Pemurnian Logam

Pemurnian logam adalah langkah kritis dalam menghilangkan kontaminan dan mineral lainnya dari bijih logam mentah. Metode pemurnian logam melibatkan berbagai teknik, seperti elektrolisis, pemisahan kimia, dan pemurnian termal. Dengan pemurnian yang tepat, logam-logam tersebut dapat digunakan dalam berbagai aplikasi, mulai dari industri otomotif hingga pembuatan peralatan elektronik. Proses ini berperan penting dalam mendukung industri modern yang membutuhkan logam-logam dengan tingkat kemurnian yang tinggi untuk memenuhi standar kualitas dan keamanan yang ketat.

Selain manfaatnya dalam industri, pemurnian logam juga memiliki dampak lingkungan yang signifikan, karena seringkali melibatkan penggunaan energi dan bahan kimia yang dapat merusak alam. Oleh karena itu, pengembangan teknologi pemurnian logam yang lebih efisien dan ramah lingkungan menjadi prioritas dalam upaya menjaga keseimbangan antara industri logam dan perlindungan lingkungan.

Prinsip pemurnian logam dengan menggunakan reaksi elektrolisis larutan dengan elektrode yang bereaksi. Logam yang kotor ditempatkan di anode, sedangkan logam murni ditempatkan di katode. Larutan yang digunakan adalah yang mempunyai kation logam tersebut.

Contoh

Pemurnian Logam Tembaga

Untuk membuat kabel listrik diperlukan tembaga murni, sebab pengotor dapat mengurangi konduktivitas tembaga. Akibatnya akan timbul banyak panas dan dapat membahayakan pemakai.

Pada pemurnian logam tembaga, maka:

·         tembaga kotor dijadikan anode

·         tembaga murni dijadikan katode

·         larutan elektrolit yang digunakan adalah larutan CuSO₄

Reaksi         : CuSO₄(aq) ® Cu²⁺(aq) + 2e

Katode        : Cu²⁺(aq) + 2e ® Cu(s)

Anode         : Cu(s) ®  Cu²⁺(aq) + 2e

Akhir : Cu(s) ® Cu(s)

           Anode           Katode

          (Cu kotor) (Cu murni)

Proses

Selama elektrolisis, tembaga dari anode terus-menerus dilarutkan kemudian diendapkan pada katode (menunjukkan bahwa terjadi perpindahan dari anode ke katode), sedangkan zat pengotor tembaga seperti perak, platina, emas, besi, nikel, dan seng tetap pada anode, yaitu:

·         dengan mengatur tegangan selama elektrolisis, logam perak, platina, dan emas yang mempunyai potensial lebih positif daripada tembaga tidak larut, sehingga ketiga logam tersebut akan terdapat pada lumpur anode.

·         besi, nikel, dan seng yang mempunyai potensial elektrode lebih negatif dari pada tembaga akan ikut larut. Akan tetapi, ion Fe²⁺ dan Zn²⁺ lebih sukar diendapkan, jadi tidak ikut mengendap di katode.

Penyepuhan/pelapisan Logam (Elektroplating)

Penyepuhan logam adalah suatu proses di mana lapisan tipis logam, seperti emas, perak, nikel, atau krom, ditempatkan di atas permukaan logam atau bahan lainnya untuk memberikan lapisan pelindung, estetika, atau sifat fungsional tertentu. Proses ini bertujuan untuk meningkatkan penampilan dan ketahanan korosi logam dasar, atau bahkan untuk memberikan sifat konduktivitas listrik yang lebih baik. Penyepuhan logam biasanya dilakukan dengan metode elektroplating, electroless plating, atau plating kimia, yang melibatkan penggunaan elektrokimia atau kimia untuk mentransfer logam lapisan ke permukaan bahan dasar. Penyepuhan logam sering digunakan dalam pembuatan perhiasan, perlengkapan rumah tangga, industri otomotif, dan dalam berbagai aplikasi teknik dan manufaktur untuk meningkatkan tampilan dan kinerja produk.

Selain meningkatkan estetika dan perlindungan terhadap korosi, penyepuhan logam juga memiliki peran penting dalam industri elektronik dengan meningkatkan konduktivitas listrik pada komponen elektronik. Ini juga digunakan dalam pembuatan peralatan medis dan ilmiah untuk menciptakan permukaan yang tahan terhadap reaksi kimia dan memiliki karakteristik steril yang baik. Proses penyepuhan logam menjadi integral dalam berbagai sektor industri yang membutuhkan lapisan logam tambahan untuk menghadapi tantangan khusus dalam perubahan fungsi, penampilan, atau kinerja material logam dasar.

Penyepuhan (electroplating) bertujuan melindungi logam terhadap korosi atau untuk memperindah tampilan. Prinsip penyepuhan logam secara elektrolisis adalah sebagai berikut:

·         logam yang akan disepuh dijadikan katode

·         logam penyepuh sebagai anode

·         kedua elektrode itu dicelupkan dalam larutan garam dari logam penyepuh.

contoh

1.  Penyepuhan sendok besi (baja) dengan perak.

Penyepuhan sendok besi (baja) dengan perak menggukan larutan perak nitrat.

·         sendok digunakan sebagai katode

·         perak murni sebagai anode

·         larutan elektrolit yang digunakan adalah larutan AgNO₃

Reaksi                   : AgNO₃(aq) ® Ag⁺(aq) + NO₃^-(aq)

Katode (Fe)  : Ag⁺(aq) + e  ® Ag(s)

Anode (Ag)   : Ag(s) ®  Ag⁺(aq) + e

 

Proses

Pada katode terjadi endapan perak, sedangkan anode perak terus-menerus larut. Konsentrasi ion Ag+ dalam larutan tidak berubah.

 

2.  Penyepuhan sendok besi (baja) dengan emas

Penyepuhan sendok besi (baja) dengan emas digunakan larutan AgCl₃.

Reaksi               : AuCl₃(aq) ® Au³⁺(aq) + 3Cl^-(aq)

Katode ( Fe)                : Au³⁺(aq) + 3e ® Au(s)

Anode (Au)                 : Au(s) ® Au³⁺(aq) + 3e

 

Proses

Pada katode akan terjadi endapan emas, sedangkan anode emas terus-menerus larut. Konsentrasi ion Au³⁺ dalam larutan tidak berubah.

 

Pemisahan Logam dari Bijihnya (Electrowinning)

Pemisahan logam dari bijihnya adalah proses pemurnian yang melibatkan ekstraksi dan isolasi logam-logam dari bijih mineral mentah. Bijih mineral adalah bahan alam yang mengandung konsentrasi logam yang dapat bervariasi. Proses ini penting karena logam dalam bijih seringkali terkandung dalam campuran dengan berbagai mineral dan kontaminan lain yang tidak diinginkan.

 

Ada berbagai metode yang digunakan untuk memisahkan logam dari bijihnya, dan pilihan metode bergantung pada jenis bijih, komposisi kimianya, serta tujuan pemisahan. Beberapa metode pemisahan melibatkan penggunaan reaksi kimia, seperti pemurnian elektrolitik, sedangkan metode lainnya melibatkan eksploitasi perbedaan sifat fisik atau kimia antara logam dan mineral lainnya, seperti metode flotasi atau proses pengapungan. Pemisahan logam dari bijihnya adalah langkah kunci dalam industri metalurgi untuk menghasilkan logam dengan tingkat kemurnian yang tinggi, yang kemudian dapat digunakan dalam berbagai aplikasi industri dan manufaktur.

Proses pemisahan logam dari bijihnya juga memiliki signifikansi ekonomis yang besar, karena membantu meningkatkan efisiensi sumber daya alam dan memungkinkan pengolahan bijih mineral menjadi produk bernilai tinggi. Selain itu, pemisahan logam juga dapat berkontribusi pada upaya perlindungan lingkungan dengan mengurangi dampak ekstraksi bijih dan penggunaan sumber daya alam. Dalam konteks penelitian dan eksplorasi mineral, pemisahan logam dari bijihnya penting untuk mengevaluasi potensi ekonomi suatu deposit mineral dan memahami sifat dan kualitas bijih yang ada.

Proses pemisahan logam dengan elektrolisis yang paling penting adalah produksi aluminium. Cara memperoleh aluminium pada proses elektrokimia yaitu dengan mereduksi aluminium (Al₂O₃) dicampur dengan lelehan kreolit (Na₃AlF₃ = heksafluoro aluminat) dan fluorpar (CaF₂). Campuran tiga zat tersebut menyebabkan titik leleh Al₂O₃ menjadi lebih rendah dan akan menjadi bahan yang akan dielektrolisis.

 

Sel elektrolisis terdiri dari tangki besi yang dinding sebelah dalamnya dilapisi karbon. Karbon ini digunakan katode. Anode terdiri dari batang-batang karbon yang dirangkai.

Proses elektrolisis ini ditemukan oleh Hall sehingga proses ini disebut proses Hall.

 

Reaksi     : Al₂O₃(aq) ® Al³⁺(aq) + AlO₃^3-(aq) ....... x 4

Katode     : 4Al³⁺(aq) + 12e ® 4Al(l)

Anode      : 4AlO₃^3-(aq) ® 2Al₂O₃(aq) + 3O₂(g) + 12e

Akhir       : 2Al₂O₃(aq) ® 4Al(l) + 3O₂(g)

 

Zat-zat yang dihasilkan pada elektrolisis antara lain:

a.    Cairan logam aluminium (titil leleh 660,2^oC) mengendap di dasar tangki dan dialirkan keluar sebagai produk selama elektrolisis.

b.   Gas oksigen (O₂) yang terbentuk bereaksi dengan karbon di anode (pada suhu yang memang memungkinkan) membentuk gas karbon monooksida (CO) atau karbondioksida (CO₂)

Read More

Korosi / Perkaratan

Korosi adalah reaksi redoks antara suatu logam dengan berbagai zat yang ada di lingkungannya sehingga menghasilkan senyawa-senyawa yang tidak diinginkan. Dalam bahasa sehari-hari dikenal sebagai peristiwa perkaratan logam. Contoh korosi yang paling lazim adalah perkaratan besi. Pada peristiwa korosi, logam mengalami oksidasi sedangkan oksigen (udara) mengalami reduksi. Karat logam umumnya adalah berupa oksida atau karbonat.

 

1. Korosi Besi

Besi merupakan logam yang mudah berkarat sehingga dapat menimbulkan kerugian yang sangat banyak. Apabila besi telah berkarat maka besi akan berubah warna menjadi coklat-merah dengan rumus kimia Fe₂O₃ xH₂O.

Faktor-faktor yang dapat menyebabkan atau mempercepat terjadinya korosi, antara lain:

a. Keaktifan logam sendiri

Makin aktif logam (makin negatif harga potensial elektrodenya), makin mudah berkarat Akan tetapi, beberapa logam seperti seng (Zn) dan aluminium (Al), yang sebenarnya lebih aktif daripada besi, ternyata tahan karat. Hal ini disebabkan karat pada logam aluminium dan seng melekat kuat pada permukaan sehingga merupakan lapisan tipis yang dapat melindungi bagian bawahnya terhadap korosi selanjutnya. Lain halnya dengan karat besi yang sangat berpori dan selalu mengelupas sehingga menyebabkan permukaannya selalu terbuka dan berkarat sampai tuntas.

Logam-logam mulia atau setengah mulia mempunyai potensial elektrode yang bertanda positif, berarti sukar teroksidasi dan sukar berkarat.

b. Adanya oksigen dan air

Adanya oksigen dan air dapat mempercepat terjadinya korosi. Oleh karena itu, untuk menghindarkan kontak dengan air maka besi disimpan di tempat yang kering (jangan lembab) dan diberi salut dengan oli.

c. Tingkat keasaman

Di daerah industri atau daerah-daerah yang tingkat keasamaan tinggi, udara yang banyak mengandung oksida asam seperti CO₂ dan SO₂ dapat larut dalam air membentuk larutan H₂CO₃, dan H₂SO₄, pada permukaan logam (sel volta mini pada logam). Akibatnya, proses perkaratan besi akan dipercepat.

d. Kontak dengan elektrolit

Kontak dengan elektrolit dapat mempercepat perkaratan karena elektrolit dapat memberi pengaruh seperti peranan jembatan garam pada sel volta.

e. Adanya pengantar atau kontak dengan logam lain yang kurang aktif, serta keadaan logam seperti kerapatan atau kasar/halus permukaan

Pengantar atau kontak dengan logam lain yang berbeda potensialnya akan mendorong berlangsungnya reaksi redoks.

misalnya: Logam untuk komersil biasanya dibuat tidak murni, seperti besi dan baja yang banyak mengandung karbon. Karbon ini bukannya tersebar tidak merata dalam besi dan baja, melainkan tertumpuk pada bagian-bagian tertentu. Akibatnya. timbul potensial listrik antara atom-atom logam dengan atom-atom zat yang dicampurkan (dalam hal ini karbon) sehingga mudah terjadi perkaratan. 

Proses perkaratan besi termasuk proses elektrokimia, di mana logam besi yang teroksidasibertindak sebagai anode dan oksigen yang terlarut dalam air yang berada pada permukaanbesi bertindak sebagai katode.

Anode         : Fe(s) ® Fe²⁺(aq) + 2e

Katode        : O₂(g) +2H₂O(l) + 4e ® 4OH‑(aq)

atau

  O₂(g) + 4H⁺(aq) +4e ® 2H₂O(l)

Reaksi         : 2Fe(s) + O₂(g) + 4H⁺(aq) ® 2Fe²⁺(aq) + 2H₂O(l)

Ion Fe²⁺ yang terbentuk pada anode selanjutnya teroksidasi membentuk ion Fe³⁺ yang kemudian membentuk senyawa oksidasi terhidrasi, Fe₂O₃.xH₂O, yaitu karat besi. Mengenai bagian besi yang bertindak sebagai katode tergantung dari berbagai faktor, seperti zat pengotor, perbedaan kerapatan logam, dan lain sebagainya.

2. Kerugian Korosi

Besi yang terkena korosi akan bersifat rapuh dan keropos sehingga tidak ada kekuatan. Hal ini sangat berbahaya, bayangkan apa yang akan terjadi seandainya besi tersebut digunakan sebagaipondasi bangunan atau jembatan. Selain itu, besi yang terkorosi juga berbahaya bagi kesehatan,terutama bila besi semacam itu digunakan sebagai alat-alat masak, alat-alat industri makanan,atau farmasi. Oleh karena itu, usaha pencegahan korosi perlu dilakukan.

3. Pencegahan Korosi

Pencegahan korosi dapat dilakukan dengan berbagai cara, yang intinya mencegah agar besitidak bersinggungan dengan udara dan air, antara lain:

a.  Mencegah kontak dengan oksigen dan/atau air

Korosi besi memerlukan oksigen dan air. Apabila salah satu dari dua unsur itu tidak adamaka tidak terjadi korosi. Oleh karena itu, korosi dapat dicegah dengan:

(1)  Pengecatan

Melapisi besi dengan cat mempunyai fungsi sebagai pelindung dan keindahan. Akantetapi, cat hanya melindungi besi selama lapisan masih utuh. Bila cat itu tergores, ber-lubang, atau terkelupas hingga besinya terlihat maka proses perkaratan akan terbentuk.

(2)  Melapisi besi dengan logam lain

Untuk melindungi besi terhadap korosi dengan cara melapisi besi dengan logam lainmaka harus diperhatikan harga potensial reduksi (E^o) dari logam yang akan dilindungi (besi) dan logam pelindung. Logam yang baik sebagai pelindung harus mempunyai E^o lebih kecil daripada E^o besi. Sebab bila terjadi goresan pada logam pelindung makalogam pelindung akan menjadi anode pada "sel volta mini" yang terjadi sehingga logam besi tidak akan teroksidasi selama logam pelindung masih ada. Jadi, untuk melindung besi ( E^o = 0,44 volt) lebih baik menggunakan pelapis seng (E^o = -0,76 volt) dari pada pelapis timah (E^o = -0,14 volt).

Contoh

1.   Besi dilapisi seng (Zn) atau krom (Cr)

Misalkan terjadi goresan atau terkelupasnya logam pelindung (Zn/Cr) hingga kedua logam akan muncul di permukaan. Dengan adanya uap air, gas oksigen dan gas CO₂ di udara, serta partikel-partikel lainnya, terjadilah sel volta mini dengan Zn/Cr menjadi anode dan Fe sebagai katode karena E^o Zn /Cr lebih kecil daripada E° Fe, sehingga Zn/Cr akan teroksidasi lebih dahulu maka korosi tidak terjadi.

Anode      : Zn(s) ® Zn²⁺(aq) + 2e

Katode     : O2(g) + 4H⁺(aq) + 4e ® 2H₂O(l)

Pelapisan besi dengan seng disebut proses galvanisasi.

 

2.   Besi dilapisi dengan timah (Sn) atau tembaga (Cu)

Misalkan terjadi goresan atau terkelupasnya logam pelindung (Sn/Cu) hingga kedua logam akan muncul di permukaan. Dengan adanya uap air, gas oksigen dan gas CO₂ di udara, serta partikel-partikel lainnya maka terjadilah sel volta mini dengan Fe menjadi anode dan Sn/Cu sebagai katode karena E° Fe lebih kecil daripada E^o Sn/Cu, sehingga Fe akan teroksidasi lebih dahulu dan proses korosi terjadi.

Anode      : Fe(s) ® Fe²⁺(aq) + 2e

Katode     : O₂(g) +4H⁺(aq) ® H₂O(l)

Prinsip ini digunakan pada pembuatan kaleng. Kaleng adalah besi yang dilapisi dengantimah (Sn). Timah akan mempercepat korosi pada kaleng-kaleng bekas sehinggalebih cepat hancur.

 

b.  Memberi perlindungan katode atau pengorbanan anode

Perlindungan terhadap besi dilakukan dengan menghubungkannya dengan logam yang lebih aktif (mempunyai E° lebih negatif) sehingga membentuk sel elektrokimia (sel volta raksasa) dengan besi sebagai katode dan logam lain sebagai anode. Dengan demikian, yang akan teroksidasi adalah logam lain, sedangkan besi hanya berfungsi sebagai tempat terjadinya reduksi oksigen. Jadi, besi terlindung karena dijadikan katode, sedangkan logam pelindungnya dikorbankan. Perlindungan katode banyak digunakan untuk melindungi:

(1)  Pipa bawah tanah: pipa tersebut dihubungkan dengan logam magnesium sehingga mag- nesium akan teroksidasi dan perlu diganti secara berkala.

(2)  Menara raksasa, bagian kaki menara dihubungkan dengan lempeng magnesium yang ditanam dalam tanah.

(3)  Baling-baling kapal yang terbuat dari besi yang berada di bawah permukaan air.

 

c.  Pada pembuatan logam dalam industri diusahakan agar zat-zat yang dicampurkan tersebar sehomogen mungkin dalam logam tersebut.

Read More