Janice Nathania Nimas Agustina P. Puji Astuti Pembuatan Boron Karbida Nuclear Grade dengan Proses Reduksi Karbotermis Janice Nathania Nimas Agustina P. Puji Astuti

Pengertian Boron Carbide adalah low-atomic nonlogam material. Boron carbide adalah bahan ketiga yang paling keras setelah berlian dan cubic boron nitrida, boron carbide relatif mudah untuk disintesis dan stabil hingga temperature tinggi, namun sulit untuk diproduksi dalam jumlah ton.

Sejarah Boron karbida ditemukan pada pertengahan abad ke-19 sebagai byproduct dalam produksi borida logam. Pada 1883, Joy mengidentifikasi senyawa B3C dan pada tahun 1894, Moissan mengidentifikasi senyawa B6C. Boron karbida (B4C) baru ditemukan pada tahun 1934.

Keunggulan Boron karbida memiliki sifat kombinasi yang menarik, antara lain kekerasan tinggi, kepadatan rendah, titik leleh tinggi, Modulus Young tinggi, resistensi yang besar terhadap bahan kimia, penampang penyerapan neutron tinggi, ketahanan korosi dan oksidasi tinggi, serta memiliki sifat thermoelastic dan thermoelektrik baik .

Properties of Boron Carbide

Struktur Boron karbida Boron karbida adalah bahan yang komposisinya teratur dengan fase rhomboheadral dalam berbagai komposisi, yaitu B10.4C (8,8% C atom) sampai B4C(18,8% atom C). Schematic diagram of the structure of boron carbide Rhombohedral unit cell

Sintesis Boron Karbida Pembuatan B4C secara komersial menggunakan proses reduksi carbothermal. Proses ini melibatkan pengurangan karbon dari bahan awal yang murah, yaitu asam borat (H3BO3) dengan pemanasan dalam tungku pemanas listrik. Reaksi secara keseluruhan:

Mekanisme reaksi Selama pemanasan asam borat diubah menjadi boron oksida dengan melepaskan air. Pada langkah 2, pengurangan B2O3 dengan karbon monoksida terjadi. Suhu tungku biasanya dipertahankan pada > 2000°C untuk meningkatkan laju reaksi keseluruhan. Proses ini sangat endotermik.

Proses reduksi carbothermic asam borat dapat terjadi dalam dua jenis tungku pemanas listrik. Satu tungku yang dapat digunakan adalah tungku busur listrik. Dalam proses ini, asam borat dan kokas minyak bumi meleleh pada suhu sangat tinggi, diikuti dengan menghancurkan produk yang dihasilkan dan mencampurnya dengan jumlah yang sama dari asam borat, yang kemudian dileburkan.

Produk yang dihasilkan kemudian diperkecil ukuran fisiknya untuk mencapai ukuran partikel halus agar sesuai untuk densifikasi. Hal ini penting karena dapat meningkatkan sintering dibandingkan dengan partikel kasar. Hal ini dapat dilakukan dengan cara digiling.

Tipe kedua adalah jenis tungku Acheson Tipe kedua adalah jenis tungku Acheson. Tungku ini menggunakan batang grafit sebagai elemen pemanas. Asam borat dan karbon yang sebagian telah bereaksi dari proses sebelumnya ditambahkan disekitar batang grafit pemanas. Campuran muatan baru asam borat dan karbon juga ditambahkan. tungku tersebut kemudian dipanaskan menyebabkan reaksi dekat batang grafit dan karbon dioksida lepas melalui muatan di atas.

Proses dimulai dengan hilangnya air Dari asam borat (H3BO3) menjadi boron oksida (B2O3). Dengan pemanasan lebih lanjut, B2O3 meleleh dan membentuk lapisan tipis yang mencegah CO terlepas dari zona reduksi. Gas-gas yang terbentuk menjadi busa yang bertambah besar seiring dengan naiknya tekanan sampai akhirnya pecah, hal ini menyebabkan sebagian muatan yang bereaksi dikeluarkan dalam bentuk uap boron oksida ke atmosfer.

Produk B4C berada di sekitar grafit pada tungku, ukurannya bervariasi antara 80 -100 mm, selanjutnya dihancurkan dalam crusher dan kemudian menjadi bubuk halus dalam pulveriser menggunakan beberapa hammer yang dilapisi baja-mangan. Bubuk ini perlu pemurnian lebih lanjut untuk menghilangkan senyawa yang tidak bereaksi dan untuk mengurangi kontaminan.

Proses pemurnian dilakukan dalam tangki plastik serat polypropylene dengan larutan HCl untuk melarutkan pengotor. Pengadukan dilakukan dengan melewatkan udara bertekanan melalui bed.

B4C serbuk:

Masalah produksi Boron Carbide secara komersial Ada banyak metode yang berbeda untuk menghasilkan boron karbida karena masalah yang dihadapi dalam produksi B4C diproses secara komersial. Reaksi lengkap karbon sangat sulit karena reaksi by-produk, seperti karbon monoksida membawa spesies borat yang mudah menguap dari lokasi reaksi. sulit dan mahal untuk menggiling produk dalam ukuran partikel cukup baik untuk densification. tungku suhu tinggi membutuhkan energi yang sangat tinggi, sehingga biaya bubuk tinggi dan kapasitas produksi rendah. Kelemahan lain dari proses reduksi carbothermic adalah kontrol suhu di atas 2027 °C. menyebabkan penguapan dari boron dari sistem.

Densification

Reactor-control and protection system channel 1 - channel opening 2 - thermal-expansion bellows compensator, 3 - welding-support ledge, 4 - channel cover, 5 - operating mechanism, 6 - bottom bellows compensator, 7 - throttling device