Perpustakaan Digital ITB

Permintaan timah di pasar global diprediksi terus mengalami peningkatan. Logam timah dapat diaplikasikan pada berbagai sektor industri mulai dari elemen minor hingga komponen utama yang bersifat krusial pada perkembangan teknologi modern. Teknologi peleburan timah yang proven dan sedang digunakan di Indonesia adalah reverberatory furnace dan top submerged lance (TSL) furnace. Salah satu masalah serius yang tengah dihadapi pada peleburan timah adalah korosi terhadap refraktori bagian dalam yang berkontak langsung dengan terak. Material refraktori yang umum digunakan adalah refraktori berbasis magnesia. Sejumlah keunggulan refraktori berbasis magnesia antara lain sifat mekanik dan ketahanan yang baik pada temperatur tinggi, efisiensi termal yang baik, ketahanan terhadap serangan terak basa, dan biaya yang lebih murah dibandingkan dengan alumina. Akan tetapi, refraktori berbasis magnesia memiliki keterbatasan pada lingkungan terak yang asam dan ekspansi termal yang tinggi sehingga dapat menimbulkan celah dan retakan yang dapat mendegradasi lapisan refraktori. Di sisi lain, refraktori berbasis alumina dapat dijadikan sebagai alternatif khususnya ketika menghadapi sifat terak yang tidak menentu karena alumina memiliki sifat amfoter. Meskipun demikian, interaksi berkelanjutan dalam durasi yang panjang dapat menyebabkan material refraktori mengalami pengikisan yang semakin masif. Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan untuk mengevaluasi penggunaan refraktori alumina yang diaplikasikan pada refraktori peleburan timah. Serangkaian simulasi termodinamika dan percobaan skala laboratorium telah dilakukan. Perangkat lunak FactSage 8.2 digunakan untuk menyimulasikan kelarutan Al2O3 di dalam terak dan rasio %Sn terak dengan %Sn logam (L) pada proses peleburan timah teknologi TSL furnace tahap smelting dan reduction. Parameter yang divariasikan antara lain Fe/SiO2 0,3 – 1,6, CaO/SiO2 0,3 – 1,6, %Sn terak 3 – 20%, dan temperatur 1100 – 1600oC. Selanjutnya, percobaan skala laboratorium dilakukan untuk memverifikasi hasil simulasi yang tersedia. Percobaan peleburan dilakukan dengan menggunakan terak sintetis SnO-FeO-CaOSiO2- Al2O3 di dalam vertical tube furnace pada temperatur 1300oC selama 2 jam. Parameter yang divariasikan, yaitu Fe/SiO2 0,3 – 1,6, CaO/SiO2 0,3 – 1,6, dan %Sn terak 3 – 20%. Sampel hasil peleburan dianalisis dengan menggunakan Scanning Electron Microscope – Energy Dispersive Spectroscopy (SEM-EDS) untuk ditentukan kelarutan Al2O3 di dalam terak, rasio %Sn terak terhadap %Sn logam, dan fasa-fasa yang mungkin terbentuk pada peleburan temperatur tinggi. Hasil simulasi menunjukkan bahwa kelarutan Al2O3 pada tahap smelting dan reduction dipengaruhi oleh temperatur, Fe/SiO2, dan CaO/SiO2, sedangkan rasio %Sn terak terhadap %Sn logam (L) bersifat independen yang hanya dipengaruhi oleh %Sn di dalam terak. Berdasarkan hasil percobaan pada temperatur 1300oC dengan memvariasi Fe/SiO2 direntang 0,3 – 1,6, Fe/SiO2 yang rendah memberikan peningkatan kelarutan Al2O3 di dalam terak yang diikuti oleh pembentukan fasa anorthite (CaAl2Si2O8), sedangkan Fe/SiO2 yang lebih tinggi menghasilkan penurunan kelarutan Al2O3 yang diiringi dengan pembentukan fasa spinel (FeAl2O4). Tren serupa terjadi pada percobaan yang memvariasikan rasio CaO/SiO2 direntang 0,3 – 1,6. Mulanya, kelarutan Al2O3 mengalami peningkatan yang disertai pembentukan fasa spinel (FeAl2O4). Kemudian, kelarutannya menurun, pada CaO/SiO2 yang lebih tinggi, dengan disertai pembentukan fasa baru, yaitu melilite ((Ca,Na)2(Al,Mg,Fe2+)(Si,Al)2O7). Fasa-fasa padatan tersebut dapat terbentuk di dalam matriks terak ataupun di antarmuka terak-krusibel. Pembentukan fasa padatan di antarmuka terak-krusibel dinilai mampu mencegah penetrasi lebih lanjut lelehan terak menuju lapisan krusibel akibat terbentuknya lapisan protektif yang tersusun atas fasa-fasa padatan yang dihasilkan oleh peristiwa interaksi terak dengan refraktori selama proses peleburan pada temperatur tinggi. Sementara itu, pada parameter CaO/SiO2 dan Fe/SiO2 yang konstan sebesar 0,3, penurunan %Sn di dalam terak dapat meningkatkan nilai kelarutan Al2O3 akibat terciptanya terak yang lebih agresif terhadap krusibel Al2O3.