Besi Pembuatan dan Kegunaan Unsur Logam dan Senyawanya

149 BBab 4 Kimia Unsur

4. Besi

a. Pembuatan besi Besi adalah logam yang paling murah diantara logam- logam yang dikenal manusia. Senyawa besi terdapat dalam sebagian besar batuan dan tanah. Besi diolah dari bijihnya dalam suatu tungku yang disebut tanur tiup blast furnace yang ditampilkan dalam Gambar 4.21. Bahan yang digunakan pada pengolahan besi adalah bijih besi, kokas, dan batu kapur. Kokas C berfungsi sebagai reduktor, sedangkan batu kapur CaCO 3 digunakan sebagai fluks, yaitu bahan yang akan bereaksi dengan pengotor dalam bijih besi dan memisahkan kotoran itu dalam bentuk cairan kental yang disebut terak slag. Komposisi bahan-bahan tersebut tergantung pada pengotor yang ada, baik bersifat asam maupun basa. Pada umumnya pengotor dalam bijih besi bersifat asam, sehingga diperlukan fluks yang bersifat basa, yaitu CaCO 3 . Secara garis besar, proses yang terjadi pada tanur tiup dijelaskan sebagai berikut. Š Bijih besi, kokas, dan batu kapur diumpankan dari atas tanur, sementara udara panas ditiupkan dari bawah. Kokas akan terbakar pada bagian bawah tanur dengan membebaskan kalor, sehingga suhu disekitarnya mencapai 2000 o C. Reaksi yang terjadi sebagai berikut. Pada peluncuran kapal ruang angkasa NASA, Columbia digunakan 160.000 kilogram serbuk aluminium yang dicampur dengan zat pengoksidasi sebagai bahan bakar padat untuk menembakkan roket. Reaksi yang berlangsung selama 2 menit menghasilkan energi yang cukup untuk menaikkan Columbia mencapai ketinggian lebih dari 43 kilometer. Gambar 4.21 Pembuatan besi menggunakan tanur tiup. Sumber: Chemistry, The Molecular Nature of Matter and Change, Silberberg M. S Di unduh dari : Bukupaket.com 150 M Mari Belajar Kimia SMA-MA Kelas XII IPA JILID 3 Cs + O 2 g o CO 2 g + kalor Ketika bergerak naik, gas CO 2 yang baru terbentuk bereaksi lagi dengan kokas yang bergerak turun membentuk CO. CO 2 g + Cs o2COg Š Gas CO yang dihasilkan akan mereduksi bijih besi secara bertahap. Fe 2 O 3 Tahap 1  o Fe 3 O 4 Tahap 2  o FeO Tahap 3  o Fe Tahap 1: 3Fe 2 O 3 + CO o 2Fe 3 O 4 + CO 2 Tahap 2: Fe 3 O 4 + CO o 3FeO + CO 2 Tahap 3: FeO + CO o Fe + CO 2 Reaksi keseluruhan: Fe 2 O 3 s + 3COg o 2Fel + 3CO 2 g Besi yang terbentuk pada proses tanur tiup berupa cairan karena suhu tanur yang sangat tinggi. Reaksi pembentukan terak yang menghilangkan pengotor dituliskan sebagai berikut. CaCO 3 s o CaOs + CO 2 s CaOs + SiO 2 s o CaSiO 3 l 3CaOs +P 2 O 5 o Ca 3 PO 4 2 l Reaksi untuk pengotor yang larut dalam besi cair sebagai berikut. MnO + C o Mn + CO SiO 2 + 2C o Si + 2CO P 2 O 5 + 5C o 2P + 5CO Besi cair turun ke dasar tanur dan dikeluarkan secara bertahap, di mana terak dengan massa jenis yang lebih kecil mengapung di atas besi cair. Lapisan terak dapat berfungsi sebagai pelindung besi cair dari oksidasi kembali. Terak dikeluarkan dari saluran tersendiri dan dapat digunakan sebagai bahan dasar pembuatan jalan raya atau bahan pupuk. Besi yang dihasilkan dari proses ini disebut besi gubal atau besi kasar yang mengandung kira-kira 95 besi, 3-4 karbon, dan sisanya pengotor lain seperti Mn, Si, P, dan S. Besi gubal bersifat keras tapi rapuh. Sebagian besar besi gubal langsung diolah menjadi baja dan sebagian lainnya dialirkan ke dalam cetakan, sehingga diperoleh besi tuang cast iron. Di unduh dari : Bukupaket.com 151 BBab 4 Kimia Unsur b. Kegunaan besi dan senyawanya 1 Besi Besi banyak digunakan dalam kehidupan karena sifat besi yang mudah dimodifikasi. Bijih besi banyak tersebar di dunia dan pengolahannya relatif murah dan mudah. Penggunaan utama besi adalah untuk membuat baja. 2 Baja Baja merupakan istilah yang digunakan untuk semua logam aliasi campur dari besi. Saat ini, baja dibuat dari besi gubal besi kasar dengan menggunakan tungku oksigen, yaitu suatu silinder raksasa dengan pelapis yang bersifat basa didalamnya disebut converter. Tungku ini berkapasitas sekitar 200 ton besi cair, 80 ton besi bekas, dan 18 ton kapur CaO sebagai fluks. Proses pembuatan baja dengan tungku oksigen memerlukan waktu sekitar 22 menit. Proses pembuatan baja dimulai dengan menuangkan campuran yang berupa cairan yang sangat panas ke dalam tungku oksigen, kemudian ditiupkan oksigen murni melalui pipa berpendingin. Gas oksigen ini akan mengoksidasikan karbon menjadi karbon monoksida, sedangkan pengotor lain dikeluarkan melalui terak. Karbon, belerang, dan fosfor keluar sebagai oksida berupa gas, sedangkan silikon oksida membentuk terak di atas besi. Setelah terak dipisahkan, pada leburan besi ditambahkan karbon, mangan, atau unsur lain sesuai kebutuhan. Kadar karbon dalam baja berkisar antara 0,09 - 0,9 . Beberapa jenis baja yang banyak dibuat diberikan pada Tabel 4.17. Sumber: Chemistry, The Molecular Nature of Matter and Change, Silberberg M. S Jenis baja Komposisi Sifat Manfaat Stainless steel 0,2- 0,4 C 7- 9 Ni 14- 18 Cr Tahan terhadap korosi Membuat alat-alat rumah tangga dan alat pemotong Baja wolfram 0,4- 0,9 C 5 W Sangat keras Untuk mata pahat dan mesin bubut Baja mangan 0,4- 0,9 C 10- 20 Mn Keras dan kuat Rel kereta api, pegas, kendaraan perang lapis baja dan mesin penghancur batu magnet Tabel 4.17. Beberapa jenis baja. Gambar 4.22 Proses pembuatan baja steel . Di unduh dari : Bukupaket.com 152 M Mari Belajar Kimia SMA-MA Kelas XII IPA JILID 3 Kerjakan di buku latihan kalian. 1. Jelaskan proses pemurnian bauksit. 2. Mengapa yang ditambahkan dalam proses pemurnian bauksit adalah CaCO 3 dan bukan NH 4 Cl? Apa fungsi CaCO 3 ? Dapatkah CaCO 3 diganti senyawa lain? 3. Jelaskan proses pembuatan besi dan tuliskan reaksi-reaksi yang terjadi. 4. Apa yang dimaksud dengan baja dan bagaimana cara membuatnya? 5. Sebutkan jenis-jenis baja, komposisi, sifat, dan manfaatnya.

5. Nikel