nilai carbon equivalen CE pada cast iron kurang dari 4,7 – 4,9 maka cast iron besi tuang tersebut akan mudah retak dan terlepas dari rod tangkai anoda dan apabila nilai carbon
eqiuvalen CE pada cast iron lebih dari 4,7 – 4,9 maka cast iron besi tuang tersebut akan sukar untuk dilepas dari rod tangkai anoda karena nilai CE nya sudah mendekati baja PT
INALUM,2003. Berdasarkan uraian diatas, penulis tertarik untuk mengambil judul :
Penentuan Nilai Carbon Equivalen CE Cast Iron Pada Proses Penangkaian Anoda Di Rodding Plant PT INALUM Kuala Tanjung – Batu Bara
1.2 Permasalahan
Apakah carbon equivalen CE cast iron besi tuang yang telah ditetapkan sudah menghasilkan cast iron yang baik untuk proses penangkaian anoda dan apa pengaruhnya
terhadap proses penangkaian anoda.
1.3 Tujuan
- Untuk mengetahui secara tepat berapa nilai carbon equivalen CE cast iron terhadap
proses penangkaian anoda di PT INALUM. -
Untuk mengetahui faktor yang mempengaruhi nilai carbon equivalen CE cast iron pada proses penangkaian anoda di PT INALUM.
1.4 Manfaat
Universitas Sumatera Utara
Dapat mengetahui kualitas cast iron yang sesuai dengan standart PT INALUM terutama terhadap nilai Carbon Eqiuvalen CE.
Universitas Sumatera Utara
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Sejarah Aluminium
Orang pertama yang telah berhasil memisahkan aluminium adalah H.Davy yaitu pada tahun 1808. Pada tahun 1825 Oersted dapat menghasilkan aluminium yang lebih murni dengan jalan
memanaskan natrium amalgama dan natrium aluminium klorida. Pada tahun 1854, Henari Saint Clavil Deauville memproduksi aluminium dari natrium aluminium klorida dengan
pemanasan menggunakan logam natrium sebagai katalisator. Proses ini telah berlangsung kurang lebih 35 tahun.
Pada tahun 1886 Charles Hall dari USA menghasilkan aluminium dari proses elektrolisa alumina yang dipisahkan dari campuran kriolit Na
3
AlF
6
. Pada tahun yang sama Poult Heroult dari prancis mendapatkan hak paten dari negaranya untuk proses yang sama
dengan Hall. Pada tahun 1983 kapasitas produksi aluminium dengan metode Hall-Heroult ini meningkat dan berkembang pesat.Grjotheim , 1988.
Universitas Sumatera Utara
2.2 Aluminium
Aluminium ialah unsur melimpah ketiga terbanyak dalam kerak bumi sesudah oksigen dan silicon, mencapai 8,2 dari massa total. Bijih yang paling penting untuk produksi
aluminium ialah bauksit, yaitu aluminium oksida terhidrasi yang mengandung 50 sampai 60 Al
2
O
3
, 1 sampai 20 Fe
2
O
3
, 1 sampai 10 silikat sedikit sekali titanium, zirconium, vanadium, dan oksida logam transisi yang lain, dan sisanya 20
sampai 30 adalah air. Bauksit dimurnikan melalui proses Bayer, yang mengambil manfaat dari fakta bahwa oksida alumina amfoter larut dalam basa kuat tetapi besi III oksida tidak.
Bauksit mentah dilarutkan dalam natrium hidroksida
Al
2
O
3 s
+ 2 OH
aq
+ 3 H
2
O
l
2 AlOH
4 aq
Dan dipisahkan dari besi oksida terhidrasi serta zat asing tak larut lainnya dengan penyaringan Oxtoby, 2003.
Aluminium diperoleh dari jenis-jenis tanah liat tertentu bauksit. Bauksit mula-mula dipisahkan lebih dahulu tanah-tawas murninya oksida aluminium. Setelah itu pada oksida
aluminium cair itu dikalsinasikan suatu prosedur elektrik. Oleh karena suhu lumer oksida- aluminium sangat tinggi yaitu 2050
o
C maka pengolahan aluminium sangat sukar. Logam aluminium mempunyai rumus kimia Al, mempunyai berat jenis 2,6 – 2,7 dengan titik cair
sebesar 659
o
C. Aluminium adalah logam lunak, dan lebih keras dari pada timah putih, tetapi lebih lunak dari pada seng. Warna dari aluminium adalah putih kebiru-biruan.
Aluminium dapat dihasilkan melalui proses elektrolisis. Proses elektrolisis yang dikembangkan untuk produksi industrial adalah proses elektrolisis Hall-Heroult. Proses
Universitas Sumatera Utara
tersebut merupakan elektrolisis larutan alumina Al
2
O
3
di dalam lelehan kriolit Na
3
AlF
6
pada temperature 960
o
C sehingga dihasilkan aluminium cair.
Tabel 2.2 Sifat-sifat Fisik dan Kimia dari aluminium
PT INALUM, 1988
2.2.1. Mekanisme Proses Elektrolisa
Elektrolisis adalah peristiwa kimia yang melibatkan dua atau lebih spesies kimia yang berbeda, yang terjadi pada kedua elektroda anoda dan katoda, dan berlangsung bila aliran
listrik searah, DC Direct Current, dialirkan kedalam suatu pelarut elektrolit. Reaksi yang terjadi pada persamaan adalah reaksi sebagai berikut :
2Al
2
O
3 s
+ 3C
s
4Al
l
+ 3CO
2 g
Item Kualifikasi
Nomor atom 13
Nomor massa 26,9815
Bentuk Kristal 25
o
C Kubus pusat muka
Density 2,699 gcm
3
Struktur atom terluar 3S
2
3P
1
Titik leleh 1 atm 660,1
o
C Titik didih 1 atm
2327
o
C Panas peleburan
94,6 kalg Panas jenis
0,280 kal g
o
C
Universitas Sumatera Utara
Mekanisme yang terjadi dalam proses tersebut adalah alumina diumpankan ke dalam elektrolit dan terpisah ion alumunium yang bermuatan positif Al
3+
dan ion oksigen yang bermuatan negatif O
2-
. Arus searah dialirkan ke dalam tia-tiap sel, sehingga menggerakkan ion-ion menuju arah yang berlawanan. Ion oksigen bergerak kearah anoda, lalau bereaksi
dengan karbon membentuk karbondioksida CO
2
, sedangkan ion alumunium bergerak kearah katoda, lalu akan kehilangan muatannya membentuk alumunium Al.
Reaksi alumina yang terjadi pada saat proses elektrolisa adalah sebagai berikut : 2Al
2
O
3 s
4Al
3+ l
+ 6O
2+ 9g
Reduksi katoda :
4Al
3+
+ 12e 4Al
Oksidasi anoda : 6O
2-
3O
2
+ 12e 3C + 3O
2
3CO
2
+ Total
: 2Al
2
O
3 s
+ 3C
s
4Al
l
+ 3CO
2 g
Bahan baku dalam proses Hall-Heroult terdiri dari alumina, elektrolit, katoda dan anoda. Proses Hall-Heroult memproduksi aluminium dengan mereduksi aluminium dari bahan
baku alumina dalam proses elektrolisis yang digerakkan oleh arus searah yang mengalir dari anoda ke katoda dengan kriolit sebagai elektrolit. Kedua elektroda yang digunakan terbuat
dari bahan karbon.
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.2 Sifat-sifat Fisik Material Karbon
Sifat Fisik Satuan
Nilai
Nomor atom Nomor massa
Titik cair Titik didih
Densitas Kecepatan
Kekerasan Isomer
- -
K K
Grcm
3
ms -
- 6
12,001 3823
4098 2,267
18350 0,5
2
Donnet, 1976
2.2.2. Sifat – Sifat dan Pemakaian Aluminium
Titik cair aluminium 660 C dan titik didihnya 1800
C. Untuk bahan penghantar kemurniannya mencapai 99,5 dan sisanya terdiri dari unsur besi, silicon dan tembaga.
Aluminium murni sangat lemah dan lunak tembaga lebih kuat dibanding aluminium, Untuk menambah kekuatan biasanya digunakan dengan menggunakan logam campuran.
Aluminium lebih menguntungkan dibanding tembaga bila digunakan untuk hantaran yang tidak memerlukan penyekat misalnya hantaran transmisi diatas tanah sebab daya hantar
panasdaya hantar listrknya kira-kira 60 daya hantar listrik tembaga sehingga untuk mendapatkan tahanan yang sama dengan tembaga yang panjang dan penampangnya sama
dibutuhkan penampang 60 lebih besar namun demikian beratnya sangat ringan dibanding tembaga.
Universitas Sumatera Utara
Aluminium adalah logam yang sangat ringan berat jenis aluminium 2,56 atau 13 berat jenis tembaga dan tahanan jenis 2 X 10
-8
atau 1,25 kali tahanan jenis tembaga, sifat tahan tarik aluminium dalam keadaan dingin 17-20 kg mm
2
. Oleh sebab itu aluminium hanya dapat dipakai untuk lebar tegangan yang pendek, Untuk tegangan yang panjang dipakai kabel
aluminium beberapa kawat yang dipilih dengan kawat baja sebagai intinya. Aluminium tidak baik untuk dipatri, tetapi dapat dilas, las dapat menyebabkan tegangan tariknya menjadi turun
karena panas yang ditimbulkan. Oleh karena itu hantaran tegangan aluminium dengan sambungan patri atau las harus diberikan jepitan.
Aluminium yang tipis sekarang dapat menggantikan kertas perak yang dipakai antara lain pada kondensor. Aluminium juga biasanya dipakai untuk chasis pesawat radio. Barang-
barang aluminium dapat terlapis oleh oksida aluminium. Dalam udara terbuka dapat melindungi bagian bawah aluminium dari zat asam dan mencegah oksidasi lebih lanjut.
Lapisan ini merupakan tahanan yang sangat tinggi Sumanto, 1994
2.3. Produksi Aluminium
Aluminium merupakan logam yang sangat reaktif yang memiliki energi tinggi terhadap ikatan kimia dengan oksigen, dibandingkan dengan kebanyakan logam lainnya. Maka sulit untuk
dipisahkan dari bijih, seperti bauksit, karena energi yang diperlukan untuk mereduksi aluminium oksida Al
2
O
3
. Misalnya, dengan pengurangan langsung karbon, seperti yang digunakan untuk memproduksi besi, karena aluminium zat lebih kuat yang digunakan untuk
mengurangi karbon.
Universitas Sumatera Utara
Aluminium oksida memiliki titik lebur sekitar 2000 C. Oleh karena itu, pemisahannya
harus melalui proses elektrolisa. Dalam proses ini, aluminium oksida ditaburkan dan mencair di dalam larutan kriolit dan kemudian jumlah aluminium oksida dikurangi dengan
menggunakan logam murni. Operasional suhu pengurangan sel adalah sekitar 950-980 C.
Kriolit Na
3
AlF
6
adalah senyawa kimia dari aluminium, sodium, dan kalsium fluorida. Dalam produksi Aluminium digunakan bahan baku, yaitu :
2.3.1. Elektrolit
Kriolit adalah elektrolit yang banyak dipilih karena kriolit kapasitasnya yang khas sebagai pelarut dari alumina. Elektrolit tidak bereaksi selama proses elektrolisis tetapi beberapa hilang
karena proses penguapan dan hidrolisa. Temperatur elektrolit selama operasi pot normal adalah antara 955
C dan 965 C.
2.3.2. Alumina
Alumina merupakan bahan baku di dalam proses elektrolisa dan digunakan sesuai dengan keseimbangan stoikiometri, yang banyaknya mencapai 1,89 Kg dalam suatu massa. Alumina
mempunyai morfologi bubuk berwarna putih dengan berat molekul 102, titik lelehnya pada suhu 2050
C dan specific gravity 3,5 - 4,0 grcm
3
. Alumina diproduksi dalam jumlah besar setiap tahun akan digunakan untuk membuat
logam aluminium. Dalam tahun 1980, 90 dari bahan bakunya, bauksit didatangkan ke Amerika Serikat, Republik Dominika, Suriname, Guyana, dan Australia merupakan Negara
sumber impor buksit ke Amerika Serikat. Konsumsi total meliputi 15,6 x 106 ton, kira – kira 96 diantaranya digunakan untuk produksi alumina. Pengguna lainnya adalah untuk
abrasive, pembuatan bahan kimia, dan serat keramik.
Universitas Sumatera Utara
Alumina Al
2
O
3
merupakan senyawa oksida dari aluminium yang diperoleh dari proses pemurnian bauksit Al
2
O
3
. x H
2
O yang disebut sebagai Proses Buyer. Proses ini terbagi ke dalam 3 tahap yaitu :
1. Proses ekstraksi memakai sodium hidroksida NaOH
2. Proses pengendapan presipitasi alumina trihidrat
3. Proses kalsinasi pada temperature 12000C
2.3.3. Katoda
Katoda adalah elektroda dengan muatan listrik negatif pada proses elektrolisis. Ditinjau dari bahan baku dan proses pembuatannya, blok katoda dibagi dalam empat jenis yaitu :
1. Blok katoda amorphous, bahan bakunya antrasit, dipanggang pada temperature
1200 C
2. Blok katoda semigraphiti, bahan bakunya grafit, dipanggang pada temperature
1200 C
3. Blok katoda semigraphitized, bahan bakunya grafit, mengalami proses heat treatment
sampai temperature 2300 C.
4. Blok katoda graphitized, bahan bakunya kokas, mengalami proses grafitasi sampai
temperature 3000 C
Pemilihan jenis katoda ditentukan oleh desain pot dan arus listrik yang digunakan. Pada pot jenis PAF Prebaked Anoda Furnace dengan arus listrik yang tinggi, biasanya
digunakan blok anoda graphitized.
Universitas Sumatera Utara
Reaksi utama yang terjadi di dalam katoda adalah reaksi penangkapan elektron oleh ion aluminium Al
3+
menjadi aluminium Al, ini diperlihatkan menurut persamaan reaksi sebagai berikut :
Al
3+ s
+ 3e
-
Al
l
2.3.4. Anoda Karbon
Anoda adalah elektroda dengan muatan listrik positif dalam proses elektrolisa. Anoda merupakan elektroda tempat terjadinya reaksi oksidasi sebagai reduktor. Anoda yang
digunakan pada proses Hall-Heroult adalah anoda karbon. Karbon yang merupakan bahan dasar pembentuk anoda akan diubah menjadi karbon dioksida selama proses elektrolisis
alumina menjadi alumunium, anoda karbon juga berfungsi sebagai penghantar arus listrik menuju katoda melalui elektrolit.
Karbon merupakan bahan baku pembuatan anoda yang terdiri dari coke, butt, dan green scrap sebagainfilter serta hard pitch sebagai binder. Tujuan pembuatan anoda di PT.
INALUM adalah untuk menyediakan kebutuhan sumber anoda karbon bagi keperluan proses peleburan alumunium dimana anoda sangat mempengaruhi kualitas alumunium yang
dihasilkan. Anoda yang digunakan pada peleburan alumunium sesuai dengan proses Hall- Heroult merupakan material karbon. Berdasarkan keperluan anoda untuk proses peleburan
alumunium, jenis pot reduksi dibagi menjadi dua jenis yaitu : 1.
Sodenberg Anode Furnace SAF 2.
Prebaked Anode Furnace PAF
SAF adalah sistem pot yang menggunakan anoda pasta tercetak dalam bentuk briket. Anoda pada sistem ini secara berkesinambungan dan pemanggangan pasta anoda berasal dari
Universitas Sumatera Utara
panas yang ditimbulkan oleh bath dan dialiri arus listrik pada anoda jenis ini mengalir secara vertikal.
Keuntungan SAF adalah : 1.
Tidak diperlukannya adanya baking plant dan rodding plant 2.
Radiasi sinar panas bagian atas anoda lebih kecil dibandingkan PAF 3.
Tidak diperlukan penggantian anoda
PAF adalah sistem pot yang menggunakan anoda pasta yang dicetak dan dipanggang baked di Anode Baking Furnace pada temperatur 1100-1200
o
C. Anoda panggang Baking Block, kemudian diberi tangkai rod yang berfungsi sebagai penyangga dan penghantar arus
listrik dalam proses elektrolisa. Keuntungan PAF adalah :
1. Dapat dibuat dalam ukuran besar
2. Kemudian pelaksanaan operasi yaitu dengan mekanisasi dan otomisasi
3. Pemakaian listrik yang lebih kecil dibandingkan dengan SAF
4. Kondisi ruangan kerja lebih baik
5. Konsumsi karbon lebih rendah dibandingkan dengan SAF
Grjotheim,1988
2.4. Proses Pembuatan Anoda
Anoda adalah bahan yang digunakan untuk memisahkan aluminium dari alumina dengan proses elektrolisa.
Pembuatan anoda dilakukan dengan beberapa tahap: 1.
Proses pencetakan anoda Green Plant
Universitas Sumatera Utara
2. Proses pemanggangan anoda Baking Plant
3. Proses penangkaian anoda Rodding Plant
2.4.1. Green Plant
Green plant adalah pabrik pembuatan anoda mentah green anoda block untuk kebutuhan proses elektrolisa
di pot reduksi. Proses pembuatan anoda mentah menggunakan beberapa bahan baku, antara lain:
a. Kokas coke
Kokas adalah bahan yang digunakan untuk membuat anoda yang berasal dari sisa-sisa destilasi batu bara dan minyak bumi. Dalam pembuatan anoda dilakukan pengayakan
sehingga kokas terbagi atas ukuaran fisiknya yaitu: a.
Kokas dengan ukuran 18-5 mm disebut kokas kasar 1C
1
b. Kokas dengan ukuran 5-1mm disebut kokas kasar 2 C
2
c. Kokas dengan ukuran 1-0,2 mm disebut kokas medium
d. Kokas dengan ukuran dibawah 0,2 mm disebut fine
Kokas yang digunakan sebagai bahan baku pembuatan anoda tersusun dari beberapa material. Pemakaian kokas ini dicampur dengan presentase yang tepat agar kualitasnya bagus.
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.4 Spesifikasi minyak kokas
NO Parameter
unit Guaranted Valev
HS LS
1 Real Density
gcc - 2,06
- 2,06 2
Fixed Carbon - 99,60
- 99,30 3
As Content + 0,25
+ 0,25 4
Collatile Meter + 0,45
+ 0,45 5
Mousture Content + 0,3
+ 0,3 6
Chemical Analysis Sulfur
2-3 0,5 -1
Panadium ppm
+ 225 + 100
Nikel ppm
+ 250 + 250
Silikon ppm
+ 250 + 250
Iron ppm
+ 250 + 300
Sodium ppm
+200 + 250
Calcium ppm
+ 125 + 125
7 Bulk Density
1. Vibrated Bulk Density Chaiser Methode 8-14 mesh
gcc - 0,80
- 0,80 GLCC Methode 20-48 mesh
gcc - 0,84
- 0,84 2. Tapped Bulk Density 0,84-1,41
mesh gcc
- 0,85 - 0,85
8 Particle size 4 mesh over
30-45 30-45
9 CO
2
Reactivity lose 1000
o
C + 15
+ 15 10
Air Reactivity at 525
o
C min
+ 0,30 + 0,2
11 Grand Stability
- 84 - 84
12 Spesific Electrical Resistant
Micro ohm meter
+ 500 + 500
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.4 Spesifikasi kokas pitch
NO Parameter
Unit Guaranted Valev
LS
1 Real Density
gcc - 0,2
2 Fixed Carbon
- 99,10 3
As Content + 0,4
4 Collatile Meter
+ 0,5 5
Mousture Content + 0,3
6 Chemical Analysis
Sulfur + 1
Panadium Ppm
+ 50 Nikel
Ppm + 20
Silikon Ppm
+ 450 Iron
Ppm + 200
Sodium Ppm
+ 200 Calcium
Ppm + 150
7 Bulk Density
1. Vibrated Bulk Density Chaiser Methode 8-14 mesh
gcc - 0,85
GLCC Methode 20-48 mesh gcc
- 0,9 2. Tapped Bulk Density 0,84-1,41 mesh
gcc - 0,9
8 Particle size 4 mesh over
30-45 9
CO
2
Reactivity lose 1000
o
C + 10
10 Air Reactivity at 525
o
C min
+ 0,52 11
Grand Stability 85
12 Spesific Electrical Resistant
Micro ohm meter
+ 50
Universitas Sumatera Utara
b. Coal Tar Pitch CTP