Proses Pembuatan Aluminium

PEMBUATAN ALUMINIUM

Aluminium terutama diproduksi untuk pembuatan alloy yang ringan. Di USA saja aluminium diproduksi lebih dari 1 juta ton per tahunnya. Pengolahan logam aluminium dibagi menjadi 2 tahap, yaitu tahap pemurnian dan tahap elektrolisis. Pengolahan ini dinamakan proses Hall, sesuai dengan nama penemunya yaitu Charles Martin Hall (1863-1914).

Secara rinci proses pengolahan aluminium dijelaskan sebagai berikut:

1.    Tahap Pemurnian

Aluminium diproduksi dari bauksit yang mengandung pengotor Fe₂O₃. Pengotor ini harus dihilangkan dengan cara melarutkan bauksit tersebut dalam NaOH(aq). Besi oksida (Fe₂O₃) yang bersifat basa tidak larut dalam larutan NaOH, perhatikan reaksi berikut:

Al₂O₃(s) + 2OH^-(aq) + H₂O à 2[Al(OH)₄]^-(aq)

Atau

Al₂O₃(s)+ 2NaOH(aq) + 3H₂O(ℓ) à 2NaAl(OH)₄ (aq)

Pengotor dipisahkan dengan penyaringan. Selanjutnya, aluminium diendapan dari filtrat dengan mengalirkan gas CO₂ dan pengenceran.

2NaAl(OH)₄(aq) + CO₂(g) à 2Al(OH)₃(s)+ Na₂CO₃(aq) + H₂O(ℓ)

Atau

2NaAl(OH)₄^-(aq) + CO₂(g) à 2Al(OH)₃(s)+ CO₃^2-(aq) + H₂O(ℓ)

Endapan A1(OH)₃ disaring, dikeringkan lalu dipanaskan sehingga diperoleh A1₂O₃ murni (alumina).

2A1(OH)₃(s)+ A1₂O₃(s)à A1₂O₃(s)+ 3H₂O(g)

2.    Tahap Elektrolisis

Selanjutnya pada tahap kedua, reduksi A!₂O₃ dilakukan melalui elektrolisis menurut proses Hall Heroult. Metode elektrolisis itu ditemukan secara terpisah tetapi hampir bersamaan pada tahun 1886 oleh dua orang peneliti muda, yaitu Charles M. Hall di Amerika Serikat dan Paul Deroun di Perancis. Kita ingat bahwa Al₂O₃ mempunyai titik leleh yang sangat tinggi, yaitu lebih dari 2000^oC. Oleh karena itu elektrolisis lelehan Al₂O₃ murni tidak ekonomis. Dalam proses Hall Heroult, Al₂O₃ dilarutkan dalam lelehan kriolit (Na₃AlF₆) dalam bejana dari baja berlapis grafit yang sekaligus berfungsi sebagai katode. Dengan cara itu elektrolisis dapat dilangsungkan pada suhu 950^oC. Sebagai anode digunakan batang grafit. Elektrolisis menghasilkan aluminium di katode, sedangkan di anode terbentuk gas oksigen dan karbon dioksida. Sebenarnya reaksi elektrolisis ini berlangsung rumit dan belum sepenuhnya dipahami, tetapi dengan mengacu pada hasil akhirnya dapat dituliskan sebagai berikut:

Al₂O₃(ℓ) à 2A1³⁺(ℓ) + 3O^2-(ℓ)

Selain Hall, ada juga Proses Bayer, yang dikembangkan oleh Karl Josef Bayer, seorang ahli kimia berkebangsaan Jerman. Proses ini biasanya digunakan untuk memperoleh alumunium murni. Bauksit halus yang kering dimasukan kedalam pencampur, diolah dengan soda api (NaOH) dibawah pengaruh tekanan dan pada suhu dibawah atas titik didih. NaOH bereaksi dengan bauksit menghasilkan aluminat natrium yang larut.

Setelah proses selesai, tekanan dikurangi dan ampas yang terdiri dari oksida besi yang tak larut, silikon, titanium dan kotoran lainya ditekan melalui saringan dan dikesampingkan. Cairan yang mengandung alumina dalam bentuk aluminat natrium dipompa ke dalam tangki pengendapan, kemudian dibubuhkan Kristal hiroksida alumunium terpisah dari larutan. Hiroksida alumunium kemudian disaring dan dipanaskan sampai mencapai suhu 980^oC. Alumina siap dilebur.

Logam alumunium dihasilkan melalui proses elektrolisa dimana alumina berubah menjadi oksigen dan alumunium. Alumina murni dilarutkan ke dalam eriolit cair (natrium alumunium flourida) dalam dapur elektrolit. Arus listrik dialirkan dalam campuran melalui elektrodakarbon. Pada saat tertentu, alumunium disadap dari sel dan logam cair tersebut dipindahkan ke dapur penampung untuk dimurnikan atau untuk keperluan paduan, setelah itu dituang ke dalam ingot untuk diolah lebih lanjut.

Cara Memperoleh

        Pada tahun 1825, Oersted. Memperoleh aluminium murni dengan cara mereduksi aluminium klorida dengan kalium-merkurium.

AlCl_3(s) + 3K(Hg)_x(l)  3 KCl_(s) + Al(Hg)_3x(l)

Kemudian dengan distilasi, merkurium dapat dihilangkan dan akhirnya diperoleh logam aluminium. Pada tahun 1854, Henri Sainte dan Claire Deville membuat aluminium dari natrium aluminium klorida dengan cara memanaskannya dengan logam natrium.

Padatahun 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 Herault mendapat paten Perancis untuk proses serupa dengan proses Hall. Pada tahun 1980, produksi dunia dengan proses ini mencapai 10⁷ ton. Pada proses ini aluminium diperoleh dengan cara katalis aluminium oksida yang dilarutkan dalam leburan kriolit (Na₃AlF₆).

Bahan baku bauksit, masih merupakan campuran aluminium oksida, besi(III) oksida dan silika.  Jadi ada dua tahap dalam produksi aluminium yaitu reaksi pemurnian untuk memperoleh alumina murni dan tahap elektrolisis.

a.  Reaksi Pemurnian:

Al₂O_3(s) + 2 OH^-_(aq) + 3 H₂O_(l)  2[Al(OH)₄]^-_(aq)

SiO₂ + 2 OH^-_(aq) SiO₃^2-_(aq) + H₂O_(l)

2[Al(OH)₄]^-_(aq) + CO₂  2 Al(OH)_3(s) + CO₃^2-_(aq)

2 Al(OH)_3(s)  Al₂O₃ + 3H₂O

b. Elektrolisis dibuat dari baja, yang dilapisi grafit. Grafit ini berfungsi sebagai katoda. Anoda             dibuat dari karbon.

Katoda: AlF₄^- + 3e^-  Al + 4F^-

Anoda: 2 AlOF₅^4- + C  CO₂ + AlF₆^3- + AlF₄^- + 4 e^-

Secara sederhana, reaksi pada elektroda dapat dituliskan sebagai berikut,

Katoda: 2 Al³⁺ + 6 e^-  2 Al

Anoda: 3O^2-  1O₂ + 6 e^-

Oksigen yang terbentuk pada suhu operasi dapat mengoksidasi anoda.

Reaksi secara keseluruhan dapat ditulis sebagai berikut:

2Al₂O₃(dalamKriolit) + 3 C_(s)  4 Al_(l) + 3 CO_2(g)

Bayer Siklus Proses Bayer adalah satu siklusdan sering disebut Bayer siklus. Ini melibatkan empat langkah: Digestion (pencernaan), Clarification (klarifikasi), Precipitation (pengendapan), danCalcination (kalsinasi).

 Digestion (Pencernaan).

Pada langkah pertama, bauksit adalah tanah, slurried dengan larutan soda kostik (natriumhidroksida), dan dipompa ke tank tekanan besar disebut digester, dikontrol mengalami panas uap 175 °C dan tekanan. natrium hidroksidabereaksi dengan mineral alumina bauksit untuk membentuk solusi jenuh natrium aluminat; pengotor tak larut, disebut lumpur merah (RM) , tetap dalam suspensi dan dipisahkan pada langkah klarifikasi. Proses Bayer menurut persamaankimia :

PersamaanReaksi: Al₂O₃ + 2OH^-+ 3H₂O[Al(OH)­₄]^-AtauAl₂O₃(s) + 2NaOH (aq) + 3H₂O(l)2NaAl(OH)₄ (aq)

 Clarification (klarifikasi).

Pengotor tak larut yang disebut lumpur merah /Red Mud (RM) , tetap dalam suspensi dan dipisahkan dengan menyaring dari kotoran padat, selanjutnya didinginkan di exchangers panas, untuk meningkatkan derajat jenuh dari alumina terlarut, dan dipompa menuju tempat yang lebih tinggi yaitu presipitator silolike untuk proses Precipitation (pengendapan)

  Precipitation (pengendapan).

Selanjutnya aluminium diendapkan dari filtratnya dengan cara mengalirkan gas CO2 dan pengenceran. 2NaAl(OH)3 (aq) +CO2 (g)2Al(OH)3 (s) + Na2CO3 (aq)+ H2O (l) Campuran dari kotoran padat disebut lumpur merah, dan menyajikan masalah pembuangan. Selanjutnya, solusi hidroksida didinginkan, dan aluminium hidroksida dilarutkan presipitat sebagai putih solid halus.

 Calcination (kalsinasi).

Kemudian dipanaskan sampai 1050 °C (dikalsinasi), aluminium hidroksida terurai menjadi alumina, memancarkan uap air dalam proses:2Al(OH)₃ (s)Al₂O₃ (s) + 3H₂O (g) Dan dihasilkan aluminium oksida murni (Al₂O₃) yang selanjutnyamenujuprosespeleburan dengan proses Hall-Héroult untuk menghasilkan material aluminium.