Proses Ekstraksi Besi dan Pembuatan Baja

Besi dan tembaga termasuk logam transisi yang sangat luas penggunaannya di industri. Keberadaannya di alam dalam bentuk senyawanya sehingga untuk memperoleh kedua logam tersebut, diperlukan proses ekstraksi. Simak penjelasannya berikut ini:
Proses Ekstraksi Besi

Besi diekstraksi dari bijih besi yang mengandung senyawa besi seperti hematit
(Fe₂O₃), limonit (2Fe_2O3 3H₂O), magnetit (Fe₃O₄), dan siderit (FeCO₃). Proses ekstraksi dilakukan dalam tungku yang disebut tanur tiup (blast furnace) dengan menggunakan metode reduksi. Simak proses ekstraksinya berikut ini. Berikut tahapan ekstraksi Fe dari bijih besi:

• Bijih besi, batu kapur (CaCO₃), dan kokas (C) dimasukkan dari bagian atas tanur.

• Kemudian, udara panas ditiupkan ke bagian bawah tungku agar C bereaksi dengan OZ membentuk

CO2.
C(s) +O₂(S)           CO₂(S)
Gas CO₂ yang terbentuk selanjutnya akan bergerak ke atas dar lebih lanjut dengan C untuk membentuk CO. Reaksi ini bersifi endotermik, sehingga terjadi sedikit penurunan suhu proses.
CO₂(g) + C(s)          2CO(S)
Produk reaksi yakni gas CO kemudian bergerak naik dan mulai  mereduksi senyawa-senyawa besi pada bijih besi.
3Fe₂O₃(5) + CO(g)            4 2Fe₃O₄(s) + CO₂(g)
Fe₃O₄(s) + CO(g)               3FeO(6) + CO₂(g)
FeO(s) + CO(g)                   Fe(s) + CO₂(g)
Reaksi keseluruhannya dapat ditulis sebagai berikut:
Fe₂O_3(s) + 3CO(s)               2Fe_(l) + 3CO_2(g)
Fe yang terbentuk akan mengalir dan berkumpul di bawah. Karena suhu di bawah tinggi sekitar 2 000°C, Fe akan berada dalam bentuk lelehannya.

• Sementara itu, CaCO₃ dalam tanur akan terurai menjadi CaO.

CaCO₃(s)—> CaO(s) + CO₂(g)

• CaO yang terbentuk akan bereaksi dengan pengotor yang bersifat asam yang ada dalam bijih besi, seperti pasir silika. Reaksi ini menghasilkan senyawa dengan titik didih rendah yang disebut terak (slag).

CaO(S) + SiO₂(s)                CaSiO₃(l)

• Lelehan terak kemudian akan mengalir ke bagian bawah tanur. Karena kerapatan lelehan terak yang lebih rendah dibandingkan lelehan besi, maka lelehan terak berada di atas lelehan besi sehingga keduanya dapat dikeluarkan secara terpisah. (Secara tidak langsung, lelehan terak ini melindungi lelehan besi dari teroksidasi kembali)

Besi yang terbentuk di dalam tanur tiup masih mengandung pengotor dan bersifat cukup rapuh. Besi ini disebut juga besi gubal (pig iron). Besi gubal mengandung sekitar 3 – 4% C, 2% Si, dan sejumlah pengotor lain seperti P dan S. Besi gubal dapat dicetak langsung menjadi besi tuang (cast iron) atau diproses lebih lanjut menjadi baja, tergantung dari aplikasinya
Pembuatan Baja

Pembuatan Tahapan proses adalah sebagai berikut.
-Sekitar 70% lelehan besi gubal dari tanur tiup dan 30% besi/baja bekas dimasukkan ke dalam tungku, bersama dengan batu kapur (CaCO₃).
- Selanjutnya, O₂ murni dilewatkan melalui campuran lelehan logam. O₂ akan bereaksi dengan karbon (C) di dalam besi dan juga zat pengotor lainnya seperti Si dan P, dan membentuk senyawa-senyawa oksida. Senyawa-senyawa oksida ini kemudian direaksikan dengan CaO, yang berasal dari peruraian batu kapur (CaCO₃), membentuk terak, seperti CaSiO₃ dan Ca₃(PO₄)₂.

Kandungan C pada baja yang dihasilkan bervariasi dari _~0,2% sampai 1,5%. Berdasarkan kadar C ini, kita mengenal tiga macam baja seperti yang ditunjukkan tabel berikut.