PROSES PENGOLAHAN BIJIH BESI

 

PROSES PENGOLAHAN BIJIH BESI

Bijih besi merupakan bahan baku pembuatan besi yang dapat berupa senyawa oksida, karbonat, dan sulfida serta tercampur sengan unsur lain misalnya silikon. Bijih besi diolah dalam tanur atau dapur tinggi untuk menghasilkan besi kasar. Besi kasar adalah bahan baku untuk pembuatan besi cor (cast iron), besi tempa (wrought iron), dan (baja (steel). Ketigaa macam bahan itu banyak dipakai dalam bidang teknik.

Baja adalah logam paduan antara besi dan karbon dengan kadar karbonnya secara teoritis maksimum 1,7%. Besi cor adalah logam paduan antara besi  dan karbon yang kadarnya 1,7% sampai 3,5%. Besi tempa adalah baja yang mempunyai kadar karbon rendah.Dilihat dari kegunaannya maka besi dan baja campuran merupakan tulang punggung peradaban modern saat ini untuk peralatan transportasi, bangunan, pertanian, dan peralatan mesin.

1.      Bahan Dasar Besi

Bahan dasar besi mentah ialah bijih besi yang jumlah persentase besinya haruslah sebesar mungkin. Besinya merupakan besi oksida (Fe2O4 dan Fe2O3) atau besi karbonat (FeCO2) yang dinamakan batu besi spat. Pengolahan besi mentah pada dapur tinggi dilakukan dengan cara mereduksi bijih besi menggunakan kokas, bahan tambahan, dan udara panas.

Bijih besi didatangkan dari tambang dalam berbagai mutu dan bongkahan yang tidak sama besar, serta bercampur dengan batu dan tanah liat.Bongkahan bijih besi dipecah menjadi butiran yang sama besar, dengna ukuran paling besar 60 mm kemudian dimasukkan ke dalam pemecah bijih melalui kisi-kisi goyang supaya masuknya sama rata.

Dari mesin pemecah bijih, besi diantar ke tromol magnet dengan sebuah talang goyang yang lain. Dalam tromol tersebut bijih besi dipisahkan dari batu-batu yang tercampur.Bijih besi kemudian dimasukkan ke dalam instalasi penyaring untuk disortir menurut besarnya, selanjutnya dimasukkan ke dalam sebuah instalasi pencuci.Bijih halus dan butiran yang lebih kecil dari 18 mm yang datang dari pemecah bijih diaglomir di dalam dapur atau panci sinter.Pada proses sinter selalu ditambahkan debu bijih yang berjatuhan dari dapur tinggi dan dari instalalsi pembersih gas supaya dapat diambil besinya.

Di dalam dapur sinter mula-mula diisikan selapis bijih halus dan diatasnya bijih besi yang akan diaglomir. Bubuk bijih tidak dapat jatuh melalui rangka bakar karena ditahan oleh bijih halus itu. Apabila isi panci tekah selesai dikerjakan panci berputar dan massa dijatuhkan ke dalam gerobak melalui pemecah bergigi yang berputar dan memecah menjadi potongan yang sama besar.

2.      Pembuatan Besi Kasar (Ingot)

Bahan utama untuk membuat besi kasar adalah bijih besi. Berbagai macam bijih besi yang terdapat di dalam kulit bumi berupa oksid besi dan karbonat besi, diantaranya yang terpenting adalah sebagai berikut :

a.       Batu besi coklat (2Fe2O3 + 3H2O) dengan kandungan besi berkisar 40%.

b.      Batu besi merah yang juga disebut hematit (Fe2O3) dengan kandungan besi berkisar 50%.

c.       Batu besi magnet (Fe2O4) berwarna hijau tua kehitaman, bersifat magnetis dengan mengandung besi berkisar 60%.

d.      Batu besi kalsit atau spat (FeCO3) yang juga disebut sferosiderit dengan mengandung besi berkisar 40%.

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.

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.

3.      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 + 1800oC 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 sebagian dari CO2 bersama dengan zat arang membentuk zat yang berada ditempat yang lebih atas yaitu gas CO.        CO2 + C → 2CO 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.

4.      Pembuatan Baja Dari Besi Kasar

Besi kasar sebagai hasil dari dapur tinggi masih banyak mengandung unsur-unsur yang tidak cocok untuk bahan konstruksi, misalnya zat arang (karbon) yang terlalu tinggi, fosfor, belerang, silisium dan sebagainya. Unsur-unsur ini harus serendah mungkin dengan berbagai cara.

Untuk menurunkan kadar karbon dan unsur tambahan lainnya dari besi kasar digunakan dengan cara sebagai berikut :

a.      Proses Konvertor :

§  Proses Bessemer untuk besi kasar dengan kadar fosfor yang rendah.

§  Proses Thomas untuk besi kasar dengan kadar fosfor yang tinggi.

§  Proses Oksi, proses LD, Kaldo dan Oberhauser

b.      Proses Martin (dapur Siemen Martin)

§  Proses Martin asam untuk besi kasar dengan kadar fosfor rendah.

§  Proses Martin basa untuk besi kasar dengan kadar fosfor tinggi.

c.       Dapur Listrik untuk baja Campuran

§  Dapur listrik busur nyala api.

§  Dapur listrik induksi.