II,Bijih Bijih Logam
description
Transcript of II,Bijih Bijih Logam
Bahan Ajar “Teknologi Bahan I oleh MSR
Jurusan Teknik Mesin-PNUP
2-1
II. BIJIH-BIJIH LOGAM
Setelah mempelajari Bab II ini, mahasiswa diharapkan dapat:
Menjelaskan definisi dari bijih-bijih logam.
Menyebutkan jenis-jenis senyawa dari bijih-bijih logam.
Menjelaskan urutan proses pengerjaan bijih-bijih logam.
Membedakan proses pemurnian bijih-bijih logam.
2.1. Pendahuluan
Bijih-bijih logam adalah material yang diperoleh dari hasil penambangan
yang biasanya masih berbentuk butiran-butiran atau gumpalan-gumpalan. Bijih-
bijih logam ini masih bercampur dengan bahan-bahan ikutan lainnya. Prosentase
berat dari unsur-unsur yang terkandung di dalam bijih-bijih ini bergantung pada
kedalaman lapisan tanah dimana biji tersebut diperoleh.
Operasi penambangan bijih-bijih logam (tambang terbuka) dengan tahapan sebagai
berikut:
a) Pemboran, pada jarak spasi 25 - 50 meter untuk mengambil sample batuan dan
tanah guna mendapatkan gambaran kandungan logam yang terdapat di wilayah
tersebut
b) Pembersihan dan pengupasan, lapisan tanah penutup setebal 10– 20 meter yang
kemudian dibuang di tempat tertentu ataupun dipakai langsung untuk menutupi
suatu wilayah purna tambang.
c) Penggalian, lapisan bijih logam yang berkadar tinggi setebal 5-10 meter dan
dibawa ke stasiun penyaringan.
d) Pemisahan, bijih di stasiun penyaringan berdasarkan ukurannya. Produk akhir hasil
penyaringan bijih tipe Timur adalah -6 inci, sedangkan produk akhir bijih tipe Barat
adalah – 4/-2 inci.
Bahan Ajar “Teknologi Bahan I oleh MSR
Jurusan Teknik Mesin-PNUP
2-2
e) Penyimpanan, bijih yang telah disaring di suatu tempat tertentu untuk
pengurangan kadar air secara alami, sebelum dikonsumsi untuk proses pengeringan
dan penyaringan ulang di pabrik.
f) Penghijauan, lahan-lahan purna tambang. Dengan metode open cast mining yang
dilakukan sekarang, dimana material dari daerah bukaan baru, dibawa dan dibuang
ke daerah purna ambang, untuk selanjutnya dilakukan landscaping, pelapisan
dengan lapisan tanah pucuk, pekerjaan terasering dan pengelolaan drainase sebelum
proses penghijauan/penanaman ulang dilakukan.
2.2. Sifat-sifat Umum Logam
Logam-logam yang banyak ditemukan dalam kehidupan kita sehari-hari, secara
umum mempunyai sifat-sifat dapat mengkilat, dapat mengantar kalor dan listrik,
berwarna putih seperti perak (kecuali tembaga berwarna kemerah-merahan dan emas
berwarna kuning). Logam-logam tersebut mempunyai kekerasan yang berbeda-beda
mulai dari lunak sekali (natrium dan kalium) sampai keras sekali (seperti, chromdll.)
sementara raksa berbentuk cair. Menurut massa jenisnya logam digolongkan atas logam
berat (yang massa jenisnya diatas 5) dan logam ringan (yang massa jenisnya kurang dari
5).
Ditinjau dari sifat kimianya logam-logam mempunyai oksida-oksida pembentuk
basa dan berdasarkan sifat-sifat logam terhadap oksida ini logam-logam tersebut dapat
digolongkan menjadi;
Logam Mulia, yaitu logam yang tidak dapat mengalami oksida, misalnya; Au, Pt,
Ag dan Hg.
Logam setengah mulia, yaitu logam yang agak sukar teroksida, misalnya Cu.
Logam tidak Mulia, yaitu logam-logam yang dalam keadaan biasa dan pada
perubahan temperatur mudah teroksidasi, misalnya K, Na, Mg, Ca, Al, Zn, Fe, Sn,
Pb dll.
Sumber logam (source of metal) adalah bijih-bijih logam yang diperoleh dari
penambangan biasanya masih bercampur dengan bahanbahan ikutan lainnya. Prosentase
berat dari unsur-unsur yang terkandung didalam bijih-bijih ini bergantung pada
Bahan Ajar “Teknologi Bahan I oleh MSR
Jurusan Teknik Mesin-PNUP
2-3
kedalaman lapisan tanah dari mana bijih tersebut diperoleh, misalnya untuk lapisan
tanah dengan kedalaman 16 Km akan diporoleh bijih-bijih dengan 46,59% Oksigen,
27,72 % Silikon dan selebihnya unsur lain termasuk logam-logam.
Logam-logam yang terdapat pada bijih-bijih ini biasanya masih dalam keadaan
terikat dengan unsur-unsur lain (berupa senyawa), misalnya
Berupa oksida-oksida (untuk bijih-bijih Fe, Mn, Cr, Sn dll.)
Berupa karbonat-karbonat (untuk bijih-bijih Zn, Cu, Fe dll.)
Berupa sulfida (untuk bijih-bijih Pb, Zn, Cu dll.).
2.3. Pengerjaan Bijih-bijih (Work Ores)
Sebelum diproses lebih lanjut dilakukan terhadap bijih-bijih, terlebih dahulu
bijih-bijih tersebut dikerjakan, antara lain dengan cara pemecahan, pengayakan atau
sizing dan pembenahan (ores dressing).
A. Pemecahan bijih-bijih.
Bijih-bijih yang diperoleh dari penambangan biasanya mempunyai ukuran
melintang 1200 - 1500 mm. Dalam pengerjaan metallurgi biasanya dibutuhkan
ukuran bijih-bijih yang cukup halus (kadang sampai 0,1 mm), sehingga bijih-bijih
yang diperoleh dari penambangan tersebut harus diperkecil atau dipecah terlebih
dahulu.
Berdasarkan ukuran feed dan ukuran produk dari pemecahan, maka proses
pemecahan ini di bagi atas;
PengerjaanUkuran feed
(mm)Ukuran produk
(mm)
1. Breaking (crushing pendahuluan) 1500-300 300-100
2. Crushing 300-100 50-10
3. Fine Crushing 50-10 10-2
4. Grinding 10-2 0,05
Bahan Ajar “Teknologi Bahan I oleh MSR
Jurusan Teknik Mesin-PNUP
2-4
Pada gambar di bawah ini ditunjukkan beberapa bentuk mesin pemecah bijih-
bijih yang banyak digunakan.
Gambar 2.1. Gyratory Crusher 1. Pemecah yang berputar, 2. Kerucut landasan pemecah, 3. Poros, 4. Eksentrik, 5. Alat transmisi.
Bahan Ajar “Teknologi Bahan I oleh MSR
Jurusan Teknik Mesin-PNUP
2-5
Gambar 2.2. Beater Mill (pemecah awal) 1. Poros, 2. pemukul, 3. Ayakan (saringan).
Gambar 2.3. Ball Mill ( grinding ) 1. Pemasukan bijih-bijih, 2. Pengeluaran, 3. Roda pengerak.
B. Pengayakan (sizing).
Bijih-bijih yang sudah dipecah kemudian dipisah-pisahkan menurut besar /
ukuran butir, proses pemisahan ini dinamakan pengayakan atau sizing. Pengayakan ini
Bahan Ajar “Teknologi Bahan I oleh MSR
Jurusan Teknik Mesin-PNUP
2-6
diperlukan agar jangan sampai terjadi pemecahan bijih yang terlalu kecil (lebih kecil
dari ukuran yang diperlukan).
Pengayakan ini biasanya dilakukan dengan menggunakan ayakan berupa
batang-batang baja yang berbentuk kisi-kisi (bar screen), berupa jarring-jaring kawat
(vibration screen) atau ayakan yang berupa siiinder (revolving / cylinder screen).
Pada Gambar 2.4 diperlihatkan diagram aliran proses pemecahan dan
pengayakan bijih-bijih tersebut sampai diperoleh ukuran bijih-bijilh yang diinginkan.
ORES(bijih-bijih)
GRINDING
Classification
-150 mm Bar screen +150 mm
Breaking
-30 mm Vibration screen +30 mm
Crushing
-5 mm Vibration screen +5 mm
Secondary Crushing
Over flow-0,15 mm
Sands+0,15 mm
Bahan Ajar “Teknologi Bahan I oleh MSR
Jurusan Teknik Mesin-PNUP
2-7
Gambar 2.4. Diagram aliran pengerjaan bijih.
C. Pembenahan bijih-bijih (ores dressing)
Yang dimaksud dengan pembenahan bijih-bijih (ores dressing) adalah
pemrosesan bijih-bijih dengan tidak merubah sifat-sifat kimia atau sifat fisik dari bijih-
bijih tersebut.
Tujuan dari ores dressing ini adalah untuk memisahkan bijih-bijih dari bahan-
bahan ikutan dari kotoran-kotoran yang biasa disebut tailing. Dengan pemisahan tailing
akan diperoleh bijih-bijih dengan prosentase bahan tambang yang lebih tinggi yang
biasa disebut consentrate.
Ores dressing ini sangat panting datam metallurgy modern karena dengan proses
ini biaya/ongkos pemisahan barang-barang tambang dari bijih-bijihnya menjadi
diperkecil, dan juga dapat menyederhanakan pengerjaan bijih-bijih yang lebih lanjut.
Cara-cara yang biasa digunakan untuk pemisahan barangbarang tambang dari
bahan-bahan ikutannya :
1. Bijih-bijih yang berharga dipilih / disortir antara lain berdasarkan warna dan bentuk
bijih-bijihnya. Pemilihan ini biasanya dilakukan pada permukaan yang datar atau
pada konveyor sortir.
2. Pemisahan berdasarkan perbedaan kekerasan l kerapuhan bijihbijih.
3. Pemisahan berdasarkan sifat gesekan bijih-bijih. Dalam hal ini bijih-bijih
diluncurkan pada bidang miring sehingga bahan-bahan yang lebih ringan akan
meluncur lebih cepat.
4. Pemisahan secara elektro static, yaitu pemisahan bijih-bijih berdasarkan
konduktifitas listriknya, kapasitat dan sifat-sifat kelistrikannya.
Bahan Ajar “Teknologi Bahan I oleh MSR
Jurusan Teknik Mesin-PNUP
2-8
5. Pemisahan secara magnetis, dimana bahan-bahan tambang dipisahkan berdasarkan
perbedaan sifat amgnetiknya.
6. Pemisahan berdasarkan grafitasi bijih-bijih tambang. Dalam hal ini bijih-bijih
dibedakan berdasarkan kecepatan tenggelam atau jatuhnya bijih-bijih tersebut dalam
suatu cairan atau udara.
7. Pemisahan dengan menggunakan suatu medium berat, dalam hal ini akan terdapat
bijih-bijih yang mengapung dan yang tenggelam tergantung pada massa jenis bijih
dan massa jenis medium yang digunakan. Medium yang biasa digunakan antara lain
berupa cairan organic atau larutan-larutan.
8. Flotasi atau pengapungan bijih-bijih yang sudah berbentuk bubuk dengan bantuan
peniupan udara pada bijih-bijih tersebut.
2.4. Pemerosesan Bijih-bijih ( Ores Prosessing )
Yang dimaksud dengan pemerosesan bijih-bijih adalah proses pemisahan
logam murni atau senyawanya dari bijih-bijihnya. Proses pemisahan ini secara umum
dibagai atas dua golongan yaitu pyrometaiiurgy dan hydrometallurgy.
A. Pyrometalurgy:
Pada proses pyrometallurgy, pemisahan logam dilakukan dengan cara menaikkan
temperatur bijih-bijih tersebut. Proses dasar dari pyrometallurgy adalah peleburan,
pemanggangan, dan destilasi.
Pada proses peleburuan, bijih-bijih dipanaskan sampai tempertur tertentu sehingga
cukup untuk mencairkan logam yang dikehendaki dari biji-biji tersebut. Dengan demikian
bahan yang sudah melebur akan terpisah dengan sendirinya dari bahan-bahan fainnya
akibat perbedaan berat jenis dari bahan-bahan yang terdapat pada bijih-bijih tersebut.
Pada proses peieburan akan terjadi proses reduksi dan oksidasi yang bergantung
pada jenis bijih-bijih yang diolah. Misalnya bijih-bijih yang bersifat oksida (bijih-bijih Fe,
Bahan Ajar “Teknologi Bahan I oleh MSR
Jurusan Teknik Mesin-PNUP
2-9
Mn, Cr, Sn), dipisahkan secara reduksi, dan untuk bijih-bijih yang bersifat karbonat
clan sulfida (bijih-bijih Zn, Cu, re) dilakukan dengan cara oksida kemudian diikuti
reduksi.
Pada proses pemanggangan, temperaturnya tidak sampai meleburkan iogam
yang bersangkutan. Tujuan pemanggangan ini adalah untuk mempersiapkan bijih-
bijih sebelum dikerjakan lebih lanjut, misalnya untuk menghilangkan gas-gas atau
lembab dari bijih-bijih. Pada pemanggan ini dapat terjadi reduksi, aksidasi, klorisasi,
sulfatisasi atau jenis-jenis lain sesuai dengan jenis bijih-bijih yang dikerjakan.
Keadaan bijih-bijih diantara temperatur pemanggangan clan temperatur peleburan
disebut sintering. Dalam hal ini sebagian logarn sudah mencair, kemudian jika
didinginkan kembali, bagian-bagiar tersebut akan memadat clan bersatu dengan
partikel-partikel lain yang belum mencair.
Tujuan sintering ini adalah untuk merubah bijih-bijih yang dipecah terlalu
keci!/halus menjadi gumpalan yang lebih besar.
Pada proses destilasi, logam atau senyawanya diuapkan dari bahan tambang
yang sukar menguap terdapat pada bijih-bijih tersebut.
Peralatan yang umumnya dipakai proses pirometalurgy adalah 1. Tanur tiup (blast
furnace), 2. Reverberatory furnace. Sedangkan untuk pemurniannya dipakai :
a. Pierce-Smith converter.
b. Bessemer converter.
c. Kaldo cenverter.
d. Linz-Donawitz (L-D) converter.
e. Open hearth furnace.
Proses pirometalurgi terbagi atas 5 proses, yaitu :
1. Drying (Pengeringan)
Adalah proses pemindahan panas kelembapan cairan dari material. Pengeringan
biasanya sering terjadi oleh kontak padatan lembab dengan pembakaran gas yang
panas oleh pembakaran bahan bakar fosil. Biasanya suhu pengeringan di atur pada
nilai diatas titik didih air sekitar 120ºC.pada kasus tertentu, seperti pengeringan air
garam yang dapat larut, suhu pengeringan yang lebih tinggi diperlukan.
Bahan Ajar “Teknologi Bahan I oleh MSR
Jurusan Teknik Mesin-PNUP
2-10
2. Calcining (Kalsinasi)
Kalsinasi adalah dekomposisi panas material. Contohnya dekomposisi hydrate
seperti ferric Hidroksida menjadi ferric oksida dan uap air atau dekomposisi kalsium
karbonat menjadi kalsium oksida dan karbon diosida dan atau besi karbonat menjadi
besi oksida.Proses kalsinasi membawa dalam variasi tungku/furnace termasuk shaft
furnace, rotary kilns dan fluidized bed reactor.
3. Roasting (Pemanggangan)
Adalah pemanasan dengan kelebihan udara dimana udara dihembuskan pada bijih
yang dipanaskan disertai penambahan regen kimia dan pemanasan ini tidak mencapai
titik leleh (didih).
4. Smelting
Adalah proses peleburan logam pada temperatur tinggi sehingga logam ,leleh dan
mecair setelah mencapai titik didihnya. Oven yang digunakan, yaitu: a. Schacht
Oven, b. Scraal Oven (revergeratory Furnace), dan c. Electric Oven (Electric
Furnace)
5. Refining (Pemurnian)
Pemunian adalah pemindahan kotoran dari material dengan proses panas.
B. Hidrometallurgy
Prinsip dasar hidrometalurgy adalah pelarutan bijih-bijih dengan asam atau
basa yang sesuai dengan jenis logarn yang terdapat pada bijih-bijih yang dikerjakan,
kemudian dari larutan tersebut logarn atau senyawanya dipisahkan dari larutan
dengan cara elektrolisa atau dengan cara pengendapan.
Hidrometalurgi dapat juga diartikan sebagai proses ekstraksi metal dengan
larutan reagen encer (< 1 gram/mol) dan pada suhu < 100º C. Reaksi kimia yang dipilih
biasanya yang sangat selektif. Artinya hanya metal yang diinginkan saja yang akan
bereaksi (larut) dan kemudian dipisahkan dari material yang tak diinginkan. Peralatan
yang dipergunakan adalah : a. Electrolysis / electrolytic cell, b. Bejana pelindian
(leaching box). Proses pemisahan seperti ini biasa dilakukan untuk logam-logam
ringan ( Al, Mg, Na, K, Cu, dsb).
Hidrometalurgi memberikan beberapa keuntungan:
Bahan Ajar “Teknologi Bahan I oleh MSR
Jurusan Teknik Mesin-PNUP
2-11
1. Bijih tidak harus dipekatkan, melainkan hanya harus dihancurkan menjadi bagian-
bagian yang lebih kecil.
2. Pemakaian batubara dan kokas pada pemanggangan bijih dan sekaligus sebagai
reduktor dalam jumlah besar dapat dihilangkan.
3. Polusi atmosfer oleh hasil samping pirometalurgi sebagai belerang dioksida,
arsenik (III) oksida, dan debu tungku dapat dihindarkan.
4. Untuk bijih-bijih peringkat rendah (low grade), metode ini lebih efektif.
5. Suhu prosesnya relatif lebih rendah.
6. Reagen yang digunakan relatif murah dan mudah didapatkan.
7. Produk yang dihasilkan memilki struktur nanometer dengan kemurnian yang tinggi.
Secara garis besar, proses hidrometalurgi terdiri dari tiga tahapan yaitu:
1. Leaching atau pengikisan logam dari batuan dengan bantuan reduktan organik.
2. Pemekatan larutan hasil leaching dan pemurniannya.
3. Recovery yaitu pengambilan logam dari larutan hasil leaching.
C. Elektrometalurgy
Elektrometalurgi merupakan proses ekstraksi metalurgi yang menggunakan
sumber listrik sebagai sumber panas. Tujuan dari proses ini adalah untuk
mengendapkan logam dari suatu larutan sebagai hasil pelindian.