Metalurgi

Metalurgi adalah salah satu bidang ilmu dan teknik bahan yang mempelajari tentang perilaku fisika dan kimia dari unsur-unsur logam, senyawa-senyawa antarlogam, dan paduan-paduan logam yang disebut aloi atau lakur. Metalurgi juga adalah teknologi logam, yakni penerapan sains dalam produksi logam dan rekayasa komponen-komponen logam untuk digunakan pada produk-produk yang ditujukan bagi konsumen dan industri-industri manukfaktur. Produksi logam meliputi kegiatan mengolah bijih untuk mengekstrasi kandungan logamnya, dan kegiatan memadu logam, kadang-kadang dengan unsur-unsur nonlogam, untuk menghasilkan aloi. Metalurgi berbeda dari kriya pengolahan logam, meskipun kemajuan teknis dalam pengolahan logam bergantung pada perkembangan ilmu metalurgi, sebagaimana kemajuan teknis dalam praktik kedokteran bergantung pada perkembangan ilmu kedokteran.

Metalurgi terbagi menjadi metalurgi besi-baja (ilmu logam hitam) dan metalurgi bukan besi-baja (ilmu logam aneka warna).

Metalurgi besi-baja meliputi cara-cara mengolah unsur besi dan membuat logam-logam paduan berunsur dasar besi, sementara metalurgi bukan besi-baja meliputi cara-cara mengolah dan membuat logam-logam paduan berunsur dasar logam selain besi. Produksi besi-baja menguasai 95 persen dari produksi logam dunia.^[1]

Etimologi

Istilah "metalurgi" berasal dari kata Yunani Kuno: μεταλλουργός, metallourgós, "pekerja logam", gabungan dari kata μέταλλον, métallon, "logam", dan kata ἔργον, érgon, "kerja".

Mula-mula kata "metalurgi" adalah istilah yang digunakan dalam ilmu alkimia sebagai sebutan bagi kegiatan mengekstraksi logam dari mineral, akhiran -urgi bermakna suatu proses, khususnya proses manufaktur: makna metalurgi ini dibahas dalam Encyclopædia Britannica 1797.^[2] Pada penghujung abad ke-19, lingkup makna metalurgi meluas hingga mencakup pula kajian ilmiah yang lebih umum tentang logam-logam, logam-logam paduan, dan proses-proses yang berkaitan dengannya.

Ruang lingkup

Georg Pawer (dilatinkan menjadi Georgius Agricola), penulis De re metallica (Perihal sifat logam), sebuah buku penting pada pengenalan ekstraksi logam

Metalurgi adalah ilmu, seni, dan teknologi yang mengkaji proses pengolahan dan perekayasaan mineral dan logam. Ruang lingkup metalurgi meliputi:

pengolahan mineral (mineral dressing)
ekstraksi logam dari konsentrat mineral (metalurgi ekstraksi)
proses produksi logam (metalurgi mekanik)
perekayasaan sifat fisik logam (metalurgi fisik)

Sejarah

Ikat kepala emas dari Thebes 750-700 BC

Sejarah ilmu metalurgi diawali dengan teknologi pengolahan hasil pertambangan. Logam yang paling dini digunakan oleh manusia tampaknya adalah emas, yang bisa ditemukan secara bebas. Sejumlah kecil emas telah ditemukan telah digunakan di gua-gua di Spanyol pada masa Paleolitikum, sekitar 40.000 SM ^[3]

Perak, tembaga, timah dan besi meteor juga dapat ditemukan bebas, dan memungkinkan pengerjaan logam dalam jumlah terbatas. Senjata Mesir yang dibuat dari besi meteor pada sekitar 3000 SM sangat dihargai sebagai "belati dari langit"^[4]. Dengan pengetahuan untuk mendapatkan tembaga dan timah dengan memanaskan bebatuan, serta mengkombinasikan tembaga dan timah untuk mendapatkan logam paduan yang dinamakan sebagai perunggu, teknologi metalurgi dimulai sekitar tahun 3500 SM pada masa Zaman Perunggu.

Ekstraksi besi dari bijihnya ke dalam logam yang dapat diolah jauh lebih sulit. Proses ini tampaknya telah diciptakan oleh orang-orang Hittit pada sekitar 1200 SM, pada awal Zaman Besi. Rahasia ekstraksi dan pengolahan besi adalah faktor kunci dalam keberhasilan orang-orang Filistin.^[5]^[6]

Perkembangan historis metalurgi besi dapat ditemukan dalam berbagai budaya dan peradaban lampau. Ini mencakup kerajaan dan imperium kuno dan abad pertengahan di Timur Tengah dan Timur Dekat, Mesir kuno, dan Anatolia (Turki sekarang), Kartago, Yunani, Romawi kuno, Eropa abad pertengahan, Cina kuno dan pertengahan, India kuno dan pertengahan, Jepang kuno dan pertengahan, dan sebagainya.

Banyak penerapan, praktik dan perkakas metalurgi mungkin sudah digunakan di Cina kuno sebelum orang-orang Eropa menguasainya (seperti tanur, besi cor, baja, dan lain-lain)^[7].

Berdasar kedekatan antara metalurgi dengan pertambangan inilah maka pada awalnya pendidikan metalurgi lahir dari sekolah-sekolah pertambangan seperti pendidikan metalurgi di Colorado School of Mines.

Ekstraksi

Metalurgi ekstraksi adalah praktik mengambil logam berharga dari sebuah biji dan pemurnian logam mentah yang diekstrak ke dalam bentuk murni. Dalam rangka untuk mengubah logam oksida, atau sulfida untuk sebuah logam murni, bijih besi harus dikurangi secara fisik, kimiawi atau elektrolisasi.

Ahli metalurgi ekstraksi akan tertarik dalam tiga aliran utama yakni pemakanan, berkonsentrasi (oksida logam berharga/sulfida) dan punca (limbah). Setelah pertambangan dari potongan besar akan diperoleh bijih melalui pelumatan dengan melalui penghancuran dan penggilingan untuk mendapatkan partikel-partikel yang cukup kecil di mana masing-masing partikel terdiri dari bahan berharga atau limbah. Partikel terkonsentrasi yang berharga dalam bentuk yang mendukung memungkinkan pemisahan logam yang dikehendaki dari kandungan limbah yang tidak dikehendaki.

Pertambangan mungkin tidak diperlukan bila terdapat tubuh bijih dan lingkungan fisik yang kondusif untuk pencucian. Larut pencucian bijih mineral dalam tubuh dan menghasilkan solusi yang kaya. Solusi dikumpulkan dan diproses untuk mengekstrak logam berharga.

Badan bijih umumnya mengandung lebih dari satu logam berharga. Punca dari proses sebelumnya dapat digunakan kembali sebagai bahan dalam proses lain untuk mengambil produk sekunder dari bijih asli. Selain itu, suatu zat terkonsentrasi mungkin berisi lebih dari satu logam berharga. Yang berkonsentrasi kemudian akan diproses untuk memisahkan logam berharga dalam konstituen individu.

Pendidikan metalurgi

Pada saat ini pendidikan metalurgi sudah sedemkian luas sehingga beberapa perguruan tinggi mengkhususkan penekanan pada cabang-cabang ilmu metalurgi.

Cabang pengolahan mineral dan metalurgi ekstraksi biasanya sangat ditekankan pada pendidikan metalurgi di jurusan Teknik Pertambangan.
Cabang metalurgi mekanik biasanya sangat ditekankan pada pendidikan metalurgi di jurusan Teknik Mesin dan Teknik Industri.
Cabang metalurgi fisik biasanya diajarkan secara merata di berbagai perguruan tinggi sebagai fundamen dari ilmu logam.

Perkembangan persoalan ilmiah dan teknis saat ini yang memerlukan pemecahan multidisiplin mengharuskan adanya pertemuan antara berbagai disiplin ilmu yang berbeda. Dalam hal ini seorang metalurgis (ilmuwan dan pekerja metalurgi) berada di tengah-tengah pertemuan ilmu-ilmu tersebut. Metalurgi beririsan dengan beberapa aspek ilmu kimia, teknik kimia, fisika, teknik fisika, teknik mesin, pertambangan, lingkungan, dll.

Pengolahan mineral

Pengolahan mineral (mineral dressing) adalah pengolahan mineral secara fisik. Tujuan dari pengolahan mineral adalah meningkatkan kadar logam berharga dengan cara membuang bagian-bagian dari bijih yang tidak diinginkan. Secara umum, setelah proses mineral dressing akan dihasilkan tiga kategori produk.

Konsentrat, di mana logam-logam berharga terkumpul dan dengan demikian kadarnya menjadi sangat tinggi.
Tailing, di mana bahan-bahan kurang berharga (bahan ikutan, gangue mineral) terkumpul.
Middling, yang merupakan bahan pertengahan antara konsentrat dan tailing.

Teknik pengolahan mineral bermacam-macam. Pengaplikasiannya sangat tergantung pada jenis bijih atau mineral yang akan ditingkatkan konsentrasinya. Pemilihan teknik didasarkan pada perbedaan sifat-sifat fisik dari mineral-mineral yang ada dalam bijih tersebut. Teknik-teknik yang digunakan dalam proses pengolahan mineral di antaranya adalah:

Konsentrasi gravitasi

Teknik ini memanfaatkan perbedaan berat jenis antara mineral-mineral. Mineral-mineral dipisahkan dengan peralatan yang berprinsip pada pemisahan berat jenis seperti jigging, rake classifier, spiral classifier, vibrating table, dll.

Flotasi

Teknik ini memanfaatkan perbedaan sifat permukaan mineral-mineral. Dengan menambahkan reagen kimia yang bisa membuat permukaan salah satu mineral menjadi hidrofil sementara bagian reagen itu sendiri memiliki sifat hidrofob, maka mineral bersangkutan dapat diangkat oleh gelembung yang ditiupkan ke permukaan untuk dipisahkan. Biasnya mineral-mineral sulfida dipisahkan dengan cara ini.

Pemisahan magnetis

Cara ini memanfaatkan sifat magnet dari mineral-mineral. Mineral yang bersifat feromagnetik dipisahkan dari mineral yang bersifat diamagnetik.

Dan teknik-teknik lainnya, seperti electric separator, dll.

Metalurgi ekstraksi

Pada bagian pengolahan mineral, konsentrat yang mengandung logam berharga dipisahkan dari pengotor (gangue mineral) yang menyertainya. Sedangkan ilmu metalurgi ekstraksi adalah untuk memisahkan logam berharga dalam konsentrat dari material lain.

Metalurgi fisik

Metalurgi fisik adalah pengetahuan-pengetahuan mengenai fisika dari logam-logam dan paduan-paduan umpamanya tentang sifat-sifat mekanik, sifat-sifat teknologi serta pengubahan-pengubahan sifat-sifat tersebut yang umumnya menyangkut segi-segi pengembangan atau development, pada penggunaan dan pengolahan atau teknologi logam-logam dan paduan-paduan.

Media

Api

Metalurgi diawali dari penemuan dan pemanfaatan logam dengan menggunakan api. Peleburan, pemadatan dan pencetakan bijih logam menghasilkan logam yang sesuai dengan bentuk alat cetaknya dan sangat kuat. Penemuan awal ini kemudian berkembang secara lebih khusus. Berbagai jenis logam berhasi dimanfaatkan, seperti emas (6000 SM), tembaga (4200 SM), perak (4000 SM), timbal (3500 SM), timah (1750 SM), besi (1500 SM) dan raksa (750 SM). Penemuan-penemuan dan pemanfaatan logam kemudian berkembang menjadi ilmu metalurgi yang banyak membahas mengenai sifat-sifat logam dan teknik-teknik percobaannya.^[8]

Fluks

Di dalam metalurgi, fluks digunakan sebagai bahan pembersih yang mencegah oksida terbentuk di permukaan logam cair. Selain itu, fluks juga digunakan sebagai pengangkat kotoran dari dalam logam cair pada terak. Kotoran ini harus dibersihkan karena dapat menggores terak. Pada proses peleburan, fluks juga dapat menambah panas yang mempercepat pengangkatan kotoran. ^[9]

Penentuan sifat kimia fisika

Proses metalurgi umumnya menghasilkan rekasi kimia yang sangat sulit untuk mencapai kesetimbangan di dalam percobaan laboratorium. Kondisi ini sangat sering terjadi pada proses pembuatan logam ferro. Data-data tentang sifat-sifat khas dari reaksinya sangat sulit disediakan secara langsung. Cara menentukan sifat kimia dari bahan logam ferro adalah menentukan secara tidak langsung dengan menggunakan hukum termodinamika. Dalam hal ini, dicari kriteria dasar dari reaksi kesetimbangan dan berbagai macam proses fisika.^[10]

Referensi

^ "Металлургия", dalam Ensiklopedia Besar Soviet, 1979.
^ Oxford English Dictionary, diakses 29 Januari 2011
^ "History of Gold". Gold Digest. Diakses tanggal 2007-02-04.
^ W. Keller (1963) The Bible as History page 156 ISBN 0-340-00312-X
^ W. Keller (1963) The Bible as History page 177 ISBN 0-340-00312-X
^ B. W. Anderson (1975) The Living World of the Old Testament page 154 ISBN 0-582-48598-3
^ R. F. Tylecote (1992) A History of Metallurgy ISBN 0-901462-88-8
^ Widi, Restu Kartiko (2018). Pemanfaatan Material Anorganik: Pengenalan dan Beberapa Inovasi di Bidang Penelitian (PDF). Sleman: Deepublish. hlm. 1–2. ISBN 978-602-475-528-7.
^ Dwisetiono (2019). Rekayasa Material pada Pengecoran Propeler Kapal Perikanan (PDF). Surabaya: Hang Tuah University Press. hlm. 20. ISBN 978-602-5595-18-9.
^ Kerkhoven, Sofyan Asmadiredja (2019). Elektro Metalurgi Besi-Baja dan Paduan Besi: Peleburan Besi, Baja dan Logam Non-Ferrous dalam Tanur-tanur Listrik/Elektro. Bandung: Alfabeta. hlm. 450. ISBN 978-602-289-529-9.