Tugas Metalurgi

Tomy Marvian Haidie

710011151

TUGAS METALURGI

1. Penjelasan Golongan dan Periode Pada Tabel Periodik

Letak golongan dalam suatu unsur dalam tabel periodik dapat dilihat dari sub kulit

terakhir yang terisi electron, contohnya :

Sebagai contoh :

a). ₁₁Na = 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹

Karena konfigurasi elektron adalah 3s1, maka periodenya adalah 3 dan golongan 1A

b). ₃₁Ga = 1s² 2s²2p⁶ 3s²3p⁶ 4s² 3d¹° 4p¹

Maka periodenya adalah 4 (karena koefisien terbesar) dan Golonganny adalah 3A

2. Pengertian Logam

Logam adalah unsur kimia yang memiliki sifat kuat, keras, liat, merupakan

penghantar panas dan listrik, serta mempunyai titik lebur tinggi. Benda logam

pada awalnya dibuat dari bijih logam, dimana bijih logam dapat diperolah dengan

cara menambang baik yang berupa bijih logam murni maupun yang bercampur

dengan materi lain.

Bijih logam yang diambil dalam keadaan murni diantaranya adalah emas,

platina, perak, bismuth dll. Sedangkan ada juga bijih logam yang bercampur

dengan unsur lain seperti tanah liat, fosfor, silikon, karbon, serta pasir.

Gambar Logam Emas (Au)

3. Sifat-Sifat Elektron dan Susunan Elektron Pada Logam

Elektron memiliki muatan listrik -1.6022 x 10-19 coulomb, bermassa 9.11 x

10-31 kg berbasis pada muatan atau pengukuran massa dan massa diam relativistik

sekitar 0.511 MeV/c2. Massa elektron sekitar 1/1836 massa proton. Simbol elektron

umum

Konfigurasi elektron adalah merupakan gambaran tentangl posisi atau lokasi

dari elektron-elektron dalam suatu atom dengan mengikuti aturan atau rumus tertentu.

Peraturan dalam konfigurasi elektron ditunjukan seperti pada gambar di bawah ini :

Konfigurasi elektron pada setiap logam berbeda-beda karena bergantung

pada nomor atom nya. Seperti nomor Au yang memiliki nomor atom 79 sehingga

konfigurasi elektron pada Au : [54Xe] 4f14 5d10 6s1. Konfigursi Elektron untuk dengan

nomor atom 47 adalah [Kr] 5s1 4d 10.

4. Reaksi Reduksi dan Oksidasi (REDOKS)

istilah yang menjelaskan berubahnya bilangan oksidasi (keadaan oksidasi)

atom-atom dalam sebuah reaksi kimia. Hal ini dapat berupa proses redoks yang

sederhana seperti oksidasi karbon yang menghasilkan karbon dioksida, atau reduksi

karbon oleh hidrogen menghasilkan metana(CH4), ataupun ia dapat berupa proses

yang kompleks seperti oksidasi gula pada tubuh manusia melalui rentetan transfer

elektron yang rumit.

Istilah redoks berasal dari dua konsep, yaitu reduksi dan oksidasi. Ia dapat

dijelaskan dengan mudah sebagai berikut:

a. Oksidasi menjelaskan pelepasan elektron oleh sebuah molekul, atom, atau ion.

b. Reduksi menjelaskan penambahan elektron oleh sebuah molekul, atom, atau ion.

Senyawa-senyawa yang memiliki kemampuan untuk mengoksidasi senyawa

lain dikatakan sebagai oksidatif dan dikenal sebagai oksidator atau agen oksidasi.

Oksidator melepaskan elektron dari senyawa lain, sehingga dirinya sendiri tereduksi.

Oleh karena ia "menerima" elektron, ia juga disebut sebagai penerima elektron.

Oksidator bisanya adalah senyawa-senyawa yang memiliki unsur-unsur dengan

bilangan oksidasi yang tinggi (seperti H2O2, MnO4−, CrO3, Cr2O72−, OsO4) atau

senyawa-senyawa yang sangat elektronegatif, sehingga dapat mendapatkan satu atau

dua elektron yang lebih dengan mengoksidasi sebuah senyawa (misalnya oksigen,

fluorin, klorin, dan bromin).

Senyawa-senyawa yang memiliki kemampuan untuk mereduksi senyawa lain

dikatakan sebagai reduktif dan dikenal sebagai reduktor atau agen reduksi. Reduktor

melepaskan elektronnya ke senyawa lain, sehingga ia sendiri teroksidasi. Oleh karena

ia "mendonorkan" elektronnya, ia juga disebut sebagai penderma elektron. Senyawa-

senyawa yang berupa reduktor sangat bervariasi.

Unsur-unsur logam seperti Li, Na, Mg, Fe, Zn, dan Al dapat digunakan

sebagai reduktor. Logam-logam ini akan memberikan elektronnya dengan mudah.

Reduktor jenus lainnya adalah reagen transfer hidrida, misalnya NaBH4 dan

LiAlH4), reagen-reagen ini digunakan dengan luas dalam kimia organik[1][2],

terutama dalam reduksi senyawa-senyawa karbonil menjadi alkohol. Metode reduksi

lainnya yang juga berguna melibatkan gas hidrogen (H2) dengan katalis paladium,

platinum, atau nikel, Reduksi katalitik ini utamanya digunakan pada reduksi ikatan

rangkap dua ata tiga karbon-karbon.

Reaksi REDOKS pada pengolahan beberapa logam yang meliputi proses

reduksi dan oksidasi dapat dilihat sebagai berikut :

a. Reduksi bijih besi (Fe2O3, hematite) oleh karbon (C)

Reaksi : 2 Fe2O3(s) + 3 C(s) " 4 Fe(s) + 3 CO2(g)

Pada Fe2O3, atom Fe mengikat 3 buah atom oksigen pada senyawanya kemudian

setelah direaksikan dengan karbon, oksigen dilepaskan menghasilkan logam besi

murni (Fe).

b. Tembaga(II) oksida direaksikan dengan gas hidrogen untuk

mendapatkan logamnya

Reaksi : CuO(s) + H2(g) " Cu(g) + H2O(g)

Pada CuO, atom Cu mengikat 1 buah atom oksigen pada senyawanya kemudian

setelah direaksikan dengan gas hidrogen, oksigen dilepaskan dan menghasilkan

logam tembaga (Cu).

c. Perkaratan besi oleh gas oksigen

4 Fe(s) + 3O2(g) " 2Fe2O3(s)

Logam besi (Fe) mengikat oksigen (O) sehingga menghasilkan karat ( Fe2O3).

d. Pembakaran logam magnesium di udara

2 Mg(s) + O2(g) " 2MgO(s)

Logam magnesium (Mg) mengikat oksigen (O) menghasilkan magnesium oksida

(MgO).

5. Pengertian Sintering, Kalsinasi dan Roasting

a. Sintering

Sintering merupakan proses pemanasan dibawah titik leleh dalam rangka

membentuk fase kristal baru sesuai dengan yang diinginkan dan bertujuan

membantu mereaksikan bahan-bahan penyusun baik bahan keramik maupun

bahan logam

Proses sintering akan berpengaruh cukup besar pada pembentukan fase

kristal bahan. Fraksi fase yang terbentuk umumnya bergantung pada lama dan

atau suhu sintering. Semakin besar suhu sintering dimungkinkan semakin cepat

proses pembentukan kristal tersebut. Besar kecilnya suhu juga berpengaruh

pada bentuk serta ukuran celah dan juga berpengaruh pada struktur

pertumbuhan kristal (setyowati, 2008).

Suhu sintering dapat ditentukan dari eksperimen termal seperti DTA, DTG,

dan DSC. Berdasarkan hasil eksperimen ini diperoleh suhu lelehan selain suhu

dekomposisi. Setiap komposisi senyawa tertentu memiliki titik leleh berbada.

Sintering bahan keramik biasanya ditentukan sekitar 75% dari titik leleh total .

Pada proses sintering, terjadi proses pembentukan fase baru melalui proses

pemanasan dimana pada saat terjadi reaksi komponen pembentuk masih dalam

bentuk padat dari campuran serbuk. Hal ini bertujuan agar butiran-butiran

(grain) dalam partikel-partikel yang berdekatan dapat bereaksi dan berikatan.

Proses sintering fase padat terbagi menjadi tiga padatan, yaitu:

a. Tahap awal

Pada tahap awal ini terbentuk ikatan atomik. Kontak antar partikel

membentuk leher yang tumbuh menjadi batas butir antar partikel. Pertumbuhan

akan menjdi semakin cepat dengan adanya kenaikan suhu sintering. Pada tahap

ini penyusutan juga terjadi akibat permukaan porositas menjadi halus.

b. Tahap menengah

Pada tahap ini terjadi desifikasi dan pertumbuhan partikel yaitu butir kecil

larut dan bergabung dengan butir besar. Akomodasi bentuk butir ini

menghasilkan pemadatan yang lebih baik. Pada tahap ini juga berlangsung

penghilangan porositas. Akibat pergeseran batas butir, porositas mulai saling

berhubungan dan membentuk silinder di sisi butir.

c. Tahap akhir

Fenomena desifikasi dan pertumbuhan butir terus barlangsung dengan laju

yang lebih rendah dari sebelumnya. Demikian juga dengan proses penghilangan

porositas, pergeseran batas butir terus berlanjut. Apabila pergeseran batas butir

lebih lambat daripada porositas maka porositas akan mucul dipermukaan dan

saling berhubungan. Akan tetapi jika pergeseran batas butir lebih cepat

daripada porosositas maka porositas akan mengendap di dalam produk dan akan

sulit dihilangkan.

Produk yang dihasilkan diharapkan memiliki densitas yang tinggi dan

homogen, maka pada proses sintering harus terjadi homogenisasi. Jika terdapat

lapisan oksida pada serbuk logam, proses sintering yang diharapkan bisa

menjadi lebih lambat. Selain lapisan oksida ini menyebabkan produk yang

dihasikan menjadi lebih getas, lapisan oksida tersebut juga menghambat proses

difusi antar partikel serbuk saat sintering dan meningkatkan temperatur

sintering.

Lapisan oksida yang menempel pada serbuk terbentuk akibat kontak antar

permukaan serbuk dengan udara dan akibat perlakuan yang diterima serbuk saat

proses produksi metalurgi serbuk berlangsung. Oksida pada serbuk dapat

diminimalkan dengan mengalirkan gas reduksi sebelum atau sewaktu sintering

berlangsung.

b. Kalinasi

Kalsinasi adalah penghilangan air, karbon dioksida atau gas lain yang

mempunyai ikatan kimia dengan bijih. Contoh; Hidrat, karbonat. Proses ini

dilakukan pada temperatur tinggi namun bijih itu tidak mengalami leleh, pada

proses ini juga tidak terjadi penambahan reagen. Kalsinasi adalah proses

endotermik artinya memerlukan panas, dan juga lebih endotermik daripada

proses Drying. Penghilangan air dalam senyawa karbonat dilakukan dalam

berbagai variasi temperatur tergantung jenis senyawa dan ikatan air pada

senyawa.

Kalsinasi adalah Thermal treatment / dekomposisi thermal ( penguraian

dengan temperatur ) yang dilakukan terhadap bijih, dalam hal ini batu kapur

agar terjadi dekomposisi dan juga untuk mengeleminasi senyawa yang

berikatan secara kimia dengan batu kapur yaitu karbon dioksida dan air. Proses

yang dilakukan adalah pemanggangan dengan temperatur yang bervariasi

bergantung dari jenis senyawa karbonat. Contoh: Hidrat, karbonat, FeCO3,

Mg(OH)2, MgCO3, CaCO3, dan lain-lain.

Kebanyakan senyawa karbonat berdekomposisi pada temperatur rendah.

Contoh, MgCO3 pada temperatur 417oC, MnCO3 pada temperatur 377oC, dan

FeCO3 pada temperatur 400oC. Tetapi untuk kalsium karbonat diperlukan suhu

900oC untuk melakukan dekomposisi hal ini dikarenakan ikatan kimia yang

cukup kuat pada air kristal. Dalam aplikasinya di industri, kalsinasi dilakukan

dalam berbagai furnace, diantaranya yaitu:

- Untuk kuarsa, CaCO3, digunakan Shaft Furnace

- Untuk lumps digunakan rotary kiln

Untuk penyeragaman material dengan ukuran kecil digunakan flidized bed.

Kalsinasi adalah proses yang endotermik, yaitu memerlukan panas. Panas

diperlukan untuk melepas ikatan kimia dari air kristal karena dengan panas,

maka ikatan kimia akan menjadi renggang dan pada temperatur tertentu atom-

atom yang berikatan akan bergerak sangat bebas menyebabkan terputusnya

ikatan kimia. Panas juga diperlukan untuk mengoksidasi batu kapur menjadi

oksidanya.

Reaksinya: CaCO3 (800oC) = CaO (1000oC) + CO2 (900oC), ΔHo = 42,5 Kcal

Panas mengalir secara konduksi ke seluruh bagian batu kapur. Laju kalsinasi

batu kapur memiliki persamaan dengan reaksi yang dikendalikan oleh difusi.

Dengan ukuran dan bentuk butiran yang sama, semakin tinggi temperatur

semakin cepat proses dekomposisi. Waktu yang diperlukan dalam proses

kalsinasi bergantung pada ukuran dan bentuk dari butiran batu kapur. Dengan

temperatur yang sama semakin kecil ukuran semakin cepat proses kalsinasi,

bentuk yang bulat akan mempercepat proses kalsinasi.

c. Roasting

Roasting (pemanggangan) adalah suatu proses menghilangkan kelebihan

udara dimana udara dihembuskan pada bijih yang dipanaskan disertai

penambahan regen kimia dengan pemanasan ini tidak mencapai titik leleh

(didih) yang biasanya dilakukan terhadap material dengan mineral-mineral

sulfida. Jenis roasting :

1.Roasting Oksidasi

2.Roasting reduksi

3.Roasting khlorinasi atau khloridisasi

4.Roasting khusus

Kegunaan Roasting antara lain adalah :

- Mengeluarkan sulfur, Arsen, Antimon dari persenyawaannya

- Merubah mineral sulfida menjadi oksida dan sulfur - 2 ZnS + 3O2

2 ZnO + 2 SO4

- Membentuk material menjadi porous

- Menguapkan impurity yang foltair

Gambar untuk proses roasting :