TINJAUAN PUSTAKA Pengaruh Pemakaian Butt (Puntung Anoda) Terhadap Penambahan Coal Tar Pitch Pada Kualitas Anoda Di PT INALUM

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Aluminium

Aluminium adalah unsur melimpah ketiga terbanyak dalam kerak bumi sesudah oksigen dan silikon, mencapai 8,2 dari massa total. Biji yang paling penting untuk produksi aluminium ialah bauksit, yaitu aluminium oksida terhidrasi yang mengandung 50 sampai 60 Al 2 O 3; 1 sampai 20 Fe 2 O 3 ; 1 sampai 10 silica ; sedikit sekali titanium, zirconium, vanadium, dan oksida logam transisi yang lain; dan sisanya 20 sampai 30 adalah air. Bauksit dimurnikan melalui proses Bayer, yang mengambil manfaat dari fakta bahwa oksida alumina amfoter larut dalam basa kuat tetapi besi III oksida tidak.

2.2 Proses Peleburan Aluminium

Proses peleburan aluminium dilakukan dengan proses Hall – Heroult yaitu dengan menggunakan anoda karbon sebagai elektroda yang bermuatan positif. Proses ini juga diaplikasikan di industri. Ada 2 jenis anoda dalam proses Hall – Heroult yang dikenal, yaitu soederberg anode furnace SAF dan prebaked anode furnace PAF. Perbedaan utama dari keduanya adalah pada teknik selama proses pemanggangannya dimana terjadi pelepasan pitch. Soederberg anode furnace SAF menggunakan panas secara terus menerus pada anoda panggang didalam tungku reduksi. Kesulitan yang didapat pada Soederberg anode furnace SAF adalah mengontrol uap secara terus- Universitas Sumatera Utara menerus selama pemanggangan. Sedangkan pada prebaked anode furnace PAF dipanggang didalam tungku dengan menggunakan gas atau oil dan diisi dengan teratur. Keuntungan prebaked anode furnace PAF adalah konsumsi anoda karbon di pot reduksi lebih rendah. Grjotheim, 1988 Bahan baku utama dari pembuatan anoda karbon adalah kokas sebagai filler dan coal tar pitch sebagai binder perekat. Butt dihasilkan setelah proses elektrolisis bersamaan dengan green scrap ditambahkan pada pembuatan anoda. PAF terbuat dari 65 kokas, 15 pitch dan 20 recycle dari butt. Sedangkan SAF mengandung 25 hingga 35 coal tar pitch dan selebihnya adalah kokas. Pada SAF tidak menggunakan puntung anoda. Hulse, 2000 2.3. Bahan Baku Utama Proses Elektrolisa 2.3.1 Alumina Alumina Al 2 O 3 merupakan material keramik non silikat yang paling penting. Material ini meleleh pada suhu 2050 o C dan mempertahankan kekuatannya bahkan pada suhu 1500 sampai 1700 o C. Alumina mempunyai ketahanan listrik yang tinggi dan tahan terhadap kejutan termal dan korosi. Oxtoby,2003 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 + 2NaOH → 2NaAlO 2 + x+1 H 2 O 2. Proses Dekomposisi 2NaAlO 2 + 4 H 2 O → 2NaOH + Al 2 O 3 .3 H 2 O Universitas Sumatera Utara 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. Spesifikasi alumina dari Australia seperti pada Tabel 2.1 Item Satuan Spesifikasi SiO 2 0,03 maks Fe 2 O 3 0,03 maks TiO 2 0,005 maks Na 2 O 0,6 maks CaO 0,06 maks Al 2 O 3 dalam keadaan kering 98,4 min

2.3.2 Anoda Karbon

Anoda karbon berfungsi sebagai reduktor dalam proses eletrolisis alumina. Anoda karbon diproduksi pada pabrik karbon carbon plant . Komposisi anoda karbon terdiri dari 60 kokas minyak , 15 coal tar pitch binder, dan 20 butt puntung anoda. Sifat-sifat anoda karbon yang dipakai adalah sebagai berikut : 1. Tahan terhadap perubahan panas heat shock sehingga sulit retak saat beroperasi pada temperatur tinggi Universitas Sumatera Utara 2. Angka muai panas yang rendah agar anoda sulit terlepas dari tangkai anoda rod pada temperatur tinggi 3. Konduktivitas panas tinggi agar segera mencapai temperatur tinggi pada proses pemanasan baking 4. Konduktivitas listrik yang tinggi 0,0036 – 0,0091 Ohm.cm agar aliran listrik efektif.

2.3.3 Katoda

Katoda adalah elektroda yang bermuatan listrik negative pada proses elektrolisa. Ditinjau dari pembuatannya katoda dibagi atas : 1. Blok katoda amourphous, bahan baku antrasit yang dipanggang pada temperatur ± 1200 o C 2. Blok katoda semigraphitic, bahan baku grafit yang dipanggang pada temperatur ± 1200 o C 3. Blok katoda graphitized, bahan baku kokas yang dipanggang pada temperature ± 3000 o C

2.4. Bahan Baku Penunjang

2.4.1 Kriolit Na

3 AlF 6 Sifat – sifat yang diperlukan untuk kriolit adalah sebagai berikut : a. Temperatur kristalisasi primer yang rendah Universitas Sumatera Utara b. Konduktivitas listrik yang baik c. Dapat melarutkan alumina dalam jumlah yang besar d. Memiliki berat jenis yang rendah e. Stabil dalam keadaan cair

2.4.2 Soda Abu Na

2 CO 3 Soda abu berfungsi memperkuat struktur katoda dan dinding samping agar sulit tererosi. Lapisan dinding samping dengan Na 2 CO 3 dilakukan pada tahap transisi untuk membantu proses pembentukan kerak samping. Selain mencegah erosi oleh bath soda abu juga berfungsi sebagai isolasi termal.

2.4.3 Aluminium Fluorida AlF

3 Aluminium fluoride berfungsi menjaga temperatur bath dan merupakan bahan yang dituangkan secara manual jika AlF 3 kurang di dalam bath. PT INALUM.,2009

2.5 Proses elektrolisa

Pada proses elektrolisa secara komersil menggunakan sistem proses Hall – Heroult. Proses Hall – Heroult melibatkan pengendapan aluminium secara katodik, dari lelehan kriolit Na 3 AlF 6 dengan Al 2 O 3 terlarut dalam sel elektrolisis. Setiap sel terdiri dari kotak baja persegi panjang yang berfungsi sebagai katoda dan grafit pejal sebagai anoda. Arus yang sangat besar 50.000 sampai 100.000 A dilewatkan dalam sel, dan sebanyak 100 sel ini dapat disusun secara seri. Oxtoby.,2003 Universitas Sumatera Utara Secara skematis diagram pada elektrolisis grafit besi bekerja sebagai anoda dipakai pada proses elektrolisis maka reaksi elektrodanya : Anoda : C s + 2O 2 ℓ CO 2g + 4e ‾ Katoda : 3e ‾ + Al 3+ ℓ Al ℓ Theodore,L.,2000 Kriolit meleleh pada suhu operasi sel hanya sekitar 950 o C, dibandingkan dengan titik leleh Al 2 O 3 murni 2050 o C, suhu tersebut merupakan suhu yang rendah dan inilah sebabnya proses Hall -Heroult bisa berhasil. Lelehan aluminium memiliki kerapatan yang sedikit lebih besar daripada lelehannya pada suhu 950 o C sehingga materi ini mengumpul didasar sel, untuk selanjutnya disadap secara berkala. Reaksi sel secara keseluruhan ialah : 2Al 2 O 3 aq + 3C s → 4Al l + 3CO 2 g Oxtoby.,2003 2.6. Bahan Baku Pembuatan Anoda Karbon 2.6.1 Kokas Kokas adalah bahan yang digunakan untuk membuat anoda yang berasal dari sisa-sisa destilasi batu bara dan minyak bumi. Dalam pembuatan anoda dilakukan pengayakan sehingga kokas terbagi atas ukuaran fisiknya yaitu: a. Kokas dengan ukuran 18-5 mm disebut kokas kasar 1C1 b. Kokas dengan ukuran 5-1mm disebut kokas kasar 2 C2 c. Kokas dengan ukuran 1-0,2 mm disebut kokas medium d. Kokas dengan ukuran dibawah 0,2 mm disebut fine Universitas Sumatera Utara Kokas yang digunakan sebagai bahan baku pembuatan anoda tersusun dari beberapa material. PT INALUM,2003. Tabel 2.4 Spesifikasi kokas PT INALUM No Parameter Unit Guaranted Value HS LS 1 Real density gcc 2,06 2,06 2 Fixed carbon 99,6 99,3 3 Ask content 0,25 0,25 4 Moisture Content 0,3 0,3 5 Chemical Analysis : Sulfur Ppm 2-3 0,5-1 Vanadium Ppm 225 100 Nikel Ppm 250 250 Silikon Ppm 250 250 Iron Ppm 250 300 Sodium Ppm 200 250 Calcium Ppm 125 125 6 CO2 Reactyviti lose 1000 C 15 15 7 Air Reactivity at 525 C 0,3 0,2 Bahan kimia kokas dari proses pembuatannya sangat mempengaruhi kualitas kokas tersebut. Dampaknya dapat diringkas sebagai berikut : Universitas Sumatera Utara 1. Komposisi kimia dapat menunda pembentukan kokas khususnya senyawa aromatis. Hal ini mempengaruhi kandungannya dan kondisi pembentukan kokas dan juga mempengaruhi struktur dan karakteristik kokas mentah. 2. Kandungan kimia dan fisika yang terdapat dalam kokas yang berukuran kecil dan titik uap dari kokas. Hulse,.2000

2.6.2 Coal Tar Pitch

Coal tar pitch yang digunakan untuk pembuatan anoda dihasilkan dari destilasi residu minyak bumi pada temperatur yang tinggi . Kualitas coal tar pitch terutama sangat dipengaruhi oleh operasi tungku pembuat kokas seperti terhadap temperatur, waktu pemasakan, pemanasan awal, ukuran dan kondisi fisik dari tungku. Faktor-faktor yang mempengaruhi sifat fisika dan kimia pada coal tar pitch dapat diringkaskan sebagai berikut : 1. Proses karbonisasi dari coal tar pitch khususnya komposisi tar tersebut 2. Metode destilasi tar, bertahap atau kontinue 3. Efisiensi destilasi destilasi coal tar pitch pada temperature yang rendah 4. Penambahan perlakuan coal tar pitch seperti perlakuan panas, destilasi dengan tekanan rendah Universitas Sumatera Utara Tabel 2.5 Spesifikasi dari CTP Coal Tar Picth yang digunakan oleh PT INALUM untuk menghasilkan anoda yang bagus. No Parameter Unit Guaranted Value 1 Softening Oil o C 111-117 2 Fixed Carbon - 60 3 Ask Content + 0,30 4 Toluen Insoluble - 36 5 Quiline Insoluble 8-15 6 Chemical Analysis Sodium Ppm + 180 Calcium Ppm + 80 Silicon Ppm + 400 Iron Ppm + 400 Adapun syarat-syarat penting pada coal tar pitch yang digunakan sebagai binder adalah sebagai berikut: 1. Kekuatan daya rekatnya kesatuan ikatannya 2. Sifat pembasahan yang sangat bagus 3. Cooking value yang tinggi akan menghasilkan struktur kokas yang kuat sehingga menghasilkan anoda yang lebih kuat 4. Kandungan debu yang rendah Universitas Sumatera Utara 5. Terjadinya penguapan yang baik pada saat anoda dipanggang. Hulse.,2000 Beberapa komponen yang terkandung didalam coal tar pitch, yaitu: a. Quinoline insoluble QI atau α-resin Kandungan QI dalam pitch tergantung dari sumber coal tar pitch, densitas pemuatan coal tar pitch dalam oven, suhu oven dan siklus proses. Tanpa adanya kandungan QI, pitch akan dengan cepat merembes kedalam pori-pori kokas dalam pembuatan anoda, yang akan mengurangi ketebalan efektif dari binder atau melemahkan kekuatan elektroda dan akan memungkinkan terbentuknya banyak pori antar ikatan kokas. Fungsi QI antara lain adalah: 1 Mempunyai pengaruh besar terhadap “coking proses” dari coal tar pitch diantara partikel kokas dalam anoda karbon 2 Memperbesar kekuatan mekanik anoda 3 Menurunkan tahanan listrik anoda 4 Membantu pembentukan ikatan sesama kokas dalam struktur anoda 5 Menurunkan tegangan permukaan fraksi cairan. b. β- Resin Tidak banyak diketahui tentang peranan fraksi ini dalam pitch. Namun ada juga peneliti yang menetapkan bahwa β- resin berfungsi sebagai pengikat binder dalam pasta. Karena alasan ini telah pula ditetapkan bahwa konsentrasi paling ideal untuk prebaked anode furnace adalah berkisar 17 - 20. β- resin Universitas Sumatera Utara mempengaruhi secara nyata softening point dari pitch dan dalam proses polimerisasi dan polikondensasi malah berubah menjadi fraksi α- resin. Dari uraian ini jelas bahwa QI adalah fraksi yang paling berpengaruh dan karenanya yang paling diperhatikan dalam penentuan spesifikasi pitch dalam fungsinya sebagai binder dalam pembuatan anoda. Hal lain yang juga harus diperhatikan dalam penentuan pitch yang hendak digunakan adalah : 1. Softening Point Softetening point menentukan tingkat kekerasan dari pada pitch, dan lebih disukai dengan harga tinggi sepanjang tidak mengganggu proses operasi. Hal ini diperoleh dari pengamatan bahwa kenaikan softening point mempunyai pengaruh sebagai berikut: a. Daya hantar dan kekutan anoda akan semakin baik b. Oksidasi selektif dan dusting di pot reduksi semakin berkurang c. Menaikkan cooking value 2. Impurity Kandungan senyawa inorganik seperti NI, V, Na, Ca diyakini sebagai pembawa sifat yang tidak menguntungkan dalam pitch. Senyawa-senyawa ini berfungsi sebagai katalisator terhadap RCO 2 , airburn, dan oksidasi selektif dari anoda didalam tungku reduksi. Oleh karena itu sedapat mungkin harus dieliminasi. Universitas Sumatera Utara 3. Cooking Value Fixed carbon Cooking value diartikan sebagai perubahan dari pitch menjadi kokas. Pitch dengan cooking value yang tinggi sangat diinginkan. Dengan adanya cooking value yang tinggi akan diperoleh anoda yang lebih kuat, persoalan dusting yang lebih kecil. Zainal.,1990 Sifat pitch yang sangat berpengaruh pada kualitas anoda adalah cooking value. Cooking value pada coal tar pitch tersebut menunjukkan pengaruh pada apparent density anoda panggang baked block. Hulse.,2000

2.6.3 Butt Puntung Anoda

Didalam sel prebaked, anoda tidak mungkin untuk dikonsumsi secara kesuluruhannya selama proses elektrolisa karena potensial metal akan terkontaminasi akan menjadi masalah ditungku reduksi. Sisa dari anoda disebut “Butt”. Butt direcycle untuk ditambahkan kedalam pembuatan anoda yang baru. Natrium bisa timbul didalam kuantitas yang signifikan jika bath Na 3 AlF 6 tidak habis dibuang dari recycle butt. Hal ini dapat menyebabkan kontaminasi terhadap anoda yang baru dicetak. Tingkat kebersihan butt berpengaruh terhadap sifat fisika anoda termasuk kekuatan mekanik mechanical strength, penyerapan udara air permeability dan reaktivitas CO 2. Sifat-sifat butt yang baik untuk digunakan pada proses pembuatan anoda adalah sebagai berikut : a. Butt yang keras b. Kandungan sodium yang rendah c. Temperatur pembakaran yang tinggi Universitas Sumatera Utara d. Reaktivitas O 2 dan reaktivitas CO 2 yang rendah Butt yang lembut dihasilkan dari CO 2 yang berlebihan dan udara panas air burning terhadap siklus anoda yang terakhir. Hal ini sebenarnya dapat menimbulkan masalah pada kualitas anoda atau terlalu banyak pemakaian anoda di tungku reduksi. Kandungan Butt Kandungan butt adalah sebuah komponen yang dihasilkan dari pembakaran pitch yang mana digunakan sebagai pengisi porositas molekul dalam jumlah partikel kokas yang besar. Pitch yang dibutuhkan sangat berbeda pada pemakaian butt. Tingkat butt yang tinggi dalam menurunkan syarat pitch adanya recycle partikel butt dalam anoda akan meningkatkan jumlah pemakaian pitch yang optimum. Pengaruh pemakaian butt terhadap pemakaian coal tar pitch yang optimum dapat dilihat pada gambar berikut: - 1,6 - 1,2 - 0,8 - 0,4 10 20 30 Butt Fraction Gambar 2.1 Pengaruh pemakaian butt terhadap penambahan pitch P it ch C ont ent A dj us tm ent Universitas Sumatera Utara

2.6.4. Green Scrap Sekrap Mentah dan Baked Scrap Sekrap Masak

Selama proses pembuatan anoda, bahan sekrap dihasilkan dari proses start-up awal, pemberhentian operasi, variasi operasi dan yang reject green dan baked dari pencetakan anoda. Hal ini disebut green scrap sekrap mentah atau baked skrap skrap masak yang tidak jadi. Green dan baked scrap adalah recycle pasta dalam pabrik pembuatan anoda. Green scrap dapat dihasilkan karena pemakaian pitch yang berlebihan. Green scrap ini ditambahkan sebagai penambahan bahan pembuatan anoda. Green scrap merupakan pasta yang belum layak dicetak.

2.7 Pengaruh Bahan Baku terhadap Kualitas Anoda

Untuk mendapatkan kualitas anoda yang baik, maka perlu dilakukan usaha dengan penekanan pada bahan baku dan AD anoda tersebut.

2.7.1. Pengaruh Penggunaan Butt

Adanya butt didalam bahan pembuatan anoda mempunyai dampak langsung pada densitas anoda dan sifat mekanik serta butt yang sebagai bahan pembuatan anoda bentuknya lebih kasar. Butt dapat diklasifikasikan oleh sifat kekerasannya yang mana menggambarkan sifat fisiknya dan memberikan dampak reaktivitas udara pada anoda. Ukuran kekerasan didasarkan pada kekuatan tekan dari butt. Pada umumnya butt yang lembut mengakibatkan AD yang lebih rendah dan meningkatkan porositas pada pembuatan anoda yang baru. Kemudian menyebabkan kekuatan mekanik yang rendah dan permeabilitas udara yang tinggi. Butt yang lembut bersifat lebih reaktiv dan berpengaruh negatif terhadap kualitas proses pembuatan anoda yang baru dari bahan Universitas Sumatera Utara recycle butt. Sifat butt yang keras lebih menyerupai sifat kokas. Butt yang keras memiliki temperatur pembakaran yang tinggi dalam udara, reactivity udara dan reactivity karbondioksida yang rendah dan memiliki persamaan sifat pada anoda karbon. Hulse.,2000

2.7.2 Pengaruh Coal Tar Pitch

Bahan baku pitch juga berpengaruh terhadap kualitas anoda terutama untuk mengurangi terjadinya selective burning yang disebabkan oleh reaktivitas pitch yang lebih tinggi dari pada kokas. Dari literatur yang diperoleh bahwa pitch dengan titik pelunakan softening point yang lebih tinggi akan mengakibatkan penurunan tahanan listrik, peningkatan kekuatan tekan, penurunan permeabilitas udara dan peningkatan modulus elastisitas dari anoda. Peningkatan kemurnian pitch dan kokas, pengurangan porositas dari kokas, dan titik pelunakan yang lebih tinggi dari pitch adalah karakteristik bahan baku yang diinginkan untuk mendapatkan anoda dengan kualitas yang baik. Misalkan untuk kasus AD rendah, ternyata pengurangan berat tidak dapat menormalkan AD, maka penambahan pitch akan dilakukan. Sebaliknya bila AD tinggi, ternyata penambahan pitch tidak berpengaruh, maka pengurangan pitch dilakukan agar AD kembali normal. Tetapi sering penambahan pitch mengakibatkan overbinder sehingga terjadi sticking. Sticking adalah kelengketan yang terjadi pada anoda panggang karena jumlah pitch melampaui kondisi optimumnya. Sticking bisa terjadi antara anoda dengan anoda dan antara anoda dengan kokas pelapisnya. Untuk menghindari sticking karena overbinder perlu dicari perbandingan yang ideal antara jumlah filler dan jumlah binder yang ditambahkan. Universitas Sumatera Utara

2.7.3 Pengaruh Kokas

Untuk mendapatkan kualitas yang baik terhadap anoda,karaktersitik dari kokas sangat berkaitan terutama karakteristik porositas, struktur dan kemurnian dari kokas. Bila porositas dari kokas berkurang, maka AD anoda dan konduktivitas panas dari anoda akan meningkat dan juga penurunan tahanan listrik dari anoda. Struktur yang baik akan mendukung untuk pencapaian AD yang baik. Kemurnian yang tinggi, terutama pengurangan dari unsur-unsur yang berperan sebagai katalis terhadap terjadinya reaksi CO 2 dan O 2 dengan karbon akan memberikan pengaruh yang sangat besar terhadap kualitas anoda. Pengaruhnya terutama terhadap menurunnya konsumsi anoda oleh CO 2 dan O 2 . Hume.,1999

2.8 Konsumsi Anoda

Berbagai macam reaksi dalam sel memperbesar konsumsi anoda karbon dipot reduksi. Hal ini mengakibatkan penurunan jumlah logam dan menambah kelebihan konsumsi yang mana menjadi tidak ekonomis. Ada beberapa reaksi penyebab utama konsumsi anoda yang berlebih: a. Airburn b. Penyerangan CO 2 carboxyattack c. Selective burning d. Efisiensi arus Universitas Sumatera Utara 1. Airburn Airburn merupakan reaksi terhadap oksigen dengan anoda karbon pada permukaan karbon yang terkena udara. Karbon dioksidasi oleh udara menghasilkan CO 2 pada temperature dengan range 300 o C hingga 400 o C. Reaksi ini berupa semburan anoda bagian samping keudara dan bagian atas. Reaksi yang terjadi adalah O 2 + C CO 2 Kotoran anoda dapat bereaksi sebagai katalis yang mempercepat reaksi airburn nikel, vanadium, dan natrium atau sebagai penghambat sulpur menurunkan aktivitas natrium sebagai katalis. Faktor utama yang mempengaruhi airburn adalah bahan baku utama anoda, temperatur pemanggangan terakhir, design parameter sell, ukuran anoda dalam sell dan penutup anoda atau dispray aluminium sebagai pelindung anoda. 2. Oksidasi CO 2 Oksidasi CO 2 adalah reaksi CO 2 yang dihasilkan dari reaksi reduksi dengan karbon untuk mengahsilkan carbon monoksida. Reaksi ini terjadi pada pori-pori anoda dan diatas anoda karbon yang secara langsung berhadapan dengan larutan elektrolit yang tersusun dari gas CO 2 disekitar anoda. Reaksi ini dapat terjadi pada temperature dibawah 800 o C. Reaksinya adalah : CO 2 + C 2CO Banayak kotoran yang mempengaruhi karbon dioksidasi adalah kalsium, natrium, dan sulfur. Reaksi karbon dioksidasi dipengaruhi oleh bahan baku, formulasi anoda mentah, temperatur pemanggangan anoda, permeabilitas anoda dan temperatur bath ditungku reduksi. Universitas Sumatera Utara 3. Selective Burning Dusting Selective burning terjadi ketika sebuah reaktivitas yang tidak setimbang diantara phasa kokas yang berbeda. Debu terjadi dari oksidasi dan menggunakan kerja elektroda dan selective element disekitar anoda diatas larutan elektrolit. Tetapi biasanya juga terjadi karena phasa binder yang menjadi penyebab utama. 4. Efisiensi arus Penggunaan gas anoda dan pemakaian kerja yang berlebihan dipengaruhi oleh reaksi : 2Al + 3CO 2 → Al 2 O 3 + 3CO Aluminium dengan karbondioksida yang menyebabkan kehilangan arus.

2.9 Sifat dan Kualitas Anoda

Selain memperhatikan performansi anoda, kualitas anoda juga menjadi perhatian untuk mendapatkan biaya produksi yang rendah tetapi tetap mencapai target. Anoda dengan kualitas yang baik memiliki kriteria sebagai berikut : 1 Ketahanan terhadap oksidasi untuk meminimasi konsumsi anoda yang berlebih 2 Apparent density yang tinggi dan permeabilitas udara yang rendah penting untuk konsumsi anoda, dusting dan siklus pergantian anoda 3 Kekuatan mekanik yang cukup 4 Tahanan listrik yang rendah untuk menghemat pemakaian daya Universitas Sumatera Utara 5 Kemurnian yang tinggi untuk menghindari pengotoran aluminium di tungku reduksi dan konsumsi anoda yang berlebih 6 Ketahanan terhadap thermal shock untuk menghindari gangguan di tungku Untuk memenuhi kriteria diatas, banyak hal yang harus diperhatikan. Karakteristik bahan baku sangat berpengaruh pada kualitas anoda. Kualitas anoda mentah diukur dengan melihat faktor-faktor antara lain: 1. Apparent Density Anoda mentah Apparent density anoda mentah dihitung dengan membagi berat terhadap volume anoda setelah pencetakan. Semakin tinggi apparent density anoda mentah akan membuat kualitas anoda semakin baik. 2. Apparent density Anoda Panggang Apparent density anoda panggang diukur dari berat anoda panggang dibagi volume. Apparent density yang tinggi cenderung mengurangi permeabilitas udara anoda dan dapat memperpanjang siklus pergantian anoda di tungku. Tetapi apparent density yang terlalu tinggi dapat mengakibatkan masalah thermal shock. Apparent density anoda panggang diatur dengan : a Menyeleksi bahan baku b Komposisi granulometri c Pitch yang optimal d Proses yang optimal untuk mencegah kompaksi selama pencetakan Universitas Sumatera Utara 3. Baking Loss Baking loss merupakan indikasi kehilangan uap selama proses pemanggangan blok anoda. Perubahan nilai ini dibawah kondisi konstan dapat menghasilkan pengeringan pasta. 4. Penyusutan Kerekatan dari anoda dapat terjadi pada nilai penyusutan yang tinggi. Nilai negatif adalah sebuah indikasi bahwa pemuaian atau pengembangan yang terjadi. 5. Tahanan listrik Tahanan listrik anoda karbon yang serendah mungkin adalah kondisi ideal yang diinginkan. Kondisi itu akan mengurangi pemakaian energi yang terbuang sia-sia di tungku. Tahanan ini sangat dipengaruhi oleh struktur kokas, apparent density anoda dan distribusi pori-pori retak, cacat dan kerusakan lain sebagai akibat dari masalah pengadonan atau pencetakan atau thermal shock selama pendinginan dan pemanggangan. 6. Kekuatan tekan Kekuatan anoda terutama tergantung pada kekuatan kokas, titik pelunakan pitch dalam sejumlah pitch. Penting bagi anoda memiliki kekuatan mekanis yang cukup agar tahan terhadap pemanggangan selama proses. Perlu kekuatan yang cukup bagi butt agar dapat memisahkan pengotor darinya. 7. Fluxtural Strength Fluxtural strength merupakan indikasi yang terjadi karena adanya keretakan kecil didalam struktur anoda. Nilai fluxtural strength yang rendah biasanya Universitas Sumatera Utara mengindikasikan masalah dalam kestabilan kokas, kondisi pembentukan atau pemanasan tinggi selama pemanggangan. Sifat mekanik ini sangat penting selama proses pembuatan anoda dan proses penangkaian blok anoda. 8. Elastisitas atau Young Modulus Elastisitas adalah sebuah indikasi dari kekakuan anoda perbandingan antara tegangan pada regangan. Ketidakelastisan sebuah blok anoda sangat penting pada ketahanan arus listrik yang tinggi. Elastisitas ini dapat diukur menggunakan daya tekan dinamik elastis. 9. Koefisien Pemuaian Panas Koefisien pemuaian panas yang rendah lebih baik dari ketahanan arus yang tinggi pada anoda. Hal ini mengurangi ketegangan dari gradient panas pada anoda. 10. Daya Retak Pengukuran ketahanan untuk perambatan keretakan sangat penting pada ketahanan arus yang tinggi. 11. Konduktivitas Panas Konduktivitas panas merupakan pengukuran dari konduksi panas melalui benda padat. Nilai konduktivitas panas yang rendah dapat mengakibatkan thermal shock. Tetapi nilai yang tinggi dapat mengakibatkan masalah airburn. Konduktivitas panas terutama dipengaruhi oleh temperatur pemanggangan. 12. Reaktivitas terhadap CO 2 dan O 2 Reaktivitas ini penting untuk mengurangi konsumsi anoda berlebih dalam tungku reduksi, untuk menentukan kelemahan dari anoda dan pembentukan debu Universitas Sumatera Utara karbon disel elektrolisis. Hal ini dipengaruhi dengan kuat oleh adanya pengotor bahan baku dan parameter pemanggangan seperti temperature dan lamanya penahan panas soaking time. 13. Thermal shock Ketika dipasang dalam sel elektrolisis yang panas, gradient temperatur yang besar terjadi dan menciptakan tegangan thermal dalam anoda dan menyebabkan retak dari anoda. Retak pada anoda dapat mengakibatkan gangguan serius pada tungku. Keretakan anoda bisa menganggu cara kerja di pot reduksi dan hal ini dipengaruhi oleh : a Karakteristik bahan baku b Formulasi pembuatan anoda c Gradient pemanggangan anoda d Desain sel dan parameter operasi 14. Permeabilitas Udara Permeabilitas udara adalah indeks dari kemudahan udara mengalir melalui pori- pori dalam anoda. Permeabilitas anoda seharusnya diminimalkan untuk membatasi berpindahannya gas ke permukaan anoda yang reaktif di dalam struktur anoda. Meningkatkan apparent density anoda panggang umumnya mengurangi permeabilitas udara. Perubahan komposisi dari binder dan jumlah matriks fine juga dapat mengubah penyerapan. Formulasi fraksi fine partikel fraksi debu biasanya menghasilkan permeabilitas udara yang rendah. Hulse,2000 Universitas Sumatera Utara

BAB 3 BAHAN DAN METODE