Dari Bauksit ke Alumina: Proses Bayer
Bauksit adalah bijih utama aluminium, batuan yang mengandung 40% hingga 60% aluminium oksida bersama dengan oksida besi, silika, dan pengotor lainnya. Tahap ekstraksi pertama, proses Bayer, memisahkan aluminium oksida dari pengotor tersebut.
Bauksit yang dihancurkan dicampur dengan larutan natrium hidroksida pekat yang panas dan dicerna di bawah tekanan pada suhu sekitar 150 hingga 250 derajat Celcius. Aluminium oksida larut membentuk natrium aluminat, sedangkan oksida besi, silika, dan pengotor lainnya tetap berupa residu padat yang disebut lumpur merah. Bubur disaring untuk menghilangkan lumpur merah, meninggalkan larutan natrium aluminat bening.
Aluminium hidroksida kemudian diendapkan dari larutan melalui penyemaian dan pendinginan, dan endapan tersebut dicuci dan dikalsinasi dalam tanur putar atau kalsinasi unggun fluida pada suhu sekitar 1000 derajat Celcius untuk menghilangkan air. Produknya berupa bubuk alumina putih, aluminium oksida hampir murni.
Dari Alumina ke Aluminium: Hall-Proses Heroult
Alumina memiliki titik leleh di atas 2000 derajat Celcius, sehingga peleburan langsung menjadi tidak ekonomis. Hall-Proses Heroult melarutkan alumina dalam kriolit cair, mineral fluorida, sehingga menurunkan suhu pengoperasian hingga sekitar 950 derajat Celcius.
Arus searah yang kuat, biasanya 150.000 hingga 600.000 ampere, melewati sel antara anoda karbon dan katoda-yang dilapisi karbon. Di katoda, aluminium cair terbentuk dan terkumpul di bagian bawah sel; di anoda, oksigen bereaksi dengan karbon untuk melepaskan karbon dioksida. Aluminium cair disedot dari sel dan dimasukkan ke dalam batangan, billet atau lembaran untuk diproses lebih lanjut.
Pertimbangan Energi dan Lingkungan
Elektrolisis membutuhkan banyak energi: memproduksi satu ton aluminium primer memerlukan sekitar 13 hingga 15 megawatt-jam listrik, itulah sebabnya pabrik peleburan berlokasi dekat-sumber listrik berbiaya rendah, termasuk pembangkit listrik tenaga air. Proses ini juga mengeluarkan karbon dioksida dari anoda, dan lumpur merah dari proses Bayer harus dikelola secara hati-hati di fasilitas penyimpanan yang dirancang khusus.
Dampak-dampak ini menjelaskan alasan kuatnya lingkungan dalam melakukan daur ulang: peleburan aluminium bekas menggunakan sekitar 5% energi produksi primer dan sepenuhnya menghindari siklus bauksit dan lumpur merah. Hal inilah yang menyebabkan aluminium daur ulang telah memasok sebagian besar permintaan global.
Rute Alternatif dan Emerging
Jalur ekstraksi alternatif memang ada, namun kurang umum. Pencucian asam dapat mengekstraksi aluminium dari bijih dan limbah industri tertentu, namun umumnya lebih mahal dan rumit dibandingkan proses Bayer. Penelitian tentang anoda inert terus dilakukan yang akan menghilangkan emisi karbon dioksida dari elektrolisis, dan desain sel yang lebih efisien, namun proses Bayer dan Hall-Heroult tetap menjadi tulang punggung industri produksi aluminium.
Pertanyaan yang Sering Diajukan
T: Apa itu bauksit dan dari mana asalnya?
Bauksit adalah bijih sedimen berwarna kemerahan yang mengandung 40-60% aluminium oksida (alumina) sebagai mineral gibbsite, boehmite atau diaspora, ditambang terutama di Australia, Guinea, Cina, Brasil, dan India; sekitar 4-6 ton bauksit dibutuhkan untuk memproduksi 1 ton aluminium.
T: Apa yang terjadi di dalam sel elektrolisis Hall-Heroult?
Alumina dilarutkan dalam kriolit cair pada suhu sekitar 950-970 derajat dan dipecah oleh arus listrik menjadi aluminium cair di katoda karbon dan karbon dioksida di anoda karbon; proses berjalan terus menerus dengan umpan alumina dan perubahan anoda.
T: Berapa banyak listrik yang dikonsumsi oleh produksi aluminium primer?
Tahap elektrolisis biasanya menghabiskan 13-15 kWh per kilogram aluminium, dan pabrik peleburan modern rata-rata mengonsumsi 14.000-15.500 kWh per ton; inilah sebabnya pabrik peleburan aluminium selalu berlokasi di dekat pembangkit listrik murah seperti pembangkit listrik tenaga air.
T: Apa itu lumpur merah dan apa yang terjadi padanya?
Lumpur merah adalah residu basa kaya besi-yang tersisa setelah proses Bayer, sekitar 1-1,5 ton per ton alumina; limbah tersebut disimpan di kolam tailing yang dikelola dengan hati-hati, dan proses baru memulihkan zat besi, tanah jarang, atau menggunakannya dalam semen dan bahan bangunan untuk mengurangi timbunan sampah.
T: Bagaimana produksi aluminium menjadi lebih bersih?
Pabrik peleburan modern menggunakan anoda inert atau anoda yang sudah dipanggang dengan pengolahan asap untuk mengurangi emisi, tenaga air dan energi terbarukan untuk menurunkan jejak karbon, dan industri mendaur ulang sisa proses secara internal; memproduksi aluminium dari logam daur ulang hanya menggunakan sekitar 5% energi produksi primer.
T: Berapa banyak bauksit yang diperlukan untuk membuat satu ton aluminium?
Sebagai aturan praktis, sekitar 4-5 ton bauksit disuling menjadi sekitar 2 ton alumina, yang kemudian dilebur menjadi sekitar 1 ton aluminium primer. Rasio pastinya bergantung pada kualitas bijih dan efisiensi kilang dan peleburan.