MATERIAL TEKNIK

Mengenal Material dan Mineral
Material dapat berupa bahan logam dan non logam. Bahan logam ini terdiri dari logam ferro dan nonferro. Bahan logam ferro diantaranya besi, baja, dan besi cor, sedangkan logam nonferro (bukan besi) antara lain emas, perak, dan timah putih. Bahan non logam dapat dibagi menjadi bahan organik (bahan yang berasal dari alam) dan bahan anorganik. Selain pengelompokan di atas, material juga dapat dikelompokkan berdasarkan unsur-unsur kimia, yaitu unsur logam, nonlogam dan metalloid. Dengan mengetahui unsur-unsur kimia ini, kita dapat menghasilkan logam yang kuat dan keras sesuai kebutuhan.
1. Berbagai Macam Sifat Logam
Logam mempunyai beberapa sifat antara lain: sifat mekanis, sifat fisika, sifat kimia dan sifat pengerjaan. Sifat mekanis adalah kemampuan suatu logam untuk menahan beban yang diberikan pada logam tersebut. Pembebanan yang diberikan dapat berupa pembebanan statis (besar dan arahnya tetap), ataupun pembebanan dinamis (besar dan arahnya berubah). Yang termasuk sifat mekanis pada logam, antara lain: kekuatan bahan (strength), kekerasan elastisitas, kekakuan, plastisitas, kelelahan bahan, sifat fisika, sifat kimia, dan sifat pengerjaan.
Kekuatan (strength) adalah kemampuan material untuk menahan tegangan tanpa kerusakan. Beberapa material seperti baja struktur, besi tempa, alumunium, dan tembaga mempunyai kekuatan tarik dan tekan yang hampir sama. Sementara itu, kekuatan gesermya kira-kira dua pertiga kekuatan tariknya. Ukuran kekuatan bahan adalah tegangan maksimumnya, atau gaya terbesar persatuan luas yang dapat ditahan bahan tanpa patah. Untuk mengetahui kekuatan suatu material dapat dilakukan dengan pengujian tarik, tekan, atau geser.
Kekerasan (hardness) adalah ketahanan suatu bahan untuk menahan pembebanan yang dapat berupa goresan atau penekanan. Kekerasan merupakan kemampuan suatu material untuk menahan takik atau kikisan. Untuk mengetahui kekerasan suatu material digunakan uji Brinell.
Kekakuan adalah ukuran kemampuan suatu bahan untuk menahan perubahan bentuk atau deformasi setelah diberi beban. Kelelahan bahan adalah kemampuan suatu bahan untuk menerima beban yang berganti-ganti dengan tegangan maksimum diberikan pada setiap pembebanan.
Elastisitas adalah kemampuan suatu bahan untuk kembali ke bentuk semula setelah menerima beban yang mengakibatkan perubahan bentuk. Elastisitas merupakan kemampuan suatu material untuk kembali ke ukuran semula setelah gaya dari luar dilepas. Elastisitas ini penting pada semua struktur yang mengalami beban yang berubah-ubah terlebih pada alat-alat dan mesin-mesin presisi.
Plastisitas adalah kemampuan suatu bahan padat untuk mengalami perubahan bentuk tetap tanpa ada kerusakan.
Sifat fisika adalah karakteristik suatu bahan ketika mengalami peristiwa fisika seperti adanya pengaruh panas atau listrik. Yang termasuk sifat-sifat fisika adalah sebagai berikut: Titik lebur, Kepadatan, Daya hantar panas, dan daya hantar listrik
Sifat kimia adalah kemampuan suatu logam dalam mengalami peristiwa korosi. Korosi adalah terjadinya reaksi kimia antara suatu bahan dengan lingkungannya. Secara garis besar ada dua macam korosi, yaitu korosi karena efek galvanis dan reaksi kimia langsung.
Sifat pengerjaan adalah suatu sifat yang timbul setelah diadakannya proses pengolahan tertentu. Sifat pengerjaan ini harus diketahui terlebih dahulu sebelum pengolahan logam dilakukan. Ada dua macam pengerjaan yang biasa dilakukan yaitu sebagai berikut :
2. Mineral
Mineral merupakan suatu bahan yang banyak terdapat di dalam bumi, yang mempunyai bentuk dan ciri-ciri khusus serta mempunyai susunan kimia yang tetap. Moneral memliki ciri-ciri khas antara lain:
a. Warna, mineral mempunyai warna tertantu, misalnya malagit berwarna hijau, lazurit berwarna biru, dan ada pula mineral yang memiliki bermacam-macam warna misalnya kuarsa.
b. Cerat, merupakan warna yang timbul bila mineral tersebut digoreskan pada porselen yang tidak dilicinkan.
c. Kilatan merupakan sinar suatu mineral apabila memantulkan cahaya yang dikenakan kepadanya. Misalnya emas, timah, dan tembaga yang mempunyai kilat logam.
Kristal atau belahan merupakan mineral yang mempunyai bidang datar halus. Misalnya, seng, bentuk kristalnya dapat dipecah-pecah menjadi beberapa kubus dan patahannya akan terlihatk dengan jelas. Setiap mineral memiliki bentuk kristal yang berbeda-beda. Contohnya bentuk kubus pada galmer (bilih seng), bentuk heksagonal (enam bidang) pada kuarsa. dan lain-lain.
d. Berat jenis, mineral mempunyai berat jenis antara 2 – 4 ton/m2. Berat jenis ini akan berubah setelah diolah menjadi bahan.
3. Berbagai Jenis Sumber Daya Mineral
a. Unsur-unsur Logam
Unsur-unsur logam dibagi lagi dalam dua kelompok menurut banyaknya, yaitu yang berlimpah di kerak bumi seperti besi, alumunium, mangan, dan titanium, dan yang sedikit terdapat di alam seperti tenbaga, timah hitam.
b. Unsur-unsur Nonlogam
Unsur-unsur nonlogam (nonmetallic) dapat dibagi menjadi empat kelompok berdasarkan kegunaannya, antara lain :
􀁸 Natrium klorida, kalsium fosfat, dan belerang merupakan bahanbahan utama industri-industri kimia dan pupuk buatan.
􀁸 Pasir, batu kerikil, batu hancur, gips, dan semen terutama dipakai sebagai bahan-bahan bangunan dan konstruksi lainnya.
􀁸 Bahan bakar fosil, yaitu yang berasal dari sisa-sisa tanaman dan binatang seperti batubara, minyak bumi, dan gas alam. Persediaan energi kita sekarang sangat bergantung pada bahan-bahan ini.
􀁸 Air merupakan sumber mineral terpenting dari semuanya yang terdapat melimpah di permukaan bumi. Tanpa air tidak mungkin kita dapat menanam dan menghasilkan bahan makanan.

4. Pemurnian Mineral
Mineral pada awalnya ditemukan di alam masih bercampur dengan mineral lain sehingga perlu dilakukan proses pemurnian untuk mendapatkan satu bentuk mineral. Pemurnian mineral adalah proses memisahkan satu bentuk mineral dari mineral-mineral lainnya melalui satu proses dan cara tertentu.
a. Proses pemurnian bijih besi
Melebur dan mengoksidasi besi adalah proses kimia yang sederhana. Selama proses itu, karbon dalam bentuk kokas dan oksida besi bereaksi pada suhu tinggi, membentuk metalik iron (besi yang bersifat logam) dan gas karbon dioksida. Karena bijih besi jarang ada yang murni, batu kapur (CaCO3) harus juga ditambahkan sebagai imbuh (flux) agar bercampur dengan kotoran-kotoran dan mengeluarkannya sebagai slag (terak).
Gambar 1 31. Dapur pengolahan biji besi menjadi besi
Sejak abad ke-14 besi mulai diproduksi dalam jumlah besar dan dasar-dasar eksploitasi industri besi secara modern sudah dimulai. Setelah itu diperoleh berbagai penemuan dalam produksi besi, antara lain: (a) metode untuk memproduksi baja yang berkualitas tinggi dari besi kasar, (b) prosedur-prosedur tanur yang lebih efisien, termasuk juga pemakaian kokas yang dibuat dari batu bara sebagai pengganti arang kayu, akibat semakin berkurangnya persediaan kayu. (c) metode-metode untuk mereduksi bijih besi. (d) metode-metode untuk memamfaatkan bijih-bijih besi yang mengandung kotoran-kotoran perusak seperti fosfor dan belerang.dan (d) metode-metode untuk memproses bijih besi berkadar rendah.

b. Proses pemurnian alumunium
Proses pemurian alumunium dengan cara memanaskan alumunium hidroksida sampai lebih kurang 1300°C (diendapkan), akan didapatkan alumina. Karena titik lelehnya tinggi, alumina dilarukan ke dalam cairan klorit (garam Na3AlF6) yang berfungsi sebagai elektrolit sehingga titik lelehnya menjadi rendah (1000°C). Lima belas persen alumina (Al2O3) dapat diuraikan ke dalam kriolit, sedang proses elektrolisis di sini sebagai reduksi Al2O3.
Bijih bauksit mula-mula dimurnikan terlebih dahulu dengan proses kimia dan alumunium oksida murni diuraikan dengan elektrolisis. Bauksit dimasukkan ke dalam kauksit soda, alumina di dalamnya membentuk natrium aluminat, bagian lain tidak bereaksi dan dapat dipisahkan.
c. Proses pemurnian tembaga
Proses pemurnian tembaga diawali dengan penggilingan bijih tembaga kemudian dicampur dengan batu kapur dan bahan fluks silika. Tepung bijih dipekatkan terlebih dahulu, sesudah itu dipanggang sehingga terbentuk campuran FeS, FeO, SiO2, dan CuS. Campuran ini disebut kalsin dan dilebur dengan batu kapur sebagi fluks dalam dapur reverberatory. Besi yang ada larut dalam terak dan tembaga, besi yang tersisa ditaungkan ke dalam konventor. Udara dihembuskan ke dalam konventor selama 4 – 5 jam, kotoran-kotoran teroksidasi, dan besi membentuk terak yang dibuang pada selang waktu tertentu. Panas oksidasi yang dihasilkan cukup tinggi sehingga muatan tetap cair dan sulfida tembaga akhirnya berubah menjadi oksida tembaga dan sulfat. Bila aliran udara dihentikan, oksida bereaksi dengan sulfida membentuk tembaga blister dan dioksida belerang. Setelah itu, tembaga ini dilebur dan dicor menjadi slab, kemudian diolah lebih lanjut secara elektronik menjadi tembaga murni.
d. Proses pemurnian timah putih (Sn)
Proses pemurnian timah putih diawali dengan memisahkan Bijih timah dan pasir dengan mencuci lalu dikeringkan. Setelah itu, bijih itu dilebur di dalam dapur corong atau dapur nyala api dengan kokas dan dituang menjadi balok-balok kecil.
e. Proses pemurnian timbel/timah hitam (Pb)
Bijih-bijih timbel harus dipanggang terlebih dahulu untuk menghilangkan sulfida-sulfida, sedang timbel dengan campurannya yang lain berubah menjadi oksida timah hitam (PbO) dan sebagian lagi menjadi timbel sulfat (PbSO4). Dengan menambah kwarsa (SiO2) pada sulfat di atas suhu yang tinggi akan mengubah timbel sulfat menjadi silikat. Campuran silikat timbel dengan oksida timbel yang dipijarkan pakai kokas kemudian dicampur dengan batu kapur, akan menghasilkan timbel.
f. Proses pemurnian seng (Zn)
Proses pemurnian seng diawali dengan memisahkan bijih seng kemudian dipanggang dalam dapur untuk mengeluarkan belerang dan asam arang. Setelah itu terjadilah oksida seng, karbonatnya terurai dan sulfidanya dioksidasi. Bijih seng didapat dari senyawa belerang diantaranya karbonat seng (ZnCO3), silikat seng (ZnSiO4H2O), dan sulfide seng (ZnS).
g. Proses pemurnian magnesium
Untuk memperoleh magnesium dilakukan dengan jalan elektrolisis, yaitu dengan cara memijarkan oksida magnesium bersama-sama dengan zat arang (karbon) atau silisium ferro sebagai bahan reduksi. Setelah itu magnesium dapat terpisahkan
h. Proses pemurnian perak
Proses pemurnian perak dilakukan dengan jalan elektrolisis bijih-bijih perak. Bijih perak yang mengandung belerang dipanggang dahulu kemudian dicairkan. Bijih yang mengandung timbel dihaluskan kemudian dicairkan dengan memasukkan zat asam yang banyak sampai timbel terbakar menjadi glit-timbel dan dikeluarkan sebagai terak. Setelah itu, hanya tertinggal peraknya saja.
i. Proses pemurnian platina
Proses pemurnian platina tergantung pada zat-zat yang terkandung dalam bijih-bijih logam. Bijih-bijih yang mengandung emas dikerjakan dalam air raksa, sedangkan platina tidak dapat melarut dalam air raksa. Berikutnya adalah dengan proses kimiawi (proses elektrolisis). Platina itu dapat dibersihkan sampai tercapai keadaan yang murni.
j. Proses pemurnian nikel (Ni)
Proses pemurnian nikel diawali dengan pembakaran bijih nikel, kemudian dicairkan untuk proses reduksi dengan menggunakan arang dan bahan tambahan lain dalam sebuah dapur tinggi. Dari proses tersebut nikel yang didapat kurang lebih 99%. Jika hasil yang diinginkan lebih baik (tidak berlubang), proses pemurniannya dikerjakan dengan jalan elektrolisis di atas sebuah cawan tertutup dalam dapur nyala api. Reduktor yang digunakan biasanya mangan dan fosfor.