Timah

Latar Belakang

Timah merupakan salah satu unsur kimia dasar. Ketika dimurnikan, itu adalah logam putih keperakan yang dikenal karena ketahanannya terhadap korosi dan kemampuannya untuk melapisi logam lain. Ini paling sering digunakan sebagai pelapis pada lembaran baja yang digunakan untuk membentuk kaleng untuk wadah makanan. Timah juga digabungkan dengan tembaga untuk membentuk perunggu dan dengan timah untuk membentuk solder. Senyawa timah, stannous fluoride, sering ditambahkan ke pasta gigi sebagai sumber fluoride untuk mencegah kerusakan gigi.

Penggunaan timah paling awal sekitar 3500 SM. di tempat yang sekarang disebut Turki, tempat pertama kali ditambang dan diproses. Pengrajin logam kuno belajar menggabungkan tembaga yang relatif lunak dengan timah untuk membentuk perunggu yang jauh lebih keras, yang dapat dibuat menjadi perkakas dan senjata yang lebih tahan lama dan tetap tajam lebih lama. Penemuan ini memulai apa yang dikenal sebagai Zaman Perunggu, yang berlangsung sekitar 2.000 tahun. Keunggulan alat-alat perunggu memacu pencarian sumber timah lainnya. Ketika deposit timah yang luas ditemukan di Inggris, para pedagang membawa logam mulia itu ke negara-negara di kawasan Mediterania, tetapi merahasiakan sumbernya. Tidak sampai 310 SM. bahwa penjelajah Yunani Pytheas menemukan lokasi tambang di dekat tempat yang sekarang disebut Cornwall, Inggris. Sebagian besar dorongan untuk invasi Romawi ke Inggris pada tahun 43 AD adalah untuk mengontrol perdagangan timah. Simbol kimia untuk timah, Sn, berasal dari nama Latin untuk bahannya, stannum.

Di tempat lain di dunia, timah digunakan di Cina kuno dan di antara suku yang tidak dikenal di tempat yang sekarang disebut Afrika Selatan. Sekitar 2500-2000 SM. , pekerja logam di Dataran Tinggi Khorat di timur laut Thailand menggunakan sumber timah dan tembaga lokal untuk menghasilkan perunggu, dan sekitar 1600 SM. bajak perunggu digunakan di tempat yang sekarang disebut Vietnam. Timah juga dikenal dan digunakan di Meksiko dan Peru sebelum penaklukan Spanyol pada tahun 1500-an.

Penggunaan timah sebagai bahan pelapis sudah ada sejak zaman Kekaisaran Romawi, ketika bejana tembaga dilapisi dengan timah agar tetap terlihat cerah. Kapal besi kaleng muncul di Eropa tengah, pada tahun 1300-an. Lembaran tipis besi yang dilapisi timah, yang disebut pelat timah, tersedia di Inggris pada pertengahan 1600-an dan digunakan untuk membuat wadah logam. Pada tahun 1810, Pierre Durand dari Prancis mematenkan metode pengawetan makanan dalam kaleng tinplate tertutup. Meskipun butuh bertahun-tahun bereksperimen untuk menyempurnakan teknik baru ini, kaleng mulai menggantikan botol untuk kemasan makanan pada pertengahan 1800-an.

Pada tahun 1839, Isaac Babbitt dari Amerika Serikat menemukan paduan anti-gesekan, yang disebut logam Babbitt, yang terdiri dari timah, antimon, dan tembaga. Itu banyak digunakan dalam bantalan dan sangat membantu pengembangan mesin dan transportasi berkecepatan tinggi.

Pada tahun 1952, perusahaan Pilkington di Inggris merevolusi industri pembuatan kaca dengan pengenalan metode "kaca apung" untuk produksi kaca lembaran secara terus menerus. Dalam metode ini, gelas cair mengapung di atas bak cair, timah cair saat mendingin. Ini menghasilkan permukaan kaca yang sangat datar tanpa operasi penggulungan, penggilingan, dan pemolesan yang diperlukan sebelum pengenalan metode ini.

Saat ini, sebagian besar timah dunia diproduksi di Malaysia, Bolivia, Indonesia, Thailand, Australia, Nigeria, dan Inggris. Tidak ada deposit timah besar di Amerika Serikat.

Bahan Baku

Ada sembilan bijih timah yang ditemukan secara alami di kerak bumi, tetapi satu-satunya yang ditambang sampai batas tertentu adalah kasiterit. Selain bijih itu sendiri, beberapa bahan lain sering digunakan untuk mengolah dan menghaluskan timah. Ini termasuk batu kapur, silika, dan garam. Karbon, dalam bentuk batubara atau bahan bakar minyak, juga digunakan. Kehadiran konsentrasi tinggi bahan kimia tertentu dalam bijih mungkin memerlukan penggunaan bahan lain.

Manufaktur
Proses

Proses ekstraksi timah dari bijih timah bervariasi sesuai dengan sumber deposit bijih dan jumlah pengotor yang ditemukan dalam bijih. Deposit timah di Bolivia dan Inggris terletak jauh di bawah tanah dan membutuhkan penggunaan terowongan untuk mencapai bijih. Bijih dalam endapan ini mungkin mengandung sekitar 0,8-1,0% timah menurut beratnya. Deposit timah di Malaysia, Indonesia, dan Thailand terletak di kerikil di sepanjang dasar sungai dan membutuhkan penggunaan kapal keruk atau pompa untuk mencapai bijih. Bijih dalam endapan ini mungkin mengandung sedikitnya 0,015% timah menurut beratnya. Lebih dari 80% timah dunia ditemukan di deposit kerikil kelas rendah ini.

Terlepas dari sumbernya, setiap proses terdiri dari beberapa langkah di mana bahan yang tidak diinginkan dihilangkan secara fisik atau kimia, dan konsentrasi timah meningkat secara progresif. Beberapa langkah ini dilakukan di lokasi tambang, sementara yang lain mungkin dilakukan di fasilitas terpisah.

Berikut adalah langkah-langkah yang digunakan untuk memproses bijih kadar rendah yang biasanya ditemukan di deposit kerikil di Asia Tenggara:

Menambang

• 1 Ketika deposit kerikil terletak pada atau di bawah permukaan air di sungai, mereka dibawa oleh kapal keruk terapung, yang beroperasi di kolam buatan yang dibuat di sepanjang dasar sungai. Kapal keruk menggali kerikil menggunakan boom panjang yang dilengkapi dengan bucket yang digerakkan oleh rantai atau dengan kepala pemotong berputar dan pipa hisap terendam. Kerikil melewati serangkaian layar berputar dan meja pengocok di atas kapal keruk untuk memisahkan tanah, pasir, dan batu dari bijih timah. Bijih yang tersisa kemudian dikumpulkan dan dipindahkan ke darat untuk diproses lebih lanjut.

  Sebuah topi timah sering diberikan sebagai hadiah ulang tahun kesepuluh selama tahun 1800-an. (Dari koleksi Henry Ford Museum 6, Greenfield Village, Dearborn, Michigan.)

  Pada tahun 1800-an, timah adalah bahan rumah tangga biasa yang sangat populer di kalangan kelas pekerja karena harganya yang murah dan kilaunya yang cerah. Terbuat dari besi atau baja yang digulung tipis dan dicelupkan ke dalam timah cair, mudah untuk dimanipulasi, dipotong, dan disolder. Timah digunakan untuk hampir semua hal yang dapat digunakan untuk tembaga, timah, kuningan, atau perak, tetapi umumnya tidak bertahan lama. Meninjau katalog timah dari sekitar tahun 1870 mengungkapkan bahwa timah digunakan untuk lebih dari sekadar pemotong kue—itu digunakan untuk membuat mainan anak-anak, teko kopi, kotak makan siang, dan bahkan spitoonsl

  Namun, itu juga populer digunakan untuk menghasilkan hadiah untuk ulang tahun kesepuluh, yang disebut "ulang tahun timah." Meskipun tidak setenar yang kedua puluh lima, yang membutuhkan hadiah perak, ibu rumah tangga Victoria tahu dia mungkin menerima hadiah ulang tahun kesepuluh dari timah seperti kap timah yang digambarkan di sini. Dibentuk dalam bentuk "topi sendok" yang populer sekitar tahun 1870, kemungkinan potongan ini berasal dari masa itu. Tentu saja, itu tidak bisa dipakai, tetapi dimaksudkan untuk dipajang di rak sebagai peringatan hari jadi itu. Tinsmiths memberikan hadiah aneh hanya untuk tujuan ini. Koleksi museum tidak hanya mencakup topi, tetapi juga sepatu timah dan vas hias yang tidak pernah bisa digunakan untuk menampung air.

  Nancy EV Bryk

  Ketika deposit kerikil terletak di daerah kering pada atau di atas permukaan air di Ketika endapan kerikil berada pada atau di bawah permukaan air, endapan tersebut dibawa oleh kapal keruk terapung, yang beroperasi di kolam buatan yang dibuat di sepanjang dasar sungai. Ketika deposit kerikil terletak di daerah kering pada atau di atas permukaan air, mereka pertama kali dipecah dengan semburan air yang dipompa melalui nozel besar. Selanjutnya, bijih memasuki gudang pembersihan atau pembalut yang berdekatan dengan operasi penambangan. aliran, mereka pertama-tama dipecah dengan semburan air yang dipompa melalui nozel besar. Bubur berlumpur yang dihasilkan terperangkap di kolam buatan. Sebuah pompa yang terletak di titik terendah di kolam memompa bubur ke dalam bak kayu, yang disebut palong, yang memiliki kemiringan ke bawah yang lembut di sepanjang panjangnya. Bijih timah, yang lebih berat dari pasir dan tanah di lumpur, cenderung tenggelam dan terperangkap di balik serangkaian bilah kayu, yang disebut riffles. Secara berkala bijih yang terperangkap dibuang dari palong dan dikumpulkan untuk diproses lebih lanjut.

Berkonsentrasi

• 2 Bijih memasuki gudang pembersihan atau pembalut yang berdekatan dengan operasi penambangan. Pertama, ia melewati beberapa saringan getar untuk memisahkan material asing yang lebih kasar. Ini kemudian dapat melewati tangki klasifikasi berisi air, di mana bijih tenggelam ke dasar sementara partikel lumpur yang sangat kecil terbawa. Ini juga dapat melewati tangki apung, di mana bahan kimia tertentu ditambahkan untuk membuat partikel timah naik ke permukaan dan meluap ke palung.
• 3 Akhirnya bijih dikeringkan, disaring lagi, dan melewati pemisah magnetik untuk menghilangkan partikel besi. Konsentrat timah yang dihasilkan sekarang sekitar 70-77% timah menurut beratnya dan terdiri dari kasiterit yang hampir murni.

Peleburan

• 4 Konsentrat timah ditempatkan dalam tungku bersama dengan karbon dalam bentuk batubara atau bahan bakar minyak. Jika konsentrat timah dengan kotoran berlebih digunakan, batu kapur dan pasir juga dapat ditambahkan untuk bereaksi dengan kotoran. Saat bahan dipanaskan sampai sekitar 2500 ° F (1400 ° C), karbon bereaksi dengan karbon dioksida di atmosfer tungku untuk membentuk karbon monoksida. Pada gilirannya karbon monoksida bereaksi dengan kasiterit dalam konsentrat timah untuk membentuk timah mentah dan karbon dioksida. Jika batu kapur dan pasir digunakan, mereka bereaksi dengan silika atau besi yang ada dalam konsentrat untuk membentuk terak.
• 5 Karena timah mudah membentuk senyawa dengan banyak bahan, timah sering bereaksi dengan terak. Akibatnya, terak dari tungku pertama mengandung timah dalam jumlah yang cukup besar dan harus diproses lebih lanjut sebelum dibuang. Terak dipanaskan dalam tungku kedua bersama dengan karbon tambahan, besi tua, dan batu kapur. Seperti sebelumnya, timah mentah dibentuk dan diperoleh kembali bersama dengan sejumlah sisa terak. Konsentrat timah ditempatkan dalam tungku bersama dengan karbon dalam bentuk batubara atau bahan bakar minyak. Hal ini dipanaskan dan membentuk terak bersama dengan timah mentah. Terak dan timah mentah dipanaskan beberapa kali lagi untuk menghilangkan kotoran dan memulihkan hardhead timah.
• 6 Terak sisa dari tungku kedua dipanaskan sekali lagi untuk memulihkan timah yang telah membentuk senyawa dengan besi. Bahan ini dikenal sebagai hard head. Terak yang tersisa dibuang.

Menyempurnakan

• 7 Timah mentah dari tungku pertama ditempatkan di tungku suhu rendah bersama dengan timah mentah yang diambil dari terak ditambah kepala keras. Karena timah memiliki suhu leleh yang jauh lebih rendah daripada kebanyakan logam, adalah mungkin untuk menaikkan suhu tungku dengan hati-hati sehingga hanya timah yang meleleh, meninggalkan logam lain sebagai padatan. Kaleng yang dilelehkan mengalir ke bawah permukaan miring dan dikumpulkan dalam ketel poling, sementara bahan lainnya tetap di belakang. Proses ini disebut likuidasi dan secara efektif menghilangkan banyak besi, arsenik, tembaga, dan antimon yang mungkin ada.
• 8 Kaleng cair dalam ketel poling diaduk dengan uap, udara bertekanan, atau tiang kayu hijau. Proses ini disebut mendidih. Kayu hijau, karena lembab, menghasilkan uap bersama dengan pengadukan mekanis kutub. Dari penggunaan tiang kayu yang kasar namun efektif inilah ketel poling mendapatkan namanya. Sebagian besar kotoran yang tersisa naik ke permukaan untuk membentuk buih, yang dihilangkan. Timah halus sekarang sekitar 99,8% murni.
• 9 Untuk aplikasi yang membutuhkan kemurnian lebih tinggi, timah dapat diproses lebih lanjut di pabrik pemurnian elektrolitik. Timah dituangkan ke dalam cetakan untuk membentuk anoda listrik besar, yang bertindak sebagai terminal positif untuk proses elektrorefining. Setiap anoda ditempatkan dalam tangki individu, dan selembar timah ditempatkan di ujung tangki yang berlawanan untuk bertindak sebagai katoda, atau terminal negatif. Tangki diisi dengan larutan penghantar listrik. Ketika arus listrik dilewatkan melalui setiap tangki, timah dilucuti dari anoda dan disimpan di katoda. Kotoran yang tersisa, yang umumnya bismut dan timbal, jatuh dari larutan dan membentuk lendir di bagian bawah tangki.
• 10 Katoda dicairkan kembali, dan timah halus dicor dalam cetakan besi untuk membentuk batangan atau batangan, yang kemudian dikirim ke berbagai pengguna akhir. Timah dengan kemurnian lebih rendah biasanya dicetak menjadi ingot dengan berat 25-100 lb (11-45 kg). Timah dengan kemurnian lebih tinggi dicetak menjadi batangan yang lebih kecil dengan berat sekitar 2 lb (1 kg).

Kontrol Kualitas

Proses yang dijelaskan telah terbukti secara konsisten menghasilkan timah pada kemurnian 99% dan lebih tinggi. Untuk memastikan kemurnian ini, sampel dianalisis pada berbagai langkah untuk menentukan apakah diperlukan penyesuaian pada proses.

Kepala timah dimurnikan lebih lanjut, sampai dibentuk menjadi batangan timah.

Di Amerika Serikat, tingkat kemurnian timah komersial ditentukan oleh Klasifikasi Standar American Society for Testing Materials (ASTM) B339. Kadar tertinggi adalah AAA yang mengandung 99,98% timah dan digunakan untuk penelitian. Grade A yang mengandung 99,80% timah digunakan untuk membentuk tinplate untuk wadah makanan. Kelas B, C, D, dan E adalah nilai yang lebih rendah mulai dari kemurnian 99%. Mereka digunakan untuk membuat paduan timah tujuan umum seperti perunggu dan solder.

Produk Sampingan/Limbah

Tidak ada produk sampingan yang bermanfaat yang dihasilkan dari pengolahan timah.

Produk limbah meliputi tanah, pasir, dan batu yang dibuang selama operasi penambangan dan pemekatan. Ini merupakan sejumlah besar bahan, tetapi dampak lingkungan mereka tergantung pada praktik pembuangan lokal dan konsentrasi mineral lain yang mungkin ada. Terak yang dihasilkan selama operasi peleburan dan pemurnian juga merupakan produk limbah. Ini mungkin mengandung sejumlah arsenik, timbal, dan bahan lain yang berpotensi berbahaya. Timah sendiri tidak diketahui memiliki efek berbahaya pada manusia atau lingkungan.

Masa Depan

Penggunaan timah diperkirakan akan meningkat seiring dengan berkembangnya aplikasi-aplikasi baru. Karena timah tidak diketahui memiliki efek merugikan, diharapkan dapat menggantikan logam lain yang lebih berbahaya bagi lingkungan seperti timbal, merkuri, dan kadmium. Salah satu aplikasi baru adalah formulasi solder timah-perak untuk menggantikan solder timah hitam di industri elektronik. Aplikasi lain adalah penggunaan tembakan timah untuk menggantikan tembakan timah di cangkang senapan.

Pekerjaan pengembangan sedang dilakukan untuk membuat senyawa berbasis timah untuk digunakan di lokasi pembuangan sampah. Senyawa ini akan berinteraksi dengan logam berat, seperti timbal dan kadmium, untuk mencegah air hujan membawanya ke tanah dan permukaan air di sekitarnya.