Pengolahan Logam, Metalurgi,dan unsur kimianya

Kadang ketika kita berfikir tentang logam dalam kehidupan sehari-hari, kita cenderung berfikir tentang besi, aluminium, atau crom atau nikel. Karena kelimpahannya yang demikian besar dan kegunaannya yang sudah dirasakan sejak zaman perunggu. Walaupun demikian
logam2 yang kelimpahannya sedikit sekalipun memiliki peran sangat penting dalam teknologi modern. Sebagai ilustrasi pada gambar ini komposisi logam yang terlibat dalam pembuatan mesin jet. Bagaimana besi, sebagai logam yang paling dominan dalam teknologi, tidak ikut terlibat dalam pembuatan jet tsb.

Pengolahan Logam, Metalurgi, Pirometalorgi Besi, Tahapan, Skema, Kimia - Aplikasi pengetahuan dan teknologi dalam pengolahan bijih sampai menjadi logam dinamakan metalurgi. Proses ini melibatkan tahap pengolahan awal atau pemekatan, reduksi bijih logam menjadi logam bebas, dan pemurnian logam (lihat Gambar 1).

Gambar 1. Proses ekstraksi dan daur ulang logam.

1. Pengolahan awal (pemekatan)

Bijih logam yang masih mengandung pengotor dihancurkan dan digiling hingga terbentuk partikel-partikel berukuran kecil. Material yang tidak diperlukan dikeluarkan dengan cara magnetik atau metode pengapungan (flotasi) hingga terbentuk bijih murni.

2. Pengeringan dan pembakaran

Bijih murni dikeringkan dan dilebur (direduksi). Proses reduksi dalam industri logam disebut peleburan (melting). Pada proses tersebut bijih murni direduksi dari oksidanya menjadi logam bebas.

3. Pemurnian

Logam yang diperoleh pada tahap pengeringan dan pembakaran masih mengandung pengotor sehingga perlu dilakukan pemurnian. Beberapa metode pemurnian di antaranya elektrolisis (nikel dan tembaga), distilasi (seng dan raksa), dan peleburan ulang (besi).

A. Pirometalurgi Besi

Sejumlah besar proses metalurgi menggunakan suhu tinggi untuk mengubah bijih logam menjadi logam bebas dengan cara reduksi. Penggunaan kalor untuk proses reduksi disebut pirometalurgi. Pirometalurgi diterapkan dalam pengolahan bijih besi. Reduksi besi oksida dilakukan dalam tanur sembur (blast furnace), yang merupakan reaktor kimia dan beroperasi secara terus-menerus (Gambar 2).

Gambar 2. Pirometalurgi besi.

Campuran material (bijih besi, kokas, dan kapur) dimasukkan ke dalam tanur melalui puncak tanur. Kokas berperan sebagai bahan bakar dan sebagai reduktor. Batu kapur berfungsi sebagai sumber oksida untuk mengikat pengotor yang bersifat asam.

Udara panas yang mengandung oksigen disemburkan ke dalam tanur dari bagian bawah untuk membakar kokas. Di dalam tanur, oksigen bereaksi dengan kokas membentuk gas CO.

2C(s) + O₂(g) → 2CO(g)      ΔH = –221 kJ

Reaksinya melepaskan kalor hingga suhu tanur sekitar 2.300 °C. Udara panas juga mengandung uap air yang turut masuk ke dalam tanur dan bereaksi dengan kokas membentuk gas CO dan gas H₂.

C(s) + H₂O(g) → CO(g) + H₂(g)         ΔH = +131 kJ

Reaksi kokas dan oksigen bersifat eksoterm, kalor yang dilepaskan dipakai untuk memanaskan tanur, sedangkan reaksi dengan uap air bersifat endoterm. Oleh karena itu, uap air berguna untuk mengendalikan suhu tanur agar tidak terlalu tinggi ( 1.900 °C).

Pada bagian atas tanur ( 1.000 °C), bijih besi direduksi oleh gas CO dan H₂ (hasil reaksi udara panas dan kokas) membentuk besi tuang.

Persamaan reaksinya :

Fe3O4(s) + 4CO(g) → 3Fe(l) + 4CO2(g)	ΔH = –15 kJ
Fe3O4(s) + 4H2(g) → 3Fe(l) + 4H2O(g)	ΔH = +150 kJ

Kokas adalah batu bara yang dipanaskan tanpa udara, mengandung 80 % – 90 % karbon.

Batu kapur yang ditambahkan ke dalam tanur, pada 1.000 °C terurai menjadi kapur tohor. Kapur ini bekerja mereduksi pengotor yang ada dalam bijih besi, seperti pasir atau oksida fosfor.

	∆
CaCO3(s)	→	CaO(l) + CO2(g)
CaO(l) + SiO2(l)	→	CaSiO3(l)
CaO(l) + P2O5(l)	→	Ca3(PO4)2(l)

Gas CO₂ yang dihasilkan dari penguraian batu kapur pada bagian bawah tanur (sekitar 1.900 °C) direduksi oleh kokas membentuk gas CO.

Persamaan reaksinya :

CO₂(g) + C(s) → CO(g)   ΔH = +173 kJ

Oleh karena bersifat endoterm, panas di sekitarnya diserap hingga mencapai suhu ± 1.500 °C.

Besi tuang hasil olahan berkumpul di bagian dasar tanur, bersama-sama terak (pengotor). Oleh karena terak lebih ringan dari besi tuang, terak mengapung di atas besi tuang dan mudah dipisahkan, juga dapat melindungi besi tuang dari oksidasi.

Anda sekarang sudah mengetahui Pengolahan Logam. Terima kasih anda sudah berkunjung ke Perpustakaan Cyber

 

 

Keberadaan dan Sumber Alami dari Unsur-unsur Logam

Kebanyakan logam-logam ditemukan di alam ini dalam bentuk mineralnya. Komponen anorganik berbentuk kristal dari batuan yang dibentuk di kerak bumi. Sebagai contoh silikat dan aluminasilikat adalah mineral yang paling banyak kelimpahannya di kerak bumi. Tetapi karena proses pemekatan dan reduksinya lebih rumit menjadikan silikat dan alumina kurang begitu penting secara komersial sebagai sumber logam. Malachite (Cu₂CO₃(OH)₂), magnetit (Fe₂O₃), Cinnabar (HgS), yang menghasilkan logam tembaga, besi dan air raksa menjadi mineral yang sangat penting secara komersial (Gambar 6.3). Mineral deposit dimana logam
mudah di produksi secara ekonomis disebut sebagi Bijih logam. (tabel 1).

.