Proses Pembuatan Besi dan Kegunaan Besi

Bukti arkeologi menunjukkan bahwa orang telah menggunakan besi selama setidaknya 5000 tahun. Besi adalah yang termurah dan salah satu yang paling berlimpah dari semua logam, yang terdiri dari hampir 5,6% dari kerak bumi dan hampir semua inti bumi. Besi terutama diperoleh dari mineral hematit (Fe2O3) dan magnetit (Fe3O4). Mineral taconite, limonit (FeO (OH) · nH2O) dan siderit (FeCO3) adalah sumber penting lainnya.

Kegunaan besi

Kegunaan besi

Besi merupakan unsur keempat terbanyak di muka bumi. Di alam, besi terdapat dalam bentuk senyawa, antara lain sebagai hematit (Fe2O3), magnetit (Fe3O4), pirit (FeS2), dan siderit (FeCO3). Selain sangat reaktif yaitu cepat teroksidasi membentuk karat dalam udara lembap, besi murni bersifat lunak dan liat.

Proses Pembuatan Besi

Proses pembuatan besi dilakukan melalui dua tahap.

A. Peleburan Besi

Peleburan besi dilakukan dalam suatu alat yang disebut blast furnace (tungku sembur) dengan tinggi 40 m dan lebar 14 m dan terbuat dari batu bata yang tahan panas tinggi. Bahan yang dimasukkan dalam tanur ini ada tiga macam, yaitu bijih besi yang dikotori pasir (biasanya hematit), batu kapur (CaCO3) untuk mengikat kotoran (fluks), dan karbon (kokas) sebagai zat pereduksi.

Reaksi: 2 FeO3 + 3 C → 4 Fe + 3 CO2

Suhu reaksi sangat tinggi dan tekanan tanur sekitar 1 – 3 atm gauge, sehingga besi mencair dan disebut besi gubal (pig iron). Besi cair pada umumnya langsung diproses untuk membuat baja, tetapi sebagian ada juga yang dialirkan ke dalam cetakan untuk membuat besi tuang (cast iron) yang mengandung 3 – 4 % karbon dan sedikit pengotor lain, seperti Mn, Si, P. Besi yang mengandung karbon sangat rendah (0,005 – 0,2%) disebut besi tempa (wrought iron).

Batu kapur berfungsi sebagai fluks, yaitu untuk mengikat pengotor yang bersifat asam, seperti SiO2 membentuk terak. Reaksi pembentukan terak adalah sebagai berikut. Mula-mula batu kapur terurai membentuk kalsium oksida (CaO) dan karbon dioksida (CO2).

Reaksi: CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g)

Kalsium oksida kemudian bereaksi dengan pasir membentuk kalsium silikat, komponen utama dalam

terak. Reaksi: CaO(s) + SiO2(s) → CaSiO3(l)

Terak ini mengapung di atas besi cair dan harus dikeluarkan dalam selang waktu tertentu.

B. Peleburan Ulang Besi-Baja

Proses pembuatan baja dibagi menjadi beberapa tahap sebagi berikut.

  1. Menurunkan kadar karbon dalam besi gubal dari 3 – 4% menjadi 0 – 1,5%,yaitu dengan mengoksidasikannya dengan oksigen.
  2. Membuang Si, Mn, dan P serta pengotor lain melalui pembentukan terak.
  3. Menambahkan logam aliase, seperti Cr, Ni, Mn, V, Mo, dan W sesuai dengan jenis baja yang diinginkan.

 

Teknologi pengolahan besi gubal (pig iron) menjadi baja secara murah dan cepat diperkenalkan oleh Henry Bessemer (1856), tetapi sekarang sudah tidak digunakan lagi. William Siemens tahun 1860 mengembangkan tungku terbuka (open herth furnace), dan sekarang tungku yang banyak digunakan adalah tungku oksigen.

Berbagai jenis zat ditambahkan pada pengolahan baja yang berguna sebagai “scavangers” (pengikat pengotor), terutama untuk mengikat oksigen dan nitrogen. Scavangers yang terpenting adalah aluminium, ferosilikon, feromangan, dan ferotitan. Zat tersebut bereaksi dengan nitrogen atau oksigen yang terlarut membentuk oksida yang kemudian terpisah ke dalam terak.

Baja dapat digolongkan ke dalam tiga golongan, yaitu:

  1. Baja karbon, terdiri atas besi dan karbon.
  2. Baja tahan karat (stainless stell), mempunyai kadar karbon yang rendah dan mengandung sekitar 14% kromium.
  3. Baja aliase, yaitu baja spesial yang mengandung unsur tertentu sesuai dangan sifat yang diinginkan.

Untuk mencegah perkaratan pada baja dapat dilakukan dengan berbagai cara, yaitu:

  1. Menambahkan logam lain.
  2. Menggunakan lapisan pelindung.
  3. Menggunakan logam yang dapat dikorbankan.
  4. Melindungi secara katodik.

Kegunaan Besi

1. Jumlah besar zat besi yang digunakan untuk membuat baja, paduan besi dan karbon. Baja biasanya berisi antara 0,3% dan 1,5% karbon, tergantung pada karakteristik yang diinginkan.

2. Penambahan unsur-unsur lain dapat memberikan baja sifat yang berguna lainnya, sebagai berikut:

  • Sejumlah kecil kromium meningkatkan daya tahan dan mencegah karat (stainless steel);
  • Nikel meningkatkan daya tahan dan ketahanan terhadap panas dan asam;
  • Mangan meningkatkan kekuatan dan ketahanan untuk pemakaianya;
  • Molibdenum meningkatkan kekuatan dan ketahanan terhadap panas;
  • Tungsten mempertahankan kekerasan pada suhu tinggi;
  • Vanadium meningkatkan kekuatan dan pegas. Baja digunakan untuk membuat klip kertas, gedung pencakar langit dan segala sesuatu di antaranya.

3. Besi membantu menjaga tanaman dan hewan hidup. Besi berperan dalam penciptaan klorofil pada tanaman dan merupakan bagian penting dari hemoglobin, substansi yang membawa oksigen dalam sel darah merah. besi sulfat (FeSO4) digunakan untuk mengobati anemia penyakit darah.

 

 

Artikel menarik lainnya:

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *