INDUSTRI
BESI BAJA
MAKALAH
Disusun guna memenuhi tugas
mata kulilah : Proses Industri Kimia II
Di
susun oleh:
Nama : Risa Wati
NIM : 11 302 0057
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS WAHID
HASYIM
SEMARANG
2013
PRAKATA
Assallamuallaikum
Warrahmatullahi Wabarrakatuh
Alhamdulillah,
puji syukur atas kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat serta
hidayahnya sehingga penyusun bisa menyelesaikan tugas Proses Teknik Industri
Kimia II ini dengan baik, benar dan tepat waktu.
Makalah
ini disusun untuk memenuhi tugas beserta kebutuhan akan materi perkuliahan
Proses Teknik Industri Kimia II, namun makalah ini juga dapat dijadikan sebagai
buku pegangan/ petunjuk yang sekiranya sama dengan materi yang disampaikan.
Penyusun
menyadari bahwa makalah ini jauh dari kata sempurna, dari segi isi, cara
penyajian maupun dari segi bahasa yang digunakan namun penyusun telah berusaha
untuk menyelesaikan makalah ini dengan baik. “Tak ada gading yang tak retak”.
Sekiranya tegur sapa para pembaca dapat dijadikan motivasi untuk menyempurnakan
makalah ini.
Demikian,
kiranya makalah ini dapat bermanfaat bagi semuanya.
Wassalamuallaikum
Warrahmatullahi Wabarrakatuh
Semarang,
20 April 2013
PENYUSUN
BAB
I
PENDAHULUAN
I.LATAR BELAKANG
Besi (Fe) merupakan salah satu logam yang mempunyai peranan yang sangat
besar dalam kehidupan manusia, terlebih-lebih di zaman modern seperti sekarang.
Kelimpahannya juga sangat besar, dan merupakan jenis logam terbanyak kedua di
kulit bumi. Karena kelimpahannya yang sangat besar itulah maka besi banyak
digunakan dalam kehidupan sehari-hari dan industri konstruksi. Besi berada
dalam bentuk senyawanya, terutama sebagai bijih besi, yang mengandung Fe2O3
(hematite), Fe2O3.H2O (limonit), Fe3O4 (magnetic), FeCO3(siderite), dan FeS2
(pirit).
Indonesia, merupakan negara penghasil besi baja terkemuka di dunia.
Industri besi sekarang ini sering disebut basic industry yang merupakan penopang
pembangunan suatu bangsa. Mengingat Indonesia kaya akan hasil bumi terutama mineral, yang termasuk besi oksida (bijih besi).
Beragam kandungan hasil bijih besi di Indonesia memerlukan teknologi yang tepat
pula dalam proses pengolahannya agar dapat dijadikan suatau karya yang
bermanfaat bagi masyarakat.
II.TUJUAN
Tujuan dari kita mempelajari materi
ini, antara lain;
1
Mengetahui definisi dari Besi
2
Mengetahui secara luas industry besi baja yang
berkembang terutama di negara Indonesia
3
Mempelajari jenis besi, kegunaanya serta proses
pengolahannya sehingga menjadi barang baku
III.MANFAAT
Besi merupakan aspek penting bagi
kita. Pada industri kecil maupun besar tidak lepas pada unsur ini. Apalagi bila
kita membahas tentang teknologi, mungkin ribuan bahkan jutaan teknologi dimana
hampir semua teknologi sekarang yang sedang berkembang terus menggunakan logam
berat ini sebagai paduan untuk menunjang suatu teknologi terutama pada mesin.
BAB II
PEMBAHASAN
Didalam perut bumi tempat kita tinggal ternyata
banyak sekali mengandung
zat-zat yang berguna untuk keperluan hidup kita sehari-hari, misalnya minyak tanah, bensin,
solar dan lain-lainnya yang disebut minyak
bumi.
Disamping itu juga terdapat unsur-unsur kimia yang berguna bagi manusia seperti bijih besi, nikel,
tembaga, uranium, titanium, timah dan
masih
banyak lagi, beserta mineral dan batu-batuan. Salah satu zat yang terdapat di dalam bumi yang sangat
berguna bagi manusia ialah air dengan
rumus
kimianya H2O, sebab tanpa air manusia sukar sekali mempertahankan kehidupannya.
Mineral adalah suatu bahan yang banyak terdapat di dalam
bumi, yang mempunyai bentuk dan
ciri-ciri khusus serta mempunyai susunan kimia yang
tetap. Sedangkan batu-batuan merupakan gabungan antara dua macam atau lebih mineral-mineral dan
tidak mempunyai susunan kimia yang tetap.
Bijih ialah mineral atau batu-batuan yang mengandung
satu macam atau beberapa
macam logam dalam prosentase yang cukup banyak untuk dijadikan bahan tambang.
Banyaknya logam yang terkandung dalam bijih
itu
berbeda-beda.
Logam dalam keadaan murni jarang sekali terdapat di
dalam bumi, kebanyakan
merupakan senyawa-senyawa oksida, sulfida, karbonat, dan sulfat yang merupakan bijih logam
yang perlu diproses menjadi bahan
logam
yang bermanfaat bagi manusia. Besi merupakan suatu unsur kimia (Fe) dimana
unsurnya termasuk pada golongan logam berat. Besi biasanya digunakan sebagai
bahan kontruksi suatu bangunan terlepas karena kelebihan yang dimiliki seperti
kekuatan tarik yang tinggi, dapat dirubah bentuknya, mudah disambung dan
memiliki konduktivitas listrik dan panas yang tinggi Seringkali
untuk memperbaiki atau meningkatkan sifat-sifat bahan konstruksi seperti sifat
fisik, sifat mekanik,
sifat listrik maupun sifat visual, maka logam dipadukan dengan logam-logam
lain.
Berdasarkan
kadar Macam-macam besi baja karbon dan unsur-unsur lain yang terdapat
didalamnya, besi dapat dibedakan menjadi;
1. Besi
Tuang, yaitu besi yang dihasilkan dari tanur tinggi. Sifat besi tuang antara
lain;.
a) Mengandung
3%-6% karbon serta sejumlah kecil silicon, mangan , fosfor, dan belerang.
b) Sangat
keras tetapi rapuh.
c) Tidak dapat ditempa
d) Titik leleh rendah.
besi tuang mudah digunakan pada alat-alat yang
dibuat dengan cetakan, seperti kaki mesin jahit, setrika, lumpang besi , dan
sebagainya. Karena titik lelehnya rendah maka mudah dicairkan dan dituangkan ke
dalam cetakan.
2.
Besi Baja
Sifat-sifatnya
antara lain;
a) mengandung
0.02%-1.5% karbon.
b) keras
tetapi dapat ditempa
c) tahan
korosi
3.
Besi tempa
Sifat
besi tempa, antara lain:
a) mengandung
kurang dari 0.5% karbon.
b) kurang
keras dan mudah ditempa.
Jenis
besi ini banyak digunakan sebagai bahan
baku untuk produk paku, kawat, besi,
beton, dan sebagainya. Pengolahan besi dari bijinya
prinsip
pengolahannya besi dihasilkan dari oksida besi (Fe2O3), melalui reaksi reduksi
dengan karbon monoksida pada suhu relatif tinggi (>1500°C).
C).
Reduksi berlangsung beberapa tahap, dan reaksi yang terlibat
bersifat
reversible, di mana kesetimbangan
bergantung pada tekanan relatif dari CO dan CO2dalam tanur tinggi.
Bahan
baku yang digunakan dalam proses pengolahan besi pada tanur tinggi adalah;
a.
Biji besi
1. Biji
besi yang digunakan terutama dalam bentuk hematite, geotit, dan magnetic.
2. Kokas sebagai zat pereduksi.
Kokas
sebagai sumber karbon berkadar tinggi, dibuat dari pemanasan batu bara didalam
oven kedap udara. Hasil sampingan pembuatan kokas ini adalah gas bakar yang
dapat digunakan kembali sebagai bahan
bakar untuk pemanasan oven dan pemanasan awal tanur tinggi. Hasil samping
lainnya adalah benzen, tar, toluen,
naftalen, dan ammonium sulfat.
3. Batu
kapur.
Batu
kapur (CaCO3 ), digunakan sebagai bahan untuk mengikat silika pada reaksi dalam
tanur tinggi. Hasilnya adalah kalsium silikat (CaSiO3 ), yang menjadi ampas
buangan kerak tanur tinggi.
4. Udara
Udara
dipanaskan, ditiupkan dari bagian bawah tanur tinggi untuk membakar karbon
menjadi gas CO2 yang selanjutnya bereaksi lagi dengan karbon membentuk gas CO,
yang nantinya akan mereduksi oksida besi. Rata-rata untuk menghasilkan 1 ton
besi,
diperlukan
bahan baku 2 ton biji besi, 1 ton kokas, 0.3 ton kapur, dan 4 ton.
Macam-macam
baja
Baja
adalah besi yang mengandunbg 0.02%-1.5% karbon. Sifat baja tergantung pada
jumlah karbon yang dikandungya.Berdasarkan kandungan karbon, jenis baja dibagi
menjadi;
1) Baja
lunak, yaitu baja yang mengandung kurang dari 0.2 % karbon. Disebut baja lunak
karena mudah dibentuk dan diregangkan. Baja ini bisa digunakan untuk membuat
kabel dan rantai.
2) .
Baja medium, yaitu baja yang mengandung 0.2%-0.6% karbon. Baja ini
digunakan untuk membuat rel, balok dan
rangka.
3) .
Baja karbon tinggi, yaitu baja yang mengandung 0.6%-1.5% karbon. Sifatnya
keras, kaku, biasa digunakan untuk alat-alat logam, per alat pemotong dan alat
rumah tangga.
Efek
khusus logam transisi yang dicampurkan pada baja , antara lain;
a) Kobalt
: membuat baja tetap kuat pada suhu tinggi.39
b) Krom : membuat baja menjadi lebih keras, tahan
gesekan, tahan korosi, dan tahan temperature tinggi.
c) Mangan
: membuat baja menjadi keras, tahan aus dan tahan gesekan.
d) Molibden
: memperbaiki kekerasan baja, tahan goncangan dan tahan temperature
tinggi.
e) Nikel : membuat baja tahan korosi
f) Silikon : pada konsentrasi tinggi membuat baja tahan
kondisi asam, pada konsentrasi rendah memperbaiki sifat megnetik dan sifat
listrik baja.
g) Vanadium
: memperkuat baja dan meningkatkan ketahanan baja terhadap panas.
1). Pembuatan Besi
Bahan utama untuk membuat besi adalah bijih besi. Berbagai macam
bijih besi yang terdapat di dalam kulit bumi berupa oksida besi
dan karbonat
besi, diantaranya yang terpenting adalah sebagai berikut.
1.
Batu besi coklat (2Fe2O3 +
3H2O) dengan kandungan besi berkisar 40%.
2.
Batu besi merah yang juga
disebut hematit (Fe2O3) dengan kandungan besi berkisar 50%.
3.
Batu besi magnet (Fe2O4)
berwarna hijau tua kehitaman, bersifat magnetis dengan mengandung besi berkisar
60%.
4.
Batu besi kalsit atau spat
(FeCO3) yang juga disebut sferosiderit dengan mengandung besi berkisar 40%.
Bijih besi dari tambang biasanya masih
bercampur dengan pasir, tanah liat dan batu-batuan dalam bongkah-bongkahan yang
tidak sama besar. Bongkahan tersebut dipecahkan dengan mesin pemecah, kemudian
disortir antara bijih besih dan batuan ikutan dengan tromol magnet. Selanjutnya
mencuci bijih besi dan mengelompokkan menurut besarnya, bijih besi halus
dan butir-butir yang kecil diaglomir di dalam dapur sinter atau rol
hingga berupa bola-bola yang dapat dipakai kembali sebagai isi dapur.
Setelah bijih besi itu dipanggang di
dalam dapur panggang agar kering dan unsur-unsur yang mudah menjadi gas keluar dari bijih kemudian
dibawa ke dapur tinggi diolah menjadi besi kasar. Dapur tinggi mempunyai
bentuk dua buah kerucut yang berdiri satu di atas yang lain pada alasnya.
Pada bagian atas adalah tungkunya yang melebar ke bawah, sehingga muatannya
dengan mudah
meluncur kebawah dan tidak terjadi kemacetan. Bagian bawah melebar ke
atas dengan maksud agar muatannya tetap berada di bagian ini.
Dapur tinggi dibuat dari susunan batu
tahan api yang diberi selubung baja pelat untuk memperkokoh konstruksinya. Dapur diisi dari atas
dengan alat pengisi. Berturut-turut dimasukkan kokas, bahan tambahan (batu
kapur) dan bijih besi.
Kokas adalah arang batu bara yaitu batu bara yang sudah didestilasikan
secara kering dan mengandung belerang yang sangat rendah sekali.
Kokas berfungsi sebagai bahan bakarnya dan membutuhkan zat asam yang banyak
sebagai pengembus. Agar proses dapat berjalan dengan cepat udara
pengembus itu perlu dipanaskan terlebih dahulu di dalam dapur pemanas
udara.
Besi cair di dalam dapur tinggi,
kemudian dicerat dan dituang menjadi besi kasar, dalam bentuk balok-balok besi kasar yang digunakan sebagai
bahan ancuran
untuk pembuatan besi tuang (di dalam dapur kubah), atau dalam keadaan
cair dipindahkan pada bagian pembuatan baja di dalam konvertor atau dapur
baja yang lain, misalnya dapur Siemen Martin.
Mulut dapur suhunya 3000 C
Reduksi tidak langsung mengubah oksida tinggi menjadi FeO oleh CO
Fe2O3+CO —2FeO+CO2
8000 C 11000 C
Reduksi tidak langsung CO
FeO+CO Fe+CO2— CO2+C 2CO
18000 C
Reduksi langsung
FeO+C Fe+CO—C+O2 CO2
Batu kapur sebagai bahan tambahan
gunanya untuk mengikat abu kokas dan batu-batu ikutan hingga menjadi terak yang dengan mudah dapat dipisahkan
dari besi kasar. Terak itu sendiri di dalam proses berfungsi sebagai
pelindung cairan besi kasar dari oksida yang mungkin mengurangi hasil yang
diperoleh karena terbakarnya besi kasar cair itu. Batu kapur (CaCO3)
terurai mengikat batu-batu ikutan dan unsur-unsur lain.
Proses dalam Dapur Tinggi
Prinsip dari proses dapur tinggi adalah
prinsip reduksi. Pada proses ini zat karbon monoksida dapat menyerap zat asam dari ikatan-ikatan besi
zat asam pada suhu
tinggi. Pada pembakaran suhu tinggi + 18000 C dengan udara panas, maka
dihasilkan suhu yang dapat menyelenggarakan reduksi tersebut.
Agar tidak terjadi pembuntuan karena
proses berlangsung maka diberi batu kapur sebagai bahan tambahan. Bahan tambahan bersifat asam apabila
bijih besinya
mempunyai sifat basa dan sebaliknya bahan tambahan diberikan yang
bersifat basa apabila bijih besi bersifat asam.
Gas yang terbentuk dalam dapur tinggi
selanjutnya dialirkan keluar melalui bagian atas dan ke dalam pemanas udara. Terak yang menetes ke
bawah melindungi
besi kasar dari oksida oleh udara panas yang dimasukkan, terak ini
kemudian dipisahkan. Proses reduksi di dalam dapur tinggi tersebut berlangsung sebagai
berikut: Zat arang
dari kokas terbakar menurut reaksi C+O2
CO2
Di bagian atas dapur tinggi pada suhu
3000 sampai 8000 C oksid besi yang lebih tinggi diubah menjadi oksid yang lebih rendah oleh reduksi
tidak langsung
dengan CO tersebut menurut prinsip :
Fe2O3+CO 2FeO+CO2
Pada waktu proses berlangsung muatan turun ke bawah dan terjadi
reduksi
tidak langsung menurut prinsip :
FeO+CO FeO+CO2
Reduksi ini disebut tidak langsung
karena bukan zat arang murni yang mereduksi melainkan persenyawaan zat arang dengan oksigen. Sedangkan reduksi
langsung terjadi pada bagian yang terpanas dari dapur, yaitu langsung di
atas pipa pengembus. Reduksi ini berlangsung sebagai berikut.
FeO+C Fe+CO
CO yang terbentuk itulah yang naik ke atas untuk mengadakan
reduksi tidak
langsung tadi.
Setiap 4 sampai 6 jam dapur tinggi
dicerat, pertama dikeluarkan teraknya dan baru kemudian besi. Besi yang keluar dari dapur tinggi disebut
besi kasar atau
besi mentah yang digunakan untuk membuat baja pada dapur. pengolahan baja atau
dituang menjadi balok-balok tuangan yang dikirimkan pada
pabrik-pabrik pembuatan baja sebagai bahan baku.
Besi cair dicerat dan dituang menjadi
besi kasar dalam bentuk balok-balok besi kasar yang digunakan sebagai bahan ancuran untuk pembuatan
besi tuang (di
dalam dapur kubah) atau masih dalam keadaan cair dipindahkan pada bagian
pembuatan baja (dapur Siemen Martin).
Terak yang keluar dari dapur tinggi
dapat pula dimanfaatkan menjadi bahan
pembuatan pasir terak atau wol terak sebagai bahan isolasi atau
sebagai bahan
campuran semen. Besi cair yang dihasilkan dari proses dapur tinggi sebelum dituang
menjadi balok besin
kasar sebagai bahan ancuran di pabrik penuangan, perlu dicampur
dahulu di dalam bak pencampur agar kualitas dan susunannya seragam.
Dalam bak pencampur dikumpulkan besi kasar cair dari bermacam-macam
dapur tinggi yang ada untuk mendapatkan besi kasar cair
yang sama dan merata. Untuk menghasilkan besi kasar yang sedikit mengandung
belerang di dalam bak pencampur tersebut dipanaskan lagi menggunakan
gas dapur tinggi.
Proses Bessemer
Konvertor Bessemer adalah sebuah bejana
baja dengan lapisan batu tahan
api yang bersifat asam. Dibagian atasnya terbuka sedangkan pada
bagian bawahnya
terdapat sejumlah lubang-lubang untuk saluran udara.
Korvertor Bessemer diisi dengan besi
kasar kelabu yang banyak mengandung silisium. Silisium dan mangan dibakar, kemudian zat
mangan dibakar. Pada proses Bessemer menggunakan besi kasar dengan kandungan fosfor dan
belerang yang rendah
tetapi kandungan fosfor dan belerang masih tetap agak tinggi karena
dalam prosesnya kedua unsur tersebut tidak terbakar sama sekali.
Hasil dari konvertor Bessemer disebut
baja Bessemer yang banyak digunakan untuk bahan konstruksi. Proses Bessemer juga disebut
proses asam karena
muatannya bersifat asam dan batu tahan apinya juga bersifat asam.
Apabila digunakan muatan yang bersifat basa lapisan batu itu akan rusak
akibat reaksi penggaraman.
Proses Thomas
Konvertor Thomas juga disebut konvertor
basa dan prosesnya adalah proses basa, sebab batu tahan apinya bersifat basa serta digunakan untuk
mengolah besi kasar
yang bersifat basa. Muatan konvertor Thomas adalah besi kasar putih yang
banyak mengandung fosfor.
Proses Martin
Proses lain untuk membuat baja dari bahan
besi kasar adalah menggunaka dapur
Siemens Martin yang sering disebut proses Martin. Dapur ini terdiri atas satu
tungku untuk bahan
yang dicairkan dan biasanya menggunakan empat ruangan sebagai pemanas gas dan udara.
Lapisan dapur pada proses Martin dapat
bersifat asam atau basa tergantung dari besi kasarnya mengandung fosfor sedikit atau banyak. Proses
Martin asam teradi
apabila mengolah besi kasar yang bersifat asam atau mengandung
fosfor rendah dan sebaliknya dikatakan proses Martin basa apabila
muatannya bersifat basa dan mengandung fosfor yang tinggi.
Keuntungan dari proses Martin dibanding
proses Bessemer dan Thomas
adalah sebagai berikut;
a.
Proses lebih lama sehingga
dapat menghasilkan susunan yang lebih baik dengan jalan percobaan-percobaan.
b.
Unsur-unsur yang tidak
dikehendaki dan kotoran-kotoran dapat dihindarkan atau dibersihkan.
c.
Penambahan besi bekas dan
bahan tambahan lainnya pada akhir proses menyebabkan susunannya dapat diatur
sebaik-baiknya.
BAB III
PENUTUP
Besi merupakan unsur kimia yang banyak digunakan, dan dapat
dikasifikasikan berbagai macam bentuk dan model dengan teknologi yang tepat.
Proses pembuatan nya juga rumit, teknologi yang canggih berikut pula disertakan
teori dari beberapa ahli dalam bidangnya
DAFTAR
PUSTAKA
Cubberly William H, 1983, Metals Handbook Ninth Edition Vol. 1
Properties and Selection Iron and Steels. American Society For
Metals, New York.
Hari Amanto dan Daryanto, 1999, Ilmu Bahan, Bumi Aksara,
Jakarta.
Yanmar Diesel. 1980. Buku Petunjuk Mesin Diesel Yanmar. PT.
Yanmar
Indonesia. Jakarta.
Suyanto, 2001. Bahan Bakar dan Minyak Lumas, Sekolah Tinggi
Perikanan,
Jakarta.
Tata Surdia dan Saito Shinroku, 1999, Pengetahuan Bahan Teknik,
Pradnya
Paramita, Jakarta.
Warsowiwoho dan Gandhi Harahap, 1984. Bahan Bakar, Pelumas,
Pelumasan dan Servis, Pradnya
Paramita, Jakarta.
