METALURGI

Metalurgi adalah kajian ilmiah produksi logam dari bijihnya dan membuat paduannya. Pada bagian ini kita akan membahas tahap dasar produksi logam dari bijihnya, meliputi.

Gambar. Ilustrasi metalurgi
Gambar. Ilustrasi metalurgi
  1. Pengolahan pertama. Biasanya bijih pertama-tama harus dipekatkan dalam bentuk unsur logam. Hasilnya dapat menjadi senyawa logam yang realtif murni. Sering senyawa ini harus diubah lebih lanjut secara kimia menjadi senyawa yang dapat direduksi menjadi logam murni.
  2. Reduksi. Suatu senyawa logam direduksi mejadi unsur bebas melalui elektrolisis atau reaksi reduksi.
  3. Penghalusan atau pemurnian. Logam yang diperoleh dari reduksi boleh jadi perlu dihaluskan atau dimurnikan.

1. Pengolahan Pertama pada Metalurgi

Hampir semua logam yang diperoleh dari bijihnya mengandung sejumlah pengotor selama berada dalam mineral logam. Pengotor dalam suatu bijih dinamakan pengganggu. Bijih dapat dipekatkan dalam bentuk unsur logam melalui pemisahan dari pengganggu, menggunakan metode kimia atau fisika. Pendulangan emas adalah pemisahan fisik yang bergantung pada perbedaan kerapatan antara emas dan pasir. Air mudah membilas pasir dan kotoran lainnya meninggalkan butiran emas pada bagian bawah dulang.

Pengapungan adalah metoda fisika memisahkan mineral dari pengganggu, bergantung pada perbedaan kemampuan pembasahannya. Bijih dihancurkan menjadi serbuk halus, kemudian dicampurkan ke dalam tanki air (biasanya mengandung zat pengapung), dan udara dialirkan, dimana aliran udara untuk membentuk busa.

Partikel-partikel yang dibasahi oleh air, misalnya penggangu akan tenggelam ke dasar tanki, sedangkan partikel yang tidak terbasahi menempel pada gelembung udara dan mengapung di atas permukaan tanki. Zat pengapung dalam air membentuk partikel mineral menjadi lapisan hidrofob (lapisan yang tidak dibasahi air). Setiap molekul zat pengapung mempunyai ujung polar yang menempel pada permukaan mineral dan ujung yang non-polar (hidrofob) mengarah ke luar. Molekul-molekul pengapung ini bersekutu dengan teman-temannya menggunakan ujung nonpolar pada permukaan mineral. Ujung yang mengarah ke luar menjadikan partikel mineral suatu permukaan hidrofom. Bijih sulfida, seperti tembaga, timbal dan seng dipekatkan dengan cara pengapungan ini.

Proses bayer adalah salah satu contoh metoda pemekatan bijih secara kimia. Proses Bayer adalah suatu proses dimana aluminium oksida murni diperoleh dari bauksit, mengandung aluminium hidroksida atau oksida hidroksida, AlO(OH). Jika bauksit dicampur dengan larutan natrium hidroksida panas, mineral aluminium larut menghasilkan ion aluminat, Al(OH)4.

Al(OH)3(s) + OH(aq) → Al(OH)4(aq)

AlO(OH)(s) + OH(aq) + H2O(l) → Al(OH)4 (aq)

Pengotor oksida silikat dan oksida besi tetap tidak larut sehingga dapat disaring. Akibat larutan natrium aluminat panas menjadi dingin, aluminium hidroksida akan mengendap. Dalam prakteknya, ke dalam larutan ditambahkan pemicu dengan aluminium hidroksida untuk memulai pengendapan.

Al(OH4)(aq) → Al(OH)3(s) + OH(aq)

Aluminium hidroksida dapat dibuat melalui pengasaman ringan larutan. Endapan disaring dan dipanaskan untuk diubah menjadi serbuk putih aluminium oksida tak berhidrat.

Bila bijih dipekatkan, perlu mengubah mineral menjadi senyawa yang cocok untuk direduksi. Pemanggangan adalah proses pemanasan mideral dalam udara untuk memperoleh oksida. Contohnya, bijih seng (ZnS) dapat diubah menjdai seng oksida melalui pemanggangan dalam udara.

Al(OH)3(s) → Al2O3(s) + 3H2O(l) (dengan pemanasan)

2ZnS(s) + 3O2(g) → 2ZnO(s) + 2SO2(g)

Pemanggangan bersifat eksoterm sehingga sekali dimulai tidak memerlukan tambahan panas lagi.

 

2. Proses Reduksi Pada Metalurgi

Logam bebas diperoleh melalui reduksi senyawa, menggunakan cara elektrolisis atau zat pereduksi kimia. Pada produksi seng secara komersial, seng oksida direduksi melalui pemanasan dengan beberapa bentuk karbon, seperti batu bara antrasit atau arang.

ZnO(s) + C(s) → Zn(g) + CO(g) (dengan pemanasan)

Uap logam seng meninggalkan kamar reaktor dan terkondensasi menjadi cair, yang selanjutnya memadat. Hidrogen dan logam aktif, seperti natrium, magnesium dan aluminium juga digunakan sebagai zat pereduksi jika karbon yang dipakai tidak cocok. Misalnya, tungsten digabungkan secara kimia dengan karbon. Untuk menghasilkan logam murni, hidrogen juga digunakan.

WO3(s) + 3H2(g) → W(s) + 3H2O(g) (dengan pemanasan)

Beberapa contoh produksi logam menggunakan logam aktif sebagai zat pereduksi telah diuraikan sebelumnya.

 

3. Proses Penghalusan Logam Pada Metalurgi

Biasanya logam yang mengandung pengotor diperoleh melalui proses reduksi dan harus dimurnikan sebelum digunakan. Seng misalnya, dikontaminasi oleh timbal, kadmium, dan besi. Seng dapat dimurnikan melalui distilasi fraksional. Beberapa logam, seperti tembaga, nikel, dan aluminium dimurnikan secara elektrolisis.

Proses Hoopes adalah proses elektrolisis untuk memurnikan aluminium. Pengotor aluminium terbentuk di sekitar anode dan aluminium murni terbentuk di daerah katoda, dan terbentuk tiga lapisan cair. Lapisan bawah adalah memehan pengotor aluminium, lapisan tengah adalah leburan garam yang mengandung aluminium fluorida dan lapisan atas adalah aluminium murni. Pada anoda (lapisan bawah), aluminium melewati larutan sebagai ion aluminium (Al3+) dan di katoda (lapisan atas), ion-ion ini direduksi menjadi logam murni. Selama pengoperasian pengotor dan lelehan logam ditambahkan dari bawah sel dan aluminium murni ditarik ke atas.

 

Demikianlah penjelasan mengenai metalurgi.

 

Add a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *