Tahap Precipitation - Uraian Proses Terpilih

MACAM DAN URAIAN PROSES 2.1 Macam Proses

2.5 Uraian Proses Terpilih

2.5.2 Tahap Precipitation

Tahap precipitation dimulai dengan memasukkan digestion liquor kedalam mixer (M-211) untuk mencampur dengan bibit alumina trihidrat (Al2O3.3H2O) dari hydrocyclone (H-231). Fungsi bibit alumina trihidrat (Al2O3.3H2O) adalah untuk memicu terbentuknya kristal alumina. Tahap pembentukan kristal terjadi pada precipitator tank (R-210). Pada tangki presipitasi, digestion liquor direaksikan dengan udara pada suhu 87-93oC. Kemudian kristal alumina dipisahkan dari cairannya dengan hydrocyclone. Cairan tersebut kemudian di evaporasi (V-220) untuk memekatkan NaOH yang kemudian gunakan kembali di pre-digester. Kristal yang masih dalam bentuk hidrat diproses dalam rotary vacuum filter (H-230) untuk mendapatkan kristal hidrat yang lebih padat. Kemudian kristal-kristal alumina trihidrat dicuci dengan air pada hydrocylone (H-232) (Featherston, 1972).

Pabrik Smelter Grade Alumina (SGA) dari Bauksit dengan Proses Bayer Departemen Teknik Kimia Industri

Fakultas Vokasi ITS

Mixer (M-212) Hydrocyclone (H-231) Rotary Vacuum Filter (H-230) Hydrocyclone (H-232) Evaporator (V-220) Precipitator Tank (R-210) Ke pre-digester Clarifier (H-130) Tahap Kalsinasi

Gambar II.6 Blok Diagram Tahap Precipitation

2.5.3 Tahap Calcination

Tahap kalsinasi dimulai dengan memanaskan kristal alumina trihidrat dalam cyclone preheater (F-311) dengan suhu 250-380^oC. Fungsi dari preheater adalah untuk menguapkan air yang ada di permukaan alumina trihidrat dan sebagai tahap pre-calcination. Proses selanjutnya adalah proses kalsinasi dalam CFB (Circulating Fluidized Bed) Calciner (B-310). Proses ini bekerja pada suhu 380-1380^oC. Proses ini bertujuan untuk membentuk α-alumina yang merupakan komponen utama dari Smelter Grade Alumina. Tahap selanjutnya adalah tahap pemisahan flue gas dan uap air di cyclone (H-321). Kemudian dilanjutkan dengan pendinginan di fluidized bed cooler (B-320) dengan media pendingin air secara tidak langsung dan blower. Alumina yang sudah dikalsinasi kemudian masuk ke vibrating mill (C-325) untuk memperkecil ukuran sebesar 10 µm atau 400 mesh (Mohri, 1996).

Mixer (M-211)

Bab II Macam dan Uraian Proses

Pabrik Smelter Grade Alumina (SGA) ^{Departemen Teknik Kimia Industri}

Circulating Fluidized Bed (B-310) Cyclone Preheater (F-311) Hopper Calcined Alumina (J-324) SGA Cylone Cooler (H-321) Fluidized Bed Cooler (B-320) Hopper Produk (F-327) Screen (H-326) Vibrating Mill (C-325) Hydrocyclone (H-231) Belt Conveyor (J-323)

Gambar II.7 Blok Diagram Tahap Calcination

Cyclone (H-321)

II-1

MACAM DAN URAIAN PROSES

2.1 Macam Proses

Proses pembuatan alumina pada dasarnya adalah dengan kristalisasi dan netralisasi. Kristalisasi adalah ekstraksi alumina dari bauksit menggunakan senyawa alkali. Proses ini akan membuat larutan supersaturated yang nantinya akan terbentuk kristal. Sedangkan proses netralisasi adalah mereaksikan bauksit dengan senyawa asam. Proses ini akan membentuk alumina dalam gelatin yang nantinya akan dicuci. Proses kristalisasi lebih banyak digunakan dibandingkan proses netralisasi, karena pada proses netralisasi memerlukan pencucian kristal alumina dari mother liquor sangat kompleks sehingga membutuhkan energi yang sangat besar (Seecharran, 2010).

Metode dalam proses ekstraksi alumina dari bauksit ataupun non-bauxite material dapat dilakukan dengan beberapa cara sebagai berikut:

1. Proses Asam 2. Proses Basa (Luo, 2008)

2.2 Proses Asam

Proses asam mulai dikembangkan pada tahun 1910 hingga 1930. Proses ini menggunakan bahan baku non-bauxite material berupa anortosit, kaolin, dan tanah liat. Pada dasarnya proses ini menggunakan prinsip acid-leaching untuk mengesktraksi alumina. Asam sulfat merupakan senyawa yang paling banyak digunakan. Asam sulfat sangat efektif untuk proses acid-leacing dan ekonomis. Proses ini menghasilkan crude alumina yang terkontaminasi dengan besi yang kemudian dimurnikan. Pemurnian dapat dilakukan

Bab II Macam dan Uraian Proses

Pabrik Smelter Grade Alumina (SGA) ^{Departemen Teknik Kimia Industri}

dengan berbagai cara, untuk bahan baku tanah liat menggunakan K2SO4.

Dapat juga dilakukan dengan ekstraksi menggunakan pelarut di-etipgeksal dalam kerosin. Penambahan gas SO2

juga dapat memurnikan besi dengan merubah ion besi dari Fe³⁺ menjadi Fe²⁺. Keunggulan dari proses ini adalah dapat mengektraksi alumina dengan kemurnian hingga 99,9%. Namun proses ini memiliki kekurangan yaitu proses pencucian kristal alumina dari mother liquor sangat kompleks sehingga membutuhkan energi yang sangat besar.

Gambar 2.1 Diagram Alir Proses Asam

2.3 Proses Basa

Proses basa adalah proses ekstraksi alumina dengan penambahan senyawa alkali, soda kaustik atau soda abu, dengan tujuan membuat larutan alumina yang supersaturated sehingga terbentuk kristal alumina. Menurut perkembanganya dapat dibagi menjadi tiga yaitu :

Pabrik Smelter Grade Alumina (SGA) dari Bauksit dengan Proses Bayer Departemen Teknik Kimia Industri

Fakultas Vokasi ITS

2. Proses Nepheline-based 3. Proses Bayer

2.3.1 Proses Sinter

Proses ekstraksi alumina dengan mereaksikan dengan senyawa alkali adalah proses yang pertama kali ditemukan untuk mengekstraksi alumina dari bauksit. Proses sinter ditemukan oleh ilmuwan Perancis Le Chatelier pada tahun 1854 yang kemudian dikembangkan oleh G. Muller pada tahun 1880 yang dinamakan proses sinter. Pada proses ini bauksit direaksikan dengan natrium karbonat (NaCO3) yang kemudian menjadi natrium aluminat. Proses selanjutnya adalah tahap dekomposisi alumina menggunakan karbon (karbonatasi). Alumina yang terbentuk selanjutnya masuk ke dalam proses filtrasi dan kalsinasi. Proses sinter memiliki keuntungan dapat mengolah bahan baku berkualitas rendah, dan pada pengembangannya dapat menggunakan non-bauxite material seperti batu kapur dan tanah liat (clay). Namun proses ini memiliki kekurangan jika menggunakan bahan baku dengan alkalinitas rendah dapat menurunkan yield, memerlukan energi yang besar dan pada saat ini natrium karbonat tidak ekonomis (Senyuta, 2013).

Bab II Macam dan Uraian Proses

Pabrik Smelter Grade Alumina (SGA) ^{Departemen Teknik Kimia Industri}

Gambar 2.2 Diagram Alir Proses Sinter

2.3.1 Proses Nepheline-based

Selain menggunakan bauksit, Nepheline (Na3KAl4Si4O16), mineral silica yang memiliki kandungan secara teoritis berupa 34.2% Al2O3, 40.3 % SiO2, dan 25.5 % Na2O+K2O, dapat dijadikan bahan baku alumina dengan campuran batu kapur. Proses ini dinamakan proses nepheline-based yang banyak digunakan di Rusia, sekitar 2 juta ton alumina diproduksi dari nepheline di Rusia.

Pabrik Smelter Grade Alumina (SGA) dari Bauksit dengan Proses Bayer Departemen Teknik Kimia Industri

Fakultas Vokasi ITS

Wet Grinding Sintering Hydrate alumina Crushing Nepheline Limestone Crushing Wet Grinding Gas Scrubber

Sinter leaching and washing First Desilication Stage Second Desilication Stage Thickening Carbonation Precipitation Filtration Calcination Alumina Evaporation Lime Gray Mud Crytalization Sodium Carbonate Potassium Carbonate

Gambar 2.3 Diagram Proses Nepheline-based

Proses ini memiliki keunggulan dapat menghasilkan produk samping gray mud yang dapat dijadikan bahan baku semen. Gray mud merupakan produk samping dari proses leaching nepheline dan batu kapur dengan alkali karbonat. Namun, karena bahan baku mengandung kadar silika yang tinggi sehingga perlu dilakukan desilicification yaitu pemisahan sodium silicat pada aluminate liquor. Proses nepheline-based memiliki keuntungan yaitu menghasilkan by-product berupa gray mud, Na2CO3, K2CO3 (Baudet, 1977).

2.3.2 Proses Bayer

Proses Bayer pertama kali ditemukan pada tahun 1888 oleh ilmuan Austria Karl Josef Bayer. Proses ini mengalami pengembangan di tahun 1892 dengan

Bab II Macam dan Uraian Proses

Pabrik Smelter Grade Alumina (SGA) ^{Departemen Teknik Kimia Industri}

penggantian soda abu menjadi soda kaustik dan proses sintering digantikan proses pressure leaching. Pada dasarnya proses Bayer dapat dibagi menjadi tiga tahap, yaitu tahap digestion (ekstraksi), tahap precipitation (kristalisasi) dan tahap kalsinasi. Tahap digestion (ekstraksi) adalah pereaksian bauksit dengan NaOH (soda kaustik) sehingga terbentuk sodium aluminat yang kemudian disebut digestion liquor. Tahap presipitasi adalah proses pembentukan krital hidrat aluminium trihidroksida (gibbsite) dari digestion liquor. Tahap ini merupakan kebalikan dari tahap ekstraksi, namun pada tahap ini perlu penambahan bibit alumina trihidrat untuk memicu terbentuknya kristal. Pada tahap kalsinasi terjadi penguapan hidrat hingga menjadi alumina. Pada tahap ini hidrat dipanaskan pada suhu 1050oC (Seecharran, 2010).

Reaksi pada proses Bayer dapat diuraikan sebagai berikut : Tahap ekstraksi : Al2O3 +6NaOH + 3H2O → 2NaAl(OH)4 Tahap kristalisasi : 2NaAl(OH)4 → 2NaOH + Al2O3.3H2O Tahap kalsinasi : Al2O3.3H2O → Al2O3.H2O + 2H2O Al2O3.H2O → αAl2O3 + H2O

Proses Bayer memiliki kelebihan yaitu konsumsi energi relatif rendah dibandingkan proses lain yaitu 12 GJ/ton alumina sedangkan proses lainnya membutuhkan energi sebesar 14-43 GJ/ton alumina. Dengan konsumsi energi yang rendah, proses Bayer dapat menghasilkan kemurnian alumina yang tinggi (>93%). Namun proses Bayer akan tidak ekonomis jika menggunakan bahan baku bauksit yang memiliki kadar silika yang tinggi (Senyuta, 2013).

Pabrik Smelter Grade Alumina (SGA) dari Bauksit dengan Proses Bayer Departemen Teknik Kimia Industri

Fakultas Vokasi ITS

Gambar 2.4 Perkembangan Proses Bayer

2.4 Seleksi Proses

Seleksi proses pada proses pembuatan Smelter Grade Alumina didasarkan pada pertimbangan kelebihan dan kekurangan macam-macam proses seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, sehingga dapat disimpulkan dalam tabel seperti di bawah ini :

Tabel 2.1 Kelebihan dan Kekurangan masing-masing proses

No Kriteria Proses Asam Proses Basa Sinter Nepheline Based Bayer 1 Bahan baku utama Bauksit Bauksit (dapat mengguna kan bauksit Napheline Bauksit (kadar silica kurang

Bab II Macam dan Uraian Proses

Pabrik Smelter Grade Alumina (SGA) ^{Departemen Teknik Kimia Industri}

kualitas rendah), tanah liat dan kapur dari 10%) 2 Bahan baku penduku ng H2SO4 Na2CO3, CO2 Na2CO3, tanah liat NaOH 3 Proses khusus Pemisa han gelatin - Desilicifica tion (pemisahan sodium silicat pada aluminate liquor) - 4 Konsum si energi 14-43 GJ/ton alumin a 14-43 GJ/ton alumina 14-43 GJ/ton alumina 7.2 – 21.9 GJ/ton alumina 5 Yield 99.9 % 70-90% 88.3% >93% 6 Produk Samping Red Mud Red Mud Na2CO3, K2CO3 dan gray mud Red Mud

2.5 Uraian Proses Terpilih

Proses pembuatan Smelter Grade Alumina dari bauksit menggunakan proses Bayer. Proses Bayer dipilih karena bahan baku yang digunakan adalah bauksit yang memiliki kadar silika kurang dari 10% dan proses Bayer membutuhkan energi yang lebih rendah dari proses lain.

Pabrik Smelter Grade Alumina (SGA) dari Bauksit dengan Proses Bayer Departemen Teknik Kimia Industri

Fakultas Vokasi ITS

Proses Bayer dibagi menjadi 3 tahap, antara lain : 1. Tahap Disgestion

2. Tahap Precipitation 3. Tahap Calcination

2.5.1 Tahap Disgestion

Proses disgestion diawali dengan proses grinding bauksit dengan menggunakan jaw crusher (C-112)kemudian dilanjutkan dengan ball mill (C-113) yang bertujuan memperkecil partikel dari bauksit dan memperbesar luas pemukaan sehingga mudah untuk direaksikan. Sebelum memasuki proses ektraksi, dilakukan proses screening (H-114) bauksit hingga mencapai 14 mesh. Biji bauksit kemudian dimasukan kedalam mixer (M-110) untuk dicampurkan dengan air sehingga terbentuk slurry. Slurry yang terbentuk kemudian direaksikan dengan NaOH (soda kaustik) didalam CSTR (Continuous Stirred Tank Reactor) (R-120) dan dipanaskan hingga suhu 197-237^oC. Hasil dari digestion ini kemudian akan diproses lebih lanjut ke dalam flash tank (F-131). Flash tank ini bertujuan untuk menurunkan suhu liquor dengan cara menurunkan tekanan hingga 1 atm. Selain itu Flash tank juga dapat menurunkan kadar air sehingga mengurangi kinerja evaporator pada proses precipitation. Liquor yang sudah didinginkan kemudian dimasukkan kedalam mixer (M-133). Kemudian liquor dipisahkan dengan menggunakan hydrocyclone (H-134). Pada proses ini, liquor akan terbagi menjadi padatan yaitu residu bauksit dan liquor yang kemudian akan diproses ke tahap precipitation. Residu Bauksit atau Red Mud akan diproses di clarifier (H-130) untuk memisahkan red mud dengan liquor yang masih dapat digunakan (Hudson, 2002).

Bab II Macam dan Uraian Proses

Pabrik Smelter Grade Alumina (SGA) ^{Departemen Teknik Kimia Industri}

Gambar 2.5 Blok Diagram Tahap Digestion

2.5.2 Tahap Precipitation

Pabrik Smelter Grade Alumina (SGA) dari Bauksit dengan Proses Bayer Departemen Teknik Kimia Industri

Fakultas Vokasi ITS

Mixer (M-212) Hydrocyclone (H-231) Rotary Vacuum Filter (H-230) Hydrocyclone (H-232) Evaporator (V-220) Precipitator Tank (R-210) Ke pre-digester Clarifier (H-130) Tahap Kalsinasi

Gambar 2.6 Blok Diagram Tahap Precipitation

2.5.3 Tahap Calcination

Tahap kalsinasi dimulai dengan memanaskan kristal alumina trihidrat dalam cyclone preheater (F-311) dengan suhu 250-380^oC. Fungsi dari preheater adalah untuk menguapkan air yang ada di permukaan alumina trihidrat dan sebagai tahap pre-calcination. Proses selanjutnya adalah proses kalsinasi dalam CFB (Circulating Fluidized Bed) Calciner (B-310). Proses ini bekerja pada suhu 380-1380oC. Proses ini bertujuan untuk membentuk α-alumina yang merupakan komponen utama dari Smelter Grade Alumina. Tahap selanjutnya adalah tahap pemisahan flue gas dan uap air di cyclone (H-321). Kemudian dilanjutkan dengan pendinginan di fluidized bed cooler (B-320) dengan media pendingin air secara tidak langsung dan blower. Alumina yang sudah dikalsinasi kemudian masuk ke vibrating mill (C-325) untuk memperkecil ukuran sebesar 10 µm atau 400 mesh (Mohri, 1996).

Mixer (M-211)

Bab II Macam dan Uraian Proses

Pabrik Smelter Grade Alumina (SGA) ^{Departemen Teknik Kimia Industri}

Gambar 2.7 Blok Diagram Tahap Calcination

Cyclone (H-321)

III-1

Dalam dokumen Pabrik Smelter Grade Alumina (SGA) dari Bauksit dengan Proses Bayer - ITS Repository (Halaman 41-56)