Tembaga Cu Sumber dan Kegunaan Unsur Transisi

116 Mudah dan Akt if Belajar Kim ia unt uk Kelas XII Gambar 4.9 Proses ekst raksi dan daur ulang logam Dit am b ang M i n eral Bijih d ip ekat kan Ekst raksi p eleb uran Pem u rn ian logam Logam + p en g o t o r Prod u k b arang Lim b ah logam Ekst raksi Daur ulang

D. Pengolahan Logam Metalurgi

Aplikasi pengetahuan dan teknologi dalam pengolahan bijih sampai menjadi logam dinamakan metalurgi. Proses ini melibatkan tahap pengolahan awal atau pemekatan, reduksi bijih logam menjadi logam bebas, dan pemurnian logam lihat Gambar 4.9. 1. Pengolahan awal pemekatan Bijih logam yang masih mengandung pengotor dihancurkan dan digiling hingga terbentuk partikel-partikel berukuran kecil. Material yang tidak diperlukan dikeluarkan dengan cara magnetik atau metode pengapungan flotasi hingga terbentuk bijih murni. 2. Pengeringan dan pembakaran Bijih murni dikeringkan dan dilebur direduksi. Proses reduksi dalam industri logam disebut peleburan melting. Pada proses tersebut bijih murni direduksi dari oksidanya menjadi logam bebas. 3. Pemurnian Logam yang diperoleh pada tahap pengeringan dan pembakaran masih mengandung pengotor sehingga perlu dilakukan pemurnian. Beberapa metode pemurnian di antaranya elektrolisis nikel dan tembaga, distilasi seng dan raksa, dan peleburan ulang besi.

1. Pirometalurgi Besi

Sejumlah besar proses metalurgi menggunakan suhu tinggi untuk mengubah bijih logam menjadi logam bebas dengan cara reduksi. Penggunaan kalor untuk proses reduksi disebut pirometalurgi. Pirometalurgi diterapkan dalam pengolahan bijih besi. Reduksi besi oksida dilakukan dalam tanur sembur blast furnace, yang merupakan reaktor kimia dan beroperasi secara terus-menerus Gambar 4.10. Campuran material bijih besi, kokas, dan kapur dimasukkan ke dalam tanur melalui puncak tanur. Kokas berperan sebagai bahan bakar dan sebagai reduktor. Batu kapur berfungsi sebagai sumber oksida untuk mengikat pengotor yang bersifat asam. Udara panas yang mengandung oksigen disemburkan ke dalam tanur dari bagian bawah untuk membakar kokas. Di dalam tanur, oksigen bereaksi dengan kokas membentuk gas CO. 2Cs + O 2 g ⎯⎯ → 2COg Δ H = –221 kJ Reaksinya melepaskan kalor hingga suhu tanur sekitar 2.300°C. Udara panas juga mengandung uap air yang turut masuk ke dalam tanur dan bereaksi dengan kokas membentuk gas CO dan gas H 2 . Cs + H 2 Og ⎯⎯ → COg + H 2 g Δ H = + 131 kJ Reaksi kokas dan oksigen bersifat eksoterm, kalor yang dilepaskan dipakai untuk memanaskan tanur, sedangkan reaksi dengan uap air bersifat endoterm. Oleh karena itu, uap air berguna untuk mengendalikan suhu tanur agar tidak terlalu tinggi 1.900°C. Pada bagian atas tanur 1.000°C, bijih besi direduksi oleh gas CO dan H 2 hasil reaksi udara panas dan kokas membentuk besi tuang. Persamaan reaksinya: Fe 3 O 4 s + 4COg ⎯⎯ → 3Fe A + 4CO 2 g Δ H = –15 kJ Fe 3 O 4 s + 4H 2 g ⎯⎯ → 3Fe A + 4H 2 Og Δ H = + 150 kJ Kokas adalah batu bara yang dipanaskan tanpa udara, m engandung 80–90 karbon. Kokas is heated coal w ithout air, cont aining 80–90 carbon. Note Catatan 117 Unsur-Unsur Transisi Periode Keem pat Batu kapur yang ditambahkan ke dalam tanur, pada 1.000 o C terurai menjadi kapur tohor. Kapur ini bekerja mereduksi pengotor yang ada dalam bijih besi, seperti pasir atau oksida fosfor. CaCO 3 s Δ ⎯⎯→ CaO A + CO 2 g CaO A + SiO 2 A ⎯⎯ → CaSiO 3 A CaO A + P 2 O 5 A ⎯⎯ → Ca 3 PO 4 2 A Gas CO 2 yang dihasilkan dari penguraian batu kapur pada bagian bawah tanur sekitar 1.900°C direduksi oleh kokas membentuk gas CO. Persamaan reaksinya: CO 2 g + Cs ⎯⎯ → COg Δ H = + 173 kJ Oleh karena bersifat endoterm, panas di sekitarnya diserap hingga mencapai suhu ± 1.500°C. Besi tuang hasil olahan berkumpul di bagian dasar tanur, bersama- sama terak pengotor. Oleh karena terak lebih ringan dari besi tuang, terak mengapung di atas besi tuang dan mudah dipisahkan, juga dapat melindungi besi tuang dari oksidasi lihat Gambar 4.11.

a. Pembuatan Baja

Baja merupakan paduan alloi yang digolongkan sebagai baja karbon kandungan karbon di atas 1,5 yang mengandung logam lain, seperti Cr, Co, Mn, dan Mo. Sifat-sifat mekanik baja ditentukan oleh komposisi kimianya. Pengolahan besi dari bijihnya merupakan proses reduksi. Akan tetapi, pengubahan besi menjadi baja merupakan proses oksidasi untuk mengeluarkan pengotor. Oksidasi besi dilakukan dengan berbagai cara, tetapi dua cara umum yang biasa digunakan pada pembuatan baja adalah proses perapian terbuka open hearth dan proses essemer basic o ygen. 1 Proses Bessemer Bijih besi + kokas + kapur Gas buang 1000°C 1500°C 1900°C Sem b uran udara panas Udara + uap air panas Besi t uang cair Cairan Lum p ur Gambar 4.10 Skem a pirom et alurgi besi Gambar 4.11 Besi t uang dari t anur sem bur dipindahkan ke t ungku basic oksigen dijadikan baja karbon. Sumber: Chemistry McMurry, 2001 Gambar 4.12 Skem a reakt or Bessem er Pada proses ini, besi cair hasil dari tanur sembur dimasukkan ke dalam reaktor silinder. Udara panas disemburkan dari lubang-lubang pipa untuk mengoksidasi karbon dan zat pengotor yang masih tersisa. Gas buang Gas oksigen Pipa buang dan uap air Besi cair 150 – 300 t on Ko n ven t er Besi cair