Proses elektrolisis Aluminium

Aluminium sebagai salah satu unsur logam yang terdapat berlimpah di alam dan merupakan unsur terbanyak ketiga setelah oksigen. Unsur ini sangat reaktif sehingga di alam tidak pernah ditemui aluminium dalam keadaan native. Di alam aluminium berupa oksida, diantaranya adalah bauksit (Al₂O₃.H₂O) dan oksida ini sangat stabil sehingga tidak dapat direduksi seperti logam – logam lain. Reduksi aluminium hanya dapat dilakukan dengan elektrolisis. Namun sebelum proses elektrolisis aluminium terlebih dahulu melewati proses bayer yaitu proses pelepasan senyawa hidrat dari bauksit hingga terbentuk alumina, yang kemudian akan dielektrolisis dengan proses Hall-Heroult, spesifikasi alumina sebagai bahan baku utama proses Hall-Heroult.

Tahapan proses bayer:

1.                     Ekstraksi:

    Al₂O₃.xH₂O + 2 NaOH    =   2 NaAlO₂ + (x + 1)H₂O…….(1)

2.                       Dekomposisi

               2 NaAlO₂ + 4 H₂O      =      2 NaOH +Al₂O₃.3H₂O………………..(2)

3.                       Kalsinasi

               Al₂O₃.3H₂O      =     Al₂O₃ + H₂O………………………...……….(3)

Selain alumina bahan baku lainnya adalah soda abu (Na₂CO₃) dan aluminium florida (AlF₃) dan kriolit (Na₃AlF₆), gas HF serta beberapa campuran lain sebagai pemadu dengan kadar tertentu. Untuk proses elektrolisis, elektroda yang digunakan pada masing-masing kutub adalah karbon dengan keadaan dan sifat berbeda pada anoda dan katoda. Adapun cairan elektrolit yang digunakan adalah kriolit (Na₃AlF₆) yang lebih dikenal dengan sebutan bath. Sel elektrolisa pada reduction plant ini terbuat dari steel yang dilapisi refractory pada bagian dalamnya.

Reaksi Penangkapan Gas HF

Reaksi Penangkapan Gas HF

Gas HF dapat  terbentuk selama proses elektrolsis. Reaksi pembentukan gas HF adalah sebagai berikut:

Na₃AlF₆(I) + 3/2 H₂    =    Al(l) + 3NaF(l) + 3 HF....................(4)

Potensial listrik 1,53 volt pada suhu operasi. Gas HF juga dapat terbentuk melalui reaksi:

2AlF₃(l) + 3H₂O    =    Al ₂O₃(l) + 6HF....................................(5)

Gas HF selanjutnya akan bereaksi dengan alumina (Al₂O₃).

   Reaksi Anodik

         Dalam proses elektrolisis reaksi yang dapat terjadi pada anoda adalah:

C(s) + O₂ (g)           =              CO₂ (g)......................................(6)

2C(s) + O₂(g)          =              2CO(g)......................................(7)

Jika pada potensial sel elektrolisis lebih besar dari 1,02 volt maka reaksi yang dapat terjadi:

Al₂ O₃ (sat) + 3C (s)      =      4Al (l) + 3 CO₂(g)........................8)

  Reaksi Katodik

Reaksi yang dapat terjadi di sekitar katoda adalah dekomposisi ion AlF­^4-  dari kriolit menjadi ion Al³⁺ dan F^-:

AlF_­­­^4-      =        Al³⁺ + 4F^-………………………...........…….(9)

 reaksi Al³⁺ :

Al³⁺ + 3 e     =        Al (l)..........................................................(10)

Dan reaksi antara natrium dan kriolit dengan Al:

            Al (l) + 3 Na⁺   =          3Na + Al^3-...........................................(11)

Reaksi Utama Elektrolisis Alumina

Reaksi keseluruhan pada industri elektrolisis alumina dengan menggunakan anoda karbon adalah sebagai berikut :

           2Al₂O₃ (l) + 3C (s)          =             4 Al (l) + 3CO₂ (g)............(12)

Reaksi ini berlangsung pada temperatur sekitar 977^oC, beda potensial 1,18 volt.

Mekanisme reaksi yang paling sering terjadi adalah reduksi Al₂O₃ secara langsung dengan reaksi :

Al₂O₃     =        AlO^2- + AlO⁺.................................................(13)

AlO₂          =     Al ³⁺+ 2O^2-....................................................(14)

Reaksi katodik :

2Al³⁺ + 6 e^-    =       6 Al........................................................(15)

Reaksi anodik   :

3 O^2-  =         3/2 O + 6 e^-......................................................(16)

Reaksi di atas adalah reaksi utama, reaksi ini tidak mengabaikan fakta bahwa Na pada anoda.