Pengaruh Temperatur Dan Keasaman Bath Terhadap Penambahan AlF3 Pada Pot Reduksi Di PT. Indonesia Asahan Aluminium
PENGARUH TEMPERATUR DAN KEASAMAN BATH TERHADAP PENAMBAHAN AlF3 PADA POT REDUKSI DI PT INDONESIA ASAHAN ALUMINIUM
KARYA ILMIAH
RAHMAD DENNIE AGUSTIN POHAN 082409052
PROGRAM STUDI DIPLOMA-III KIMIA INDUSTRI DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2012
Universitas Sumatera Utara
PENGARUH TEMPERATUR DAN KEASAMAN BATH TERHADAP PENAMBAHAN AlF3 PADA POT REDUKSI DI PT INDONESIA ASAHAN ALUMINIUM
KARYA ILMIAH
Diajukan untuk melengkapi dan memenuhi syarat mencapai gelar Ahli Madya
RAHMAD DENNIE AGUSTIN POHAN 082409052
PROGRAM STUDI DIPLOMA-III KIMIA INDUSTRI DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2012
Universitas Sumatera Utara
PERSETUJUAN
Judul
Nama No Induk Mahasiswa Program Studi Departemen Fakultas
: PENGARUH TEMPERATUR DAN KEASAMAN BATH TERHADAP PENAMBAHAN AlF3 PADA POT REDUKSI DI PT INDONESIA ASAHAN ALUMINIUM : RAHMAD DENNIE AGUSTIN POHAN : 082409052 : KIMIA INDUSTRI D-III : KIMIA : MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM (FMIPA) UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Diluluskan di Medan, Juli 2012
Diketahui / Disetujui Koordinator Program Studi Kimia Industri
Dosen Pembimbing
Dra.Emma Zaidar Nst,M.Si NIP 195408301985032001
Prof. Dr. Harry Agusnar, M.Sc, M.Phil NIP 195308171983031002
Departemen Kimia FMIPA USU Ketua
Dr. Rumondang Bulan, MS NIP.195408301985032001
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN
PENGARUH TEMPERATUR DAN KEASAMAN BATH TERHADAP PENAMBAHAN AlF3 PADA POT REDUKSI DI PT INDONESIA ASAHAN
ALUMINIUM KARYA ILMIAH
Saya mengakui bahwa karya ilmiah ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Juli 2012
R. DENNIE. A. POHAN 082409052
Universitas Sumatera Utara
PENGHARGAAN
Puji syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah yang berjudul PENGARUH TEMPERATUR DAN KEASAMAN BATH TERHADAP PENAMBAHAN AlF3 PADA POT REDUKSI DI PT INDONESIA ASAHAN ALUMINIUM.
Karya ilmiah ini disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Ahli Madya pada program studi Kimia Industri D-3 fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
Pada Kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Kedua orang tua beserta seluruh keluarga tercinta yang banyak memberikan dukungan moril dan materil serta doa yang tidak henti-hentinya untuk penulis.
2. Bapak Prof. Dr. Harry Agusnar, M.Sc, M.Phil selaku dosen pembimbing yang bersedia meluangkan waktu, tenaga dan pikiran untuk membantu penulis menyesaikan karya ilmiah ini.
3. Bapak DR. Sutarman, M.Sc selaku dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
4. Ibu DR. Rumondang Bulan, MS selaku ketua Departemen Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
5. Ibu Dra.Emma Zaidar Nst,M.Si selaku ketua program studi D-III Kimia Industri Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara dan juga selaku Dosen Pembimbing Akademik saya.
6. Seluruh staff pengajar dan pegawai Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
7. PT. Indonesia Asahan Aluminium atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk melaksanakan Praktek Kerja Lapangan.
Universitas Sumatera Utara
8. Pimpinan managerial, staff dan seluruh karyawan PT. Indonesia Asahan Aluminium khususnya Bapak Syafri dan Bapak Faisal Hidayat yg bersedia membimbing penulis selama melaksanakan Praktek Kerja Lapangan.
9. Sahabat – sahabat penulis khususnya Anugerah Munawir, Ayu Karmila, Anonna, Rio Karnawan, Siti Nur Janna, Dinna, Nur Anna Utami yang telah memberikan motivasi kepada penulis mulai dari mengikuti Praktikum Kerja Lapangan hingga selesainya karya ilmiah ini.
10. Rekan-rekan di Kimia Industri stambuk 2008 yang telah memberikan informasi dan dukungan kepada penulis dalam menyelesaikan karya ilmiah ini.
11. Semua pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan karya ilmiah ini yang tidak mungkin penulis sebutkan satu persatu. Penulis menyadari bahwa karya ilmiah ini masih terdapat kekurangan dan masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu penulis mengharapkan kritikan dan saran yang membangun demi kesempurnaan karya ilmiah ini. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat bagi kita semua.
Medan, Juli 2012 Penulis,
R. DENNIE. A. POHAN
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK Penambahan AlF3 sangat berperan dalam menjaga kestabilan pot reduksi sehingga menghasilkan produktivitas yang tinggi. Beberapa faktor yang mempengaruhi penambahan AlF3 yaitu teperatur dan keasaman Bath. Dari data pengamatan diketahui bahwa temperatur dan keasaman Bath yang optimal untuk menjalankan proses elektrolisa dengan sempurna serta menjaga kondisi pot tetap stabil yaitu sebesar 955 + 10oC dan 9,5 + 1,5%.
Universitas Sumatera Utara
THE EFFECT OF BATH TEMPERATURE AND BATH ACIDITY TO AlF3 ADDITION IN REDUCTION POT AT PT.INDONESIA ASAHAN ALUMINIUM
ABSTRACT The addition AlF3 is very useful in keeping stability of reduction pot for producing high productivity. Some factors that influence are bath temperature and bath acidity. Bath on data found that the optimum values both bath temperature and bath acidity to conduct the electrolysis perfectly and maintain the pot stable are 955 + 10oC and 9,5 + 1,5%.
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
PERSETUJUAN ........................................................................................... ii PERNYATAAN ............................................................................................. iii PENGHARGAAN ........................................................................................ iv ABSTRAK ..................................................................................................... vi ABSTRACT .................................................................................................. vii DAFTAR ISI ................................................................................................. viii DAFTAR TABEL ......................................................................................... x
BAB 1. PENDAHULUAN ........................................................................ 1 l.1. Latar Belakang .......................................................................... 1 l.2. Permasalahan ............................................................................ 2 1.3. Tujuan ...................................................................................... 5 1.4. Manfaat .................................................................................... 5
BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA ................................................................ 4 2.1. Aluminium ................................................................................ 4
Universitas Sumatera Utara
2.2. Sejarah Aluminium................................................................... 6 2.3. Proses Pengolahan Alumina .................................................... 7 2.4. Elektrolit (Kriolit [(Na3AlF6)]) ................................................ 9 2.5. Jenis Sel yang Digunakan dalam Proses Hall-Heroult........... 11 2.6. Pengendalian Komposisi Kriolit.............................................. 12 2.7. Pengendalian Gas HF ............................................................... 13 2.8. Kebutuhan Alumina ................................................................. 14 2.9. Anode Effect.............................................................................. 14
BAB 3. BAHAN DAN METODE ............................................................... 16 3.1. Alat-alat .................................................................................... 16 3.2. Bahan-bahan ............................................................................ 16 3.3. Prosedur ................................................................................. 17
BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN ...................................................... 19 4.1. Data Percobaan ........................................................................ 19 4.2. Perhitungan .............................................................................. 20
Universitas Sumatera Utara
4.3. Pembahasan ............................................................................. 23 BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN ..................................................... 25
5.1. Kesimpulan .............................................................................. 25 5.2. Saran ......................................................................................... 25 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL Tabel 4.1. Data Hasil Pengamatan Pot R.546 PT. INALUM ............... 19 Tabel 4.2. Data Penambahan AlF3 ......................................................... 22
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK Penambahan AlF3 sangat berperan dalam menjaga kestabilan pot reduksi sehingga menghasilkan produktivitas yang tinggi. Beberapa faktor yang mempengaruhi penambahan AlF3 yaitu teperatur dan keasaman Bath. Dari data pengamatan diketahui bahwa temperatur dan keasaman Bath yang optimal untuk menjalankan proses elektrolisa dengan sempurna serta menjaga kondisi pot tetap stabil yaitu sebesar 955 + 10oC dan 9,5 + 1,5%.
Universitas Sumatera Utara
THE EFFECT OF BATH TEMPERATURE AND BATH ACIDITY TO AlF3 ADDITION IN REDUCTION POT AT PT.INDONESIA ASAHAN ALUMINIUM
ABSTRACT The addition AlF3 is very useful in keeping stability of reduction pot for producing high productivity. Some factors that influence are bath temperature and bath acidity. Bath on data found that the optimum values both bath temperature and bath acidity to conduct the electrolysis perfectly and maintain the pot stable are 955 + 10oC and 9,5 + 1,5%.
Universitas Sumatera Utara
BAB 1 PENDAHULUAN
l.l. Latar Belakang PT INALUM adalah perusahaan patungan antara pemerintah Indonesia dengan 12
perusahaan Jepang yang tergabung dalam NAA (Nippon Asahan Aluminium), dengan perbandingan saham 41,12% untuk pemerintah Indonesia dan 59,88% untuk NAA. PT INALUM adalah satu-satunya perusahaan peleburan aluminium di Indonesia bahkan Asia Tenggara.
PT INALUM memproduksi aluminium melalui proses elektrolisa yang menggunakan prinsip Hall-Heroult. Bahan baku yang digunakan untuk memproduksi aluminium ini adalah alumina yang diperoleh dari biji-biji bauksit melalui proses Bayer.
Aluminium mempunyai titik lebur 2000oC, namun dengan proses elektrolisa metode Hall-Heroult yang menggunakan larutan kriolit (Na3AlF6), aluminium dapat diperoleh pada temperatur 1000oC, dan dengan memasukkan zat adiktif seperti AlF3, CaF2, dan bahan-bahan lain yang mungkin terdapat di dalam bahan baku, maka aluminium sapat diperoleh pada temperatur 960oC sampai 970oC.
Penambahan AlF3 adalah suatu cara untuk menjaga proses elektrolisa dapat berjalan dengan baik serta menjaga kondisi pot, selama proses elektrolisa berlangsung di
Universitas Sumatera Utara
dalam pot terjadi perubahan komposisi elektrolit secara terus-menerus. Oleh karena itu, penambahan AlF3 bertujuan untuk menjaga temperatur dan kandungan AlF3 itu sendiri dalam larutan elektrolit yang dijaga dari 9,5 + 1,5 % dan 955 + 10oC.
Jika temperatur elektrolit terlalu tinggi maka dapat menibulkan kabut metal dimana dalam hal ini terjadi reaksi balik aluminium menjadi alumina sebagai berikut.
2Al (l) + 3CO2 (g)
Al2O3 (sat) + 3CO (g)
Demikian juga sebaliknya jika temperatur terlalu rendah maka proses elektrolisa tidak dapat berlangsung.
Untuk menjaga temperatur dan keasaman Bath tetap terjaga seperti yang telah ditentukan maka dilakukan pengontrolan penambahan AlF3 ke dalam pot.
Ada dua hal yang mempengaruhi penambahan AlF3, yaitu temperatur dan keasaman Bath. Oleh karena itu, penulis tertarik untuk mengetahui Pengaruh Temperatur dan Keasaman Bath Terhadap Penambahan AlF3 pada Pot Reduksi di PT Indonesia Asahan Aluminium Kuala Tanjung.
1.2. Identifikasi Masalah
Pengaturan penambahan AlF3 merupakan bagian yang sangat penting dalam proses elektrolisa agar mendekati proses elektrolisa yang sempurna, karena penambahan AlF3 berpengaruh dalam pengontrolan suhu lelehan Bath, dimana suhu Bath dijaga antara 955 + 10oC. Namun terlalu sedikit atau terlalu banyak komposisi AlF3 dalam Bath akan
Universitas Sumatera Utara
merusak kesetimbangan di dalam pot dan menimbulkan efek negatif terhadap proses elektrolisa. Masalahnya adalah berapa jumlah pemasukan AlF3 ke dalam pot yang optimal.
1.3. Tujuan Untuk mengetahui pengaruh temperatur dan keasaman bath terhadap pemasukan
AlF3 ke dalam pot reduksi di PT Indonesia Asahan Aluminium.
1.4. Manfaat a) Dapat menentukan temperatur dan keasaman Bath yang paling optimal untuk digunakan pada pot reduksi di PT Indonesia Asahan Aluminium. b) Dapat mengetahui cara menjaga temperatur dan keasaman Bath yang optimal pada pot reduksi PT Indosesia Asahan Aluminium. c) Dapat menjaga kestabilan pot dan dapat memperpanjang umur pot reduksi.
Universitas Sumatera Utara
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Aluminium
Aluminium adalah logam ringan yang cukup penting penarannya dalam
kehidupan manusia. Aluminium merupakan unsur kimia golongan IIIA dalam sistim
periodik unsur. Aluminium merupakan nomor atom 13 dan berat atom 26,9815 sma.
Dalam udara bebas aluminium mudah teroksidasi membentuk lapisan tipis oksida Al2O3 yang tahan karat. Aluminium bersifat amfoter yang terkorosi dalam larutan asam maupun
basa, tetapi pada pH 4-8 bersifat stabil.
(Anton J Hartono, l992)
Di dalam usaha logam, ada dua logam ringan yang digunakan secara tersendiri, aluminium dan magnesium. Aluminium adalah logan yang paling banyak digunankan setelah baja. Logam ini ditemukan pada tahun 1872 oleh seorang kimiawan Jerman Friedrich Wohler.
Aluminium umunya ditemukan di atas bumi dalam bentuk senyawa kimia, dan tidak pernah ditemukan dalam keadaan murni.
Bahan dasar terpenting untuk pembuatan aluminium ialah bauksit. Bauksit ditemukan dalam bermacam-macam warna, antara lain putih, merah, kuning dan lain-lain. Di Eropa, bauksit banyak ditemukan di Prancis, Italia, Rusia dan Hongaria. Bauksit juga banyak ditemukan di Afrika, Amerika, Asia dan Australia. Melalui proses elektrolisa
Universitas Sumatera Utara
diperoleh derajat kemurnian sebesar 99,8%. Dari aluminium murni ini dihasilkan aluminium 99,998 melalui suatu elektrolisa khusus.
Beberapa sifat dari aluminium murni yaitu berat jenisnya rendah sekitar 2,7 kg/dm3, berwarna putih seperti perak, mengkilap, memiliki daya hantar panas listrik yang baik, ketahanan karatnya tinggi. Aluminium menyelaputi diri di udara dengan sebuah lapisan oksida (pelindung) yang tidak mudah dirusak. Aluminium tidak tahan terhadap alkali dan asam. Karena kekerasannya rendah, aluminium kurang baik untuk diubah bentuk dengan penyerpihan dan cenderung untuk melumas. Untuk itu diperlukan sudut serpih yang besar, kecepatan sayat yang tinggi dan bahan pelumas yang cocok.
Aluminium sangat lunak dan mudah direnggangkan sehingga mudah diubah bentuk dalam keadaan dingin atau panas. Dengan penggilingan dapat dihasilkan selaput setebal 0,004 mm. Melalui pemartilan bahkan dapat dicapai ketebalan 0,0005 mm. Aluminium dapat disolder dan dilas begitu saja. Untuk ini diperlukan bahan pelumas dan bahan las.
Aluminium tidak beracun dan tidak tidak magnetis, merupakan reflector (pemantul balik) yang baik untuk panas, cahaya dan gelombang-gelombang elektromagnetis.
Di dalam elektroteknik, di samping berbagai macam paduan aluminium dalam bentuk lembaran, pipa, batang, benda tuangan, dan profil untuk bahan konstruksi dan sambungan. Aluminium dipakai pula dalam jumlah besar sebagai bahan penghantar. Dalam bentuk tali baja-aluminium digunakan untuk transmisi tergangan tinggi dengan pembebanan mekanis tertinggi. Kawat baja yang dilapisi seng dan dipersatukan secara
Universitas Sumatera Utara
kokoh dengan aluminium dapat menghasilkan penghantar arus yang memiliki ketahanan yang tinggi. Di dalam perakitan kabel, aluminium digunakan sebagai penghantar nol (netral). Pada batang penghantar arus, aluminium yang digabungkan dengan tembaga berpenampang menghasilkan lebih panas yang baik, dan biayanya dapat dihemat hingga 50%.
Lilitan dari aluminium di dalam mesin listrik pada umum nya membutuhkan penampang yang lebih besar daripada yang terbuat dari yembaga. Tetapi oksidasi anodis menghasilkan lapisan luar yang sangat menyengat, tahan panas dan tipis. Dalam selubung oksid ini penghantar aluminium mencapai tebal yang sama dengan tebal sebuah penghantar tembaga beserta penyekatnya pada nilai hantaran yang setara.
(Gruber, K,. l977)
2.2. Sejarah Aluminium Aluminium pertama sekali ditemukan sekitar 160 tahun yang lalu dan mulai
diproduksi secara industri sekitar 90 tahun yang lalu. Sejarah penemuan aluminium dapat diuraikan sebagai berikut:
1. Pada tahun 1782, seorang ilmuwan Prancis bernama Lavoiser telah menduga bahwa aluminium merupakan logam yang terkandung dalam alumina.
2. Pada tahun 1807, seorang ahli kimia Inggris bernama Humphrey Davy berhasil memisahkan alumina secara elektrokimia. Logam yang diperoleh diperoleh dari pemisahan ini adalah aluminium.
Universitas Sumatera Utara
3. Pada tahun 1821, bauksit ditemukan di kota Lesbaux wilayah Prancis Selatan. 4. Pada tahun 1825, seorang ahli kimia Denmark, Orsted berhasil memisahkan
aluminium murni dan stabil dengan cara memanaskan aluminium klorida dengan kalium amalgam dan kemudian memisahkan merkurinya dengan destilasi. 5. Pada tahun 1886, seorang mahasiswa dari Oberlin Collage di Ohio Amerika Serikat yang bernama Charles Martin Hall menemukan bahwa aluminium dapat dihasilkan dengan cara melarutkan alumina dalam larutan kriolit pada temperatur 960oC dalam bentuk kotak yang dilapisi logam karbon dan kemudian melewatkan arus melalui ruang tersebut. Pada tahun yang sama seorang ahli kimia berkebangsaan Prancis bernama Paul Heroult menemukan proses yang sama dengan penemuan Charles Martin Hall, sehingga cara menghasilkan aluminium seperti ini disebut proses Hall-Heroult. 6. Pada tahun 1888, seorang ahli kimia Jerman yang bernama Karlf Josept Bayern merupakan cara menghasilkan alumina seperti ini disebut dengan Proses Bayer
(Jodi B J., 1992)
2.3. Proses Pengolahan Alumina Bauksit merupakan sumber utama dengan kadar sekitar 40-60% dan sisanya
merupakan silikon, titania, oksida, besi dan pengotor lainnya. Alumina merupakan bahan
Universitas Sumatera Utara
baku utama dalam bentuk bubuk putih untuk memproduksi aluminium. Alumina diperoleh dari bauksit melalui proses Bayer, alumina yang diperoleh dari proses Bayer ini mempunyai kemurnian yang tinggi dan dengan konsumsi energi yang rendah.
Proses pengolahan alumina dari bauksit dengan proses Bayer dilakukan dengan proses kimia. Proses ini diawali dengan melarutkan bauksit ke dalam Natrium Hidroksida.
Al2O3.xH2O + 2NaOH 2NaAlO2 + (x-1)H2O
Selanjutnya dilakukan pengendapan, sehingga
2NaAlO2 + 4H2O + kalor dengan temperatur kalsinasi sekitar 1250oC.
Al2O3 + 3H2O
Alumina yang telah diperoleh dari proses Bayer tersebut selanjutnya diproses untuk memperoleh aluminium. Proses yang dilakukan merupakan proses Hall-Heroult. Prinsipnya adalah mereduksi alumina dengan melalui proses elektrolisa. Karena alumina sangat sulit untuk dilarutkan dalam pelarut biasa, maka kriolit digunakan sebagai elektrolitnya.
Peleburan aluminium melalui reduksi alumina yang dilakukan secara elektrolisis dalam larutan elektrolit pada temperatur 960oC. Dengan mengalirkan arus searah ke dalamnya melalui dua elektroda yaitu anoda dan katoda sehoingga akan terjadi proses elektrolisa yang akan menghasilkan aluminium cair.
(Burkin A R., 1987)
Universitas Sumatera Utara
2.4 Elektrolit [Kriolit (Na3AlF6)] Dalam proses peleburan aluminium secara elektrolisa, media penghantar arus
listrik yang digunakan yaitu elektrolit. Bahan baku utama dari elektrolit yang digunakan untuk peleburan aluminium adalah kriolit (Na3AlF6) disamping bahan-bahan tambahan lainnya.
Bath adalah peleburan dari kriolit (Na3AlF6) yang terionisasi menjadi ion natrium (ion positif) dan ion heksaflouroaluminat (ion (-)) :
(Na3AlF6)
3Na+ + AlF63-
Ion-ion heksafluoroaluminat akan terurai lagi menjadi :
AlF632e + AlF63-
AlF53- + FAlF54- + F-
Leburan kriolit sangat baik sebagai pelarut alumina (Al2O3) karena ion-ion AlF63- reaktif
terhadap alumina (Al2O3).
Pada konsentrasi alumina (Al2O3) yang rendah reaksi, reaksi yang terjadi yaitu :
(Al2O3) + AlF63-
2Al2OF6 + 6F-
Pada konsentrasi alumina (Al2O3) yang tinggi reaksi yang terjadi yaitu :
2Al2O3 + 2AlF63-
3Al2O2F42-
Ion-ion yang ada didalam bath yaitu :
Na+, F-, AlF52-, AlF63-, Al2O2F42-, -, Al2OF62-
Ion-ion dengan muatan positif (+) akan tertarik ke katoda dan yang bermuatan negatif (-) akan tertarik ke anoda. Ion Na+ membawa 95% - 99% arus listrik, sisanya ion F-. sifat-
Universitas Sumatera Utara
sifat yang diperlukan untuk kriolit (Na3AlF6), berikut adalah tabel mengenai komponen dan kandungan bath pada dapur peleburan ditunjukkan pada tabel 2.1.
TABEL 2.1 KOMPONEN BATH PADA DAPUR PELEBURAN ALUMINIUM
Komponen
Kandungan %
Aluminium Fluorida (AlF3)
5–8
Kalsium Fluorida (CaF2)
3–4
Alumina (Al2O3)
1–8
Kriolit (Na3AlF6)
79 -90
Sumber : Operasi Pot Reduksi PT.INALUM. (Anonymous, 2003)
Bahan elektrolit ditambahkan melalui sel di sekitar anoda, pada waktu bahan ini berangsur-angsur melebur, anoda itu dinaikkan sehingga selnya beroperasi. Biasanya jarak anoda-katoda kira-kira 5cm. Elektrolit lebur itu sendiri dari kriolit (Na3AlF6) dan sisanya AlF3, serta CaF2 6% sampai 10% dan Al2O3 2% sampai 6%. Sebagian kriolit diimport ke Amerika Serikat dari Greenland, tetapi sebagian besar dibuat secara sintesis dari hidrogen fluorida dan aluminium hidroksida [Al(OH) 3].
Pengendalian komposisi elektrolit merupakan hal yang sama penting dalam proses produksi aluminium. Oleh karena titik leleh kriolit murni adalah 1009oC, elektrolit itu mengandung kalsium fluorida (CaF2) dan sisa AlF3, sehingga sel dapat beroperasi pada suhu sekitar 940oC – 980oC. Kelebihan AlF3 juga dapat meningkatkan efisiensi keasaman yang tinggi pada larutan kriolit. Perbandingan berat NaF:AlF3 didalam kriolit adalah 1:50 kelebihan AlF3 didalam kriolit (Na3AlF6) diatur sedemikian rupa sehingga menghasilkan
Universitas Sumatera Utara
rasio NaF:AlF3 sekitar 1,10 sampai 1,40. Dalam beberapa minggu pertama setelah sel yang baru diberi pelapis itu beroperasi, elektrolit itu diserap dengan cepat kedalam pelapis dan isolasi.
Oleh karena itu untuk memperbaiki sifat-sifat dari eletrolit yang ada maka
biasanya dilakukan penambahan atau pencampuran dengan beberapa zat aditif, seperti:
fluorida atau klorida dari logam alkali, AlF3, CaF2 dan juga biasa digunakan MgF2, LiF,
dan NaCl.
(Grjotheim, 1993)
2.5. Jenis Sel yang Digunakan dalam Proses Hall-Heroult Ada dua jenis sel yang digunakan dalam proses Hall-Heroult, yaitu sel yang
menggunakan seperangkat anoda yang telah dipanggang terlebih dahulu (prapanggang) dan anoda yang memanggang sendiri (swapanggang) atau sering disebut anoda Soderberg. Pada kedua jenis anoda ini, anoda disuspensi dari superstruktur yang menjulur keluar melalui lubang sel dan dihubungkan dengan batangan penghantar anoda yang dapat bergerak sehingga sisi vertikalnya dapat diukur. Blok-blok yang anoda prapanggang dibuat dari campuran kokas migas kalsinasi berkadar abu rendah dengan pitch atau ter dan dicetak dalam press hidraulik, kemudian dipanggang sampai suhu 1100oC.
Sel anoda soderberg mempunyai anoda tunggal yang besar yang mengisi sebagian besar lubang sel. Anoda itu ditempatkan di dalam rumahan baja yang terbuka, yang mempunyai dinding vertikal. Anoda itu dipasangkan melalui rumahan tersebut ke dalam kroilit. Pada waktu sel itu dioperasikan untuk pertama kali, suhunya dinaikkan dengan
Universitas Sumatera Utara
menggunakan pemanasan tahanan listrik sampai mencapai suhu operasi, anoda itu kemudian dihubungkan dengan lapisan partikel kokas pada dasar lubang sel. Arus listrik kemudian dilewatkan melalui sel yang mengalami hubungan singkat itu sampai mencapai suhu yang dikehendaki. Bahan elektrolit ditambahkan melalui lubang sel di sekitar anoda. Pada waktu bahan ini berangsur-angsur melebur, anoda itu dinaikkan sehingga selnya beroperasi. Biasanya jarak anoda dan katoda kira-kira 5 cm. Elektrolit lebur itu terdiri terutama dari kriolit dan sisanya AlF3 serta CaF 6% sampai 10% berat dan Al2O3 2% sampai 6%. Sebagian kriolit diimpor ke Amerika Serikat dari Greenland, tetapi sebagian besar dibuat secara sintesis AlF3 juga dibuat secara sintesis dari Hidrogen Flourida dan Aluminium Hidroksida.
2.6. Pengendalian Komposisi Kriolit Pengendalian komposisi elektrolit merupakan hal yang sangat penting dalam
proses produksi aluminium. Oleh karena itu titik leleh kriolit adalah 1009oC, elektrolit itu mengandung AlF3 dan sisanya flourida (CaF2) yang bersama alumina yang terlarut, dapat menurunkan titik leleh cukup rendah sehingga sel itu dapat beroperasi pada suhu sekitar 940oC sampai 980oC. Kelebihan AlF3 juga dapat meningkatkan efisiensi. Perbandingan berat NaF/AlF3 didalam kriolit adalah 1.50, kelebihan AlF3 di dalam kriolit diatur sedemikian rupa, sehingga menghasilkan rasio NaF/AlF3 sekitar 1,l0 sampai 1.40. Dalam beberapa minggu pertama setelah sel yang baru diberi pelapis itu beroperasi, elektrolit itu diserap dengan cepat ke dalam pelapis dan isolasi. Absorpsi itu terutama terjadi pada bagian yang mengandung Natrium tinggi, sehingga menyebabkan terjadinya penurunan
Universitas Sumatera Utara
rasio NaF/AlF3 sampai di bawah rasio yang dikehendaki. Hal ini diatasi dengan menambahkan bahan alkali seperti soda abu:
3Na2CO3 + 4AlF3 2(3NaF.AlF3) + Al2O3 Setelah sel beroperasi selama berminggu-minggu, elektrolit itu menjadi kekurangan AlF3 karena senyawa-senyawa yang mengandung banyak AlF3 menguap dan karena reaksi dengan sisa soda kaustik di dalam alumina dan hidrolisis dari udara atau bahan yang ditambahkan.
3Na2O + 4AlF3 2(3NaF.AlF3) + Al2O3 3H2O + 2AlF3 Al2O3 + 6HF
2.7. Pengendalian Gas HF Fluorida yang menguap serta gas hiodrogen fluorida yang keluar dikumpulkan,
bersama dengan gas-gas lain yang keluar dari sel, di dalam sangkok atau manifol pengumpul gas dan dilewatkan melalui talang ke suatu fasilitas terpusat untuk pengolahan dan pengumpulan gas. Bahan-bahan butiran dipulihkan di dalam pembasuh kering kemudian HF bereaksi dengan Al2O3 dan kemudian diumpankan ke dalam sel. Pemulihan ini harus efektif sekali, karena sisa fluorida sedikit saja di udara dapat menyebabkan kerusakan pada tumbuh-tumbuhan. Oleh karena ada bagian yang hilang dari elektrolit. AlF3 perlu ditambahkan secara berkala untuk menjaga komposisi. Gamping yang terdapat sebagai ketidakmurnian sedikit di dalam alumina biasanya sudah cukup untuk menjaga konsentrasi fluorspar karena ada reaksi:
3CaO + 2AlF3 3CaF2 + Al2O3
Universitas Sumatera Utara
2.8. Kebutuhan Alumina Selama beroperasinya sel, terjadi pembentukan kerak di atas permukaan penangas
lebur. Alumina ditambahkan ke atas kerak ini dan alumina akan mengalami pemanasan selanjutnya melepaskan kandungan airnya. Kerak itu dipecahkan secara berkala dan alumina itu diaduk ke dalam penangas agar konsentrasinya tetap berada di sekitar 2% sampai 6%. Kebutuhan teoritis alumina adalah 1,89 per kilogram aluminium. Tetapi dalam praktiknya, angkanya kira-kira 1,91. Bila kadar alumina di dalam penangas itu sudah berkurang dan efek anoda berlangsung pada anoda itu terbentuk suatu lapisan tipis karbon tetrafluorida di penangas itu tidak dapat lagi membatsi permukaan anoda. Dalam hal ini voltase sel akan naik dan ini terlihat dari lampu peringatan atau lonceng yang dihubungkan dengan sel dan hanya bekerja jika sel beroperasi tidak normal. Bila ini terjadi, alumina kemudian diadukkan ke dalam sel, walaupun waktunya bukanlah waktu penambahan berkala yang direncanakan. Mengenai mekanisme yang sebenarnya dari pelarutan alumina di dalam penangas dan bagaimana mekanisme dekomposisi elektrolitnya masih belum jelas. Tetapi pada akhirnya ialah pembebasan oksigen pada anoda dan pengendapan logam aluminium pada katoda. Oksigen itu bergabung dengan anoda karbon menghasilkan CO dan CO2 tetapi kebanyakan adalah CO2.
(Austin, G.T., 1990)
Universitas Sumatera Utara
2.9. Anode Effect Anode effect adalah peristiwa naiknya tegangan listrik pot secara tiba-tiba karena
kadungan alumina di dalam elektrolit sangat rendah. Anode effect dapat dihentikan dengan menambahkan alumina ke dalam elektrolit sambil menaik turunkan anoda sehingga gas-gas di bawah anoda dapat keluar. Pekerjaan seperti ini dapat dilakukan dengan komputer maupun secara manual bila program komputer tidak berhasil melakukannya. Selain itu, menurunnya kadar alumina di dalam kriolit akan menyebabkan kriolit berhenti membasahi anoda dan gelembung gas akan berkumpul di permukaan anoda dan bila lapisan ini pecah, maka akan menimbulkan percikan bunga api atau funkentladung (bahasa German), sehingga anode effect disebut para operator juga sebagai funken.
Anode effect dapat menyebabkan terhambatnya aliran arus dari anoda ke katoda. anode effect dapat menyebabkan peningkatan tegangan permukaan pada anoda atau lapisan elektrolit yang berada pada kerapatan arus krisis. Selain itu kekentalan juga mempengaruhi terjadinya anode effect karena gelembung gas pada anoda sulit bergerak keluar. Kekentalan yang tinggi terjadi karena rendahnya temperatur operasi.
Jika selama proses elektrolisa kandungan alumina dalam kriolit rendah, maka akan menyebabkan sudut pembasahan anoda oleh kriolit besar. Akibatnya gelembunggelembung gas mudah berkumpul pada permukaan anoda yang berada dalam kriolit. Jika hal tersebut sering terjadi dalam pot, maka operasi tidak akan stabil dan akan mempengaruhi produksi dan CE (Current Efficiency) akan rendah.
Universitas Sumatera Utara
Anode effect dihasilkan jika kandungan alumina yang terlarut dalam kriolit rendah atau sekitar 1-1,5% dalam kriolit. Selama berlangsungnya anode effect tegangan sel meningkat karena intensitas arus listrik dijaga konstan dalam sel-sel yang terhubung dalam satu rangkaian. Tegangan dapat bervariasi dari 10-50 volt, tergantung pada kondisi operasi dari sel terutama di bagian anoda. Walaupun memberikan banyak dampak negatif terhadap proses elektrolisa maupun kondisi pot, namun anode effect juga sangat penting untuk operasi tungku reduksi. Semua alumina yang ditambahkan terkonsumsi dan pot tersebut tidak mengalami overfeeding atau pemasukan alumina yang berlebihan. (Alcan Alesa Engineering Ltd, 2007)
Universitas Sumatera Utara
BAB 3 METODE PENELITIAN
3.1. Alat-alat yang Digunakan dalam Penelitan - Round bar - Corong untuk bath - Case bath - Batang besi - Kereta alat - Thermocouple
3.2. Bahan-bahan yang Digunakan dalam Penelitan - Larutan bath (Na3AlF6) - Alumina (Al2O3) - Aluminium Flourida (AlF3)
Universitas Sumatera Utara
3.3. Prosedur A. Pengambilan sampel dan analisa keasaman bath
- Dibuka pintu pot bagian tap. - Bebaskan permukaan bath dari kerak, alumina atau lumpur dengan
menggunakan batang besi. - Ambil bath atau kriolit dengan menggunakan round bar. - Lebaskan bath dari round bar dan masukkan ke cast bath melalui corong. - Tutup kembali pintu pot bagian tap. - Bawa contoh bath ke bagian analisa. - Tentukan komposisi bath dengan menggunakan metode X-Ray. - Data keasaman bath dikirim ke computer proses untuk pengolahan data
selanjutnya. B) Pengukuran Temperatur Bath
- Buka pintu pot bagian tap. - Bebaskan permukaan bath dari kerak, alumina atau lumpur dengan
menggunakan batang besi. - Celupkan thermocouple ke dalam bath. - Ukur temperatur bath dan dicatat hasilnya.
Universitas Sumatera Utara
- Tutup kembali pintu pot bagian tap. - Data bath temperatur diinputkan ke computer proses untuk pengolahan data
selanjutnya.
Universitas Sumatera Utara
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Data Percobaan Dari percobaan didapat data seperti yang dapat dilihat dalam Tabel 4.1. Tabel 4.1. Data Hasil Pengamatan Pot R.546 PT INALUM
Date
28/ 12 / 2010 29/ 12 / 2010 30/ 12 / 2010 31/ 12 / 2010 01/ 01 / 2011 02/ 01 / 2011 03/ 01 / 2011 04/ 01 / 2011 05/ 01 / 2011 06/ 01 / 2011 07/ 01 / 2011 08/ 01 / 2011 09/ 01 / 2011 10/ 01 / 2011 11/ 01 / 2011 12/ 01 / 2011 13/ 01 / 2011 14/ 01 / 2011 15/ 01 / 2011 16/ 01 / 2011 17/ 01 / 2011 18/ 01 / 2011 19/ 01 / 2011 20/ 01 / 2011 21/ 01 / 2011 22/ 01 / 2011 23/ 01 / 2011 24/ 01 / 2011 25/ 01 / 2011 26/ 01 / 2011
AlF3( % )
12,6 12,6 12,6 12,6 11,5 11,5 11,5 11,5 9,2 9,2 9,2 9,7 9,7 9,7 9,7 14,4 14,4 14,4 13,2 13,2 13,2 13,2 6,6 6,6 6,6 11,3 11,3 11,3 11,3 14,2
Bath Temp. ( oC)
931 937 951 957 957 957 956 957 961 959 952 952 952 935 945 948 948 936 936 936 991 986 973 975 962 962 962 953 947 935
Universitas Sumatera Utara
4.2. Perhitungan Perhitungan Jumlah Penambahan AlF3 pada Tanggal 01/01/2011: AlF3 =
dimana:
• Konsumsi AlF3 berdasarkan umur = 20,1 kg
• Kuantitas Bath
= 40
•α
= 0,50
•β
= 0,50
a) Perhitungan Bath Temperatur (oC):
- BT rata-rata 3 hari sebelumnya = 937 + 951 + 957 / 3 = 948,3 oC
- BT saat perhitungan
= 957 oC
- Formula BT
= (BT rata-rata 3 hari sebelumnya x 25%) + (BT saat perhitungan x 75%) = (948,3 x 25%) + (957 x 75%) = 954,825 oC
b) Perhitungan Keasaman Bath Sa (%):
- Sa rata-rata 3 hari sebelumnya = 12.6 + 12,6 +12,6 / 3 = 12,6 %
- Sa saat perhitungan
= 11,5 %
- Formula Sa
= (Sa rata-rata 3 hari sebelumnya x 25%) + (Sa saat perhitungan x 75%)
= (12.6 x 25%) + (11,5 x 75%) = 11,775%
Universitas Sumatera Utara
c) Perhitungan Jumlah Unit Penambahan AlF3: AlF3 =
= = = = = = 2 unit = 20 kg
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.2. Tabel Penambahan AlF3
Date
28/ 12 / 2010 29/ 12 / 2010 30/ 12 / 2010 31/ 12 / 2010 01/ 01 / 2011 02/ 01 / 2011 03/ 01 / 2011 04/ 01 / 2011 05/ 01 / 2011 06/ 01 / 2011 07/ 01 / 2011 08/ 01 / 2011 09/ 01 / 2011 10/ 01 / 2011 11/ 01 / 2011 12/ 01 / 2011 13/ 01 / 2011 14/ 01 / 2011 15/ 01 / 2011 16/ 01 / 2011 17/ 01 / 2011 18/ 01 / 2011 19/ 01 / 2011 20/ 01 / 2011 21/ 01 / 2011 22/ 01 / 2011 23/ 01 / 2011 24/ 01 / 2011 25/ 01 / 2011 26/ 01 / 2011
AlF3 ( % )
12,6 12,6 12,6 12,6 11,5 11,5 11,5 11,5 9,2 9,2 9,2 9,7 9,7 9,7 9,7 14,4 14,4 14,4 13,2 13,2 13,2 13,2 6,6 6,6 6,6 11,3 11,3 11,3 11,3 14,2
Bath Temp. ( oC)
931 937 951 957 957 957 956 957 961 959 952 952 952 935 945 948 948 936 936 936 991 986 973 975 962 962 962 953 947 935
AlF3 Addition ( Kg)
0 0 10 20 20 20 20 20 30 30 20 10 10 0 10 0 0 10 10 10 50 60 60 40 40 50 40 20 10 0
Universitas Sumatera Utara
4.3. Pembahasan Agar proses elektrolisis dapat berlangsung dengan optimal di dalam pot reduksi,
suhu lelehan harus dikontrol dengan baik. Dimana temperatur dan keasaman bath harus dijaga antara 955 + 10oC dan 9,5 + 1,5 %. Untuk menjaga itu, salah satu hal yang dapat dilakukan yaitu dengan penambahan Aluminium Fluorida (AlF3) ke dalam pot reduksi yang sifatnya sebagai katalisator.
Untuk mengetahui berapa jumlah penambahan AlF3 ke dalam pot reduksi, maka perlu diketahui berapa temperatur dan keasaman bath. Untuk mengetahui keasaman bath didapatkan data dari bagian analisis yang bertugas menganalisa keasaman bath dengan menggunakan spektrofotometer X-Ray setelah itu dilaporkan ke bagian Procom dalam bentuk daily report. Sedangkan data temperatur didapatkan dari bagian Measuring dengan pengukuran secara manual menggunakan thermocouple.
Banyaknya AlF3 yang dimasukkan ke dalam pot reduksi jumlahnya bervariasi, tergantung pada temperatur dan keasaman bath di pot reduksi tersebut. Dari data yang didapat terlihat bahwa semakin tinggi temperatur dan semakin rendah keasaman bath maka semakin banyak jumlah AlF3 yang dibutuhkan untuk menjaga proses elektrolisa dapat berlangsung dengan optimal. Namun, tidak menutup kemungkinan dengan tidak memasukkan AlF3 sama sekali ke dalam pot reduksi juga merupakan tindakan menjaga proses elektrolisa dapat berlangsung dengan optimal. Hal seperti ini dapat terjadi ketika temperatur semakin rendah dan keasaman bath terus meningkat.
Penambahan Aluminium Flourida (AlF3) yang dilakukan PT Indonesia Asahan Aluminium maksimum untuk sekali penambahan yaitu sebanyak 40 Kg. Namun, dapat
Universitas Sumatera Utara
juga dilakukan penambahan AlF3 di atas 40 Kg, tetapi penambahannya dilakukan secara bertahap. Pemasukan AlF3 pada umumnya dilakukan pada shift III atau shift I setiap harinya, namun apabila diperlukan dapat juga dilakukan pada shift II. Hal ini dilakukan karena apabila penambahan dilakukan secara sekaligus dapat mengakibatkan keasaman bath terlalu tinggi dari yang telah ditentukan dan dapat mengakibatkan terbentuknya lumpur alumina karena alumina tidak bereaksi sempurna.
Universitas Sumatera Utara
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan Dari data percobaan dapat disimpulkan bahwa: a. Semakin tinggi temperatur bath dalam pot reduksi maka semakin besar pula kebutuhan akan penambahan AlF3. b. Semakin rendah keasaman bath maka semakin besar kebutuhan akan penambahan AlF3. c. Semakin besar jumlah AlF3 yang ditambahkan, maka semakin besar pula perubahan temperatur dan keasaman bath.
5.2. Saran a. Sebaiknya perusahaan lebih memberi perhatian yang besar terhadap pemasukan AlF3 kedalam pot reduksi agar temperature dan keasaman bath dapat terjaga secara optimal. b. Sebaiknya perusahaan membuat suatu pot percobaan, agar produktivitas aluminium lebih maksimal.
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR PUSTAKA
Alcan Alesa Engineering, Ltd. 2007. Electrolysis Seminar. Switzerland: Max-Hogger. Anonymous. 2007. Modul Pelatihan Operasi Tungku Reduksi. Edisi II. PT INALUM. Anton, J.H. 1992. Mengenal Lapisan Logam. Yogyakarta: Andi Offset. Austin, G.T. 1990. Industi Proses Kimia. Jakarta: Erlangga. Burkin, A.R. 1987. Production of Aluminium and Alumina. New York: Jhon Willey. Grjotheim,K. and Kvande,H. 1993. Introduction to Aluminium Electrolysis. Second
Edition. Dosseidorf: Aluminium Verlage. Gruber, K. 1977. Pengetahuan Bahan dalam Pengerjaan Logam. Bandung: Angkasa. Jodi, B.J. 1992. Recycling of Aluminium Salt Cake. New York: J Res Management and
Technical.
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN
Universitas Sumatera Utara
Grafik 1 Perbandingan antara Tingkat Keasaman Bath dengan Jumlah Pemasukan AlF3
Grafik 2 Perbandingan antara Temperatur Bath dengan Jumlah Pemasukan AlF3
Universitas Sumatera Utara
Grafik 3 Perbandingan antara Temperatur Bath dengan Tingkat Keasaman Bath
Universitas Sumatera Utara
KARYA ILMIAH
RAHMAD DENNIE AGUSTIN POHAN 082409052
PROGRAM STUDI DIPLOMA-III KIMIA INDUSTRI DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2012
Universitas Sumatera Utara
PENGARUH TEMPERATUR DAN KEASAMAN BATH TERHADAP PENAMBAHAN AlF3 PADA POT REDUKSI DI PT INDONESIA ASAHAN ALUMINIUM
KARYA ILMIAH
Diajukan untuk melengkapi dan memenuhi syarat mencapai gelar Ahli Madya
RAHMAD DENNIE AGUSTIN POHAN 082409052
PROGRAM STUDI DIPLOMA-III KIMIA INDUSTRI DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2012
Universitas Sumatera Utara
PERSETUJUAN
Judul
Nama No Induk Mahasiswa Program Studi Departemen Fakultas
: PENGARUH TEMPERATUR DAN KEASAMAN BATH TERHADAP PENAMBAHAN AlF3 PADA POT REDUKSI DI PT INDONESIA ASAHAN ALUMINIUM : RAHMAD DENNIE AGUSTIN POHAN : 082409052 : KIMIA INDUSTRI D-III : KIMIA : MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM (FMIPA) UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Diluluskan di Medan, Juli 2012
Diketahui / Disetujui Koordinator Program Studi Kimia Industri
Dosen Pembimbing
Dra.Emma Zaidar Nst,M.Si NIP 195408301985032001
Prof. Dr. Harry Agusnar, M.Sc, M.Phil NIP 195308171983031002
Departemen Kimia FMIPA USU Ketua
Dr. Rumondang Bulan, MS NIP.195408301985032001
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN
PENGARUH TEMPERATUR DAN KEASAMAN BATH TERHADAP PENAMBAHAN AlF3 PADA POT REDUKSI DI PT INDONESIA ASAHAN
ALUMINIUM KARYA ILMIAH
Saya mengakui bahwa karya ilmiah ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Juli 2012
R. DENNIE. A. POHAN 082409052
Universitas Sumatera Utara
PENGHARGAAN
Puji syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah yang berjudul PENGARUH TEMPERATUR DAN KEASAMAN BATH TERHADAP PENAMBAHAN AlF3 PADA POT REDUKSI DI PT INDONESIA ASAHAN ALUMINIUM.
Karya ilmiah ini disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Ahli Madya pada program studi Kimia Industri D-3 fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
Pada Kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Kedua orang tua beserta seluruh keluarga tercinta yang banyak memberikan dukungan moril dan materil serta doa yang tidak henti-hentinya untuk penulis.
2. Bapak Prof. Dr. Harry Agusnar, M.Sc, M.Phil selaku dosen pembimbing yang bersedia meluangkan waktu, tenaga dan pikiran untuk membantu penulis menyesaikan karya ilmiah ini.
3. Bapak DR. Sutarman, M.Sc selaku dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
4. Ibu DR. Rumondang Bulan, MS selaku ketua Departemen Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
5. Ibu Dra.Emma Zaidar Nst,M.Si selaku ketua program studi D-III Kimia Industri Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara dan juga selaku Dosen Pembimbing Akademik saya.
6. Seluruh staff pengajar dan pegawai Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
7. PT. Indonesia Asahan Aluminium atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk melaksanakan Praktek Kerja Lapangan.
Universitas Sumatera Utara
8. Pimpinan managerial, staff dan seluruh karyawan PT. Indonesia Asahan Aluminium khususnya Bapak Syafri dan Bapak Faisal Hidayat yg bersedia membimbing penulis selama melaksanakan Praktek Kerja Lapangan.
9. Sahabat – sahabat penulis khususnya Anugerah Munawir, Ayu Karmila, Anonna, Rio Karnawan, Siti Nur Janna, Dinna, Nur Anna Utami yang telah memberikan motivasi kepada penulis mulai dari mengikuti Praktikum Kerja Lapangan hingga selesainya karya ilmiah ini.
10. Rekan-rekan di Kimia Industri stambuk 2008 yang telah memberikan informasi dan dukungan kepada penulis dalam menyelesaikan karya ilmiah ini.
11. Semua pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan karya ilmiah ini yang tidak mungkin penulis sebutkan satu persatu. Penulis menyadari bahwa karya ilmiah ini masih terdapat kekurangan dan masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu penulis mengharapkan kritikan dan saran yang membangun demi kesempurnaan karya ilmiah ini. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat bagi kita semua.
Medan, Juli 2012 Penulis,
R. DENNIE. A. POHAN
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK Penambahan AlF3 sangat berperan dalam menjaga kestabilan pot reduksi sehingga menghasilkan produktivitas yang tinggi. Beberapa faktor yang mempengaruhi penambahan AlF3 yaitu teperatur dan keasaman Bath. Dari data pengamatan diketahui bahwa temperatur dan keasaman Bath yang optimal untuk menjalankan proses elektrolisa dengan sempurna serta menjaga kondisi pot tetap stabil yaitu sebesar 955 + 10oC dan 9,5 + 1,5%.
Universitas Sumatera Utara
THE EFFECT OF BATH TEMPERATURE AND BATH ACIDITY TO AlF3 ADDITION IN REDUCTION POT AT PT.INDONESIA ASAHAN ALUMINIUM
ABSTRACT The addition AlF3 is very useful in keeping stability of reduction pot for producing high productivity. Some factors that influence are bath temperature and bath acidity. Bath on data found that the optimum values both bath temperature and bath acidity to conduct the electrolysis perfectly and maintain the pot stable are 955 + 10oC and 9,5 + 1,5%.
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
PERSETUJUAN ........................................................................................... ii PERNYATAAN ............................................................................................. iii PENGHARGAAN ........................................................................................ iv ABSTRAK ..................................................................................................... vi ABSTRACT .................................................................................................. vii DAFTAR ISI ................................................................................................. viii DAFTAR TABEL ......................................................................................... x
BAB 1. PENDAHULUAN ........................................................................ 1 l.1. Latar Belakang .......................................................................... 1 l.2. Permasalahan ............................................................................ 2 1.3. Tujuan ...................................................................................... 5 1.4. Manfaat .................................................................................... 5
BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA ................................................................ 4 2.1. Aluminium ................................................................................ 4
Universitas Sumatera Utara
2.2. Sejarah Aluminium................................................................... 6 2.3. Proses Pengolahan Alumina .................................................... 7 2.4. Elektrolit (Kriolit [(Na3AlF6)]) ................................................ 9 2.5. Jenis Sel yang Digunakan dalam Proses Hall-Heroult........... 11 2.6. Pengendalian Komposisi Kriolit.............................................. 12 2.7. Pengendalian Gas HF ............................................................... 13 2.8. Kebutuhan Alumina ................................................................. 14 2.9. Anode Effect.............................................................................. 14
BAB 3. BAHAN DAN METODE ............................................................... 16 3.1. Alat-alat .................................................................................... 16 3.2. Bahan-bahan ............................................................................ 16 3.3. Prosedur ................................................................................. 17
BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN ...................................................... 19 4.1. Data Percobaan ........................................................................ 19 4.2. Perhitungan .............................................................................. 20
Universitas Sumatera Utara
4.3. Pembahasan ............................................................................. 23 BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN ..................................................... 25
5.1. Kesimpulan .............................................................................. 25 5.2. Saran ......................................................................................... 25 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL Tabel 4.1. Data Hasil Pengamatan Pot R.546 PT. INALUM ............... 19 Tabel 4.2. Data Penambahan AlF3 ......................................................... 22
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK Penambahan AlF3 sangat berperan dalam menjaga kestabilan pot reduksi sehingga menghasilkan produktivitas yang tinggi. Beberapa faktor yang mempengaruhi penambahan AlF3 yaitu teperatur dan keasaman Bath. Dari data pengamatan diketahui bahwa temperatur dan keasaman Bath yang optimal untuk menjalankan proses elektrolisa dengan sempurna serta menjaga kondisi pot tetap stabil yaitu sebesar 955 + 10oC dan 9,5 + 1,5%.
Universitas Sumatera Utara
THE EFFECT OF BATH TEMPERATURE AND BATH ACIDITY TO AlF3 ADDITION IN REDUCTION POT AT PT.INDONESIA ASAHAN ALUMINIUM
ABSTRACT The addition AlF3 is very useful in keeping stability of reduction pot for producing high productivity. Some factors that influence are bath temperature and bath acidity. Bath on data found that the optimum values both bath temperature and bath acidity to conduct the electrolysis perfectly and maintain the pot stable are 955 + 10oC and 9,5 + 1,5%.
Universitas Sumatera Utara
BAB 1 PENDAHULUAN
l.l. Latar Belakang PT INALUM adalah perusahaan patungan antara pemerintah Indonesia dengan 12
perusahaan Jepang yang tergabung dalam NAA (Nippon Asahan Aluminium), dengan perbandingan saham 41,12% untuk pemerintah Indonesia dan 59,88% untuk NAA. PT INALUM adalah satu-satunya perusahaan peleburan aluminium di Indonesia bahkan Asia Tenggara.
PT INALUM memproduksi aluminium melalui proses elektrolisa yang menggunakan prinsip Hall-Heroult. Bahan baku yang digunakan untuk memproduksi aluminium ini adalah alumina yang diperoleh dari biji-biji bauksit melalui proses Bayer.
Aluminium mempunyai titik lebur 2000oC, namun dengan proses elektrolisa metode Hall-Heroult yang menggunakan larutan kriolit (Na3AlF6), aluminium dapat diperoleh pada temperatur 1000oC, dan dengan memasukkan zat adiktif seperti AlF3, CaF2, dan bahan-bahan lain yang mungkin terdapat di dalam bahan baku, maka aluminium sapat diperoleh pada temperatur 960oC sampai 970oC.
Penambahan AlF3 adalah suatu cara untuk menjaga proses elektrolisa dapat berjalan dengan baik serta menjaga kondisi pot, selama proses elektrolisa berlangsung di
Universitas Sumatera Utara
dalam pot terjadi perubahan komposisi elektrolit secara terus-menerus. Oleh karena itu, penambahan AlF3 bertujuan untuk menjaga temperatur dan kandungan AlF3 itu sendiri dalam larutan elektrolit yang dijaga dari 9,5 + 1,5 % dan 955 + 10oC.
Jika temperatur elektrolit terlalu tinggi maka dapat menibulkan kabut metal dimana dalam hal ini terjadi reaksi balik aluminium menjadi alumina sebagai berikut.
2Al (l) + 3CO2 (g)
Al2O3 (sat) + 3CO (g)
Demikian juga sebaliknya jika temperatur terlalu rendah maka proses elektrolisa tidak dapat berlangsung.
Untuk menjaga temperatur dan keasaman Bath tetap terjaga seperti yang telah ditentukan maka dilakukan pengontrolan penambahan AlF3 ke dalam pot.
Ada dua hal yang mempengaruhi penambahan AlF3, yaitu temperatur dan keasaman Bath. Oleh karena itu, penulis tertarik untuk mengetahui Pengaruh Temperatur dan Keasaman Bath Terhadap Penambahan AlF3 pada Pot Reduksi di PT Indonesia Asahan Aluminium Kuala Tanjung.
1.2. Identifikasi Masalah
Pengaturan penambahan AlF3 merupakan bagian yang sangat penting dalam proses elektrolisa agar mendekati proses elektrolisa yang sempurna, karena penambahan AlF3 berpengaruh dalam pengontrolan suhu lelehan Bath, dimana suhu Bath dijaga antara 955 + 10oC. Namun terlalu sedikit atau terlalu banyak komposisi AlF3 dalam Bath akan
Universitas Sumatera Utara
merusak kesetimbangan di dalam pot dan menimbulkan efek negatif terhadap proses elektrolisa. Masalahnya adalah berapa jumlah pemasukan AlF3 ke dalam pot yang optimal.
1.3. Tujuan Untuk mengetahui pengaruh temperatur dan keasaman bath terhadap pemasukan
AlF3 ke dalam pot reduksi di PT Indonesia Asahan Aluminium.
1.4. Manfaat a) Dapat menentukan temperatur dan keasaman Bath yang paling optimal untuk digunakan pada pot reduksi di PT Indonesia Asahan Aluminium. b) Dapat mengetahui cara menjaga temperatur dan keasaman Bath yang optimal pada pot reduksi PT Indosesia Asahan Aluminium. c) Dapat menjaga kestabilan pot dan dapat memperpanjang umur pot reduksi.
Universitas Sumatera Utara
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Aluminium
Aluminium adalah logam ringan yang cukup penting penarannya dalam
kehidupan manusia. Aluminium merupakan unsur kimia golongan IIIA dalam sistim
periodik unsur. Aluminium merupakan nomor atom 13 dan berat atom 26,9815 sma.
Dalam udara bebas aluminium mudah teroksidasi membentuk lapisan tipis oksida Al2O3 yang tahan karat. Aluminium bersifat amfoter yang terkorosi dalam larutan asam maupun
basa, tetapi pada pH 4-8 bersifat stabil.
(Anton J Hartono, l992)
Di dalam usaha logam, ada dua logam ringan yang digunakan secara tersendiri, aluminium dan magnesium. Aluminium adalah logan yang paling banyak digunankan setelah baja. Logam ini ditemukan pada tahun 1872 oleh seorang kimiawan Jerman Friedrich Wohler.
Aluminium umunya ditemukan di atas bumi dalam bentuk senyawa kimia, dan tidak pernah ditemukan dalam keadaan murni.
Bahan dasar terpenting untuk pembuatan aluminium ialah bauksit. Bauksit ditemukan dalam bermacam-macam warna, antara lain putih, merah, kuning dan lain-lain. Di Eropa, bauksit banyak ditemukan di Prancis, Italia, Rusia dan Hongaria. Bauksit juga banyak ditemukan di Afrika, Amerika, Asia dan Australia. Melalui proses elektrolisa
Universitas Sumatera Utara
diperoleh derajat kemurnian sebesar 99,8%. Dari aluminium murni ini dihasilkan aluminium 99,998 melalui suatu elektrolisa khusus.
Beberapa sifat dari aluminium murni yaitu berat jenisnya rendah sekitar 2,7 kg/dm3, berwarna putih seperti perak, mengkilap, memiliki daya hantar panas listrik yang baik, ketahanan karatnya tinggi. Aluminium menyelaputi diri di udara dengan sebuah lapisan oksida (pelindung) yang tidak mudah dirusak. Aluminium tidak tahan terhadap alkali dan asam. Karena kekerasannya rendah, aluminium kurang baik untuk diubah bentuk dengan penyerpihan dan cenderung untuk melumas. Untuk itu diperlukan sudut serpih yang besar, kecepatan sayat yang tinggi dan bahan pelumas yang cocok.
Aluminium sangat lunak dan mudah direnggangkan sehingga mudah diubah bentuk dalam keadaan dingin atau panas. Dengan penggilingan dapat dihasilkan selaput setebal 0,004 mm. Melalui pemartilan bahkan dapat dicapai ketebalan 0,0005 mm. Aluminium dapat disolder dan dilas begitu saja. Untuk ini diperlukan bahan pelumas dan bahan las.
Aluminium tidak beracun dan tidak tidak magnetis, merupakan reflector (pemantul balik) yang baik untuk panas, cahaya dan gelombang-gelombang elektromagnetis.
Di dalam elektroteknik, di samping berbagai macam paduan aluminium dalam bentuk lembaran, pipa, batang, benda tuangan, dan profil untuk bahan konstruksi dan sambungan. Aluminium dipakai pula dalam jumlah besar sebagai bahan penghantar. Dalam bentuk tali baja-aluminium digunakan untuk transmisi tergangan tinggi dengan pembebanan mekanis tertinggi. Kawat baja yang dilapisi seng dan dipersatukan secara
Universitas Sumatera Utara
kokoh dengan aluminium dapat menghasilkan penghantar arus yang memiliki ketahanan yang tinggi. Di dalam perakitan kabel, aluminium digunakan sebagai penghantar nol (netral). Pada batang penghantar arus, aluminium yang digabungkan dengan tembaga berpenampang menghasilkan lebih panas yang baik, dan biayanya dapat dihemat hingga 50%.
Lilitan dari aluminium di dalam mesin listrik pada umum nya membutuhkan penampang yang lebih besar daripada yang terbuat dari yembaga. Tetapi oksidasi anodis menghasilkan lapisan luar yang sangat menyengat, tahan panas dan tipis. Dalam selubung oksid ini penghantar aluminium mencapai tebal yang sama dengan tebal sebuah penghantar tembaga beserta penyekatnya pada nilai hantaran yang setara.
(Gruber, K,. l977)
2.2. Sejarah Aluminium Aluminium pertama sekali ditemukan sekitar 160 tahun yang lalu dan mulai
diproduksi secara industri sekitar 90 tahun yang lalu. Sejarah penemuan aluminium dapat diuraikan sebagai berikut:
1. Pada tahun 1782, seorang ilmuwan Prancis bernama Lavoiser telah menduga bahwa aluminium merupakan logam yang terkandung dalam alumina.
2. Pada tahun 1807, seorang ahli kimia Inggris bernama Humphrey Davy berhasil memisahkan alumina secara elektrokimia. Logam yang diperoleh diperoleh dari pemisahan ini adalah aluminium.
Universitas Sumatera Utara
3. Pada tahun 1821, bauksit ditemukan di kota Lesbaux wilayah Prancis Selatan. 4. Pada tahun 1825, seorang ahli kimia Denmark, Orsted berhasil memisahkan
aluminium murni dan stabil dengan cara memanaskan aluminium klorida dengan kalium amalgam dan kemudian memisahkan merkurinya dengan destilasi. 5. Pada tahun 1886, seorang mahasiswa dari Oberlin Collage di Ohio Amerika Serikat yang bernama Charles Martin Hall menemukan bahwa aluminium dapat dihasilkan dengan cara melarutkan alumina dalam larutan kriolit pada temperatur 960oC dalam bentuk kotak yang dilapisi logam karbon dan kemudian melewatkan arus melalui ruang tersebut. Pada tahun yang sama seorang ahli kimia berkebangsaan Prancis bernama Paul Heroult menemukan proses yang sama dengan penemuan Charles Martin Hall, sehingga cara menghasilkan aluminium seperti ini disebut proses Hall-Heroult. 6. Pada tahun 1888, seorang ahli kimia Jerman yang bernama Karlf Josept Bayern merupakan cara menghasilkan alumina seperti ini disebut dengan Proses Bayer
(Jodi B J., 1992)
2.3. Proses Pengolahan Alumina Bauksit merupakan sumber utama dengan kadar sekitar 40-60% dan sisanya
merupakan silikon, titania, oksida, besi dan pengotor lainnya. Alumina merupakan bahan
Universitas Sumatera Utara
baku utama dalam bentuk bubuk putih untuk memproduksi aluminium. Alumina diperoleh dari bauksit melalui proses Bayer, alumina yang diperoleh dari proses Bayer ini mempunyai kemurnian yang tinggi dan dengan konsumsi energi yang rendah.
Proses pengolahan alumina dari bauksit dengan proses Bayer dilakukan dengan proses kimia. Proses ini diawali dengan melarutkan bauksit ke dalam Natrium Hidroksida.
Al2O3.xH2O + 2NaOH 2NaAlO2 + (x-1)H2O
Selanjutnya dilakukan pengendapan, sehingga
2NaAlO2 + 4H2O + kalor dengan temperatur kalsinasi sekitar 1250oC.
Al2O3 + 3H2O
Alumina yang telah diperoleh dari proses Bayer tersebut selanjutnya diproses untuk memperoleh aluminium. Proses yang dilakukan merupakan proses Hall-Heroult. Prinsipnya adalah mereduksi alumina dengan melalui proses elektrolisa. Karena alumina sangat sulit untuk dilarutkan dalam pelarut biasa, maka kriolit digunakan sebagai elektrolitnya.
Peleburan aluminium melalui reduksi alumina yang dilakukan secara elektrolisis dalam larutan elektrolit pada temperatur 960oC. Dengan mengalirkan arus searah ke dalamnya melalui dua elektroda yaitu anoda dan katoda sehoingga akan terjadi proses elektrolisa yang akan menghasilkan aluminium cair.
(Burkin A R., 1987)
Universitas Sumatera Utara
2.4 Elektrolit [Kriolit (Na3AlF6)] Dalam proses peleburan aluminium secara elektrolisa, media penghantar arus
listrik yang digunakan yaitu elektrolit. Bahan baku utama dari elektrolit yang digunakan untuk peleburan aluminium adalah kriolit (Na3AlF6) disamping bahan-bahan tambahan lainnya.
Bath adalah peleburan dari kriolit (Na3AlF6) yang terionisasi menjadi ion natrium (ion positif) dan ion heksaflouroaluminat (ion (-)) :
(Na3AlF6)
3Na+ + AlF63-
Ion-ion heksafluoroaluminat akan terurai lagi menjadi :
AlF632e + AlF63-
AlF53- + FAlF54- + F-
Leburan kriolit sangat baik sebagai pelarut alumina (Al2O3) karena ion-ion AlF63- reaktif
terhadap alumina (Al2O3).
Pada konsentrasi alumina (Al2O3) yang rendah reaksi, reaksi yang terjadi yaitu :
(Al2O3) + AlF63-
2Al2OF6 + 6F-
Pada konsentrasi alumina (Al2O3) yang tinggi reaksi yang terjadi yaitu :
2Al2O3 + 2AlF63-
3Al2O2F42-
Ion-ion yang ada didalam bath yaitu :
Na+, F-, AlF52-, AlF63-, Al2O2F42-, -, Al2OF62-
Ion-ion dengan muatan positif (+) akan tertarik ke katoda dan yang bermuatan negatif (-) akan tertarik ke anoda. Ion Na+ membawa 95% - 99% arus listrik, sisanya ion F-. sifat-
Universitas Sumatera Utara
sifat yang diperlukan untuk kriolit (Na3AlF6), berikut adalah tabel mengenai komponen dan kandungan bath pada dapur peleburan ditunjukkan pada tabel 2.1.
TABEL 2.1 KOMPONEN BATH PADA DAPUR PELEBURAN ALUMINIUM
Komponen
Kandungan %
Aluminium Fluorida (AlF3)
5–8
Kalsium Fluorida (CaF2)
3–4
Alumina (Al2O3)
1–8
Kriolit (Na3AlF6)
79 -90
Sumber : Operasi Pot Reduksi PT.INALUM. (Anonymous, 2003)
Bahan elektrolit ditambahkan melalui sel di sekitar anoda, pada waktu bahan ini berangsur-angsur melebur, anoda itu dinaikkan sehingga selnya beroperasi. Biasanya jarak anoda-katoda kira-kira 5cm. Elektrolit lebur itu sendiri dari kriolit (Na3AlF6) dan sisanya AlF3, serta CaF2 6% sampai 10% dan Al2O3 2% sampai 6%. Sebagian kriolit diimport ke Amerika Serikat dari Greenland, tetapi sebagian besar dibuat secara sintesis dari hidrogen fluorida dan aluminium hidroksida [Al(OH) 3].
Pengendalian komposisi elektrolit merupakan hal yang sama penting dalam proses produksi aluminium. Oleh karena titik leleh kriolit murni adalah 1009oC, elektrolit itu mengandung kalsium fluorida (CaF2) dan sisa AlF3, sehingga sel dapat beroperasi pada suhu sekitar 940oC – 980oC. Kelebihan AlF3 juga dapat meningkatkan efisiensi keasaman yang tinggi pada larutan kriolit. Perbandingan berat NaF:AlF3 didalam kriolit adalah 1:50 kelebihan AlF3 didalam kriolit (Na3AlF6) diatur sedemikian rupa sehingga menghasilkan
Universitas Sumatera Utara
rasio NaF:AlF3 sekitar 1,10 sampai 1,40. Dalam beberapa minggu pertama setelah sel yang baru diberi pelapis itu beroperasi, elektrolit itu diserap dengan cepat kedalam pelapis dan isolasi.
Oleh karena itu untuk memperbaiki sifat-sifat dari eletrolit yang ada maka
biasanya dilakukan penambahan atau pencampuran dengan beberapa zat aditif, seperti:
fluorida atau klorida dari logam alkali, AlF3, CaF2 dan juga biasa digunakan MgF2, LiF,
dan NaCl.
(Grjotheim, 1993)
2.5. Jenis Sel yang Digunakan dalam Proses Hall-Heroult Ada dua jenis sel yang digunakan dalam proses Hall-Heroult, yaitu sel yang
menggunakan seperangkat anoda yang telah dipanggang terlebih dahulu (prapanggang) dan anoda yang memanggang sendiri (swapanggang) atau sering disebut anoda Soderberg. Pada kedua jenis anoda ini, anoda disuspensi dari superstruktur yang menjulur keluar melalui lubang sel dan dihubungkan dengan batangan penghantar anoda yang dapat bergerak sehingga sisi vertikalnya dapat diukur. Blok-blok yang anoda prapanggang dibuat dari campuran kokas migas kalsinasi berkadar abu rendah dengan pitch atau ter dan dicetak dalam press hidraulik, kemudian dipanggang sampai suhu 1100oC.
Sel anoda soderberg mempunyai anoda tunggal yang besar yang mengisi sebagian besar lubang sel. Anoda itu ditempatkan di dalam rumahan baja yang terbuka, yang mempunyai dinding vertikal. Anoda itu dipasangkan melalui rumahan tersebut ke dalam kroilit. Pada waktu sel itu dioperasikan untuk pertama kali, suhunya dinaikkan dengan
Universitas Sumatera Utara
menggunakan pemanasan tahanan listrik sampai mencapai suhu operasi, anoda itu kemudian dihubungkan dengan lapisan partikel kokas pada dasar lubang sel. Arus listrik kemudian dilewatkan melalui sel yang mengalami hubungan singkat itu sampai mencapai suhu yang dikehendaki. Bahan elektrolit ditambahkan melalui lubang sel di sekitar anoda. Pada waktu bahan ini berangsur-angsur melebur, anoda itu dinaikkan sehingga selnya beroperasi. Biasanya jarak anoda dan katoda kira-kira 5 cm. Elektrolit lebur itu terdiri terutama dari kriolit dan sisanya AlF3 serta CaF 6% sampai 10% berat dan Al2O3 2% sampai 6%. Sebagian kriolit diimpor ke Amerika Serikat dari Greenland, tetapi sebagian besar dibuat secara sintesis AlF3 juga dibuat secara sintesis dari Hidrogen Flourida dan Aluminium Hidroksida.
2.6. Pengendalian Komposisi Kriolit Pengendalian komposisi elektrolit merupakan hal yang sangat penting dalam
proses produksi aluminium. Oleh karena itu titik leleh kriolit adalah 1009oC, elektrolit itu mengandung AlF3 dan sisanya flourida (CaF2) yang bersama alumina yang terlarut, dapat menurunkan titik leleh cukup rendah sehingga sel itu dapat beroperasi pada suhu sekitar 940oC sampai 980oC. Kelebihan AlF3 juga dapat meningkatkan efisiensi. Perbandingan berat NaF/AlF3 didalam kriolit adalah 1.50, kelebihan AlF3 di dalam kriolit diatur sedemikian rupa, sehingga menghasilkan rasio NaF/AlF3 sekitar 1,l0 sampai 1.40. Dalam beberapa minggu pertama setelah sel yang baru diberi pelapis itu beroperasi, elektrolit itu diserap dengan cepat ke dalam pelapis dan isolasi. Absorpsi itu terutama terjadi pada bagian yang mengandung Natrium tinggi, sehingga menyebabkan terjadinya penurunan
Universitas Sumatera Utara
rasio NaF/AlF3 sampai di bawah rasio yang dikehendaki. Hal ini diatasi dengan menambahkan bahan alkali seperti soda abu:
3Na2CO3 + 4AlF3 2(3NaF.AlF3) + Al2O3 Setelah sel beroperasi selama berminggu-minggu, elektrolit itu menjadi kekurangan AlF3 karena senyawa-senyawa yang mengandung banyak AlF3 menguap dan karena reaksi dengan sisa soda kaustik di dalam alumina dan hidrolisis dari udara atau bahan yang ditambahkan.
3Na2O + 4AlF3 2(3NaF.AlF3) + Al2O3 3H2O + 2AlF3 Al2O3 + 6HF
2.7. Pengendalian Gas HF Fluorida yang menguap serta gas hiodrogen fluorida yang keluar dikumpulkan,
bersama dengan gas-gas lain yang keluar dari sel, di dalam sangkok atau manifol pengumpul gas dan dilewatkan melalui talang ke suatu fasilitas terpusat untuk pengolahan dan pengumpulan gas. Bahan-bahan butiran dipulihkan di dalam pembasuh kering kemudian HF bereaksi dengan Al2O3 dan kemudian diumpankan ke dalam sel. Pemulihan ini harus efektif sekali, karena sisa fluorida sedikit saja di udara dapat menyebabkan kerusakan pada tumbuh-tumbuhan. Oleh karena ada bagian yang hilang dari elektrolit. AlF3 perlu ditambahkan secara berkala untuk menjaga komposisi. Gamping yang terdapat sebagai ketidakmurnian sedikit di dalam alumina biasanya sudah cukup untuk menjaga konsentrasi fluorspar karena ada reaksi:
3CaO + 2AlF3 3CaF2 + Al2O3
Universitas Sumatera Utara
2.8. Kebutuhan Alumina Selama beroperasinya sel, terjadi pembentukan kerak di atas permukaan penangas
lebur. Alumina ditambahkan ke atas kerak ini dan alumina akan mengalami pemanasan selanjutnya melepaskan kandungan airnya. Kerak itu dipecahkan secara berkala dan alumina itu diaduk ke dalam penangas agar konsentrasinya tetap berada di sekitar 2% sampai 6%. Kebutuhan teoritis alumina adalah 1,89 per kilogram aluminium. Tetapi dalam praktiknya, angkanya kira-kira 1,91. Bila kadar alumina di dalam penangas itu sudah berkurang dan efek anoda berlangsung pada anoda itu terbentuk suatu lapisan tipis karbon tetrafluorida di penangas itu tidak dapat lagi membatsi permukaan anoda. Dalam hal ini voltase sel akan naik dan ini terlihat dari lampu peringatan atau lonceng yang dihubungkan dengan sel dan hanya bekerja jika sel beroperasi tidak normal. Bila ini terjadi, alumina kemudian diadukkan ke dalam sel, walaupun waktunya bukanlah waktu penambahan berkala yang direncanakan. Mengenai mekanisme yang sebenarnya dari pelarutan alumina di dalam penangas dan bagaimana mekanisme dekomposisi elektrolitnya masih belum jelas. Tetapi pada akhirnya ialah pembebasan oksigen pada anoda dan pengendapan logam aluminium pada katoda. Oksigen itu bergabung dengan anoda karbon menghasilkan CO dan CO2 tetapi kebanyakan adalah CO2.
(Austin, G.T., 1990)
Universitas Sumatera Utara
2.9. Anode Effect Anode effect adalah peristiwa naiknya tegangan listrik pot secara tiba-tiba karena
kadungan alumina di dalam elektrolit sangat rendah. Anode effect dapat dihentikan dengan menambahkan alumina ke dalam elektrolit sambil menaik turunkan anoda sehingga gas-gas di bawah anoda dapat keluar. Pekerjaan seperti ini dapat dilakukan dengan komputer maupun secara manual bila program komputer tidak berhasil melakukannya. Selain itu, menurunnya kadar alumina di dalam kriolit akan menyebabkan kriolit berhenti membasahi anoda dan gelembung gas akan berkumpul di permukaan anoda dan bila lapisan ini pecah, maka akan menimbulkan percikan bunga api atau funkentladung (bahasa German), sehingga anode effect disebut para operator juga sebagai funken.
Anode effect dapat menyebabkan terhambatnya aliran arus dari anoda ke katoda. anode effect dapat menyebabkan peningkatan tegangan permukaan pada anoda atau lapisan elektrolit yang berada pada kerapatan arus krisis. Selain itu kekentalan juga mempengaruhi terjadinya anode effect karena gelembung gas pada anoda sulit bergerak keluar. Kekentalan yang tinggi terjadi karena rendahnya temperatur operasi.
Jika selama proses elektrolisa kandungan alumina dalam kriolit rendah, maka akan menyebabkan sudut pembasahan anoda oleh kriolit besar. Akibatnya gelembunggelembung gas mudah berkumpul pada permukaan anoda yang berada dalam kriolit. Jika hal tersebut sering terjadi dalam pot, maka operasi tidak akan stabil dan akan mempengaruhi produksi dan CE (Current Efficiency) akan rendah.
Universitas Sumatera Utara
Anode effect dihasilkan jika kandungan alumina yang terlarut dalam kriolit rendah atau sekitar 1-1,5% dalam kriolit. Selama berlangsungnya anode effect tegangan sel meningkat karena intensitas arus listrik dijaga konstan dalam sel-sel yang terhubung dalam satu rangkaian. Tegangan dapat bervariasi dari 10-50 volt, tergantung pada kondisi operasi dari sel terutama di bagian anoda. Walaupun memberikan banyak dampak negatif terhadap proses elektrolisa maupun kondisi pot, namun anode effect juga sangat penting untuk operasi tungku reduksi. Semua alumina yang ditambahkan terkonsumsi dan pot tersebut tidak mengalami overfeeding atau pemasukan alumina yang berlebihan. (Alcan Alesa Engineering Ltd, 2007)
Universitas Sumatera Utara
BAB 3 METODE PENELITIAN
3.1. Alat-alat yang Digunakan dalam Penelitan - Round bar - Corong untuk bath - Case bath - Batang besi - Kereta alat - Thermocouple
3.2. Bahan-bahan yang Digunakan dalam Penelitan - Larutan bath (Na3AlF6) - Alumina (Al2O3) - Aluminium Flourida (AlF3)
Universitas Sumatera Utara
3.3. Prosedur A. Pengambilan sampel dan analisa keasaman bath
- Dibuka pintu pot bagian tap. - Bebaskan permukaan bath dari kerak, alumina atau lumpur dengan
menggunakan batang besi. - Ambil bath atau kriolit dengan menggunakan round bar. - Lebaskan bath dari round bar dan masukkan ke cast bath melalui corong. - Tutup kembali pintu pot bagian tap. - Bawa contoh bath ke bagian analisa. - Tentukan komposisi bath dengan menggunakan metode X-Ray. - Data keasaman bath dikirim ke computer proses untuk pengolahan data
selanjutnya. B) Pengukuran Temperatur Bath
- Buka pintu pot bagian tap. - Bebaskan permukaan bath dari kerak, alumina atau lumpur dengan
menggunakan batang besi. - Celupkan thermocouple ke dalam bath. - Ukur temperatur bath dan dicatat hasilnya.
Universitas Sumatera Utara
- Tutup kembali pintu pot bagian tap. - Data bath temperatur diinputkan ke computer proses untuk pengolahan data
selanjutnya.
Universitas Sumatera Utara
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Data Percobaan Dari percobaan didapat data seperti yang dapat dilihat dalam Tabel 4.1. Tabel 4.1. Data Hasil Pengamatan Pot R.546 PT INALUM
Date
28/ 12 / 2010 29/ 12 / 2010 30/ 12 / 2010 31/ 12 / 2010 01/ 01 / 2011 02/ 01 / 2011 03/ 01 / 2011 04/ 01 / 2011 05/ 01 / 2011 06/ 01 / 2011 07/ 01 / 2011 08/ 01 / 2011 09/ 01 / 2011 10/ 01 / 2011 11/ 01 / 2011 12/ 01 / 2011 13/ 01 / 2011 14/ 01 / 2011 15/ 01 / 2011 16/ 01 / 2011 17/ 01 / 2011 18/ 01 / 2011 19/ 01 / 2011 20/ 01 / 2011 21/ 01 / 2011 22/ 01 / 2011 23/ 01 / 2011 24/ 01 / 2011 25/ 01 / 2011 26/ 01 / 2011
AlF3( % )
12,6 12,6 12,6 12,6 11,5 11,5 11,5 11,5 9,2 9,2 9,2 9,7 9,7 9,7 9,7 14,4 14,4 14,4 13,2 13,2 13,2 13,2 6,6 6,6 6,6 11,3 11,3 11,3 11,3 14,2
Bath Temp. ( oC)
931 937 951 957 957 957 956 957 961 959 952 952 952 935 945 948 948 936 936 936 991 986 973 975 962 962 962 953 947 935
Universitas Sumatera Utara
4.2. Perhitungan Perhitungan Jumlah Penambahan AlF3 pada Tanggal 01/01/2011: AlF3 =
dimana:
• Konsumsi AlF3 berdasarkan umur = 20,1 kg
• Kuantitas Bath
= 40
•α
= 0,50
•β
= 0,50
a) Perhitungan Bath Temperatur (oC):
- BT rata-rata 3 hari sebelumnya = 937 + 951 + 957 / 3 = 948,3 oC
- BT saat perhitungan
= 957 oC
- Formula BT
= (BT rata-rata 3 hari sebelumnya x 25%) + (BT saat perhitungan x 75%) = (948,3 x 25%) + (957 x 75%) = 954,825 oC
b) Perhitungan Keasaman Bath Sa (%):
- Sa rata-rata 3 hari sebelumnya = 12.6 + 12,6 +12,6 / 3 = 12,6 %
- Sa saat perhitungan
= 11,5 %
- Formula Sa
= (Sa rata-rata 3 hari sebelumnya x 25%) + (Sa saat perhitungan x 75%)
= (12.6 x 25%) + (11,5 x 75%) = 11,775%
Universitas Sumatera Utara
c) Perhitungan Jumlah Unit Penambahan AlF3: AlF3 =
= = = = = = 2 unit = 20 kg
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.2. Tabel Penambahan AlF3
Date
28/ 12 / 2010 29/ 12 / 2010 30/ 12 / 2010 31/ 12 / 2010 01/ 01 / 2011 02/ 01 / 2011 03/ 01 / 2011 04/ 01 / 2011 05/ 01 / 2011 06/ 01 / 2011 07/ 01 / 2011 08/ 01 / 2011 09/ 01 / 2011 10/ 01 / 2011 11/ 01 / 2011 12/ 01 / 2011 13/ 01 / 2011 14/ 01 / 2011 15/ 01 / 2011 16/ 01 / 2011 17/ 01 / 2011 18/ 01 / 2011 19/ 01 / 2011 20/ 01 / 2011 21/ 01 / 2011 22/ 01 / 2011 23/ 01 / 2011 24/ 01 / 2011 25/ 01 / 2011 26/ 01 / 2011
AlF3 ( % )
12,6 12,6 12,6 12,6 11,5 11,5 11,5 11,5 9,2 9,2 9,2 9,7 9,7 9,7 9,7 14,4 14,4 14,4 13,2 13,2 13,2 13,2 6,6 6,6 6,6 11,3 11,3 11,3 11,3 14,2
Bath Temp. ( oC)
931 937 951 957 957 957 956 957 961 959 952 952 952 935 945 948 948 936 936 936 991 986 973 975 962 962 962 953 947 935
AlF3 Addition ( Kg)
0 0 10 20 20 20 20 20 30 30 20 10 10 0 10 0 0 10 10 10 50 60 60 40 40 50 40 20 10 0
Universitas Sumatera Utara
4.3. Pembahasan Agar proses elektrolisis dapat berlangsung dengan optimal di dalam pot reduksi,
suhu lelehan harus dikontrol dengan baik. Dimana temperatur dan keasaman bath harus dijaga antara 955 + 10oC dan 9,5 + 1,5 %. Untuk menjaga itu, salah satu hal yang dapat dilakukan yaitu dengan penambahan Aluminium Fluorida (AlF3) ke dalam pot reduksi yang sifatnya sebagai katalisator.
Untuk mengetahui berapa jumlah penambahan AlF3 ke dalam pot reduksi, maka perlu diketahui berapa temperatur dan keasaman bath. Untuk mengetahui keasaman bath didapatkan data dari bagian analisis yang bertugas menganalisa keasaman bath dengan menggunakan spektrofotometer X-Ray setelah itu dilaporkan ke bagian Procom dalam bentuk daily report. Sedangkan data temperatur didapatkan dari bagian Measuring dengan pengukuran secara manual menggunakan thermocouple.
Banyaknya AlF3 yang dimasukkan ke dalam pot reduksi jumlahnya bervariasi, tergantung pada temperatur dan keasaman bath di pot reduksi tersebut. Dari data yang didapat terlihat bahwa semakin tinggi temperatur dan semakin rendah keasaman bath maka semakin banyak jumlah AlF3 yang dibutuhkan untuk menjaga proses elektrolisa dapat berlangsung dengan optimal. Namun, tidak menutup kemungkinan dengan tidak memasukkan AlF3 sama sekali ke dalam pot reduksi juga merupakan tindakan menjaga proses elektrolisa dapat berlangsung dengan optimal. Hal seperti ini dapat terjadi ketika temperatur semakin rendah dan keasaman bath terus meningkat.
Penambahan Aluminium Flourida (AlF3) yang dilakukan PT Indonesia Asahan Aluminium maksimum untuk sekali penambahan yaitu sebanyak 40 Kg. Namun, dapat
Universitas Sumatera Utara
juga dilakukan penambahan AlF3 di atas 40 Kg, tetapi penambahannya dilakukan secara bertahap. Pemasukan AlF3 pada umumnya dilakukan pada shift III atau shift I setiap harinya, namun apabila diperlukan dapat juga dilakukan pada shift II. Hal ini dilakukan karena apabila penambahan dilakukan secara sekaligus dapat mengakibatkan keasaman bath terlalu tinggi dari yang telah ditentukan dan dapat mengakibatkan terbentuknya lumpur alumina karena alumina tidak bereaksi sempurna.
Universitas Sumatera Utara
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan Dari data percobaan dapat disimpulkan bahwa: a. Semakin tinggi temperatur bath dalam pot reduksi maka semakin besar pula kebutuhan akan penambahan AlF3. b. Semakin rendah keasaman bath maka semakin besar kebutuhan akan penambahan AlF3. c. Semakin besar jumlah AlF3 yang ditambahkan, maka semakin besar pula perubahan temperatur dan keasaman bath.
5.2. Saran a. Sebaiknya perusahaan lebih memberi perhatian yang besar terhadap pemasukan AlF3 kedalam pot reduksi agar temperature dan keasaman bath dapat terjaga secara optimal. b. Sebaiknya perusahaan membuat suatu pot percobaan, agar produktivitas aluminium lebih maksimal.
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR PUSTAKA
Alcan Alesa Engineering, Ltd. 2007. Electrolysis Seminar. Switzerland: Max-Hogger. Anonymous. 2007. Modul Pelatihan Operasi Tungku Reduksi. Edisi II. PT INALUM. Anton, J.H. 1992. Mengenal Lapisan Logam. Yogyakarta: Andi Offset. Austin, G.T. 1990. Industi Proses Kimia. Jakarta: Erlangga. Burkin, A.R. 1987. Production of Aluminium and Alumina. New York: Jhon Willey. Grjotheim,K. and Kvande,H. 1993. Introduction to Aluminium Electrolysis. Second
Edition. Dosseidorf: Aluminium Verlage. Gruber, K. 1977. Pengetahuan Bahan dalam Pengerjaan Logam. Bandung: Angkasa. Jodi, B.J. 1992. Recycling of Aluminium Salt Cake. New York: J Res Management and
Technical.
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN
Universitas Sumatera Utara
Grafik 1 Perbandingan antara Tingkat Keasaman Bath dengan Jumlah Pemasukan AlF3
Grafik 2 Perbandingan antara Temperatur Bath dengan Jumlah Pemasukan AlF3
Universitas Sumatera Utara
Grafik 3 Perbandingan antara Temperatur Bath dengan Tingkat Keasaman Bath
Universitas Sumatera Utara