Besi dan Cara Pengolahannya
I. Tentang Besi
Besi adalah logam yang paling luas dan paling banyak penggunaanya. Hal tersebut disebabkan tiga alasan berikut yaitu:
a. Bijih besi relatif malimpah di berbagai penjuru dunia.
b. Pengolahan besi relatif murah dan mudah.
c. Sifat – sifat besi yang mudah dimodifikasi.
Besi terdapat di alam dalam bentuk senyawa, antara lain sebagai hematit (Fe2O3), magnetit (Fe3¬O4), pirit (FeS2) dan siderit ( FeCO3). Salah satu kelemahan besi adalah mudah mengalami korosi. Korosi menimbulkan banyak kerugian karena mengurangi umur pakai berbagai barang atau bangunan yang menggunakan besi atau baja. Sebenarnya korosi dapat dicegah dengan mengubah besi menjadi baja tahan karat (stainless steel), akan tetapi proses ini terlalu mahal untuk kebanyakan penggunaan besi.
II. Tempat Pengolahan Besi
Proses pengolahan bijih besi untuk menghasilkan logam besi dilakukan dalam tanur sembur (blast furnace). Tanur sembur berbentuk menara silinder dari besi atau baja dengan tinggi sekitar 30 meter dan diameter bagian perut sekitar delapan meter. Karena tingginya alat tersebut, alat ini sering juga disebut sebagai tanur tinggi.
Adapun bagian dari tanur sembur atau tanur tinggi, sebagai berikut :
a. Bagian puncak yang disebut dengan Hopper, dirancang sedemikian rupa sehingga bahan–bahan yang akan diolah dapat dimasukkan dan ditambahkan setiap saat.
b. Bagian bawah puncak, mempunyai lubang untuk mengeluarkan hasil – hasil yang berupa gas.
c. Bagian atas dari dasar (kurang lebih 3 meter dari dasar), terdapat pipa – pipa yang dihubungkan dengan empat buah tungku dimana udara dipanaskan (sampai suhunya kurang lebih 1.100o C). udara panas ini disemburkan ke dalam tanur melalui pipa – pipa
tersebut.
d. Bagian dasar tanur, mempunyai dua lubang yang masing – masing digunakan untuk mengeluarkan besi cair sebagai hasil utama dan terak (slag) sebagai hasil samping.
III. Proses Pengolahan Besi
Secara umum proses pengolahan besi dari bijihnya dapat berlangsung dengan urutan
sebagai berikut:
a. Bahan – bahan dimasukkan ke dalam tanur melalui bagian puncak tanur. Bahan tersebut adalah :
1. Bahan utama yaitu bijih besi yang berupa hematit (Fe2O3 ) yang bercampur dengan pasir (SiO2) dan oksida – oksida asam yang lain (P2O5 dan Al2O3). Batuan – batuan ini yang akan direduksi.
2. Bahan – bahan pereduksi yang berupa kokas (karbon).
3. Bahan tambahan yang berupa batu kapur (CaCO3) yang berfungsi untuk mengikat zat – zat pengotor.
b. Udara panas dimasukkan di bagian bawah tanur sehingga menyebabkan kokas terbakar.
DC(s) + O2(g) CO2(g) H = - 394 kJ
Reaksi ini sangat eksoterm (menghasilkan panas), akibatnya panas yang dibebaskan akan menaikkan suhu bagian bawah tanur sampai mencapai 1.900o C.
c. Gas CO2 yang terbentuk kemudian naik melalui lapisan kokas yang panas dan bereaksi dengannya lagi membentuk gas CO.
2 CO(g)DCO2(g) + C(s) H = +173 kJ
Reaksi kali ini berjalan endoterm (memerlukan panas) sehingga suhu tanur pada bagian itu menjadi sekitar 1.300o C.
d. Gas CO yang terbentuk dan kokas yang ada siap mereduksi bijih besi (Fe2O3). Reuksi ini dapat berlangsung dalam beberapa tahap, yaitu :
1. Pada bagian atas tanur, Fe2O3 direduksi menjadi Fe3O4 pada suhu 500o C.
3 Fe2O3(s) + CO(g) 2 Fe3O4(s) + CO2(g)
2. Pada bagian yang lebih rendah, Fe3O4 yang terbentuk akan direduksi menjadi FeO pada suhu 850o C.
Fe3O4(s) + CO(g) 3 FeO(s) + CO2(g)
3. Pada bagian yang lebih bawah lagi, FeO yang terbentuk akan direduksi menjadi logam besi pada suhu 1.000o C.
FeO(s) + CO(g) Fe(l) + CO2(g)
e. Besi cair yang terbentuk akan mengalir ke bawah dan mengalir di dasar tanur.
f. Sementara itu, di bagian tengah tanur yang bersuhu tinggi menyebabkan batu kapur terurai menurut reaksi:
CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)
g. Kemudian di dasar tanur CaO akan bereaksi dengan pengotor dan membentuk terak (slag) yang berupa cairan kental. Reaksinya sebagai berikut:
CaO(s) + SiO2(s) CaSiO3(l)
3 CaO(s) + P2O5(g) Ca3(PO4)2(l)
CaO(s) + Al2O3(g) Ca(AlO2)2(l)
h. Selanjutnya, besi cair turun ke dasar tanur sedangkan terak (slag) yang memiliki massa jenis lebih rendah daripaba besi cair akan mengapung di permukaan dan keluar pada saluran tersendiri.
IV. Hasil Pengolahan Besi
1. Besi Kasar (pig iron) atau Besi Gubal
Besi cair yang keluar dari dasar tanur disebut dengan besi kasar (pig iron). Besi kasar mengandung 95% besi, 34% karbon, sisanya berupa fosfor, silikon dan mangan.
2. Besi Tuang (cast iron) atau Besi Cor
Jika pig iron dibuat menjadi bentuk cetakan maka disebut besi tuang atau besi cor.
3. Besi Tempa (wrought iron)
Besi tempam mengandung kadar karbon yang cukup rendah (0,05 – 0,2%). Besi tempa ini cukup lunak untuk dijadikan berbagai perlatan seperti sepatu kuda, roda besi, baut, mur, golok, cangkul dan lain sebagainya.
Besi adalah logam yang paling luas dan paling banyak penggunaanya. Hal tersebut disebabkan tiga alasan berikut yaitu:
a. Bijih besi relatif malimpah di berbagai penjuru dunia.
b. Pengolahan besi relatif murah dan mudah.
c. Sifat – sifat besi yang mudah dimodifikasi.
Besi terdapat di alam dalam bentuk senyawa, antara lain sebagai hematit (Fe2O3), magnetit (Fe3¬O4), pirit (FeS2) dan siderit ( FeCO3). Salah satu kelemahan besi adalah mudah mengalami korosi. Korosi menimbulkan banyak kerugian karena mengurangi umur pakai berbagai barang atau bangunan yang menggunakan besi atau baja. Sebenarnya korosi dapat dicegah dengan mengubah besi menjadi baja tahan karat (stainless steel), akan tetapi proses ini terlalu mahal untuk kebanyakan penggunaan besi.
II. Tempat Pengolahan Besi
Proses pengolahan bijih besi untuk menghasilkan logam besi dilakukan dalam tanur sembur (blast furnace). Tanur sembur berbentuk menara silinder dari besi atau baja dengan tinggi sekitar 30 meter dan diameter bagian perut sekitar delapan meter. Karena tingginya alat tersebut, alat ini sering juga disebut sebagai tanur tinggi.
Adapun bagian dari tanur sembur atau tanur tinggi, sebagai berikut :
a. Bagian puncak yang disebut dengan Hopper, dirancang sedemikian rupa sehingga bahan–bahan yang akan diolah dapat dimasukkan dan ditambahkan setiap saat.
b. Bagian bawah puncak, mempunyai lubang untuk mengeluarkan hasil – hasil yang berupa gas.
c. Bagian atas dari dasar (kurang lebih 3 meter dari dasar), terdapat pipa – pipa yang dihubungkan dengan empat buah tungku dimana udara dipanaskan (sampai suhunya kurang lebih 1.100o C). udara panas ini disemburkan ke dalam tanur melalui pipa – pipa
tersebut.
d. Bagian dasar tanur, mempunyai dua lubang yang masing – masing digunakan untuk mengeluarkan besi cair sebagai hasil utama dan terak (slag) sebagai hasil samping.
III. Proses Pengolahan Besi
Secara umum proses pengolahan besi dari bijihnya dapat berlangsung dengan urutan
sebagai berikut:
a. Bahan – bahan dimasukkan ke dalam tanur melalui bagian puncak tanur. Bahan tersebut adalah :
1. Bahan utama yaitu bijih besi yang berupa hematit (Fe2O3 ) yang bercampur dengan pasir (SiO2) dan oksida – oksida asam yang lain (P2O5 dan Al2O3). Batuan – batuan ini yang akan direduksi.
2. Bahan – bahan pereduksi yang berupa kokas (karbon).
3. Bahan tambahan yang berupa batu kapur (CaCO3) yang berfungsi untuk mengikat zat – zat pengotor.
b. Udara panas dimasukkan di bagian bawah tanur sehingga menyebabkan kokas terbakar.
DC(s) + O2(g) CO2(g) H = - 394 kJ
Reaksi ini sangat eksoterm (menghasilkan panas), akibatnya panas yang dibebaskan akan menaikkan suhu bagian bawah tanur sampai mencapai 1.900o C.
c. Gas CO2 yang terbentuk kemudian naik melalui lapisan kokas yang panas dan bereaksi dengannya lagi membentuk gas CO.
2 CO(g)DCO2(g) + C(s) H = +173 kJ
Reaksi kali ini berjalan endoterm (memerlukan panas) sehingga suhu tanur pada bagian itu menjadi sekitar 1.300o C.
d. Gas CO yang terbentuk dan kokas yang ada siap mereduksi bijih besi (Fe2O3). Reuksi ini dapat berlangsung dalam beberapa tahap, yaitu :
1. Pada bagian atas tanur, Fe2O3 direduksi menjadi Fe3O4 pada suhu 500o C.
3 Fe2O3(s) + CO(g) 2 Fe3O4(s) + CO2(g)
2. Pada bagian yang lebih rendah, Fe3O4 yang terbentuk akan direduksi menjadi FeO pada suhu 850o C.
Fe3O4(s) + CO(g) 3 FeO(s) + CO2(g)
3. Pada bagian yang lebih bawah lagi, FeO yang terbentuk akan direduksi menjadi logam besi pada suhu 1.000o C.
FeO(s) + CO(g) Fe(l) + CO2(g)
e. Besi cair yang terbentuk akan mengalir ke bawah dan mengalir di dasar tanur.
f. Sementara itu, di bagian tengah tanur yang bersuhu tinggi menyebabkan batu kapur terurai menurut reaksi:
CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)
g. Kemudian di dasar tanur CaO akan bereaksi dengan pengotor dan membentuk terak (slag) yang berupa cairan kental. Reaksinya sebagai berikut:
CaO(s) + SiO2(s) CaSiO3(l)
3 CaO(s) + P2O5(g) Ca3(PO4)2(l)
CaO(s) + Al2O3(g) Ca(AlO2)2(l)
h. Selanjutnya, besi cair turun ke dasar tanur sedangkan terak (slag) yang memiliki massa jenis lebih rendah daripaba besi cair akan mengapung di permukaan dan keluar pada saluran tersendiri.
IV. Hasil Pengolahan Besi
1. Besi Kasar (pig iron) atau Besi Gubal
Besi cair yang keluar dari dasar tanur disebut dengan besi kasar (pig iron). Besi kasar mengandung 95% besi, 34% karbon, sisanya berupa fosfor, silikon dan mangan.
2. Besi Tuang (cast iron) atau Besi Cor
Jika pig iron dibuat menjadi bentuk cetakan maka disebut besi tuang atau besi cor.
3. Besi Tempa (wrought iron)
Besi tempam mengandung kadar karbon yang cukup rendah (0,05 – 0,2%). Besi tempa ini cukup lunak untuk dijadikan berbagai perlatan seperti sepatu kuda, roda besi, baut, mur, golok, cangkul dan lain sebagainya.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar