Tahapan Penting Proses Metalurgi

Lancang Kuning  -  Metalurgi adalah bidang ilmu dan teknik material yang mempelajari perilaku fisik dan kimia elemen logam, senyawa intermetalik, dan paduan logam yang disebut paduan atau lak. Metalurgi juga merupakan teknologi logam, yaitu penerapan ilmu dalam produksi logam dan rekayasa komponen logam untuk digunakan dalam produk yang ditujukan untuk konsumen dan industri manufaktur. Produksi logam meliputi pengolahan bijih untuk mengekstrak kandungan logamnya, dan paduan logam, kadang-kadang dengan elemen non-logam, untuk menghasilkan paduan. Metalurgi berbeda dari kerajinan pengerjaan logam, meskipun kemajuan teknis dalam pengerjaan logam bergantung pada perkembangan ilmu metalurgi, seperti halnya kemajuan teknis dalam praktik medis bergantung pada perkembangan ilmu kedokteran.

Metalurgi dibagi menjadi metalurgi besi-baja (ilmu logam hitam) dan metalurgi non-besi (ilmu logam warna-warni).

Metalurgi besi-baja meliputi metode pengolahan unsur besi dan pembuatan paduan logam berdasarkan besi, sedangkan metalurgi non-besi meliputi metode pengolahan dan pembuatan paduan logam dengan logam dasar selain besi. Produksi besi-baja menguasai 95 persen produksi logam dunia.

Metalurgi biasanya melibatkan beberapa tahap: (1) penambangan, (2) pemekatan bijih atau penyiapannya untuk pengolahan lebih lanjut, (3) reduksi bijih untuk mendapatkan logam bebas, (4) pengayakan atau pemurnian logam, dan (5) pencampuran logam. logam dengan unsur lain. elemen lain untuk memodifikasi propertinya. Proses terakhir akan menghasilkan paduan, bahan logam yang terdiri dari dua atau lebih elemen.

Proses metalurgi

       Setelah ditambang, bijih biasanya dihancurkan dan digiling dan kemudian diolah untuk mengkonsentrasikan logam yang diinginkan. Tahap konsentrasi tergantung pada sifat yang berbeda dari mineral dan bahan yang tidak diinginkan yang menyertainya yang disebut gangue (diucapkan "gang"). Misalnya, penambang emas yang mendulang emas akan menggunakan panci untuk menyaring gangue dari gumpalan emas. Setelah bijih terkonsentrasi, berbagai proses kimia digunakan untuk mendapatkan logam dengan kemurnian yang tepat. Proses-proses ini dapat diklasifikasikan ke dalam proses metalurgi seperti: pirometalurgi, hidrometalurgi atau elektrometalurgi.

 1. Pirometalurgi

         Sejumlah besar proses metalurgi menggunakan suhu tinggi untuk mengubah sifat kimia mineral dan akhirnya mereduksinya menjadi logamnya. Penggunaan panas untuk mengubah atau mereduksi mineral disebut pyrometallurgy (pyro berarti pada suhu tinggi). Operasi yang dilakukan dalam pyrometallurgy adalah:

Kalsinasi

Istilah kalsinasi berarti dekomposisi termal padatan yang dinyatakan dengan rumus umum:

            Padat 1 → padat 2 + gas

dimana padatan 1 umumnya merupakan senyawa karbonat dan padatan 2 adalah oksida. Jadi kalsinasi adalah memanaskan bijih untuk menguraikan dan menghilangkan produk yang mudah menguap. Produk yang mudah menguap dapat berupa CO2 atau H2O. Karbonat sering dikalsinasi untuk mengeluarkan CO2 untuk membentuk oksida logam, misalnya:

            PbCO3(s) → PbO(s) + CO2(g)

Kebanyakan karbonat terurai agak cepat pada suhu di kisaran 400 sampai 500 oC, meskipun CaCO3 membutuhkan suhu sekitar 1000 oC. Sedangkan sebagian besar hidrat mineral kehilangan H2O pada suhu berkisar antara 100 hingga 300 oC.

Memanggang (memanggang)

Roasting adalah perlakuan termal yang menyebabkan reaksi kimia bijih dan suhu tungku. Proses ini biasanya digunakan untuk bijih sulfida; dan proses ini adalah yang paling penting dan paling rumit dari semua proses metalurgi. Proses ini dilakukan dengan memanaskan bijih sulfida di udara atau oksigen.

Pemanggangan menghasilkan oksidasi atau reduksi dan dapat diikuti dengan kalsinasi. Pemanggangan yang penting adalah oksidasi bijih sulfida di mana logam diubah menjadi oksida seperti pada contoh berikut:

            2 ZnS(s) + 3 O2(g) → 2 ZnO(s) + 2 SO2(g)

            2 MoS2(s) + 7 O2(g) → 2 MoO3(s) + 4 SO2(g)

Bijih sulfida dari logam yang kurang aktif seperti merkuri dapat dipanggang menjadi logam bebas:

            HgS(s) + O2(g) → Hg(g) + SO2(g)

Dalam banyak kasus, logam bebas juga dapat diperoleh melalui pengurangan atmosfer selama pemanggangan. Karbon monoksida dapat menciptakan suasana seperti itu dan sering digunakan untuk mereduksi oksida logam:

            PbO(s) + CO(g) → Pb(l) + CO2(g)

Namun, metode reduksi tidak selalu memungkinkan, terutama dengan logam aktif yang sulit direduksi.

Peleburan (peleburan)

      Melting adalah proses peleburan di mana bahan yang terbentuk dalam reaksi kimia dipisahkan menjadi dua atau lebih lapisan (bisa terak, matte, speiss atau logam). Peleburan sering kali melibatkan langkah pemanggangan dalam tungku yang sama. Dua jenis lapisan penting yang terbentuk dalam peleburan adalah logam cair dan terak. Logam yang menyatu mungkin mengandung hampir keseluruhan logam tunggal atau mungkin larutan dari dua atau lebih logam. Terak terdiri dari mineral silika yang menyatu dengan aluminat, fosfat, fluorida dan senyawa ionik lainnya sebagai konstituen. Terak terbentuk ketika oksida logam dasar seperti CaO bereaksi pada suhu tinggi dengan silika leburan, SiO2:

            CaO(l) + SiO2(l) → CaSiO3(l)

Operasi pirometalurgi dapat mencakup tidak hanya konsentrasi dan pengurangan mineral tetapi juga pembersihan (pemurnian, penghilangan kotoran). Proses pembersihan adalah pengolahan bahan baku produk logam dari proses metalurgi yang relatif tidak murni untuk meningkatkan kemurniannya dan untuk menentukan komposisi yang lebih baik. Terkadang tujuan dari proses pembersihan adalah untuk mendapatkan logam dalam bentuk murni, tetapi bisa juga untuk menghasilkan campuran dengan komposisi tertentu.

 2. Hidrometalurgi

Operasi pirometalurgi membutuhkan energi dalam jumlah besar dan sering menjadi sumber polusi atmosfer, terutama sulfur dioksida. Dalam seratus tahun terakhir, teknik baru telah dikembangkan di mana logam diekstraksi dari bijihnya dengan menggunakan reaksi aqua atau air. Proses ini disebut hidrometalurgi (hydro berarti air).

Proses hidrometalurgi yang paling penting adalah pelindian di mana senyawa yang mengandung logam yang diinginkan dilarutkan secara selektif. Jika senyawa larut dalam air, air itu sendiri adalah pelarut yang cocok. Pelarut umum dalam larutan berair adalah asam, basa dan garam. Seringkali proses pembubaran melibatkan pembentukan ion kompleks.

Logam emas sering ditemukan cukup murni di alam. Karena deposit emas unsur yang padat mulai menipis, sumber dengan kandungan rendah menjadi lebih penting. Emas dari bijih kadar rendah sering terkonsentrasi dalam proses yang disebut sianidasi. Bijih yang dihancurkan ditempatkan pada pelat cor semen besar dan larutan NaCN disemprotkan di atasnya. Dengan adanya CN– dan udara, emas teroksidasi dan larut membentuk ion Au(CN)2– yang stabil:

4 Au(s) + 8 CN–(aq) + O2(g) + 2 H2O(l) → Au(CN)2–(aq) + 4 OH–(aq)

Setelah ion logam dilebur secara selektif dari bijih, mereka diendapkan dari larutan sebagai logam bebas atau sebagai senyawa ionik yang tidak larut. Misalnya, emas diperoleh dari kompleks sianidanya melalui reduksi dengan bubuk seng:

            2 Au(CN)2–(aq) + Zn(s) → Zn(CN)42–(aq) + 4 Au(s)

3. Elektrometalurgi

Banyak proses yang digunakan untuk mereduksi bijih logam atau membersihkan logam didasarkan pada elektrolisis. Proses ini secara kolektif disebut sebagai elektrometalurgi. Prosedur elektrometalurgi dapat dibedakan secara luas menurut apakah mereka melibatkan elektrolisis garam cair atau larutan berair. Metode elektrolisis penting untuk mendapatkan logam yang lebih aktif seperti natrium, magnesium dan aluminium. Logam-logam ini tidak dapat diperoleh dari larutan berair karena air lebih mudah direduksi daripada ion logam. Potensi reduksi standar air dalam kondisi asam dan basa lebih positif daripada Na+ (Eored = -2,71 V), Mg2+ (Eored = -2,37 V), dan Al3+ (Eored = -1,66 V):

            2H+(aq) + 2 e– → H2(g) Eored = 0,00 V

            2H2O(l) + 2 e– → H2(g) + 2OH–(aq) Eored = – 0,83 V

Untuk membentuk logam-logam tersebut dengan cara reduksi elektrokimia, perlu digunakan media leburan garam dimana ion logam yang akan diperoleh merupakan spesies yang mudah direduksi.

Esensi

    Untuk memperoleh logam dari bijih dilakukan proses ekstraksi logam yang memiliki tiga jenis yaitu hidrometalurgi, pirometalurgi, dan elektrometalurgi. Proses ekstraksi logam dilakukan melalui tahapan sebagai berikut: konsentrasi bijih, proses reduksi, dan proses pemurnian.

Temperatur merupakan salah satu faktor yang menentukan berlangsung atau tidaknya suatu reaksi reduksi dalam proses ekstraksi logam. Pengaruh suhu pada suatu reaksi dapat ditentukan dengan persamaan Gibbs. Selain menggunakan persamaan Gibbs, pengaruh temperatur dengan reaksi reduksi bijih logam dapat dilihat melalui diagram Ellingham.

(Desi)