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)+ CO32-(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 2000oC.
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 950oC. 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)
+ 3O2-(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 980oC. 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.
AlCl3(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:
Al2O3(s) + 2 OH-(aq)
+ 3 H2O(l) 2[Al(OH)4]-(aq)
SiO2 + 2 OH-(aq) SiO32-(aq)
+ H2O(l)
2[Al(OH)4]-(aq) + CO2
2 Al(OH)3(s) + CO32-(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 AlOF54- + C CO2
+ AlF63- + AlF4- + 4 e-
Secara sederhana, reaksi pada elektroda dapat dituliskan
sebagai berikut,
Katoda: 2 Al3+ + 6 e- 2 Al
Anoda: 3O2- 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 CO2(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.