Jadi dibandingkan dengan semua logam lain, aluminium menunjukkan keuntungan yang signifikan melalui penghematan energi selama proses, aplikasi
dan daur ulang, oleh karena itu, aluminium telah menjadi alternatif serius untuk logam struktural klasik untuk aplikasi di bidang bangunan dan konstruksi,
transportasi, wadah dan kemasan, karakteristik lain yang menarik dari aluminium adalah konduktivitas yang baik listriknya, dibandingkan berdasarkan berat itu
lebih unggul semua logam lainnya, karena tidak dapat magnet, aluminium banyak digunakan dalam konduktivitas, membuatnya dalam bahan yang ideal untuk
enginer dan penukar panas. Shakhashiri,2008
Bahan baku utama untuk bahan untuk produksi industri aluminium disebut bauksit, dinamai desa Les Baux di selatan Perancis, pada 1822 para Berthier
Prancis menemukan ada mineral kemerahan yang mengandung sekitar 50 aluminium oksida yang disebut sebagai alumina, bauksit dapat ditemukan di
setiap benua, terutama di daerah tropis dan dekat dengan permukaan tanah, sumber daya terbesar, yang secara ekonomi menarik, terletak di Guinea dan
Australia, pertambangan tahunan saat ini 80-100 juta ton tetap konstan.
2.3 Standar kualitas aluminium
Cakupan : standar ini digunakan untuk kemurnian aluminium Ingot, yang disebut sebagai “Ingot”.
Clasifikasi : ingot dibagi menjadi lima kelas sesuai dengan komposisi kimia, seperti yang ditunjukan pada tabel standar industri jepang.
Kualitas ingot harus seragam, bebas dari pengotor di permukaan dan tidak mengandung kerak yang merugikan atau material pengotor lainnya.
unsur kimia yang akan dianalisis pada ingot dibagi kedalam elemen yang dianalisis dan elemen terkontrol, dimana komposisi kimia harus memenuhi
standar.
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.1 Standar Kualitas Aluminium Ingot Sesuai JIS
CLASS Chemical Composition
Elements Analysed Controlled
elements Total Sum
of elements analysed
And controlled
elements Al
Si Fe
Cu Each of Ti
and Mn
Special Class 1 0,05 max
0,07 max 0,01 max
0,01 max 0,10 max
99,90 min
Special Class 2 0,08 max
0,12 max 0,01 max
0,01 max 0,15 max
99,85 min
Class 1 0,15 max
0,20 max 0,01 max
0,02 max 0,30 max
99,70 min
Class 2 0,25 max
0,40 max 0,02 max
0,02 max 0,50 max
99,50 min
Class 3 0,50 max
0,80 max 0,02 max
0,03 max 1,00 max
99,00 min JIS H 2102-
1968 Catatan : - nilai analisis dari silikon, besi dan tembaga harus ditunjukkan di setiap
pembuatan aluminium ingot. -
control element lain harus dianalisis secara terus menerus dan tidak lebih dari 0,01 dan harus dapat ditunjukkan. Standar Industri
Jepang, 2009
2.4. Spektroskopi Emisi Atom
Spektrometri Emisi Atom melibatkan pengukuran elektromagnetik radiasi yang dipancarkan dari atom, nilai kualitatif dan data kuantitatif dapat diperoleh dari
jenis analisis, dalam kasus yang pertama, identitas yang berbeda elemen,
Universitas Sumatera Utara
merefleksikan panjang gelombang spektral yang diproduksi, sedangkan dalam kasus terakhir, intensitas radiasi yang dipancarkan berkaitan dengan konsentrasi
setiap elemen, spektra atom berasal dari transisi elektron dari satu elektron orbital diskrit dalam atom yang lain, spektrum ini dapat dipahami dari segi model Bohr
atom.
Dalam model Bohr, atom digambarkan sebagai nukleus dikelilingi oleh orbit elektron diskrit, setiap berhubungan dengan energi, setiap atom memiliki
sejumlah orbital elektron, dan masing-masing elektron orbital memiliki tingkat energi tertentu, ketika semua elektron yang hadir dalam orbital, atom dalam
bentuk paling stabil ground state, ketika energi baik panas, akibat tabrakan, atau radiational, hasil dari penyerapan radiasi elektromagnetik diterapkan untuk atom
dan cukup untuk mengangkat sebuah elektron dari kulit dengan energi Ei satu dengan Ej atom dikatakan dalam tereksitasi keadaan. Keadaan eksitasi tidak
stabil dan terurai cepat, waktu tinggal dari tereksitasi stabil keadaan sangat pendek, dengan kisaran 10
-8
s, ketika elektron kembali ke keadaan dasar stabil, energi dipancarkan dan energi itu sama dengan perbedaan energi antara keadaan
dasar dan keadaan tereksitasi, energi yang dilepaskan dalam bentuk elektromagnetik radiasi dan mendefinisikan panjang gelombang transisi.
Hubungan antara energi dan panjang gelombang digambarkan dengan persamaan Planck:
E = Ej – Ei = hv = hc λ
Dimana Ej – Ei adalah perubahan energy antara kedua level Ej Ei , h adalah konstanta plank 6.624 x 10
- 34
Js
-1
, v adalah frekuensi radiasi, c adalah kecepatan cahaya dalam ruang hampa, 2.9979 x 10
8
ms
-1
. dan λ adalah panjang gelombang
radiasi dalam meter.
Jika energi yang cukup diserap oleh elektron atom, dapat lepas sepenuhnya, meninggalkan atom di terionisasi keadaan, energi yang dibutuhkan
untuk ionisasi disebut ionisasi potensial, ion juga memiliki keadaan dasar dan exitasi, di mana mereka dapat menyerap dan memancarkan energi dengan proses
Universitas Sumatera Utara
yang sama dijelaskan untuk sebuah atom, panjang gelombang untuk radiasi yang dipancarkan karena transisi Ej- Ei adalah
λ = hcE dimana E adalah perbedaan energi dan
λ adalah panjang gelombang radiasi yang dipancarkan. Spektrum atom tereksitasi netral dinotasikan sebagai I, dan sesuai
dengan sebelumnya mereka ke keadaan dasar garis resonansi atau dekat dengan keadaan dasar dekat-resonansi baris, spectra diamati di rendah energi sumber
seperti api, spektrum atom terionisasi tunggal dinotasikan sebagai II, dan ini diamati dalam tinggi energi sumber seperti bunga api listrik, induktif dibarengi
plasma, dan pembuangan cahaya, setiap unsur memiliki spektrum emisi karakteristik, yang adalah dasar dari analisis spektrokimia.
Spektroskopi emisi nyala atau fotometri nyala menyangkut pengukuran energi radiasi yang dipancarkan oleh populasi atom yang tereksitasikan, dalam
spektroskopi absorpsi atomik, absorpsi energi radiasi oleh atom dalam keadaan dasar diukur, kedua metode ini untuk kemudahan sering dibahas bersama.
Tabel 2.2. Teknik dasar spectrometry atom
Teknik spectrometri
Proses pemancaran
Sumber eksitasi Tempat
sampel monocromator
Detector
Arcspark emisi
Emisi Elektrik sparkarc
karbon atau elektroda grafit
Kisi difraksi atau prisma
Photomultiplier atau
photographic plate
Plasma emisi Emisi
Electromagnetic induction
Gas plasma Kisi difraksi
Photomultiplier Atomic
absorption Absorpsi
Uvvisible radiasi Nyala atau
pemanas batang atau furnace
Kisi difraksi atau prisma
Photomultiplier Atom
fluorescence Fluorescence
Emisi Uvvisible radiasi
Nyala atau pemanas batang
atau furnace Filter
Photomultiplier Flame
fotometri Emission
Flame Flame
Kisi difraksi, prisma atau filter
Photomultiplier
Universitas Sumatera Utara
x-ray fluorescence
Fluorescence Emission
x-radiation Cell
Cristal tunggal diffractor
Gas ionisasi, kilauan Kristal
atau semi konduktor.
Fifield.F, 1983
Fotometri nyala merupakan suatu cabang spektroskopi emisi yaitu suatu bidang utama yang merupakan sedikit banyak segi lain dari spektrometri atau
spektroskopi absorpsi, pada pelajaran absorpsi, sedikitnya untuk keperluan analisa, nasip dari bahan bahan yang tereksitasi tidaklah penting kecuali kalau
menyangkut proses yang mengganggu pengukuran absorpsi, pada spektroskopi emisi contoh tereksitasi bermacam macam, dan emisi radiasi oleh bahan
tereksitasi apabila kembali ke keadaan energi yang lebih rendah diukur, Spektroskopi emisi merupakan spektroskopi atom dengan menggunakan sumber
selain nyala api seperti busur listrik dan busur api, belakangan ini sumber eksitasi yang sering digunakan adalah plasma argon, metode ini bersifat spesifik dan peka,
mereka memerlukan persiapan sample yang minimum, seperti sampel dapat langsung diletakkan pada sumber eksitasi, gangguan unsur unsur lain pada
temperatur eksitasi lebih tinggi tidak berarti, pada saat yang sama dapat diambil spektrum dari dua unsur atau lebih. Khopkar,2007
Keterbatasanya adalah perekam yang dilakukan pada kertas fotografi, yang perlu dicetak dan diinterpretasi, intensitas radiasi tidak selalu reprodusible dan
kesalahan relatif melebihi 1-2, sumber eksitasi sangat berpengaruh terhadap bentuk dan intensitas emisi, selain penyediaan energi yang cukup untuk
menguapkan sampel, sumber juga menyebabkan eksitasi elektronik partikel partikel dalam gas, garis spektrum kejadian yang terakhir inilah berguna untuk
analisis spektroskopi emisi.
Molekul tereksitasi pada fase gas mengemisi spektrum, yaitu akibat transisi dari suatu energi tereksitasi E
2
ketingkat energi yang lebih rendah E
1
dengan pemancaran emisi foton dengan energi hv.
Universitas Sumatera Utara
hv = E
2 -
E
1
atom tereksitasi atau ion monoatom pada fase gas mengemisikan spektrum garis, pengukuran dengan spektroskopi emisi dapat memungkinkan karena masing
masing atom memiliki tingkat energi tertentu sesuai dengan posisi electron, pada keadaan normal, elektron elektron ini dalam keadaan dasar dengan energi
terendah, penambahan energi baik secara termal ataupun elektrikal, menyebabkan satu atau lebih elektron diletakkan pada tingkat energy lebih tinggi, menjauh dari
inti, elektron tereksitasi ini ternyata lebih suka kembali ketingkat dasar pada proses ini kelebihan energi dipancarkan dalam bentuk energi radiasi foton.
Oleh karena transisinya telah ditentukan letaknya dalam tingkat energi, maka bilangan gelombangnya terbatas juga, jika energi eksitasinya besar, maka
demikian juga energi emisinya, intensitas garis spektrum tergantung pada transisi yang terjadi dalam suatu atom, absorpsi sendiri kadang kala menurunkan
intensitas emisi, pemakaian sumber energi tinggi tidak selalu menguntungkan, karena mampu mengioniosasikan gas dan satu atau lebih elektron dapat
dikeluarkan dari atom, sedangkan spektrum atom terionisasi jauh berbeda dengan spektrum atom netral. underwood, 1981
2.4.1. METODE EKSITASI
Nyala, busur api bolak balik AC Arc, busur api searah DC Arc dan bunga api arus bolak balik AC spark merupakan metode metode lazim untuk eksitasi,
masing masing metode meliputi pemasukan sampel kedalam sumber dalam bentuk teruapkan dan eksitasi elektron ketingkat energi lebih tinggi, eksitasi nyala
sebaiknya didiskusikan pada fotometri nyala, pada DC arc, dengan tegangan 50- 300 volt dihasilkan temperatur 4000-8000
˚K, emisinya adalah akibat atom netral, arus yang digunakan bekisar antara 1-300 amper, busur api DC timbul diantara
elektroda karbon, gfarit, elektroda kadang kala dapat diamati kerlap-kerlip busur
Universitas Sumatera Utara
api tersebut antara ekeltroda, penguapan selektif dapat saja terjadi, busur api adalah sumber sensitif, terutama untuk deteksi konsentrasi rendah.
Kepekaan busur api DC dapat dinaikkan dengan suatu alat pendukung, busur api AC menggunakan beda potensial 1000 volt atau lebih, elektroda busur
api diberi jarak antara 0,5-3 mm, untuk mendapatkan hasil reproduksible, jarak pemisahan antara dua elektroda, tegangan dan arus harus benar benar
dikendalikan, busur api AC lebih stabil disbanding busur api DC. Khopkar,2007
2.4.2. Sumber Sumber nyala
Dari sumber yang biasa digunakan dengan spektroskopi emisi, maka nyala apilah yang paling sedikit energinya dengan mengeksitasi paling sedikit unsur, yaitu
sekitar 50 unsur logam, akan tetapi bila dapat digunakan nyala apilah yang memiliki keuntungan yang paling banyak dibandingkan eksitasi dengan busur api
atau bunga api, suatu nyala yang diatur dengan baik merupakan sumber yang jauh lebih stabil dari pada busur api atau bunga api, selanjutnya suatu spectrum emisi
suatu unsur dalam nyala relative sederhana, hanya sedikit garis yang terlihat dalam spectrum busur dapat ditemukan dalam emisi nyala, hal ini dapat membuat
beban jauh lebih ringan pada daya penguraian dari monokromator terhadap interferensi, berarti akan lebih mudah menemukan garis emisi untuk suatu unsur
tertentu yang tidak mempu nyai garis garis dari unsur unsur yang lain sebagai tetangga dekatnya.
Materi yang akan diuji juga bertindak sebagai elektroda bila materi tersebut tahan temperatur tinggi, selain itu sampel diletakkan dalam suatu bintik
kecil pada elektroda grafit atau karbon, elektroda yang lebih rendah biasanya adalah elektroda positif, medium pengurai sinarnya dalam spektrograf dapat
berupa prisma, grating ataupun celah sempit slit, slit harus lurus dan bersih, suatu plat photografi dapat merekam daerah spectrum 200-800nm, susunan prisma
dapat berupa tipe cornu atau tipe littrow, beberapa pralatan menggunakan tipe
Universitas Sumatera Utara
grating dengan liputan spectrum 220-780 nm, proses photografi digunakan untuk merekam intensitas garis masih sering dilakukan. Sudjadi,2007.
2.4.3. TEORI KERJA ALAT
Masing masing atom memiliki tingkat energi tertentu, yang sesuai dan khas, pada keadaan normal, elektron elektron berada pada keadaan dasar, dengan energi
terendah E1. Jika elektron tersebut diberi energi, baik secara termal atau pun secara elektrikal mengakibatkan elektron berada pada energi tertinggi E2 ,
elektron ini cenderung kembali kekeadaan dasar E1 Ketika elektron kembali ke keadaan dasar stabil, energi dipancarkan dan energi itu sama dengan perbedaan
energi antara keadaan dasar dan keadaan tereksitasi. Energi yang dilepaskan dalam bentuk elektromagnetik radiasi dan mendefinisikan panjang gelombang
transisi. Hubungan antara energi dan panjang gelombang digambarkan dengan persamaan Planck:
E = E2 – E1 = hv = h c λ
Dimana E2 – E1 adalah perubahan energy antara kedua level E2 E1 , h adalah konstanta plank 6.624 x 10
- 34
Js
-1
, v adalah frekuensi radiasi, c adalah kecepatan cahaya dalam ruang hampa, 2.9979 x 10
8
ms
-1
. dan λ adalah panjang gelombang
radiasi dalam meter.
Kesimpulan : Dalam kasus yang pertama, identitas yang berbeda elemen,
merefleksikan panjang gelombang spektral yang diproduksi, sedangkan dalam kasus terakhir, intensitas radiasi yang dipancarkan berkaitan dengan konsentrasi
setiap elemen. Twyman, 2005
Universitas Sumatera Utara
BAB 3
METODE PENELITIAN
3.1. Bahan – Bahan.
-
Sampel Aluminium Ingot tiap sekali pencetakan 3 buah sampel yaitu :
-
Sampel pertama diambil setelah ± 5 ton pencetakan berlangsung
Sampel kedua diambil setelah pertengahan pencetakan ± 15 ton Sampel ketiga diambil ± 5 ton sebelum pencetakan berakhir.
-
Alkohol dan Kuas Pembersih
3.2. Alat Alat
-
Spektrometer emisi ARL-3460
-
Mesin bubut
-
Pembersih elektroda
-
Tisu pembersih
3.3. Prosedur Penelitian
- Sampel diambil dari funace dengan pencetak sampel.
- Sampel dipreparasi dibubut : Sesuai Instruksi kerja Preparasi Sampel
3.3.1 -
Sampel dianalisa menggunakan Optical Emission Spektrometer sesuai Instruksi kerja Pengukuran Sampel Produk Metal 3.3.2
- Hasil analisa spektrometer emisi membaca konsentrasi Fe, Si dan Cu
secara bersamaan.
Universitas Sumatera Utara
3.3.1. Preparasi Sampel
- Hidupkan power listrik mesin bubut dengan memutar switch ke posisi
“ON”. -
Jepit sampel pada spindle dengan identitas sampel berada disebelah dalam spindle dan masukkan kunci socket-T ke lobang spindle, putar ke kanan
hingga sampel terjepit dengan kuat dan aman. -
Geser tuas Starting lever ke kiri, maka spindle dan sampel akan berputar. -
Putar Handwhell for the carriage ke kiri untuk medekatkan mata pahat kearah sampel.
- Putar Operating handle for the cross feed ke kanan agar pergerakan mata
pahat maju dan berada didaerah sampel yang akan dibubut. -
Lakukan pembubutan dari pinggir sampai ke titik tengah sampel dengan memutar Operating handle for the cross feed ke kanan dan ke kiri
pergerakan mata pahat maju dan mundur. Ulang beberapa kali hingga ketebalan ± 5 mm atau lobang pusat sampel menjadi rata dengan bekas
bubutan. -
Buat lobang pada pusat sampel dengan diameter ± 3 mm dan kedalaman ± 1.5 mm.
- Geser mata pahat kepusat sampel dan masukkan kelobang setipis mungkin
untuk pembubutan terakhir. -
Tarik Feed start lever keatas, otomatis mata pahat begerak mundur untuk menghaluskan permukaan sampel dan secara bersamaan basahi permukaan
sampel dengan alkohol menggunakan kuas. -
Jauhkan mata pahat dari sampel dengan memutar Handwhell for the carriage ke kanan.
- Pindahkan tuas Starting lever ke kanan.
- Tekan Brake pedal dengan kaki untuk menghentikan putaran spindle.
- Lepaskan sampel yang telah dibubut dari jepitan spindle, dengan
memasukkan socket T ke lobang spindle lalu putar ke kiri. -
Ambil sampel yang telah selesai dibubut dan letakkan pada papan sampel dengan posisi permukaan sampel yang dibubut disebelah atas.
Universitas Sumatera Utara
3.3.2. Pengukuran sampel Product Metal
- Pada menu utama “WinOE” klik “ProductionAnalysis”, lalu klik
“Concentration Analysis [F2]”, kemudian klik “Change Task”. Pilihklik “INGOT”, lalu klik “OK”.
- Pada kolom “ Casting Date “ ketik tanggalbulantahun pencetakan
Product Metal dengan format “DDMMYYYY”, Pada kolom “ Lot No.“ ketik nomor lot.
- Buka pintu chamber spark Excitation Chamber, letakkan sampel pada
meja spark dengan posisi permukaan sampel yang dibubut kearah bawah posisi telungkup kemudian pasang clamp sampel, tutup pintu chamber
spark. -
Klik “Sample Details OK“ atau tekan “Enter“, nilai-nilai hasil pengukuran akan tampil pada layar komputer.
- Lakukan pekerjaan 4 untuk titik spark yang berbeda dari sampel yang
sama. -
Klik “Analyse Again” atau tekan “Enter”, nilai-nilai hasil pengukuran selanjutnya akan tampil pada layar komputer. Pengukuran 2 kali pada
titik spark yang berbeda untuk setiap sampel. Bersihkan elektroda maksimal setiap 2 kali spark.
- Ulangi pekerjaan 4 dan 6 diatas untuk sampel yang lain hingga selesai 1
lot 3 buah sampel Product Metal, sehingga diperoleh 6 data hasil pengukuran.
- Setiap selesai melakukan pengukuran 1 lot 3 buah sampel Product
Metal, klik “Analyse complete”, klik “Print”, klik “All Runs+Average”, maka hasil pengukuran akan dicetak pada printer dan secara otomatis data
akan tersimpan di dalam HardDisk komputer. Selanjutnya klik “Continue”, kemudian klik “OK”.
- Lakukan pekerjaan 3 sd 9 diatas terhadap sampel Product Metal dengan
nomor lot yang lain hingga semua sampel selesai dilakukan pengukuran. -
Klik “Exit” untuk kembali ke menu utama “WinOE”
Universitas Sumatera Utara
3.4. Bagan Penelitian
Gambar 3.1. Bagan Proses analisis Fe, Si dan Cu Pada Metal
Flowchart Analisis Fe, Si dan Cu pada metal
Keterangan : Hasil analisa spektrometer emisi mengukur konsentrasi Fe, Si dan Cu
secara bersaan. Sampel
Sampel diambil dari pencetakan furnace SCA Sampel dipreparasi dibubut
Sampel dianalisa dengan optical emission spektrometer
Hasil
Universitas Sumatera Utara
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Perhitungan
4.1.1. Hasil pengukuran kadar logam Fe Tabel 4.1 Data pengukuran standar Fe
Kode CRM Intensitas y
Konsentrasi x WE1000K
0.02190 0.01015
SS1188CM 0.02919
0.05912 SS1188CH
0.02958 0.06185
SS1075DM 0.04101
0.12979 SS1050CM
0.06954 0.30494
SS852B 0.07889
0.34998 SS5050AE
0.09353 0.44984
Gambar4.1 Kurva kalibrasi standar Fe
I N
T E
N S
I T
A S
K O N S E N T R A S I INTENSITAS VS KONSENTRASI
Universitas Sumatera Utara
