Seng

Latar Belakang

Seng adalah unsur logam. Ini terdaftar pada Tabel Periodik sebagai "Zn," dengan nomor atom 30 dan berat atom 65,37, dan meleleh pada 788 ° F (420 ° C). Seng biasanya berwarna abu-abu metalik, tetapi dapat dipoles menjadi kilau perak mengkilap. Di alam, hanya ditemukan sebagai senyawa kimia, bukan sebagai seng murni, dan dapat digunakan sebagai bahan baku coran dan pelapis.

Selama era Kekaisaran Romawi, orang menggunakan seng untuk paduan tembaga menjadi kuningan untuk senjata. Dalam proses mentah ini, seng ditangkap oleh tembaga selama pemanasan bijih, meskipun sedikit yang disadari pada saat itu tentang pentingnya seng dalam metalurgi. Nama seng mungkin berasal dari kata Jerman "zinn," yang berarti timah. Penemuan ilmiah seng dikreditkan ke Nadreas Sigismund Marggraf, seorang ahli kimia Jerman yang mengisolasi seng murni pada tahun 1746. Fasilitas produksi pertama, atau peleburan, didirikan di Bristol, Inggris oleh William Champion tak lama kemudian.

Hanya sekitar 5% dari pasokan seng dunia yang ditambang di Amerika Serikat, dengan sisanya datang terutama dari India, Meksiko, dan Kanada. Sekitar 6,7 juta metrik ton bijih seng diproduksi di seluruh dunia. Kira-kira dua pertiga dari seng yang digunakan di Amerika Serikat diimpor.

Aplikasi

Seng terutama digunakan untuk menggembleng baja terhadap korosi, die casting bagian-bagian mesin yang rumit, dan dalam baterai dan aplikasi listrik lainnya. Seng juga dicampur dengan tembaga untuk membentuk kuningan.

Galvanisasi baja melibatkan penerapan lapisan tipis seng ke semua permukaan baja yang terbuka untuk menjaga dari korosi. Seng menawarkan ketahanan korosi yang sangat baik karena lebih mudah teroksidasi oleh atmosfer. Oksidasi terjadi ketika logam terkena udara atau air, dan elektron dari transfer logam ke oksigen. Ketika seng terikat erat pada baja, seng melepaskan elektronnya lebih mudah daripada baja, membiarkan logam yang lebih kuat di bawahnya tetap utuh. Penerapan lapisan seng dilakukan dengan mencelupkan baja ke dalam seng cair atau dengan pelapisan elektrolitik baja dengan seng, seperti pelapisan krom.

Paduan die-casting biasanya mengandung 96% seng dan 4% aluminium. Proses die-casting menggunakan die baja dua potong dan mesin press untuk menahan bagian die bersama-sama selama injeksi logam cair. Di dalam die baja adalah rongga yang memiliki citra negatif dari bagian yang akan dicor. Logam cair disuntikkan ke dalam rongga di bawah tekanan, secara akurat mengisi seluruh kekosongan. Logam mendingin, dan pers membuka bagian cetakan, memperlihatkan bagian yang terbentuk. Bagian cor seng sangat dekat dengan bentuk yang diinginkan, membutuhkan sedikit pemesinan sebelum ditempatkan ke dalam rakitan. Aplikasi yang umum termasuk mesin fotokopi, pesawat terbang, dan bagian instrumen medis. Pembuat mobil menggunakan seng die casting untuk emblem, cetakan, gagang pintu, dan braket. Pengecoran mati seng mudah dilapisi krom untuk daya tahan dan penampilan.

Salah satu aplikasi unik seng mengambil keuntungan khusus dari kemampuannya untuk mentransfer sifat ketahanan korosi melalui kontak listrik. Aplikasi ini disebut "anoda korban". Anoda, terbuat dari hampir seng murni, dibaut ke mesin kelautan aluminium. Selama operasi di air, terutama garam air, oksidasi membentuk arus listrik yang lemah, yang dapat menimbulkan korosi pada lambung dan bagian-bagian mesin. Karena seng mudah teroksidasi dengan adanya arus listrik ini, ia "mengorbankan" dirinya sendiri dengan cepat terkorosi, menghabiskan semua ketidakseimbangan listrik di kapal. Akibatnya, lambung dan mesin aluminium yang tersisa tidak terkorosi. Saat dikonsumsi, anoda harus diganti untuk memastikan perlindungan yang berkelanjutan.

Dalam aplikasi yang mirip dengan anoda korban, seng digunakan sebagai komponen dalam produksi baterai. Baterai sel kering menciptakan reaksi kimia dengan seng dalam wadah logam (atau "kaleng") yang menghasilkan potensial tegangan antara dua sambungan. Perangkat listrik, seperti senter atau radio portabel, dapat dihubungkan ke baterai dan ditenagai oleh listrik yang dihasilkan. Jadi terhubung, reaksi mempertahankan arus listrik selama reaktan kimia yang tersedia.

Seng sebagai senyawa digunakan dalam obat-obatan, karet, kosmetik, cat, dan glasir keramik. Senyawa lain menggunakan seng dalam tabung sinar katoda, fluks solder, dan pengawet kayu.

Manufaktur
Proses

Menambang

• 1 Bijih seng digali dari tambang bawah tanah menggunakan teknik peledakan, pengeboran, dan pengangkutan konvensional. Bijihnya terdapat sebagai seng sulfida (juga disebut sfalerit), seng karbonat (smithsonite), seng silikat (calimine), dan dalam senyawa mangan dan besi (franklinit). Bijih seng terkadang ditambang bersama dengan perak atau timbal bijih. Selain bijih itu sendiri, minyak dan asam sulfat diperlukan untuk pemecahan bijih; dan listrik, kokas, atau gas alam diperlukan untuk menyediakan energi panas untuk peleburan.

Flotasi buih

• 2 Seng dapat diproduksi melalui proses yang disebut flotasi buih, yang juga digunakan untuk mereduksi bijih tembaga dan timah. Proses ini melibatkan penggilingan bijih seng menjadi bubuk halus, mencampurnya dengan air, minyak pinus, dan bahan kimia flotasi, dan kemudian mengaduk campuran untuk "mengambang" seng ke permukaan. Berbagai bahan kimia digunakan untuk melapisi partikel seng yang penting dan mencegahnya menjadi basah oleh air. Kemudian udara disuntikkan, dan mineral yang dilapisi menempelkan diri ke gelembung. Operasi dilakukan di dalam tong dan diaduk dengan impeller. Impeller yang berputar menarik udara ke pipa tegak yang mengelilingi poros impeller dan membuangnya ke seluruh campuran atau "bubur kertas". Seng naik ke atas dan residu tetap di dasar pulp, karena tidak dapat menempel pada gelembung. Pengikis otomatis menghilangkan buih yang mengandung mineral yang mengandung seng.

Memfilter

• 3 Buih disaring untuk menghilangkan air dan minyak cair. Sisa seperti pasta dicampur dengan kapur dan dikirim ke tungku. Tungku memanggang campuran pada 2500 ° F (1371 ° C), yang menggabungkan mineral menjadi potongan padat yang disebut sinter. Pada titik ini, material telah sepenuhnya diubah menjadi seng oksida.

Peleburan

• 4 Proses reduksi selanjutnya menggunakan tanur tinggi untuk melelehkan bijih yang telah disiapkan menjadi komponen-komponen unsurnya. Tanur sembur didorong oleh listrik, kokas, atau gas alam, yang menghasilkan suhu hingga 2200 ° F (1204 ° C). Ini, bagaimanapun, juga menghasilkan karbon dioksida, yang bergabung kembali dengan seng saat mendingin untuk membentuk kembali seng oksida. Untuk mengurangi pembentukan kembali ini, seng disemprot dengan timah cair saat masih panas. Timbal, pada 1022°F (550°C), melarutkan seng dan membawanya ke ruang lain, di mana ia didinginkan hingga 824°F (440°C). Pada suhu ini, seng yang lebih ringan terpisah dari timah dan dikeringkan dari atas. Timbal dipanaskan kembali dan dikembalikan ke tanur sembur.

Menyempurnakan

• 5 Perbaikan logam lebih lanjut dapat dilakukan dengan menjaga agar seng tetap cair dan tidak terganggu selama beberapa jam. Dalam keadaan ini, besi dan kontaminan lainnya mengendap di bagian bawah, memungkinkan seng yang hampir murni ditarik dengan hati-hati dari bagian atas dan dilemparkan ke dalam batangan.

Paduan

• 6 Sebagian besar seng dicampur dengan logam lain sebelum digunakan untuk meningkatkan sifat-sifatnya. Paduan melibatkan peleburan kembali dan pencampuran seng dengan logam lain dalam proporsi yang tepat. Misalnya, sekitar 4% aluminium ditambahkan untuk meningkatkan kualitas casting dan umur die dalam proses die-casting. Paduan tambahan lainnya adalah sejumlah kecil titanium, tembaga, dan magnesium. Setelah paduan, logam cair dituangkan ke dalam cetakan tabur dan cetakan ingot. Penabur dapat memiliki berat beberapa ribu pon, sedangkan batangan memiliki berat sekitar 45 pon (20 kg).

Kontrol Kualitas

Paduan logam diperiksa dengan proses yang disebut analisis spektrografi. Logam dibakar di bawah penutup pelindung menggunakan busur listrik. Cahaya yang dipancarkan oleh logam yang terbakar dilewatkan melalui alat seperti prisma, yang memecah cahaya menjadi semua warna individualnya. Setiap elemen memiliki rangkaian warna, atau spektrum yang berbeda, yang seperti sidik jari. Setiap bahan asing akan mengubah spektrum, dan dengan demikian menunjukkan spektrum warna yang unik, mengidentifikasinya. Komputer dalam spektrograf menggunakan sensor untuk menangkap warna-warna ini. Program komputer kemudian menghasilkan cetakan yang mengidentifikasi setiap elemen dalam spektrum dan konsentrasi dalam logam. Elemen dapat dikurangi atau ditingkatkan untuk mengubah komposisi.

Masa Depan

Karena rasio kekuatan terhadap berat seng, penggunaannya oleh industri otomotif sebagai die casting telah berkurang dalam beberapa tahun terakhir. Magnesium, aluminium, dan plastik telah mengambil alih banyak aplikasi seng. Namun, penggunaan seng untuk menggembleng bagian bodi mobil telah meningkat. Banyak kendaraan saat ini dilindungi oleh galvanisasi seng yang memungkinkan pabrikan menawarkan garansi yang diperpanjang untuk masalah karat pada bodi mobil baru.