Timah: Dari Zaman Perunggu hingga Industri Modern – Penggunaan, Produksi, dan Masa Depan

Latar Belakang

Timah (Sn, dari Latin stannum) adalah logam perak-putih yang dihargai karena daya tahan korosi dan kemampuannya untuk melapisi logam lain. Dalam kehidupan sehari-hari ia muncul sebagai lapisan pelindung pada kaleng baja, loh dalam perunggu (timah + tembaga), solder (timah + seng), dan senyawa fluoride dalam banyak pasta gigi.

Catatan historis melacak penggunaan timah hingga sekitar 3500 SM di Turki modern, di mana pengolah logam awal menemukan bahwa menambahkan timah ke tembaga menghasilkan loh yang lebih keras—perunggu—yang mampu membuat alat dan senjata yang lebih tajam dan tahan lama. Kejutan ini memulai Zaman Perunggu, yang berlangsung sekitar 2.000 tahun, dan memicu pencarian mondial untuk sumber timah. Deposit kaya Inggris diam-diam diperdagangkan di seluruh Mediterania, dan pada tahun 310 SM penjelajah Yunani Pytheas menemukan tambang di dekat yang kini Cornwall. Sejaman Inggris oleh Roma pada tahun 43 M didorong sebagian oleh keinginan untuk mengontrol perdagangan timah.

Jangkauan timah melampaui Eropa. Pada tahun 2500–2000 SM, artisan di Khorat Plateau Thailand memproduksi perunggu, dan pada tahun 1600 SM Vietnam sudah menggunakan bajak perunggu. Di Amerika, timah dikenal di Meksiko dan Peru jauh sebelum Spanyol tiba pada abad keen belas.

Insinyur Romawi pertama kali melapisi wadah tembaga dengan timah untuk mempertahankan kecerahannya, praktik yang menyebar ke besi pada abad ke-14. Perkenalan tinplate—lembar tipis baja dilapisi timah—pada pertengahan abad ke-17 memungkinkan produksi massal wadah logam. Pada tahun 1810 Pierre Durand mematenkan kaleng timah tertutup, dan pada pertengahan abad ke-19 kaleng timah telah menggantikan botol kaca untuk penyimpanan makanan secara besar-besaran.

Penemuan Amerika Isaac Babbitt’s 1839 loh timah, antimoni, dan tembaga—disebut logam Babbitt—menjadi standar untuk bantalan, mendorong kemajuan dalam mesin dan transportasi berkecepatan tinggi.

Pada tahun 1952 Pilkington’s float glass method, yang bergantung pada timah leleh sebagai kolam pendingin, merevolusi industri pembuatan kaca dengan menghasilkan lembar kaca ultra-datar tanpa penggerusan tradisional.

Saat ini, Malaysia, Bolivia, Indonesia, Thailand, Australia, Nigeria, dan Inggris menyediakan sebagian besar timah global. Amerika Serikat tidak memiliki deposit utama.

Bahan Baku

Kerut bumi mengandung sembilan biji yang mengandung timah, tetapi hanya cassiterite yang ditambang secara komersial. Pengolahan sering membutuhkan batu kapur, silica, garam, dan karbon (batu bara atau minyak tanah). Tingkat kotoran yang lebih tinggi mungkin memerlukan reagen tambahan.

Proses Manufaktur

Metode ekstraksi bervariasi menurut jenis deposit. Tambang bawah tanah dalam di Bolivia dan Inggris menambang biji dengan 0,8–1,0 % timah, sementara deposit kerikil permukaan di Asia Tenggara menghasilkan biji dengan se rendah 0,015 % timah. Lebih dari 80 % timah dunia berasal dari sumber kerikil kelas rendah ini.

Pertambangan

• Kerikil di bawah permukaan air dredged dari kolam buatan menggunakan dredger terapung yang dilengkapi dengan ember berantai atau pemotong berputar. Material di-saring di kapal untuk memisahkan tanah, pasir, dan batu sebelum dipindahkan ke darat.
• Deposit kering dipecah dengan jet air tekanan tinggi; sari yang dihasilkan disimpan di kolam dan dipompa ke parit kayu (palong) di mana biji timah lebih berat tertahan di balik riffle. Pembuangan berkala mengumpulkan biji untuk pengolahan lebih lanjut.

Konsentrasi

• Biji melewati goyang layar, tangki klasifikasi, dan opsional tangki flotas untuk memisahkan silt halus dan partikel yang dapat terapung.
• Setelah kering dan pemisahan magnet, konsentrat timah mencapai kekerasan 70–77 %, terutama cassiterite.

Peleburan

• Konsentrat dipanaskan dengan karbon (batu bara atau minyak tanah) hingga ~2550 °F (1400 °C). Karbon monoksida mengurangi cassiterite menjadi timah kasar, sementara batu kapur dan pasir membentuk sisa dengan kotoran silica atau besi.
• Karena timah dapat terikat dengan sisa, tungku kedua meleleh ulang sisa dengan karbon tambahan, besi bekas, dan batu kapur untuk memulihkan lebih banyak timah. Perjalanan ketiga mengekstrak timah “hardhead” dari sisa yang tersisa.

Pemurnian

• Timah kasar, hardhead, dan sisa timah dilelehkan dalam tungku suhu rendah di mana hanya timah yang cair. Cair dikumpulkan dalam poling kettle, memisahkan dari kotoran padat (liquidation).
• Mendidih—agitasi dengan uap atau tongkat kayu segar—menghilangkan gumpalan permukaan, menghasilkan timah dengan kekerasan ~99,8 %.
• Pemurnian elektrolitik lebih memurnikan timah ke >99,98 % dengan menyetorkannya pada katoda dalam sel elektrolitik. Kotoran mengendap sebagai slime di dasar.
• Timah yang telah dipurni akhir dicetak menjadi ingot atau bar: grade kekerasan lebih rendah menjadi ingot 25–100 lb (11–45 kg); kekerasan lebih tinggi menjadi bar ~2 lb (1 kg).

Kontrol Kualitas

Kekerasan 99 %+ yang konsisten dicapai melalui pemeriksaan rutin pada tahap kritis, memungkinkan penyesuaian waktu nyata. Di Amerika Serikat, ASTM B339 mendefinisikan grade timah komersial: AAA (99,98 % timah) untuk penelitian, A (99,80 %) untuk tinplate, dan B–E (turun hingga 99 %) untuk loh umum.

Produk Sampingan & Limbah

Sementara tidak ada produk sampingan yang berguna, limbah mencakup tanah, pasir, dan batu yang ditolak, yang dampak lingkungannya tergantung pada praktik pembuangan lokal. Sisa peleburan dapat mengandung arsen, timbal, dan elemen berbahaya lainnya, tetapi timah itu sendiri tidak dikenal merugikan manusia atau ekosistem.

Masa Depan

Permintaan timah diproyeksikan akan naik saat ia menggantikan logam yang lebih beracun seperti timbal, merkuri, dan kadmium. Aplikasi yang muncul termasuk solder timah-perak untuk elektronik dan peluru timah untuk amunisi, yang menawarkan dampak lingkungan yang lebih kecil. Penelitian juga mengeksplorasi senyawa berbasis timah yang mengikat logam berat di tempat pembuangan sampah, mencegah longsor ke tanah dan air tanah.

Gambar

Bonkot timah adalah hadiah tahun ke-10 yang umum pada tahun 1800, ditampilkan sebagai hiasan.