Proses Pemurnian Aluminium (Aluminum)

Aluminium – Aluminum (13Al)
Nama Indonesia	Aluminium
Nama Inggris / Nama lain	Aluminum
Lambang Atom	Al
Nomor Atom	13
Penemu	Hans C. Oersted
Tahun Penemu	1825
Negara Penemu	Denmark
Massa Atom Relatif	26,98154
Bilangan Oksidasi	3
Konfigurasi Elektron	[Ne]3s22p1
Titik Didih	2.740 K
Titik Lebur	933,5 K
Massa Jenis	2,70 g/cm3
Struktur Kristal	fcc
Elektronegativitas	1,61
Radius Atom	1,43 Aº
Volume Atom	10,0 cm3/mol
Radius Kovalensi	1,18 Aº
Entalpi Penguapan	290,8 kJ/mol
Entalpi Pembentukan	10,7 kJ/mol
Konduktivitas Listrik	37,7 x 106 ohm-1 cm-1
Konduktivitas Panas	237 Wm-1K-1
Potensial Inonisasi	5,986 V
Kapasitas Panas	0,90 Jg-1K-1
Warna	Perak
Periode	3
Golongan	IIIA
Nama Golongan	Boron
Wujud	Padat
Jenis Unsur	Logam
Asal Unsur	Unsur alam
Manfaat	Bahan bangunan, bahan kemasan, alat angkutan, peralatan dapur, dan sebagainya

Struktur kristal	​kubus berpusat muka (fcc)

Orang pertama yang berhasil memisahkan aluminium dari senyawanya adalah Orsted pada tahun 1825 dengan cara mereduksi aluminium klorida, tetapi belum dalam keadaan murni. Aluminium murni ditemukan oleh Wohler dalam bentuk serbuk berwarna abu-abu pada tahun 1827 dengan memodifikasi proses Orsted.

Kini proses yang digunakan untuk memperoleh aluminum secara besar-besaran digunakan proses Hall-Heroult. Cara ini ditemukan oleh dua orang yang umurnya sama (23 tahun) namun ditempat yang berbeda yakni Charles Martin Hall di Amerika dan Heroult di Paris pada tahun 1886. Proses ini menjadikan kedua orang ini kaya dalam waktu singkat dan meninggal dunia pada tahun yang sama pula (1914). Setelah ditemukan cara ini harga aluminium yang awalnya sangat mahal turun secara drastis.

Pemurnian aluminium dilakukan dalam dua tahap:

• Proses Bayer merupakan proses pemurnian bijih bauksit untuk memperoleh aluminium oksida (alumina)
• Proses Hall-Heroult merupakan proses peleburan aluminium oksida untuk menghasilkan aluminium murni.

Alumina refining. Proses ektrasi alumina.

Peleburan alumina menjadi ingot cetakan aluminium.

Proses produksi aluminium dimulai dari pengambilan bahan tambang yang mengandung aluminium (bauksit, corrundum, gibbsite, boehmite, diaspore, dan sebagainya). Selanjutnya, bahan tambang dibawa menuju proses Bayer.

Proses Bayer menghasilkan alumina (Al₂O₃) dengan membasuh bahan tambang yang mengandung aluminium dengan larutan natrium hidroksida Al(OH)3. Aluminium hidroksida lalu dipanaskan pada suhu sedikit di atas 1000ºC sehingga terbentuk alumina dan H₂O yang menjadi uap air.

Setelah Alumina dihasilkan, alumina dibawa ke proses Hall-Heroult. Proses Hall-Heroult dimulai dengan melarutkan alumina dengan lelehan Na₃AlF₆, atau yang biasa disebut cryolite. Larutan lalu dielektrolisis dan akan mengakibatkan aluminium cair menempel pada anode, sementara oksigen dari alumina akan teroksidasi bersama anoda yang terbuat dari karbon, membentuk karbon dioksida. Aluminium cair memiliki massa jenis yang lebih ringan daripada larutan alumina, sehingga pemisahan dapat dilakukan dengan mudah.

Elektrolisis aluminium dalam proses Hall-Heroult menghabiskan energi yang cukup banyak. Rata-rata konsumsi energi listrik dunia dalam mengelektrolisis alumina adalah 15 kWh per kilogram aluminium yang dihasilkan. Energi listrik menghabiskan sekitar 20-40% biaya produksi aluminium di seluruh dunia.

Proses Buyer

Bijih bauksit mengandung 50-60% Al₂O₃ yang bercampur dengan zat-zat pengotor terutama Fe2O3 dan SiO2. Untuk memisahkan Al₂O₃ dari zat-zat yang tidak dikehendaki, kita memanfaatkan sifat amfoter dari Al₂O₃.

Tahap pemurnian bauksit dilakukan untuk menghilangkan pengotor utama dalam bauksit. Pengotor utama bauksit biasanya terdiri dari SiO₂, Fe₂O₃, dan TiO₂. Caranya adalah dengan melarutkan bauksit dalam larutan natrium hidroksida (NaOH),

Al₂O₃ (s) + 2NaOH (aq) + 3H₂O(l) —> 2NaAl(OH)₄(aq)

Aluminium oksida larut dalam NaOH sedangkan pengotornya tidak larut. Pengotor-pengotor dapat dipisahkan melalui proses penyaringan. Selanjutnya aluminium diendapkan dari filtratnya dengan cara mengalirkan gas CO₂ dan pengenceran.

2NaAl(OH)₄(aq) + CO₂(g) —> 2Al(OH)₃(s) + Na₂CO₃(aq) + H₂O(l)

Endapan aluminium hidroksida disaring,dikeringkan lalu dipanaskan sehingga diperoleh aluminium oksida murni (Al₂O₃)

2Al(OH)₃(s) —> Al₂O₃ (s) + 3H₂O(g)

Proses Hall-Heroult

Selanjutnya adalah tahap peleburan alumina dengan cara reduksi melalui proses elektrolisis menurut proses Hall-Heroult. Dalam proses Hall-Heroult, aluminum oksida dilarutkan dalam lelehan kriolit (Na3AlF6) dalam bejana baja berlapis grafit yang sekaligus berfungsi sebagai katode. Selanjutnya elektrolisis dilakukan pada suhu 950 °C. Sebagai anode digunakan batang grafit.

Setelah diperoleh Al₂O₃ murni, maka proses selanjutnya adalah elektrolisis leburan Al₂O₃. Pada elektrolisis ini Al₂O₃ dicampur dengan CaF₂ dan 2-8% kriolit (Na₃AlF₆) yang berfungsi untuk menurunkan titik lebur Al₂O₃ (titik lebur Al₂O₃ murni mencapai 2000 °C), campuran tersebut akan melebur pada suhu antara 850-950 °C. Anode dan katodenya terbuat dari grafit. Reaksi yang terjadi sebagai berikut:

Al₂O₃ (l) 2Al₃+ (l) + 3O₂^– (l)

Anode (+): 3O₂^– (l) 3/2 O₂ (g) + 6e^–

Katode (-): 2Al₃+ (l) + 6e^– 2Al (l)

Reaksi sel: 2Al₃+ (l) + 3O₂^– (l) 2Al (l) + 3/2 O₂ (g)

Peleburan alumina menjadi aluminium logam terjadi dalam tong baja yang disebut pot reduksi atau sel elektrolisis. Bagian bawah pot dilapisi dengan karbon, yang bertindak sebagai suatu elektrode (konduktor arus listrik) dari sistem. Secara umum pada proses ini, leburan alumina dielektrolisis, di mana lelehan tersebut dicampur dengan lelehan elektrolit kriolit dan CaF₂ di dalam pot di mana pada pot tersebut terikat serangkaian batang karbon dibagian atas pot sebagai katode.

Karbon anode berada dibagian bawah pot sebagai lapisan pot, dengan aliran arus kuat 5-10 V antara anode dan katodanya proses elektrolisis terjadi. Tetapi, arus listrik dapat diperbesar sesuai keperluan, seperti dalam keperluan industri. Alumina mengalami pemutusan ikatan akibat elektrolisis, lelehan aluminium akan menuju kebawah pot, yang secara berkala akan ditampung menuju cetakan berbentuk silinder atau lempengan. Masing – masing pot dapat menghasilkan 66.000-110.000 ton aluminium per tahun. Secara umum, 4 ton bauksit akan menghasilkan 2 ton alumina, yang nantinya akan menghasilkan 1 ton aluminium.

Keterangan:

• Massa atom relatif berdasarkan skala massa atom relatif karbon (Ar C=12)
• Tanda “(  )” pada unsur – unsur radioaktif menunjukan nomor massa isotop unsur radioaktif yang mempunyai paruh waktu paling panjang
• Massa jenis diukur pada suhu 300 K
• Elektronegativitas ditulis berdasarkan aturan Pauling

Sumber / Daftar Pustaka / Referensi :