Seng: Sifat, Aplikasi, dan Proses Produksi
Latar Belakang
Seng (Zn, nomor atom 30, bobot atom 65,37) adalah unsur logam abu-abu yang meleleh pada 788°F (420°C). Dalam alam ia hanya terjadi dalam bentuk senyawa dan biasanya diekstraksi untuk digunakan dalam cetakan dan lapisan pelindung.
Romawi pertama kali mencampur seng dengan tembaga untuk menghasilkan kuningan, tetapi nilai metalurgi penuh dari seng tidak dipahami sampai abad ke-18. Kimiawan Jerman N. S. Marggraf mengisolasi seng murni pada 1746, dan pemurnian industri pertama dibuka di Bristol, Inggris segera setelahnya.
Saat ini, Amerika Serikat menyediakan sekitar 5 % produksi seng global, sementara sisanya terutama dari India, Meksiko, dan Kanada. Produksi biji seng global berjumlah sekitar 6,7 juta ton metrik per tahun, dan sekitar dua pertiga seng AS diimpor.
Aplikasi
Peran utama seng meliputi galvanisasi baja untuk mencegah korosi, die-casting bagian mesin presisi, dan berfungsi sebagai anode dalam baterai dan perangkat listrik lainnya. Ia juga dicampur dengan tembaga untuk membentuk kuningan.
Dalam galvanisasi, lapisan tipis seng diterapkan pada permukaan baja, baik dengan merendam dalam seng cair atau melalui penyetoran elektrolitik. Kecenderungan seng yang lebih tinggi untuk beroksidasi melindungi baja di bawahnya melalui korosi pengorbanan, mempertahankan integritas struktural di lingkungan yang keras.
Legasi die-casting biasanya terdiri dari 96 % seng dan 4 % aluminiun. Proses ini menggunakan cetak baja dua bagian dan press untuk menyuntikkan logam cair ke dalam rongga yang mencerminkan bentuk yang diinginkan. Setelah mendingin, cetak terbuka untuk mengungkapkan bagian yang hampir sempurna yang memerlukan pengolahan minimal. Komponen die-casting umum meliputi bagian mesin fotokopi, fitting pesawat, instrumen medis, dan aksesori otomotif seperti lambang, pegangan pintu, dan braket. Bagian-bagian ini sering dicrom untuk daya tahan.
Aplikasi seng yang khas adalah anode pengorbanan, yang melindungi mesin laut aluminiun dari korosi. Anode seng hampir murni dibekukan pada badan kapal; saat air laut menginduksi arus listrik, seng dengan mudah beroksidasi, melindungi struktur aluminiun. Anode harus diganti setelah habis sepenuhnya.
Dalam baterai, seng berpartisipasi dalam reaksi kimia yang menghasilkan tegangan antara dua terminal. Perangkat seperti senter dan radio portabel memanfaatkan energi ini sampai reaktan habis.
Di luar logam, senyawa seng digunakan dalam farmasi, karet, kosmetik, cat, glaze keramik, tabung sinat katoda, flux soldering, dan pelindung kayu.
Proses Produksi
Mining
- Bijih seng—utamanya seng sulfide (sphalerite), seng karbonat (smithsonite), seng silikat (calamine), dan franklinite yang mengandung mangan/besi—diekstraksi bawah tanah menggunakan peledakan, bor, dan pengangkutan. Dalam banyak kasus, seng ditambang bersama perak atau timah. Pengolahan membutuhkan minyak, asam sulfat, listrik, kokos, atau gas alam untuk menyediakan panas untuk peleburan.
Froth Flotation
- Bijih yang dihancurkan dicampur dengan air, minyak pine, dan reagen flotation, kemudian diaduk. Kimia permukaan aktif selektif melapisi partikel seng, memungkinkan mereka melekat pada gelembung udara dan naik ke permukaan. Gelembung diambil, meninggalkan konsentrat kaya seng di atas dan bahan limbah di bawah.
Filtering
- Gelembung diudara, dan pasta yang tersisa dicampur dengan kapur sebelum dibakar di tungku pada 2500°F (1371°C). Ini mengubah material menjadi sinter oksida seng.
Smelting
- Tungku blast meleleh bijih yang sudah dioksidasi, mencapai hingga 2200°F (1204°C). Untuk mengurangi re-oksidasi, seng cair diempa dengan timah panas; seng larut, dipindahkan ke kamera lebih sejuk (824°F/440°C), dan kemudian terpisah dari timah. Timah didaur ulang ke dalam tungku.
Refining
- Dengan membiarkan seng cair tidak terganggu selama beberapa jam, besi dan kotoran lain menempel di bawah. Seng hampir murni kemudian diambil dari permukaan dan dicetak menjadi ingot.
Alloying
- Legasi meningkatkan kinerja seng. Biasanya, 4 % aluminiun ditambahkan untuk die-casting, dengan penambahan kecil titanium, tembaga, atau magnesium. Legasi cair dicetak ke dalam sow besar atau cetakan ingot lebih kecil (45 lb/20 kg) untuk pemrosesan lebih lanjut.
Quality Control
Analisis spektroskopi memverifikasi komposisi legasi. Dengan menyalakan sampel logam di bawah busur listrik, cahaya yang dipancarkan tersebar menjadi warna spektrumnya—sidik jari unik untuk setiap unsur. Sensor menangkap spektrum, dan software mengukur konsentrasi setiap komponen, memastikan konsistensi dan memungkinkan penyesuaian untuk memenuhi spesifikasi.
The Future
Meskipun peran seng dalam die-casting otomotif telah menurun untuk mendukung magnesium, aluminiun, dan komposit, penggunaannya untuk galvanisasi panel badan kendaraan naik. Lapisan seng memungkinkan produsen menawarkan garansi karat yang diperpanjang, mencerminkan relevansi logam yang berlanjut dalam perlindungan korosi.
