Sejarah aluminium

Logam aluminium (atau aluminum) sangat langka dalam bentuk alaminya, dan proses untuk memurnikannya dari batuan sangat kompleks, sehingga keterlibatannya dalam sejarah manusia sebagian besar tidak diketahui. Namun, senyawa tawas (alum) telah dikenal sejak abad ke-5 SM dan digunakan secara luas untuk pewarnaan. Selama Abad Pertengahan, tawas digunakan sebagai zat pewarna yang menjadikannya komoditas perdagangan internasional. Ilmuwan Abad Renaisans percaya bahwa tawas merupakan garam dari suatu batuan baru; selama Zaman Pencerahan, diketahui bahwa batuan tersebut, alumina, merupakan oksida dari logam baru. Penemuan logam ini diumumkan pada tahun 1825 oleh fisikawan Denmark Hans Christian Ørsted, yang karyanya diperkaya lebih lanjut oleh ahli kimia Jerman Friedrich Wöhler.
Aluminium sulit untuk dimurnikan dan karenanya jarang digunakan. Segera setelah penemuannya, harga aluminium melebihi harga emas. Hal tersebut menurun hanya setelah dimulainya produksi industri pertama oleh ahli kimia Prancis Henri Étienne Sainte-Claire Deville pada tahun 1856. Aluminium menjadi lebih tersedia untuk umum dengan adanya proses Hall–Héroult yang dikembangkan secara independen oleh insinyur Prancis Paul Héroult dan insinyur Amerika Charles Martin Hall pada tahun 1886, serta proses Bayer yang dikembangkan oleh ahli kimia Austria Carl Josef Bayer pada tahun 1889. Proses ini telah digunakan untuk produksi aluminium hingga saat ini.
Pengenalan metode-metode ini untuk memproduksi aluminium secara massal menyebabkan penggunaan secara luas dari logam ringan, yang tahan korosi tersebut dalam industri dan kehidupan sehari-hari. Aluminium mulai digunakan dalam rekayasa dan konstruksi. Dalam Perang Dunia I dan II, aluminium merupakan sumber daya strategis yang penting bagi dunia penerbangan. Produksi logam dunia tumbuh dari 6,800 metrik ton pada tahun 1900 menjadi 2,810,000 metrik ton pada tahun 1954, ketika aluminium menjadi logam non-besi yang paling banyak diproduksi, melampaui tembaga.
Pada paruh kedua abad ke-20, aluminium mulai digunakan dalam transportasi dan pengemasan. Produksi aluminium menjadi perhatian akibat pengaruhnya terhadap lingkungan, hingga kemudian ditemukan cara mendaur ulang aluminium. Logam ini menjadi komoditas pertukaran pada 1970-an. Produksi aluminium mulai bergeser dari negara maju ke negara berkembang; pada 2010, Tiongkok telah mengakumulasikan bagian yang sangat besar dalam produksi dan konsumsi aluminium. Produksi aluminium dunia terus meningkat, mencapai 58,500,000 metrik ton pada tahun 2015. Produksi aluminium melebihi gabungan semua logam non-besi lainnya.

Sejarah awal

Sejarah aluminium terbentuk melalui penggunaan senyawa tawasnya. Catatan tertulis pertama dari tawas adalah pada abad ke-5 SM oleh sejarawan Yunani Herodotus. Orang-orang kuno menggunakannya sebagai zat pewarna, dalam kedokteran, dalam penggilingan kimia, serta sebagai lapisan tahan api bagi kayu untuk melindungi benteng dari pembakaran musuh. Logam aluminium tidak dikenal saat itu. Penulis Romawi Petronius menyebutkan dalam novelnya Satyricon bahwa sebuah gelas yang tidak biasa telah diberikan kepada kaisar: setelah dilempar ke trotoar, gelas tersebut tidak pecah tetapi hanya berubah bentuk. Gelas itu lalu dikembalikan ke bentuk semula menggunakan palu. Setelah mengetahui dari penemu bahwa tidak ada orang lain yang tahu cara memproduksi bahan gelas ini, kaisar memerintahkan penemu itu dieksekusi sehingga tidak mengurangi harga emas. Variasi dari kisah ini disebutkan secara singkat dalam Naturalis Historia oleh sejarawan Romawi Plinius yang Tua (yang mencatat bahwa cerita itu "telah sering diputar ulang daripada sering diautentikasi") serta Roman History oleh sejarawan Romawi Cassius Dio. Beberapa sumber menyarankan gelas ini mungkin saja terbuat dari aluminium. Paduan logam yang mengandung aluminium mungkin turut diproduksi di Tiongkok selama masa pemerintahan dinasti Jin pertama (265–420).
Setelah Perang Salib, tawas menjadi komoditas perdagangan internasional; zat tersebut sangat diperlukan dalam industri kain Eropa. Tambang-tambang alum kecil terdapat di Eropa yang penduduknya beragama Katolik namun sebagian besar tawas berasal dari Timur Tengah. Tawas terus diperdagangkan melalui Laut Mediterania hingga pertengahan abad ke-15, ketika Utsmaniyah sangat menaikkan pajak ekspor. Dalam beberapa tahun, tawas ditemukan dalam jumlah besar di Italia. Paus Pius II melarang semua impor dari timur, menggunakan keuntungan dari perdagangan tawas untuk memulai perang dengan Utsmaniyah. Tawas yang baru ditemukan ini memainkan peran penting dalam farmasi Eropa, tetapi harga tinggi yang ditetapkan oleh pemerintah kepausan akhirnya membuat negara-negara lain memulai produksi tawas mereka sendiri; penambangan tawas skala besar dilakukan oleh daerah lain di Eropa pada abad ke-16.

Sintesis logam

Pada 1760, de Henouville mencoba mereduksi alumina menjadi logamnya namun tidak berhasil. Ia mengklaim telah mencoba setiap metode reduksi yang diketahui pada saat itu, meskipun metodenya tidak dipublikasikan. Mungkin dia mencampurkan alum dengan karbon atau zat organik, dengan garam atau soda untuk fluks, dan memanaskannya dalam api arang. Ahli kimia Austria Anton Leopold Ruprecht dan Matteo Tondi mengulangi eksperimen Baron pada 1790, yang secara signifikan meningkatkan suhu. Mereka menemukan partikel logam kecil yang mereka yakini sebagai logam yang dicari; tetapi percobaan kemudian oleh ahli kimia lain menunjukkan ini besi fosfida dari kotoran di arang dan abu tulang. Ahli kimia Jerman Martin Heinrich Klaproth berkomentar setelahnya, "jika ada batuan yang telah diletakkan dalam kondisi di mana sifat logamnya harus diungkapkan, jika ada, batuan yang terpapar pada eksperimen yang cocok untuk mereduksinya, diuji dalam api terpanas dengan segala macam metode, pada skala besar maupun kecil, bahwa batuan tersebut pastinya adalah alumina, namun belum ada yang merasakan logamisasi itu."  Lavoisier pada tahun 1794 dan kimiawan Prancis Louis-Bernard Guyton de Morveau pada tahun 1795 melelehkan alumina menjadi enamel putih dalam api arang yang dihasilkan dari oksigen murni tetapi tidak menemukan logam. Kimiawan Amerika Robert Hare melelehkan alumina dengan suatu pipa tiup oksihidrogen pada tahun 1802, juga mendapatkan enamel, tetapi masih belum menemukan logam.
Pada tahun 1807, ahli kimia Inggris Humphry Davy berhasil mengelektrolisis alumina dengan baterai alkali, tetapi paduan yang dihasilkan mengandung kalium dan natrium, dan Davy tidak memiliki alat untuk memisahkan logam yang diinginkan dari logam-logam tersebut. Dia kemudian memanaskan alumina dengan kalium, membentuk kalium oksida tetapi tidak dapat menghasilkan logam yang dicari. Pada 1808, Davy melakukan percobaan berbeda pada elektrolisis alumina, menetapkan bahwa alumina terurai dalam busur listrik tetapi membentuk logam yang tercampur dengan besi; ia tidak dapat memisahkan keduanya. Akhirnya, ia mencoba percobaan elektrolisis lain, berusaha mengumpulkan logam pada besi, tetapi sekali lagi tidak dapat memisahkan logam yang diinginkan darinya. Davy menyarankan logam tersebut dinamai alumium pada tahun 1808 dan aluminum pada tahun 1812, yang kemudian menghasilkan nama yang digunakan hingga saat ini. Ilmuwan lain menggunakan ejaan aluminium; ejaan yang sebelumnya digunakan kembali di Amerika Serikat dalam beberapa dekade berikutnya.
Ahli kimia Amerika Benjamin Silliman mengulangi percobaan Hare pada tahun 1813 dan memperoleh butiran kecil dari logam yang dicari, yang hampir terbakar dengan cepat.
Pada tahun 1824, fisikawan Denmark Hans Christian Ørsted berusaha memproduksi logam tersebut. Dia mereaksikan aluminium klorida anhidrat dengan amalgam kalium, menghasilkan benjolan logam yang terlihat mirip timah. Dia mempresentasikan hasil tersebut dan menunjukkan sampel logam baru pada tahun 1825. Pada tahun 1826, ia menulis, "aluminium memiliki kilau logam dan warna agak keabu-abuan serta memecah air dengan sangat lambat"; hal ini menunjukkan bahwa dia telah memperoleh paduan aluminium-kalium, daripada aluminium murni. Ørsted tidak terlalu mementingkan penemuannya tersebut. Dia tidak memberi tahu Davy atau Berzelius, yang keduanya dia kenal, dan menerbitkan karyanya di majalah Denmark yang tidak diketahui publik Eropa. Akibatnya, ia sering tidak dikreditkan sebagai penemu unsur tersebut; beberapa sumber sebelumnya mengklaim Ørsted belum mengisolasi aluminium.
Berzelius mencoba mengisolasi logam aluminium pada tahun 1825 dengan hati-hati mencuci analog kalium dari garam basa dalam kriolit di suatu wadah. Sebelum percobaan, ia telah mengidentifikasi rumus garam ini dengan benar sebagai K₃AlF₆. Dia tidak menemukan logam, tetapi percobaannya nyaris berhasil dan berhasil direproduksi berkali-kali kemudian. Kesalahan Berzelius adalah menggunakan kelebihan kalium, yang membuat larutan terlalu basa dan melarutkan semua aluminium yang baru terbentuk.
Ahli kimia Jerman Friedrich Wöhler mengunjungi Ørsted pada tahun 1827 dan menerima izin eksplisit untuk melanjutkan penelitian aluminium, yang Ørsted nyatakan "tidak punya waktu" untuk hal tersebut. Wöhler mengulangi eksperimen Ørsted tetapi tidak mengidentifikasi aluminium apa pun. (Wöhler kemudian menulis kepada Berzelius, "apa yang dianggap Oersted sebagai gumpalan aluminium tentu tidak lain adalah kalium yang mengandung aluminium".) Dia melakukan percobaan serupa, mencampur aluminium klorida anhidrat dengan kalium, dan menghasilkan bubuk aluminium. Setelah mendengar tentang ini, Ørsted menyarankan aluminiumnya sendiri mungkin mengandung kalium. Wöhler melanjutkan penelitiannya dan pada tahun 1845 mampu menghasilkan potongan-potongan kecil logam dan menggambarkan beberapa sifat fisiknya. Deskripsi Wöhler tentang sifat tersebut menunjukkan ia telah memperoleh aluminium yang tidak murni. Ilmuwan lain juga gagal mereproduksi eksperimen Ørsted, dan Wöhler dikreditkan sebagai penemu logam aluminium. Sementara Ørsted tidak mementingkan prioritas penemuan tersebut, beberapa orang Denmark mencoba menunjukkan bahwa dia telah memperoleh aluminium. Pada tahun 1921, alasan ketidakkonsistenan antara eksperimen Ørsted dan Wöhler ditemukan oleh ahli kimia Denmark Johan Fogh, yang menunjukkan bahwa eksperimen Ørsted berhasil berkat penggunaan sejumlah besar aluminium klorida berlebih dan campuran amalgam dengan kandungan kalium yang rendah. Pada tahun 1936, para ilmuwan dari perusahaan penghasil aluminium Amerika Alcoa berhasil menciptakan kembali eksperimen itu. Namun, banyak sumber kemudian masih menyebut Wöhler sebagai penemu.

Produksi elektrolitik dan komersialisasi

Aluminium pertama kali disintesis secara independen menggunakan elektrolisis pada 1854 oleh ahli kimia Jerman Robert Wilhelm Bunsen dan Deville. Metode mereka tidak menjadi dasar untuk produksi industri aluminium karena pasokan listrik tidak efisien pada saat itu. Hal ini berubah setelah insinyur Belgia Zénobe-Théophile Gramme menemukan dinamo pada tahun 1870, yang memungkinkan terciptanya sejumlah besar listrik. Penemuan arus tiga fase oleh insinyur Rusia Mikhail Dolivo-Dobrovolsky pada tahun 1889 membuat transmisi listrik ini pada jarak jauh dapat dicapai. Segera setelah penemuannya, Bunsen pindah ke bidang lain yang kemudian karya Deville diperhatikan oleh Napoleon III; inilah alasan mengapa penelitian Deville yang didanai Napoleon pada produksi aluminium telah dimulai. Deville dengan cepat menyadari bahwa produksi elektrolitik tidak praktis pada saat itu dan beralih ke metode kimiawi, memberikan hasil akhir tahun itu.
Metode produksi skala besar pertama dikembangkan secara independen oleh insinyur Prancis Paul Héroult dan insinyur Amerika Charles Martin Hall pada tahun 1886; saat ini dikenal sebagai proses Hall–Héroult. Elektrolisis alumina murni tidak praktis mengingat titik leburnya yang sangat tinggi; baik Héroult dan Hall menyadari bahwa titik lebur tersebut dapat diturunkan secara signifikan dengan adanya kriolit cair. Héroult diberikan paten di Perancis pada bulan April dan kemudian di beberapa negara Eropa lainnya; ia juga mengajukan paten AS pada bulan Mei. Setelah mendapatkan paten, Héroult tidak dapat menemukan minat pada penemuannya. Ketika meminta nasihat profesional, dia diberitahu tidak ada permintaan untuk aluminium tetapi beberapa untuk aluminium perunggu. Pabrik di Salindres tidak ingin memperbaiki proses mereka. Pada tahun 1888, Héroult dan rekan-rekannya mendirikan Aluminium Industrie Aktiengesellschaft dan memulai produksi industri aluminium perunggu di Neuhausen am Rheinfall. Kemudian, Société électrométallurgique française didirikan di Paris. Mereka meyakinkan Héroult untuk kembali ke Prancis, membeli patennya, dan mengangkatnya sebagai direktur pabrik peleburan di Isère, yang memproduksi aluminium perunggu dalam skala besar pada awalnya dan aluminium murni dalam beberapa bulan.
Pada saat yang sama, Hall memproduksi aluminium dengan proses yang sama di rumahnya di Oberlin. Dia mengajukan paten pada bulan Juli, dan kantor paten memberi tahu Hall tentang adanya "gangguan" dengan aplikasi Héroult. Cowles bersaudara menawarkan bantuan hukum. Pada saat itu, Hall telah gagal mengembangkan proses komersial untuk investor pertamanya, dan dia beralih ke percobaan di pabrik peleburan Cowles di Lockport. Dia bereksperimen selama setahun tanpa banyak keberhasilan tetapi mendapat perhatian investor. Hall bersama-sama mendirikan Pittsburgh Reduction Company pada tahun 1888 dan memprakarsai produksi aluminium. Paten Hall diberikan pada tahun 1889. Pada tahun 1889, produksi Hall mulai menggunakan prinsip pemanasan internal. Pada September 1889, produksi Hall tumbuh 385 pon (175 kilogram) dengan biaya $0.65 per pon. Pada 1890, perusahaan Hall masih kekurangan modal dan tidak membayar dividen; Hall harus menjual sebagian sahamnya untuk menarik investasi. Selama tahun itu, sebuah pabrik baru di Patricroft dibangun. Pabrik peleburan di Lockport tidak dapat menahan persaingan dan ditutup pada tahun 1892.
Proses Hall–Héroult mengubah alumina menjadi logam. Ahli kimia Austria Carl Josef Bayer menemukan cara memurnikan bauksit untuk menghasilkan alumina pada tahun 1888 di sebuah pabrik tekstil di Saint Petersburg dan mendapatkan paten pada akhir tahun tersebut; proses tersebut saat ini dikenal sebagai proses Bayer. Bayer men-sintering bauksit dengan alkali kemudian merendamnya dengan air; setelah mengaduk larutan tersebut dan menambahkan agen pembenih ke dalamnya, ia menemukan endapan aluminium hidroksida murni, yang terurai menjadi alumina saat dipanaskan. Pada tahun 1892, ketika bekerja di pabrik kimia di Yelabuga, ia menemukan kandungan aluminium bauksit yang dilarutkan dalam sisa basa dari isolasi padatan alumina; hal ini sangat penting untuk penggunaan metode ini dalam industri. Dia diberi hak paten akhir tahun itu.