Metalurgi

Georg Agricola, penulis De re metallica sebuah buku penting pada permulaan 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 (extractive metallurgy)
• proses produksi logam (mechanical metallurgy)
• perekayasaan sifat fisik logam (physical metallurgy)

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

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". 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.

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, praktek dan perkakas metalurgi mungkin sudah digunakan di Cina kuno sebelum orang-orang Eropa menguasainya (seperti tanur, besi cor, baja, dan lain-lain).

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

Ekstraktif metalurgi adalah praktek menghapus 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 ekstraktif metallurgi 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 pelumatkan dengan melalui penghancuran dan penggilingan untuk mendapatkan partikel-partikel yang cukup kecil di mana masing-masing partikel terdiri dari bahan berharga atau limbah. Berkonsentrasi partikel nilai dalam bentuk yang mendukung memungkinkan pemisahan logam yang dikehendaki untuk dihapus dari produk-produk limbah.

Pertambangan mungkin tidak diperlukan bila 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 sering 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, seorang berkonsentrasi 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.

Mineral dressing

Mineral dressing adalah pengolahan mineral secara fisik. Tujuan dari mineral dressing 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.

1. Konsentrat, dimana logam-logam berharga terkumpul dan dengan demikian kadarnya menjadi tinggi.
2. Tailing, dimana bahan-bahan tidak berharga (bahan ikutan, gangue mineral) terkumpul.
3. Middling, yang merupakan bahan pertengahan antara konsentrat dan tailing.

Teknik mineral dressing 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 mineral dressing 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.

Magnetic Separation

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 ekstraktif

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

Metalugi 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.