Jika Al
2
O
3
yang didadah doped dengan sedikit MgO dibakar dalam vakum atau atmosfer hidrogen bukan udara pada suhu 1800 sampai 1900
o
C, pori yang sangat kecil sekalipun yang membaurkan cahaya dan membuat material tampak putih dapat
dihilangkan. Keramik yang dihasilkan jadi bening.
Alumina Al
2
O
3
diperoleh dari pengolahan biji bauksit dengan proses Bayer. Proses Bayer terdiri dari tiga tahap reaksi yaitu :
1. Proses Ekstraksi
Al
2
O
3
. xH
2
O + 2 NaOH → 2 NaAlO
2
+ x+1 H
2
O 2.
Proses Dekomposisi 2 NaAlO
2
+ 4 H
2
O → 2 NaOH + Al
2
O
3
.3 H
2
O 3.
Proses Kalsinasi Al
2
O
3
.3 H
2
O + kalor → Al
2
O
3
+ H
2
O
Pada proses kalsinasi akan dihasilkan jenis alumina sandy jika operasi berlangsung pada temperatur rendah, jenis alumina floury untuk operasi pada temperatur
tinggi. PT. INALUM tidak menghasilkan alumina sendiri tetapi diperoleh dari Negara lain terutama dari Australia.
2.4. Alumunium
Alumunium diperoleh dari jenis-jenis tanah liat tertentu bauksit. Bauksit mula-mula dipanaskan lebih dahulu tawas-tawas murninya oksida alumunium. Setelah itu pada
Universitas Sumatera Utara
oksida alumunium cair itu dilaksanakan suatu prosedur elektrik. Oleh karena suhu lumer oksida-alumunium sangat tinggi yaitu 2050
o
C maka pengolahan alumnium sangat sukar. Logam alumunium mempunyai rumus kimia Al, mempunyai berat jenis 2,6-2,7 dengan
titik cair sebesar 659
o
C. Alumunium adalah logam lunak. Alumunium lebih keras dari pada timah putih, tetapi lebih lunak dari pada seng. Warna dari alumunium adalah putih
kebiru-biruan.
Tabel 2.1. Sifat-sifat Fisik dan Kimia dari Alumunium Item
Kualifikasi
Nomor atom 13
Nomor massa 26,9815
Bentuk kristal 25
o
C Kubus pusat muka
Densitas 2.699 gcm
3
Struktur atom terluar 3s
2
p
1
Titik leleh 1 atm 660,1
o
C Titik didih 1 atm
2327
o
C Panas peleburan
94,6 kalg Panas jenis
0,280 kalg
o
C PT. INALUM, 1998
Orang pertama yang telah berhasil memisahkan alumunium adalah H. Davy yaitu pada tahun 1808. Pada tahun 1825, H. C. Oersted dapat menghasilkan alumunium yang
lebih murni. Pada tanggal 23 April 1886, P. L. T. Heroult dan secara terpisah pada tanggal 9 Juli pada tahun yang sama, C. M. Hall di Amerika, berhasil memproduksi
alumunium dengan proses elektrolisis alumina dalam ”kirolit” yang kemudian dikenal dengan proses ” Hall-Heroult”.
Universitas Sumatera Utara
Alumunium dapat dihasilkan melalui proses elektrolisis. Proses elektrolisis yang dikembangkan untuk produksi industrial adalah proses elektrolisis Hall-Heroult. Proses
tersebut merupakan elektrolisis larutan alumina Al
3
O
2
di dalam lelehan kriolit Na
3
AlF
6
pada temeratur 960
o
C sehingga dihasilkan alumunium cair.
2.5. Proses Pembuatan Anoda
Anoda adalah bahan yang digunakan untuk memisahkan aluminium dari alumina dengan proses elektrolisa.
Pembuatan anoda dilakukan dengan beberapa tahap : 1.
Proses pencetakan anoda Green plant 2.
Proses pemanggangan anoda Baking plant 3.
Proses penangkaian anoda Rodding plant
2.5.1. Green Plant
Green plant adalah pabrik pembuatan anoda mentah green anoda block untuk kebutuhan proses elektrolisa di pot reduksi. Proses pembuatan anoda mentah
menggunakan beberapa bahan baku, antara lain :
1. Kokas coke
Kokas adalah bahan yang digunakan untuk membuat anoda yang berasal dari sisa- sisa destilasi batu bara dan minyak bumi. Kokas yang digunakan sebagai bahan baku
pembuatan anoda tersusun dari beberapa material.
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.2. Spesifikasi minyak kokas
NO Parameter
unit Guaranted Value
HS LS
1 Real Density
gcm
3
- 2,06 - 2,06
2 Fixed Carbon
- 99,60 - 99,30
3 As Content
+ 0,25 + 0,25
4 Collatile Meter
+ 0,45 + 0,45
5 Mousture Content
+ 0,3 + 0,3
6 Sulfur
2-3 0,5 -1
7 Panadium
ppm + 225
+ 100 8
Nikel ppm
+ 250 + 250
9 Silikon
ppm + 250
+ 250 10
Iron ppm
+ 250 + 300
11 Sodium
ppm +200
+ 250 12
Calcium ppm
+ 125 + 125
13 Bulk Density
1. Vibrated Bulk Density Chaiser Methode 8-14 mesh
gcm
3
- 0,80 - 0,80
GLCC Methode 20-48 mesh gcm
3
- 0,84 - 0,84
2. Tapped Bulk Density 0,84- 1,41 mesh
gcm
3
- 0,85 - 0,85
14 Particle size 4 mesh over
30-45 30-45
15 CO
2
Reactivity lose 1000
o
C + 15
+ 15 16
Air Reactivity at 525
o
C min
+ 0,30 + 0,2
17 Grand Stability
- 84 - 84
18 Spesific Electrical Resistant
Micro ohm meter
+ 500 + 500
Catatan : - = tidak diperbolehkan dibawah nilai yang ditetapkan
+ = tidak diperbolehkan diatas nilai yang ditetapkan
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.3. Spesifikasi kokas pitch
NO Parameter
Unit Guaranted Value
LS 1
Real Density gcm
3
- 0,2 2
Fixed Carbon - 99,10
3 As Content
+ 0,4 4
Collatile Meter + 0,5
5 Mousture Content
+ 0,3 6
Sulfur + 1
7 Panadium
ppm + 50
8 Nikel
ppm + 20
9 Silikon
ppm + 450
10 Iron
ppm + 200
11 Sodium
ppm + 200
12 Calcium
ppm + 150
13 Bulk Density
1. Vibrated Bulk Density Chaiser Methode 8-14 mesh
gcm
3
- 0,85 GLCC Methode 20-48 mesh
gcm
3
- 0,9 2. Tapped Bulk Density 0,84-1,41
mesh gcm
3
- 0,9
14 Particle size 4 mesh over
30-45 15
CO
2
Reactivity lose 1000
o
C + 10
16 Air Reactivity at 525
o
C min
+ 0,52 17
Grand Stability 85
18 Spesific Electrical Resistant
Micro ohm meter
+ 50
Catatan : - = tidak diperbolehkan dibawah nilai yang ditetapkan
+ = tidak diperbolehkan diatas nilai yang ditetapkan
Universitas Sumatera Utara
Pemakaian kokas yang tepat harus sesuai persentase antara High Sulfur HS dengan Low Sulfur LS agar anoda yang dihasilkan kualitasnya bagus. Dalam
pembuatan anoda dilakukan pengayakan sehingga kokas terbagi atas ukuran fisiknya, yaitu :
a. Kokas dengan ukuran 18-5 mm disebut kokas kasar 1 C1
b. Kokas dengan ukuran 5-1 mm disebut kokas kasar 2 C2
c. Medium adalah kokas dengan ukuran 1-0,2 mm
d. Fine adalah kokas dengan ukuran dibawah 0,2 mm
2. Butt Puntung anoda sisa
Butt adalah sisa anoda setelah digunakan dalam proses reduksi peleburan aluminium ditungku reduksi. Jika butt yang dihasilkan setelah proses elektrolisis banyak,
ini menandakan bahwa kualitas anoda tersebut baik karena anoda yang terpakai dalam proses elektrolisis tersebut sedikit, dan sebaliknya jika butt yang dihasilkan setelah
proses elektrolisis sedikit, ini menandakan bahwa kualitas anoda buruk. Butt terbagi atas dua ukuran fisiknya, yaitu :
a. Butt dengan ukuran 18-3 mm b. Butt dengan ukuran 3 mm
3. Coal Tar Pitch CTP
CTP disebut juga dengan binder yang berfungsi sebagai perekat hingga terbentuk pasta. Kualitas CTP yang rendah akan menurunkan kualitas blok anoda yang
menyebabkan berkurangnya efisiensi, terganggunya operasi reduksi aluminium, bertambahnya pengotor impurities.
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.4. Spesifikasi dari CTP Coal Tar Picth
No Parameter
Unit Guaranter Value
1 Softening Oil
o
C 111-117
2 Fixed Carbon
- 60 3
As Content + 0,30
4 Toluen Insoluble
- 36 5
Quiline Insoluble 8-15
6 Spesific Grafity
gcm
3
- 1,30 7
Distillation test F.D 0-369
o
C + 6
8 Chemical Analysis
Sodium ppm
+ 180 Calcium
ppm + 80
Silikon ppm
+ 400 Iron
ppm + 400
Catatan : - = tidak diperbolehkan dibawah nilai yang ditetapkan + = tidak diperbolehkan diatas nilai yang ditetapkan
4. Green skrap
Green skrap adalah hasil daur ulang dari produk-produk yang tidak memenuhi standar mutu anoda yang digunakan untuk proses elektrolisa. Green skrap ada dua
jenis, yaitu : a.
Pasta yang belum layak dicetak karena tidak memenuhi spesifikasi b.
Green Block GB yang rejected misalnya porositas, retak, tinggi yang tidak sesuai, sompel, dan pecah.
Universitas Sumatera Utara
Selain menggunakan bahan baku diatas pembuatan anoda juga menggunakan minyak. Minyak yang digunakan antara lain :
1. Minyak Marlotherm
Minyak Marlotherm adalah minyak yang digunakan untuk memanaskan CTP. Minyak Marlotherm juga digunakan sebagai media pemanas preheater dan kneader.
2. Minyak Berat Heavy Oil
Minyak ini digunakan untuk memanaskan minyak Marlotherm. Selain itu juga digunakan untuk bahan bakar pada saat proses pemanggangan GB Green Block
2.5.2. Baking Plant
Baking plant adalah tempat untuk memanggang Green block anoda mentah yang berasal dari Green plant. Tujuan pemanggangan untuk mengkalsinasi pitch yang ada didalam
Green block GB yang kemudian pitch tersebut akan membentuk ikatan dengan kokas dan butt. Bahan baku utama anoda panggang Baked block adalah blok anoda mentah
yang dihasilkan oleh Green plant.
Pabrik pemanggangan terdiri dari 2 gedung yaitu gedung A dan gedung B. Gedung A terdiri dari 2 bagian yaitu gedung A1 dan gedung A2. Demikian juga gedung B
terdiri dari 2 bagian yaitu gedung B1 dan B2. Jumlah seluruh tungku pemanggangan di Baking plant adalah 106 tungku. Gedung pemanggangan Baking plant mempunyai 7
rantai bakar : 1.
Gedung A1 terdiri dari 2 rantai bakar 2.
Gedung A2 terdiri dari 2 rantai bakar
Universitas Sumatera Utara
3. Gedung B1 terdiri dari 2 rantai bakar
4. Gedung B2 terdiri dari 1 rantai bakar
Dimana 1 rantai bakar tediri dari 15 furnace tungku dan khusus di B2, 1 rantai bakar untuk 16 furnace. Sistem pengaturan operasi firing adalah sebagai berikut :
1. 4 tungku tertutup
: mengalami preheating 2.
3-4 tungku tertutup : mengalami firing
3. 2-3 tungku tertutup
: mengalami cooling 4.
4 tungku terbuka : mengalami pengeluaran BB dan pemasukan GB serta
perawatan tungku.
Proses pemanggangan anoda meliput i tiga tahap penting : 1.
Preheating pemanasan awal Preheating merupakan pemanasan awal dengan temperatur yang dimulai pada
temperatur 150-250 ºC hingga temperatur 800-900 ºC. Setelah mencapai temperatur tersebut, proses berlanjut ke tahap berikutnya.
2. Firing pembakaran dan Soaking
Tahap firing dimulai pada temperatur 800-900 ºC hingga mencapai temperatur 1225-1250 ºC . Tahap soaking yaitu menjaga temperatur 1225-1250 ºC.
3. Cooling pendinginan
Pada tahap ini BB Baked block yang telah dipanggang mengalami pendinginan dari temperatur 1225-1250 ºC sampai temperatur 300-400 ºC
Pada proses firing, tungku pemanggangan mendapatkan panas 1225-1250 ºC dengan bantuan alat pembakaran Bosch Pump yang didalamnya terdapat minyak berat
Universitas Sumatera Utara
Heavy Oil yang akan membantu proses pemanggangan GB. Jumlah produksi anoda BB yang dihasilkan dapat dihitung dengan formula sederhana.
H M = n.Y.€
Fp
Dimana : M adalah BB production dalam anoda panggang
H adalah waktu jam dalam satu hari Fp adalah fire progression laju pembakaran dalam jam
n adalah jumlah anoda dalam 1 tungku Y adalah rantai bakar yang beroperasi
€ adalah efisiensi operasi pemanggangan 0,995
Fire Progression 36 jam 24
M BB production = x 75 x 30 x 2 x 0,995 = 2985 anoda panggang 36
2.5.3. Rodding Plant
Rodding plant adalah pabrik penangkaian anoda, dimana anoda Baked block BB dirakit dengan dengan menggunakan cast iron hingga menjadi Anoda Assembly. Ditungku
reduksi, anoda merupakan elektroda positif dalam proses elektrolisa sedangkan rod berfungsi sebagai penghantar listrik dari busbar ke anoda.
Pabrik penangkaian terletak pada tahap akhir produksi anoda untuk digunakan di tungku reduksi. Proses produksi di Rodding plant terdiri dari beberapa operasi yaitu :
Universitas Sumatera Utara
1. Casting
Casting adalah proses penuangan besi tuang atau cast iron untuk menyambung
rod dengan Baked block BB. 2.
Induction Furnace Induction Furnace merupakan dapur untuk memproduksi cast iron. Cast iron
merupakan paduan besi dan karbon. Dimana persentase dari karbon tersebut mencapai 3- 4 .
3. Aluminium Spray
Anode Assembly akan dilapisi Aluminium spray. Pelapisan ini bertujuan agar tidak terjadi kontak dengan udara yang mengakibatkan terjadinya oksidasi. Jumlah aluminium
yang digunakan kira-kira 12 kganode assembly. 4.
Anode Transport Car ATC Anode Transport Car ATC adalah kendaraan khusus yang digunakan untuk
mengirimkan Anoda assembly ke gedung reduksi dan mengambil Butt assembly dari gedung reduksi.
5. Crust dan Butt System
Crust dan Butt system adalah proses daur ulang crust dan butt yang diterima dari gedung reduksi. Pemecahan crust berfungsi untuk memecah crust menjadi ukuran 50 mm
dan 30 mm sedangkan pemecahan butt berfungsi untuk memecah butt menjadi ukuran 150 mm dan 8 mm.
6. Press System
Press system berfungsi untuk membersihkan crust yang masih lengket di butt dengan bantuan tembakan shot particle selama tiga kali putaran.
Universitas Sumatera Utara
Kategori Rod reject terdiri dari : a.
Deformasi, kerusakan pada dimensi tangkai b.
Sticking, kerusakan akibat lengketnya timbel terlalu kuat c.
Erosi melt away, kerusakan akibat pengikisan d.
Crack, kerusakan yang diakibatkan oleh retaknya daerah yoke dan stub e. Spark, pengikisan pada tangkai
f. Bengkok, bila bagian tangkai tidak simetris
g. Mig welding, kerusakan akibat retaknya las-lasan antara BA clad dan rod
h. BA Clad, putusnya sambungan material aluminium dengan besi
i. Elongation, kerusakan pada stub yang disebabkan oleh faktor usia
2.6. Proses Elektrolisis Alumunium
Logam alumunium adalah logam kedua yang dikomersilkan setelah besi didunia. Produksi logam adalah 1,5 x 10
10
kg 16 juta ton tiap tahun. Bahan dasar yang penting dari alumunium adalah Bauksit bauxite, bauksit tidak sepenuhnya terdiri dari alumina
aluminium oksida, tetapi juga terdiri dari oksida besi, silikon dan titanium serta beberapa material silika yang bervariasi. Selain itu Al juga terdapat hidrat oksida yaitu
Al
2
O
3
. xH
2
O. Dimana nilai x bervariasi tergantung pada partikel mineral yang ada dan digunakan sebagai produksi alumunium. Elektrolisis adalah peristiwa kimia yang
melibatkan dua atau lebih spesies kimia yang berbeda, yang terjadi pada kedua elektroda anoda dan katoda, dan berlangsung bila aliran listrik searah, DC Direct Current,
dialirkan kedalam suatu pelarut elektrolit. Reaksi yang terjadi pada persamaan adalah reaksi sebagai berikut :
Universitas Sumatera Utara
2Al
2
O
3 s
+ 3C
s
4Al
l
+ 3CO
2 g
Mekanisme yang terjadi dalam proses tersebut adalah alumina diumpankan ke dalam elektrolit dan terpisah ion alumunium yang bermuatan positif Al
3+
dan ion oksigen yang bermuatan negatif O
2-
. Arus searah dialirkan ke dalam tia-tiap sel, sehingga menggerakkan ion-ion menuju arah yang berlawanan. Ion oksigen bergerak
kearah anoda, lalau bereaksi dengan karbon membentuk karbondioksida CO
2
, sedangkan ion alumunium bergerak kearah katoda, lalu akan kehilangan muatannya
membentuk alumunium Al.
Reaksi alumina yang terjadi pada saat proses elektrolisa adalah sebagai berikut : 2Al
2
O
3 s
4Al
3+ l
+ 6O
2+ 9g
Reduksi katoda :
4Al
3+
+ 12e 4Al
Oksidasi anoda : 6O
2-
3O
2
+ 12e 3C + 3O
2
3CO
2
+ Total
: 2Al
2
O
3 s
+ 3C
s
4Al
l
+ 3CO
2 g
Universitas Sumatera Utara
BAB 3
METODOLOGI PERCOBAAN
3.1. Alat
