BESI

BESI

a. Pembuatan Besi

Besi diolah dari bijihnya dalam suatu tungku yang disebut tanur tiup (blast furnace). Tanur tiup berbentuk silinder raksasa dengan tinggi 30 m atau lebih dan diameter bagian tengah sekitar 8 m.

Bahan yang digunakan pada pengolahan besi, selain bijih besi adalah kokas (C) dan batu kapur (CaCO₃). Kokas berfungsi sebagai reduktor, sedangkan batu kapur berfungsi sebagai fluks, yaitu bahan yang akan bereaksi dengan pengotor dalam bijih besi dan memisahkan pengotor itu dalam bentuk cairan kental yang disebut terak (slag). Komposisi bahan-bahan tersebut bergantung pada pengotor dalam bijih besi. Bijih besi mengandung pengotor, baik yang bersifat basa seperti CaO, MgO, dan MnO. Akan tetapi, biasanya pengotor yang bersifat asam lebih banyak, sehingga perlu ditambahkan fluks yang bersifat basa, yaitu CaCO₃.

Proses/reaksi yang terjadi pada pengolahan besi scara garis besar sebagai berikut. Bijih besi, kokas, dan batu kapur diumpankan dari puncak tanur, sementara dari bagian bawah ditiupkan udara panas. Kokas terbakar pada bagian bawah tanur dengan membebaskan kalor, sehingga suhu di daerah itu dapat mencapai 2000⁰C.

C(s) + O₂(g) → CO₂(g) + kalor

Ketika bergerak naik, gas CO₂ yang baru terbentuk itu bereaksi lagi dengan kokas yang bergerak turun membentuk CO.

CO₂(g) + C(s) → 2CO(g)

Gas CO inilah yang akan mereduksi bijih besi secara bertahap.

(+3) (+3/+2) (+2) (0)

Fe₂O₃ → Fe₃O₄ → FeO → Fe

Tahap 1 : 3Fe₂O₃ +CO → 2Fe₃O₄ + CO₂

Tahap 2 : Fe₃O₄ +CO → 3FeO + CO₂

Tahap 3 : FeO + CO → Fe + CO₂

Reaksi totalnya dapat dituliskan sebagai berikut.

Fe₂O₃(s) + 3CO(g) → 2Fe(l) + 3CO₂(g)

Oleh karena suhu tanur sangat tinggi, besi yang terbentuk berupa lelehan. Reaksi pembentukan terak yang menghilangkan pengotor berlangsung sebagai berikut.

CaCO₃(s) → CaO(s) + CO₂(g) (800-900⁰C)

CaO(s) + SiO₂(s) → CaSiO₃(l) (1200⁰C)

3CaO(s) + P₂O₅(g) → Ca₃(PO₄)₂(l) (1200⁰C)

Besi yang dihasilkan dari tanur tiup disebut besi gubal (pig iron) atau besi kasar, mengandung kira-kira 95% besi, 3-4% karbon, dan sisanya pengotor lain seperti Mn, Si, dan P. Besi gubal bersifat keras tetapi rapuh. Pada umumnya, sebagian besar besi gubal langsung diproses untuk membuat baja. Sebagian lain dapat dialirkan ke dalam cetakan sehingga diperoleh besi tuang (cast iron). Besi tempa diperoleh dari besi gubal dengan mengurangi kadar karbon. Besi tempa lebih lunak dan tidak rapuh.

b. Penggunaan Besi

Besi adalah logam yang paling luas dan paling banyak penggunaannya, yaitu sekitar 14 kali total penggunaan semua logam lainnya. Hal tersebut disebabkan tiga alasan berikut.

1. Bijih besi relatif melimpah dan tersebar di berbagai penjuru dunia.

2. Pengolahan besi relatif mudah dan murah.

3. Sifat-sifat besi mudah dimodifikasi.

Kegunaan utama dari besi adalah untuk membuat baja. Baja adalah istilah yang digunakan untuk semua logam campur (aliase) dari besi. Jenis baja sangat beragam, sehingga penggunaannya sanagt luas, mulai dari mainan anak-anak, perkakas dapur, industri kendaraan, konstruksi bangunan, jembatan, rel kereta api, dan sebagainya. Salah satu contoh baja yag paling terkenal adalah baja tahan karat (stainless steels), yang merupakan paduan besi dengan kromium (14-18%) dan nikel (7-9%). Baja tahan karat digunakan untuk membuat perkakas seperti gunting, obeng, dan kunci; perkakas dapur seperti sendok, dan panic; dan sebagainya.

c. Pembuatan Baja

Logam-logam campur dari besi disebut baja. Perubahan yang harus dilakukan pada pembuatan baja dari besi gubal, yaitu:

1. Menurunkan kadar karbon dari 3-4% menjadi 0-1,5%,

2. Menghilangkan pengotor seperti Si, Mn, dan P,

3. Menambahkan logam-logam campur seperti Ni dan Cr, sesuai dengan jenis baja yang akan dibuat.

Teknologi pembuatan baja secara murah dan cepat ditemukan oleh Henry Bessemer dari Inggris pada tahun 1856. Setelah itu, terjadi perkembangan pesat. Pada tahun 1860, dikembangkan tungku terbuka (open hearth furnance) oleh William Siemens, juga dari Inggris. Kini, kebanyakan baja dibuat dengan tungku oksigen (basic oxygen process).

Tungku oksigen adalah silinder baja raksasa dengan pelapis yang bersifat basa pada bagian dalamnya. Tungku ini berkapasitas sekitar 200 ton besi cair, 80 ton besi bekas, dan 18 ton kapur (CaO) sebagai fluks. Ke dalam campuran yang berupa cairan yang sangat panas ini ditiupkan oksigen murni melalui pipa berpendingin. Gas oksigen akan mengoksidasikan karbon menjadi karbon monoksida (CO), sedangkan pengotor lainnya dipisahkan ke dalam terak. Proses pembuatan baja dengan tungku oksigen hanya memerlukan waktu sekitar 22 menit.

Beberapa jenis baja diberikan pada Tabel 3.18.

Nama	Komposisi	Sifat Khas	Penggunaan
Baja mangan	10-18% Mn	Keras, kuat, dan awet	Rel kereta api, lapis baja kendaraan perang, mesin penghancur batu
Baja silikon	1-5% Si	Keras, kuat, sifat magnetnya kuat	Magnet
Durion	12-15% Si	Tahan karat, tahan asam	Pipa, ketel, kondensor dan lain-lain
Invar	36% Ni	Koefisien mulai rendah	Alat pengukur (meteran)
Baja kromium-vanadium	1-10% Cr 0,15 V	Kuat, tahan terhadap tekanan/beban	As kendaraan
Baja tahan karat	14-18% Cr 7-9% Ni	Tahan karat	Alat-alat pemotong, perkakas dapur, alat-alat lain