PROSES PEMBUATAN BESI

Besi merupakan logam terpenting dalam perkembangan peradaban manusia sejak zaman Mesir kuno sampai abad modern seperti sekarang ini. Logam ini merupakan unsur keempat terbanyak yang terdapat di bumi. Logam Fe terdapat dalam mineral hematit (Fe2O3), magnetit (Fe3O4), pirit (FeS2), dan siderite (FeCO3). Bijih besi yang paling banyak diolah adalah Fe2O3, berupa pasir besi yang mengandung senyawa SiO2. Proses pembuatan besi dari bijihnya berlangsung pada tanur tinggi (blast furnace).

Tanur tinggi, cara pembuatan besi
Gambar. Tanur tinggi, cara pembuatan besi

Reaksi pada proses pembuatan besi :

  • 600°C : 3Fe2O3 + CO → 2Fe3O4 + CO2
  • 850°C : Fe3O4 + CO → 3FeO + CO2
  • 1.000°C : FeO + CO → Fe + CO2
  • 1.300°C : CO2 + C → 2CO
  • 1.900°C : C + O2 → CO2

Campuran bahan-bahan yang dimasukkan ke dalam tanur terdiri atas:

  1. bijih besi Fe2O3 yang masih bercampur dengan pasir (SiO2) dan oksida-oksida aluminium dan fosfor,
  2. kokas sebagai zat pereduksi,
  3. batu kapur (CaCO3) yang berfungsi untuk mengikat zat-zat pengotor yang bersifat asam.

Campuran bahan-bahan tersebut dimasukkan ke dalam tanur melalui bagian puncak. Di bawahnya terdapat lubang untuk mengeluarkan hasil-hasil reaksi yang berupa gas. Sebagai bahan bakar digunakan udara yang sangat panas melalui pipa-pipa yang dihubungkan dengan empat buah tungku. Udara tersebut dipanaskan sampai temperatur 1.100°C. Pipa-pipa tersebut terdapat 3 meter dan dasar tanur. Hasil utama yang berupa besi cair dan hasil sampingan berupa slag (terak) dikeluarkan melalui 2 buah lubang yang terdapat di bagian dasar tanur.

Proses reaksi yang terjadi di dalam tanur tinggi adalah sebagai berikut.

  1. Udara yang sangat panas bereaksi dengan kokas membentuk CO2 di bagian dasar tanur.
    C(s) + O2(g) → CO2(g) ΔH= -394 kJ
  2. Gas CO2 kemudian naik melalui lapisan kokas yang panas sehingga terjadi reaksi pembentukan gas CO.
    CO2(g) + C(s) → 2CO(g) ΔH= +173 kJ
  3. Kokas dan CO akan mereduksi Fe2O3 melalui beberapa tahap.
    Kokas dan CO akan mereduksi Fe2O3 melalui beberapa tahap. Pada temperatur 600°C, Fe2O3 direduksi menjadi Fe3O4:
    Fe2O4(s) + CO(g) → 2Fe3O4(s) + CO2(g)
    Pada temperatur 850°C, Fe3O4 direduksi menjadi FeO:
    Fe3O4(s) + CO(g) → 3FeO(s) + CO2(g)
    Pada temperatur 1.000°C, FeO direduksi menjadi logam besi:
    FeO(s) + CO(g) → Fe(l) + CO2(g)
  4. Pada temperatur tinggi, logam besi yang dihasilkan berwujud cair dan mengalir ke dasar tanur. Apabila terdapat kotoran yang bersifat asam (SiO2) maka ditambahkan CaCO3. Temperatur tinggi mengakibatkan CaCO3 terurai menjadi CaO (kapur tohor) dan gas CO2. Kapur tohor inilah yang mampu mengikat kelebihan pasir (SiO2), oksida aluminium, dan oksida fosfor
    CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g)
    SiO2(s) + CaO(s) → CaSiO3(l)
    Al2O3(s) + CaO(s) → Ca(AlO2)2(l)
    P2O5(s) + 3CaO(s) → Ca3(PO4)2(l)

Campuran kalsium silikat, kalsium aluminat dan kalsium fosfat ini disebut slag dan mengalir ke dasar tanur. Pada dasar tanur, slag akan mengambang di atas besi cair dan melindungi besi cair dari proses reoksidasi yang mungkin terjadi. Besi yang dihasilkan pada proses ini adalah besi kasar/ besi gubal (pig iron) yang mengandung 95% Fe, 4% C, dan 1% Si. Besi yang tidak murni sangat keras dan dapat didinginkan sebagai besi tuang (cast iron).

Besi tuang (besi tempa) dapat digunakan untuk pembuatan benda-benda yang tahan tekan, contohnya rantai dan jangkar pada kapal laut. Untuk mengubah besi menjadi bentuk lain maka kadar karbon dalam besi kasar harus dikurangi, misalnya pembuatan baja harus memiliki kadar karbon antara 0,5%-1,5%. Pembuatan baja dapat dilakukan dengan beberapa cara misalnya dengan alat penukar Bessemer, dengan tanur perapian terdedah (open heart furnace), dan dengan tungku oksigen (basic oxygen process). Supaya mengkilap dan tahan karat biasanya dicampurkan logam krom dan nikel. Contohnya, baja stainless merupakan campuran dari 72% besi, 19% krom, dan 9% nikel. Beberapa jenis baja dan sifatnya

Jenis Unsur Tambahan Sifat
Baja mangan 11% – 14% Mn Sangat keras, kuat, awet
Baja krom 12% – 18% Cr Tahan karat dan panas
Baja nikel 25% Ni Kuat dan tahan karat
Stainless steel 18% Cr, 8% Ni Tahan karat

 

Demikian penjelasan mengenai proses pembuatan besi.

 

Add a Comment

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