Pengaruh Konsentrasi Feeding Alumina Terhadap Produktivitas Aluminium Cair Pada Tungku Reduksi Di PT Inalum Kuala Tanjung

PENGARUH KONSENTRASI FEEDING ALUMINA TERHADAP PRODUKTIVITAS ALUMINIUM CAIR PADA TUNGKU REDUKSI

DI PT INALUM KUALA TANJUNG

TUGAS AKHIR

ANUGRAH MUNAWIR PERDANA LUBIS 082409046

DEPARTEMEN KIMIA

PROGRAM STUDI DIPLOMA III KIMIA INDUSTRI

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN 2011

PENGARUH KONSENTRASI FEEDING ALUMINA TERHADAP PRODUKTIVITAS ALUMINIUM CAIR PADA TUNGKU REDUKSI

DI PT INALUM KUALA TANJUNG

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Ahli Madya

ANUGRAH MUNAWIR PERDANA LUBIS 082409046

DEPARTEMEN KIMIA

PROGRAM STUDI DIPLOMA III KIMIA INDUSTRI

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN 2011

PERSETUJUAN

Judul : PENGARUH KONSENTRASI FEEDING ALUMINA TERHADAP PRODUKTIVITAS ALUMINIUM CAIR PADA TUNGKU REDUKSI DI PT INALUM KUALA TANJUNG

Nama : ANUGRAH MUNAWIR PERDANA LUBIS Nomor Induk Mahasiswa : 082409046

Program Studi : KIMIA INDUSTRI D-3 Departemen : KIMIA

Fakultas : MATEMATIKA DAN ILMU

PENGETAHUAN ALAM (FMIPA) UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

Disetujui di Medan, Mei 2011

Diketahui / Disetujui

Program Studi D3 Kimia Dosen Pembimbing Ketua,

Dra.Emma Zaidar Nst,M.Si Dr. Yuniarti Yusak, MS NIP : 195512181987012001 NIP : 130809726

Departemen KIMIA FMIPA USU Ketua,

DR. Rumondang Bulan, MS NIP : 19540830198503

PERNYATAAN

PENGARUH KONSENTRASI FEEDING ALUMINA TERHADAP PRODUKTIVITAS ALUMINIUM CAIR PADA TUNGKU REDUKSI

DI PT INALUM KUALA TANJUNG

KARYA ILMIAH

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

Medan, Juni 2011

ANUGRAH MUNAWIR PERDANA LUBIS 082409046

PENGHARGAAN

Puji syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah yang berjudul “ PENGARUH KONSENTRASI FEEDING ALUMINA TERHADAP PRODUKTIVITAS ALUMINIUM CAIR PADA TUNGKU REDUKSI DI PT INALUM KUALA TANJUNG “.

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 Ayahanda Amin Syahbana Lubis, Ibunda Bintanur Harahap dan Adinda Aulia Fadhli Sani Lubis beserta seluruh keluarga tercinta yang banyak memberikan dukungan moril dan materil serta doa yang tidak henti-hentinya untuk penulis

2. Ibu Dr. Yuniarti Yusak, MS selaku dosen pembimbing yang bersedia meluangkan waktu, tenaga dan pikiran untuk membantu penulis menyelesaikan 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, M.Si selaku ketua program studi DIII Kimia Industri Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara 6. Seluruh staff pengajar dan pegawai Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan

Alam Universitas Sumatera Utara

7. PT. INALUM atas kesempatan yang diberikan keepada penulis untuk melaksakan Praktek Kerja Lapangan

8. Pimpinan managerial, staff dan seluruh karyawan PT. INALUM, khususnya Bapak Faisal Amri, Faisal Hidayat, Syafri dan Damianus yang bersedia membimbing penulis selama melaksakan Praktek Kerja Lapangan

9. Rekan-rekan di Kimia Industri 2008 dan Teknik Kimia 2007 yang telah memberikan informasi dan dukungan kepada penulis dalam menyelesaikan karya ilmiah ini

10.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 karea itu penulis mengharapkan kritikan dan saran yang membangun demi kesempurnaan Karya Ilmiah ini. Semoga Karya Ilmiah ini bermanfaat bagi kita semua.

Medan, Juni 2011

ABSTRAK

Dalam memproduksi Aluminium cair, Feeding alumina dilakukan berdasarkan kebutuhan pot dengan pembacaan voltase dan resistan. Salah satu hal yang dapat mengurangi produktivitas Aluminium cair adalah konsentrasi alumina (Al2O3) di dalam pot. Konsentrasi Al2O3 berkisar antara 2-4% yang disebut Demand Feeding. Saat konsentrasi Al2O3 < 1% akan menimbulkan Anode Effect (AE). Dan bila konsentrasi Al2O3 > 5% akan menghasilkan Lumpur di dasar pot. Oleh karena itu, untuk mengoptimalkan produktivitas Aluminium cair, Feeding alumina harus benar-benar dikontrol.

The Effect of Feeding Alumina Concentration to Liquid Aluminum Productivity in Reduction Stove

At PT INALUM KUALA TANJUNG

ABSTRACT

In producing liquid Aluminum, Feeding Alumina is done by stove requirement with the read of voltage and resistant. One thing that can decrease the liquid Aluminum productivity is concentration of alumina (Al2O3) in stove. The ranges of Al2O3 concentration are among 2-4% called Demand Feeding. When Concentration of Al2O3 < 1% will generate the Anode Effect (AE). And if concentration of Al2O3 > 5% will yield sludge in stove base. Therefore, to optimal the liquid Aluminum productivity, Feeding Alumina must be really controlled.

DAFTAR ISI

Halaman

PERSETUJUAN iii

PERNYATAAN iv

PENGHARGAAN v

ABSTRAK vii

ABSTRACT viii

DAFTAR ISI ix

DAFTAR TABEL xi

DARTAR GAMBAR xii

BAB 1 PENDAHULUAN 1

1.1Latar Belakang 1

1.2Permasalahan 2

1.3Tujuan 2

1.4Manfaat 3

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 4

2.1 Sejarah Aluminium 4

2.2 Sifat-sifat Aluminium 5

2.3 Diagram Alir Bahan Baku 7

2.4 Alumina (Al2O3) 9 2.4.1. Kebutuhan Alumina 10

2.4.2. Feeding Alumina 11

2.5 Aluminium Florida (AlF3) 12 2.6 Kriolit/Bath (Na3AlF6) 13

2.7 Elektrolisa 15

2.8 Proses Hall-Heroult 17

2.9 Anode effect 18

BAB 3 BAHAN DAN METODE 20

3.2 Bahan-bahan 20

3.3 Prosedur Kerja 20

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 22

4.1 Data Percobaan 22

4.2 Perhitungan 22

4.3 Pembahasan 23

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 25

5.1 Kesimpulan 25

5.2 Saran 25

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Perbedaan sifat Alumina Sandy dan Floury 10

Tabel 2.2. Spesifikasi AlF3 13

Tabel 2.3 Komponen Bath Pada Dapur Peleburan di PT INALUM 15

DAFTAR GAMBAR

Halaman Gambar 2.1. Aliran Material 8 Gambar 2.2 Proses peleburan Al2O3 menjadi aluminium dengan 18

ABSTRAK

Dalam memproduksi Aluminium cair, Feeding alumina dilakukan berdasarkan kebutuhan pot dengan pembacaan voltase dan resistan. Salah satu hal yang dapat mengurangi produktivitas Aluminium cair adalah konsentrasi alumina (Al2O3) di dalam pot. Konsentrasi Al2O3 berkisar antara 2-4% yang disebut Demand Feeding. Saat konsentrasi Al2O3 < 1% akan menimbulkan Anode Effect (AE). Dan bila konsentrasi Al2O3 > 5% akan menghasilkan Lumpur di dasar pot. Oleh karena itu, untuk mengoptimalkan produktivitas Aluminium cair, Feeding alumina harus benar-benar dikontrol.

The Effect of Feeding Alumina Concentration to Liquid Aluminum Productivity in Reduction Stove

At PT INALUM KUALA TANJUNG

ABSTRACT

In producing liquid Aluminum, Feeding Alumina is done by stove requirement with the read of voltage and resistant. One thing that can decrease the liquid Aluminum productivity is concentration of alumina (Al2O3) in stove. The ranges of Al2O3 concentration are among 2-4% called Demand Feeding. When Concentration of Al2O3 < 1% will generate the Anode Effect (AE). And if concentration of Al2O3 > 5% will yield sludge in stove base. Therefore, to optimal the liquid Aluminum productivity, Feeding Alumina must be really controlled.

BAB I

PENDAHULUAN

1.1.Latar Belakang

PT INALUM adalah perusahan 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 aluinium di Indonesia bahkan di

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 additif seperti AlF3,

CaF2 dan bahan-bahan lain yang mungkin terdapat di dalam bahan baku, maka aluminium

Pengaturan konsentrasi alumina dalam larutan kriolit adalah salah satu bagian

yang terpenting dalam berlangsungnya proses elektrolisa, konsentrasi alumina di dalam

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Sejarah aluminium

Aluminium adalah logam yang terbanyak di dunia. Logam 8 % dari bagian pada

kerak bumi. Boleh dikatakan setiap negara mempunyai persediaan bahan yang

mengandung aluminium, tetapi proses untuk mendapatkan aluminium logam dari

kebanyakan bahan itu masih belum ekonomis. Logam aluminium pertama kali dibuat

dalam bentuk murni oleh Oersted, pada tahun 1825, yang memanaskan ammonium

klorida NH4Cl dengan amalgam kalium-raksa (K-Hg).

Pada tahun 1854, Henri Sainte-Claire Deville membuat aluminium dari

natrium-aluminium klorida dengan jalan memanaskan dengan logam natrium. Proses ini

beroperasi selama 35 tahun dan logamnya dijual dengan harga $ 220 per kilogram. Pada

tahun 1886 Charles Hall mulai memproduksi aluminium dengan skala besar seperti

sekarang, yaitu melalui elektrolisis alumina didalam kriolit (Na3AlF6) lebur. Pada tahun

itu pula, Paul Heroult mendapat hak paten dar Prancis untuk proses serupa dengan proses

Hall. Hingga pada tahun 1893, produksi aluminium menurut cara Hall ini sudah

Industri ini berkembang dengan baik, berdasarkan suatu pasaran yang sehat dan

berkembang atas dasar penelitian mengenai sifat-sifat aluminium dan cara-cara

pemakaian yang ekonomis bagi bahan itu. (Austin, G.T., 1990)

2.2. Sifat-sifat Aluminium

Dalam tiga dasawarsa terakhir ini aluminium telah menjadi salah satu logam

industri yang paling luas penggunaannya di dunia. Aluminium banyak digunakan didalam

semua sektor utama industri seperti angkutan, konstruksi, listrik, peti kemas dan kemasan,

alat rumah tangga serta peralatan mekanis.

Penggunaan aluminium yang luas disebabkan aluminium memiliki sifat-sifat yang

lebih baik dari logam lainnya seperti :

a. Ringan : memiliki bobot sekitar 1/3 dari bobot besi dan baja, atau tembaga dan

karenanya banyak digunakan dalam industri transportasi seperti angkutan udara.

b. Kuat : terutama bila dipadu dengan logam lain. Digunakan untuk pembuatan

produk yang memerlukan kekuatan tinggi seperti : pesawat terbang, kapal laut,

bejana tekan, kendaraan dan lain-lain.

c. Mudah dibentuk dengan semua proses pengerjaan logam. Mudah dirakit karena

dapat disambung dengan logam/material lainnya melalui pengelasan, brazing,

solder, adhesive bonding, sambungan mekanis, atau dengan teknik penyambungan lainnya.

d. Tahan korosi : sifatnya durabel sehingga baik dipakai untuk lingkungan yang

dipengaruhi oleh unsur-unsur seperti air, udara, suhu dan unsur-unsur kimia

lainnya, baik di ruang angkasa atau bahkan sampai ke dasar laut.

e. Konduktor listrik : setiap satu kilogram aluminium dapat menghantarkan arus

listrik dua kali lebih besar jika dibandingkan dengan tembaga. Karena aluminium

relatif tidak mahal dan ringan, maka aluminium sangat baik untuk kabel-kabel

listrik overhead maupun bawah tanah.

f. Konduktor panas : sifat ini sangat baik untuk penggunaan pada

mesin-mesin/alat-alat pemindah panas sehingga dapat memberikan penghematan energi.

g. Memantulkan sinar dan panas : Dapat dibuat sedemikian rupa sehingga

memiliki kemampuan pantul yang tinggi yaitu sekitar 95% dibandingkan dengan

kekuatan pantul sebuah cermin. Sifat pantul ini menjadikan aluminium sangat

baik untuk peralatan penahan radiasi panas.

h. Non magnetik : dan karenanya sangat baik untuk penggunaan pada peralatan

listrik/elektronik, pemancar radio/TV. dan lain-lain, dimana diperlukan faktor

magnetisasi negatif.

i. Tak beracun : dan karenanya sangat baik untuk penggunaan pada industri

j. Memiliki ketangguhan yang baik : dalam keadaan dingin dan tidak seperti

logam lainnya yang menjadi getas bila didinginkan. Sifat ini sangat baik untuk

penggunaan pada pemrosesan maupun transportasi LNG dimana suhu gas cair

LNG ini dapat mencapai dibawah -150 oC.

k. Menarik : dan karena itu aluminium sering digunakan tanpa diberi proses

pengerjaan akhir. Tampak permukaan aluminium sangat menarik dan karena itu

cocok untuk perabot rumah (hiasan), bahan bangunan dan mobil. Disamping itu

aluminium dapat diberi surface treatment, dapat dikilapkan, disikat atau dicat

dengan berbagai warna, dan juga diberi proses anodisasi. Proses ini menghasilkan

lapisan yang juga dapat melindungi logam dari goresan dan jenis abrasi lainnya.

l. Mampu diproses ulang-guna yaitu dengan mengolahnya kembali melalui

proses peleburan dan selanjutnya dibentuk menjadi produk seperti yang

diinginkan Proses ulang-guna ini dapat menghemat energi, modal dan bahan baku

yang berharga. (Daryus, A., 2008)

2.3. Diagram Alir Bahan Baku

Bahan-bahan untuk keperluan produksi Aluminium pertama sekali didatangkan

melalui pelabuhan. Bahan-bahan tersebut adalah alumina, kokas, hard pitch. Alumina

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

Alumina yang berada didalam silo alumina kemudian dibawa ke dry scrubber

system untuk direaksikan dengan gas HF yang berasal dari pot. 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.

Pada tungku reduksi akan terjadi proses elektrolisis alumina. Proses ini akan

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. Alumina (Al2O3)

Bahan baku utama untuk pengolahan aluminium adalah alumina. Alumina(Al2O3)

diperoleh dari pengolahan biji bauksit dengan proses bayer. Proses bayer terdiri dari tiga

a. Proses Ekstraksi

Al2O3.xH2O + 2 NaOH  2NaAlO2 + (x+1) H2O b. Proses Dekomposisi

2NaAlO2 + 4 H2O  2NaOH + Al2O3.3H2O c. Proses Kalsinasi

Al2O3.3H2O + Kalor  Al2O3 + H2O

Pada proses kalsinasi akan dihasilkan 2 jenis alumina, yaitu :

1. Alumina Sandy, yaitu alumina yang diperoleh dengan kalsinasi jika operasi

berlangsung pada temperature rendah.

2. Alumina Fluory, yaitu alumina yang diperoleh dengan proses kalsinasi jika

Tabel 2.1 Perbedaan sifat Alumina Sandy dan Floury

(Anonymous, 1998)

2.4.1. 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 prakteknya, 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 membatasi permukaan anoda. Dalam Tipe Oksida Satuan Sandy Floury Keterangan

Alumina % 5 90 By X-Ray

Hilang Pijar % 1.9 0,2 1100 oC

Berat jenis g.cm-3 3.50 3.90

Bulk Density Loose g.cm 1.3 1.0

Bulk Density Packeed g.cm 1.3 2 BET

Permukaan Spesifik m2.g-1 42

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)

2.4.2. Feeding Alumina

Alumina feeding sebagian besar biasanya terdapat dalam prosedur sel

Hall-Heroult. Jadi, ini dilakukan dengan pengisian dan bentuk yang sangat berbeda dari

operasi yang strategis.

Grjotheim telah menjelaskan beberapa karakteristik dan konsekuensi termal untuk

tipe aluminium yang berbeda, gambarannya sangat berbeda untuk karakteristik break and

feed, kebutuhan panas dan kecenderungan endapannya (sludge), awalnya menunjukkan

keuntungan dari teknik feeding tersebut. Keuntungan-keuntungan ini mungkin secara

ringkas yang terdapat dibawah ini :

b. Konsentrasi alumina (Al2O3) didalam bath dapat dijaga tetap konstan.

c. Bilangan dari anode effect (AE) dapat menurun secara drastis.

Aplikasi dari proses pengontrolan alumina (Al2O3) adalah bentuk dari asumsi bahwa

kehabisan dari alumina (Al2O3) dengan waktu tertentu. Strategi pengontrolan digunakan

untuk menjaga konsentrasi alumina (Al2O3) di dalam bath dibagian sempit dengan

konsentrasi (+ 0,5 % massa) dalam alumina (Al2O3) yang rendah pada sisi sel yang

minimum.

Aliran / kecepatan feeding cocok dengan pertambahan berat unit per waktu, tetapi

karena pembuangan yang lain mempunyai berat yang sama, dan itu tentu mempunyai

waktu interval yang berlainan. Pada waktu periode tertentu alumina (Al2O3) yang masuk

ke dalam interval waktu yang singkat kepada aliran normal dari pemakaian alumina

(Al2O3) dalam sel dan pada periode alumina (Al2O3) yang lain pemasukan alumina

(Al2O3) pada interval yang lama (underfeeding).

(Grjotheim, K., 1998)

2.5. 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

Tabel 2.2. Spesifikasi AlF3

Item Unit Spesifikasi

AlF3 % 93 min

SiO2 % 0,25 max

P2O5 % 0,02 max

Fe2O3 % 0,07 max

Moisture (Water Content) % 0,35 max

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

Bulk density gram/cc 0,7 min

Particle Size (Tyler Mesh) Typical

+ 150 mesh % 25-60

+ 200 mesh % 50-75

+ 320 mesh % 75 min

2.6. Kriolit/bath (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

Bath adalah leburan dari kriolit (Na3AlF6) yang terionisasi menjadi ion sodium

(ion positif) dan ion heksafluoroaluminat (ion (-)) :

(Na3AlF6)  3 Na+ + AlF6

3-Ion-ion heksafluoroaluminat akan terurai lagi menjadi :

AlF63- AlF52- + F -2 e + AlF63- AlF54- + F

-Leburan kriolit sangat baik sebagai pelarut alumina (Al2O3) karena ion-ion AlF63- reaktif

terhadap alumina (Al2O3).

Pada konsentrasi alumina (Al2O3) yang rendah, reaksi yang terjadi yaitu :

Al2O3 + 4 AlF63- 3 Al2OF62- + 6 F

-Pada konsentrasi alumina (Al2O3) yang tinggi, reaksi yang terjadi yaitu :

2 Al2O3 + 2 AlF63-  3 Al2O2F4 2-Ion-ion yang ada di dalam bath yaitu :

Na+, F- ,AlF4-, AlF52-, AlF63-, Al2OF62-, Al2O2F42-

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-sifat

yang diperlukan untuk kriolit (Na3AlF6) adalah :

Memiliki temperatur kristalisasi primer rendah, yang berguna untuk :

a. Menghindari terjadinya reoksidasi

Memiliki konduktivitas listrik baik, yang berguna untuk :

a. Ikut menurunkan temperatur bath

b. Memperbaiki produktivitas

c. Dapat melarutkan alumina (Al2O3) dalam jumlah yang besar.

d. Memiliki berat jenis yang rendah, yang berguna untuk agar metal dan bath

terpisah

e. Stabil dalam keadaan cair

f. Memiliki tegangan permukaan yang baik dimana dapat mengurangi reoksidasi

Memiliki viskositas yang sesuai (6,7 cp pada T = 1000o C), yang berguna untuk :

a. Mengurangi kecepatan sedimentasi

b. Mengurangi emisi gas

Tabel 2.3 Komponen Bath Pada Dapur Peleburan di PT INALUM

Komponen Kandungan (%)

Aluminium Fluorida (AlF3) 5 – 8

Kalsium Fluorida (CaF2) 3 – 4

Alumina (Al2O3) 1 – 8

Kriolit (Na3AlF6) 79 – 90

Sumber : Operasi Tungku Reduksi PT INALUM (2003)

(Anonymous, 2003)

2.7. Elektrolisa

Hampir semua logam aluminium primer dihasilkan dengan proses elektrolisa

Hall-Heroult. Bahan baku yang digunakan terdiri dari alumina, karbon, kriolit, CaF2, HF,

AlF3 dan tenaga listrik. Terdapat dua jenis tungku reduksi yang dipergunakan dalam

industry peleburan aluminium yaitu Prebaked Anode Furnace (PAF) dan Soderberg

Anode furnace (SAF). Perbedaan kedua tipe tungku tersebut terletak pada cara pemanggangan anodanya, dalam sistem PAF anoda dipanggang terlebih dahulu

(prebaked) sebelum dipergunakan. Sedangkan pada sistem SAF tidak dilakukan

pemanggangan pendahuluan, melainkan dimasukkan langsung ke dalam tungku reduksi.

Pabrik peleburan aluminium di Kuala Tanjung menggunakan sistem PAF yang telah

Reaksi kimia yang terpenting yang terjadi di tungku reduksi, adalah reaksi

elektrolisa untuk menghasilkan logam aluminium. Dengan mengalirkan listrik arus

searah, terjadi elektrolisa alumina menjadi ion-ion positif dan ion-ion negatif Al2O3  2 Al3+ + 3 O2-. Ion aluminium tertarik ke katoda dan dinetralisisr sehingga terbentuk

aluminium. Demikian juga ion zat asam mendekati anoda kemudian dinetralisir. Selain

daripada itu terjadi juga reaksi reduksi, dimana karbon yang berasal dari anoda berfungsi

sebagai reduktor mengikat asam :

2 Al2O3 + 3 C  4 Al + 3 CO2

Aluminium cair yang terkumpul di bagian bawah tungku selanjutnya dihisap dan dibawa

ke pabrik penuangan.

Pada proses Hall-Heroult, logam aluminium diperoleh melalui dari alumina

dengan menggunakan cairan kriolit (Na3AlF6), (titik lebur 1000 oC) yang digunakan

sebagai pelarut. Sejumlah besar aluminiun oksida/alumina (Al2O3) dilarutkan dalam

kriolit, dimana larutan kriolit dapat menurunkan titik lebur alumina. Campuran kriolit dan

aluminium oksida di elektrolisa dalam sel dan sel lapisan karbon yang berfungsi sebagai

katoda tersimpan di dalam cairan aluminium. Pada operasi sel, cairan aluminium berada

pada bagian bawah sel. Dari waktu ke waktu aluminium cair akan disedot dan selanjutnya

akan dibawa ke bagian casting untuk dicetak. Pada operasi sel ini diperlukan tegangan

sebesar 4,0 sampai 5,5 Volt, dan arus yang digunakan dari 50,000 sampai 150,000 kA.

2.8. Proses Hall-Heroult

Alumina yang dihasilkan dari proses pemurnian masih mengandung oksigen

sehingga harus dilakukan proses selanjutnya yaitu peleburan. Peleburan alumina

dilakukan dengan proses reduksi elektrolitik. Proses peleburan ini memakai metode

Hall-Heroult.

Alumina dilarutkan dalam larutan kimia yang disebut kriolit pada sebuah tungku

yang disebut pot. Pot ini mempunyai dinding yang dibuat dari karbon. Bagian luar pot

terbuat dari baja. Aliran listrik diberikan melalui anoda dan katoda. Proses reduksi

memerlukan karbon yang diambil dari anoda. Pada proses ini dibutuhkan arus listrik

searah sebesar 190 kiloampere.

Arus listrik akan mengelektrolisa alumina menjadi aluminium dan oksigen

bereaksi membentuk senyawa CO2. Aluminium cair dari hasil elektrolisa akan turun ke

dasar pot dan selanjutnya dialirkan dengan prinsip siphon ke krusibel yang kemudian

diangkut menuju tungku-tungku pengatur (holding furnace).

Kebutuhan listrik yang dihabiskan untuk menghasilkan 1 kg aluminium berkisar

sekitar 12 - 15 kWh. Satu kg aluminium dihasilkan dari 2 kg alumina dan ½ kg karbon.

Reaksi permunian alumina menjadi aluminium adalah sebagai berikut :

970 oC

2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2

Na3AlF6 (Daryus, A., 2008)

Gambar 2.2 Proses peleburan Al2O3 menjadi aluminium dengan cara elektrrolisa.

2.9. Anode effect

Anode effect sering terjadi pada proses elektrolisa dari garam logam. Anode effect terjadi saat kekurangan alumina (Al2O3) di dalam larutan elektrolit (Na3AlF6). Tanda

fisiknya adalah timbulnya gelembung gas CO2 pada bagian bawah anoda, yang

menandakan menurunnya kemampuan elektrolit (Na3AlF6) untuk membasahi anoda.

Akhirnya gelembung-gelembung gas CO2 tersebut akan bergabung untuk membentuk

suatu lapisan tunggal yang akan menutupi sebagian besar permukaan anoda. Dengan

sumber arus listrik yang tetap, beda potensial listrik akan naik lebih dari 30 volt. Hal ini

pada anoda. Satu-satunya cara agar arus dapat melalui lapisan gas CO2 pada permukaan

anoda adalah dengan cara lompatan listrik (electric arching).

Beda tegangan listrik akan naik perlahan seiring dengan kurangnya alumina

(Al2O3) sampai suatu harga konsentrasi kritis tertentu yang berkisar antara 1 % - 2 %

berat, tergantung dari rapat arus, suhu, konveksi larutan elektrolit (Na3AlF6), komposisi

larutan elektrolit (Na3AlF6) , dan bentuk dari anoda. Anoda effect dapat juga terjadi saat

konsentrasi alumina (Al2O3) yang lebih tinggi dengan menaikkan rapat arus.

Akibat dari anoda effect pada proses elektrolisis aluminium pada sel Hall-Heroult

yaitu adalah perubahan dari komposisi gas-gas anoda terutama CO2 menjadi CO yang

disertai dengan terbentuknya gas carbontetrafluoro (CF4) sebanyak 3 – 25 % dan sedikit

gas hexafluoroetana (C2F6). Gas-gas ini akan menutupi permukaan aktif anoda sebagai

lapisan film di permukaan. Lapisan ini juga mempengaruhi sifat pembasahan dari lapisan

antar muka dan juga bertindak sebagai penghambat listrik.

Beberapa percobaan mengindikasikan hilangnya efisiensi arus saat anode effect

berlangsung sedangkan percobaan lainnya menunjukkan bahwa awalnya efiensi arus akan

meningkat saat terjadinya anode effect, namun seiring dengan naiknya suhu sebagai

akibat dari naiknya beda tegangan listrik pada sel, maka efiensi arus akan menurun.

BAB III

BAHAN DAN METODE

3.1. Alat-alat

- Alumina hopper

- Bluebox

- Side cover (hood)

- Batang besi L

- Blade and teeth

- Alat pengukur voltase

- Gate

- Blue box

- Alat pelindung diri

3.2 Bahan-bahan

- Kriolit/bath (Na3AlF6)

- Alumina (Al2O3)

3.3 Prosedur Kerja

a). Pengukuran lumpur di dalam pot

- Dimatikan crust breaker pada bagian tap dan duct (tekan F4 pada Bluebox) pada

pot yang akan diukur, agar crust breaker tidak jatuh secara auto

- Buka hood pada tempat pengukuran

- Panaskan batang besi L

- Pecahkan kerak tengah dengan blade

- Masukkan batang besi L di bawah blade, pada anoda yang telah ditentukan

- Biarkan + 1 menit, kemudian keluarkan

- Ukur tinggi lumpur dan catat pada kertas laporan

- Ukur tinggi metal dan tinggi bath

- Dihidupkan kembali crust breaker (dengan menekan tombol F4 pada bluebox)

- Tutup hood kembali

b). Pengukuran distribusi voltase pot

- Lengketkan alat pengukur pada rod anoda

- Baca dan catat voltasenya pada kertas laporan

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Percobaan

Tabel. 4.1 Data operasi pot PT INALUM tanggal 31/12/2010

Pot fd fd (%) m (cm) mc (cm) sludge (cm) ae f ae v metal(kg) 102 119 109 28 22 10 0 0 2002 104 123 102 28 17 11 0 0 2286 106 134 111 25 20 13 0 0 1362 118 114 96 25 16 9 0 0 987 127 137 118 27 9 18 0 0 2326 129 81 105 26 21 5 0 0 984 162 105 100 22 22 ₀ 2 145,863 2103 175 135 108 25 11 14 0 0 2122 216 177 144 26 26 ₀ 2 15,0441 1902 270 117 110 21 21 ₀ 0 0 1753

4.2 Perhitungan

1) Keperluan alumina untuk menghasilkan aluminium Reaksi Umum elektrolisa aluminium

2Al2O3 + 3C  4Al + 3CO2 Ar C = 12

Mr Al2O3 = 102 Mr CO2 = 44

Maka, untuk menghasilkan 1000kg aluminium dibutuhkan alumina

mol Al2O3 =

Al koefisien

O Al koefisien _{2 3}

x mol Al

mol Al2O3 = 4 2 x 27 1000 mol

mol Al2O3 = 18,5 mol

massa Al2O3 = mol Al2O3 x Mr Al2O3 massa Al2O3 = 18,5 x 102

massa Al2O3 = 1887kg

2) Produksi Aluminium cair per 32 jam P = 0,3354 x I x H x n

= 0,3354 x 190 x 32 x 92,4% = 1884,25 Kg

4.3 Pembahasan

Standard konsentrasi feeding alumina di PT Inalum adalah 2-4% atau yang

disebut dengan Demand Feeding. Standard konsentrasi ini tidak tidak ada dalam

pengukuran karena standard ini merujuk kepada pengalaman empiris di lapangan yang

diperhatikan. Konsentrasi feeding alumina berpengaruh pada produktivitas aluminium

cair yaitu frequensi terjadinya Anode Effect dan juga tinggi lumpur. Hal ini dapat dilihat

dari pembacaan voltase dan resistan pada bluebox.

Dapat dilihat dari data Pot 102, 104, 106, 118, 127, 129, 175 memiliki konsentrasi

>5%. Hal ini diindikasikan dengan tingginya lumpur dalam masing-masing pot dan

dengan sering terjadinya noise. Noise adalah suatu ganguan dalam pot dengan terjadinya

fluktuasi voltase. Ada beberapa cara yang dapat dilakukan untuk mengurangi lumpur,

antara lain dengan menambah AE, menaikkan voltase dan temperatur.Metal atau

aluminium cair yang dihasilkanpun tidak sama, ada yang besar dan ada yang kecil. Ini

disebabkan juga oleh kondisi masing-masing pot yang berbeda, seperti umur pot, bath

temperature, solubility, keasaman, kadar Fe dan Si, dan lain sebagainya.

Pot 162 dan 216 pada tanggal tersebut terjadi Anode Effect sebanyak 2 kali. Hal

ini diindikasikan dengan tingginya voltase Anode Effect (AEV) yaitu 145,863 dan

15,0441. Anode Effect adalah suatu peristiwa naiknya voltase secara tiba-tiba >8 volt

akibat kurangnya konsentrasi alumina di dalam pot (<1%). Hal-hal yang dapat

ditimbulkan oleh Anode effect adalah dapat menghasilkan emisi gas-gas rumah kaca

seperti CO, CO2, CF4, C2F6 dan lain-lain. Selain itu juga dapat memperpendek umur pot

karena dinding pot mengalami pengikisan yang dapat menyebabkan kebocoran pot.

Anode effect dapat dihentikan dengan menambahkan alumina ke dalam elektrolit sambil menaik turunkan anoda sehingga gas-gas di bawah anoda dapat keluar. Terlihat jelas

perbedaan antara pot yang memiliki konsentrasi alumina yang rendah dan tinggi.

Hubungannya adalah berbanding terbalik, dimana pot yang mengalami AE tinggi

lumpurnya kecil / bahkan tidak ada sama sekali. Sedangkan pot yang lumpurnya tinggi

tidak mengalami AE. Tetapi ada juga pot yang mengalami AE dan lumpur yang tinggi.

Kembali lagi pada kondisi masing-masing pot itu sendiri.

Pada pot 270, lumpur dan AE tidak ada, dan juga produksi metal 1753 kg yang

mendekati nilai teori + 1884,25 kg. Dapat disimpulkan bahwa konsentrasi alumina di

dalam pot berkisar antara 2-4% dan pot tersebut dikatakan memiliki kondisi baik atau

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Pot 102, 104, 106, 118, 127, 129, 175 memiliki konsentrasi >5% yang

diindikasikan dengan tingginya lumpur. Pot 162 dan 216 terjadi Anode Effect sebanyak 2

kali yang diindikasikan dengan tingginya voltase Anode Effect (AEV) yaitu 145,863 dan

15,0441. Pada pot 270, lumpur dan AE tidak ada, dan juga produksi metal 1753 kg yang

mendekati nilai teori + 1884,25 kg.

5.2 Saran

a) Diharapkan perusahaan terus melakukan Technical Improvement untuk

meningkatkan produktivitas masing-masing pot.

b) Diharapkan perusahaan mengontrol masing-masing pot setiap saat untuk

DAFTAR PUSTAKA

Anonymous,1998.Prinsip-Prinsip Elektrolisa Aluminium,PT INALUM

Austin,G,T.,1990.Industri Proses Kimia.Erlangga.Jakarta

Daryus,A.,2008.Proses produksi.Jakarta:Universitas Darma Persada

Grjotheim,Kai and B.L. Welc.1998.Aluminium Smelter Technology. Second

Edition.Desserldorf:Aluminium Verlag

Kelvin.G.V.,1994.The Chemical World Concept And Aplications,8th Edition,Harcourt

Brace & Company,Orlondo

PT.INALUM.2010.Modul OJT SRC:Operasi Tungku Reduksi Dan Pendukungnya.

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Percobaan

Tabel. 4.1 Data operasi pot PT INALUM tanggal 31/12/2010

Pot fd fd (%) m (cm) mc (cm) sludge (cm) ae f ae v metal(kg)

102 119 109 28 22 10 0 0 2002

104 123 102 28 17 11 0 0 2286

106 134 111 25 20 13 0 0 1362

118 114 96 25 16 9 0 0 987

127 137 118 27 9 18 0 0 2326

129 81 105 26 21 5 0 0 984

162 105 100 22 22 ₀ 2 145,863 2103

175 135 108 25 11 14 0 0 2122

216 177 144 26 26 ₀ 2 15,0441 1902

270 117 110 21 21 ₀ 0 0 1753

4.2 Perhitungan

1) Keperluan alumina untuk menghasilkan aluminium Reaksi Umum elektrolisa aluminium

2Al2O3 + 3C  4Al + 3CO2 Ar C = 12

Mr Al2O3 = 102 Mr CO2 = 44

Maka, untuk menghasilkan 1000kg aluminium dibutuhkan alumina

mol Al2O3 =

Al koefisien

O Al

koefisien _{2 3}

x mol Al

mol Al2O3 = 4 2 x 27 1000 mol

mol Al2O3 = 18,5 mol

massa Al2O3 = mol Al2O3 x Mr Al2O3 massa Al2O3 = 18,5 x 102

massa Al2O3 = 1887kg

2) Produksi Aluminium cair per 32 jam P = 0,3354 x I x H x n

= 0,3354 x 190 x 32 x 92,4% = 1884,25 Kg

4.3 Pembahasan

Standard konsentrasi feeding alumina di PT Inalum adalah 2-4% atau yang disebut dengan Demand Feeding. Standard konsentrasi ini tidak tidak ada dalam pengukuran karena standard ini merujuk kepada pengalaman empiris di lapangan yang sudah lama sekali dilakukan. Konsentrasi feeding alumina memang sangat perlu

diperhatikan. Konsentrasi feeding alumina berpengaruh pada produktivitas aluminium cair yaitu frequensi terjadinya Anode Effect dan juga tinggi lumpur. Hal ini dapat dilihat dari pembacaan voltase dan resistan pada bluebox.

Dapat dilihat dari data Pot 102, 104, 106, 118, 127, 129, 175 memiliki konsentrasi >5%. Hal ini diindikasikan dengan tingginya lumpur dalam masing-masing pot dan dengan sering terjadinya noise. Noise adalah suatu ganguan dalam pot dengan terjadinya fluktuasi voltase. Ada beberapa cara yang dapat dilakukan untuk mengurangi lumpur, antara lain dengan menambah AE, menaikkan voltase dan temperatur.Metal atau aluminium cair yang dihasilkanpun tidak sama, ada yang besar dan ada yang kecil. Ini disebabkan juga oleh kondisi masing-masing pot yang berbeda, seperti umur pot, bath temperature, solubility, keasaman, kadar Fe dan Si, dan lain sebagainya.

Pot 162 dan 216 pada tanggal tersebut terjadi Anode Effect sebanyak 2 kali. Hal ini diindikasikan dengan tingginya voltase Anode Effect (AEV) yaitu 145,863 dan 15,0441. Anode Effect adalah suatu peristiwa naiknya voltase secara tiba-tiba >8 volt akibat kurangnya konsentrasi alumina di dalam pot (<1%). Hal-hal yang dapat ditimbulkan oleh Anode effect adalah dapat menghasilkan emisi gas-gas rumah kaca seperti CO, CO2, CF4, C2F6 dan lain-lain. Selain itu juga dapat memperpendek umur pot karena dinding pot mengalami pengikisan yang dapat menyebabkan kebocoran pot. Anode effect dapat dihentikan dengan menambahkan alumina ke dalam elektrolit sambil menaik turunkan anoda sehingga gas-gas di bawah anoda dapat keluar. Terlihat jelas

perbedaan antara pot yang memiliki konsentrasi alumina yang rendah dan tinggi. Hubungannya adalah berbanding terbalik, dimana pot yang mengalami AE tinggi lumpurnya kecil / bahkan tidak ada sama sekali. Sedangkan pot yang lumpurnya tinggi tidak mengalami AE. Tetapi ada juga pot yang mengalami AE dan lumpur yang tinggi. Kembali lagi pada kondisi masing-masing pot itu sendiri.

Pada pot 270, lumpur dan AE tidak ada, dan juga produksi metal 1753 kg yang mendekati nilai teori + 1884,25 kg. Dapat disimpulkan bahwa konsentrasi alumina di dalam pot berkisar antara 2-4% dan pot tersebut dikatakan memiliki kondisi baik atau normal.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Pot 102, 104, 106, 118, 127, 129, 175 memiliki konsentrasi >5% yang diindikasikan dengan tingginya lumpur. Pot 162 dan 216 terjadi Anode Effect sebanyak 2 kali yang diindikasikan dengan tingginya voltase Anode Effect (AEV) yaitu 145,863 dan 15,0441. Pada pot 270, lumpur dan AE tidak ada, dan juga produksi metal 1753 kg yang mendekati nilai teori + 1884,25 kg.

5.2 Saran

a) Diharapkan perusahaan terus melakukan Technical Improvement untuk meningkatkan produktivitas masing-masing pot.

b) Diharapkan perusahaan mengontrol masing-masing pot setiap saat untuk mencegah terjadinya AE maupun lumpur alumina.

DAFTAR PUSTAKA

Anonymous,1998.Prinsip-Prinsip Elektrolisa Aluminium,PT INALUM Austin,G,T.,1990.Industri Proses Kimia.Erlangga.Jakarta

Daryus,A.,2008.Proses produksi.Jakarta:Universitas Darma Persada

Grjotheim,Kai and B.L. Welc.1998.Aluminium Smelter Technology. Second Edition.Desserldorf:Aluminium Verlag

Kelvin.G.V.,1994.The Chemical World Concept And Aplications,8th Edition,Harcourt Brace & Company,Orlondo

PT.INALUM.2010.Modul OJT SRC:Operasi Tungku Reduksi Dan Pendukungnya. Asahan:PT.INALUM