Menerangkan material dan kemampuan proses

MENGENAL MATERIAL DAN KEMAMPUAN PROSES

1.       PENGERTIAN LOGAM

Logam adalah unsur kimia yang mempunyai sifat-sifat kuat, liat, keras, penghantar listrik dan panas, serta mempunyai titik cair tinggi. Bijih logam ditemukan dengan cara penambanganyang terdapat dalam keadaan murni atau bercampur. Bijih logam yang ditemukan dalam keadaan murni yaitu emas, perak, bismut, platina, dan ada yang bercampur dengan unsur-unsur seperti karbon, sulfur, fosfor, silikon, serta kotoran seperti tanah liat, pasir, dan tanah.

Bijih logam yang ditemukan dengan cara penambangan terlebih dahulu dilakukan proses pendahuluan sebelum diolah dalam dapur pengolahan logam dengan cara dipecah sebesar kepalan tangan, dipilih yang mengandung unsur logam, dicuci dengan air untukmengeluarkan kotoran, dan terakhir dikeringkan dengan cara dipanggang untuk mengeluarkan uap yang mengandung air. Ada dua jenis logam. Yaitu logam ferro dan non ferro.

1.1.  Logam Ferro

Logam ferro adalah adalah logam besi(Fe). Besi merupakan logam yang penting dalam bidang teknik, tetapi besi murni terlalu lunak dan rapuh sebagai bahan kerja, bahan konstruksi dll. Oleh karena itu besi selalu bercampur dengan unsur lain, terutama zat arang/karbon (C).

Sebutan besi dapat berarti :

1.       Besi murni dengan simbol kimia Fe yang hanya dapat diperoleh dengan jalan reaksi kimia.

2.       Besi teknik adalah yang sudah atau selalu bercampur dengan unsur lain.

Besi teknik terbagi atas tiga macam yaitu :

1.       Besi mentah atau besi kasar yang kadar karbonnya lebih besar dari 3,7%.

2.       Besi tuang yang kadar karbonnya antara 2,3 sampai 3,6 % dan tidak dapat ditempa. Disebut besi tuang kelabu karena karbon tidak bersenyawa secara kimia dengan besi melainkan sebagai  karbon yang lepas yang memberikan warna abu-abu kehitaman, dan disebut besi tuang putih karena karbon mampu bersenyawa dengan besi.

3.       Baja atau besi tempa yaitu kadar karbonnya kurang dari 1,7 % dan dapat ditempa.

Logam ferro juga disebut besi karbon atau baja karbon. Bahan dasarnya adalah unsur besi (Fe) dan karbon ( C) , tetapi sebenarnya juga mengandung unsur lain seperti : silisium, mangan, fosfor, belerang dan sebagainya yang kadarnya relatif rendah. Unsur-unsur dalam campuran itulah yang mempengaruhi sifat-sifat besi atau baja pada umumnya, tetapi unsur zat arang (karbon) yang paling besar pengaruhnya terhadap besi atau baja terutama kekerasannya.

Pembuatan besi atau baja dilakukan dengan mengolah bijih besi di dalam dapur tinggi yang akan menghasilkan besi kasar atau besi mentah. Besi kasar belum dapat digunakan sebagai bahan untuk membuat benda jadi maupun setengah jadi, oleh karena itu, besi kasar itu masih harus diolah kembali di dalam dapur-dapur baja. Logam yang dihasilkan oleh dapur baja itulah yang dikatakan sebagai besi atau baja karbon, yaitu bahan untuk membuat benda jadi maupun setengah jadi.

1.2.   Logam Non Ferro

Logam non ferro atau logam bukan besi adalah logam yang tidak mengandung unsur besi (Fe). Logam non ferro murni kebanyakan tidak digunakan begitu saja tanpa dipadukan dengan logam lain, karena biasanya sifat-sifatnya belum memenuhi syarat yang diinginkan. Kecuali logam non ferro murni, platina, emas dan perak tidak dipadukan karena sudah memiliki sifat yang baik, misalnya ketahanan kimia dan daya hantar listrik yang baik serta cukup kuat, sehingga dapat digunakan dalam keadaan murni. Tetapi karena harganya mahal, ketiga jenis logam ini hanya digunakan untuk keperluan khusus. Misalnya dalam teknik proses dan laboratorium di samping keperluan tertentu seperti perhiasan dan sejenisnya.

Logam non fero juga digunakan untuk campuran besi atau baja dengan tujuan memperbaiki sifat-sifat bajja. Dari jenis logam non ferro berat yang sering digunakan uintuk paduan baja antara lain, nekel, kromium, molebdenum, wllfram dan sebagainya. Sedangkan dari logam non ferro ringan antara lain: magnesium, titanium, kalsium dan sebagainya.

‘’Secara garis besar material atau bahan dibedakan menjadi dua,yaitu bahan logam (metal) dan non logam. Bahan logam dibedakan lagimejadi logam besi (ferro) dan bukan besi (non ferro). Termasuk logamferro adalah besi cor, baja karbon, baja paduan, dan baja stainless’’

2.       Berbagai Macam Sifat Logam

Logam mempunyai beberapa sifat antara lain: sifat mekanis, sifat fisika, sifat kimia, dan sifat pengerjaan. Sifat mekanis adalah kemampuan suatu logam untuk menahan beban yang diberikan pada logam tersebut. Pembebanan yang diberikan dapat berupa pembebanan statis (besar dan arahnya tetap), ataupun pembebanan dinamis (besar dan arahnya berubah).

Yang termasuk sifat mekanis pada logam, antara lain: kekuatan bahan (strength), kekerasan elastisitas, kekakuan, plastisitas,kelelahan bahan, sifat fisika, sifat kimia, dan sifat pengerjaan.

Ø  Kekuatan (strength) adalah kemampuan material untuk menahan tegangan tanpa kerusakan. Beberapa material seperti baja struktur, besi tempa, alumunium, dan tembaga mempunyai kekuatan tarik dan tekan yang hampir sama. Sementara itu, kekuatan gesernya kira-kira dua pertiga kekuatan tariknya. Ukuran kekuatan bahan adalah tegangan maksimumnya, atau gaya terbesar persatuan luas yang dapat ditahan  bahan  tanpa  patah.  Untuk  mengetahui  kekuatan  suatu  material  dapat dilakukan dengan pengujian tarik, tekan, atau geser.

Ø  Kekerasan  (hardness)  adalah  ketahanan  suatu  bahan  untuk  menahan pembebanan yang dapat berupa goresan atau penekanan. Kekerasan merupakan kemampuan suatu material untuk menahan takik atau kikisan. Untuk mengetahui kekerasan suatu material digunakan Uji Brinell.

Ø  Kekakuan adalah ukuran kemampuan suatu bahan untuk menahan perubahan bentuk atau deformasi setelah diberi beban.

Ø  Kelelahan bahan adalah kemampuan suatu bahan untuk menerima beban yang berganti-ganti dengan tegangan maksimum diberikan pada setiap pembebanan.

Ø  Elastisitas adalah kemampuan suatu bahan untuk kembali ke bentuk semula setelah  menerima  beban  yang  mengakibatkan  perubahan  bentuk.  Elastisitasmerupakan kemampuan suatu material untuk kembali ke ukuran semula setelahgaya dari luar dilepas. Elastisitas ini penting pada semua struktur yang mengalami beban yang berubah-ubah terlebih pada alat-alat dan mesin-mesin presisi.

Ø  Plastisitas adalah kemampuan suatu bahan padat untuk mengalami perubahan bentuk tetap tanpa ada kerusakan.

Ø  Sifat fisika adalah karakteristik suatu bahan ketika mengalami peristiwa fisika  seperti adanya pengaruh panas atau listrik. Yang termasuk sifat-sifat fisika adalah sebagai berikut: titik lebur, kepadatan, daya hantar panas, dan daya hantar listrik.

Ø  Sifat kimia adalah kemampuan suatu logam dalam mengalami peristiwa korosi. Korosi adalah terjadinya reaksi kimia antara suatu bahan dengan lingkungannya. Secara garis besar ada dua macam korosi, yaitu korosi karena efek galvanis dan reaksi kimia langsung.

Ø  Sifat pengerjaan adalah suatu sifat yang timbul setelah diadakannya proses pengolahan tertentu. Sifat pengerjaan ini harus diketahui terlebih dahulu sebelum pengolahan logam dilakukan.

Ada dua macam pengerjaan yang biasa dilakukan sebagai berikut.

·         Mineral

Mineral merupakan suatu bahan yang banyak terdapat di dalam bumi, yang mempunyai bentuk dan ciri-ciri khusus serta mempunyai susunan kimia yang tetap. Mineral memiliki ciri-ciri khas antara lain sebagai berikut.

1. Warna, mineral mempunyai warna tertentu, misalnya malagit berwarna hijau, lazurit berwarna biru, dan ada pula mineral yang memiliki bermacam-macamwarna misalnya kuarsa.
2. Cerat, merupakan warna yang timbul bila mineral tersebut digoreskan pada porselen yang tidak dilicinkan.
3. Kilatan  merupakan  sinar  suatu  mineral  apabila  memantulkan  cahaya  yang dikenakan kepadanya. Misalnya emas, timah, dan tembaga yang mempunyai kilat logam. Kristal atau belahan merupakan mineral yang mempunyai bidang datar halus. Misalnya, seng, bentuk kristalnya dapat dipecah-pecah menjadi beberapa kubus dan patahannya akan terlihat dengan jelas. Setiap mineral memiliki bentuk Kristal yang berbeda-beda. Contohnya bentuk kubus pada galmer (bilih seng), bentuk heksagonal (enam bidang) pada kuarsa, dan lain-lain.
4. Berat jenis, mineral mempunyai berat jenis antara 2 – 4 ton/m. Berat jenis iniakan berubah setelah diolah menjadi bahan.

·         Berbagai Jenis Sumber Daya Mineral

1.  Unsur-unsur logam

Unsur-unsur logam dibagi lagi dalam dua kelompok menurut banyaknya, yaitu yang berlimpah di kerak bumi seperti besi, alumunium, mangan, dan tita-nium, dan yang sedikit terdapat di alam seperti tembaga, timah hitam.

2. Unsur-unsur non logam

Unsur-unsur non logam (nonmetallic) dapat dibagi menjadi empat kelompok berdasarkan kegunaannya, antara lain :

·   Natrium  klorida,  kalsium  fosfat,  dan  belerang  merupakan  bahan-bahan utama industri-industri kimia dan pupuk buatan.

·   Pasir, batu kerikil, batu hancur, gips, dan semen terutama dipakai sebagai bahan-bahan bangunan dan konstruksi lainnya.

·   Bahan bakar fosil, yaitu yang berasal dari sisa-sisa tanaman dan binatang seperti  batu  bara,  minyak  bumi,  dan  gas  alam.  Persediaan  energi  kita sekarang sangat bergantung pada bahan-bahan ini.

·   Air merupakan sumber mineral terpenting dari semuanya yang terdapat melimpah di permukaan bumi. Tanpa air tidak mungkin kita dapat menanam dan menghasilkan bahan makanan.

3.       Pemurnian Mineral

Mineral pada awalnya ditemukan di alam masih bercampur dengan mineral lain sehingga perlu dilakukan proses pemurnian untuk mendapatkan satu bentuk mineral. Pemurnian mineral adalah proses memisahkan satu bentuk mineral dari mineral-mineral lainnya melalui satu proses dan cara tertentu.

3.1.     Proses pemurnian bijih besi

Melebur  dan  mengoksidasi  besi  adalah  proses  kimia  yang  sederhana. Selama proses itu, karbon dalam bentuk kokas dan oksida besi bereaksi pada suhu tinggi, membentuk metalik iron (besi yang bersifat logam) dan gas karbon dioksida. Karena bijih besi jarang ada yang murni, batu kapur (CaCO3) harus juga ditambahkan sebagai imbuh (flux) agar bercampur dengan kotoran-kotoran dan mengeluarkannya sebagai slag (terak).

      Sejak abad ke-14 besi mulai diproduksi dalam jumlah besar dan dasar-dasar  eksploitasi  industri  besi  secara  modern  sudah  dimulai.  Setelah  itu diperoleh berbagai penemuan dalam produksi besi, antara lain: (a) metode untuk memproduksi baja yang berkualitas tinggi dari besi kasar, (b) prosedur-prosedur

tanur yang lebih efisien, termasuk juga pemakaian kokas yang dibuat dari batu bara sebagai pengganti arang kayu, akibat semakin berkurangnya persediaan kayu, (c) metode-metode untuk mereduksi bijih besi. (d) metode-metode untuk memanfaatkan  bijih-bijih  besi  yang  mengandung  kotoran-kotoran  perusak seperti  fosfor  dan  belerang,  dan  (e)  metode-metode  untuk  memproses  bijih besi berkadar rendah.

3.2.     Proses pemurnian alumunium

Proses  pemurnian  alumunium  dengan  cara  memanaskan  alumunium hidroksida sampai lebih kurang 1.300°C (diendapkan), akan didapatkan alu-mina. Karena titik lelehnya tinggi, alumina dilarukan ke dalam cairan klorit (garam Na 3 AlF 6) yang berfungsi sebagai elektrolit sehingga titik lelehnya menjadi rendah (1000°C). Lima belas persen alumina (Al2O3) dapat diuraikan ke dalam kriolit,sedang proses elektrolisis di sini sebagai reduksi Al2O3. Bijih bauksit mula-mula dimurnikan terlebih dahulu dengan proses kimiadan alumunium oksida murni diuraikan dengan elektrolisis. Bauksit dimasukkan ke  dalam  kauksit  soda,  alumina  di  dalamnya  membentuk  natrium  aluminat,bagian lain tidak bereaksi dan dapat dipisahkan.

3.3.     Proses pemurnian tembaga

Proses pemurnian tembaga diawali dengan penggilingan  bijih tembaga kemudian  dicampur  dengan  batu  kapur  dan  bahan  fluks  silika.  Tepung  bijih dipekatkan  terlebih  dahulu,  sesudah  itu  dipanggang  sehingga  terbentuk campuran FeS, FeO, SiO₂, dan CuS. Campuran ini disebut kalsin dan dilebur dengan batu kapur sebagi fluks dalam dapur reverberatory. Besi yang ada larut dalam terak dan tembaga, besi yang tersisa dituangkan ke dalam konventor. Udara dihembuskan ke dalam konventor selama 4 – 5 jam, kotoran-kotoran teroksidasi,  dan  besi  membentuk  terak  yang  dibuang  pada  selang  waktu tertentu. Panas oksidasi yang dihasilkan cukup tinggi sehingga muatan tetap cair dan sulfida tembaga akhirnya berubah menjadi oksida tembaga dan sulfat. Bila  aliran  udara  dihentikan,  oksida  bereaksi  dengan  sulfida  membentuk tembaga  blister  dan  dioksida  belerang.  Setelah  itu,  tembaga  ini  dilebur  dan dicor  menjadi  slab,  kemudian  diolah  lebih  lanjut  secara  elektronik  menjadi tembaga murni.

3.4.     Proses pemurnian timah putih (Sn)

Proses pemurnian timah putih diawali dengan memisahkan bijih timah dan pasir dengan mencuci lalu dikeringkan. Setelah itu, bijih itu dilebur di dalam dapur corong atau dapur nyala api dengan kokas dan dituang menjadi balok-balok kecil.

3.5.     Proses pemurnian timbel/timah hitam (Pb)

Bijih-bijih timbel harus dipanggang terlebih dahulu untuk menghilangkan sulfida-sulfida, sedang timbel dengan campurannya yang lain berubah menjadi oksida  timah  hitam  (PbO)  dan  sebagian  lagi  menjadi  timbel  sulfat  (PbSO₄). Dengan menambah kwarsa (SiO₂) pada sulfat di atas suhu yang tinggi akan mengubah timbel sulfat  menjadi silikat. Campuran silikat timbel dengan oksida timbel yang dipijarkan pakai kokas kemudian dicampur dengan batu kapur, akan menghasilkan timbel.

3.6.     Proses pemurnian seng (Zn)

Proses pemurnian seng diawali dengan memisahkan bijih seng kemudian dipanggang dalam dapur untuk mengeluarkan belerang dan asam arang. Setelah itu terjadilah oksida seng, karbonatnya terurai dan sulfidanya dioksidasi. Bijih seng didapat dari senyawa belerang di antaranya karbonat seng (ZnCO3), silikat seng (ZnSi_O4H2_O), dan sulfida seng (ZnS).

3.7.     Proses pemurnian magnesium

Untuk memperoleh magnesium dilakukan dengan jalan elektrolisis, yaitu dengan cara memijarkan oksida magnesium bersama-sama dengan zat arang (karbon) atau silisium ferro sebagai bahan reduksi. Setelah itu magnesium dapat terpisahkan.

3.8.     Proses pemurnian perak

Proses pemurnian perak dilakukan dengan jalan elektrolisis bijih-bijih perak. Bijih perak yang mengandung belerang dipanggang dahulu kemudian dicairkan. Bijih  yang  mengandung  timbel  dihaluskan  kemudian  dicairkan  dengan memasukkan zat asam yang banyak sampai timbel terbakar menjadi glit-timbel dan dikeluarkan sebagai terak. Setelah itu, hanya tertinggal peraknya saja.

3.9.     Proses pemurnian platina

Proses pemurnian platina tergantung pada zat-zat yang terkandung dalam bijih-bijih logam. Bijih-bijih yang mengandung emas dikerjakan dalam air raksa, sedangkan  platina  tidak  dapat  melarut  dalam  air  raksa.  Berikutnya  dengan proses  kimiawi  (proses  elektrolisis).  Platina  itu  dapat  dibersihkan  sampai tercapai keadaan yang murni.

3.10.  Proses pemurnian nikel (Ni)

Proses pemurnian nikel diawali dengan pembakaran bijih nikel, kemudian dicairkan  untuk  proses  reduksi  dengan  menggunakan  arang  dan  bahan tambahan  lain  dalam  sebuah  dapur  tinggi.  Dari  proses  tersebut  nikel  yang didapat kurang lebih 99%. Jika hasil yang diinginkan lebih baik (tidak berlubang), proses pemurniannya dikerjakan dengan jalan elektrolisis di atas sebuah cawan tertutup dalam dapur nyala api. Reduktor yang digunakan biasanya mangan dan fosfor.