Pentingnya Titanium dan Tantangan Produksi Konvensional
Titanium (Ti) dan paduannya adalah material penting yang digunakan secara luas dalam berbagai bidang strategis, termasuk kedirgantaraan, militer, biomedis, petrokimia, dan otomotif. Penggunaannya diperkirakan akan terus meningkat, terutama dalam industri dirgantara. Material ini sangat dihargai karena sifatnya yang ringan, memiliki kekuatan spesifik yang tinggi, ketahanan kimia dan korosi yang menguntungkan, serta biokompatibilitas yang baik. Meskipun titanium adalah elemen paling melimpah kesembilan di kerak bumi, dengan jumlah rata-rata sekitar 0,6% berat, proses pembuatannya masih mahal. Saat ini, produksi utama titanium logam dilakukan melalui Metode Kroll. Proses ini, yang melibatkan reduksi TiCl4 dengan logam magnesium (Mg) cair untuk menghasilkan Titanium sponge, dikenal sebagai proses yang sangat mahal dan intensif energi. Tingginya biaya titanium sponge disebabkan oleh: (i) banyaknya langkah ekstraksi dan produksi, (ii) afinitas tinggi titanium terhadap elemen seperti oksigen dan nitrogen, dan (iii) kemampuan mesin (machinability) yang buruk karena konduktivitas termal yang rendah.
Sumber Daya Titanium dan Krisis Limbah
Mineral titanium yang umum di alam adalah oksida, karena afinitasnya yang besar terhadap oksigen. Mineral-mineral tersebut mencakup Ilmenit (FeTiO3), Rutil (TiO2), Anatase (TiO2), dan Perovskit (CaTiO3). Sumber utama industri titanium saat ini adalah bijih yang mengandung rutil dan ilmenit. Ilmenit memiliki kandungan TiO2 sekitar 40-65% berat, sementara rutil alami, yang jumlahnya lebih terbatas, biasanya mengandung TiO2 92–96% berat. Secara global, deposit ilmenit terkonsentrasi di Tiongkok, Australia, India, Afrika Selatan, dan Brasil.
Seiring dengan peningkatan penggunaan aloy titanium dalam material struktural pesawat, terutama pada pesawat komersial seperti Boeing 787 yang menggunakan sekitar 14% paduan titanium pada badan pesawatnya, jumlah limbah titanium juga terus meningkat. Rasio pemesinan (machining ratio) ingot aloy titanium sangat tinggi, di mana hingga 90% berat dapat diubah menjadi serpihan. Sebagai contoh nyata, sekitar 85% dari total aloy Titanium yang digunakan pada rangka pesawat Boeing 787 berubah menjadi skrap, yang setara dengan sekitar 100 ton limbah aloy titanium. Hal ini menjadikan solusi untuk meningkatkan daur ulang skrap menjadi suatu keharusan.
Teknologi Pemulihan dan Daur Ulang Berkelanjutan
Tujuan utama dari penggunaan kembali sumber daya sekunder (limbah) adalah untuk memaksimalkan pemanfaatan sumber daya primer dan pada saat yang sama mengurangi dampak berbahaya pada lingkungan. Daur ulang produk Titanium yang telah digunakan saat ini belum tersebar luas dalam skala industri.
Metode Daur Ulang Serpihan Titanium
Daur ulang serpihan (skrap) titanium adalah proses mengubah limbah yang dihasilkan dari kegiatan permesinan menjadi material mentah yang dapat digunakan kembali, misalnya menjadi bahan baku untuk teknologi canggih seperti addictive manufacturing (AM) atau percetakan 3D. Ketika suku cadang berbahan titanium dibuat, sebagian besar bahan (hingga 85% hingga 90%) terbuang sebagai serpihan tipis, kusut, dan berukuran kecil. Mengingat titanium sangat mahal dan proses produksinya intensif energi, mengubah serpihan ini menjadi produk bernilai tinggi sangat penting untuk mencapai keberlanjutan dan mengurangi limbah.
Tiga Metode Daur Ulang Serpihan yang Telah Dilakukan
Dalam penelitian oleh Vicenzo, 2024 menjelaskan ada 3 metode daur ulang serpihan Titanium yang telah dilakukan.
- Proses Conform
Proses ini adalah metode yang sudah lebih mapan dan berkelanjutan. Cara kerjanya yaitu proses ekstrusi-pembentukan berkelanjutan. Serpihan titanium dimasukkan kedalam mesin penghancur yang saat kuat, serta di dalam mesin tersebut dilakukan penekanan, pemanasan, dan pengaliran material secara terus menerus. Proses ini dapat mengubah hampir semua bubuk limbah menjadi kawat padat dengan mikrostruktur butir halus. Kemudian kawat ini dapat digunakan langsung dalam proses manufaktur atau diolah lebih lanjut menjadi bubuk berkualitas tinggi.
- Equal-Channel Angular Pressing (ECAP)
Sumber : M. Besterci, 2016. Influence Al2O3 Particles Weight Fraction on Fracture Mechanism of AZ61 Mg-Al2O3 System Studied by In Situ Tensile Test in SEM.Proses ini meliputi pemadatan material berupa skrap yang sudah dipadatkan menjadi blok, lalu dimasukkan ke saluran berbentuk “L” atau “Z” dengan sudut tajam. Sudut ini memaksa material mengalami regangan geser yang intens. Hasil dari proses ini berupa material dengan butir kristal yang sangat halus, sehingga dapat meningkatkan kekuatan material secara signifikan.
- Solid State Field Assisted Sintering Technology-Forge(FAST-Forge)
Teknologi ini menggabungkan dua proses yaitu FAST (untuk memadatkan) dan Forging (membentuk). Cara kerjanya yaitu serpihan titanium dipadatkan secara cepat menggunakan panas dan tekanan (FAST/SPS), kemudian dibentuk menjadi produk akhir melalui proses penempaan (forging). Produk yang dihasilkan berupa billet (batangan) yang berkualitas tinggi.
Keunggulan terbesar dari metode daur lang ini, terutama bila dikombinasikan dengan teknik Addictive Manufacturing dapat berpotensi untuk mencapai 100% pemanfaatan material dan 0% produksi limbah. Hal ini sangat kontras dengan produksi Titanium dari bijih mentah melalui metode kroll yang sangat mahal dan menghasilkan banyak limbah.
Daftar Pustaka
Fang, Z.Z.; Froes, F.; Zhang, Y. Extractive Metallurgy of Titanium: Conventional and Recent Advances in Extraction and Production of Titanium Metal; Elsevier: Amsterdam, The Netherlands, 2019; ISBN 978-0-12-817201-8
Tebaldo, Vicenzo ; Giovanna Gautier di Confiengo ; Donatello Duraccio ; Maria Giulia Faga. Sustainable Recovery of Titanium Alloy: From Waste to Feedstock for Addictive Manufacturing. Sustainabillity, 2024, 16, 330. https://doi.org/10.3390/su16010330
Takeda, O.; Okabe, T.H. Current Status of Titanium Recycling and Related Technologies. JOM 2019, 71, 1981–199.
