Top Banner
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan hidayahNya sehingga penulis dapat menyelesaikan makalah dengan judul “LOGAM DAN METALURGIini dapat diselesaikan. Penulisan makalah ini dimaksudkan untuk memenuhi tugas Mata kuliah Kimia Anorganik II. Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada berbagai pihak yang telah ikut membantu dalam penyelesaian makalah ini, terutama dosen pembimbing kami. Semoga Allah SWT membalasnya dengan yang lebih baik. Penulis menyadari bahwa penulisan makalah ini masih jauh dari sempurna, mengingat keterbatasan kemampuan, pengalaman serta referensi yang penulis miliki. Oleh karena itu, kami harapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun sehingga dapat menyempurnakan makalah ini. Bandung, Juni 2014 Penulis 1
44

MAKALAH-METALURGI dan logam.docx

Dec 28, 2015

Download

Documents

ChristianWijaya
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: MAKALAH-METALURGI dan logam.docx

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah

memberikan rahmat dan hidayahNya sehingga penulis dapat menyelesaikan

makalah dengan judul “LOGAM DAN METALURGI” ini dapat diselesaikan.

Penulisan makalah ini dimaksudkan untuk memenuhi tugas Mata kuliah

Kimia Anorganik II. Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada berbagai pihak

yang telah ikut membantu dalam penyelesaian makalah ini, terutama dosen

pembimbing kami. Semoga Allah SWT membalasnya dengan yang lebih baik.

Penulis menyadari bahwa penulisan makalah ini masih jauh dari

sempurna, mengingat keterbatasan kemampuan, pengalaman serta referensi

yang penulis miliki. Oleh karena itu, kami harapkan kritik dan saran yang

sifatnya membangun sehingga dapat menyempurnakan makalah ini.

Bandung, Juni 2014

Penulis

1

Page 2: MAKALAH-METALURGI dan logam.docx

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR................................................................................... i

DAFTAR ISI.................................................................................................. ii

PENDAHULUAN.........................................................................................3

TINJAUAN TEORITIS.................................................................................4

1. Hirarki Metalurgi................................................................................4

2. Klasifikasi Material.............................................................................6

3. Preparasi Logam.................................................................................13

4. Aloi.....................................................................................................25

KESIMPULAN..............................................................................................28

DAFTAR PUSTAKA....................................................................................29

DAFTAR GAMBAR

2

Page 3: MAKALAH-METALURGI dan logam.docx

PENDAHULUAN

Pada makalah ini akan dibahas mengenai pengolahan logam yang merupakan

bagian yang tidak kalah penting mangingat manfaat logam yang sangat luas

menyentuh semua aspek kehidupan. Oleh karena itu, perlu dipahami bahwa sifat-

sifat logamdan kaitannya dengan sumber-sumbernya di alam. Logam umumnya

dibayangkan sebagai bahan yang “keras”, mempunyai densitas dan titik leleh

tinggi, dapat ditempa, dan merupakan konduktor panas yang baik. Ada beberapa

perkecualian sifat yang mencolok misalnya, densitas litium hanya 0,543 g cm -3

sedangkan platina 21,45 g cm-3. Raksa (merkurium) berwujud cair pada temperatur

kamar, tetapi osmium meleleh pada suhu 30350C. Demikian juga natrium dan

kalium yang cukup lunak jika dipotong dengan pisau.

Bentuk kelimpahan logam yang terdapat di alam (kerak bumi) sangat

bergantung pada reaktivitas logam yang bersangkutan, kelarutan garamnya, dan

kemudahan garamnya bereaksi dengan air dan terhadap proses oksidasi. Logam

yang tidak reaktif seperti perak, emas, dan platina, biasanya terdapat di alam

sebagai unsurnya, sedangkan logam-logam yang agak reaktif biasanya terdapat

sebagi sulfida, misalnya CuS, PbS, dan ZnS.

Logam yang digunakan saat ini merupakan hasil dari suatu proses yang

panjang. Berbagai proses dilakukan untuk memisahkan logam yang diinginkan dari

unsur-unsur pengotornya. Rangkaian yang digunakan dalam menghasilkan suatu

bahan atau material disebut Siklus Material. Siklus Material ini menggambarkan

perjalanan secara singkat bagaimana bahan atau material diperoleh, diolah menjadi

suatu komponen, dipakai dan apabila telah rusak dibuang atau didaur ulang

3

Page 4: MAKALAH-METALURGI dan logam.docx

TINJAUAN PUSTAKA

1. Hirarki Metalurgi (Sejarah)

Sejarah ilmu metalurgi diawali dengan teknologi pengolahan hasil

pertambangan. Logam yang paling dini digunakan oleh manusia tampaknya adalah

emas, yang bisa ditemukan secara bebas. Sejumlah kecil emas telah ditemukan

telah digunakan di gua-gua di Spanyol pada masa paloitikum, sekitar 40.000

Perak, tembaga, timah dan besi meteor juga dapat ditemukan bebas, dan

memungkinkan pengerjaan logam dalam jumlah terbatas. Senjata Mesir yang dibuat

dari besi meteor pada sekitar 3000 SM sangat dihargai sebagai "belati dari langit".

Dengan pengetahuan untuk mendapatkan tembaga dan timah dengan memanaskan

bebatuan, serta mengkombinasikan tembaga dan timah untuk mendapatkan logam

paduan yang dinamakan sebagai perunggu, teknologi metalurgi dimulai sekitar

tahun 3500 SM pada masa Zaman Perunggu.

Ekstraksi besi dari bijihnya ke dalam logam yang dapat diolah jauh lebih

sulit. Proses ini tampaknya telah diciptakan oleh orang-orang Hittit pada sekitar

1200 SM, pada awal Zaman Besi. Rahasia ekstraksi dan pengolahan besi adalah

faktor kunci dalam keberhasilan orang-orang Filistin.

Perkembangan historis metalurgi besi dapat ditemukan dalam berbagai

budaya dan peradaban lampau. Ini mencakup kerajaan dan imperium kuno dan abad

pertengahan di Timur Tengah dan Timur Dekat, Mesir kuno, dan Anatolia (Turki

sekarang), Kartago, Yunani, Romawi kuno, Eropa abad pertengahan, Cina kuno

dan pertengahan, India kuno dan pertengahan, Jepang kuno dan pertengahan, dan

sebagainya.

Banyak penerapan, praktek dan perkakas metalurgi mungkin sudah digunakan

di Cina kuno sebelum orang-orang Eropa menguasainya (seperti tanur, besi cor,

baja, dan lain-lain).

Berdasarkan kedekatan antara metalurgi dengan pertambangan inilah maka

pada awalnya pendidikan metalurgi lahir dari sekolah-sekolah pertambangan seperti

pendidikan metalurgi di Colorado School of Mines.

4

Page 5: MAKALAH-METALURGI dan logam.docx

Proses metalurgi di mulai sejak 6000 tahun sebelum masehi, saat ini telah di

ketahui 86 logam dan hanya 24 jenis di temukan selama abad 18. Logam awal di

temukan adalah Emas (6000 SM ) dan tembaga (4200 SM). Tujuh logam purbakala

adalah : Emas (6000 SM), Tembaga (4200 SM), Perak (4000 SM), Timbal (3500

SM), Timah (1750 SM), peleburan Besi (1500 SM) dan Air raksa (750 SM).

Kecuali besi dan tembaga (di padu dengan timah ) yang bukan logam kontruksi

adalah emas dan perak yang biasanya dipakai sebagai alat makan-minum, perhiasan

dan ornamen. Hampir semua logam terkandung di lapisan bumi, manusia pertama

kali belajar memproses biji menggunakan sulfide atau oksida logam melalui proses

reduksi dan oksidasi pada temperature yang bertingkat. Pertama kali di temukan

tidak sengaja akibat biji logam jatuh kedalam api unggun. Tembaga di temukan

secara natural di tempat siprus, dan di tempa menjadi artefak. Tetapi selalu rapuh

hingga akhirnya ditemukan dengan cara meng-anilnnya dalam api unggun. Antara

tahun 5000 SM lembaran tembaga dibuat dengan cara di pukul. Artefak tembaga

lebur dari tahun 3600 SM di temukan di lembaga sungai Nil.

Peleburan dilakukan dari malasit (CuCo3 dan Cu(OH)2) melalui kalsining dan

pengeringan, dan dari biji kuprit (oksida) dengan karbon sebagi zat pereduksi.

Timbal di temukan sebagai gelana sulfide timbale seperti metalik. Galena mudah

direduksi dalam api. Timbal banyak di pergunakan sebagai kotak dan pipa.

Melalui peleburan bijih timah dengan tembaga maka tembaga di produksi

lebih kuat dan mudah di cetak (perunggu). Besi natural terdapat dalam meteorites,

dengan kandungan nikel 6-8 %. Hematite (oksida) dipergunakan bersama-sama

untuk melebur besi, dengan karbin sebagai bahan pereduksi. Peleburan

menggunakan biji, arang dan batu kapur seperti sekarang ini pada dapur tinggi.

Bijih besi dihasilkan mengandung 3-4 % karbon dan 1-2 % Si, bercampur dengan

terak. Mudah di tempa saat panas. Besi sangat baik untuk di tempa, besi kasar

(wrough iron ) di panggang dalam udara atau dihembus untuk membuang karbon.

Lapisan-lapisan material dimana di tempa dan disatukan menghasilkan pedang dari

Damaskus dan Toledo. Senjata dan Besi sebagai peralatan perang seperti halnya

alat bertani.

5

Page 6: MAKALAH-METALURGI dan logam.docx

Gambar 1. Logam

2. Klasifikasi Mineral

Menurut Vlack (2004), material di klasifikasikan menjadi berbagai tipe yang

memiliki karakteristik yang sama. Salah satu cara pengelompokkan material,

berdasarkam ikatan atom dan struktur, menghasilkan kelompok logam, polimer dan

keramik. Pengelompokan ini berkaitan erat dengan pemrosesan. Material dapat juga

kita kelompokkan berdasarkan sifat dasar seperti sifat mekanik, listrik, dan optik.

Selanjutnya, kelompok tersebut dapat dibagi menjadi subkelompok. Sebagai

contoh, material listrik biasanya diidentifikasi sebagai konduktor, semikonduktor,

dan isolator. Apabila klasifikasi material ditinjau dari kemampuan

konduktivitasnya maka akan terdapat tambahan: golongan material semikonduktor.

Ditinjau dari segi struktur, terdapat jenis material tambahan yaitu material

komposit.

Logam, Polimer, Keramik dan Komposit

1. Logam

Logam dikenal karena konduktivitas

termal dan listriknya yang tinggi. Logam

tidak tembus cahaya, dan umumnya dapat

dipoles hingga mengkilat (Gambar 1).

Umumnya, meski tidak selalu, logam relatif

berat dan mampu dibentuk.

Apa penyebab karakteristik logam

tersebut? jawaban yang paling sederhana

ialah bahwa logam memiliki perilaku ini

karena fakta bahwa elektron valensinya tidak terikat, namun dapat meninggalkan

atom “induknya”. (sebaliknya, pada polimer dan keramik, elektron valensi tidak

bergerak bebas seperti itu). Karena dalam logam beberapa elektronnya bebas

bergerak, mereka dapat dengan mudah mentransfer muatan listrik dan energi

termal. Sifat tidak tembus cahaya serta kemampuan pemantulan (reflectivity) pada

logam disebebkan oleh respons dari elektron bebas tersebut terhadap getaran

elektromagnetik pada frekuensi cahaya. Sifat-sifat ini merupakan hasil lain dari

kebebasan parsial beberapa elektron dari atom induknya (Vlack, 2004).

6

Page 7: MAKALAH-METALURGI dan logam.docx

Logam yang digunakan saat ini merupakan hasil dari suatu proses yang

panjang. Berbagai proses dilakukan untuk memisahkan logam yang diinginkan dari

unsur-unsur pengotornya. Rangkaian yang digunakan dalam menghasilkan suatu

bahan atau material disebut Siklus Material (Gambar 2). Siklus Material ini

menggambarkan perjalanan secara singkat bagaimana bahan atau material

diperoleh, diolah menjadi suatu komponen, dipakai dan apabila telah rusak dibuang

atau didaur ulang.

Material logam memiliki konduktor panas dan listrik yang sangat baik. Tak

hanya itu, material ini juga memiliki sifat-sifat mekanis yang unggul dibandingkan

dengan jenis material yang lain. Ada beragam jenis material logam yang ada saat

ini, seperti yang terlihat di tabel periodik unsur, material logam menempati mulai

dari golongan IA dan IIA serta golongan B (logam transisi). Dari sekian banyak

jenis logam, ada beberapa logam yang mendapatkan porsi besar di dalam apikasi-

aplikasi dunia rekayasa (engineering). Logam-logam tersebut diklasifikasikan ke

dalam istilah ferrous dan non-ferrous. Logam ferrous adalah yang yang berbasis

7

Gambar 2. Siklus Material

Page 8: MAKALAH-METALURGI dan logam.docx

pada Besi (Fe) sebagai komponen penyusun utama sedangkan non-ferrous adalah

selain Fe yang menjadi penyusun utamanya. Beberapa non-ferrous digolongkan ke

dalam base metal dikarenakan muda bereaksi dengan oksigen (terkorosi)

membentuk lapisan oksida di permukaannya. Beberapa non-ferrous tersebut adalah

Aluminium (Al), Tembaga (Cu), Timbal (Pb), Seng (Zn), Nikel (Ni), dan Timah

(Sn). Ada juga jenis non-ferrous lain yang juga banyak diaplikasikan yakni

Magnesium (Mg) dan Titanium (Ti) (Anomin, 2011)

Logam secara umum terbagi menjadi dua, yaitu logam besi (ferrous) dan

logam non-besi (non-ferrous). Skematik klasifikanya dapat dilihat pada gambar 3

8

Gambar 3. Klasifikasi Logam

Page 9: MAKALAH-METALURGI dan logam.docx

Logam besi diklasifikasikan menjadi dua, yaitu baja dan besi cor. Baja

didefinisikan sebagai paduan antara besi (Fe) dan unsur–unsur lainnya, dengan

karbon (C) sebagai unsur yang paling dominan tetapi kandungannya dibatasi tidak

lebih dari 2,11% C. Ditinjau dari kandungan karbonnya, maka pembagian baja

dapat dikelompokkan sebagai berikut:

1. Baja karbon rendah (low carbon steel, < 0,2% C).

2. Baja karbon medium (medium carbon steel, < 0,2-0,5% C).

3. Baja karbon tinggi (high carbon steel, > 0,5% C)

Sedangkan besi cor adalah paduan besi yang mengandung karbon di atas 2,1% C,

silisium, mangan, fosfor dan belerang. Besi cor ini dapat digolongkan menjadi

empat jenis, yaitu:

1. Besi cor kelabu

2. Besi cor putih

3. Besi cor malleabel

4. Besi cor noduler

Paduan non besi terdiri dari

1. Aluminium

2. Tembaga

3. Nikel

4. Timah putih

5. Timbal

6. Magnesium

7. Titanium

8. Logam-logam mulia

2. Polimer

Polimer (yang umumnya dikenal sebagai plastik (Gambar 4) dikenal karena

densitasnya yang rendah dan pemanfaatannya sebagai isolator termal dan listrik.

Plastik merupakan pemantul cahaya yang kurang baik, dan cenderung bersifat

transparan atau translusen (setidak-tidaknya sebagai lembaran tipis). Selain itu,

beberapa jenis plastik bersifat fleksibel dan dapat dibentuk. Karakteristik mampu

bentuk ini dimanfaatkan fabrikasi (Vlack, 2004).

9

Page 10: MAKALAH-METALURGI dan logam.docx

Gambar 4. Polimer Plastik

http://koran-jakarta.com/images/berita/71949.jpg

Berbeda dengan logam, yang memiliki elektron yang dapat bergerak, unsur

nonlogam yang terletak disudut kanan atas tabel periodik memiliki afinitas untuk

menarik atau berebagi elektron. Setiap elektron terkait dengan atom tertentu (atau

pasangan atom tertentu). Jadi pada plastik, hanya dijumpai konduktivitas listrik dan

termal yang terbatas, karena semua energi termal harus ditransfer dari daerah panas

ke daerah dingin dengan getaran atomik, suatu proses yang jauh lebih lambat

dibandingkan denga transpor energi elektronik yang terjadi pada logam. Selain itu,

elektron dalam plastik yang kurang mampu bergerak lebih dapat menyesuaikan

getaran cahaya sehingga tidak mengabsorpsi berkas cahaya. Material yang hanya

mengandung unsur nonlogam, berbagi elektron untuk membentuk molekul besar,

sering disebut makromolekul.

Aplikasi Polimer Sintetik

Menurut Oxtoby, dkk (2003) terdapat tiga polimer yang paling banyak

digunkan adalah serat, plastik, dan elastomer (karet). Kita dapat membedakan

kegita jenis material berdasarkan sifat fisisnya, terutama ketahanannya terhadap

uluran.

1. Serat

Banyak serat penting, termasuk kapas dan wol, adalah polimer alami. Polimer

sintetik yang berhasil secara komersial dibuat tidak melalui reaksi polimerisasi

tetapi melalui regenerasi kimia dari polimer selulosa alami.

10

Page 11: MAKALAH-METALURGI dan logam.docx

2. Plastik

Plastik secara sederhana didefinisikan sebagai material ploimer yang dpat

dicetak atau diekstruksi menjadi bentuk yang diinginkan dan mengeras setelah

didinginkan atau pelarutnya diuapkan.

3. Elastomer (karet)

Elastomer iaalah polimer yang dapat di deformasi sampai ke ukuran yang

sangat besar dan masih dapat pulih ke bentuk asalnya bila tekanan yang

menyebabkan deformasi tersebut dihilangkan.

Semua produk yang merupakan hasil dan kecerdikan manusia merancang

polimer ternyata terbatas dibandingkan polimer produk-produk alam. Contohnya

adalah polisakarida, protein dan asam nukleat. Tumbuhan dan hewan menggunakan

sebagai molekul berantai panjang dengan fungsi yan berbeda-beda.

3. Keramik

Keramik, adalah senyawa yang mengandung unsur logam dan nonlogam.

Banyak sekali contoh material keramik, mulai dari semen pada beton (bahkan

batuan), gelas, isolator listrik, dan magnet permanen (Gambar 5).

http://jowarstudios.files.wordpress.com/2010/12/keramik.jpg

Keramik merupakan perpaduan antara unsur – unsur logam dan non logam

yang kemudian membentuk suatu senyawa yang umumnya termasuk ke dalam jenis

oksida, nitride, dan karbida. Sebagai contoh, beberapa keramik yang umumnya

11

Gambar 5. Keramik

Page 12: MAKALAH-METALURGI dan logam.docx

dikenal yaitu Alumunium oksida (alumina atau Al2O3), Silikon dioksida (silika atau

SiO2), Silikon karbida (SiC), Silikon nitrit (Si3N4). Sebagai tambahan, juga terdapat

beberapa material keramik yang termasuk ke dalam kelompok keramik tradisional

seperti mineral – mineral, lempung, cement, batu bata, dan kaca. Grafit dan intan

juga dimasukkan ke dalam kelompok keramik (Vlack, 2004)

Masing-masing material ini relatif keras dan rapuh. Memang, kekerasan dan

kerapuhan atribut umum dari keramik, begitu pula ketahanannya yang lebih tinggi

terhadap suhu tinggi dan lingkungan gawat dibandingkan dengan logam atau

polimer. Dasar untuk karakteristik tersebut juga berkaitan dengan perilaku

elektronik dari atom-atom pembentuknya. Konsisten dengan kecenderungan

alamiahnya, unsur logam melepas elektron kulit terluarnya dan memberikan

elektron tersebut pada atom nonlogam, yang menangkapnya. Akibatnya, elektron

tersebut tidak dapat bergerak, sehingga material keramik tipikal merupakan isolator

listrik maupun isolator termal yang baik (Surdia dan Saito, 1999).

Keramik biasanya dihubungkan dengan istilah “ikatan campuran” sebuah

kombinasi dari ikatan kovalen, ionic, dan terkadang metalik. Terdiri dari deretan

atom – atom yang saling berhubungan satu sama lain, dan tidak ada molekul yang

terpisah. Karakteristik ini membedakan keramik dari padatan molekular, seperti

kristal iodine (tersusun dari molekul I2 yang terpisah) dan paraffin wax (tersusun

oleh rantai panjang molekul alkana). Selain itu es, dimana tersusun dari molekul

terpisah H2O, juga termasuk ke dalam kelompok ini walaupun memiliki perilaku

seperti keramik.

Sifat Keramik

Menurut Oxtoby, dkk (2003) menyatakan keramik mempunyai kelebihan-

kelebihan dalam hal kekakuan, kekerasan, tahan aus, dan tahan korosi (terutama

oleh oksigen dan air), meskipun pada suhu tinggi. Keramik memilki kerapatan kecil

dari pada kebannyakan logam, yang membuatnya disukai sebagai pengganti logam

bila bobot merupakan hal yang dipertimbangkan. Kebanyakan keramik merupakan

isolator listrik yang baik pada suhu normal, sifat yang dimanfaatkan dalam

elektronika dan transmisi daya. Kekuatan keramik bisa bertahan dengan baik pada

suhu tinggi. Beberapa logam struktural yang penting melunak atau meleleh pada

12

Page 13: MAKALAH-METALURGI dan logam.docx

suhu ribuan derajat dibawah titik leleh senyawa kimianya berupa keramik.

Alumunium misalnya, meleleh pada suhu 660°C, sedangkan alumunim oksida

(Al2O3), yaitu senyawa penting dalam banyak keramik tidak meleleh sampai suhu

2051°C.

Diamping kelebihan-kelebihan ini, terdapat kekurangan serius. Keramik

biasanya getas atau kekuatan tariknya rendah. Keramik cenderung memiliki muai

termal yang tinggi tetapi konduktivitas termalnya rendah, membuatnya sering

terkena kejutan termal, yaitu perubahan suhu lokal secara mendadak yang

membuatnya retak atau remuk. Logam dan plastik bengkok atau berubah oleh

tekanan, tetapi keramik tidak dapat mengabsorpsi tekanan dengan cara ini, malah

pecah. Kelemahan utama keramik adalah sebagai material bangunan ialah

cenderung untuk rusak dalam penggunaannya tidak dapat di prediksi dan bisa

menimbulkan bencana. Selain itu, keramik, dapat kehilangan kekuatan mekanisnya

jika lama digunakan, dan ini merupakan masalah yang tidak terlihat namun serius

(Hari dan Daryanto, 1999).

3. Preparasi Logam

Metalurgi adalah ilmu pengetahuan dan teknologi logam, pengolahan dari

bijihnya, pemurnian, serta studi sifat maupun penggunaanya, namun demikian,

dalam kesempatan ini hanya dipelajari pemurnian logam hasil pengolahan logam

dari bijihnya.

Menurut Sugiarto dan Retno (2010), ada tiga tahap yang umum yaitu

pemekatan bijih, ekstraksi logam dan bijihnya termasuk reduksi logam, dan

pemurnian (refining) logam.

a. Pemekatan

Pada tahap ini mineral yang berharga di pisahkan semaksimal mungkin dari

batu-batuan yang tidak di inginkan. Biasanya hal ini di lakukan dengan

penggerusan bijih menjadi pecah-pecahan yang lebih kecil, kemudian pemisahan di

lakukan dengan metode flotasi (flotation). Menutut metode ini, bijih gerusah harus

di masukkan kedalam sebuah tangki yang berisi air, agen pelengket, seperti minyak

tusam (pine oil), yang akan membasahi mineral pembawa logam tetapi tidak

membasahi partikel-partikel batu silikat yang tidak di inginkan, agen aktif

13

Page 14: MAKALAH-METALURGI dan logam.docx

permukaan dan mungki juga agen pembuih. Agen aktif permukaan berfungsi

seperti molekul sabun atau deterjen yang memiliki satu ujung hidrofofobik

(hidrokarbon) yang dapat di tarik ke dalam gelembung membawa mineral kedalam

buih (busa). Campuran kemudian di aduk dengan kuat, dan arus udara di

semprotkan dengan kuat ke dalam tangki sehingga partikel mineral terbawa ke

permukaan oleh gelembung udara sebagai buih dan selanjutnya dapat di pisahkan.

Sebagian besar batu-batuan yang tidak diinginkan tenggelam kedasar tangki.

b. Ekstraksi

Ekstraksi logam dari bijih pekat melibatkan proses reduksi logam dari tingkat

oksidasi positif menjadi logam bebas. Sebelum reduksi, biasanya diperlukan

beberapa perlakuan lain seperti proses sintering dan calcining.

Sintering (pelengketan) adalah sutu pemanasan bijih lembut tanpa pelelehan

untuk memperoleh bijih yang lebih besar ukurannya sedangkan calcinning

(kalsinasi) adalah suatu pemanasan bijih karbonat atau oksidasi untuk

membebaskan gas karbon atau oksidasi untuk membebaskan gas karbon di oksida,

misalnya :

4 FeCO3 (s) + O 2 (g) → 2 Fe2O3 (s) + 4CO 2 (g)

Selain itu dapat juga di jadikan roasting (pemanggangan), yaitu suatu proses

pemanasan dalam oksigen atau udara di bawah titik leleh bijih yang bersangkutan

yang biasanya dilakukan pada bijih sulfide untuk memperoleh oksidasinya,

misalya:

2 PbS (s) + 3 O2→ 2 PbO (S) + 2 SO2

Kedua proses tersebut pada dasarnya dilakukan untuk memperoleh bijih

oksidasinya. Proses untuk ekstraksi, reduksi dan pemurnian logam secara umum

dibagi dalam tiga macam metalurgi yaitu pirometalurgi, elektrometalurgi dan

pirometalurgi.

Pirometalurgi melibatkan reaksi kimia yang dilaksanakan pada temperature

tinggi. misalnya dalam smelting (peleburan atau pelelehan) reduksi mineral

menghasilkan lelehan logam yang dapat di pisahkan dari batuan yang tidak di

inginkan. Dalam proses reduksi ini biasanya di pakai karbon atau logam lain.

14

Page 15: MAKALAH-METALURGI dan logam.docx

Oksida-oksida hasil pemanggangan bijih sulfide atau hasil kalsinasi bijih karbonat

tersebut umumnya direduksi dengan peleburan oleh karbon, menurut persamaan

reaksi:

ZnO(s) + C(s) ∆ Zn(s) + CO(g)

Hidrometalurgi

Merupakan istilah umum untuk suatu proses yang melibatkan air dalam

ekstraksi dan reduksi logam. Dalam proses peluluhan atau peumeran (leaching),

logam atau senyawanya terlarut dan lepas dari bijihnya atau langsung keluar dari

endapan bijihnya oleh air, sehingga terbentuk larutan logam tersebut dalam air.

Hidrometalurgi memberikan beberapa keuntungan :

1. bijih tidak harus dipekatkan, melainkan hanya di hancurkan menjadi bagian-

bagian yang lebih kecil

2. pemakain batu bara dan cokas pada pemanggan bijih dan sekaligus sebagai

reduktor dalam jumlah besar dapat di hilangkan

3. polusi atmosfer oleh hasil samping pirometalurgi sebagai belerang dioksida,

arsenic(III) oksida, dan debu tungku dapat di hindarkan

4. untuk bijih-bijih petingkat rendah (lower grade) metode lebih efektif.

Elektrometalurgi

Merupakan suatu proses reduksi mineral atau pemurnian logam yang

menggunakan energy listrik. Natrium dan aluminium diproduksi menurut metode

elektrometalurgi.

a. Preprasi Alumunium

Aluminium merupakan logam yang menduduki peringkat ketiga terbanyak

didunia. Di Indonesia alumnium terdapat di Pulau Bintan (Kijang) dan di

Kalimantan Barat (Tayan). Industri yang mengolah bijih bauksit menjadi

aluminium ingot terdapat di PT Inalum Asahan Sumatera Utara. Produksi

aluminium berawal dari penambangan dan pemurnian bauksit. Dengan tahapan

proses seperti ditunjukkan pada gambar 1.16 diperoleh aluminium ingot murni.

15

Page 16: MAKALAH-METALURGI dan logam.docx

Gambar 6. Proses Preparasi Aluminium

b. Preparasi Natrium

Seperti logam-logam alkali yang lain, natrium tidak ditemukan dalam keadaan

murni di alam karena reaktivitasnya yang sangat tinggi. Logam putih keperakan ini

dalampabrik biasanya diproduksi secara elektrometalurgi menurut proses Downs,

yaitu mengelektrolis lelehan natrium klorida (titik leleh sekitar 8010C)

Elektrolisis ini dikerjakan dalam sebuah sel silindrik dengan anode grafit

dipasang ditengah (sentral) dan kotode baja dibuat mengelilingi anode. Untuk

menurunkan suhu elektrolisis, ditambahkan kalsium klorida.

Katode : 2Na+(NaCl) + 2e → 2 Na (l)

Anode : 2Cl- (NaCl) → Cl2(g) + 2e

16

Page 17: MAKALAH-METALURGI dan logam.docx

Pengolahan Logam dari Bijih Sulfida

a. Tembaga

Pada mulanya, bijih tembaga dipekatkan dengan penggerusan, kemudian

dipanggang dan dilebur dalam proses multitahap yang memisahkan besi dan

tembaga sulfide yang ssebagian besar ada dalam bijih tembaga (kasoit-Cu2S,

kalkopirit-CuFeS2). Bijih pertama-tama dipanggang untuk membebaskan sebagian

belerang sebagai belerang dioksida dan belerang trioksida. Kemudian pemanasan

dalam tungku dengan fluks silica akan mengubah oksida-oksida besi dan beberapa

besi belerang menjadi ampas (slag), dan menghasilkan campuran lelehan tembaga

sulfide dan besi sulfide dengan ampas besi silikat terapung diatas.

b. Zink

Bijih zink yang paling umum adalah sfalerit atau zinkblende, ZnS, dan

smitsonit, ZnCO3 ; lainnya dalah zinkit, ZnO, dan franklinite (Zn,Mn)OnFe2O3,

dengan rasio Zn,Mn, dan Fe2O3 bervariasi. Titik didih zink yang rendah (907oC)

memungkinkan dapat dilakukan distilasi terhada lelehan bijih zink yang sering

diikuti distilasi lanjut untuk permunian logam zink. Metalurgi bijih franklinite

sangat menarik, karena pada reduksi pada temperature tinggi menghasilkan zink,

mangan, dan besi. Zink dapat dipisahkan dengan distilasi, sedangkan campuran

mangan-besi dapat langsung dijadikan logam panduan atau baja.

Besi dan Baja

Seperti halnya tembaga dan zink, besi terdapat dialam sebagai sulfidanya, FeS,

atau Fe2S2 tetapi, mineral ini tidak dimanfaatkan sebagai bijih karena sisa-sisa

kelumit belerang sulit dihilangkan. Hematite, Fe2O3 adalah yang paling tinggi

kelimpahannya setelah magnetit,Fe2O4 atau FeO.

Bijih takonit, terutama merupakan oksida-oksida besi yang mengandung silica,

dewasa ini penggunaannya sebagai sumber besi di amerika mengalami kenaikan.

Bijih ini benar-benar sangat keras dan sulit ditangani, namun penelitian metalurgi

telah berhasil mengatasi sebagian besar problem yang dihadapi.

17

Page 18: MAKALAH-METALURGI dan logam.docx

4. Aloi (Logam Paduan)

Apa yang dimaksud dengan logam? Logam adalah suatu unsur yang memiliki

sifat menghantarkan listrik dan panas yang baik, mempunyai kekuatan dan

keuletan, tidak meneruskan cahaya dan apabila permukaannya dipoles hingga

mengkilap dapat memantulkan cahaya. Pada gambar 6 ditunjukkan keberadaan

unsur logam dalam susunan tabel periodik (terdapat hampir 80%).

Gambar 7. Tabel periodik.

Kebanyakan logam berasal dari dalam tanah pada daerah-daerah tertentu. Di

Indonesia mineral-mineral logam terdapat dari Sabang sampai Merauke, seperti Di

Aceh terdapat timbal (galena-PbS), di Bintan terdapat alumunium (bauksit-

Al2O3nH20), di Bangka-Belitung timah putih (kasiterit-SnO2), sepanjang pantai

selatan pulau Jawa pasir besi, Pongkor Jawa Barat, Cikotok Banten dan Sumbawa

terdapat emas, Pomalaa Sulawesi Selatan dan Maluku terdapat nikel dan Papua di

Timika terdapat tembaga dan emas serta daerah daerah lainnya (gambar 7).

18

Page 19: MAKALAH-METALURGI dan logam.docx

Gambar 8. Peta mineral-mineral logam di Indonesia.

Bentuk-bentuk batuan mineral yang terdapat di alam berbeda-beda, gambar

8 menunjukkan bentuk batuan untuk berbagai jenis mineral.

19

Page 20: MAKALAH-METALURGI dan logam.docx

Gambar 9. Berbagai jenis mineral; (a) aluminium (bauksit-Al2O3nH20),

(b) timah putih (kasiterit-SnO2), (c) emas,(d) timbal (galena-PbS), (e) besi (hematit-

Fe2O3), (f) nikel (nikelit-NiAs), (g) tembaga (malasit-Cu2CO3(OH)3),

(h) perak (argentit-Ag2S).

Logam paduan atau aloi merupakan bahan campuran yang mempunyai sifat-

sifat logam yang terdiri dari dua atau lebih unsur-unsur dan sebagai unsur utamanya

adalah logam. Atom-atom logam yang berbeda dalam aloi diikat bersama oleh

ikatan metalik. Hal ini sama halnya dengan molekul-mlekul yang dibentuk dari

pasangan atom-atom nonlogam yang berbeda yang diikat oleh ikatan

kovalen,dimana ikatan metalik paralel terhadap ikatan kovalen.

Ada 2 macam dari aloi:

a. Larutan Padatan

Dalam larutan ini, logam lelehan becampur membentuk suatu campuran

homogeny, dimana atom-atom kedua macam logam harus mempunyai ukuran yang

hampir sama dan kedua keristal metalik juga sama strukturnya, dan sifat-sifat

kimiawi keduanya pun harus mirip. Contohnya: Ferrous

20

Page 21: MAKALAH-METALURGI dan logam.docx

Ferrous

Logam ferrous lebih banyak diaplikasikan di dalam dunia rekayasa karena sifat

mekanis yang ditawarkan dari jenis-jenisnya yang berbeda. Berdasarkan

konsentrasi karbonnya maka kelompok logam ferrous dibedakan menjadi baja

(steel) dan besi tuang (cast iron).

Baja (steel)

Karbon didalam matriks besi akan memperkuat besi yang dalam keadaan

murni rendah sifat mekaniknya. Jika didalammatriks besi kandungan karbonnya

maksimal 2 % maka disebut sebagai baja, teapi jika kandungan karbonnya lebih

besar dari 2% maka disebut sebagai besi tuang.

Baja kemudian diklasifkasikan lagi kedalam jenis-jenis berdasarkan kisaran

karbon yang terkandung di dalam matriks besi. Ada beberapa jenis fasa yang

terdapat di dalam baja dan juga besi tuang. Fasa-fasa tersebut adalah seprti yang

terlihat pada fasa Fe-C.

Gambar 10. Contoh aplikasi baja karbon

http://www.steelpipes.org/gavin/uploads/allimg/120430/163030D31-0.jpg

Besi Tuang (Cast Iron)

Adapun besi dengan kandungan karbon yang lebih besar daripada 2% maka

disebut sebagai besi tuang. Besi tuang memiliki kandungan karbon jenuh sehingga

kelebihan karbon ini akan berbentuk karbon bebas yang tidak mengisi matriks dari

besi.

Gambar 11. Contoh aplikasi besi tuanghttp://rajalampu.files.wordpress.com/2011/090

21

Page 22: MAKALAH-METALURGI dan logam.docx

Non Ferous

Logam-logam selain besi disebut sebagai non-ferous metal. Seperti yang

disinggung sebelumnya sebagai contoh dari logam-logam tersebut adalah

alumanium, logam, nikel, dan lain-lain serta paduan-paduannya. Ada beberapa

kriteria yang diinginkan dari material ini untuk aplikasi-aplikasi struktural tertentu

pada bidang rekayasa seperti ringan, kekuatan tingggi, non-magnetik, titik lebur

ringgi, ketahanan terhadap korosi karena lingkungan atau kimia.

Alumanium

Logam alumanium dalam keadaan murni sangat lunak, ringan, tidak beracun

(sebagai logam), non-magnetik. Alumanium juga mudah dibentuk, dimesin, dan

dituang. Untuk meningkatkan kekuatannya maka alumanium dipadu dengan

beberapa jenis logam lain yang memiliki struktur kristal yang sama. Alumanium

paduan (alloy) kemudian diklasifikasikan ke dalam beberapa seri sesuai dengan

logam pemadunnya.

Logam alumanium murni diproleh dari proses ekstraksi bijih logamnya yang

disebut Bauxite dengan proses eloktrolisis. Proses eloktrolisis yang melibatkan

energy listrik untuk membebaskan logam alumanium dari pengotor bjinya

dinamakan proses bayer. Biji bauxite yang berasal dari tambnag tidak bisa begit

saja direduksi dengan reduktor seperti pada proses pengolahan besi baja. Bijih

bauxite harus dirubah terlebih dahulu menjadi almina (Al2O3) untuk dapat diekstrak

logam alumaniumnya. Alumina kemudian dicampur dengan eloktrolit yang disebut

cryollite pada saat proses elektrolisis. Logam alumina kemudian akan terkumpul

pada katoda dan akan stripping lalu dileburkan kembali dan dicetak menjadi ingot.

Gambar 12. Aplikasi Alumanium dan paduannya

http://images-of-elements.com/aluminium-2.jpg

Tembaga

Tembaga merupakan logam yang sangat penting kehadirannya dalam

perdaban manusia. Logam ini menjadi awalan perubahan perdapan yang lebih maju

yakni peradapan zaman perunggu dimana perkakas yang terbuat dari perunggu

22

Page 23: MAKALAH-METALURGI dan logam.docx

(paduan antara Cu dan Sn). Logam tersebut lunak serta memiliki konduktifitas

termal dan listrik yang sangat baik/tinggi. Logam Cu murni lunak dan mudah

dibentuk, dipermukaannya akan terbentuk tarnish berwarna jingga kemerahan jika

terekpos udara. Ada beberapa jenis paduan tembaga dipergunakan di dalam dunia

rekayasa, berikut adalah beberpa jenis tersebut. Tembaga diekstrak dari bijih

logamnya yang umumnya ditambang yaitu chalcopyrite (CuFeS2) dan bornite

(Cu5FeS4). Tidak seperti alumanium yang hanya bisa diekstrak dengan energy

listrik, tembaga dapat diekstrak dengan dua metode yaitu dengan mereduksinya

memakai reduktor dengan bantuan panas(pyrometallurgy) atau energy listrik

dengan elektrolisiss (hydrometallurgy).

Gambar 13. Logam tembaga dan paduannya

www.vibiznews.com

Nikel

Nikel adalah salah satu logam non-ferrous yang sangat penting di dalam dunia

rekayasa. Logam ini memiliki ketahanan mulur (creep) yang sangat baik. Sifat

tersebut sangat penting untuk aplikasi-aplikasi yang berada pada temperature sangat

tinggi dimana logam lain tidak dapa bertahan. Untuk aplikasi-aplikasi yang

membutuhkan ketahanan korosi yang baik sangat membutuhkan keberadaan logam

ini. Logam nikel bersama kromium dan besi membutuhkan paduan baja tahan karat

23

Page 24: MAKALAH-METALURGI dan logam.docx

(stainless steel) yang sangat banyak diaplkasikan untuk perlatan-peralatan yng

tahan korosi. Logam nikel diekstrak dari bijih logamnya dengan menggunakan

metode baik pyrometallurgy maupun hydrometallurgy. Bijih logam nikel yang

umumnya ditambang ada dua yaitu dari jenis sulfide dan oksida, dari jenis sulfide

umumnya pentlandia dan dari jenis oksida adalah latarite. Karena ketahanan korosi

yang baik dan juga pada emperature tinggi maka nikel banyak diaplikasikan untuk

pembuatan turbin untuk pesawat terbang.

Nikel digunakan di banyak industry dan produk-produk konsumsi, termasuk

baja tahan karat,magnet,koin baterai isi ulang, senar gitar dan paduan-paduan

khusus. Nikel juga digunakan unuk pelapisan dan sebagai penghasil warna hijau

dalam gelas. Nikel merupakan logam pemadu yang unggul dan kegunaan utamanya

adalah pada baj nikel dan besi tuang nikel yang bermacammacam jenis. Nikel juga

banyak dipergunakan untuk paduan-paduan lainnya,seperti kunngan dan perunggu

nikel dan juga paduan-paduan dengan tembaga, kromium, alumanium, timbal,

kobalt, perak, dan emas. Berikut beberapa penggunaan nikel dalam berbagai

bidang: water treatment (4%), pulp and paper (8%).

Dari sektor-sektor tersebut nikel dikonsumsi dalam bentuk logam-logam yang

dapat diklasifikasikan secara sederhana sebagai berikut yakni; baja tahan karat

(stainless steal), paduan-paduan super, logam murni untuk pelapisan, dan dalam

bentuk unsure pemadu untuk jnis paduan-paduan logam lainnya.

24

Gambar 14. Contoh aplikasi nikel dan paduannya

Page 25: MAKALAH-METALURGI dan logam.docx

b. Senyawa Aloi

Senyawa aloi berhubungan dengan jumlah elekton valensi untuk setiap

paduan. perbandingan elektron valensi terhadap jumlah atom paduan adalah

tertentu. Naiknya jumlah elektron valensi terhadap jumlah atom dalam senyawa

aloi mengakibatkan atom-atom logam terikat besama lebih kuat, sehingga

menaikkan sifat kekerasannya.

Contohnya:

Paduan ZrNi3

Untuk ZrNi3 (fcc) dengan 12 elektron valensi dan 4 atom paduan, nilai

perbandingannya adalah sebesar 12/4 = 3,0. Fasa zirkonium alfa (Zr-α) mempunyai

5,2 elektron per atom dan fasa beta mempunyai 8 elektron per atom. Maka dari itu,

kelarutan pemadu secara umum di fasa Zr-β lebih besar jika dibandingkan dengan

kelarutan di fasa Zr-α. Pertimbangan yang lain dalam paduan adalah

elektronegativitas. Jika perbedaan elektronegativitas atom terlarut dan pelarut besar,

maka kristal akan memiliki sifat ionik. Sebagai contoh, natrium dengan klor

mempunyai perbedaan elektronegativitas sebesar 2,33 maka kristal tersebut bersifat

ionik. Perbedaan elektronegativitas memang diperlukan supaya terjadi ikatan yang

kuat. Timah dan molibdenum lebih elektronegatif jika dibandingkan dengan

zirkonium (Zr=1,33; Sn=1,96; Mo=1,33).

Kekerasan dipengaruhi oleh unsur pemadu yang membentuk fasa kedua hasil

reaksi antara unsur matrik dengan unsur pemadunya. Fasa kedua dapat membentuk

inklusi atau presipitat. Pengaruh oksigen, nitrogen dan karbon terhadap kekerasan

sangat signifikan, sehingga atmosfir harus dikondisi dengan argon. Mikrostruktur

juga berpengaruh pada kekerasan. Parameter mikrostruktur yang berpengaruh

antara lain ukuran butir, bentuk butir, semakin kecil ukuran butir suatu paduan

semakin besar kekuatannya atau semakin meningkat kekerasannya. Seharusnya

semakin besar ukuran butir tersebut, bahan menjadi semakin lunak. Jadi yang

menentukan kekerasan pada paduan tersebut bukan ukuran butir tetapi

kemungkinan fasa kedua paduan.

Perubahan Struktur pada bahan paduan terdiri dari phase tunggal,serta phase

campuran, dimana phase adalah bagian dari perubahansistem kimia untuk

25

Page 26: MAKALAH-METALURGI dan logam.docx

menghasilkan paduan dengan karakter khusus bergantung pada komposisi dan

temperatur pendinginannya.

Phase berada selama pendinginan dan pada temperatur ruangan serta

tergantung pula pada perilaku susunan unsur unsur lainnya.

Pengaruh Unsur Campuran

Pengaruh unsur campuran sukar diketahui secara tepat untuk setiap satu unsur

campuran karena pengaruhnya tergantung pada jumlah yang digunakan, jumlah

penggunaan dan unsur-unsur lainnya.

Shape Memory alloy (SMA)

SMA merupakan paduan yang dapat mengingat bentuk aslinya. Paduan ini

dibentuk dengan peroses tempa dingin sehingga komponen yang terbuat dari

paduan ini dapat kembali ke bentuk asalnya dengan cara dipanaskan. Material ini

merupakan alternatif material yang ringan ang dapat menggantikan aktuator

konnsional seperti hydraulic, pneumatic, and motor-based system. Aplikasinya

juga meliputi: kedokteran dan ruang angkasa.

Dengan memadukan dua logam atau lebih dapat diperoleh sifat-sifat yang lebih

baik dari pada logam aslinya. Memadukan dua logam yang lemah dapat diperoleh

26

Gambar 15. Shape Memory Alloy

Page 27: MAKALAH-METALURGI dan logam.docx

logam paduan yang kuat dan keras. Misalnya tembaga dan timah, keduanya adalah

logam yang lunak, bila dipadukan menjadi logam yang keras dan kuat dengan nama

perunggu. Besi murni adalah bahan yang lunak sedangkan zat arang (bukan logam)

adalah bahan yang rapuh, paduan besi dengan zat arang menjadi baja yang keras

dan liat.

Logam pada umumnya terdapat di alam (tambang) dalam bentuk bijih-bijih

berupa paduan atau mineral. Biji logam tersebut masih terikat dengan unsur-unsur

lain sebagai oksida, sulfida atau karbonat.

27

Page 28: MAKALAH-METALURGI dan logam.docx

Kesimpulan

1. Kesimpulan

a. Sejarah ilmu metalurgi dan logam diawali dengan teknologi pengolahan hasil

pertambangan. Perkembangan historis metalurgi besi dapat ditemukan dalam

berbagai budaya dan peradaban lampau. Ini mencakup kerajaan dan imperium

kuno dan abad pertengahan. Berdasarkan kedekatan antara metalurgi dengan

pertambangan inilah maka pada awalnya pendidikan metalurgi lahir dari

sekolah-sekolah pertambangan seperti pendidikan metalurgi di Colorado

School of Mines.

b. material di klasifikasikan menjadi berbagai tipe yang memiliki karakteristik

yang sama. Salah satu cara pengelompokkan material, berdasarkam ikatan

atom dan struktur, menghasilkan kelompok logam, polimer dan keramik.

c. Metalurgi ada tiga tahap yang umum yaitu pemekatan bijih, ekstraksi logam

dan bijihnya termasuk reduksi logam, dan pemurnian (refining) logam. Proses

untuk ekstraksi, reduksi dan pemurnian logam secara umum dibagi dalam tiga

macam metalurgi yaitu pirometalurgi, elektrometalurgi dan pirometalurgi.

d. Ada dua jenis aloi yaitu, larutan padatan dan senyawa aloi. Larutan padatan

terbagi atau ferrous yang terdiri atas baja dan besi tuang dan non ferrous

dengan contoh alumanium, logam, nikel, dan lain-lain serta paduan-paduannya,

28

Page 29: MAKALAH-METALURGI dan logam.docx

DAFTAR PUSTAKA

Alam, Cramb. 2013. A Short History of Metals. Carnegie: Mellon University.

Dmitri Kopeliovich. Cast Irons. SubsTech (Substance and Technology), diakses

melalui laman http://www.substech.com/dokuwiki/doku.php?id=cast_irons pada

20 Februari 2013

Hari, Amanto dan Daryanto. 1999. Ilmu Bahan. Jakarta: Bumi Aksara.

Oxtoby, David W, dkk. 2003. Prinsip-prinsip Kimia Modren Edisi Keempat Jilid II

(Alih bahasa : Suminar Achmadi). Jakarta: Erlangga.

Surdia, Tata dan Saito Shinroku. 1999. Pengetahuan Bahan Teknik. Jakarta:

Pradnya Paramita.

Vlack, Lawrence V Han. 2004. Elemen-elemen Ilmu dan Rekayasa Material Edisi

Keenam (Alih bahasa: Sriati Djapri). Jakarta: Erlangga

.

Gambar

http://jowarstudios.files.wordpress.com/2010/12/keramik.jpg

http://www.steelpipes.org/gavin/uploads/allimg/120430/163030D31-0.jpg

http://rajalampu.files.wordpress.com/2011/090

http://images-of-elements.com/aluminium-2.jpg

www.vibiznews.com

29