Aluminium

Sejarah

Pada abad ke-19, sebelum ditemukannya proses elektrolisis, aluminium hanya bisa didapatkan dari bauksit dengan proses kimia Wöhler. Dibandingkan dengan elektrolisis, proses ini sangat tidak ekonomis, dan harga aluminium dulunya jauh melebihi harga emas. Karena dulu dianggap sebagai logam berharga, Napoleon III dari Prancis (1808-1873) pernah melayani tamunya yang pertama dengan piring aluminium dan tamunya yang kedua dengan piring emas dan perak. Pada tahun 1886, Charles Martin Hall dari Amerika Serikat (1863-1914) dan Paul L.T. Héroult dari Prancis (1863-1914) menemukan proses elektrolisis yang sampai sekarang membuat produksi aluminium ekonomis.

Proses Bayer

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 elektroda (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 katoda. Karbon anoda berada dibagian bawah pot sebagai lapisan pot, dengan aliran arus kuat 5-10 V antara anoda 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(Anonymous,2009). Secara umum, 4 ton bauksit akan menghasilkan 2 ton alumina, yang nantinya akan menghasilkan 1 ton aluminium.

Daur Ulang Aluminium

Secara teori 100% aluminium bisa didaur ulang tanpa kehilangan beratnya. Namun dalam praktik, proses daur-ulang menyebabkan susutnya berat yang signifikan. Daur ulang melibatkan proses pencairan aluminium, sebuah proses yang membutuhkan hanya 5% dari energi yang digunakan untuk memproduksi aluminium dari bijih. Dalam proses ini aluminium mengalami kehilangan berat hingga 15% dari berat bahan baku. Hilangnya berat disebabkan terjadinya oksidasi oleh udara selama berlangsungnya proses pelelehan, menjadi oksida aluminium (Al2O3). Persentase penurunan berat juga disebabkan jenis aluminium yang di daur ulang. Aluminium plat tipis memiliki tingkat risiko kehilangan berat yang jauh lebih besar dibanding aluminium yang lebih plat tebal.
Meskipun aluminium hasil daur ulang memiliki kadar yang lebih rendah dibanding aluminium hasil produksi, tetapi Aluminium hasil daur ulang masih mempertahankan sifat fisik yang sama dengan aluminium hasil pabrikasi. Hasil aluminium daur ulang disebut dengan istilah aluminium sekunder. Aluminium sekunder diproduksi dalam berbagai format dan digunakan di 80% dari suntikan paduan. Penggunaan lain yang penting adalah ekstrusi.
Sampah putih yang merupakan limbah dari produksi aluminium primer dan dari daur ulang sekunder masih mengandung sejumlah aluminium yang dapat diekstraksi industri. Proses ini menghasilkan billet aluminium, bersama-sama dengan bahan limbah yang sangat kompleks. Limbah proses aluminium sangat sulit dikelola. Limbah yang terkena air akan melepaskan campuran gas (termasuk, antara lain, hidrogen, asetilena, dan amonia), yang secara spontan menyatu saat kontak dengan udara; kontak limbah dengan udara lembab akan melepaskan gas amonia. Meskipun adanya kesulitan-kesulitan ini, limbah sisa pemrosesan aluminium bisa digunakan sebagai pengisi dalam aspal, beton, dan sebagai bahan baku pembuatan bata tahan api.