Batu pasir besi

Batu pasir besi (bahasa Inggris: Direct reduced iron, disingkat sebagai DRI), juga disebut tempaan atau besi spons atau besi busa, adalah jenis batu besi yang dihasilkan langsung dari reduksi bijih besi (dalam bentuk batu benjolan, pelet) menjadi besi dengan mengurangi unsur karbon gas yang dihasilkan dari pembakaran gas alam atau batu bara. Banyak bijih cocok untuk reduksi langsung. Besi spons harus dipadatkan untuk diproses lebih lanjut atau dilebur, karena mengandung kotoran yang tidak diinginkan (terutama terak).

Tungku tempa merupakan perlatan tradisional dan paling primitif yang bisa meleburkan bijih besi. Sebuah tungku tempa adalah jenis tungku yang dulunya pernah digunakan secara luas untuk proses peleburan besi dari unsur oksida. Sebuah tungku tempa akan memproduksi sebuah gumpalan besi berpori dan terak yang disebut tempaan. Campuran terak dan besi di tempaan disebut besi spons, yang biasanya dikumpulkan dan selanjutnya ditempa menjadi besi tempa. Tungku tempa selanjutnya telah digantikan oleh tungku sembur, menghasilkan pig iron.

Produksi reduksi besi langsung dan penguraian berdasarkan proses

Reduksi langsung mengacu pada proses keadaan padat yang mereduksi oksida besi menjadi besi metalik pada suhu di bawah titik leleh besi. Besi tereduksi mendapatkan namanya dari proses ini, salah satu contohnya adalah memanaskan bijih besi dalam tungku pada suhu tinggi 800 hingga 1.200 °C (1.470 hingga 2.190 °F) diikuti dengan adanya gas syngas pereduksi, campuran hidrogen dan karbon monoksida.

Proses reduksi langsung dapat dibagi secara kasar menjadi dua kategori: berbasis gas, dan berbasis batubara. Dalam kedua kasus, tujuan dari proses ini adalah untuk menghilangkan oksigen yang terkandung dalam bijih besi dalam berbagai bentuk (bijih berukuran, konsentrat, pelet, skala pabrik, debu tungku, dll), untuk mengubah bijih menjadi besi logam, tanpa melelehkannya (di bawah 1.200 °C (2.190 °F)).

Proses reduksi langsung relatif hemat energi. Baja yang dibuat menggunakan DRI membutuhkan bahan bakar yang jauh lebih sedikit, sehingga tanur sembur tradisional tidak diperlukan. DRI paling sering dibuat menjadi baja menggunakan tungku busur listrik untuk memanfaatkan panas yang dihasilkan oleh produk DRI.

Kegunaan

Besi spons tidak berguna dengan sendirinya, tetapi dapat diproses untuk membuat besi tempa atau baja. Spons dikeluarkan dari tungku, yang disebut bloomery, dan berulang kali dipukuli dengan palu berat dan dilipat untuk menghilangkan kotoran terak, mengoksidasi karbon atau karbida, dan mengelas besi bersama-sama. Perlakuan ini biasanya menciptakan besi tempa dengan sekitar tiga persen terak dan sebagian kecil dari persen pengotor lainnya. Perlakuan lebih lanjut dapat menambahkan jumlah karbon yang terkontrol, memungkinkan berbagai jenis perlakuan panas (misalnya "stelling").

Saat ini, besi spons dibuat dengan mereduksi bijih besi tanpa melelehkannya. Hal ini membuat bahan baku hemat energi untuk produsen baja khusus yang dulu mengandalkan besi tua.

Kimia

Reaksi berikut berturut-turut mengubah hematit (dari bijih besi) menjadi magnetit, magnetit menjadi oksida besi, dan oksida besi menjadi besi oleh reduksi dengan karbon monoksida atau hidrogen.

${\ce {3 Fe2O3 + CO/H2 -> 2 Fe3O4 + CO2/H2O}}$

${\ce {Fe3O4 + CO/H2 -> 3 FeO + CO2/H2O}}$

${\ce {FeO + CO/H2 -> Fe + CO2/H2O}}$

Karburasi menghasilkan sementit (Fe₃C):

${\ce {3 Fe + CH4 -> Fe3C + 2H2}}$

${\ce {3 Fe + 2CO -> Fe3C + CO2}}$

${\ce {3 Fe + CO +H2 -> Fe3C + H2O}}$

Referensi

• Valipour MS, and Saboohi, Y, "Numerical investigation of nonisothermal reduction of hematite using Syngas: the shaft scale study", Modelling Simul. Mater. Sci. Eng. 15(5), p. 487, 2007.
• Grobler, F. and Minnitt, R.C.A "The increasing role of direct reduced iron in global steelmaking", The Australasian Institute of Mining and Metallurgy.