TUGAS KIMIA LANJUT id. docx
TUGAS KIMIA LANJUT
1. Proses Produksi Baja
Ada beberapa proses pembuatan baja salah satunya dengan Proses Basic Oxygen Furnace
atau biasa dikenal dengan proses peleburan baja. Proses ini Merupakan modifikasi dari proses
Bessemer , dimana pada Proses BOF digunakan oksigen murni sebagai ganti uap air dari Proses
Bessemer.
Peleburan Baja Dengan BOF ini termasuk proses yang paling baru dalam industri pembuatan
baja. Konstruksi tungku BOF relative sederhana, bagian luarnya dibuat dari pelat baja sedangkan
dinding bagian dalamnya dibuat dari bata tahan api (firebrick). Bejana BOF biasanya berdiameter
dalam 5m mampu memproses 35 – 200 ton dalam satu pemanasan.
Proses tanur oksigen basa ( Basix Oxygen Furnace, BOF) menggunakan besi kasar cair (65 –
85%) yang dihasilkan oleh tanur tinggi sebagai bahan dasar utama dicampur dengan besi bekas
(skrap baja) sebanyak (15 – 35%), batu kapur dan gas oksigen (kemurnian 99,5%). Panas
ditimbulkan oleh reaksi dengan oksigen. Gagasan ini dicetuskan oleh Bessemer sekitar tahun
1800.
Gambar Sketsa Tungku BOF
Tahapan Proses:
Besi bekas sebanyak ± 30% dimasukkan kedalam bejana yang dilapisi batu tahan api basa.
Logam panas dituangkan kedalam bejana tersebut. Suatu pipa aliran oksigen yang
didinginkan dengan air dimasukkan kedalam bejana 1 sampai 3 m diatas permukaan logam
cair.
Asifa Nabila
Elven Aprilnico
Tito Tegar
Faiz Muhammad
Raihan Biruni
1406551733
1406578653
1406551544
TUGAS KIMIA LANJUT
Gas oksigen akan mengikat karbon dari besi kasar berangsur – angsur turun sampai
mencapai tingkat baja yang dibuat. Proses oksidasi berlangsung terjadi panas yang tinggi
sehingga dapat menaikkan temperatur logam cair sampai diatas 1650 C.
Pada saat oksidasi berlangsung ke dalam tungku ditambahkan batu kapur. Batu kapur
tersebut kemudian mencair dan bercampur dengan bahan – bahan impuritas (termasuk
bahan – bahan yang teroksidasi) membentuk terak yang terapung diatas baja cair. Bila
proses oksidasi selesai maka aliran oksigen dihentikan dan pipa pengalir oksigen diangkat /
dikeluarkan dari tungku.
Tungku BOF kemudian dimiringkan dan benda uji dari baja cair diambil untuk dilakukan
analisa komposisi kimia. Bila komposisi kimia telah tercapai maka dilakukan penuangan
(tapping). Penuangan tersebut dilakukan ketika temperature baja cair sampai di atas 1650 C.
Penuangan dilakukan dengan memiringkan perlahan – lahan sehingga cairan baja akan
tertuang masuk kedalam ladel. Di dalam ladel biasanya dilakukan skimming untuk
membersihkan terak dari permukaan baja cair dan proses perlakuan logam cair (metal
treatment).
Metal treatment tersebut terdiri dari proses pengurangan impuritas dan penambahan
elemen – elemen pemadu atau lainnya dengan maksud untuk memperbaiki kualitas baja cair
sebelum dituang ke dalam cetakan. Jenis Baja yang dihasilkan oleh proses ini adalah Baja
karbon & Baja paduan 0,1 % < c < 2,0 %
Asifa Nabila
Elven Aprilnico
Tito Tegar
Faiz Muhammad
Raihan Biruni
1406551733
1406578653
1406551544
TUGAS KIMIA LANJUT
Reaksi Kimia
2. Konsep reduksi oksidasi yang berkaitan dengan proses produksi baja adalah
Fe2O3 + CO → Fe + CO2
Fe2O3 + CO → Fe + CO2
+3→0
+2→+4
Persamaan pertama
O:
CO → CO2
Asifa Nabila
Elven Aprilnico
Tito Tegar
Faiz Muhammad
Raihan Biruni
1406551733
1406578653
1406551544
TUGAS KIMIA LANJUT
+2→+4
R:
Fe+32O3 → Fe0
+3→0
Persamaan Kedua
O:
CO → CO2 + 2e+2→+4
R:
2Fe2O3 +6 e-→ 2Fe
+3→0
Persamaan Ketiga
O:
CO → CO2 + 2e- + 2H+
+2→+4
R:
2Fe2O3 +6 e- + 6H+ → 2Fe
+3→0
Persamaan Kelima
O:
CO + H2O → CO2 + 2e- + 2H+
+ 2→+4
R:
2Fe2O3 +6 e- + 6H+ → 2Fe+ 3H2O
+3→0
Persamaan Keenam
O:
3CO + 3H2O → 3CO2 + 6e- + 6H+
+2→+4
R:
2Fe2O3 +6 e- + 6H+ → 2Fe+ 3H2O
Asifa Nabila
Elven Aprilnico
Tito Tegar
Faiz Muhammad
Raihan Biruni
1406551733
1406578653
1406551544
TUGAS KIMIA LANJUT
+3→0
Sehingga persamaan baja yang terbentuk adalah 3CO + Fe2O3 → 3CO2 + 2Fe
3. Persamaan proses baja dan semen
Sama-sama memerlukan energi untuk terjadinya reaksi yang spontan pada semen dan pada proses
produksi baja
Perbedaannya adalah pada reaksi baja harus ada perubahan biloks yang menimbulkan reaksi oksidasi
dan reduksi sedangkan pada semen tidak ada perubahan reaksi biloks
Fe2O3 + CO-2 → Fe + CO2
+3→0
+2→+4
CaCO₃ → CaO + CO₂
+2→+2
4. Proses reaksi baja terjadi spontan
Besaran termodinamika yang sering diaplikasikan dalam menyatakan arah proses dan kestabilan
kimia adalah Energi Bebas Gibbs. Apabila perubahan energy bebas Gibbs berharga negatif, maka
proses akan berlangsung spontan, tetapi bila harganya positif, maka proses akan berlangsung bila
adanya energi tambahan dari luar sistem
∆G = -QE
∆G = - nFE
Dimana, n adalah jumlah elektron, F adalah bilangan Faraday yang besarnya sama dengan muatan
listrik untuk 1 mol elektron, dan E adalah potensial sel redoks. Dengan demikian, potensial redoks, E
juga dapat digunakan sebagai parameter untuk menyatakan kestabilan termodinamika. Reaksi
spontan bila perubahan energi bebas Gibbs negatif atau berdasarkan persamaan di atas, E sel
berharga positif. Dengan kata lain, bila suatu reaksi redoks potensial selnya berharga positif maka
produk lebih stabil secara termodinamika daripada pereaksi. Semakin besar harga potensial sel,
semakin stabil produk terhadap reaksi. Sehngga pada produksi baja diperoleh
Fe ₂ O₃+ 3CO →2 Fe+3 CO ₂
Reduksi
Asifa Nabila
Elven Aprilnico
Tito Tegar
Faiz Muhammad
Raihan Biruni
1406551733
1406578653
1406551544
TUGAS KIMIA LANJUT
Oksidasi
2Fe₂O₃ +6e- + 6H+
→
2Fe + 3H₂O
E = -0,04 V
3CO + 3H₂O
→
3CO₂+6e- + 6H+
E = -0,21 V
Fe2O3 + CO
→
Fe + CO2
E sel = E reduksi – E oksidasi
E sel = -0,04 – (-0,21)
E sel = 0,17 V
∆G = - nFE
∆G = - 6x96500x0,17
∆G = - 98430 J/mol
3CO
3C
+
3O₂
Fe₂O₃
Fe2O3
+
CO
→
3C
+
→
3CO₂
→
2Fe
+
→
Fe
+
3
O₂
2
3
O₂
2
CO2
∆H=333 KJ/mol; ∆s= 594 J/K
∆H= -11805 KJ/mol; ∆s= -642 J/K
∆H= 822 KJ/mol; ∆s= 90 J/K
∆H=-25,5KJ/mol; ∆s= 42 J/K
∆G = ∆H-T∆S
1. Proses Produksi Baja
Ada beberapa proses pembuatan baja salah satunya dengan Proses Basic Oxygen Furnace
atau biasa dikenal dengan proses peleburan baja. Proses ini Merupakan modifikasi dari proses
Bessemer , dimana pada Proses BOF digunakan oksigen murni sebagai ganti uap air dari Proses
Bessemer.
Peleburan Baja Dengan BOF ini termasuk proses yang paling baru dalam industri pembuatan
baja. Konstruksi tungku BOF relative sederhana, bagian luarnya dibuat dari pelat baja sedangkan
dinding bagian dalamnya dibuat dari bata tahan api (firebrick). Bejana BOF biasanya berdiameter
dalam 5m mampu memproses 35 – 200 ton dalam satu pemanasan.
Proses tanur oksigen basa ( Basix Oxygen Furnace, BOF) menggunakan besi kasar cair (65 –
85%) yang dihasilkan oleh tanur tinggi sebagai bahan dasar utama dicampur dengan besi bekas
(skrap baja) sebanyak (15 – 35%), batu kapur dan gas oksigen (kemurnian 99,5%). Panas
ditimbulkan oleh reaksi dengan oksigen. Gagasan ini dicetuskan oleh Bessemer sekitar tahun
1800.
Gambar Sketsa Tungku BOF
Tahapan Proses:
Besi bekas sebanyak ± 30% dimasukkan kedalam bejana yang dilapisi batu tahan api basa.
Logam panas dituangkan kedalam bejana tersebut. Suatu pipa aliran oksigen yang
didinginkan dengan air dimasukkan kedalam bejana 1 sampai 3 m diatas permukaan logam
cair.
Asifa Nabila
Elven Aprilnico
Tito Tegar
Faiz Muhammad
Raihan Biruni
1406551733
1406578653
1406551544
TUGAS KIMIA LANJUT
Gas oksigen akan mengikat karbon dari besi kasar berangsur – angsur turun sampai
mencapai tingkat baja yang dibuat. Proses oksidasi berlangsung terjadi panas yang tinggi
sehingga dapat menaikkan temperatur logam cair sampai diatas 1650 C.
Pada saat oksidasi berlangsung ke dalam tungku ditambahkan batu kapur. Batu kapur
tersebut kemudian mencair dan bercampur dengan bahan – bahan impuritas (termasuk
bahan – bahan yang teroksidasi) membentuk terak yang terapung diatas baja cair. Bila
proses oksidasi selesai maka aliran oksigen dihentikan dan pipa pengalir oksigen diangkat /
dikeluarkan dari tungku.
Tungku BOF kemudian dimiringkan dan benda uji dari baja cair diambil untuk dilakukan
analisa komposisi kimia. Bila komposisi kimia telah tercapai maka dilakukan penuangan
(tapping). Penuangan tersebut dilakukan ketika temperature baja cair sampai di atas 1650 C.
Penuangan dilakukan dengan memiringkan perlahan – lahan sehingga cairan baja akan
tertuang masuk kedalam ladel. Di dalam ladel biasanya dilakukan skimming untuk
membersihkan terak dari permukaan baja cair dan proses perlakuan logam cair (metal
treatment).
Metal treatment tersebut terdiri dari proses pengurangan impuritas dan penambahan
elemen – elemen pemadu atau lainnya dengan maksud untuk memperbaiki kualitas baja cair
sebelum dituang ke dalam cetakan. Jenis Baja yang dihasilkan oleh proses ini adalah Baja
karbon & Baja paduan 0,1 % < c < 2,0 %
Asifa Nabila
Elven Aprilnico
Tito Tegar
Faiz Muhammad
Raihan Biruni
1406551733
1406578653
1406551544
TUGAS KIMIA LANJUT
Reaksi Kimia
2. Konsep reduksi oksidasi yang berkaitan dengan proses produksi baja adalah
Fe2O3 + CO → Fe + CO2
Fe2O3 + CO → Fe + CO2
+3→0
+2→+4
Persamaan pertama
O:
CO → CO2
Asifa Nabila
Elven Aprilnico
Tito Tegar
Faiz Muhammad
Raihan Biruni
1406551733
1406578653
1406551544
TUGAS KIMIA LANJUT
+2→+4
R:
Fe+32O3 → Fe0
+3→0
Persamaan Kedua
O:
CO → CO2 + 2e+2→+4
R:
2Fe2O3 +6 e-→ 2Fe
+3→0
Persamaan Ketiga
O:
CO → CO2 + 2e- + 2H+
+2→+4
R:
2Fe2O3 +6 e- + 6H+ → 2Fe
+3→0
Persamaan Kelima
O:
CO + H2O → CO2 + 2e- + 2H+
+ 2→+4
R:
2Fe2O3 +6 e- + 6H+ → 2Fe+ 3H2O
+3→0
Persamaan Keenam
O:
3CO + 3H2O → 3CO2 + 6e- + 6H+
+2→+4
R:
2Fe2O3 +6 e- + 6H+ → 2Fe+ 3H2O
Asifa Nabila
Elven Aprilnico
Tito Tegar
Faiz Muhammad
Raihan Biruni
1406551733
1406578653
1406551544
TUGAS KIMIA LANJUT
+3→0
Sehingga persamaan baja yang terbentuk adalah 3CO + Fe2O3 → 3CO2 + 2Fe
3. Persamaan proses baja dan semen
Sama-sama memerlukan energi untuk terjadinya reaksi yang spontan pada semen dan pada proses
produksi baja
Perbedaannya adalah pada reaksi baja harus ada perubahan biloks yang menimbulkan reaksi oksidasi
dan reduksi sedangkan pada semen tidak ada perubahan reaksi biloks
Fe2O3 + CO-2 → Fe + CO2
+3→0
+2→+4
CaCO₃ → CaO + CO₂
+2→+2
4. Proses reaksi baja terjadi spontan
Besaran termodinamika yang sering diaplikasikan dalam menyatakan arah proses dan kestabilan
kimia adalah Energi Bebas Gibbs. Apabila perubahan energy bebas Gibbs berharga negatif, maka
proses akan berlangsung spontan, tetapi bila harganya positif, maka proses akan berlangsung bila
adanya energi tambahan dari luar sistem
∆G = -QE
∆G = - nFE
Dimana, n adalah jumlah elektron, F adalah bilangan Faraday yang besarnya sama dengan muatan
listrik untuk 1 mol elektron, dan E adalah potensial sel redoks. Dengan demikian, potensial redoks, E
juga dapat digunakan sebagai parameter untuk menyatakan kestabilan termodinamika. Reaksi
spontan bila perubahan energi bebas Gibbs negatif atau berdasarkan persamaan di atas, E sel
berharga positif. Dengan kata lain, bila suatu reaksi redoks potensial selnya berharga positif maka
produk lebih stabil secara termodinamika daripada pereaksi. Semakin besar harga potensial sel,
semakin stabil produk terhadap reaksi. Sehngga pada produksi baja diperoleh
Fe ₂ O₃+ 3CO →2 Fe+3 CO ₂
Reduksi
Asifa Nabila
Elven Aprilnico
Tito Tegar
Faiz Muhammad
Raihan Biruni
1406551733
1406578653
1406551544
TUGAS KIMIA LANJUT
Oksidasi
2Fe₂O₃ +6e- + 6H+
→
2Fe + 3H₂O
E = -0,04 V
3CO + 3H₂O
→
3CO₂+6e- + 6H+
E = -0,21 V
Fe2O3 + CO
→
Fe + CO2
E sel = E reduksi – E oksidasi
E sel = -0,04 – (-0,21)
E sel = 0,17 V
∆G = - nFE
∆G = - 6x96500x0,17
∆G = - 98430 J/mol
3CO
3C
+
3O₂
Fe₂O₃
Fe2O3
+
CO
→
3C
+
→
3CO₂
→
2Fe
+
→
Fe
+
3
O₂
2
3
O₂
2
CO2
∆H=333 KJ/mol; ∆s= 594 J/K
∆H= -11805 KJ/mol; ∆s= -642 J/K
∆H= 822 KJ/mol; ∆s= 90 J/K
∆H=-25,5KJ/mol; ∆s= 42 J/K
∆G = ∆H-T∆S