Pengaruh Konsentrasi Natrium Oksida (Na2O) Dalam Alumina (Al2O3) Terhadap Kriolit (Na3AlF6) Yang Dihasilkan Pada Tungku Reduksi Di PT Inalum

PENGARUH KONSENTRASI NATRIUM OKSIDA (Na2O) DALAM ALUMINA (Al2O3) TERHADAP KRIOLIT (Na3AlF6) YANG DIHASILKAN

PADA TUNGKU REDUKSI DI PT INALUM

KARYA ILMIAH

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar ahli madya

MUHAMMAD EMIR AULIA 072409024

PROGRAM STUDI D3 KIMIA INDUSTRI DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN 2010

ii

PERSETUJUAN

Judul : PENGARUH KONSENTRASI NATRIUM OKSIDA

(Na2O) DALAM ALUMINA (Al2O3) TERHADAP KRIOLIT (Na3AlF6) YANG DIHASILKAN PADA TUNGKU REDUKSI DI PT INALUM

Kategori : KARYA ILMIAH

Nama : MUHAMMAD EMIR AULIA

Nomor Induk Mahasiswa : 072409024

Program Studi : D3 KIMIA INDUSTRI

Departemen : KIMIA

Fakultas : MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN

ALAM (FMIPA) UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

Disetujui di

Medan, Juli 2010

Diketahui

Departemen KIMIA FMIPA USU Dosen Pembimbing

Ketua,

(Dr. Rumondang Bulan, MS) (Dr. Ribu Surbakti, MS) NIP 195408301985032001 NIP 194507061980031001

iii

PERNYATAAN

PENGARUH KONSENTRASI NATRIUM OKSIDA (Na2O) DALAM ALUMINA (Al2O3) TERHADAP KRIOLIT (Na3AlF6) YANG DIHASILKAN PADA TUNGKU

REDUKSI DI PT INALUM

KARYA ILMIAH

Saya mengakui bahwa karya ilmiah ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.

Medan, Mei 2010

MUHAMMAD EMIR AULIA 072409024

iv

PENGHARGAAN

Bismillaahirrohmaanirrohiim

Alhamdulillaahi robbil ‘aalamiin penulis ucapkan sebagai ungkapan rasa syukur kepada Allah Subhaanahu wa Ta’aala Yang Maha Esa atas kuasa-Nya yang tetap mencurahkan berkah, rahmat kasih sayang, nikmat jasadiyah dan ruhiyah, taufiq dan hidayah sehingga penulis dapat menjalani hidup ini dengan rangkaian ibroh penuh makna. Shalawat dan salam semoga tetap dilimpahkan kepada Rasulullah Muhammad bin Abdullah shollallaahu ‘alaihi wa sallam yang telah mengemban risalah dan mengalirkan nilai-nilai Islam dalam rangkaian tarbiyah kepada umat seluruh alam. Tahmid dan sholawat yang penulis ucapkan ini merupakan wujud rasa syukur karena atas ridho Allah penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah ini sebagai salah satu syarat untuk meraih gelar Ahli Madya pada Program Studi Kimia Industri Diploma Kimia Industri di Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.

Penulis menyadari sepenuhnya bahwa karya ilmiah ini masih jauh dari kesempurnaan karena keterbatasan penulis baik deri segi pengetahuan, waktu, maupun kemampuan penulis. Meskipun demikian penulis mengharapkan karya ilmiah ini dapat bermanfaat bagi penulis secara pribadi dan bagi semua pihak yang membaca karya ilmiah ini serta bermanfaat bagi Universitas Sumatera Utara.

Karyan Ilmiah ini penulis persembahkan kepada kedua orangtua tercinta, ummiy almahbuubah Misriani dan abiy almahbuub Abdul Aziz, kepada akhiy alkabir Surya Abidin Taqwa, kepada ukhtiy ashshoogirah Sri Wulan Sugesty, akhowaaniy

v

ashshooghir Wahyu Andika dan Aldi Abdillah, sebagai keluarga tercinta, serta eNai yang selalu memberikan doa, cinta dan kasih sayang serta menjadi motivasi dan inspirasi bagi penulis dalam menyelesaikan karya ilmiah ini.

Dalam masa menyelesaikan karya ilmiah ini, penulis telah banyak mendapatkan dukungan, bantuan dan doa dari berbagai pihak. Oleh karena itu, dengan keikhlasan dan kerendahan hati penulis juga ingin menyampaikan rasa terima kasih dan penghargaan kepada :

1. Keluarga Besar Asmo Sukarto (alm), keluarga penulis, pakde Syam (alm) dan keluarga, wak Edy Sujadi, wak Rodhiyah, pakde Thalib dan keluarga, paklek Nasrun dan keluarga, paklek Pangat, bulek Rosdhiyah, bulek Ida, bang Fahmi, bang Ghani, kak Kia, Nadia, Rian, dan Virgi, yang telah memberikan dukungan baik secara langsung maupun tidak langsung kepada penulis.

2. Bapak Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc, Dekan FMIPA USU.

3. Bapak Dr. Ribu Surbakti MS, sebagai dosen pembimbing yang telah memberikan pengarahan dan bimbingan kepada penulis.

4. Bapak Prof. Dr. H. Harry Agusnar M.Sc, M.Phil, sebagai Koordinator Program Studi D3 Kimia Industri FMIPA USU.

5. Seluruh staf pengajar D3 Kimia Industri FMIPA USU yang telah memberikan ilmunya kepada penulis

6. Bang Bandi dan seluruh staf pegawai kantor jurusan, yang dengan sabar memberikan tuntunan dan arahan kepada penulis dalam proses penyelesaian karya ilmiah ini secara akademik.

7. Bapak Ahmad Sabran, Bapak Nyono Atmo, Bapak Faisal Hidayat, Bapak Faisal Amri, Bapak Ferdy Rahardian, Bapak Ade Buandra dan seluruh

vi

karyawan PT INALUM yang telah banyak membantu penulis pada saat OJT di PT INALUM.

8. Saudara penulis selama berjuang di UKMI AL FALAK, pementor penulis bang Shabri Abdurrahman, bang Fadhlan Mishwari, bang Yopie, bang Faisal Firdaus, bang Freddy, bang Amin, bang Eko, Yudha, Agus, Dedy, Lestio Hadi, Oki, Jefri, Syahril, Hadi Kurniawan, Subhan, Heru, Annas, Tongku, Surya, Firman, Billy, Fahmi, Fandi, Jundi, Fendi, Ganda, Fikri, Fadhul, Fadhil, Ismail, Alvin, Sule, Zubeir, Muslim dan kullu ikhwah fillaah yang tidak dapat disebutkan semuanya disini. Jazaakallaah ya ikhwaniy atas segala dukungan dan doa, syukron juga bagi antum yang udah berganti-gantian meminjamkan laptop. Semoga Allah membalas amal kita dengan ridho-Nya. Allaahu Akbar. 9. Sahabat, abang, kakak dan saudara di Microbiology Study Club (MSC) yang

telah banyak membagi ilmunya dengan penulis. Bang Kabul Warsito yang sabar, Bang Fendi, Kak Ummi, Kak Mus, Mirza, Asril, Umeda chan, Dwi, Yanti, Ria W, Laura, Resti, Alex dan teman-teman MSC yang mungkin penulis belum kenal dan tidak bisa disebutkan disini.

10.Saudara-saudara yang tergabung dengan penulis, Muhammad Emir Aulia, dalam tim nasyid Al Bazar Voice, Heru Nur Cholis, Lestio Hadi, Jefri Ardiansyah, dan Mhd. Agus Salim Kaban, yang telah bersama saling menghibur dan bersyiar.

11.Sahabat PKL satu partner dr USU, Arif, Putri, Jefri, Agus dan Syahri, serta teman-teman PKL lainnya dari FMIPA & FT USU, ITM, dan UISU; bang Yudhi, bang Yudha, bang Eka, bang Bambang, bang Fauzi, bang Tamba, bang Eko, bang Taufan, bang Putra, bang Edianto, bang Yanto, Aswin, Andre dan Darwin yang telah bekerja sama dengan penulis dalam banyak hal.

vii

12.Karyawan fotokopi FMIPA USU, Kak Wati yang telah memberikan beberapa bantuan dalam beberapa hal mengenai penyiapan karya ilmiah dan hal-hal lainnya,

13.Seluruh keluarga besar IMAKIN JAYA yang telah banyak memberikan pengalaman yang luar biasa serta mendukung penulis dalam berbagai hal. 14.Sahabat dari IM3, Mizwar, Zulham, Novi, Rizki dan kawan-kawan lainnya

yang telah banyak memberi dukungan baik secara langsung maupun tidak langsung dalam perjuangan semasa penyelesaian karya ilmiah ini.

15.Saudara-saudara di UKMI seluruh USU, PHBI, HTI, KAM RABBANI, SGC dan SRC yang telah menghiasi perjuangan bersama dengan penulis

Penulis

viii

ABSTRAK

Bauksit mengandung alumina (Al2O3) sebagai bahan baku dalam peleburan aluminium dengan menggunakan proses elektrolisa Hall-Heroult. Spesifikasi alumina mengandung Na2O dalam konsentrasi tertentu yang dapat mempengaruhi produksi kriolit. Kriolit digunakan sebagai elektrolit dan dapat melarutkan alumina. Proses peleburan aliminium dalam tungku reduksi harus berjalan seimbang. Oleh karena itu jumlah produksi kriolit harus diketahui dengan memperhitungkan pengaruh Na2O dalam keseimbangan material pada tungku reduksi, dimana Na2O maksimal di PT INALUM adalah 0,600 % berdasarkan spesifikasi bahan baku. Hal ini dilakukan agar diperoleh keseimbangan material yang maksimal dan proses operasi tungku reduksi tetap stabil.

ix

SODIUM OXIDE (Na2O) CONCENTRATION EFFECT IN ALUMINA (Al2O3) TO

CRYOLITE (Na3AlF6) THAT PRODUCED IN REDUCTION POT AT PT INALUM

ABSTRACT

Bauxite contains alumina (Al2O3) as material in aluminium smelting by using Hall-Heroult electrolysis process. Alumina specification contains Na2O at its concentration that influences cryolite production. Cryolite is used as electrolyte and can to dissolves alumina. Aluminium smelting process at reduction pot must be balance. Thus, cryolite production has to be known by Na2O effect calculation in material balance at reduction pot, where maximum Na2O in PT INALUM is 0,600 % based on material specification. That must be done to get maximum material balance and stabilization keeping of reduction pot operation process.

x

DAFTAR ISI

Halaman

PERSETUJUAN ii

PERNYATAAN iii

PENGHARGAAN iv

ABSTRAK viii

ABSTRACT ix

DAFTAR ISI x

DAFTAR TABEL xi

DAFTAR GAMBAR xii

BAB 1 PENDAHULUAN 1

1.1.Latar Belakang 1

1.2.Permasalahan 3

1.3.Tujuan dan Manfaat 3

1.3.1. Tujuan 3

1.3.2. Manfaat 3

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 4

2.1.Alumina dan Aluminium 4

2.2.Sejarah Aluminium 5

2.3.Bahan Baku Peleburan Aluminium 6

2.3.1. Bahan Baku Utama Proses Elektrolisis Aluminium 6

2.3.1.1. Alumina 6

2.3.1.2. Anoda Karbon 7

2.3.1.2. Katoda 8

2.3.2. Bahan Baku Penunjang Peleburan Aluminium 8

2.3.2.1. Kriolit 8

2.3.2.2. Soda Abu (Na2CO3) 9

2.3.2.3. Aluminium Floriuda (AlF3) 9

2.4.Aliran Proses Peleburan Aluminium 10

2.4.1. Diagram Alir Bahan Baku Peleburan Aluminium 10

2.4.2. Fasilitas Utama di Gas Cleaning 12

2.5.Proses Elektrolisis Aluminium 13

xi

BAB 3 METODOLOGI 20

3.1.Bahan 20

3.2.Alat 20

3.3.Prosedur Kerja 22

3.3.1. Start-up dengan Pemanasan Gas 22

3.3.2. Start-up dengan Pemanasan Listrik 23

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 25

4.1.Data 25

4.2.Perhitungan 27

4.3.Pembahasan 30

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 32

5.1.Kesimpulan 32

5.2.Saran 33

xii

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1. Spesifikasi Alumina 7

Tabel 2.2. Spesifikasi Soda Abu (Na2CO3) 9

Tabel 2.3. Spesifikasi AlF3 10

Tabel 4.1. Data Bath Material Bulan Desember 2009 25

Tabel 4.2. Data Sampling Alumina Pada Bulan Desember 2009 26

Tabel 4.2.1. Input Bath Material Balance 29

xiii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1. Aliran Material 12

Gambar 2.2. Reaksi Penangkapan Gas HF 15

Gambar 2.3. Reduksi Alumina 16

Gambar 2.4. Gaya Magnetik Pada Tungku Reduksi 17

viii

ABSTRAK

Bauksit mengandung alumina (Al2O3) sebagai bahan baku dalam peleburan aluminium dengan menggunakan proses elektrolisa Hall-Heroult. Spesifikasi alumina mengandung Na2O dalam konsentrasi tertentu yang dapat mempengaruhi produksi kriolit. Kriolit digunakan sebagai elektrolit dan dapat melarutkan alumina. Proses peleburan aliminium dalam tungku reduksi harus berjalan seimbang. Oleh karena itu jumlah produksi kriolit harus diketahui dengan memperhitungkan pengaruh Na2O dalam keseimbangan material pada tungku reduksi, dimana Na2O maksimal di PT INALUM adalah 0,600 % berdasarkan spesifikasi bahan baku. Hal ini dilakukan agar diperoleh keseimbangan material yang maksimal dan proses operasi tungku reduksi tetap stabil.

ix

SODIUM OXIDE (Na2O) CONCENTRATION EFFECT IN ALUMINA (Al2O3) TO

CRYOLITE (Na3AlF6) THAT PRODUCED IN REDUCTION POT AT PT INALUM

ABSTRACT

Bauxite contains alumina (Al2O3) as material in aluminium smelting by using Hall-Heroult electrolysis process. Alumina specification contains Na2O at its concentration that influences cryolite production. Cryolite is used as electrolyte and can to dissolves alumina. Aluminium smelting process at reduction pot must be balance. Thus, cryolite production has to be known by Na2O effect calculation in material balance at reduction pot, where maximum Na2O in PT INALUM is 0,600 % based on material specification. That must be done to get maximum material balance and stabilization keeping of reduction pot operation process.

xiv

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Aluminium adalah logam murni yang diperoleh dari alumina (Al2O3), bahan baku

alumina diperoleh dari bauksit. Proses produksi aluminium dilakukan dengan proses elektrolisa (Hall-Heroult).

Di dalam bahan baku alumina terdapat senyawa-senyawa selain Al2O3 (dalam

keadaan kering) itu sendiri yang dapat mempengaruhi proses produksi aluminium tersebut. Masing-masing senyawa tersebut memiliki spesifikasi tertentu yang disesuaikan dengan standar dalam peleburan aluminium di PT INALUM. Senyawa-senyawa tersebut antara lain : SiO2 , Fe2O3 , TiO2 , Na2O dan CaO. Na2O merupakan salah satu senyawa yang terdapat

dalam bahan baku alumina. Untuk standar spesifikasi Na2O dalam bahan baku di PT

INALUM adalah lebih kecil dari 0,600 % . Na2O berperan langsung dalam pembentukan

kriolit (Na3AlF6).

Kriolit adalah salah satu bahan baku penunjang yang sangat penting yang digunakan sebagai elektrolit dalam proses elektrolisa peleburan aluminium. Kriolit dapat melarutkan alumina dalam jumlah yang besar. Kriolit ditambahkan ke dalam pot reduksi pada saat

xv

pengoperasian awal (start-up) pot reduksi dengan banyak yang telah ditentukan sesuai dengan standar pada pengoperasian awal (start-up) pot reduksi. Pada saat pot beroperasi secara normal akan terjadi pembentukan kriolit yang dipengaruhi oleh reaksi tertentu yang terjadi di dalam pot reduksi. Pembentukan kriolit dipengaruhi oleh reaksi antara Na2O dengan

aluminium flourida (AlF3). Senyawa AlF3 juga termasuk bahan baku penunjang yang

ditambahkan ke dalam pot reduksi dengan tujuan untuk menjaga keasaman bath dan merupakan bahan yang dituangkan secara manual jika AlF3 kurang di dalam bath.

Oleh karena itu, bahan baku alumina secara langsung mempengaruhi reaksi yang terjadi antara Na2O dengan AlF3 . Melalui reaksi tersebut akan diperoleh perbandingan serta

perhitungan untuk mengetahui banyak kriolit yang dihasilkan dalam pot reduksi dengan asumsi Na2O yang terdapat dalam alumina habis terpakai. Untuk spesifikasi Na2O sendiri

memiliki persentase yang berbeda-beda pada setiap bahan baku yang masuk ke dalam pabrik reduksi, meskipun demikian standar Na2O harus tetap sesuai dengan yang diinginkan untuk

proses elektrolisa di tungku reduksi agar pembentukan kriolit di dalam pot tetap stabil.

Berdasarkan uraian di atas, penulis tertarik untuk mengambil judul :

PENGARUH KONSENTRASI NATRIUM OKSIDA (Na2O) DALAM ALUMINA (Al2O3)

TERHADAP KRIOLIT (Na3AlF6) YANG DIHASILKAN PADA TUNGKU REDUKSI DI

xvi

1.2. Permasalahan

Berapa banyak jumlah kriolit (Na3AlF6) yang dihasilkan pada unit tungku reduksi

dengan kadar Na2O yang terdapat dalam spesifikasi bahan baku Al2O3.

Pengaruh yang ditimbulkan jika terjadi kekurangan dan kelebihan Na2O dalan bahan baku

Al2O3.

1.3. Tujuan dan Manfaat

1.3.1. Tujuan

Untuk mengetahui kadar Na2O yang efisien sesuai dengan standar dalam spesifikasi

Al2O3.

Untuk mengetahui dampak yang ditimbulkan oleh kriolit apabila konsentrasi Na2O

tinggi atau rendah.

1.3.2. Manfaat

Dapat mengetahui konsentrasi Na2O dalam spesifikasi Al2O3 yang sesuai standar

untuk produksi aluminium.

Dapat mengetahui jumlah kriolit yang dihasilkan dalam tungku reduksi dari konsentrasi Na2O yang ada dalam Al2O3.

xvii

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Alumina dan Aluminium

Aluiminium adalah unsur melimpah ketiga terbanyak dalam kerak bumi (sesudah oksigen dan silikon), mencapai 8,2 % dari massa total. Keberadaannya umumnya bersamaan dengan silikon dalam aluminosilikat dari feldspar dan mika dan di dalam lempung, yaitu aluminium oksida terhidrasi yang mengandung 50 % sampai 60 % Al2O3: 1 % sampai 20 % Fe2O3: 1 % sampai 10 % silika: sedikit sekali titanium, zirkonium, vanadium, dan oksida logam transisi yang lain: dan sisanya (20 % sampai 30 %) adalah air. Bauksit sebagai bahan baku peleburan aluminium dimurnikan melalui proses Bayer, yang mengambil manfaat dimana fakta menunjukkan bahwa oksida alumina amfoter larut dalam basa kuat tetapi besi (III) oksida tidak. Bauksit mentah dilarutkan dalam natrium hidroksida

Al2O3(s) + 2 OH-(aq) + 3 H2O(l) 2 Al(OH)4-(aq)

dan dipisahkan dari besi oksida dalam bentuk terhidrasi serta zat asing terlarut lainnya dengan penyaringan. Aluminium oksida dalam bentuk terhidrasi murni mengendap bila larutan didinginkan sampai lewat-jenuh dan dipancing menjadi kristal dari produk:

xviii

2 Al(OH)4-(aq) Al2O3.3H2O(s) + 2 OH-(aq)

Air hidrasi dibuang melalui kalsinasi pada suhu tinggi sekitar 12000C. (David W.Oxtoby, 2003)

2.2. Sejarah Aluminium

Logam aluminium pertama kali dibuat dalam bentuk murni oleh H.C. Oersted, pada tahun 1825, yang memanaskan amonium klorida dengan amalgum kalium-raksa. Pada tahun 1854, Henri Saint-Cleire Deville membuat aluminium dari natrium-aluminium klorida dengan jalan memanaskannya dengan logam natrium. Proses ini beroperasi selama 35 tahun dan logamnya dijual dengan harga $ 220 per kilogram. Pada tahun 1886, harganya sudah turun menjadi $ 17 per kilogram. Pada tahun 1886, Charles Hall mulai memproduksi aluminium dengan proses skala besar seperti sekarang, yaitu melalui elektrolisis alumina di dalam kriolit lebur. Pada tahun itu pula, Paul Heroult mendapat paten (Perancis) untuk proses serupa dengan proses Hall. Hingga pada tahun 1893, produksi aluminium menurut cara Hall ini sudah sedemikian meningkat, sehingga harganya sudah jatuh menjadi $ 4,40 perkilogram. Industri ini berkembang dengan mantap, berdasarkan suatu pasaran yang sehat dan berkembang atas dasar penelitian mengenai sifat-sifat aluminium dan cara-cara pemakaian yang ekonomis bagi bahan itu. Dengan berkembangnya produksi itu, biaya pun berkurang dan ini diteruskan untuk dinikmati oleh para konsumen. Harganya bahkan mencapai 33 sen per kilogram pada tahun 1945. Harga ini meningkat kembali naik kembali hingga

xix

menjadi $ 1,58 per kilogram pada tahun 1980, yang mencerminkan adanya inflasi dan kenaikan biaya listrik. (George T. Austin, 1996)

2.3. Bahan Baku

2.3.1. Bahan Baku Utama Proses Elektrolisis

2.3.1.2. Alumina

Adapun pembagian dari alumina berdasarkan ukuran partikelnya adalah :

1. Alumina sandy ( γ – Al2O3)

Alumina sandy banyak ditemukan di Amerika, yang berbentuk serbuk yang diproduksi pada pembakaran yang lebih rendah dari alumina floury. Alumina sandy yang terbentuk digunakan pada tungku peleburan karena sifat dari alumina tersebut yang bergerak bebas dan tidak dipengaruhi oleh gaya dari luar.

2. Alumina floury (α – Al2O3)

Alumina floury banyak ditemukan di Eropa, dimana alumina jenis ini diperoleh melalui proses Bayer, selanjutnya diproses lagi untuk memperoleh aluminium cair. Proses yang digunakan adalah Hall – Heroult, prinsip yang dipakai melalui reduksi alumina. Reduksi dilakukan secara elektrolisa terhadap alumina yang dilarutkan dalam larutan elektrolit cair dan dialirkan arus listrik. Dengan mengalirkan arus listrik tersebut pada kedua elektroda (anoda dan katoda) maka akan terjadi proses elektrolisa, sehingga terbentuk endapan aluminium cair pada katoda.

xx

PT. INALUM tidak menghasilkan alumina sendiri tetapi diperoleh dari negara lain terutama dari negara Australia. Spesifikasi alumina yang diperlukan untuk peleburan aluminium adalah :

Tabel 2.1. Spesifikasi Alumina

Item Satuan Spesifikasi

Loss on Ignition (300-10000C) % maksimal 1,00

SiO2 % maksimal 0,03

Fe2O3 % maksimal 0,03

TiO2 % maksimal 0,005

Na2O % maksimal 0,600

CaO % maksimal 0,060

Al2O3 % minimal 98,40

Spesific Surface Area M2/g 40-80

Particle Size

+ 100 mesh % maksimal12,0

+ 150 mesh % minimal 25

- 325 mesh % maksimal 12,0

Angle of Refuse Deg 30-34

xxi

Anoda karbon berfungsi sebagai reduktor dalam proses elektrolisis alumina. Anoda karbon diproduksi pada pabrik karbon (Carbon Plant). Komposisi karbon terdiri dari 60% kokas minyak, 15% hardpitch, dan 20% butt (puntung anoda). Sifat-sifat anoda yang dipakai adalah :

1) Tahan terhadap perubahan panas (heat shock) sehingga sulit retak pada saat beroperasi pada temperatur tinggi.

2) Angka muai panas yang rendah agar anoda sulit terlepas dari tangkai anoda pada temperatur tinggi.

3) Konduktivitas panas tinggi agar segera mencapai temperatur tinggi pada proses pemanasan (baking).

4) Konduktivitas listrik tinggi (0,0036 – 0,0091 ohm.cm) agar aliran listrik efektif.

2.3.1.3. Katoda

Katoda adalah elektroda bermuatan listrik negatif. Ditinjau dari bahan bakunya dan prose pembuatannya, katoda dibagi atas 4 jenis, yaitu :

1). Blok katoda Amorphous, bahan bakunya antrasit, dipanggang pada suhu ± 1.200oC

2). Blok katoda semi graphitic, bahan bakunya grafit, dipanggang pada suhu ± 1.200oC

3). Blok katoda semi graphitic, bahan bakunya yang mengalami proses pemanasan sampai suhu ± 2.300oC

4). Blok katoda graphitic, bahan bakunya kokas mengalami proses grafitasi suhu ±

3.000o (Jody, B. J., dkk, 1992)

xxii

2.3.2.1. Kriolit

Kriolit dapat mengandung CaF2 dan AlF3 yang dapat membentuk kriolit Na3AlF6.

Sifat-sifat kriolit adalah :

1) Konduktivitas listrik baik. 2) Memiliki berat jenis yang rendah. 3) Temperatur kristalisasi primer rendah. 4) Stabil dalam keadaan cair.

5) Dapat melarutkan alumina dalam jumlah besar.

Untuk memperbaiki sifat- sifat kriolit tersebut, bath biasanya ditambah dengan beberapa bahan tambahan seperti fluorida, alkil metal, AlF3 dan CaF2.

2.3.2.2. Soda Abu (Na2CO3)

Soda abu berfungsi memperkuat struktur katoda dan dinding samping agar sulit tererosi. Lapisan dinding samping dengan Na2CO3 dilakukan pada tahap transisi

untuk membantu proses pembentukan kerak samping. Selain mencegah erosi oleh

bath, soda abu berfungsi sebagai isolasi termal. Spesifikasi soda abu yang digunakan

oleh PT INALUM adalah:

Tabel 2.2. Spesifikasi Soda Abu (Na2CO3)

Komposisi Loss on Ignitation

(LOI)

Fe2O3 NaCl Insoluble

water

Na2CO3 App.

Density (gr/cm3)

Unit

xxiii

2.3.2.3. Aluminium Fluorida (AlF3)

Aluminium fluorida berfungsi menjaga keasaman bath dan merupakan bahan yang dituangkan secara manual jika kelebihan AlF3 kurang didalam bath. Spesifikasi AlF3

yang digunakan oleh PT INALUM adalah:

Tabel 2.3. Spesifikasi AlF3

Item Satuan Spesifikasi

AlF3 % min 93

SiO2 % max 0,25

P2O5 % max 0,02

Fe2O3 % max 0,07

Moisture (Water Content) % max 0,35

Loss on Ignitation 300-1000oC % max 0,85

Bulk density gram/cc max 0,7

Particle Size (Tyler Mesh) Typical

+ 150 mesh % 25-60

+ 200 mesh % 50-75

xxiv

2.4. Aliran Proses Peleburan Aluminium

2.4.1. Diagram Alir Bahan Baku

Bahan-bahan untuk keperluan produksi Aluminium pertama sekali didatangkan melalui pelabuhan. Bahan-bahan tersebut adalah alumina, kokas, hard pitch. Alumina akan dimasukkan ke silo alumina (alumina silo), kokas kedalam silo kokas (coke silo),

pitch kedalam pitch storage house. Pemasukan bahan-bahan tersebut menggunakan belt conveyer.

Alumina yang berada didalam silo alumina kemudian kemudian dibawa ke dry

scrubber system untuk direaksikan dengan gas hidrogen flourida (HF) yang berasal dari

pot tungku reduksi. Hasil dari reaksi ini adalah reacted alumina yang akan dimasukkan kedalam hopper pot dengan menggunakan Anode Changing Crane (ACC). Dari hopper

pot, reacted alumina akan dimasukkan kedalam tungku reduksi.

Kokas yang ada dalam silo kokas akan bercampur dengan butt (puntung anoda) dan mengalami pemanasan. Kemudian dicampur dengan hard pitch yang berfungsi sebagai perekat (binder). Campuran ketiga bahan ini akan dicetak menggunakan Shaking

Machine di Anode Green Plant dan selanjutnya mengalami pemanggangan pada baking furnace. Hasilnya adalah blok anoda (anode block) di Anode Baking Plant.

Blok-blok anoda kemudian akan dipasangi tangkai (anode assembly) di Anode

Baking Plant. Anoda tersebut kemudian akan dikirimkan ke Reduction Plant untuk

keperluan proses elektrolisis alumina menjadi aluminium. Setelah + 28 hari anoda diganti dan sisa-sisa anoda (butt) dibersihkan. Butt ini kemudian akan dihancurkan dan dimasukkan ke silo butt. Butt kemudian dipakai kembali (recycle) sebagai bahan pembuatan anoda bersama kokas dan pitch.

xxv

Pada tungku reduksi akan terjadi proses elektrolisis alumina. Proses ini akan menghasilkan gas HF yang akan dialirkan ke dry scrubber system untuk bereaksi dengan alumina dan dibersihkan lalu dibuang melalui cerobong gas cleaning system. Aluminium cair (molten) yang dihasilkan dibawa ke Casting Shop menggunakan Metal Transport

Car (MTC). Di casting shop aluminium cair dimasukkan kedalam holding furnace, lalu

dituang ke casting machine untuk dicetak menjadi ingot aluminium dengan berat masing-masing ingot seberat 50 lbs (22,7 kg).

Gambar 2.1. Aliran Material

2.4.2. Fasilitas Utama di Gas Cleaning

a. Fresh Alumina Handling System

Sistem ini menangani penyimpanan fresh alumina di dalam silo alumina dan pengirimannya ke dry scrubbing system. Banyaknya alumina yang dikirimkan diukur dengan flowmeter.

xxvi

Sistem ini berfungsi menyaring debu dan mengadsorbsi gas fluoride yang berasal dari pot reduksi. Fresh alumina dari silo, dialirkan melalui air slide kedalam reactor dan direaksikan dengan gas buang dari pot reduksi. Gas dihisap dari pot reduksi dengan menggunakan main exhaust fan. Debu dan alumina yang bereaksi ini kemudian disaring di dalam bag filter. Udara yang sudah bersih dibuang ke atmosfer melalui exhaust stack.

Untuk menjaga tekanan di dalam bag filter stabil, alumina dan debu yang menempel di kain bag filter perlu dihembus secara periodic dengan udara bertekanan rendah yang diatur melalui damper. Udara ini berasal dari reverse flow fan. Alumina yang jatuh kemudian ditampung didalam hopper bag filter, dialirkan dan disirkulasikan kembali kedalam reactor untuk bereaksi kembali dengan gas buang. Dengan cara demikian, kontak antara gas buang dengan alumina di dalam reactor lebih efektif.

Setelah reaksi adsorpsi selesai melalui sistem overflow, alumina dari hopper bag

filter dikeluarkan dan dialirkan memakai air slide menuju bin reacted alumina.

c. Reacted Alumina Handling System

Sistem ini menangani penyimpanan sementara reacted alumina di bin reacted

alumina. Reacted alumina kemudian dialirkan menuju Bath Material Mixing Centre

(BMMC) untuk dicampur dengan material bath. Campuran alumina dan material

bath kemudian disimpan sementara di day-bin melalui belt conveyer. Campuran ini

selanjutnya digunakan di pot reduksi sebagai bahan baku. (PT INALUM, 2009)

xxvii

Aluminium terutama masih sekedar menjadi bahan penelitian di laboratorium sampai tahun 1886, ketika Charles Hall di Amerika Serikat (lulusan Oberlin College yang berusia 21 tahun) dan Paul Heroult (berkebangsaan Perancis, berusia sama) secara sendiri-sendiri menemukan proses yang efisien untuk memproduksikannya. Pada tahun 1990-an produksi aluminium di seluruh dunia yang menggunakan proses Hall-Heroult mencapai 1,5 × 107 ton metrik.

Proses Hall-Heroult melibatkan pengendapan aluminium secara katodik, dari lelehan kriolit (Na3AlF6) yang mengandung Al2O3 terlarut, dalam sel elektrolisis. Setiap sel terdiri dari kotak baja persegi panjang yang panjangnya sekitar 6 m, lebar 2 m, dan tinggi 1 m, yang berfungsi sebagai katode, dan grafit pejal sebagai anode yang mencuat melewati atap sel hingga ke bak lelehan kriolit. Arus yangh sangat besar (50.000 sampai 100.000 A) dilewatkan dalam sel, dan sebanyak 100 sel seperti ini disusun secara seri.

Lelehan kriolit, yang berdisosiasi sempurna menjadi ion-ion Na+ dan AlF63-, merupakan pelarut yang baik untuk aluminium oksida, menghasilkan distribusi kesetimbangan dari ion-ion seperti Al3+, AlF2+, . . . , AlF63-, dan O 2-dalam elektrolit. Kriolit meleleh pada suhu 1000°C, tetapi titik lelehnya turun dengan adanya aluminium oksida terlarut, sehingga suhu sel operasi hanya 950°C. Dibandingkan dengan titik leleh Al2O3 murni (2050°C), suhu tersebut merupakan suhu yang rendah, dan inilah sebabnya proses Hall-Heroult bias berhasil. Lelehan aluminium memiliki kerapatan yang sedikit lebih besar daripada lelehennya pada suhu 950°C sehingga materi ini mengumpul di dasar sel, untuk selanjutnya disadap secara berkala. Oksigen merupakan produk

xxviii

anode yang utama, tetapi zat ini bereaksi dengan electrode grafit menghasilkan karbon dioksida. (David W. Oxtoby, 2003)

Secara umum reaksi yang terjadi dalam pot tungku reduksi adalah sebagai berikut :

1. Reaksi Penangkapan Gas Hidrogen Flourida (HF)

Gas HF dapat terbentuk selama proses elektrolisis. Reaksi pembentukan gas HF adalah sebagai berikut :

Na3AlF6 + 3/2 H2→ Al(l) + 3 NaF(l) + 3 HF(g)

Potensial listrik 1,53 volt pada suhu operasi. Gas HF juga dapat terbentuk melalui reaksi:

2 AlF3 + H2O → Al2O3(l) + 6 HF

Gas HF selanjutnya akan bereaksi dengan alumina (Al2O3).

HF AlF3 + H2O →

HF

AlF3

Gambar 2.2. Reaksi Penangkapan Gas HF

Reaksi (1) : adsorpsi HF pada permukaan alumina

Reaksi (2) : reaksi kimia antara HF dan Al2O3 menghasilkan aluminium fluorida (AlF3)

dan H2O

Al2O3

Al2O3

Al₂O₃

AlF₃

xxix

Reaksi difusi : reaksi difusi ion AlF3 ke dalam alumina dan menghasilkan AlF3

2. Reaksi Pada Anoda

Dalam Proses elektrolisis reaksi yang dapat terjadi pada anoda adalah :

C (s) + O2 (g)→ CO2 (g)

C (s) + CO2(g)→ 2 CO (g)

Jika potensial sel elektrolisis lebih besar dari 1,02 volt maka reaksi yang dapat terjadi adalah :

2 Al2O3(sat) + 3 C (s) → 4 Al (l) + 3 CO2(g)

3. Reaksi Pada Katoda

Reaksi yang dapat terjadi di sekitar katoda adalah dekomposisi ion AlF4- dari kriolit menjadi ion Al3+ dan ion F- :

AlF4-→ Al3+ + 4F-

Reaksi Al3+ :

Al3+ + 3e → Al (l)

Dan reaksi antara natrium dari kriolit dengan Al :

Al (l) + 3 Na+→ 3 Na + Al3+

4. Reaksi Utama Elektrolisis Alumina

Reaksi keseluruhan pada industri elektrolisis alumina dengan menggunakan anoda karbon adalah sebagai berikut :

xxx

Reaksi ini berlangsung pada temperatur sekitar 945o – 965o, beda potensial 1,18 volt. Mekanisme reaksi yang paling sering terjadi adalah reduksi Al2O3 secara langsung

dengan reaksi :

Al2O3 → AlO

+ AlO+

AlO2 → Al 3+

+ 2 O2-

Reaksi katodik : 2 Al3+ + 6e-→ 6 Al

Reaksi anodik : 3 O2-→3/2 O2 + 6e

Reaksi diatas adalah reaksi utama, reaksi ini tidak mengabaikan fakta bahwa Na mengendap pada katoda.

Gambar 2.3. Reduksi Alumina

5. Gaya Magnetik

Adanya arus searah dan medan magnetik yang timbul oleh susunan pot akan menimbulkan gaya magnetik. Gaya magnetik tersebut akan menimbulkan pergerakan

dan konversi aluminium cair didalam pot.

xxxi

Intensitas gaya magnetik ditentukan oleh distribusi metal pada katoda dan komponen arus horizontal pada katoda. Untuk menghilangkan komponen arus horizontal adalah dengan membuat kerak samping.

(a) (b)

Gambar 2.5. Pengaruh Kerak Samping Pada Aliran Arus (a) tanpa kerak samping; (b) dengan kerak samping

(PT INALUM, 2009)

2.6. Kegunaan Aluminium

Konsumsi aluminium masih meningkat. Kombinasi sifat yang agak jarang terdapat, yaitu ringan dan kuat, membuat aluminium cocok untuk berbagai penggunaan yang tidak dapat ditampung oleh logam-logam lain. Atas dasar berat yang sama, aluminium mempunyai konduktivitas dua kali lebih baik dari tembaga dan keuletannya (ductility) pun tinggi pada suhu tinggi.

xxxii

Aluminium biasa dipadukan dengan logam seperti tembaga, magnesium, seng, silicon, krom dan mangan sehingga kemanfaatannya pun lebih banyak lagi. Logam aluminium atau paduannya, lebih-lebih paduannya dengan magnesium, banyak digunakan dalam struktur pesawat terbang, mobil, truk dan gerbong kereta api, konduktor listrik dan untuk struktur-struktur konstruksi yang dicor atau ditempa. Bila digunakan dengan baik, aluminium itu tahan korosi. Kekuatan dan keuletannya meningkat pada suhu di bawah nol; hal ini berlawanan sekali dengan besi dan baja. (George T. Austin, 1996)

Aluminium dan aloinya telah digunakan dalam berbagai hal. Banyak diantaranya memanfaatkan kerapatan aluminium yang rendah, suatu keunggulan disbanding besi atau baja jika diinginkan materi yang lebih ringan seperti untuk industri transportasi, yang menggunakan aluminium untuk kendaraan mulai dari mobil sampai satelit. Kondukt ivitas listrik aluminium yang tinggi dan kerapatannya yang rendah membuatnya sangat berguna untuk digunakan dalam kabel transmisi listrik. Untuk penggunaannya dalam bangunan dan gedung. Ketahanannya terhadap korosi merupakan sifat yang penting, seperti halnya kenyataan bahwa materi ini menjadi lebih kuat pada suhu di bawah nol. (Baja dan besi ada kalanya menjadi rapuh pada kondisi tersebut). Produk rumah tangga yang mengandung aluminium antara lain foil, kaleng minuman ringan dan perabot dapur. (David W. Oxtoby, 2003)

Aluminium banyak digunakan sebagai peralatan dapur, bahan konstruksi bangunan dan ribuan aplikasi lainnya dimanan logam yang mudah dibuat, kuat dan ringan diperlukan.

xxxiii

Walau konduktivitas listriknya hanya 60% dari tembaga, tetapi ia digunakan sebagai bahan transmisi karena ringan. Aluminium murni sangat lunak dan tidak kuat. Tetapi dapat dicampur dengan tembaga, magnesium, silikon, mangan, dan unsur-unsur lainnya untuk membentuk sifat-sifat yang menguntungkan.

Campuran logam ini penting kegunaannya dalam konstruksi pesawat modern dan roket. Logam ini jika diuapkan di vakum membentuk lapisan yang memiliki reflektivitas tinggi untuk cahaya yang tampak dan radiasi panas. Lapisan ini menjaga logam dibawahnya dari proses oksidasi sehingga tidak menurunkan nilai logam yang dilapisi. Lapisan ini digunakan untuk memproteksi kaca teleskop dan kegunaan lainnya.

xxxiv

BAB 3

METODOLOGI

3.1. Bahan

1. Bath cair 2. Alumina

3. Kriolit / bath powder 4. Soda abu

3.2. Alat

1. Anode changing crane (ACC) 2. Palaka alumina

3. Ladle kokas 4. Trailer ladle 5. Palaka kokas 6. Pengarah hook 7. Pendorong kokas 8. Sapu ijuk

9. Pengarah nozzle ladle bath 10.Pemegang pendorong kokas 11.Ladle bath

xxxv

12.Hook 13.Corong bath 14.Tongkat besi 15.Kain isolasi panas 16.Forklift

17.Motoruc 18.Pipa funken 19.Selang funken 20.Baju pelindung 21.Pelindung muka 22.Sarung tangan tebal

23.Palaka kriolit (bath powder) 24.Kacamata pengaman

25.Handuk

26.Sepatu pengaman

27.Pasak Hubungan Singkat ( PHS ) 28. Motor Jack

xxxvi

3.3. Prosedur Kerja Operasi Pot Tungku Reduksi

3.3.1. Operasi Start-up dengan Pemanasan Gas

1) Gas LPG dimatikan, kemudian burner dilepaskan dari dalam pot.

2) Cover yang ada di sekeliling pot terbuka, kemudian arus diturunkan hingga 130

kA.

3) Ditaburkan serbuk kliorit + 100 kg di sekeliling dinding pot, ini dilakukan agar tidak banyak panas yang hilang.

4) Dimasukkan bath cair sebanyak 6 ton, kemudian setelah bath telah habis dituang, maka Pasak Hubungan Singkat (PHS) dicabut, diatur posisi busbar anoda, sehingga diharapkan akan terjadi funken atau Anoda Effect (AE) dan arus kembali dinaikkan hingga arus normal, 190 kA.

5) Dimasukkan bath powder dan alumina ke dalam pot.

6) Dimasukkan Na (soda-abu) + 400 kg pada kedua sisi panjang arus masuk dan arus keluar.

7) Pertahankan funken selama 10 – 15 menit, selama funken dipertahankan voltase 20 – 30 volt , dan setelah itu funken dimatikan dengan menyemprotkan udara kering ke dalam bath cair dengan menggunakan pipa AE, sehingga akan hilanglah gas sisa hasil gas baking.

8) Dimasukkan bath cair yang kedua sebanyak 6 ton.

9) Hood ditutup seluruhnya kemudian peralatan dikembalikan ke tempat yang telah

ditentukan.

10) Setelah satu hari dilakukan metal charging yaitu pemasukan metal cair ke dalam tungku sebanyak 12 ton.

xxxvii

3.3.2. Operasi Start-up dengan Pemanasan Listrik

1) Kokas isolasi dikeluarkan dengan menggunakan ladel kokas.

2) PHS dimasukkan untuk menutup arus listrik, alat control Anode Current

Distribution Device (ACDD) dilepas dan diletakkan di tempat yang telah

ditentukan.

3) Posisi busbar diatur pada 280 mm kemudian anoda diangkat + 100 mm dan anoda diklem menggunakan ACC.

4) Dengan menggunakan motor jack posisi busbar dinaikkan ke posisi 100 mm. 5) Kokas dasar didorong ke bagian sisi arus masuk dengan menggunakan sapu

kokas yang dibantu dengan forklift putar dan kokas yang terdapat pada dasar dihisap dengan ladel kokas sampai habis.

6) Busbar diturunkan ke posisi 360 mm kemudian arus diturunkan sampai 130 kA.

7) Dipasang alat pencabut PHS.

8) Bath cair sebanyak 6 ton yang diambil dari pot penyedia bath dituang ke dalam

pot tungku reduksi.

9) PHS dicabut dan posisi busbar diatur hingga terjadi funken (AE) dan arus dinaikkan kembali hingga normal.

10) Dimasukkan alumina ke dalam pot.

11) Funken dipertahankan selama 10 – 15 menit dan setelah itu funken dimatikan

dengan jalan menyemprotkan udara kering ke dalam bath cair dengan menggunakan pipa AE.

12) Bath cair yang kedua sebanyak + 4 – 5 ton dimasukkan ke dalam pot.

13) Hood ditutup seluruhnya kemudian peralatan dikembalikan ke tempat yang telah

xxxviii

14) Setelah satu hari dilakukan metal charging yaitu pemasukkan metal cair ke dalam tungku sebanyak 12 ton.

xxxix

BAB 4

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Data

Data hasil pengamatan operasi harian pada Departemen Smelter Reduction and Casting (SRC) pada pabrik peleburan aluminium di PT INALUM, Kuala Tanjung, Kabupaten Batubara.

Tabel 4.1. Data Bath Material Bulan Desember 2009

No Item Jumlah Unit

1 Line current 190,784 kA

2 CE 92,32 %

3 PIO 504 pot

4 UC alumina 1900 kg/T.Al

5 Mixing ratio 210 kg/T.Al

6 S <--- 11,129 T/hari

7 Butt crust 338,594 kg/butt

8 S ---> 24,896 T/hari

xl

10 Crust AC + 1st fl. 41,449 kg/butt

11 Carbon tapping 3,0685 kg/pot.hari

Keterangan : T = ton T.Al = ton aluminium

butt = puntung anoda

Tabel 4.2. Data Sampling Alumina Pada Bulan Desember 2009

SAMPLING BY INALUM FOR YEAR 2009 Jumlah Unit pada 18

Desember 2009

ITEM UNIT

LOI (300 ~ 1000) % 0,78

SiO2 % 0,016

Fe2O3 % 0,007

TiO2 % 0,005

Na2O % 0,33

CaO % 0,023

Al2O3 % 99,62

Specific Surface Area m2/g 75

Water Contens 110°C % 0,99

Total Water 44 % RH % 4,27

xli

+ 150 mesh % 11,6

+ 200 mesh % 66,6

+ 250 mesh % 73,4

+ 325 mesh % 91,3

- 325 mesh % 8,7

Tamped Density gr/cc 1,17

Untamped Density gr/cc 1,04

Angle of Repose deg 32,8

xlii

4.2. Perhitungan

1. Produksi Metal

P = 0,3354 . I . CE . t . n

= 0,3554 x 190,784 x 92,32 % x 24 x 504

= 714566,385 kg/hari

2. Kebutuhan alumina

= 714566,385 / 1000 x 1900 / 1000 = 1357,676 T/hari

3. Return crust dari mixing ratio = 714566,385 / 1000 x 210 / 1000 = 150 T/hari

Return crust terdiri dari 70 : 30 alumina dan bath material ; alumina = 70 / 100 x 150 = 105 T / hari

bath = 30 / 100 x 150 = 45 T / hari

xliii

Total alumina yang masuk

= 1357 + 105 = 1462 T / hari

Alumina yang efektif masuk ke dalam bath adalah 80 % dan 1,7 % loss karena gas hisap ;

alumina yang efektif masuk = 80 / 100 x 1462 = 1169,6 T / hari alumina yang loss karena gas hisap = 1,7 / 100 x 1462 = 24,854 T / hari

Alumina yang masuk dari AC adalah 200 kg, efektif masuk ke bath hanya 35 % (AC cycle = 28,0 hari) ;

= 18 / 28,0 x 504 x 200 / 1000 x 35 / 100 = 22,68 T / hari

Jadi total alumina feed per hari ; = 1462 – 24,859 + 22,68 = 1459,826 T / hari

5. Produksi bath di dalam pot

Reaksi : 3NaO2 + 4AlF3 2Na3AlF6 + Al2O3 Dari total feeding alumina masuk mengandung 0.33 % Na2O

Maka jumlah Na2O = 4,8 T / hari (asumsi habis bereaksi)

Maka Na3AlF6 yang diproduksi perhari ; = (4,8 / (2 x 23 + 16)) x 2 / 3 x 210 = 4,8 / 62 x 2 / 3 x 210

xliv

Diasumsikan Na3AlF6 yang terbentuk 90 % dan 10 % lagi berasal dari bath material lain :

Produksi bath perhari = 10,8 / 90 % = 12,04 T / hari = 0,0238 T / pot / hari = 23,8 kg / pot / hari

Tabel 4.2.1. Input Bath Material Balance

No Input ( T/hari )

Return crust Produksi bath Bath charging Total

1. 45 12,04 11,129 68,169

Tabel 4.2.2. Output Bath Material Balance

No Output ( T/hari )

Butt crust Bath tapping

Dross ladle

Crust AC + 1st fl.

Carbon tapping

Total

1. 111,408 24,8967 7,646 15,12 1,542 160,6127

Bath material = 40 % dari total output = 40/100 x 160,6127 T/hari

xlv

= 64,24508 T/hari

Kelebihan bath material perhari = 3,9239 T/hari

4.3. Pembahasan

Produksi bath di dalam pot tungku reduksi dipengaruhi oleh input material melalui beberapa tahap. Dengan memperhitungkan produksi metal akan diketahui kebutuhan alumina selama proses peleburan berlangsung, baik yang dimulai dari start-up maupun feeding alumina. Produksi metal 714566,385 kg/hari membutuhkan alumina sebanyak 1357,676 T/hari. Selain itu juga terjadi pemakaian return crust dari mixing ratio pada pot tungku reduksi sebanyak 150 T/hari. Dengan asumsi bahwa return crust terdiri dari 70% alumina dan 30% bath material, maka terdapat alumina 105 T/hari dan bath material 45 T/hari, sehingga diperoleh total alumina yang masuk adalah sebanyak 1462 T/hari.

Dari total alumina yang masuk, hanya 80% yang efektif masuk ke dalam bath sedangkan 1,7% loss karena gas hisap. Dengan demikian alumina yang efektif masuk ke dalam bath sebanyak 1169,6 T/hari dan yang loss karena gas hisap adalah 24,854 T/hari. Pada saat AC (anode changing) juga dilakukan penambahan alumina sebanyak 200 kg dan yang efektif masuk ke dalam bath hanya 35% dengan siklus AC selama 28 hari, diperoleh alumina yang efektif masuk dari AC sebanyak 22,68 T/hari. Jadi, total alumina feed perhari adalah 1459,826. Total alumina feed ini diperoleh dengan memperhitungkan total alumina yang efektif masuk ke dalam bath dan alumina yang

xlvi

efektif masuk dari AC, kemudian dikurangi dengan jumlah alumina yang loss karena gas hisap.

Sesuai dengan reaksi pembentukan kriolit yang dipengaruhi oleh Na2O dan AlF3, maka dapat diketahui banyaknya Na2O yang diasumsikan habis terpakai. Dengan kandungan 0,33% Na2O dari total feeding alumina maka diketahui bahwa Na2O yang habis terpakai sebanyak 4,8 T/hari. Berdasarkan reaksi yang terjadi dan banyaknya Na2O maka diperoleh banyak Na3AlF6 yang diproduksi adalah 10,8 T/hari. Bila diasumsikan Na3AlF6 yang terbentuk 90% dan 10% lagi berasal dari bath material lain maka produksi bath adalah 12,04 T/hari.

Untuk mencapai keseimbangan dalam bath material maka perlu juga untuk mengetahui banyaknya inpu dan output bath material, dimana diperoleh bahwa total input bath material adalah sebanyak 68,169 T/hari dan total output bath material adalah 64,24508 T/hari. Dengan demikian dapat diketahui kelebihan bath material perhari yaitu 3,9239.

xlvii

BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

Berdasarkan pengamatan yang telah dilakukan, maka dapat diambil kesimpulan bahwa :

- Spesifikasi bahan baku alumina yang digunakan dalam proses peleburan aluminium harus selalu dikontrol dengan kadar Na2O maksimal 0,600 %. Hal ini

dilakukan agar pot reduksi tetap dapat beroperasi dengan stabil.

- Na2O berpengaruh terhadap kriolit yang dihasilkan, dimana kriolit juga

berpengaruh dalam hal input dan output material pada tungku reduksi.

- Apabila konsentrasi Na2O dalam bahan baku terlalu kecil, maka kriolit yang

dihasilkan dari reaksi antara Na2O dengan AlF3 akan terlalu sedikit sehingga

operasi pot tungku reduksi akan mengalami kekurangan kriolit yang mengakibatkan terganggunya kestabilan dalam pot tungku reduksi.

- Apabila konsentrasi Na2O dalam bahan baku terlalu besar, maka kriolit yang

dihasilakan dari reaksi antara Na2O dengan AlF3 akan terlalu banyak sehingga

operasi pot tungku reduksi akan mengalami kelebihan kriolit yang dapat melebihi kapasitas pot tungku reduksi dan mengganggu kestabilan pot tungku reduksi. - Kelebihan kriolit akan terlalu banyak menghasilkan output material, sehingga

dapat menimbulkan kesulitan dalam pengelolaan output material yang banyak ini di areal sekitar pabrik reduksi.

- Sebagaimana yang telah dipaparkan bahwa konsentrasi Na2O pada bulan

Desember 2009 adalah 0,33 %. Dimana pada konsentrasi ini dapat menghasilkan kriolit dalam jumlah yang stabil. Hal ini dibuktikan dengan banyaknya input dan

xlviii

output material yang dihasilkan memiliki jumlah yang tidak berbeda terlalu jauh dan cenderung tidak mengganggu kestabilan pot tungku reduksi serta pengelolaan yang lebih baik lagi.

5.2. Saran

Untuk menjaga agar kriolit yang dihasilkan pada pot tungku reduksi tetap stabil, maka perlu adanya pengontrolan yang baik pada bahan baku alumina. Dalam bahan baku alumina diperlukan range konsentrasi Na2O yang lebih detail untuk

mengetahui input dan output material yang lebih tepat, sehingga tidak ada masalah mengenai kekurangan dan kelebihan kriolit pada operasi pot tungku reduksi. Dari hasil perhitungan konsentrasi Na2O sebanyak 0,33 % termasuk merupakan konsentrasi

yang baik dan menghasilkan output material yang tidak berbeda jauh dengan input material dalam pot tungku reduksi.

xlix

DAFTAR PUSTAKA

Austin, G. T., 1996. Industri Proses Kimia. Jilid 1. Edisi Kelima. Jakarta: Penerbit Erlangga.

Grjotheim, Kai and B. L. Welc. 1988. Aluminium Smelter Technology. Second

Edition. Desserldorf: Aluminum Verlag.

Jody, B, dkk. 1992. Recyling of Aluminium Salt Cake. London: J. Res Management

and Technology

Oxtoby, D. W., 2003. Prinsip-prinsip Kimia Modern. Jilid 2. Edisi Keempat. Jakarta: Penerbit Erlangga.

PT INALUM., 2009. Modul Pelatihan OJT Reduksi. PT INALUM: Kuala Tanjung.

Diasumsikan Na3AlF6 yang terbentuk 90 % dan 10 % lagi berasal dari bath material lain :

Produksi bath perhari = 10,8 / 90 %

= 12,04 T / hari

= 0,0238 T / pot / hari = 23,8 kg / pot / hari

Tabel 4.2.1. Input Bath Material Balance

No Input ( T/hari )

Return crust Produksi bath Bath charging Total

1. 45 12,04 11,129 68,169

Tabel 4.2.2. Output Bath Material Balance

No Output ( T/hari )

Butt crust Bath tapping

Dross ladle

Crust AC + 1st fl.

Carbon tapping

Total

1. 111,408 24,8967 7,646 15,12 1,542 160,6127

Bath material = 40 % dari total output = 40/100 x 160,6127 T/hari

= 64,24508 T/hari

Kelebihan bath material perhari = 3,9239 T/hari

4.3. Pembahasan

Produksi bath di dalam pot tungku reduksi dipengaruhi oleh input material melalui beberapa tahap. Dengan memperhitungkan produksi metal akan diketahui kebutuhan alumina selama proses peleburan berlangsung, baik yang dimulai dari start-up maupun feeding alumina. Produksi metal 714566,385 kg/hari membutuhkan alumina sebanyak 1357,676 T/hari. Selain itu juga terjadi pemakaian return crust dari mixing ratio pada pot tungku reduksi sebanyak 150 T/hari. Dengan asumsi bahwa return crust terdiri dari 70% alumina dan 30% bath material, maka terdapat alumina 105 T/hari dan bath material 45 T/hari, sehingga diperoleh total alumina yang masuk adalah sebanyak 1462 T/hari.

Dari total alumina yang masuk, hanya 80% yang efektif masuk ke dalam bath sedangkan 1,7% loss karena gas hisap. Dengan demikian alumina yang efektif masuk ke dalam bath sebanyak 1169,6 T/hari dan yang loss karena gas hisap adalah 24,854 T/hari. Pada saat AC (anode changing) juga dilakukan penambahan alumina sebanyak 200 kg dan yang efektif masuk ke dalam bath hanya 35% dengan siklus AC selama 28 hari, diperoleh alumina yang efektif masuk dari AC sebanyak 22,68 T/hari. Jadi, total alumina feed perhari adalah 1459,826. Total alumina feed ini diperoleh dengan memperhitungkan total alumina yang efektif masuk ke dalam bath dan alumina yang

efektif masuk dari AC, kemudian dikurangi dengan jumlah alumina yang loss karena gas hisap.

Sesuai dengan reaksi pembentukan kriolit yang dipengaruhi oleh Na2O dan AlF3, maka dapat diketahui banyaknya Na2O yang diasumsikan habis terpakai. Dengan kandungan 0,33% Na2O dari total feeding alumina maka diketahui bahwa Na2O yang habis terpakai sebanyak 4,8 T/hari. Berdasarkan reaksi yang terjadi dan banyaknya Na2O maka diperoleh banyak Na3AlF6 yang diproduksi adalah 10,8 T/hari. Bila diasumsikan Na3AlF6 yang terbentuk 90% dan 10% lagi berasal dari bath material lain maka produksi bath adalah 12,04 T/hari.

Untuk mencapai keseimbangan dalam bath material maka perlu juga untuk mengetahui banyaknya inpu dan output bath material, dimana diperoleh bahwa total input bath material adalah sebanyak 68,169 T/hari dan total output bath material adalah 64,24508 T/hari. Dengan demikian dapat diketahui kelebihan bath material perhari yaitu 3,9239.

BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

Berdasarkan pengamatan yang telah dilakukan, maka dapat diambil kesimpulan bahwa :

- Spesifikasi bahan baku alumina yang digunakan dalam proses peleburan

aluminium harus selalu dikontrol dengan kadar Na2O maksimal 0,600 %. Hal ini dilakukan agar pot reduksi tetap dapat beroperasi dengan stabil.

- Na2O berpengaruh terhadap kriolit yang dihasilkan, dimana kriolit juga

berpengaruh dalam hal input dan output material pada tungku reduksi.

- Apabila konsentrasi Na2O dalam bahan baku terlalu kecil, maka kriolit yang dihasilkan dari reaksi antara Na2O dengan AlF3 akan terlalu sedikit sehingga operasi pot tungku reduksi akan mengalami kekurangan kriolit yang mengakibatkan terganggunya kestabilan dalam pot tungku reduksi.

- Apabila konsentrasi Na2O dalam bahan baku terlalu besar, maka kriolit yang dihasilakan dari reaksi antara Na2O dengan AlF3 akan terlalu banyak sehingga operasi pot tungku reduksi akan mengalami kelebihan kriolit yang dapat melebihi kapasitas pot tungku reduksi dan mengganggu kestabilan pot tungku reduksi. - Kelebihan kriolit akan terlalu banyak menghasilkan output material, sehingga

dapat menimbulkan kesulitan dalam pengelolaan output material yang banyak ini di areal sekitar pabrik reduksi.

- Sebagaimana yang telah dipaparkan bahwa konsentrasi Na2O pada bulan

Desember 2009 adalah 0,33 %. Dimana pada konsentrasi ini dapat menghasilkan kriolit dalam jumlah yang stabil. Hal ini dibuktikan dengan banyaknya input dan

output material yang dihasilkan memiliki jumlah yang tidak berbeda terlalu jauh dan cenderung tidak mengganggu kestabilan pot tungku reduksi serta pengelolaan yang lebih baik lagi.

5.2. Saran

Untuk menjaga agar kriolit yang dihasilkan pada pot tungku reduksi tetap stabil, maka perlu adanya pengontrolan yang baik pada bahan baku alumina. Dalam bahan baku alumina diperlukan range konsentrasi Na2O yang lebih detail untuk mengetahui input dan output material yang lebih tepat, sehingga tidak ada masalah mengenai kekurangan dan kelebihan kriolit pada operasi pot tungku reduksi. Dari hasil perhitungan konsentrasi Na2O sebanyak 0,33 % termasuk merupakan konsentrasi yang baik dan menghasilkan output material yang tidak berbeda jauh dengan input material dalam pot tungku reduksi.

DAFTAR PUSTAKA

Austin, G. T., 1996. Industri Proses Kimia. Jilid 1. Edisi Kelima. Jakarta: Penerbit Erlangga.

Grjotheim, Kai and B. L. Welc. 1988. Aluminium Smelter Technology. Second

Edition. Desserldorf: Aluminum Verlag.

Jody, B, dkk. 1992. Recyling of Aluminium Salt Cake. London: J. Res Management

and Technology

Oxtoby, D. W., 2003. Prinsip-prinsip Kimia Modern. Jilid 2. Edisi Keempat. Jakarta: Penerbit Erlangga.

PT INALUM., 2009. Modul Pelatihan OJT Reduksi. PT INALUM: Kuala Tanjung.