tersimpan didalam cairan aluminium. Pada operasi sel, cairan
aluminium berada pada bagian bawah sel. Dari waktu ke waktu aluminium cair akan
disedot dan selanjutnya akan dibawa ke bagian casting untuk dicetak. Pada operasi sel ini diperlukan tegangan sebesar 4,0 sampai 5,5 volt, dan arus yang digunakan dari
50.000 sampai 150.000 kA Kelvin,1994.
2.4. Proses Hall-Heroult
Alumina yang dihasilkan dari proses pemurnian masih mengandung oksigen sehingga harus dilakukan proses selanjutnya yaitu peleburan. Peleburan alumina dilakukan
Universitas Sumatera Utara
dengan proses reduksi elektrolitik. Proses peleburan ini memakai metode Hall- Heroult.
Alumina dilarukan dalam larutan kimia yang disebut kriolit pada sebuah tungku yang disebut pot. Pot ini mempunyai dinding yang dibuat dari karbon. Bagian
luar pot terbuat dari baja. Aliran listrik diberikan melalui anoda dan katoda. Proses reduksi memerlukan karbon yang diambil dari anoda. Pada proses ini dibutuhkan arus
listrik searah sebesar 190 kA.
Arus listrik akan mengelektrolisa alumina menjadi aluminium dan oksigen bereaksi membentuk senyawa CO
2
. Aluminium cair dari hasil elektrolisa akan turun ke dasar pot dan selanjutnya dialirkan dengan prinsip siphon ke krusibel yang
kemudian diangkut menuju tungku-tungku pengatur holding furnace. Kebutuhan listrik yang dihabiskan untuk menghasilkan 1 kg aluminium berkisar
sekitar 12-15 kWh. 1 kg aluminium dihasilkan dari 2 kg alumina dan ½ kg karbon. Reaksi pemurnian alumina menjadi aluminium adalah sebagai berikut :
970 C
2Al
2
O
3
+ 3C 4Al + 3CO
2
Na
3
AlF
6
Daryus,2008.
2.5. Proses Elektrolisis Aluminium
Aluminium terutama masih sekedar menjadi bahan penelitian dilaboratorium sampai tahun 1886, ketika Charles Hall di Amerika Serikat lulusan Oberlin College
yang berusia 21 tahun dan Paul Heroult berkebangsaan prancis, berusia sama secara
Universitas Sumatera Utara
sendiri-sendiri menemukan proses yang efisien untuk memproduksinya. Pada tahun 1990-an produksi aluminium diseluruh dunia yang menggunakan proses Hall-Heroult
mencapai 1,5 x 10
7
ton metrik.
Proses Hall-Heroult melibatkan pengendapan aluminium secara katodik, dari lelehan kriolit Na
3
AlF
6
yang mengandung Al
2
O
3
terlarut, dalam sel elektrolisis. Setiap sel terdiri dari kotak baja persegi panjang yang panjangnya sekitar 6 m, lebar 2
m, dan tinggi 1 m, yang berfungsi sebagai katoda, dan grafit pejal sebagai anoda 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 disusun secara seri.
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
3 +
, AlF
4 -
, AlF
5 2-
, AlF
6 3-
, dan O
2-
dalam elektrolit. Kriolit meleleh pada suhu 1000 C, tetapi titik lelehnya turun
dengan adanya aluminium oksida terlarut, sehingga suhu sel operasi hanya 950 C.
Dibandingkan dengan titik leleh Al
2
O
3
murni 2050 C, suhu tersebut merupakan suhu
yang rendah, dan ini sebabnya proses Hall-Heroult biasa berhasil. Lelehan aluminium memiliki kerapatan yang sedikit lebih besar sehingga materi ini mengumpul didasar
sel, untuk selanjutnya disadap secara berkala. Oksigen merupakan produk anoda yang utama, tetapi zat ini bereaksi dengan elektroda grafit menghasilkan karbon dioksida.
a. Reaksi Anodik
