Raw Material Refraktori (II)

* bagian ini merupakan lanjutan pembahasan tentang bahan baku penyusun refraktori

4.    Magnesia

Magnesia (MgO murni disebut Periclase) terutama terbuat dari magnesit (MgCO3) yang juga mengandung sejumlah besi karbonat, Calcit, Dolomit, dan Magnesium Silikat. Pengotor-pengotor ini harus dipisahkan dari magnesit sebelum dilakukan kalsinasi. Meskipun karbonat telah terurai (dekomposisi) pada 800-900 0C, Caustic Magnesia yang terbentuk pada tahap ini masih sangat reaktif. Agar diperoleh produk refraktori yang stabil maka Magnesit dikalsinasi pada temperature yang sangat tinggi ( > 1700 C), dimana menghasilkan Sintered MgO yang padat, sangat tidak reaktif dan tahan terhadap hidrasi. Proses kalsinasi ini disebut Dead Burning. Bahan imbuh (additive) seperti silika, kapur atau besi oksida kadang-kadang di tambahkan sebelum sintering untuk memanipulasi property dari magnesia.

Magnesia dapat juga dibuat dari air laut. Air laut mengandung sekitar 0,5% magnesium khlorida (MgCl2) dan magnesium sulfat (MgSO4). Dua proses dapat digunakan untuk menggekstraksi MgO. Dalam proses yang pertama, batu kapur atau dolomite dikalsinasi untuk membuat CaO dan MgO. CaO dan MgO lalu dicampur dengan air agar terbentuk hidrat Ca(OH)2 dan Mg(OH)2. Slurry yang terbentuk dari hidrat dicampur dengan air laut, maka Mg(OH)2 akan terpresipitasi (terendapkan) kemudian mengumpul didasar tangki pengendapan. Mg(OH)2 lalu dicuci, disaring dan dikalsinasi. Hasil dari kalsinasi lalu dipeletisasi (peletizing) dan disinter (sintering) sehingga terbentuk klinker magnesia yang padat. Dengan metode ini akan dihasilkan beberapa grade MgO yang ditunjukan dengan besarnya rasio CaO/SiO2.
MgO juga dapat diekstraksi dari air laut dengan proses Amann. Brine (konsentrat air laut) yang mengandung MgCl2 dipanaskan sampai 600-800 C didalam reactor. MgCl2 akan bereaksi dengan air membentuk Mg(OH)2 dan HCL yang kemudian dipisahkan. Mg(OH)2 lalu dicuci, disaring dan dikalsinasi sehingga terbentuk klinker magnesia. Proses ini akan menghasilkan MgO yang sangat murni (> 98%).

Fused magnesia biasanya dibuat dari magnesia air laut yang dilebur dengan energy listrik seperti pada pembuatan fused alumina. Fused magnesia berupa kristal yang padat dan besar serta sangat tahan terhadap hidrasi.

Magnesia adalah material yang sangat refraktori, dapat digunakan pada temperatur diatas 2200 0C dalam suasana atmosfer oksidasi, dan diatas 1700 0C dalam suasana atmosfer reduksi. Selain itu tahan terhadap korosi slag baja. Konduktivitas panasnya lebih tinggi dibandingkan oksida yang lain sehingga panas hilangnya lebih tinggi. Ketahan terhadap kejut panas kurang baik, sehingga refraktori magnesia memerlukan preheating serta siklus panas (thermal cycling) selama digunakan.

Magnesia mempunyai kecenderungan untuk bereaksi dengan air. Walaupun MgO telah disinterisasi pada temperatur tinggi tetapi akan terhidrasi jika terkena uap air, atau jika berbentuk butiran halus. Masalah ini dapat diatasi dengan menggunakan tar atau resin sebagai binder atau untuk melapisi refraktori.

Properti umum dari refraktori magnesia yaitu sebagi berikut:
Kekuatan tinggi pada temperatur tinggi.

• Tahan korosi terhadap slag basa.Konduktivitas panas yang tinggi.
• Tidak tahan terhadap kejut panas sehingga memerlukan preheating.
• Dapat bereaksi dengan air, diatasi dengan kalsinasi pada temperatur tinggi, memakai tar, pitch, atau resin sebagi binder.

Gambar 1. Dead Burn magnesite

5.  Kromit dan Kromit Magnesia

Khrom oksida ditambang sebagai bijih khromit yang mengandung campuran dari spinel kompleks. Rumus kimianya dapat ditunjukan sebagai (Mg,Fe)O.(Cr,Al,Fe)2O3. Khromit juga mengandung sedikit magnesium silikat.

Bijih khrom yang sesuai untuk refraktori hanya tersedia dari beberapa sumber saja. Bijih yang disukai adalah yang kaya akan MgO.Cr2O3 dan MgO.Al2O3, keduanya mempunyai titik lebur yang tinggi dan kandungan besi oksida yang rendah. Serpentine (Mg6Si4O10(OH)3) terdapat di banyak bijih khrom dan ini tidak dikehendaki karena mempunyai sifat tidak tahan terhadap korosi.
Cr2O3 adalah refraktori netral sehingga digunakan sebagai buffer zone material antara area refraktori asam dan basa. Material ini tidak terbasahi oleh cairan silica dan sangat tahan terhadap korosi oleh slag aam dan leburan gelas ( Catatan: material ini akan memberikan warna gelas, oleh karena itu tidak bias digunakan bila kontak dengan leburan gelas bila warna produk adalah hal yang penting).

Oksida khrom dengan kemurnian > 99% dibuat dengan proses thermo-kimia. Oksida ini tersedia sebagai bubuk halus (ukuran butiran 1-5mm) dan berwarna hijau terang. Material ini kadang-kadang ditambahkan kepada refraktori magnesia atau alumina untuk meningkatkan ketahanan terhadap korosi.
Refraktori yang berbasis khrom-oksida mempunyai sifat refractoriness yang rendah jika dikenai beban (low refractoriness under load) dan tidak tahan terhadap kejut panas (thermal schock). Pada waktu dulu, terdapat masalah dengan fenomena yang disebut Chrome Ore Bursting (Bijih Crome Pecah). Spinel khrom-oksida yang berbentuk larutan padat (solid solution) dengan besi oksida dapat menimbulkan ekspansi yang berarti dan keretakan pada hot face. Para manufactur refraktori mengatasi masalah ini dengan mengkombinasikan butitan khrom-oksida dengan MgO untuk menghasilkan produk refraktori khrom-magnesia dan magnesia-khrom. Campuran magnesia khrom tersedia dengan jumlah yang bervariasi dari dua oksida ini. Khrom-magnesia mempunyai komponen utama bijih khrom, sedangkan Magnesia-khrom kompoen utamanya MgO. Campuran ini bersifat sangat refraktori dan mempunyai kekuatan panas (hot strength) serta ketahanan kejut panas yang lebih baik dari pada produk refraktori bijih khrom.

Properti umum dari Refraktori Khrom-oksida adalah sebagai berikut:

• Merupakan refraktori netral, digunakan sebagai zona penyangga (buffer zone).
• Tidak terbasahi oleh leburan silica, oleh karena itu mempunyai ketahan korosi yang bagus terhadap slag asam (acid slag).
• Kekuatannya rendah pada temperature tinggi.
• Ketahanan terhadap kejut panas yang tidak bagus.
• Dapat bereaksi dengan Besi-oksida.
• Untuk penggunaannya di besi-baja biasanya dikombinasikan dengan MgO.

6. Dolomit

Dolomit biasanya ditulis sebagai garam ganda (double salt) CaCO3.MgCO3. Rentang proporsi dari dua karbonat ini lebar. Kebanyakan bijih dolomite terdapat bersama-sama dengan batu kapur atau magnesit.
Ketika dipanaskan dolomite akan terurai. Pertama, magnesium karbonat terurai pada temperature 700-800 0C, dan kemudian sekitar 800-900 0C karbonat terurai.

–  MgCO3  – – MgO + CO2
– CaCO3     — CaO + CO2

Gambar 2. Dolomite

 

Material CaO.MgO mempunyai titik lebur yang sangat tinggi (~ 2300 0C) sehingga sangat potensial sebagai refraktori. Akan tetapi, kegunaannya ini terbatas karena kecenderungannya untuk bereaksi dengan air membentuk hidroksida.

Bijih dolomit dipanaskan (dibakar) pada temperatur tinggi. Sejumlah kecil besi oksida, calcia dan silikat ditambahkan. Penambahan material ini akan membentuk cairan yang bertitik lebur rendah yang mana akan melapisi butiran dolomite dan berperan untuk membantu dalam mencegah hidrasi. Pembuatan klinker yang sangat stabil ini relatif mahal, sehingga digunakan cara lain yaitu menggunakan cara resin bondingatau resin impregnation untuk melindungi dolomit dari hidrasi.

Ketahan korosi dari refraktori dolomit terhadap slag besi-baja tidak sebaik produk yang berbasis MgO. Tetapi, harga yang murah dari refraktori dolomit yang menggunakan pitch atau resin bonded membuatnya ekonomis untuk melining alat-alat pengolahan baja atau ladle. karbon yang terdapat dalam binder organik membantu untuk melindungi komponen CaO pada dolomit terhadap korosi dengan mereduksi Fe2O3 dislag menjadi FeO atau Fe.

Properti umum dari refraktori dolomit adalah sebagai berikut:

• Ketahanan korosi yang baik terhadap slag pengolahan baja.
• karakter ekspansi panasnya mirip dengan MgO.
• kekuatan yang rendah pada temperatur tinggi.
• ketahanan terhadap kejut panas kurang baik.
• selama penyimpanan dapat terjadi masalah hidrasi.
• harganya relatif murah, kecuali dari jenis tar, pitch atau resin bonded.