MATERIAL TEKNIK-PROSES PRODUKSI LOGAM

BAHAN AJAR

PROSES PRODUKSI I

Program Studi

TEKNIK INDUSTRI

UNIVERSITAS MERCUBUANA

J A K A R T A

                                                                               

Dosen Pengampu:

DR. CHOENUL JAQIN, M.Eng.

UNIVERSITAS MERCUBUANA

JAKARTA

2012

     

MODUL 4

LOGAM BUKAN BESI

·      Hampir 20 % dari logam yang diolah menjadi produk industri, adalah bukan besi (non-ferrous). Meliputi : timah putih, tembaga, nikel, alumunium.

·      Dalam keadaan murni logam bukan besi memiliki sifat yang sangat baik. Namun dalam hal kekuatan, harus ditingkatkan. Umumnya dengan cara mencampurkan logam lain padanya, membentuk paduan.

·      Pemilihan paduan tentunya tergantung dari banyak hal : kekuatan, kemudahan dalam pemberian bentuk, berat jenis, harga bahan baku, upah pembuatan dan penampilan.

·      Ciri yang dimilikinya :

1. Daya tahan terhadap korosi (air atau kelembaban). Makin berat suatu logam bukan besi makin baik daya tahan korosinya. Kecuali alumunium, karena pada permukaannya terbentuk suatu lapisan oksida yang melindungi nya dari korosi lanjutan.
2. Daya hantar listrik yang lebih baik dibanding besi. Daya hantar listrik tembaga : 5,3 kali dan alumunium 3,2 kali daya hantar listrik besi.
3. Mudah saat diubah bentuknya, karena lebih lunak. Kecuali titanium dan nikel sulit dipotong.
4. Umumnya sulit dilas.

Peleburan

Logam bukan besi di alam bebas tidak ada yang murni, melainkan terikat sebagai oksida dengan kotoran-kotoran membentuk bijih. Pengolahannya mengikuti beberapa tahap :

1. Tahap penghalusan mineral.
2. Tahap pencucian
3. Tahap pemisahan antara logam dengan kotoran
4. Tahap peleburan.

Dapur Peleburan

Pada dapur tinggi, bahan bakar kokas dicampur dengan bijih, kemudian dihembuskan udara untuk mempercepat proses pembakaran. Kemudian dicampurkan fluks untuk memperoleh logam yang lebih murni dan untuk mengurangi viskositas terak.

Pembuatan Alumunium

·         Bauksit merupakan salah satu sumber alumunium yang ekonomis.

·         Cara penambangannya terbuka, dimana bauksit yang didapat dihaluskan, dicuci dan dikeringkan. Setelah itu bauksit mengalami pemurnian menjadi oksida alumunium atau alumina.

·         Proses Bayer, dikembangkan oleh Karl Yosef Bayer, seorang ahli kimia bangsa Jerman. Proses ini biasanya digunakan untuk memperoleh alumunium murni. Bauksit halus yang kering dimasukan ke dalam pencampur, diolah dengan soda api (NaOH) di bawah pengaruh tekanan dan pada suhu diatas 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, silicon, titanium dan kotoran-kotoran lainnya ditekan melalui suatu saringan dan dikesampingkan. Cairan yang mengandung alumina dalam bentuk aluminat natrium dipompa ke dalam tangki pengendap.

·         Ke dalam tangki tersebut, dibubuhkan kristal hidroksida alumunium halus sebagai media inti kristalisasi. Hidroksida alumunium yang terkumpul kemudian disaring dan dipanaskan sampai suhu diatas 980 ⁰ C. Alumina berubah dan siap untuk dilebur.

·         Logam alumunium dihasilkan melalui proses elektrolisa, dimana alumina terurai menjadi oksigen dan alumunium. Prosesnya, alumina murni dilarutkan ke dalam criolit cair (natrium aluminium fluorida) di dalam dapur elektrolitik yang besar. Arus listrik dialirkan ke dalam campuran melewati elektroda karbon dan selanjutnya logam aluminium diendapkan pada katoda karbon di dasar sel. Panas yang dihasilkan arus listrik, memanasi isi sel sehingga terjaga tetap cair. Dengan demikian alumina dapat ditambahkan terus menerus (proses kontinyu). Pada saat-saat tertentu aluminium disadap dari sel dan logam cair tersebut dipindahkan ke dapur penampungan untuk dimurnikan atau untuk keperluan paduan. Terakhir baru dituangkan ke dalam ingot untuk diolah lebih lanjut.

Pembuatan Magnesium

                    

·      Magnesium berasal dari air laut. Prosesnya : Air laut yang mengandung 1300/sejuta bagian magnesium, direaksikan dengan kapur yang berasal dari hasil pembakaran kulit kerang pada 1320 ^o C. Kapur dan air laut akan bereaksi menghasilkan endapan Mg (OH)₂. Endapan kental ini mengandung ± 12 % Mg (OH)₂.

·      Endapan kental ini kemudian disaring sehingga bertambah pekat, lalu direaksikan dengan HCl membentuk Mg Cl₂. Setelah melalui tahapan filtrasi dan pengeringan, konsentrasi Mg Cl₂meningkat menjadi 68 % dengan bentuk butiran. Terakhir dipindah ke dalam sel elektrolisa yang berukuran 100 m³ dan beroperasi pada suhu 700 ⁰C. Elektroda grafit sebagai anoda dan potnya sendiri merupakan katoda. Arus searah 60.000 Amp. menguraikan Mg Cl₂ menjadi logam magnesium yang akan terapung diatas larutan dan gas klorida (HCl) sebagai rendemen yang akan diumpan kembali ke proses. Setiap pot dapat menghasilkan 550 kg logam Mg per hari dalam bentuk ingot.

Pembuatan Tembaga

           

·      Tembaga diperoleh dari bijih tembaga yang disebut chalcopirit.

·      Chalcopirit merupakan campuran Cu₂ S dan Cu Fe S₂ yang terdapat dalam tambang-tambang di bawah permukaan tanah.

·      Prosesnya : bijih-bijih tembaga digiling dan dicampur dengan batu kapur dan bahan fluks silika. Tepung bijih dipekatkan terlebih dahulu, sesudah itu dipanggang sehingga terbentuk campuran Fe S, Fe O, Si O₂ dan Cu S. Campuran yang disebut Kalsin ini dilebur dengan batu kapur sebagai fluks, dalam dapur reverberatory. Besi yang ada larut dalam terak, sedangkan paduan tembaga – besi atau matte yang tertinggal dituangkan ke dalam konventer.

Pembuatan Timah Hitam

              

·         Pengolahannya dari bijih merupakan proses yang kompleks. Konsentrat timah hitam yang mengandung 65 – 80 % Pb harus dipanggang terlebih dahulu untuk menghilangkan sulfida-sulfida. Batu kapur, pasir, terak dan bijih besi dicampur dengan konsentrat timah sebelum proses sinter. Oksida sulfur yang menguap akibat sinter, ditampung untuk diolah menjadi H₂ SO₄. Bahan yang disinter dimasukkan kedalam tanur tinggi dengan bahan bakar kokas. Gas dan debu yang masih mengandung klorida kadmium diolah tersendiri menjadi kadmium. Bullion yang terjadi di-dross. Dross tembaga yang terapung mengikat belerang sehingga memudahkan pemisahan tembaga dari dross. Campuran timah cair teroksidasi dalam dapur yang disebut dapur pelunakan.

·      Terak yang dihasilkan oleh dapur pelunakan mengandung antimony dan arsen. Di dalam ketel de silverisasi ditambahkan seng pada campuran timah. Emas dan perak yang mungkin ada akan larut bersama-sama seng. Paduan seng kemudian dimasukkan ke dalam retort. Uap seng diembunkan dalam kondensor dan diperoleh seng padat. Cairan yang tersisa diolah secara elektrolisa, menghasilkan emas dan perak. Timah yang terdapat dalam ketel de silverisasi dimurnikan dengan cara menginjeksikannya dalam keadaan panas ke ruang hampa sebelum dicampur dengan soda api, seng yang ada akan menguap dan masuk ke dalam ruang kondensasi. Kotoran-kotoran dipisahkan secara kimia dalam ketel, dan terakhir timah dicor berbentuk balok-balok.

Pengecoran Bukan Besi

·         Cara pengecorannya berbeda sedikit dengan pengecoran besi. Cetakan umumnya dibuat dengan cara dan alat yang sama. Pasir cetak harus lebih halus, karena benda cetaknya umumnya lebih kecil dan biasanya diinginkan permukaan yang rata. Bahannya tak perlu tahan panas yang tinggi, karena suhu pengecoran lebih rendah.

·         Biasanya digunakan dapur kowi dengan sumber energi panas dapat dari kokas, minyak atau gas. Peleburan dengan gas atau minyak berlansung lebih cepat.

·         Untuk maksud tertentu dimana diperlukan pengendalian suhu yang cermat, dapat digunakan dapur tahanan listrik, busur tak lansung atau dapur induksi.

·         Dapur listrik cocok untuk penelitian di laboratorium maupun untuk instalasi berkapasitas besar.

Paduan Mampu Bentuk (Wrought Alloys)

Paduan ini merupakan paduan yang dapat dibentuk baik melalui pengerjaan dingin atau panas. Benda yang dibentuk umumnya memiliki keunggulan dalam sifat.

Paduan Aluminium

·         Paduan alumunium digunakan secara luas dalam dunia industri dewasa ini, karena ringan dan mampu bertahan terhadap berbagai bentuk korosi. Sebahagian besar peka terhadap perlakuan panas dan berkekuatan tinggi. Tembaga selalu menjadi salah satu unsur paduannya, dan dalam jumlah di atas 8 % akan menambah kekuatan dan kekerasan. Paduan alumunium dengan kandungan silikon, memiliki sifat cor yang baik sekali dan meningkatkan ketahanan terhadap korosi. Magnesium sebagai unsur meningkatkan sifat pemesinan, menjadikan benda cor lebih halus serta meningkatkan daya tahan korosi.

·         Kekuatannya berkisar antara 83 – 310 Mpa.

·         Melalui penambahan unsur paduan, pengerjaan panas atau dingin dan perlakuan panas, dapat diperoleh paduan dengan kekuatan melebihi 700 Mpa.

·         Paduan aluminium dapat ditempa, diekstrusi, dilengkungkan, direnggangkan, diputar, dispons, diembos, dibentuk sambil di rol atau ditarik menjadi kawat.

·         Di pasaran sudah tersedia paduan alumunium dalam bentuk kawat, foil, lembaran, plat dan profil. Semua paduan alumunium mampu bentuk dapat dimesin, dilas atau dipatri.

Paduan Tembaga

·      Paduan tembaga yang banyak pemakaiannya adalah kuningan dan perunggu.

·      Kuningan merupakan paduan antara tembaga dan seng dengan kadar bervariasi antara 10 – 40 %. Kekuatan, kekerasan dan keuletan paduannya akan meningkat seiring dengan meningkatnya kadar seng yang dicampurkan. Bila kadar seng melampaui 40 %, terjadi penurunan kekuatan dan sewaktu dilebur seng mudah menguap. Penambahan unsur timah sebanyak 0,5 – 5 % dapat meningkatkan kemampuan pemesinan. Kuningan banyak sekali digunakan di dunia industri, karena selain kuat, penampilannya bagus, daya tahan korosi tinggi serta mudah dirol, dituang atau diekstrusi.

·      Perunggu adalah paduan yang terdiri dari tembaga dengan unsur tambahan mangan dan beberapa elemen lainnya. Unsur tambahan dapat meningkatkan kekerasan, kekuatan dan daya tahan korosi.

·      Kekuatan tarik paduan tembaga berkisar antara 200 Mpa untuk tembaga murni, sampai 1380 Mpa untuk tembaga berilium (Be < 2 %).

·      Tembaga dengan unsur paduan <5 air.="" atau="" dan="" digunakan="" kawat="" listrik="" o:p="" penghantar="" pipa="" refrigeran="" rendah="" tahanan="" umumnya="" untuk="">

·      Paduan antara tembaga – seng atau kuningan digunakan dalam alat penukar panas (heat exchangers) dan untuk suku cadang yang tahan korosi dan kuat serta memiliki keuletan tertentu.

·      Nikel-perak, perunggu, paduan tembaga-tin jauh lebih mahal dari kuningan, digunakan sebagai pegas, lonceng dan pada lingkungan korosif dengan kekuatan tarik tinggi.

Paduan Magnesium

·      Paduan magnesium berguna bila diperlukan bobot ringan, karena massanya dua-pertiga dari aluminium dan seperempat dari massa logam ferrous coran.

·      Magnesium dapat membentuk paduan dengan kekuatan tinggi, kemampuan pemesinan yang baik, mudah dilas dan mudah dibentuk.

·      Paduan magnesium terkorosi oleh asam dan larutan garam dan tidak dapat digunakan pada suhu diatas 150 ⁰C, karena kekuatannya berkurang dengan naiknya suhu.

·      Pada suhu rendah (cryogenic temperatues) kekuatan magnesium tetap terjaga. Angka pemuaiannya tinggi oleh karena itu perlu berhati-hati dalam perhitungan konstruksi.

·      Magnesium lebih mahal dari aluminium atau baja dan hanya digunakan bila diperlukan konstruksi yang ringan, seperti pada pesawat terbang, alat potret, teropong, suku cadang mesin suhu rendah, peralatan yang dapat dipindahkan, penghisap debu dan untuk peralatan yang berputar pada rpm sangat tinggi dimana diperlukan nilai inersia yang rendah.

·      Dipasarkan dalam bentuk batang, plat dan lembaran.

*****