Home Kimia

Pembuatan dan Kegunaan Unsur Logam dan Senyawanya Besi dan Baja

Updated: • • min read
Table of Contents

Pembuatan Besi

Besi termasuk logam yang paling murah diantara logam-logam yang dikenal manusia.


Senyawa besi terdapat dalam sebagian besar batuan dan tanah.


Besi diolah dari bijinya dalam suatu tungku yang disebut tanur tiup atau blast furnace .


Bahan yang digunakan pada pengolahan besi adalah bijih besi, kokas, dan batu kapur.


Kokas (C) berfungsi sebagai reduktor, sedangkan batu kapur (CaCO3) digunakan sebagai fluks, atau bahan yang akan bereaksi dengan pengotor dalam bijih besi dan memisahkan kotoran itu dalam bentuk cairan kental yang disebut terak atau slag.


Komposisi bahan-bahan pengolahan besi di atas tergantung pada pengotor yang ada, baik bersifat asam maupun basa.


Pada umumnya pengotor dalam bijih besi bersifat asam, sehingga diperlukan fluks yang bersifat basa, seperti CaCO3.


Secara garis besar, proses pengolahan besi terjadi pada tanur tiup dijelaskan seperti persamaan berikut.

  • Bijih besi, kokas, dan batu kapur diumpankan dari atas tanur, kemudian udara panas ditiupkan dari bawah.
    Kokas akan terbakar pada bagian bawah tanur dan membebaskan kalor, sehingga suhu disekitarnya akan mencapai 2000oC. Reaksi yang terjadi dapat ditulis sebagai berikut.
    C(s) + O2(g) → CO2(g) + kalor
    Ketika bergerak naik, gas CO2 yang baru terbentuk bereaksi lagi dengan kokas yang bergerak turun membentuk CO.
    CO2(g) + C(s) → 2CO(g)
  • Gas CO yang dihasilkan akan mereduksi bijih besi secara bertahap.
    Fe2O3 →Tahap 1→ Fe3O4 →Tahap 2→ FeO →Tahap 3→ Fe
    Tahap 1: 3Fe2O3 + CO → 2Fe3O4 + CO2
    Tahap 2: Fe3O4 + CO → 3FeO + CO2
    Tahap 3: FeO + CO → Fe + CO2

    Reaksi keseluruhannya menjadi:
    Fe2O3(s) + 3CO(g) → 2Fe(l) + 3CO2(g)

    Besi yang terbentuk pada proses tanur tiup, berupa cairan karena suhu tanur yang sangat tinggi. Reaksi pembentukan terak yang menghilangkan pengotor dapat dituliskan seperti persamaan berikut.
    CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(s)
    CaO(s) + SiO2(s) → CaSiO3(l)
    3CaO(s) +P2O5 → Ca3(PO4)2(l)

    Reaksi untuk pengotor yang larut dalam besi cair sebagai berikut.
    MnO + C → Mn + CO
    SiO2 + 2C → Si + 2CO
    P2O5 + 5C → 2P + 5CO

    Besi cair turun ke dasar tanur dan dikeluarkan secara bertahap, di mana terak dengan massa jenis yang lebih kecil mengapung di atas besi cair.
    Lapisan terak dapat berfungsi sebagai pelindung besi cair dari oksidasi kembali. Terak dikeluarkan melalui saluran tersendiri dan dapat digunakan sebagai bahan dasar pembuatan jalan raya atau bahan pupuk.
    Besi yang dihasilkan dari proses ini disebut besi gubal atau besi kasar yang mengandung kira-kira 95% besi, 3-4% karbon, dan sisanya pengotor lain seperti Mn, Si, P, dan S.
    Besi gubal bersifat keras tapi rapuh. Sebagian besar besi gubal langsung diolah menjadi baja dan sebagian lainnya dialirkan ke dalam cetakan, sehingga diperoleh besi tuang (cast iron)


Kegunaan Besi dan Senyawanya

1. Besi

Besi banyak digunakan dalam kehidupan karena sifat besi yang mudah dimodifikasi. Bijih besi banyak tersebar di dunia dan pengolahannya relatif murah dan mudah. Penggunaan utama besi adalah untuk membuat baja.



2. Baja

Baja merupakan sebutan yang digunakan untuk semua logam aliasi atau campur dari besi.


Saat ini, baja dibuat dari besi gubal atau besi kasar dengan menggunakan tungku oksigen, yaitu suatu silinder raksasa atau converter dengan pelapis yang bersifat basa didalamnya.


Tungku ini berkapasitas sekitar 200 ton besi cair, 80 ton besi bekas, dan 18 ton kapur (CaO) sebagai fluks.


Proses pembuatan baja dengan tungku oksigen memerlukan waktu sekitar 22 menit.


Proses pembuatan baja dimulai dengan menuangkan campuran yang berupa cairan yang sangat panas ke dalam tungku oksigen, kemudian ditiupkan oksigen murni melalui pipa berpendingin.


Gas oksigen akan mengoksidasikan karbon menjadi karbon monoksida, sedangkan pengotor lain dikeluarkan melalui terak.


Karbon, belerang, dan fosfor keluar sebagai oksida berupa gas, sedangkan silikon oksida membentuk terak di atas besi.


Setelah terak dipisahkan, pada leburan besi ditambahkan karbon, mangan, atau unsur lain sesuai kebutuhan. Kadar karbon dalam baja berkisar antara 0,09%-0,9%.


Beberapa jenis baja yang banyak dibuat ditampilkan pada tabel berikut


Tabel Jenis-Jenis Baja
Jenis baja Komposisi Sifat Manfaat
Stainless steel 0,2%-0,4% C
7%-9% Ni
14-18% Cr		 Tahan terhadap korosi Membuat alat-alat rumah tangga dan alat pemotong
Baja wolfram 0,4%-0,9% C
5% W		 Sangat keras Untuk mata pahat dan mesin bubut
Baja mangan 0,4-0,9% C
10%-20% Mn		 Keras dan kuat Rel kereta api, pegas, kendaraan perang lapis baja dan mesin penghancur batu magnet
Baja nikel 35%-40% Ni Tahan terhadap goyangan Komponen lampu pijar
Baja kromiumvanadium 1%-10% Cr
0,15 V		 Kuat dan tahan terhadap tekanan atau beban As roda
Baja silikon 1-15% Si Keras, kuat, dan sifat magnetnya kuat Magnet
Durion 12%-15% Si Tahan karat, dan tahan asam Pipa, ketel, dan kondensor
Invar 36% Ni Koefisien muai rendah Alat pengukur (meteran)
Baja-sedang 0,09%-0,2% C
0,05%-1,0% Mn
0,2%-0,75% Si		 Mudah dibentuk Badan mobil, jarum, dan pipa
Baja krom 8% Ni
18% Cr		 Keras dan tahan aus Pembuatan alat-alat arloji


Materi Terkait