MAGNESIUM

1.      Magnesium dan Paduannya

1.1  Magnesium

Magnesium adalah unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki simbol Mg dan nomor atom 12 serta berat atom 24,31. Magnesium adalah elemen terbanyak kedelapan yang membentuk 2% berat kulit bumi, serta merupakan unsur terlarut ketiga terbanyak pada air laut. Logam alkali tanah ini terutama digunakan sebagai zat campuran (alloy) untuk membuat campuran alumunium-magnesium yang sering disebut "magnalium" atau "magnelium".

Magnesium merupakan salah satu jenis logam ringan dengan karakteritik sama dengan aluminium tetapi magnesium memiliki titik cair yang lebih rendah dari pada aluminium. Seperti pada aluminium, magnesium juga sangat mudah bersenyawa dengan udara (Oksgen).Perbedaannya dengan aluminium ialah dimana magnesium memiliki permukaan yang keropos yang disebabkan oleh serangan kelembaban udara karena oxid film yang terbentuk pada permukaan magnesium ini hanya mampu melindunginya dari udara yang kering.Unsur air dan garam pada kelembaban udara sangat mempengaruhi ketahanan lapisan oxid pada magnesium dalam melindunginya dari gangguan korosi.Untuk itu benda kerja yang menggunakan bahan magnesium ini diperlukan lapisan tambahan perlindungan seperti cat atau meni.

Magnesium murni memiliki kekuatan tarik sebesar 110 N/mm² dalam bentuk hasil pengecoran (Casting), angka kekuatan tarik ini dapat ditingkatkan melalui proses pengerjaan. Magnesium bersifat lembut dengan modulus elsatis yang sangat rendah. Magnesium memiliki perbedaan dengan logam-logam lain termasuk dengan aluminium, besi tembaga dan nickel dalam sifat pengerjaannya dimana magnesium memiliki struktur yang berada didalam kisi hexagonal sehingga tidak mudah terjadi slip. Oleh karena itu,magnesium tidak mudah dibentuk dengan pengerjaan dingin.Disamping itu, presentase perpanjangannya hanya mencapai 5 % dan hanya mungkin dicapai melalui pengerjaan panas.

a.  Sifat Fisik Magnesium

b.  Sifat Kimia Magnesium

Ø  Magnesium oksida merupakan oksida basa sederhana.

Ø  Reaksi dengan air:

                       MgO    + H₂O   -->  Mg(OH)²

Ø  Reaksi dengan udara:

                       Menghasilkan MO dan M₃N₂ jika dipanaskan.

Ø  Reaksi dengan Hidrogen:

                       tidak bereaksi

Ø  Reaksi dengan klor:

                       M  +  X₂    -->  (dipanaskan)  -->   MX₂ (garam)

c.   Sifat mekanik Magnesium

·           Rapat massa magnesium adalah 1,738 gram/cm3.

·       Magnesium murni memiliki kekuatan tarik sebesar 110 N/mm2 dalam bentuk hasil pengecoran (Casting)

1.3  Proses Pembuatan Magnesium

Magnesium adalah elemen logam terbanyak ketiga (2%) di kerak bumi setelah besi dan aluminium. Kebanyakan magnesium berasal dari air laut yang mengandung 0,13% magnesium dalam bentuk magnesium klorida. Pertama kali diproduksi pada tahun 1808, logam magnesium dapat didapat dengan cara electrolitik atau reduksi termal. Pada metode elektrolisis, air laut dicampur dengan kapur (kalsium hidroksida) dalam tangki pengendapan.Magnesium hidroksida presipitat mengendap, disaring dan dicampur dengan asam klorida.Larutan ini mengalami elektrolisis (seperti yang dilakukan pada aluminium); agar eksploitasi menghasilkan logam magnesium, yang kemudian dituang/dicor menjadi batang logam untuk diproses lebih lanjut ke dalam berbagai bentuk.

Dalam metode reduksi thermal, batuan mineral yang mengandung magnesium (dolomit, magnesit, dan batuan lainnya) dibagi dengan reduktor (seperti ferrosilicon serbuk, sebuah paduan besi dan silikon), dengan memanaskan campuran di  dalam ruang vakum. Sebagai hasil reaksi ini, wujud uap dari magnesium, dan uap tersebut mengembun menjadi kristal magnesium. Kristal ini kemudian meleleh, halus, dan dituang menjadi batang logam untuk diproses lebih lanjut ke dalam berbagai bentuk.

1.4  Magnesium dan paduan magnesium

Magnesium (Mg) adalah logam teknik ringan yang ada, dan memiliki karakteristik meredam getaran yang baik. Paduan ini digunakan dalam aplikasi struktural dan non-struktural dimana berat sangat diutamakan. Magnesium juga merupakan unsur paduan dalam berbagai jenis logam nonferro.

Paduan magnesium khusus digunakan di dalam pesawat terbang dan komponen rudal, peralatan penanganan material, perkakas listrik portabel, tangga, koper, sepeda, barang olahraga, dan komponen ringan umum. Paduan ini tersedia sebagai produk cor/tuang (seperti bingkai kamera) atau sebagai produk tempa (seperti kontruksi dan bentuk balok/batangan, benda tempa, dan gulungan dan lembar plat). Paduan magnesium juga digunakan dalam percetakan dan mesin tekstil untuk meminimalkan gaya inersia dalam komponen berkecepatan tinggi.

Karena tidak cukup kuat dalam bentuk yang murni, magnesium dipaduankan dengan berbagai elemen untuk mendapatkan sifat khusus tertentu, terutama kekuatan untuk rasio berat yang tinggi. Berbagai paduan magnesium memiliki pengecoran, pembentukan, dan karakteristik permesinan yang baik. Karena magnesium mengoksidasi dengan cepat (pyrophpric), ada resiko/bahaya kebakaran, dan tindakan pencegahan yang harus diambil ketika proses permesinan, grindling, atau pengecoran pasir magnesium. Meskipun demikian produk yang terbuat dari magnesium dan paduannnya tidak menimbulkan bahaya kebakaran selama penggunaannya normal.

Sifat-sifat mekanik magnesium terutama memiliki kekuatan tarik yang sangat rendah.Oleh karena itu magnesium murni tidak dibuat dalam teknik.Paduan magnesium memiliki sifat-sifat mekanik yang lebih baik serta banyak digunakan Unsur-unsur paduan dasar magnesium adalah aluminium, seng dan mangan.

Penambahan Al diatas 11%, meningkatkan kekerasan, kuat tarik dan fluidity (keenceran) Penambahan seng meningkatkan ductility (perpanjangan relative) dan castability (mampu tuang).Penambahan 0,1 – 0,5 % meningkatkan ketahanan korosi.Penambahan sedikit cerium, zirconium dan baryllium dapat membuat struktur butir yang halus dan meningkatkan ductility dan tahan oksidasi pada peningkatan suhu.

Berdasarkan hasil analisis terhadap diagram (Gambar 1.19) keseimbangan paduan antara Magnesium-Aluminium dan Magnesium- Zincum, mengindikasikan bahwa larutan padat dari Magnesium-Aluminium maupun Magnesium Zincum dapat meningkat sesuai dengan peningkatan Temperaturnya dimana masing-masing berada pada kadar yang sesuai sehingga dapat “strengthening-heat treatment” melalui metoda pengendapan. Hanya sedikit kadar “rare metal” (logam langka) dapat memberikan pengaruh yang sama kecuali pada Silver yang sedikit membantu termasuk pada berbagai jenis logam paduan lain melalui “ageing”.

a)      Magnesium paduan tempa (Wrought Alloys)

Magnesium paduan tempa dikelompokkan menurut kadar serta jenis unsur paduannya yaitu :

1)      Magnesium dengan 1,5 % Manganese

2)      Paduan dengan Aluminium , Seng serta Manganese

3)      Paduan dengan Zirconium (paduan jenis ini mengandung kadar Seng yang tinggi sehingga dapat dilakukan proses perlakuan panas.

4)      Paduan dengan Seng, Zirconium dan Thorium (Creep resisting-Alloys)

Penandaan paduan magnesium

Paduan Magnesium ditetapkan sebagai berikut:

• Satu atau dua huruf awalan, menunjukkan elemen paduan utama.
• Dua atau tiga angka, menunjukkan persentase unsur paduan utama dan dibulatkan ke desimal terdekat.
• Huruf abjad (kecuali huruf I dan O) menunjukkan standar paduan dengan variasi kecil dalam komposisi.
• Simbol untuk sifat material, mengikuti sistem yang digunakan untuk paduan aluminium.

Sebagai contoh, ambil paduan AZ91C-T6:

• Unsur-unsur paduan utama adalah aluminium (A sebesar 9%, dibulatkan) dan seng (Z sebesar 1%).
• Huruf C, huruf ketiga dari alfabet, menunjukkan bahwa paduan ini adalah yang ketiga dari satu standar (kemudian dari A dan B, yang merupakan paduan pertama dan kedua yang standar, berturut-turut).
• T6 paduan menunjukkan bahwa larutan ini telah direaksikan dan masa artifiasial.

b)      Magnesium paduan Cor (Cast Alloys)

Paduan ini dapat dikelompokan kedalam :

1)  Paduan dengan Aluminium, Zincum dan Manganese.Paduan cor ini merupakan paduan yang yang bersifat “heat tretable – Alloys”.

2)   Paduan dengan Zirconium, Zincum dan Thorium, paduan dengan unsur Zirconium dan Thorium merupakan paduan cor yang bersifat heat treatable dan creep resisiting.

3)   Paduan dengan Zirconium dengan Rare earth metal serta Silver merupakan paduan Cor yang dapat di-heat treatment.

4)   Paduan dengan Zirconium, beberapa dari paduan Cor ini dapat di-heat treatment.

a  Proses perlakuan panas pada Magnesium Paduan

Jika Magnesium telah mengandung unsur paduan dengan jenis dan kadar yang memadai dan memiliki sifat tertentu maka untuk mencapai sifat yang dikehendaki dapat dipertimbangkan untuk kemungkinan dapat diperbaiki serta penyempurnaan melalui proses perlakuan panas, akan tetapi untuk peningkatan tegangannya hanya Magnesium dengan unsur Alumunium dan rare Metal yang memungkinkan dapat ditingkatkan, hal ini juga masih tergantung pada kesesuaian dan ketepatan prosedur pelaksanaannya sehingga  dapat dicapai sifat yang sesuai dengan kebutuhan, untuk itu prosedur berikut merupakan bagian dari pelaksanan perlakuan terhadap Magnesium, antara lain :

1)     Natural Ageing

2)     Precipitation treatment

3)     Precipitation without previus Solution treatment(Pengendapan tanpa pelarutan awal)

Dengan demikian bahan paduan ini harus didinginkan diudara atau diquenching setelah proses pelarutan dengan prosedur yang benar.

b  Fabrikasi Magnesium Paduan

Magnesium dapat dibentuk melalui berbagai metoda pengecoran seperti Sand-Casting, Die-Casting serta pressure Die Casting, dengan berbagai dimensi termasuk untuk kebutuhan tempa seperti rolling, Forging dan extruding. Dalam proses rolling dari Magnesium paduan tempa ternyata memiliki perbedaan pada Kekuatan tarik, ketahanan stress dan prosentase pertambahan panjang menurut arah pengerolannya, dimana pengerolan pada arah melintang (Transverse direction) lebih tinggi dari pada pengerolan pada arah memanjang (Longitudinal direction). Pembentukan dengan pemesinan (Machining) sering kali   diperlukan perhatian khusus karena pada akhir pemotongan sering kali terjadi kegosongan (hangus) yang mengakibatkan sisa pemotongan menjadi mudah terbakar, hal ini disebabkan oleh terjadinya gesekan selama pemotongan, untuk itu ketajaman alat potong ini harus diperhatikan serta menyediakan peralatan pemadam kebakaran yang sesuai yaitu dry-fire extinguisher. Proses pendinginan dengan media Water base Colant tidak sesuai pemakaiannya.

Proses penyambungan pada Magnesium yang paling sesuai ialah dengan baut (Bolting) atau di keling (riveting), namun dapat juga dilas dengan las busur yang menggunakan bususr argon, oxyassetyline atau dengan metode electrical resistance. Untuk melindungi permukaan Magnesium terhadap pengaruh gangguan korosi dapat dilakukan dengan memberikan lapisan pelindung dengan cat yang terlebih dahulu dibebaskan dari minyak atau greace dan akan lebih baik jika dilapisi terlebih dahulu dengan Chromat, dengan metode ini kondisi permukaan akan bertahan tanpa perubahan yang berarti pada periode resonansi. Untuk melindungi Magnesium dari serangan korosi galvanis bagian paduan yang berhubungan dengan lain, terkena larutan electrolyte atau lembab maka bagian ini harus dilapisi dengan cat atau Jointer Compound jika logam yang memiliki beda potensialnya sangat kecil seperti Aluminium dengan Magnesium, akan tetapi jika Magnesium menyerang baja dengan luas kontak diluar jangkauannya, maka dapat juga digunakan non Conductor gasket.

c  Penerapan Magnesium paduan

Magnesium paduan Cor yang dibentuk dengan cetakan pasir (Sand-Cast) banyak digunakan dalam pembuatan block-block engine pada Motor bakar, sedangkan Magnesium yang dibentuk dengan Pressure Die-Casting banyak digunanakan dalam pembuatan peralatan rumah tangga dan kelengkapan kantor. Magnesium Cor tempa dibentuk dengan cara extrusi dan digunakan sebagai Trap dan relling tangga. Magnesium paduan juga digunakan dalam Teknologi Nuclear sebagai tabung Uranium dimana Magnesium sangat rendah dalam penyerapan Neutron pada penampang lintang.

1.4  Manfaat Magnesium

1.    Magnesium dapat digunakan untuk memberi warna putih terang pada kembang api dan pada lampu Blitz

2.  Senyawa MgO dapat digunakan untuk melapisi tungku, karena senyawa MgO memiliki titik leleh yang tinggi

3.    Senyawa Magnesim Hidroksida diguakan dalam pasta gigi untuk mengurangi asam yang terdapat di mulut dan mencegah terjadinya kerusakan gigi, sekaligus sebagai pancegah maag

4.    Membuat campuran logam semakin kuat dan ringan sehingga biasa digunakan pada alat-alat rumah tangga

1.5     efek samping penggunaan Magnesium

• Menghirup debu atau asap mengandung magnesium dapat mengiritasi saluran pernafasan dan dapat menyebabkan demam fume logam. Gejala dapat termasuk batuk, sakit dada, demam, dan leukositosis.
• Apabila tertelandapat menyebabkan sakit perut dan diare.
• Molten magnesium dapat menyebabkan luka bakar kulit serius.
• Konsentrasi tinggi dari debu dapat menyebabkan iritasi mekanis.
• Melihat api magnesium dapat menyebabkan cedera mata.

  
  1.6 Penyimpanan dan Penanganan Magnesium
     1.      Simpan dalam wadah yang tertutup rapat.
     2.      Simpan di tempat yang kering dan berventilasi.
     3.      Hindari tempat penyimpanan yang lembab
     4.      Jauhkan dari oksidasi, klorin, bromin, yodium, asam,dan  semua sumber api.



Dirangkum dari berbagai SUMBER

Read More

Kadmium

Kadmium (Cd) inipertama kali ditemukan oleh seorang ilmuwan Jerman yang bernama Friedric Strohmeyer pada tahun 1817. Logam Cd ini ditemukan dalam bebatuan Calamine (SengKarbonat). Nama kadmium sendiri diambil dari nama latin dari “calamine”yaitu “Cadmia”.

I.  SIFAT FISIKA DAN KIMIA KADMIUM

SIFAT FISIK

a.       Logam berwarna putih keperakan

b.      Mengkilat

c.       Lunak/Mudah ditempa dan ditarik

d.      Titik lebur rendah

    SIFAT KIMIA

          a.       Cd tidak larut dalam basa.

          b.      Larut dalam H2SO4 encer dan HCl encer

             Cd + H₂SO₄ → CdSO₄ + H₂

          c.       Cd tidak menunjukkan sifat amfoter

          d.      Bereaksi dengan halogen dan nonlogam seperti S, Se, P

          e.       Cd adalah logam yang cukup aktif

          f.       Dalam udara terbuka, jika dipanaskan akan membentuk asap coklat CdO

          g.      Memiliki ketahanan korosi yang tinggi

          h.      CdI₂ larut dalam alkohol

II.    SUMBER DAN CARA PENGOLAHAN

      Kadmium ditemukan di kulit bumi ataupun hasil letusan gunung vulkanik. Hanya ada satu jenis mineral kadmium di alam yaitu greennockite (CdS) yang selalu ditemukan bersamaan dengan mineral spalerite (ZnS).
      Produksi sampingan dari peristiwa peleburan bijih-bijih seng (Zn). Biasanya pada konsentrat bijih Zn didapatkan 0,2 sampai 0,3 % logam Cd. Umumnya terdapat bersama-sama dengan Zn dalam bijinya, sehingga Cd diperoleh sebagai hasil sampingan produksi seng. Karena titik didihnya rendah, Cd dapat dipisahkan dari seng melalui penyulingan bertahap. Zn dan Pb diperoleh kembali secara serentak dengan cara tungku pemanas letupan. Cd suatu hasil sampingan yang tidak banyak ragamnya dan biasanya dipisahkan dari Zn dengan destilasi atau dengan pengendapan dari larutan sulfat dengan debu Zn. Cadmium merupakan bahan alami yang terdapat dalam kerak bumi.  

B.     PENGGUNAAN DI INDUSTRI

•   Dalamindustribatubaterai
•   Senyawa kadmium digunakan dalam fosfor tabung TV hitam-putih dan fosfor hijau dalam TV bewarna.
•   Di gunakan dalam penyepuhan kayu, CdO.
•   Sebagai katalis.
•   Digunakan Dalam elektroplating.
•   Kadmium adalah komponen dari beberapa senyawa semikonduktor, yang dapat digunakan untuk cahaya.
•   Obat – obatan seperti sipilis dan malaria.
•   Penambangan timah hitam dan bijih seng 

    E. Paduan Kadmium

• Kadmium dapat ditambahkan ke paduan emas sebesar sampai 4% untuk mendapatkan warna emas hijau. 
• Paduan emas 75%, tembaga 23%, dan hasil kadmium 2% untuk emas lampu hijau.
• Paduan emas 75%, 15% perak, tembaga 6%, dan Kadmium 4% menghasilkan paduan hijau tua.
• Paduan Nikel- Kadmium dalam baterai, yaitu logam kadmium (Cd) sebagai anoda, nikel (IV) oksida (NiO2) sebagai katoda,dan elektrolit KOH 20%.
• Paduan seng mengandung kadmium dalam kisaran 0,025-0. 1 5 persen digunakan sebagai anoda korban dalam perlindungan korosi

    F. Bahaya Kadmium

• Kadmium bisa juga menyebabkan kekacauan pada metabolisme kalsium yang pada akhirnya mengalami kekurangan kalsium pada tubuh dan menyebabkan penyakit osteomalacia (rasa sakit pada persendian tulang belakang, tulang kaki) dan bittlebones (kerusakantulang).
• Keracunan akut yang disebabkan oleh kadmium sering terjadi pada pekerja di industri-industri yang berkaitan dengan logam ini. Peristiwa keracunan akut ini dapat terjadi karena  parapekerja terkena paparan uap logam kadmium atau CdO.
• Keracunan Cd dapat mempengaruhi otot polo spembuluh darah. Akibatnya tekanan darah menjadi tinggi yang kemudian bisa menyebabkan terjadinya gagal jantung dan kerusakan ginjal.
• Kadmium memiliki banyak efektoksik diantaranya kerusakan ginjal dan karsinogenik pada hewan yang menyebabkan tumor pada testis. Akumulasi logam kadmium dalam ginjal membentuk komplekdengan protein. Waktu paruh dari kadmium dalam tubuh 7-30 tahun dan menembus ginjal terutama setelah terjadi kerusakan.

III.    SAFETY

• Perlengkapan pelindung pribadi—  Sistem pernapasan:
• Menggunakan respirator bersertifikat yang layak
• Kulit dan tubuh:
• Petugas harus mengenakan pakaian pelindung.
•  Tangan: 
• Gunakan sarung tangan.
• Mata:
• Pelindung mata harus digunakan

Dirangkum dari berbagai SUMBER

Read More

TEMBAGA

    Tembaga atau cuprum dalam tabel periodik yang memiliki lambang Cu dan nomor atom 29. Tembaga di alam tidak begitu melimpah dan ditemukan dalam bentuk bebas maupun dalam bentuk senyawaan. Bijih tembaga yang terpenting yaitu pirit atau chalcopyrite (CuFeS₂), copper glance atau chalcolite (Cu₂S), cuprite (Cu₂O), malaconite (CuO) dan malachite (Cu₂(OH)₂CO₃) sedangkan dalam unsur bebas ditemukan di Northern Michigan Amerika Serikat.

Dalam jumlah kecil tembaga ditemukan pada beberapa jenis tanaman, bulu-bulu burung terutama yang berbulu terang dan dalam darah binatang-binatang laut seperti udang dan kerang.

A.      SUMBER-SUMBER

Tembaga kadang-kadang ditemukan secara alami, seperti yang ditemukan dalam mineral-mineral seperti cuprite, malachite, azurite, chalcopyrite, dan bornite. Deposit bijih tembaga yang banyak ditemukan di AS, Chile, Zambia, Zaire, Peru, dan Kanada. Bijih-bijih tembaga yang penting adalah sulfida, oxida-oxidanya, dan karbonat. Dari mereka, tembaga diambil dengan cara smelting, leaching, dan elektrolisis.

B.       SIFAT FISIKA

  1) Tembaga merupakan logam yang berwarna kuning seperti emas kuning seperti pada gambar dan keras bila tidak murni.

2) Mudah ditempa (liat) dan bersifat mulur sehingga mudah dibentuk menjadi pipa, lembaran tipis dan kawat.

3) Konduktor panas dan listrik yang baik, kedua setelah perak.

C. SIFAT KIMIA

1) Tembaga merupakan unsur yang relatif tidak reaktif sehingga tahan terhadap korosi. Pada udara yang lembab permukaan tembaga ditutupi oleh suatu lapisan yang berwarna hijau yang menarik dari tembaga karbonat basa, Cu(OH)₂CO₃.

2) Pada kondisi yang istimewa yakni pada suhu sekitar 300 °C tembaga dapat bereaksi dengan oksigen membentuk CuO yang berwarna hitam. Sedangkan pada suhu yang lebih tinggi, sekitar 1000 ºC, akan terbentuk tembaga(I) oksida (Cu₂O) yang berwarna merah.

3) Tembaga tidak diserang oleh air atau uap air dan asam-asam nooksidator encer seperti HCl encer dan H₂SO₄ encer. Tetapi asam klorida pekat dan mendidih menyerang logam tembaga dan membebaskan gas hidrogen. Hal ini disebabkan oleh terbentuknya ion kompleks CuCl₂¯(aq) yang mendorong reaksi kesetimbangan bergeser ke arah produk.

2Cu (s) + 2H⁺ (aq) --> a Cu⁺ (aq) + H₂

2Cu⁺ (aq) + 4Cl^- (aq) --> 2 CuCl₂^- (aq)

Asam sulfat pekatpun dapat menyerang tembaga, seperti reaksi berikut

Cu (s) + H₂SO₄ (l) -> CuSO₄ (aq) + 2H₂O (l) + SO₂ (g)

4) Asam nitrat encer dan pekat dapat menyerang tembaga, sesuai reaksi

Cu (s) + HNO₃ (encer) -> 3Cu(NO₃)₂ (aq) + 4H₂O (l) + 2NO (g)

Cu (s) +4HNO₃ (pekat) -> Cu(NO₃)₂ (aq) + 2H₂O (l) + 2NO₂ (g)

5) Tembaga tidak bereaksi dengan alkali, tetapi larut dalam amonia oleh adanya udara membentuk larutan yang berwarna biru dari kompleks Cu(NH₃)₄⁺.

6) Tembaga panas dapat bereaksi dengan uap belerang dan halogen. Bereaksi dengan belerang membentuk tembaga(I) sulfida dan tembaga(II) sulfida dan untuk reaksi dengan halogen membentuk tembaga(I) klorida, khusus klor yang menghasilkan tembaga(II) klorida.

D. PEMAKAIAN TEMBAGA

a) Sebagai bahan untuk kabel listrik dan kumparan dinamo.

b) Paduan logam. Paduan tembaga 70% dengan seng 30% disebut kuningan, sedangkan paduan tembaga 80% dengan timah putih 20% disebut perunggu. Perunggu yang mengandung sejumlah fosfor digunakan dalam industri arloji dan galvanometer. Kuningan memiliki warna seperti emas sehingga banyak digunakan sebagai perhiasan atau ornamen-ornamen. Sedangkan perunggu banyak dijadikan sebagai perhiasan dan digunakan pula pada seni patung. Kuningan dan perunggu berturut-turut seperti yang tertera pada gambar

c) Mata uang dan perkakas-perkakas yang terbuat dari emas dan perak selalu mengndung tembaga untuk menambah kekuatan dan kekerasannya. Gambar mata uang yang terbuat dari emas:

d) Sebagai bahan penahan untuk bangunan dan beberapa bagian dari kapal.

e) Serbuk tembaga digunakan sebagai katalisator untuk mengoksidasi metanol menjadi metanal.

E. PENGOLAHAN BIJIH TEMBAGA

Bijih tembaga dapat berupa karbonat, oksida dan sulfida. Untuk memperoleh tembaga dari bijih yang berupa oksida dan karbonat lebih mudah dibanding bijih yang berupa sulfida. Hal ini disebabkan tembaga terletak dibagian bawah deret volta sehingga mudah diasingkan dari bijihnya.

 Bijih berupa oksida dan karbonat direduksi menggunakan kokas untuk memperoleh tembaga, sedangkan bijih tembaga sulfida, biasanya kalkopirit (CuFeS₂), terdiri dari beberapa tahap untuk memperoleh tembaga, yakni:

Pengapungan (flotasi)

Proses pengapungan atau flotasi di awali dengan pengecilan ukuran bijih kemudian digiling sampai terbentuk butiran halus. Bijih yang telah dihaluskan dimasukkan ke dalam campuran air dan suatu minyak tertentu. Kemudian udara ditiupkan ke dalam campuran untuk menghasilkan gelembung-gelembung udara. Bagian bijih yang mengandung logam yang tidak berikatan dengan air akan berikatan dengan minyak dan menempel pada gelembung-gelembung udara yang kemudian mengapung ke permukaan. Selanjutnya gelembung-gelembung udara yang membawa partikel-partikel logam dan mengapung ini dipisahkan kemudian dipekatkan.

Pemanggangan

Bijih pekat hasil pengapungan selanjutnya dipanggang dalam udara terbatas pada suhu dibawah titik lelehnya guna menghilangkan air yang mungkin masih ada pada saat pemekatan dan belerang yang hilang sebagai belerang dioksida.

2Cu₂FeS_(s) + 4O₂ --> 2Cu₂S_(s) + 2FeO_(s) + 3SO_2(s)

Campuran yang diperoleh dari proses pemanggangan ini disebut calcine, yang mengandung Cu₂S, FeO dan mungkin masih mengandung sedikit FeS. Setelah itu calcine disilika guna mengubah besi(II) oksida menjadi suatu sanga atau slag besi(II) silikat yang kemudian dapat dipisahkan. Reaksinya sebagai berikut

FeO_(s) + SiO₂ -> FeSiO₃

Tembaga(I) sulfida yang diperoleh pada tahap ini disebut matte dan kemungkinan masih mengandung sedikit besi(II) sulfida

Reduksi

Cu₂S atau matte yang yang diperoleh kemudian direduksi dengan cara dipanaskan dengan udara terkontrol, sesuai reaksi

2Cu₂S(s) + 3O₂(g) → 2Cu₂O(s) + 2SO₂(g)

Cu₂S(s) + 2Cu₂O(s) → 6Cu(s) + SO₂(g)

Tembaga yang diperoleh pada tahap ini disebut blister atau tembaga lepuhan sebab mengandung rongga-rongga yang berisi udara.

Elektrolisis

Blister atau tembaga lepuhan masih mengandung misalnya Ag, Au, dan Pt kemudian dimurnikan dengan cara elektrolisis. Pada elektrolisis tembaga kotor (tidak murni) dipasang sebagai anoda dan katoda digunakan tembaga murni, dengan elektrolit larutan tembaga(II) sulfat (CuSO₄). Selama proses elektrolisis berlangsung tembaga di anoda teroksidasi menjadi Cu²⁺ kemudian direduksi di katoda menjadi logam Cu.

Katoda : Cu₂+(aq) + 2e → Cu(s)

Anoda : Cu(s) → Cu₂+(aq) + 2e

Pada proses ini anoda semakin berkurang dan katoda (tembaga murni) makin bertambah banyak, sedangkan pengotor-pengotor yang berupa Ag, Au, dan Pt mengendap sebagai lumpur.

F. TEMBAGA DAN PADUANNYA

Tembaga digunakan secara luas sebagai salah satu bahan teknik, baik dalam keadaan murni maupun paduan. Tembaga memiliki kekuatan tarik hingga 150 N/mm2 dalam bentuk tembaga tuangan dan dapat ditingkatkan hingga 390 N/mm2 melalui proses pengerjaan dingin dan untuk jenis tuangan aangka kekerasanya hanya mencapai 45 HB namun dapat ditingkatkan menjadi 90 HB melalui pengerjaan dingin, dimana dengan proses pengerjaan dingin ini akan mereduksi keuletan, walaupun demikian keuletannya dapat ditingkatkan melalui proses annealing (lihat proses perlakuan panas) dapat menurunkan angka kekerasan serta tegangannya atau yang disebut proses “temperature” dimana dapat dicapai melalui pengendalian jarak pengerjaan setelah annealing.

Tembaga memiliki sifat thermal dan electrical conduktifitas nomor dua setelah Silver. Tembaga yang digunakan sebagai penghantar listrik banyak digunakan dalam keadaan tingkat kemurnian yang tinggi hingga 99,9 %. Sifat lain dari tembaga ialah sifat ketahanannya terhadap korosi atmospheric serta berbagai serangan media korosi lainnya. Tembaga sangat mudah disambung melalui proses  penyoderan, Brazing serta pengelasan. Tembaga termasuk dalam golongan logam berat dimana memiliki berat jenis 8,9 kg/m3 dengan titik cair 1083 C.

TEMBAGA PADUAN (COPPER BASE ALLOY)

Tembaga Paduan (Copper base Alloy) paling banyak digunakan sebagai bahan teknik karena memiliki berbagai keuntungan, antara lain :

1) Memiliki sifat mekanik yang baik, sifat electrical dan thermal conductivity yang tinggi serta tahan terhadap korosi dan ketahanan aus.

2) Mudah dibentuk melalui pemesinan.

3) Mudah dibentuk melalui pengerjaan panas (Hot working) dan pengerjaan dingin (Cold Working)

4) Mudah disambung melalui penyolderan, brazing dan welding.

5) Mudah dipoles atau diplating jika dikehendaki

6) Pressing dan forging Temperatur lebih rendah dibanding dengan pemakaian bahan logam Ferro.

Tembaga Paduan (Copper Alloy) dapat dikelompokan menjadi :

1) Tembaga paduan rendah yang termasuk dalam kelompok ini ialah Silver-Copper, Cadmium-Copper, Tellurium-Copper, Berylium- Copper dan Paduan Copper-Nickel-Silicon.

2) Tembaga Paduan dengan kadar tinggi, yaitu Brass dan Bronze.

a. Tembaga paduan dengan kadar rendah

1) Silver-Copper ; Temperatur pelunakan dari tembaga jenis ini dapat ditingkatkan dari 2000 hingga 3500 melalui penambahan unsur Nickel hingga 0,08 %. Tembaga ini akan menjadi lebih keras dengan tegangan yang tidak dapat direduksi oleh temperature penyolderan, penimahan (Tining) atau proses lain yang menggunakan temperature rendah. Unsur Silver dengan kadar rendah ini hanya sedikit sekali terjadi efek penyimpangan dan tergantung pada nilai konduktifitas dari tembaga itu sendiri,. Silver-Copper digunakan sebagai bagian dari Comutatorkomponen Radiator serta berbagai penerapan yang memerlukan kekerasan dan tegangan stabil tanpa dipengaruhi oleh panas akibat pemanasan selama proses pnyambungan. Silver juga memiliki sifat creep resistance pada tembaga karena softening Temperatur.

2) Cadmium-Copper; kadar Cadmium sebesar 1 % pada Tembaga akan meningkatkan softening Temperatur, demikian pula ketahanan, tegangan dan keuletan serta kelelahannya akan meningkat. Cadmium-Copper digunakan dalam konduktor untuk memperpanjang garis rentang overhead kabel hantaran arus listrik serta untuk ketahanan pada elektroda las (welding electrodes) Sifat lembut dari kabel yang terbuat dari Cadmium-Copper banyak digunakan dalam electrical wiring dari pesawat terbang karena sifatnya yang flexible serta tahan terhadap getaran. Kadar Cadmium yang rendah hanya akan terjadi kerusakan memanajang namun tergantung pada konduktifitas tembaga itu sendiri.

3) Chromium-Copper, unsur Chromium hingga 0,5 % pada Tembaga akan memperkecil pengaruh konduktifitasnya, namun kekerasan serta tegangannya akan meningkat serta akan

menerima reaksi perlakuan panas.Analisis terhadap diagram keseimbangan paduan antara Chromium dengan-Tembaga memberikan indikasi bahwa hanya sedikit saja kuantitas chromium yang dapt bercampur dalam larutan pada (Solid solution). Larutan padat dari Chroimum akan meningkat sesuai dengan peningkatan temperaturnya dan semua unsur Chromium akan masuk didalam larutan padat pada Temperatur 1000⁰C. Jika paduan ini di-Quenching dari temperatur ini maka akan terjadi “Solution treated” sehingga semua sisa chromium akan tetap berada didalam larutan padat dan menghasilkan paduan yang ulet dan liat. Proses pengendapan (precipitation treatment) dilakukan untuk memperbaiki keseimbangan serta perbaikan sifat mekaniknya, yaitu dengan memberikan pemanasan ulang dengan temperature hingga 500⁰C dengan waktu (Holding time) selama 2 jam dan kemudian didinginkan.

4) Tellurium-Copper, unsur Tellurium pada Tembaga hingga sebesar 0,5 % akan menghasilkan paduan tembaga yang dapat dibentuk dengan baik melalui proses pemesinan. Tellurium tidak dapat larut didalam Tembaga namunakan menyebar seluruhnya ketika paduan itu dilebur dan tersisa didalam bentuk partikel-partikel halus dimana paduan dalam keadaan padat, dengan demikian maka akan diperoleh Paduan tembaga yang dapat dengan mudah dibentuk melalui pemesinan dan menghasilkan chip yang mudah terlepas.

5) Copper-Nickel-Silicon Alloys, Jika Nickel dan Silocon dalam perbandingan 4 : 1, yaitu 4 bagian Nickel dan 1 bagian Silicon dipadukan di dalam Copper (Tembaga) pada Temperatur tinggi maka

akan terbentuk sebuah unsur yang disebut Nickel Silicide (Ni2Si) dan pada Temperatur rendah paduan ini akan sesuai unutk pengendapan dalam perlakuan panas, dimana proses pelarutan akan diperoleh dalam proses Quenching dari Temperatur 700⁰C dan akan diperoleh sifat paduan Tembaga yang lunak dan ulet, kemudian dilanjutkan dengan memberikan pemanasan maka akan meningkatkan kekerasan serta tegangan dari paduan Tembaga tersebut.

Prosentase kadar Nickel dan Silicon ini disesuaikan dengan kebutuhan dari sifat yang dihasilkannya, biasanya diberikan antara 1 % hingga 3 % . Paduan Tembaga ini akan memiliki sifat Thermal dan electrical Conductivity yang baik dan tahan terhadap pembentukan kulit dan oxidasi serta dapat mempertahankan sifat mekaniknya pada Temperatur tinggi dalam jangka waktu yang lama.

b. Tembaga Paduan tinggi

1) Kuningan (Brasses)

Kuningan adalah paduan Tembaga dengan lebih dari 50 % Zincum (seng) kadang-kadang ditambah dengan Timah putih (Tin) dan Timah Hitam (Lead) serta Alumunium dan Silicon. Analisis terhadap diagram keseimbangan dari paduan  Copper-Zinc (Tembaga-Seng) memperlihatkan bahwa paduan Tembaga Proses larutan Seng didalam Tembaga tidak berkembang oleh perubahan Temperatur, dengan demikian Kuningan bukan paduan yang terbentuk oleh pengendapan. Kuningan dengan kandungan seng diatas 37 % disebut “Brasses” yang merupakan paduan mampu pengerjaan dingin karena terbentuk dari struktur larutan padat. Paduan Tembaga Kuningan yang disebut  Brasses ini berkembang oleh pengembangan dalam dari unsur yang pada kahirnya akan menyebabkan distorsi dari kisi tembaga (“Tembaga lattice”). Phase dimana terbentuknya pecahan merah (hot short) oleh karena itu kuningan ini tidak cocok untuk pengerjaan panas.

Kuningan dari jenis ini memiliki sifat mampu pengerjaan panas (Hot working Brasses), hal ini disebabkan karena atom berserakan pada temperature tinggi dan akan membentuk keuletan pada phase dan pada saat yang bersamaan kristal  akan menjadi rapuh pada Temperatur tinggi dan larut kedalam phase sehingga paduan akan bersifat ulet pada Temperaatur yang lebih tinggi. Kuningan dengan kadar Seng 45 % komposisinya terdiri atas kristal secara menyeluruh dengan sifat yang sangat rapuh pada temperature ruangan (room temperature), hal ini terlihat pada diagram keseimbangan Tembaga-Seng dimana titik cair dari dari Seng paduan tinggi lebih rendah dari pada Kuningan dengan kadar Seng rendah, oleh karena itu Seng dengan paduan tinggi ini digunakan sebagai “Brazing spelter” karena titik cairnya yang rendah tersebut namun sambungan tidak menjadi rapuh karena selama operasi penyambungan kadar Senga akan turun melalui proses penguapan dan sebagian akan menyebar kedalam Kuningan pada sambungan tersebut.

2). Bronzes and Gunmetals

Bronzes and Gunmetals ialah paduan tembaga dengan timah putih (Tin) serta unsur-unsur tambahan dengan sedikit kuatitas yang terdiri atas Timah hitam (lead). Untuk semua paduan Tembaga dengan Timah hitam ini disebut “Bronzes” dan paduan Tembaga dengan timah putih disebut “Tin-Bronzes”, sedangkan Bronzes dengan penambahan unsur Seng disebut “Gunmetals”.  Bronzes sangat mudah dibentuk dengan pengecoran dan memiliki sifat tahan terhadap korosi dengan sifat yang paling penting ialah memiliki sifat ketahanan aus.

2. Tin Bronzes and Gunmetals

Analisis terhadap diagram keseimbangan Copper-Tin mengindikasikan bahwa Paduan Tembaga dengan kandungan Timah putih (Tin) hingga 14 % dikelompokan kedalam paduan dengan larutan padat (solid solution), dan jika paduan ini didinginkan dengan sangat lambat sifat larutan akan menurun, hal ini terlihat yang diindikasikan dengan garis putus-putus (dashed) pada diagram tersebut. Jadi partikel yang keras dan rapuh  akan berada dalam larutan padat (solid solution), hal ini hanya akan terjadi didalam praktiknya, dimana pada hasil pengecoran paduan mengandung kadar Timah Putih diatas 10 %. Tetapi pahse dapat terurai dengan kelebihan timah dan masuk kedalam larutan padat jika paduan ini diberi perlakuan panas (Annealing) pada temperature 300⁰C dengan holding time hingga 1000 jam. Paduan Tembaga dengan kandungan kadar Timah antara 14 dan 32 % sifatnya akan menjadi lunak dengan sifat kombinasi antara keras dan ulet. Bahan paduan ini merupakan bahan paduan yang baik karena memiliki titik cair yang rendah.

Pada diagram tersebut juga memperlihatkan bahwa Bronze ini memiliki derajat pemadatan yang besar (terindikasi pada jarak antara garis solidus dengan garis liquidus) dimana paduan ini cenderung membentuk inti pada stuktur hasil pengecoran, Inti paduan akan terbentuk jika setiap butiran tersususn pada titik cair yang tinggi dan dibagian luarnya sangat kaya dengan susunan butiran yang memiliki titik cair rendah, namun demikian komposisi dari masing-masing butiran ini dapat diseragamkan melalui proses perlakukan panas (Annealing). Tin-Bronze dibedakan menjadi 2 macam yaitu Wrough- Bronzes dan Cast Bronzes.

• Wrough-Bronzes

Wrough-Bronzes ; atau disebut Perunggu tempa atau Bronzes yakni Bronze yang mengandung kadar Timah putih diatas 8 %, pembentukannya dapt dilakukan dengan proses rolling secara dingin atau direntang. Bronzes ini dapat memegas selama proses pengerjan dingin (cold working process), oleh karena itu sebelum proses pembentukan harus dilakukan proses Annealing dengan temperature annealing 700 C . Bronzes ini memiliki sifat ketahanan korosi yang baik.

Bronzes dengan kadar Phosphor hingga 0,3 % digunakan sebagai bahan pembuat “Wrought Phosphor Bronzes” yakni sebagai bahan pagas, seperti pegas-pegas pada electrical contact serta berbagai instrument pemegang pada coil.

• Casting-Bronzes

Casting-Bronzes  Mengandung kadar Timah putih antara 10 hingga 18 % dengan penambahan berbagai unsur akan diperoleh struktur yang kompleks. Casting Phosphorus Bronzes merupakan bahan paling penting sebagai bahan baku pengecoran, dimana mengandung 10 % kadar Timah Putih (tin) serta unsur phosphor sebesar 0,05 %. Bronze ini sangat baik digunakan sebagai bahan bantalan dengan beban berat (heavy duty) dan kadar Phosphornya dapat ditingkatkan hingga 0,5 % walauypun dengan kehilangan sedikit sifat keuletannya. Bell-metals ; yakni bahan yang terbentuk dari hasil pengecoran pada Bronzes dengan kandungan Timah putih hingga 20 % dengan demikian akan menghasilakn efek suara jika dipukul. Speculum metal ; ialah Bronze yang mengandung 30 % sampai 40 % Timah Putih, Bronze ini sangat rapuh namun dapat dipoles sehingga sering digunakan sebagai bahan cermin, kisi pantul cahaya serta berbagai kebutuhan peralatan optic juga sebagai bahan pelapis. Leaded Bronzes ialah Tin-Bronze yang mengandung unsur timah hitam sebagai unsur yang dapat mengakibatkan bahan memiliki sifat mampu mesin (machinability). Kandungan lead pada Leaded Bronze hingga 5 % dan Leaded Bronze yang memiliki kandungan timah hitam hingga 10 % dapat meningkatkan sifat luncur sehingga banyak digunakan sebagai bantalan.

Gunmetal ialah Bronzes tuangan dengan komposisi unsur seng untuk memberikan sifat mampu cor yang lebih baik. Admiralty Gunmetels Komposisinya terdiri atas 88 % Copper dan 10 % Timah putih (tin) dan 2 % Sengan digunakan dalam pembuatan komponen kapal laut, seperti Valve-valve dan berbagai paralatan Mesin uap. Leaded Gunmetels ialah Bronzes dengan kandungan unsur lead diatas 5 % untuk meningkatkan sifat mampu Cor (Castingability) dan mampu mesin (Machinability). Nickel Bronzes ialah Bronze dengan penambahan sedikit unsur Nickel kedalam Tin-Bronzes dengan tujuan untuk memperbaikai sifat  mekanik dari bronze tersebut, disamping itu juga dapat memperbaiki sifat mampu cor. Unsur Nickel pada Bronze ini akan bersenyawa dengan seng sehingga akan menghasilkan paduan yang keras yang disebut “Nickel Gunmetals”.

Paduan dengan kadar Nickel yang tinggi dapat akan tergambarkan pada diagram keseimbangan karena, proses pelarutan akan terjadi jika dapat dilakukan pelarutan melalui proses pengecoran.

Pemanasan dengan Temperatur 760 C yang diikuti dengan Quenching dan dilanjutkan dengan pemanasan pada temperature 300 C setiap jam tegangan dan kekerasannya akan meningkat.

Nickel Bronzes memiliki sifat ketahanan aus dan korosi serta dapat mempertahankan kekerasannya pada berbagai perubahan Temperatur.

Nickel Bronzes digunakan sebagai bahan dalam pembuatan Valve serta berbagai komponen boiler feef water. Aluminium Bronzes kadar Tembaga yang lebih besar diberikan pada saat akhir pencampuran Copper-Aluminium. Dari diagram keseimbangan dapat terindikasi bahwa kadar Aluminium yang lebih tinggi dari 9,4 % akan masuk kedalam larutan padat (Solid Solution) tidak akan meningkat dengan penambahan derajat pemanasan akan tetapi malah akan turun jika Temperatur melebihi 565 derajat C.

3) Paduan Tembaga-Nickel

Paduan Tembaga-Nickel ialah logam yang merupakan paduan dari dua unsur yakni unsur Tembaga (copper) dengan Nickel. Logam paduan ini dibedakan menjadi dua macam yaitu :

1. Cupro-Nickel Yaitu logam dengan unsur yang terdiri atas Copper dan Nickel

2. Nickel Silver yakni paduan antara Tembaga (Copper), Nickel dan Zinc (seng).

• Cupro-Nickel :

Diagram keseimbangan dari paduan Cooper-Nickel (Gambar 1.12), mengindikasikan bahwa paduan ini akan membentuk larutan padat (Solid Solution) dalam semua perbandingan untuk semua paduan dan menghasilkan bahan yang sesuai untuk pengerjaan panas maupun dingin. Unsur Nickel yang terdapat pada paduan ini biasanya antara 15 sampai 680 , kekuatan tarik, keuletan dan kekerasanya  berkembang sesuai dengan kadar unsur dari Nickel tersebut. Paduan dengan kadar Nickel sampai 20 % adalah yang paling baik dalam kelompok ini untuk pengerjaan dingin keras, dan paduan dengan kadar Nickel sampai 25 % biasanya digunakan dalam pembuatan Coin pada “British Silver”. Sebagai logam penting dari jenis paduan ini ialah yang disebut “Monel” yakni paduan dengan unsur Nickel hingga 68 % sebuah paduan yang sangat tahan terhadap korosi dan dapat mempertahankan sifatnya pada temperature tinggi, sehingga Monel banyak digunakan pada Turbin Uap.

• Nickel – Silver

Nickel – Silver sebenarnya tidak mengandung unsur Silver, penamaan ini dikarenakan penampilan dari paduan ini menyerupai  silver. Komposisinya terdiri atas Copper, Nickel dan Seng (Zinc). Semua paduan dari jenis ini dapat dikerjakan atau dibentuk dengan pengejaan dingin (cold working), akan tetapi dengan meminimalkan tingkat kemurniannya paduan ini juga memungkinkan untuk pengerjaan panas (hot working). Nickel Silver mengandung kadar Tembaga antara 55 % sampai 68 % dan paduan dengan kadar Nickel antara 10 % hingga 30 % banyak digunakan dalam pembuatan sendok dan garpu. Paduan yang dibuat dalam bentuk plat dengan type EPNS sebagai derajat kesatu dengan kadar Nickel 18 % digunakan sebagai bahan pegas pada kontaktor peralatan listrik.

4). Copper Alloy Containing Silicon

Copper Alloy Containing Silicon paduan tembaga dengan penambahan sedikit unsur Silicon untuk meningkatkan tegangan serta ketahanannya terhadap serangan korosi, dan hal ini pula yang menjadikan Tembaga mudah untuk dilakukan penyambungan melalui pengelasan, dimana dioxidasi dalam pengelasan dalam proses pencairan logam ini akan tercapai dengan adanya unsur Silikon tersebut. Paduan Tembaga dengan kadar Silicon sampai maximum 3 % masih dapat ditempa (Forging), namun jika lebih besar dari 5 % merupakan Bronze tuangan (Casting Bronzes).

Copper Alloy Containing Manganese

Copper Alloy Containing Manganese; unsur Manganese digunakan dalam paduan dengan unsur Aluminium atau Nickel pada Tembaga, dimana akan memberikan sifat listrik yang sangat spesifik. Bahan ini sangat mudah untuk dibentuk hingga bentuk-bentuk yang sangat rumit dibanding dengan pemakaian baja. Paduan ini juga memiliki ketahanan korosi yang sangat baik .

Dirangkum dari berbagai SUMBER
Kelebihan dan Kekurangannya bisa disampaikan ke ghanie17@gmail.com atau lewat kolom komentar.

Read More