Pendidikan Sains Aplikatif, Matematika Menarik dan Karya Ilmiah

Aplikasi Kimia : Pembuatan Seng Skala Industri dan Kegunaannya

Seng dalam ilmu kimia di lambangkan dengan satu huruf besar Z dan huruf kedua n kecil atau singkatan dari  Zinc sering ditemukan di alam bersama-sama dengan timbal dalam bijih sulfida. Logam dipisahkan selama pemurnian. Seng tahan terhadap korosi dan mudah digunakan, seng banyak digunakan untuk melindungi besi dan produk yang berbasis baja.
Aplikasi Kimia : Pembuatan Seng Skala Industri dan Kegunaannya
Gb.1. Kegunaan seng
Kegunaan seng
Seng digunakan sebagai lapisan untuk melindungi besi dan baja dari korosi di udara, air dan tanah. Hal ini karena seng bereaksi khusus dengan besi untuk membentuk lapisan pelindung oksida, atau menghasilkan seng karbonat atau lainnya yang tahan terhadap korosi berikutnya dengan udara. Bahkan jika lapisan tergores terus menimbulkan korosi khusus dan melindungi besi. Seng merupakan logam yang dikorbankan.

Ada berbagai metode pelapisan besi dan baja dengan seng. Salah satunya adalah untuk mencelupkan benda ke dalam bak seng cair, proses yang dikenal sebagai galvanis. Baja sering digalvanisasi dengan melepas lembaran gulungan baja yang digulung dan melewati melalui bak seng cair. Ini kemudian digunakan untuk berbagai tujuan, terutama dalam pembuatan barang elektrik (kulkas dan mesin cuci) dan badan mobil.
Aplikasi Kimia : Pembuatan Seng Skala Industri dan Kegunaannya
Gambar 2 Bagian dari Museum Yahudi di Berlin. Arsitek, Daniel Libeskind, digunakan seng, paduan dengan titanium, sebagai permukaan luar bangunan yang luar biasa ini (Foto:Jens Ziehe)
Benda benda yang terbuat dari baja, seperti tiang listrik, penjaga rel jalan raya dan pipa irigasi, dapat dilapisi dengan membersihkannya dan kemudian membenamkan dalam bak seng, sebuah proses yang disebut galvanisasi umum. Penguncian dapat dilakukan dengan cara membenamkan benda dan kemudian disentrifugasi sementara lapisan masih cair untuk mengahasilkan lapisan yang tipis. 

Metode lain, digunakan untuk benda kecil seperti pada paku dan sekrup, dengan memanaskan mereka dalam drum berputar dengan debu seng pada suhu 650 K. Hal ini dikenal sebagai sheradizing. Benda yang sangat besar seperti jembatan dapat dilindungi setelah instalasi dan disemprot dengan seng cair.

Anoda paduan seng digunakan untuk melindungi mata bor dilaut dan kapal. Mereka melekat pada baja dan menimbulkan korosi yang diinginkan pada baja. Mereka diganti ketika mereka telah benar-benar berkarat. Paduan seng-aluminium digunakan dalam die-casting, adalah istilah yang umu untuk casting dalam cetakan menggunakan teknik injeksi tekanan. Hasilnya casting presisi tinggi dengan kekuatan yang baik. Berbagai macam produk yang dibuat dengan cara ini, dari mainan, komponen untuk mesin.

Seng digunakan dalam baterai sel kering biasa (jenis yang digunakan untuk perangkat yang tidak perlu banyak tenaga, seperti remote control). Seng yang digunakan sebagai casing luar dan anoda di satu waktu yang sama. Katoda adalah campuran dari karbon dan mangan (IV) oksida dan elektrolit adalah campuran dari amonium klorida dan seng.
Paduan seng lainnya (terutama bentuk gulung) sering digunakan untuk produk setengah jadi seperti koin, bagian penghantar arus sekering listrik kecil, dan anoda pita untuk jaringan pipa terpendam.

Kuningan, merupakan paduan yang mengandung tembaga dan seng, yang biasanya digunakan untuk membuat produk baik dekoratif dan fungsional seperti gagang pintu, fitting laut, komponen pipa dan sekrup bahan perhiasan.

Produksi tahunan seng
Dunia 12 juta ton
Eropa 2,5 juta ton
China sekarang menyumbang hampir setengah produksi dunia dari logam.

Pembuatan seng
Hampir semua seng diperoleh dari bijih sulfida, yang juga biasanya mengandung timbal, kadmium dan logam lainnya seperti besi dan perak. Bijih yang paling sering terjadi adalah sfalerit, juga dikenal sebagai seng blende (ZnS), dan berbagai zat lain seperti sfalerit yang disebut marmatite yaitu mineral yang mengandung sulfida besi dalam jumlah yang cukup besar.

Aplikasi Kimia : Pembuatan Seng Skala Industri dan Kegunaannya
Gambar 3 Drilling seng dan bijih timah di Black Mountain Tambang di Northern Cape, Afrika Selatan.
Bijih sulfida secara luas didistribusikan ke seluruh dunia. Deposito utama ditemukan terutama di Amerika Utara dan Selatan (Kanada, Amerika Serikat, Meksiko, Peru, Bolivia), Australia, Jepang dan China. Ada juga deposito signifikan di Afrika Selatan, Iran, Spanyol, Skandinavia, Spanyol, Makedonia, Rusia dan Jerman.

Ada dua proses utama: proses elektrolisis dan proses termal. Lebih dari 90% dari produksi dunia berasal dari proses elektrolisis.

Proses elektrolisis
Proses ini memiliki empat tahap:
a) konsentrasi bijih
b) memanggang bijih di udara
c) konversi seng oksida menjadi seng sulfat
d) elektrolisis larutan seng sulfat

(a) Konsentrasi bijih
Bijih ditambang, dihancurkan, digiling dan kemudian dipekatkan dengan flotasi buih. Hal ini bertujuan untuk menghilangkan komponen yang tidak diinginkan, termasuk senyawa timbal dan limbah batuan.

(b) Roasting dari bijih di udara
Pemanggangan bijih biasanya terjadi dalam tungku fluidised bed yang bersuhu sekitar 1300 K, dengan udara yang ditiup di bagian bawah. Reaksi paling penting adalah konversi seng sulfida untuk zinc oksida: 
Namun, setiap besi sulfida yang ada dalam bijih akan dikonversi menjadi besi (III) oksida, yang bereaksi dengan seng oksida untuk membentuk seng ferit:
Dalam proses pencucian sederhana, seng ini tidak dapat dengan mudah ditemukan dan bijih dengan kandungan zat besi yang rendah lebih disukai.
Sulfur dioksida sering diubah menjadi asam sulfat di pabrik yang berdekatan dengan pabrik tersebut.

(c) Konversi dari seng oksida untuk seng sulfat
Oksida seng mentah dicuci dengan banyak elektrolit menghabiskan yang banyak mengandung asam sulfat untuk melarutkan oksida dan mengembalikan konsentrasi seng sulfat dalam larutan elektrolit (Gambar 4).
Reaksi utama yang terjadi adalah: 
Aplikasi Kimia : Pembuatan Seng Skala Industri dan Kegunaannya
Gb.4. Pencucian Seng Oksida
Seperti disebutkan di atas, beberapa oksida seng hadir dengan besi (III) oksida dalam bentuk zinc ferit. Beberapa variasi pada proses pencucian digunakan untuk memisahkan seng dari kotoran. Sebagian besar menggunakan kondisi asam panas untuk menghasilkan campuran seng dan besi (III) sulfat, diikuti dengan penghilangan besi (III) sulfat.
Salah satu metode (Gambar 5) endapan besi sebagai 'jarosit' (jarosites adalah senyawa berdasarkan besi (III) sulfat, dan ditemukan di beberapa deposit mineral).
Aplikasi Kimia : Pembuatan Seng Skala Industri dan Kegunaannya
Gb.5. recovery seng oksida dari seng ferrit
Setelah pencucian asam panas, pengendapan jarosit berlangsung menggunakan amonium atau senyawa natrium, dan produk cair yang kemudian diteruskan ke tahap pencucian ringan. Reaksi ini juga menghasilkan asam sulfat, dan bijih panggang dapat ditambahkan pada tahap jarosit untuk membantu mengendalikan keasaman
Campuran yang mengandung seng sulfat kemudian disaring untuk menghilangkan materi tersuspensi padat, dan larutan yang diperlakukan dengan debu seng untuk mengendapkan logam yang kurang elektropositif. Misalnya, kadmium yang merupakan produk sampingan yang berharga:
Proses alternatif untuk memproduksi seng sulfat

Pencucian langsung
Beberapa metode kini telah dikembangkan dengan membuang tahap pemanggangan, untuk mendapatkan seng sulfat langsung dari bijih seng sulfida terkonsentrasi. Mereka umumnya menggunakan kondisi yang jauh lebih ekstrim, dan cocok untuk bijih tingkat rendah. Satu proses yang dikembangkan di Kanada mampu mendapatkan kembali 99% seng dalam bijih, dengan menggunakan tekanan lebih dari 10 atmosfer dan suhu 420 K. Kehadiran zat besi dalam konsentrat bijih penting dalam metode ini, karena adalah sebagian bertanggung jawab untuk konversi seng sulfida untuk seng sulfat.

Besi (ll) sulfat teroksidasi menjadi besi (III) sulfat dengan kondisi asam panas.
Hal ini kemudian mengoksidasi seng sulfida menjadi seng sulfat, dan tereduksi kembali menjadi besi (ll) sulfat.
Aplikasi Kimia : Pembuatan Seng Skala Industri dan Kegunaannya
Seng sulfida juga bereaksi dengan asam sulfat pada kondisi ini
bioleaching (Pencucian Bio)
Rendemen seng yang sangat tinggi (hingga 99%) dari bijih kelas rendah (serendah hanya 5% seng) juga dapat dicapai dengan menggunakan aksi bakteri. Bakteri yang digunakan berkembang pada suhu sampai 320 K, dan menghasilkan solusi seng lemah yang terkonsentrasi untuk elektrolisis menggunakan ekstraksi pelarut.

(d) Elektrolisis larutan seng sulfat
Tahap terakhir memerlukan pemurnian seng dengan elektrolisis dari larutan seng sulfat.
Aplikasi Kimia : Pembuatan Seng Skala Industri dan Kegunaannya
Gambar 6 Sel elektrolit memiliki katoda aluminium yang seng disimpan dan kemudian dikerok.(Gb.Anglo American)
Zinc dibebaskan khusus di katoda. Setiap 24 sampai 72 jam seng menanggalkan elektroda, meleleh dan dibuang ke dalam ingot. Logam ini setidaknya 99,96% murni.
Pada anoda, dihasilkan oksigen . Asam sulfat dibuat ulang dan daur ulang dan dicampur dengan bijih segar:
Hal ini dimungkinkan untuk membuat seng kemurnian sangat tinggi (99,995% murni) dengan menyesuaikan kondisi elektrolisis seperti suhu dan kerapatan arus. Logam kemurnian ini diperlukan untuk paduan percetakan logam yang mengandung aluminium, magnesium dan tembaga.

Proses termal
Proses termal saat menggunakan Imperial Smelting Furnace, ISF, yang diciptakan dan dikembangkan di Avonmouth, Bristol. Meskipun sebelumnya menonjol, energi yang relatif tinggi dan emmisions biaya yang menyebabkan itu menjadi benar-benar digantikan di Eropa oleh proses elektrolisis, meskipun ISFs masih beroperasi di benua lain. Hal ini mampu memproduksi secara bersamaan seng dan timah dari sinter (oksida digumpalkan). Sinter diproduksi dengan memanggang campuran seng dan konsentrat timah, agen peremaja (pasir dan kapur), dan bahan sekunder.
Dalam proses ISF, tanur dibebankan dengan sinter dan kokas panas. Udara panas (1200 - 1350 K) ditiupkan ke tungku melalui tabung yang disebut tuyeres. Reaksi yang terjadi dalam tungku dapat diringkas sebagai:
Aplikasi Kimia : Pembuatan Seng Skala Industri dan Kegunaannya
The leleh dan titik didih dari kedua logam adalah:
                      
Titik lebur / Timbal 600 K   Seng 693 K
Titik didih / Timbal 2024 K Seng 1181 K
Di kondisi di bawah tungku seng adalah uap (gas), sedangkan timbal diproduksi sebagai cairan oleh serangkaian reaksi serupa. Komponen lain dari sinter seperti silika (SiO2), kapur (CaO), alumina (Al2O3) dan besi oksida (Fe2O3 / FeO), membentuk terak cair silikat. Ini disadap dari perapian tungku bersamaan dengan timbal, dan kemudian dipisahkan dalam wadah yang disebut forehearth. Timbal terdapat pada lapisan bawah dan dilemparkan ke 2 sampai 4 ton blok. Hal ini dalam bentuk sebagai logam cair dan diubah menjadi timbal halus. Terak cair (1300-1550 K) adalah pasir yang di bersihkan dengan jet air.
Uap seng dibawa ke kondensor dalam aliran karbon monoksida dan gas karbon dioksida (sekitar 1300 K) dan didinginkan dengan adsorpsi semprotan timbal cair.

Penyemprotan percikan kondensor Timbal menggunakan serangkaian rotor. Hasil dari campuran timbal / seng dipompa dari kondensor (sekitar 830 K) dan didinginkan menggunakan pendingin air rendaman berpendingin (sekitar 710 K). Campuran timah / seng melewati ke dalam bak pemisahan dimana seng mengapung ke permukaan dan timbal kembali ke kondensor melalui underflow. Zinc melewati sebuah bendungan meluap dan disadap dan dibawa kepada reinery seng atau daerah casting.

Seng ISF dari tungku mengandung sekitar 1-1,3% timbal dan dapat dimurnikan dengan distilasi untuk menghasilkan kemurnian seng yang lebih baik dari 99,95%.
Kadmium logam dan logam berharga lainnya juga dapat sdiambil dalam proses pemurnian.

Produksi sekunder
Lebih dari 35% dari seng yang digunakan setiap tahun adalah dari logam daur ulang. Sebagian besar ini berasal dari baja yang berlapis seng. Benda ini ditempatkan dalam Electric Arc Furnace yang digunakan untuk mendaur ulang baja. Zinc relatif stabil dan meninggalkan tungku dengan gas-gas lain. Hal ini dikumpulkan pada pendingin seperti debu seng. Ini dipanaskan di udara untuk membentuk seng oksida yang, pada gilirannya, diperlakukan dengan asam sulfat untuk membentuk seng sulfat dan dari mana seng murni diperoleh, seperti dijelaskan di atas.

No comments:

Post a Comment