3.2 PROSES PENGOLAHAN
3.2.4 Pemurnian
Pemurnian (refining) merupakan usaha untuk meningkatkan kadar suatu unsur (logam) dengan cara menghilangkan unsur pengotor dalam suatu bahan dalam hal ini crude metal untuk menghasilkan bahan/senyawa yang sesuai dengan kadar bahan yang diinginkan. Tujuan dari proses pemurnian adalah untuk mengurangi kadar unsur pengotor (impurities) dalam crude ferronikel (FeNi) antara lain kadar Silika (Si), Karbon (C), Phospor (P), Sulfur (S). Proses pemurnian selalu berdasarkan prinsip bahwa elemen-elemen yang berbeda akan dapat dipisahkan menjadi bagian-bagian dengan fase yang berbeda-beda dan selanjutnya akan dipisahkan secara fisika. Proses pemurnian crude metal menjadi ferronikel dilakukan dengan beberapa jenis proses antara lain:
1. Proses Desulfurisasi.
Proses desulfurisasi bertujuan untuk mengurangi kadar sulfur yang ada dalam crude FeNi hasil peleburan supaya kandungan sulfur pada produk akhir maksimal menjadi 0,03%. Unsur pengotor dalam crude FeNi berasal dari bijih nikel, bahan reduktor batu bara, serta heavy oil yang digunakan untuk proses
MOHAMMAD IQBAL - 1006756004 42
peleburan. Crude FeNi yang keluar dari proses peleburan saat tapping metal akan ditampung dalam suatu ladle yang sebelumnya dipanaskan terlebih dahulu. Ladle
ini dibawa dengan menggunakan crane ke bagian pemurnian. Sebelum proses desulfurisasi dimulai, terlebih dahulu bahan desulfurisasi seperti calcium carbide
(CaC2), soda ash (Na2CO3), fluospar (CaF2) dimasukkan ke dalam ladle. Terdapat juga bahan-bahan pembantu seperti aluminum ingot, ferro silikon. Temperatur crude FeNi harus memenuhi ketentuan supaya dapat dilakukan desulfurisasi. Apabila temperatur crude FeNi lebih rendah dari yang diisyaratkan, ada kemungkinan pengadukan akan berlangsung secara tidak sempurna akibat adanya sebagian logam cair yang telah membeku karena seperti yang kita ketahui bahwa reaksi pencampuran Crude FeNi dengan calcium carbide merupakan reaksi endotermis sehingga kita harus tetap menjaga logam FeNi ini agar tidak membeku sampai proses pemurnian selesai. Untuk menaikkan temperatur logam cair tersebut dilakukan oxygen blowing, kemudian di bawa ke proses desulfurisasi.
Ladle desulfurisasi menggunakan stirrer yang dimasukkan ke dalam ladle
kemudian diputar, perputaran ini akan mengakibatkan gaya sentrifugal yang bekerja di dalam ladle. Mengakibatkan terjadinya aksi pengadukan sehingga bahan-bahan desulfurisasi dan crude Feni akan tercampur merata dan slag naik ke atas. Pengadukan dilakukan selama 30-35 menit. Pengambilan sample yang akan dianalisis biasanya akan dilakukan pada menit ke-20. Setelah pengadukan, slag
dikeluarkan dengan cara skimming. Crude FeNi hasil desulfurisasi dianalisis kasar sulfurnya. Kadar sulfur yang
diinginkan adalah:
Untuk produk low carbon, S <0,01% Untuk produk high carbon, S <0,02%
MOHAMMAD IQBAL - 1006756004 43
Gambar 3.10 Ladle
Apabila kadar sulfurnya tinggi, proses desulfurisasi harus diulang kembali dan dilakukan penambahan calcium carbide sebanyak 2,5 % dari yang ditambahkan sebelumnya. Namun sebelum proses de-S diulang, terperatur crude
FeNi harus diperhitungkan lagi karena pemakaian CaC2 dan Na2CO3 akan menurunkan temperatur crude Feni. Pada akhir proses desulfurisasi, dilakukan pengambilan sampel untuk mengetahui efisiensi proses desulfurisasi. Setelah proses desulfurisasi selesai, slag hasil desulfurisasi dikeluarkan dengan cara
skimming yang ditampung di dalam pot penampungan. Setelah itu, ladle yang telah di skimming akan dilakukan proses oksidasi di shaking converter ataupun LD converter.
Desulphurizing agent
Calcium carbide (CaC2) mempunyai melting point yang cukup tinggi yaitu 1750-2200OC. Temperatur ini jauh lebih tinggi dari melting point crude FeNi. Agent ini bereaksi dengan sulfur dalam keadaan padat dengan metal cair. Karena calcium tidak mudah menyublim maka lebih efisien digunakan dalam bentuk serbuk sehingga permukaan kontak dengan metal cair menjadi lebih besar. Senyawa soda ash (Na2CO3) mempunyai melting point yang hampir sama dengan crude FeNi sehingga pada waktu ditambahkan pada metal cair akan segera melebur dan reaksi desulfurisasi akan cepat berlangsung yang kemudian akan
MOHAMMAD IQBAL - 1006756004 44
menguap. Sedangkan fluospar (CaF2) akan meningkatkan kecepatan reaksi desulfurisasi.
Desulphurizing reaction
Reaksi dari calcium carbide:
CaC2(s) + S → CaS(s) + 2C(sat)
Padatan calcium carbide bereaksi dengan sulfur dari molten metal menjadi slag padat.
Reaksi dari soda ash:
Na2CO3 + S + Si → Na2S + SiO2 + CO
Dari reaksi diketahui bahwa soda ash akan mengoksidasi Si yang terkandung di dalam molten metal.
MOHAMMAD IQBAL - 1006756004 45
2. Proses Oksidaasi (Proses Desilikonisasi, Dekarbonisasi, dan Dephoporisasi)
Tujuan dari proses oksidasi ini untuk menghilangkan impurity crude FeNi menjadi sesuai standar permintaan dengan menggunakan alat shaking converter
atau LD converter. Desilikonisasi
Setelah seluruh crude FeNi hasil desulfurisasi dimasukkan ke dalam
shaking converter atau LD converter, gas oksigen segera ditiupkan ke dalam agar reaksi desilikonisasi terjadi pada tahap ini. Kandungan silikon dalam crude FeNi akan berkurang sampai di bawah 0,5 %.
Reaksi yang terjadi adalah:
Si(l) + O2(g) → SiO2(l)
SiO2 yang terbentuk akan dibuang sebagai slag dalam bentuk CaO.SiO2 karena adanya penambahan batu kapur dan kapur bakar ke dalam shaking converter atal LD converter. SiO2 yang dihasilkan bereaksi dengan CaO yang dikandung dalam bahan fluks tersebut. Reaksi yang terjadi adalah:
SiO2(l) + CaO(l) → CaO.SiO2(l)
Pada saat oxygen blowing, gas oksigen langsung bertabrakan dengan metal melt yang mengakibatkan metal grain melompat keluar. Fenomena ini biasa dikenal dengan istilah spitting yang dengan sendirinya mengurangi recovery Ni. Untuk mencegahnya, ke dalam tanur dimasukkan mill scale atauiron sand yang akan mempercepat proses pembentukan slag.
Bila blowing diteruskan, oksidasi Si akan berlangsung dengan hebatnya. SiO2 yang dihasilkan mulai menutupi permukaan melt. Karena interrelasi antara keadaan pengeluaran gas CO dari dalam melt dan pertambahan jumlah slag, ada kemungkinan slag dan melt meluap dan keluar dari SC. Fenomena ini dikenal dengan istilah slopping. Basicity dari slag diatur pada kisaran 1,4-1,5. Harga
basicity tidak boleh terlalu rendah dan terlalu tinggi. Apabila terlalu rendah akan mengakibatkan lining dari shaking converter akan cepat rusak karena bereaksi
MOHAMMAD IQBAL - 1006756004 46
dengan SiO2 dalam slag. Apabila terlalu tinggi dapat mengakibatkan ledakan (slopping) karena slag terlalu padat untuk dapat dilalui gas-gas secara difusi yang terdapat dalam melt.
Pada reaksi oksidasi karbon, reaksi pembentukan C menjadi CO cukup dominan, selain itu terjadi pula reaksi oksidasi akibat penambahan fluks yang ditambahkan untuk menaikkan kecepatan reaksi oksidasi. Jika kadar Si hasil peleburan cukup tinggi, reaksi desilikonisasi dilakukan secara bertahap berdasarkan ketentuan berikut: Kadar Si 0,5-1,5 % proses desilikonisasi dilakukan satu tahap untuk mendapatkan kadar Si sebesar ±0,3 %. Kadar Si 1,6-2,5 % proses yang dilakukan dalam 2 tahap dengan hasil akhir tahap I 0,5-1,5 % Si dan tahap II ±0,3 %. Kadar Si 2,5-4 % proses yang dilakukan dalam 3 tahap dengan hasil akhir tahap I 1,6-2,5 % Si, tahap II 0,5-1,5 % Si dan tahap II ±0,3 %. Untuk setiap hasil desilikonisasi dilakukan pengeluaran slag secara skimming.
Dekarbonisasi dan Dephosporisasi
Pada tahap ini, crude FeNi yang memiliki kandungan unsur pengotor seperti 1,5% C, 0,3% Si, dan 0,8% Cr akan dimurnikan untuk mendapatkan kadar yang diinginkan melalui peniupan oksigen. Pada tahap ini terdapat kemungkinan temperatur crude FeNi akan tinggi sekali. Untuk mencegah hal ini tidak terjadi, sebelum peniupan oksigen, dimasukkan coolant material yaitu produk material yang digunakan sebagai pendingin seperti bahan scrap hasil sisa oksidasi.
Pada saat oksigen ditiupkan kedalam shaking converter, terjadi reaksi oksidasi pada karbon dan krom. Karbon dalam crude FeNi akan keluar sebagai gas CO, sedangkan gas Cr akan teroksidasi pada saat konsentrasi C berkurang menjadi Cr2O3 yang akan memisah sebagai slag. Reaksi yang terjadi ialah sebagai berikut:
C(l) + ½O2(g) → CO(g) C(l) + O2(g) → CO2(g) Cr(l) + SO2(g) → 2Cr2O3(l)
MOHAMMAD IQBAL - 1006756004 47
Pada saat karbon teroksidasi sampai 0,002% crude FeNi akan mengalami reaksi oksidasi yang cukup hebat sehingga sebagian Fe dan Ni teroksidasi dan terserap sebagai slag dalam bentuk FeO dan NiO ternyata kurang dari 1% sehingga Ni loss akibat oksidasi cukup kecil. Pada tahap akhir peniupan oksigen, phospor juga akan mengalami oksidasi menurut reaksi sebagai berikut:
4P(l) + 5O2(g) → 2P2O5(l) CaO(l) + P2O5→ CaO.P2O5(l)
P2O5 yang terbentuk akan diikat oleh CaO untuk membentuk slag. Basicity yang diinginkan dalam proses dekarbonisasi adalah 4,5-5. Basicity yang tinggi ini tidak menyebabkan kerusakan pada lining shaking converter karena meskipun FeO yang dihasilkan dalam proses ini cukup banyak akan diikat oleh CaO menjadi slag CaO.FeO.