Proses Produksi Aluminium Ingot (PT INALUM)

Deskripsi Ringkas Proses Produksi

Pabrik peleburan aluminium disebut juga sebagai proyek “Listrik Dalam Kaleng”, sebab listrik yang dihasilkan oleh Pembangkit Listriknya, sebagian besar digunakan untuk kepentingan pabrik peleburan. Listrik yang dihasilkan melalui PLTA PT. Inalum yang terletak di sungai Asahan disalurkan ke pabrik peleburan aluminium di Kuala Tanjung melalui 275 KV jaringan transmisi.

Bahan baku untuk aluminium dibongkar di pelabuhan PT. Inalum dan dimasukkan ke dalam silo masing-masing melalui belt conveyor. Alumina di dalam silo kemudian dialirkan ke Dry Scrubber System untuk direaksikan dengan gas HF dari tungku reduksi sehingga menjadi Reacted Alumina (HF.Al₂O₃). Reacted Alumina tersebut kemudian di bawa ke Hopper Pot dengan Anode Changing Crane (ACC) dan dimasukkan ke dalam tungku reduksi.

Karbon yang akan menjadi anoda di dalam tungku reduksi berasal dari kokas. Kokas tersebut disimpan di dalam silo karbon. Kokas yang ada di dalam silo dicampur dengan butt atau puntung anoda dan dipanaskan dulu, dengan menggunakan pitch sebagai perekatnya. Kemudian, semuanya di masukkan ke Shaking Machine dan dibentuk menjadi blok karbon mentah. Blok karbon kemudian dipanggang di Baking Furnace. Anoda yang sudah dipanggang, dibawa ke pabrik Penagkaian untuk di-pouring ke stub tangkai sehingga memiliki tangkai dan menjadi Anode Assembly.

Anode Assembly ini kemudian dibawa ke Pabrik Reduksi dengan kendaraan khusus pengangkut anoda yaitu Anode Transport Car (ATC). Karbon digunakan sebagai elektroda dalam proses elektrolisa. Setelah anoda dipakai kurang lebih 28 hari di dalam pot, sisa anoda diangkat dan diganti dengan yang baru. Sisa anoda tersebut kemudian dipecah di Pabrik Penangkaian untuk dicampur dengan bahan lainnya agar bisa digunakan kembali.

Di dalam tungku reduksi, alumina yang berupa bubuk akan dielektrolisa menjadi aluminium cair. Setiap 32 jam, setiap pot reduksi akan dihisap 1,8 sampai 2 ton aluminium.Aluminium dihisap menggunakan Metal Ladle yang memiliki kapasitas maksimum 9 ton. Ladle kemudian diangkut Metal Transport Car (MTC) dan dibawa ke pabrik penuangan dan dituangkan ke dalam Holding Furnace. Setelah mendapat proses lanjutan, aluminim cair ini dicetak di Casting Machine menjadi ingot yang beratnya 22,7 kg per batang. Aluminium batangan (ingot) ini kemudian diikat dan siap untuk dipasarkan.

Di PT. INALUM 510 unit pot/tungku reduksi yang terbagi menjadi 3 gedung, sehingga di masing-masing gedung terdapat 170 pot. Arus listrik yang digunakan sebesar 190 -195 KA, dengan tegangan rata-rata di setiap pot 4,3 Volt. Di dalam tungku reduksi, alumina akan dielektrolisa menjadi aluminium cair, dengan prinsip metode Hall-Heroult, yang di temukan secara bersama oleh Charles Hall di USA dan paul Herlout di Perancis pada tahun 1886. Prosesnya adalah elektrolisa larutan alumina (Al₂O₃) di dalam lelehan Kriolit (Na₃AlF₆) pada temperatur 955 ± 10 ^oC, sehingga mengahsilkan aluminium cair. Pot atau tungku reduksi berbentuk kotak baja persegi yang dindingnya berlapiskan batu isolasi batu tahan api (Brick) dan pasta yang disebut  Castable. Di dasar pot terdapat katoda karbon yang dihubungkan dengan kolektor bar, yang berfungsi sebagai penghantar listrik.Di bawah katoda dilapisi brick. Tahapan-tahapan yang dilakukan di tungku reduksi antara lain:

Perakitan Katoda (Cathode Fastening)

Katoda merupakan komponen penghantar arus negatif pada pot yang terdiri dari blok katoda yang merupakan karbon dan batang katoda berupa batang besi yang akan disambung dengan jalur arus (busbar). Keduaya merupakan dua komponen terpisah pada saat pengadakan dan dirakit di Lining Material Shop (LMP) oleh sub-seksi cathode Fastening (CF). hasil perakitan disebut dengan Cathode Assembly. perkaitan katoda merupakan proses penyambungan blok katoda dengan bar katoda dengan menggunakan besi tuang sebagai bahan untuk mangabungnya. adapun tahap- tahap yang dilakukan adalah:

1 1. Proses pemeriksaan bahan yang akan dingunakan

setelah diterima, bahan diperiksa kualitas dan spesifikasinya. Adapun bahan-bahan yang diperiksa meliputi cathode block, cathode bar, pig iron, ferro silica, ferro phosphor dan bahan aditif seperti flux dan serbuk karbon.

2  2. Pembersihan bar katoda

Pembersihan katoda dilakukan untuk menghilangkan korosi yang ada pada bar katoda. Pembersihan dilakukan dengan mengunakan Shot blast machine.

3  3. Setting cathoda block dan cathoda bar

Setting yang dilakukan pada heating frame bertujuan agar posisi  cathode bar berada tepat di tengah  cothode blok.

4  4. Pemanasan

Pemanasan berjuaan untuk menghilangkan kadar air yang ada pada cathode block dan cathode bar, sehingga mencapai temperatur 600 -700 ⁰C. selain itu pemanasan juga dilakukan untuk menghindari thermal shock pada saat penuangan besi tuang.

5  5. Peleburan pig iron di dalam induction furnace

Sebelum dilebur pig iron dipanaskan untuk menghilangkan kadar air. Kemudian pig iron dilebur dengan menambahkan ferro silica, ferro phospor, flux dan carbon powder untuk membentuk cast iron Pouring atau penuangan cast iron. Penuangan cast iron ini bertujuan untuk menyatukan antara cathode block dengan cathode bar. Temperatur cast iron antara 1260-1340 ⁰C.

6  6. Pendinginan

Untuk menghindari pendinginan yang tiba-tiba maka setelah dituang, cathode assembly ditutup dengan menggunakan heat cover yang dibuat secara khusus dari bahan Kao wool dan dilapisi dengan wire mesh yang disebut fine flex. Pendinginan ini berlangsung selama 8 jam.

Operasi Tungku Reduksi

Pabrik peleburan aluminium PT Inalum beroperasi dengan kapasitas terpasang 510 pot, terbagi dalam tiga gedung, sehingga di masing-masing gedung terdapat 170 pot. Arus listrik searah yang digunakan 190 ~ 195 KA, dengan tegangan tiap pot sekitar 4,3 volt. Pot satu dengan pot lainnya dihubungkan secara listrik seri dan diletakkan bersisian. Diagram pot reduksi dapat dilihat pada gambar  3.5  sebagai berikut:

Di dalam operasi pot reduksi terdapat beberapa tahapan proses operasi yaitu:

Baking ( Preheting )

Baking adalah pemanasan permukaan blok katoda secara bertahap, tujuannya menghindari thermal shock yang mungkin terjadi bila pot yang masih dingin tiba-tiba dioperasikan pada temperatur tinggi. Sebelum dilakukan baking, kokas akan dimasukankan secara perlahan ke dalam pot, sehingga akan panas dan membara, memanasi permukaan blok anoda, blok katoda, dan dinding samping pot. Operasi ini berlansung selama 72 jam. pada akhir baking temperatur blok katoda sekitar 750 ⁰C dan siap untuk di start – up

3.3.2        Start Up

Merupakan proses menghidupkan pot yang baru diperbaiki maupun baru dikontruksi ulang, sehingga elektrolit bisa berlangsung. proses ini diawali dengan mengeluarkan kokas dasar dan memutuskan arus listrik yang mengalir ke pot. Kemudian dimasukkan bath cair (cryolite) sebayak 6 ton ke dalam pot. Setelah itu arus listrik dialirkan kembali ke dalam pot sehingga proses elektrolisa berlansung. Agar terjadi kesetimbangan panas (heat balance) di dalam pot, 20 jam atau 72 jam setelah strat up metal cair dimasukkan ke dalam pot sebanyak 12 ton, dan selanjutnya mengalami proses transisi.

3.3.3        Masa Transisi

Transisi adalah masa peralihan dari start-up menuju operasi normal. Selama transisi, komposisi bath, tinggi metal dan tinggi bath, harus dijaga sesuai dengan standarnya. Pada masa transisi ini, terjadi pembentukan kerak samping yang berguna sebagai pelindung dinding samping dari serangan bath yang korosif. Pada akhir masa transisi, heat balance di dalam pot diharapkan sudah stabil. Meskipun masa transisi hanya berlangsung 35 hari pengaruhnya terhadap umur dan kestabilan pot cukup besar.

3.3.4        Operasi Normal

Saat memasuki operasi normal kondisi pot diharapkan sudah stabil. Pekerjaan-pekerjaan utama yang biasa dilakukan antara lain:

1. Penggantian anoda dan penaikan busbar anoda.

Anoda di dalam pot berjumlah 18 buah, dengan masa pakai tiap anoda 28 hari. Agar tegangan pot tetap stabil, penggantian anoda harus diatur, tiap harinya 1 anoda yang boleh diganti. Untuk anoda pojok (A, H dan J atau 18, 1 dan 9), 1 hari berikutnya tidak ada penggantian anoda. Busbar anoda adalah batangan aluminium penghantar listrik, tempat menjepitkan rod anoda. Busbar anoda dapat bergerak turun naik menggerakkan seluruh anoda. Karena dilakukan metal tapping setiap 4 shift, maka busbar anoda akan turun. Secara berkala (± 14 hari sekali) busbar anoda harus dinaikkan pada posisinya semula. Pada saat ini penggantian anoda dan penaikan busbar ini dilakukan dengan bantuan  ACC.

            2.  Pengambilan metal cair (metal tapping – MT)

Metal cair hasil proses produksi, setiap hari diambil dengan disedot dengan menggunakan ladel metal yang digantungkan pada ACC. Banyaknya metal yang diambil dari setiap pot disesuaikan dengan tinggi metalnya dan kondisi pot itu sendiri, besarnya ± 1,4 ton perhari atau 1,8 – 1,9 ton per 32 jam.

3. Pemasukan material 

             AlF₃ merupakan bahan aditif yang dimasukkan setiap hari, untuk mengimbangi penguapan    gas fluorida dan menjaga komposisi bath tetap stabil. Fungsi utamanya menurunkan temperatur liquid bath, sehingga pot bisa dioperasikan pada temperatur yang lebih rendah. Pemasukan AlF₃ ke dalam pot, dilakukan dengan AlF₃ car.

4. Pemecahan kerak tengah dan pemasukan alumina

Pemecahan kerak tengah dilakukan oleh blade, sedangkan pemasukan alumina ke dalam bath sebanyak kira-kira 20 kg dilakukan melalui gate alumina di bagian tengah pot. Pekerjaan ini dikontrol secara kontinyu oleh komputer.

5. Pengontrolan voltage dan penanggulangan noise

Agar temperatur pot tetap terjaga, maka tegangan pot yang sebanding dengan energi input perlu dikontrol terus menerus. Pekerjaan-pekerjaan di atas dikontrol oleh komputer.

6. Pengukuran parameter

a.    Pengukuran tinggi bath (s) dan tinggi metal (m) dan metal clear (mc). Tinggi bath, metal dan metal clear diukur setelah pengisaman metal (metal tapping) dan dilakukan oleh shift berikutnya. Standar tinggi bath cair (s) rata-rata saat ini 21.5 cm. Bila tinggi bath cair (s) ≥ 24 cm, maka bath cair (s) harus dikeluarkan (ditimba manual dengan kereta bath) dan sebaliknya bila tinggi tinggi bath cair (s) ≤ 17 cm, masukkan bath cair. Sedangkan untuk standar tinggi metal cair (m) saat ini adalah 25 cm.

b.      Pengukuran keasaman bath dan kandungan CaF₂.

Keasaman bath dinyatakan dengan kelebihan kandungan AlF₃ di dalam bath, satuannya persen AlF₃. Untuk CaF₂ satuannya persen CaF₂. Pengukuran kedua parameter ini dilakukan dua kali per minggu.

c.       Pengukuran kemurnian metal (kadar silica dan Fe)

Pengukuran kemurnian metal setiap pot dilakukan dua kali per minggu. Sedangkan untuk metal yang akan ditapping, kemurnian metal dihitung di bagian casting sebagai TPM (Total Produk Managemen) untuk setiap pot

d.      Pengukuran distribusi tegangan pot, tinggi lumpur dan jumlah metal.

Pengukuran-pengukuran di atas dilakukan secara random satu pot per block satu kali perbulan, berguna untuk mengetahui kondisi pot secara umum.

e.       Pengukuran temperatur bath

Temperatur bath diukur 5 kali seminggu, berguna untuk mengetahui rata-rata temperatur pot dan sebagai pemasukan AlF_3.

3.3.5        Cut Out Pot ( mematikan pot)

1. Mematikan pot dilakukan bila terjadi kondisi sudah memburuk dan tidak memungkinkan untuk di operasikan lagi. Tanda-tanda pot mulai memburuk diantaranya:

     2. Kadar Fe dan Si dalam metal cair meningkat dan tidak bisa diturunkan lagi. Hal ini biasanya terjadi apabila blok katoda retak atau berlubang.

2   3. Operasi pot yang sulit. Bila gangguan (noise) voltase sulit dikendalikan, suhu dan tegangan sering naik dan sulit diturunkan. Hal ini mengakibatkan anode effect yang timbul dan sangat sulit dihentikan. Pot biasanya di matikan untuk dilakukan perbaikan, sehingga akan dapat digunakan kembali jika kerusakannya telah diperbaiki.

3  4. Setiap 32 jam, setiap pot akan dihisap 1,8 sampai 2 ton aluminium. Aluminium cair dihasilkan di pabrik peleburan (Reduction Plant) yang telah di hisap oleh vacum ladle dibawa dengan metal transport car ke pabrik penuangan.