1.
1. Apakah yang dimaksud dengan Ekstraksi Metalurgi ? Jelaskan pembagiannya danApakah yang dimaksud dengan Ekstraksi Metalurgi ? Jelaskan pembagiannya dan jelaskan apa yang membedakan ketiganya ?
jelaskan apa yang membedakan ketiganya ? 2.
2. Jelaskan keterkaitan antara aspek Mining, aspek processing mineral dan aspek ilmuJelaskan keterkaitan antara aspek Mining, aspek processing mineral dan aspek ilmu pengetahuan
pengetahuan dengan dengan ekstraktif ekstraktif metalurgi. metalurgi. BUAT BUAT skema skema dan dan apa apa yang yang mendasarimendasari keterkaitan tsb ?
keterkaitan tsb ? 3.
3. Jelaskan apa saja ilmu pengetahuan yang mendukung ekstraktif metalurgi ? dan apaJelaskan apa saja ilmu pengetahuan yang mendukung ekstraktif metalurgi ? dan apa peranan masing-masing ilmu pengetahuan tersebut dalam proses peleburan log
peranan masing-masing ilmu pengetahuan tersebut dalam proses peleburan logam ?am ? 4.
4. JJelaskan apa yang anda ketahui tentang “ Geometalurgy “ dan buat skemaelaskan apa yang anda ketahui tentang “ Geometalurgy “ dan buat skema keterkaitannya dengn ekstraksi metalurgi ?
keterkaitannya dengn ekstraksi metalurgi ? 5.
5. a. Sebutkan dan jelaskan tahapan proses peleburan logam secara umum Pyroa. Sebutkan dan jelaskan tahapan proses peleburan logam secara umum Pyro metalurgy ? Apa saja 4 persiapan yang harus dilakukan sebelum peleburan logam metalurgy ? Apa saja 4 persiapan yang harus dilakukan sebelum peleburan logam serta apa fungsi dari Tanur
serta apa fungsi dari Tanur (furnace), flux, coke dan refractory(furnace), flux, coke dan refractory dalam prosesdalam proses peleburan ?
peleburan ? b.
b. Dalam Dalam proses proses peleburan peleburan loga loga kita kita mengenaimengenai primary primary impuritiesimpurities dan dan secondary secondary impurities,
impurities, Jelaskan! Jelaskan! 6.
6. a. a. Apa yang dimaksud dengApa yang dimaksud dengan diagram Ellingham dan apa hubuan diagram Ellingham dan apa hubungannya denganngannya dengan proses peleburan ?
proses peleburan ? b. Apa hubung
b. Apa hubungan antara diagram Ellingham dengan daftar periodik yang an antara diagram Ellingham dengan daftar periodik yang andaanda ketahui ?
ketahui ?
c. Bila diketahui : Reaksi suatu logam alumina (AL2O3) dan magnesium oksida c. Bila diketahui : Reaksi suatu logam alumina (AL2O3) dan magnesium oksida (MgO) mana yang lebih stabil pada suhu 1.200º dan Hitung berapa Free Gibbs (MgO) mana yang lebih stabil pada suhu 1.200º dan Hitung berapa Free Gibbs Energy (Δ
Energy (Δ Gº) dalam Gº) dalam kaitannya dengan gas yang kaitannya dengan gas yang dihsasilkan (CO2) dan dihsasilkan (CO2) dan pembentukanpembentukan Cu2O (lihat diagra ellingham) bagaimana reaksi : yang terjadi antara : Al dengan Cu2O (lihat diagra ellingham) bagaimana reaksi : yang terjadi antara : Al dengan Cu2O dan reaksi antara Al2O3 dan Magnesium oksida.
Cu2O dan reaksi antara Al2O3 dan Magnesium oksida. Jawab :
Jawab : 1.
1. Ekstraksi Ekstraksi MetalurgiMetalurgi : Ilmu dan teknologi untuk memperoleh sampai : Ilmu dan teknologi untuk memperoleh sampai pengolahan
pengolahan logam logam mulai mulai dari dari processing processing bijih bijih mineral mineral sampai sampai pemerolehanpemerolehan (ekstraksi) sesuai sifat dan karakteristik logam melalui proses-proses kimia, (ekstraksi) sesuai sifat dan karakteristik logam melalui proses-proses kimia, baik
baik melalui melalui temperatur temperatur rendah rendah (pelindian) (pelindian) maupun maupun temperatur temperatur tinggi tinggi (piro(piro metalurgi/peleburan).
metalurgi/peleburan).
Pembagian Ekstrasksi Mealurgi : Pembagian Ekstrasksi Mealurgi : 1. Metalurgi Ekstraksi
1. Metalurgi Ekstraksi : suatu ilmu yg mempelajari cara - cara mendapatkan metal : suatu ilmu yg mempelajari cara - cara mendapatkan metal dari ore, konsentrat, serap, slag
dari ore, konsentrat, serap, slag shg bermanfaat bg manusia.shg bermanfaat bg manusia. 2. Metalurgi fisik
2. Metalurgi fisik : upaya memadukan 2 logam / lebih : upaya memadukan 2 logam / lebih agar hasil perpaduan iniagar hasil perpaduan ini mempuny
mempunyai sifat fisik ai sifat fisik sesuai dgn yg diinginkan.sesuai dgn yg diinginkan. 3. Metalurgi Mekanik
3. Metalurgi Mekanik : : pembenpembentukan logam dgn struktur ttukan logam dgn struktur tertentu agar dapatertentu agar dapat dimanfaatka
dimanfaatkan atau n atau upaya pemrosesupaya pemrosesan logam lebih lanjut agar dpt dimanfaatkanan logam lebih lanjut agar dpt dimanfaatkan oleh manusia, misal utk jembatan yg mpy daya dukung tertentu.
oleh manusia, misal utk jembatan yg mpy daya dukung tertentu. Perbedaannya adalah :
Perbedaannya adalah : 1. Metalurgi Ekstraksi
1. Metalurgi Ekstraksi :: Pada bagian pengolahan mineral, konsentratPada bagian pengolahan mineral, konsentrat
yang mengandung logam berharga dipisahkan dari pengotor
yang
yang menyertainya. menyertainya. Sedangkan Sedangkan ilmu ilmu metalurgi metalurgi ekstraksi ekstraksi adalah adalah untukuntuk
memisahkan logam berharga dalam konsentrat dari material lain.
memisahkan logam berharga dalam konsentrat dari material lain.
2. Metalurgi Fisik
2. Metalurgi Fisik ::Metalugi fisik adalah pengetahuan-pengetahuanMetalugi fisik adalah pengetahuan-pengetahuan
mengenai fisika dari logam-logam dan paduan-paduan umpamanya tentang
mengenai fisika dari logam-logam dan paduan-paduan umpamanya tentang
sifat mekanik, sifat teknologi serta pengubahan-pengubahan
sifat mekanik, sifat teknologi serta pengubahan-pengubahan
sifat-sifat
sifat tersebut tersebut yang yang umumnya umumnya menyangkut menyangkut segi-segi segi-segi pengembangan pengembangan atauatau
development, pada penggunaan dan pengolahan atau teknologi
development, pada penggunaan dan pengolahan atau teknologi
logam-logam dan paduan-paduan
logam dan paduan-paduan..
3. Metalurgi
3. Metalurgi MekanikMekanik :: Proses pengerjaan secara mekanik untuk mencapaiProses pengerjaan secara mekanik untuk mencapai
bentuk tertentu termasuk proses pembentukan dan proses lainnya yang tidak
bentuk tertentu termasuk proses pembentukan dan proses lainnya yang tidak
merubah komposisi kimia, termasuk sifat mekanik dan cara ujinya
merubah komposisi kimia, termasuk sifat mekanik dan cara ujinya
2
2 Skema Skema keterkaitan keterkaitan antara antara aspek aspek mining, mining, mineral mineral processsing, processsing, dan dan ilmuilmu pengetahuan
pengetahuan ..
Keterkaita
Keterkaitan antara aspek mining n antara aspek mining dengan ekstraksi metalurgi :dengan ekstraksi metalurgi :
Aspek Mining (Pertambangan) menjadi suatu hal yang sangat penting Aspek Mining (Pertambangan) menjadi suatu hal yang sangat penting dikarenakan didalamnya termasuk kegiatan survey tinjau, eksplorasi dan eksploitasi. Dari dikarenakan didalamnya termasuk kegiatan survey tinjau, eksplorasi dan eksploitasi. Dari kegiatan survey tinjau dan eksplorasi, didapatkanlah jumlah cadangan, jenis cadangan dan kegiatan survey tinjau dan eksplorasi, didapatkanlah jumlah cadangan, jenis cadangan dan kadar cadangan. Jumlah cadangan menentukan apakah kegiatan ekstraksi dapat kontinyu kadar cadangan. Jumlah cadangan menentukan apakah kegiatan ekstraksi dapat kontinyu (supply bahan tambang terpenuhi), sedangkan jenis cadangan (apakah cadangan primer, (supply bahan tambang terpenuhi), sedangkan jenis cadangan (apakah cadangan primer, sekunder, atau tersier) dan kadar (low grade deposit dan high grade deposit) akan sekunder, atau tersier) dan kadar (low grade deposit dan high grade deposit) akan menentukan metode penambangan dan bagaimana cara penambangan. Untuk dilakukan menentukan metode penambangan dan bagaimana cara penambangan. Untuk dilakukan ekstraksi atau peleburan maka dipilihlah kadar yang tinggi (high grade deposit) dan jumlah ekstraksi atau peleburan maka dipilihlah kadar yang tinggi (high grade deposit) dan jumlah yang besar.
yang besar.
Selain itu, aspek mining juga berpengaruh terhadap ekstraksi metalurgi karena untuk Selain itu, aspek mining juga berpengaruh terhadap ekstraksi metalurgi karena untuk menentukan metode ekstraksi apa yang akan digunakan.Selain itu, aspek mining juga menentukan metode ekstraksi apa yang akan digunakan.Selain itu, aspek mining juga berpengaruh dalam pembangu
berpengaruh dalam pembangunan smelter untuk peleburan bijih logam.nan smelter untuk peleburan bijih logam. Ekstraksi Ekstraksi Metalurgi Metalurgi Aspek Mining Aspek Mining Aspek Ilmu Aspek Ilmu Pengetahuan Pengetahuan Aspek Mineral Aspek Mineral Processing Processing
Apabila bijih logam yang ditambang tidak memiliki kadar yang tinggi maka pembangunan smelter akan menyebabkan produk yang dihasilkan tidak memiliki kualitas yang bagus. Ditambah dengan jumlah logam yang dihasilkan sedikit, pembangunan smelter akan menyebabkan naiknya biaya operasi karena s upply logam untuk dileburkan tidak baik.
Aspek pertambangan (mining) tidak bisa terlepas dari ekstraksi metalurgi karena yang akan dilakukan peleburan berasal dari pertambangan. Logam yang akan dilebur pun harus memiliki kualitas, kuantitas dan kadar yang baik. Selective Mining dapat dilakukan untuk menambang logam yang hanya memiliki kadar yang baik. Supply logam yang akan dilebur pun harus berjalan dengan baik agar pabrik smelter dapat beroperasi terus menerus. Selain
itu, aspek pertambangan juga menentukan metode peleburan seperti apa yang sesuai dengan sifat logam yang akan di lebur dan biaya yang akan dikeluarkan. Maka, Aspek pertambangan (mining) sangat penting dalam proses pembangungan pabrik smelter dan proses ekstraksi metalurgi.
Keterkaitan antara aspek mineral processing dengan ekstraksi metalurgi :
Aspek processing disini ialah kegiatan sebelum dilakukannya peleburan atau dengan kata lain proses pengolahan untuk meningkatkan kadar. Bahan tambang yang sudah ditambang akan dilakukan pengolahan untuk menaikkan nilai tambah. Dari pengolahan (processing) inilah dapat diketahui mineral apa saja yang terkandung didalam logam tersebut. Apakah masih banyak mineral ikutan didalam logam tersebut yang apabila dilakukan peleburan kembali akan menguntungkan karena kadar yang tinggi atau nilai jualnya yang
tinggi.
Keterkaitan antara aspek ilmu pengetahuan dengan aspek ekstraksi metalurgi :
Untuk menghasilkan logam dari bijihnya, diperlukan suatu proses ekstraksi metalurgi. Karena di alam bijih logam umumnya dalam bentuk oksida dan sulfida, maka untuk menghasilkan logam diperlukan reaksi reduksi dan oksidasi. Pada proses metalurgi juga terdapat sifat fisika dan kimia. Dasar Fisika Kimia Metalurgi dapat didefinisikan juga yaitu sebagai ilmu dan teknologi untuk memperoleh sampai pengolahan logam yang mencakup tahapan dari pengolahan bijih mineral,pemerolehan (ekstraksi) logam, sampai ke pengolahannya untuk menyesuaikan sifat-sifat dan perilakunya sesuai dengan yang
dipersyaratkan dalam pemakaian untuk pembuatan produk rekayasa tertentu. Berdasarkan tahapan rangkaian kegiatannya, metalurgi dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu metalurgi ekstraksi, metalurgi kimia dan metalurgi fisika. Metalurgi ekstraksi yang banyak melibatkan proses-proses kimia, baik yang temperatur rendah dengan cara pelindian maupun pada
temperatur tinggi dengan cara proses peleburan utuk menghasilkan logam dengan kemurnian tertentu, dinamakan juga metalurgi kimia.
Meskipun sesungguhnya metalurgi kimia itu sendiri mempunyai pengertian yang luas, antara lain mencakup juga pemaduan logam denagn logam lain atau logam dengan
bahan bukan logam.
Metalurgi kimia merupakan proses metalurgi yang banyak melibatkan proses-proses kimia, baik yang temperatur rendah dengan cara pelindian maupun pada temperatur tinggi dengan cara proses peleburan utuk menghasilkan logam dengan kemurnian tertentu, dinamakan juga metalurgi kimia. Beberapa aspek perusakan logam (korosi) dan cara-cara penanggulangannya, pelapisan logam secara elektrolit,dll.
Metalurgi fisika adalah pengetahuan-pengetahuan mengenai fisika dari logam-logam dan paduan-paduan umpamanya tentang sifat-sifat mekanik, sifat-sifat teknologi serta pengubahan-pengubahan sifat-sifat tersebut yang umumnya menyangkut segi-segi pengembangan atau development, pada penggunaan dan pengolahan atau teknologi
logam-logam dan paduan-paduan.
Kriteria yang mendasari aspek tersebut adalah
1. Aspek Mining : hal yang mendasarinya adalah kegiatan prospeksi, eksplorasi, studi kelayakan dan eksploitasi
2. Aspek Mineral processing : hal yang mendasarinya adalah kegitan crushing, grinding screening, untuk meningkatan nilai kadar dari mineral
3. Aspek Ilmu Pengetahuan : hal yang mendasarinya adalah ilmu fisika dan kimia yang berkaitan dengan kalor atau panas seperti hukum termodinamika, hukum termokimia, asas black.
3. Ilmu pengetahuan yang mendukung ekstraksi metalurgi yaitu 1. ilmu fisika, yang bertujuan untuk mengetahui sifat fisik dari logam 2. ilmu kimia, yang bertujuan untuk mengetahui sifat kimia dari logam
Dari kedua ilmu pengetahuan tersebut terdapat beberapa hukum yang berperan dalam proses ekstraksi metalurgi, yaitu :
1 Hukum Termodinamika.
Termodinamika adalah cabang ilmu pengetahuan alam yang mempelajari perpindahan panas dan interkonversi panas & kerja dalam berbagai proses fisika dan kimia.
Termodinamika digunakan sebagai Perangkat (tools) untuk menentukan apakah suatu proses metalurgi bisa dilakukan (feasible) atau tidak. Contoh pada reduksi PbO dengan C.
GAMBAR 2.1
POTENSIAL STANDAR PEMBENTUKAN OKSIDA Cabang-cabang Termodinamika antara lain :
1. Termodinamika Klassik
Merupakan pandangan transfer energi dan kerja dalam sistem makroskopis, tanpa memperhatikan interaksi dan gaya antar individual partikel (mikroskopik).
2. Termodinamika Statistik
Melihat prilaku secara mikroskopik, menjelaskan hubungan energi berdasarkan sifat-sifat statistik dari sejumlah besar atom/molekul dan bergantung pada implikasi Mekanika Kuantum.
3. Termodinamika Kimia
4. Termodinamika Teknik
Pemanfaatan Termodinamika pada beberapa mesin panas dan proses-proses yang menyangkut transfer energi. (Mesin bakar, refrigerator, AC, stasiun tenaga nuklir, sistem pemercepat roket).
Kondisi suatu sistem termodinamika ditentukan oleh besaran yang secara eksperimen dapat diukur :
1. Variabel keadaan atau sifat sistem Contoh:
Tekanan (p), suhu (T), volume (V), magnetisasi, polarisasi etc. Variabel keadaan yang berbanding lurus dengan massa atau volume 2. Besaran ekstensif
Variabel keadaan yang independen dengan massa atau volume 3. Besaran intensif
Perbandingan antara besaran ekstensif dengan massa disebut besaran ‘spesifik’. (Biasanya disimbolkan dengan huruf kecil)
Contoh:
Volume sebuah sistem: V Volume spesifik dinyatakan: v
Jelas bahwa volume spesifik berbanding terbalik dengan kerapatan ρ, yakni massa persatuan volume:
ρ = m = 1
Jelas bahwa v merupakan besaran intensif. Pada banyak kasus Termodinamika, lebih menguntungkan merumuskan dalam besaran spesifik karena persamaan menjadi tidak bergantung pada massa.
1.1 Tekanan (P).
Sebagaimana di Mekanika, tekanan merupakan gaya persatuan luas. P = F/A
Satuan tekanan di MKS: 1 N m-2 Satuan lain:
1 bar = 105 N/m2 atau 106 dyne/cm2 1 μ bar (mikro bar) = 1 dyne/cm2
1 atm = tekanan yang dihasilkan oleh kolom air raksa setinggi 76 cm = 1,01325×105 N/m2
1 Torr = 1 mmHg = 133,3 N m-2 1.2 Temperatur (T).
Pengertian awam, temperatur merupakan sensasi indra kita terhadap panas-dinginnya (hotness and coldness) suatu benda. Secara saintifik pengukuran besaran ini harus dapat dikuantifikasi (berupa angka numerik), bukan hanya
direka dengan perasaan.
Apabila dua benda dikontakkan: Setelah sekian lama
1. Tidak ada lagi perubahan pada masing-masing benda 2. Terjadi keseimbangan termal.
3. Bila dua benda mengalami keseimbangan termal ketika kontak, maka dua benda tersebut memiliki temperatur yang sama.
4. Berlaku sebaliknya bila dua buah benda memiliki suhu sama, maka ketika kontak akan terjadi keseimbangan termal. Bila dua benda (misal A & B) secara terpisah masing-masing mengalami
keseimbangan termal dengan benda ketiga (C), maka kedua benda tersebut juga dalam keseimbangan termal.
5. Statemen Hukum Termodinamika ke-0
Merupakan prinsip dasar untuk pengukuran temperatur. 2 Gas Ideal.
Pada tekanan yang cukup rendah, dan suhu yang relatif tinggi, semua gas ternyata semua gas mematuhi tiga hukum sederhana. Hukum-hukum itu menyatakan hubungan antara volume gas dengan tekanan dan suhunya. Bila suatu gas mematuhi hukum tersebut maka dikatakan gas itu berperangai seperti gas ideal.
Sehingga gas ideal didefinisikan sebagai :
1. Volume yang dimiliki molekul adalah kecil dibandingkan dengan total volume gas.
2. Semua sifat molekul bertubrukan secara elastis.
3. Tidak ada gaya tolak-menolak atau gaya tarik-menarik antara molekul. Gas ideal mengikuti formulasi berikut :
PV = nRT
Dimana : P = Tekanan V = Volume R = Tetapan T = Suhu N = Mol
Dalam ekstraksi metalurgi gas ideal sangat diperlukan hal ini tentu utuk menjaga kesetabilan reaksi-reaksi yang terjadi dalam tahapan ekstraksi. Kondisi standar gas dinyatakan ideal adalah pada 60oF.
3 Hukum Kesetimbangan.
Secara teoritis setiap reksi kimia sedikit banyak dapat berlangsung kearah balik. Seiring gaya penggerak atau pendorong suatu reaksi sangant cenderung ke suatu arah tertentu, dan reaksi ke arah balik tak terhingga kecilnya sehingga tidak mungkin diukur.
Gaya pendorong reaksi kimia atau perubahan energi bebas yang menyertai reaksi merupakan ukuran pasti mengenai kecenderungan rekasi, apakah akan berlangsung sampai penyelesaian atau tidak. Bila Go sangat besar dan tandanya negatif, reksi itu dapat dikatakan berlangsung hingga selesai pada arah maju, Jika Go hanya negatif kecil, reksi-reksi lebih lanjut akan menjadi nol dan akan berjalan di arah balik jika ada konsentrasi sedikit saja.
Dalam hal ini rekasi organik dan metalurgi bersifat reversibel. Kita perlu mendalami masalah bagaimana harusnya mengatur kondisi reaksi untuk mendapatkan hasil yang ekonomis dan agar reaksi yang dikehendaki berlangsung lebih cepat, sedang yang tidak dikehendaki menjadi minimum. Sistem kimia yang sudah mencapai keadaan reversibilitas termodinamik tidak lagi melibatkan reaksi kearah maju ataupun balik, karena Go = 0, sistem itu dikatakan kesetimbangan (equilibrium). Untuk menghasilkan reaksi yang setimbang maka harus memenuhi persamaan berikut :
0 = Go + RT ln Qek Go = -RT ln Qek Dimana : Go = Reaksi Kesetimbangan R = Tetapan T = Suhu
Qek = Jumlah kalor tetap 4 Azas Black
Hukum kekekalan energi untuk kalor menyatakan bahwa untuk berbagai benda yang dicampur dan diisolasi sempurna terhadap lingkungan, banyaknya kalor yang dilepas benda sama dengan banyak kalor yang diterima benda lainnnya.
Qlepas = Qmasuk
Hukum ini dinyatakan pertama kali oleh Joseph Black (1728-1799) sehingga dikenal sebagai Azas Black.
Kalor yang diterima oleh suatu benda bermassa m dan memiliki kalor jenis c, dan kapasitas kalor C yang mengalami perubahan suhu t dinyatakan dengan :
Q = m c t atau Q = C t
Dimana : Q = jumlah kalor m = massa
c = kalor jenis t = perubahan suhu C = kapasitas kalor
4. Geometalurgi adalah ilmu yang menghubungkan geologi dan block mode ke pengolahan metalurgi dan perencanaan produksi. Dalam pengertian lain, Geometalurgi Adalah disiplin ilmu dari integrasi pendekatan analisa data geologi, perencanaan , dan metalurgi (ekstraktif – pemrosesan bijih), yang menghasilkan informasi dan knowledge untuk optimasi profitabilitas sumberdaya mineral.
Perhitungan kelayakan ekonomis tentu melibatkan hitungan rumit dari analisa-analisa teknikal: mineralisasi – perencanaan tambang – pengolahan, menggunakan sejumlah asumsi teknikal. Disinilah pendekatan geometalurgi modern bisa berperan. Tiga faktor tersebut bisa didekati dengan sejumlah pemodelan-optimasi dari pemahaman tubuh bijih (orebody knowledge) yang baru. Lebih jauh, beberapa “optimasi” parameter -parameter geometalurgi bisa digunakan, semisal:
1. Pemetaan struktur-struktur geologi yang lebih detil (dibantu geomodeling software terbaru) bisa menghasilkan pemodelan 3-dimensi bond work index yang lebih akurat (zona patahan – shear umumnya berkomposisi pecahan-hancuran batuan namun kadang kadar clay lebih tinggi). Termasuk zonasi pelapukan dalam yang dikontrol oleh struktur. Sehingga, bijih-bijih yang lebih lunak bisa dilokalisir. Ini bisa membantu menurunkan komponen biaya grinding yang memang tinggi atau malah biaya drilling- blasting.
2. Scheduling penambangan didasarkan pada model-model 3-dimensi sifat geometalurgi batuan, sehingga dapat mengurangi biaya konsumsi energi total. Pun di dalamnya bisa mempengaruhi pemilihan teknologi/alat tambang, semisal: articulated dump truck vs haul truck, tracked vehicles vs trackless.
3. Lanjutan dari nomor 2 di atas, scheduling tersebut bisa berimpak pada strategi blending dan stockpiling yang lebih selaras dengan sekuen tambang. Strategi ini, lebih
jauh, bisa berdampak ke pemilihan teknologi pengolahan, penggunaan material pengolahan, dan strategi pengolahan. Tentu ini semua berujung ke perbaikan hitungan NPV.
Masih banyak optimasi parameter-parameter geometalurgi yang bisa digunakan dalam rangka memperbesar NPV, baik dalam mengurangi biaya-biaya operasional maupun permodalan awal. Ujungnya, bisa digenerate “new orebody discoveries”, dari deposit-deposit
dengan sumberdaya marjinal atau kadar yang rendah tersebut, yang semula dianggap tidak layak ekonomis.
Skema kaitan antara Geometalurgi dengan ekstraksi metalurgi Bahan Galian
Tambang Logam dll.
(Bijih, dll)
Aktifitas Terintegrasi “ Geometalurgi ”
5. a. Proses Pyro Metalurgi secara umum 1.1 Definisi Pirometalurgi.
Semua jenis proses yang dilakukan pada temperature tinggi (diatas 5000 C) dapat dikategorikan sebagai proses pirometalurgi. Proses – proses tersebut meliputi beberapa tahap dalam produksi logam. Tahap pertama adalah pengerjaan pendahuluan (tahap pra olahan / pra ekstraksi) yang berlangsung di bawah titik leleh bahan baku.
Tahap selanjutnya adalah proses ekstraksi logam yang umumnya berlangsung pada temperature yang lebih tinggi dan disertai dengan peleburan atau penguapan untuk menghasilkan logam,karena logam yang dihasilkan umumnya masih mengandung unsure – unsure pengotor yang relative tinggi, biasaya diperlukan tahap pengerjaan lanjut, yaitu proses pemurnian. Proses pemurnian seringkali juga dimaksudkan untuk mengatur komposisi logam, dengan penambahan, satu atau lebih unsure pemandu sesuai dengan jenis logam yang akan dipasarkan.
Meskipun secara pirometalurgi logam – logam dapat dihasilkan melalui berbagai metode ekstraksi, akan tetapi semua metoda tersebut pada hakekatnya
selalu terdiri atas dua fenomena utama, yaitu :
1. Berlangsungnya reaksi – reaksi kimia yang menghasilkan logam dari senyawa – senyawanya, dan
2. Terbentuknya dua atau lebih fasa yang memungkinkan terpisahnya logam yang dihasilkan dari senyawa – senyawa yang tidak dikehendaki.
Reaksi – reaksi yang berlangsung umumnya adalah reaksi – reaksi reduksi, reaksi – reaksi oksidasi atau reaksi – reaksi netral (tanpa oksidasi atau reduksi). Adapun pembentukan fasa – fasa yang diperlukan untuk berlangsungnya pemisahan fisik antara logam – logam dengan unsure – unsure pengotornya dapat terjadi dengan sendirinya, atau dengan bantuan penambahan bahan – bahan/ reagen – reagen lain. Fungsi bahan – bahan imbuh (flux) ini pada umunya adalah untuk mengikat unsure / senyawa pengotor guna membentuk suatu fasa yang terpisah, yang dalam proses peleburan dikenal sebagai terak (slag).
1.2 Tahap – Tahap Proses Pirometalurgi.
1. Kalsinasi.
Pemanasan pada T < TL tanpa penambahan reagen untuk mengubah senyawa bijih / konsentrat, sehingga bijih / konsentrat sesuai untuk proses selanjutnya. Umumnya terjadi penguraian senyawa kimia pada temperature tinggi.
Tujuan :
- Untuk penguraian karbonat
MCO3(p) MO(p) + CO2 (g)
M : Zn, Fe, Ag, Pb, Cd, Mn, Mg, Ca
ΔGT = ΔGT˚ + RT In PCO2
- Untuk penghilangan air kristal dan penguraian hidroksida
M(OH)2 = MO +H2O
ΔGT˚ = - RT ln PH2O
- Desagregasi bijih kompak
proses penguraian mekanis bijih yang sangat kompak dan penguraian senyawa organic. Sebagai contoh : M3O4 (misal Fe3O4) sangat kompak (porositasnya rendah), jk direduksi dgn gas CO reaksi diffusi gas lamban, maka Fe3O4 dipanaskan dan didinginkan mendadak (quenching) sehingga timbul retakan yg mudah diterobos gas CO. Jika pada peleburan Fe3O4 (magnetit) yg dikandung oleh bijih < 40% tidak perlu Quenching.
2. Pemanggangan.
Pemanasan pada T < TL dengan reagen (biasanya gas) untuk mengubah senyawa bijih/ konsentrat agar sesuai dengan persyaratan proses selanjutnya. Temperatur pada 5000 - 10000 C, senyawa yang dirubah logam utama / pengotor.
GAMBAR 3.1 ROASTER PLANT a. Pemanggangan Oksidasi
Bijih yg diolah sulfida : Zn, Pb, Ni, Cu, Hg.
Untuk menghasilkan seluruh kandungan belerang (dead roasting). Dilakukan pd bijih oksida bila :
- bijih / konsentrat kaya sulfida logam berharga. Kemudian diekstrak dengan reduksi misal : PbS dan ZnS.
- Oksida logam berharga bersifat mudah menguap. Misal Sb2O3 dan As2O3, tetapi jangan teroksidasi mencapai Sb2O4 dan Sb2O5 atau As2O4 dan As2O5 krn berbentuk padatan, hingga perlu penambahan karbon C gas CO.
Cu2S.n FeS + 3/2 n’ O2 = Cu2S. (n-n’) FeS + n’ FeO + n’ SO2
Syarat : logam pengotor lebih mudah dioksidasi daripada logam
b. Pemanggangan menghasilkan sulfat (sulfatisasi).
Maksudnya yaitu untuk membentuk sulfat yang larut air, preparasi hydrometalurgi. Syaratnya T < T (diss) Sulfat, utk FeSO4 = 550oC, CuSO4 = 700oC, ZnSO4 = 750oC, PbSO4 = >1000oC
c. Pemanggangan menghasilkan metal (metalisasi).
Pada umumnya seluruh sulfida logam bila dipanaskan di atas TL dapat teroksidasi menjadi logam, tetapi belum tentu menguntungkan sebab logam pengotor ikut lebur.
3. Aglomerasi.
Tujuan aglomerasi, yaitu mengubah ukuran butiran bijih/ konsentrat menjadi gumpalan yang relatif besar agar tidak menyumbat lubang - lubang pada tanur yg digunakan untuk lewat gas - gas
a. Pembriketan (briqueting)
Cetak-tekan dengan bahan perekat ( kapur, semen, lempung, minyak residu, tar), maupun tanpa perekat, dilakukan pada
temperatur kamar/ pemanasan. Pemakaian terbatas, biaya mahal.
b. Nodulasi (nodulizing)
Seperti pada pembuatan klinker semen dengan cara pemanasan di dalam tanur putar, sehingga terbentuk gumpalan-gumpalan.
Banyak digunakan untuk preparasi peleburan pada tanur tiup (blast furnace). Dilakukan dengan mesin khusus DLSM (dwight- lloyd sinterin g machine).
GAMBAR 3.2 SINTERING Proses pembuatannya, yaitu :
Bijih besi dicampur 5% kokas dan 5-10% air serta kapur sebagai bahan imbuh panaskan pada DLSM. Kokas akan terbakar temperatur naik 1200-1300oC. Aglomerasi terjadi karena silikat dalam bijih meleleh / terjadi pertumbuhan kristal dan rekristalisasi.
GAMBAR 3.3
BAGAN ALIR PROSES PYROMETALLURGI
c. Peletisasi (peletizing)
Umumnya dilakukan pada bijih / konsentrat yg sangat halus sehingga sulit disinter. Proses yang terjadi, yaitu bijih/ konsentrat ditambah air dan bahan perekat (kapur, lempung, bahan organik) pada temperatur kamar dibentuk menjadi bulatan pelet (gumpalan ukuran 1-3 cm) di dalam drum atau piringan berputar, dibakar dengan tanur tegak, atau dengan DSCM.
4 persiapan sebelum peleburan : 1. drying ( pengeringan )
adalah suatu proses yang bertujuan untuk menghilangkan / mengurangi kandungan air bebas.
Tujuan dari drying : Mengeluarkan H2O
Merubah dari fase padat ke fase cair tetapi tidak terjadi peleburan 2. kalsinasi
Temperatur kaslinasi harus lebih tinggi dari drying dan membutuhkan panas untuk menguraikan air hidrat
Tujuan kalsinasi : Penguraian karbonat
Penguraian hydrant (air kristal) 3. roasting ( pemanggangan )
adalah suatu proses pemanasan suatu material / konsentrat tanpa disertai peleburan, yang bertujuan untuk mengubah senyawa yang terkandung menjadi senyawa-senyawa lain yang sesuai untuk proses selanjutnya.
4. aglomerasi.
Suatu proses penggumpalan dari partikel yang kecil menjadi partikel yang lebih besar. Biasa dilakuakn pada bijih, konsentrat dan partikel partikel yang mengalami roasting. Aglomerasi diperlukana bila diumpankan butiran yang terlalu halus dapat terjadi penyumbatan aliran aliran gas terganggu.
Fungsi dari :
Tanur (Furnace) : suatu alat sejenis oven berukuran besar, berupa ruangan dengan penyekat termal yang dapat dipanaskan hingga mencapai suhu tertentu, untuk menyelesaikan tugas atau proses tertentu seperti pengeringan, pengerasan, atau perubahan kimiawi. Berbagai industri dan perdagangan memanfaatkan berbagai jenis dan bentuk tanur, misalnya untuk mengolah tanah liat menjadi gerabah, batu bata, keramik dan lain-lain. Juga untuk memproses bijih logam, batu gamping, pembuatan semen, pengeringan kayu, dan sebagainya. Fluk : bahan yang digunakan untuk membantu penggabungan logam atau mineral tertentu. Bahan tersebut diterapkan pada sisi atau permukaan benda yang akan digabungkan melalui proses welding, soldering, atau brazing. Penambahan bahan fluks berguba untuk mencegah , melarutkan atau memudahkan penghilangan pengotor (oksida-oksida tertentu atau zat-zat lainnya) dan membantu proses penyatuannya.
Coke : adalah bahan karbon padat yang berasal dari distilasi batubara rendah abu dan rendah sulfur, batubara bitumen. Digunakan sebagai bahan bakar dan sebagai agen pereduksi dalam peleburan bijih besi dalam blast furnace. Kokas ini digunakan untuk mengurangi oksida besi
(hematite) untuk mengumpulkan besi
Refractory : mineral yang tahan terhadap penguraian oleh panas, tekanan, atau serangan kimia. Ini paling sering mengacu pada mineral yang mempertahankan kekuatan dan terbentuk pada suhu tinggi. Refraktori digunakan untuk tungku, klin, insinerator, dan r eaktor. Selain itu juda digunakan untuk membuat cawan lebur dan cetakan untuk pengecoran kaca dan logam untuk memaparkan siste deflektor api untuk struktur peluncuran roket. Saat ini, sektor besi dan baja industri dan pengecoran logam menggunakan sekitar 70% dari semua refraktori yang dihasilkan.
b. a. Primary Impurities adalah pengotor utama pada proses peleburan bijih.
b. Secondary Impurities adalah pengotor sampingan pada proses peleburan bijih.
6. a. Diagram Ellingham adalah grafik yang menunjukkan ketergantungan suhu stabilitas untuk senyawa. Analisis ini biasanya digunakan untuk mengevaluasi kemudahan reduksi oksida logam dan sulfida. Diagram Ellingham adalah diagram yang diplot berdasarkan ΔG vs temperatur. Karena nilai ΔH dan ΔS pada dasarnya bersifat konstan terhadap temperatur kecuali terjadi permubahan fasa, sehingga energi bebas Gibbs (ΔG) vs temperatur dapat digambarkan sebagai persamaan garis lurus dengan ΔS sebagai gradien dan ΔH sebagai konstanta. Perubahan gradien akan terjadi ketika terjadinya perubahan fasa pada material yang meliputi pelelehan ataupun penguapan.
y = mx + c
di mana: y = ΔG; m = - ΔS; x = T; dan c = ΔH.
Energi bebas pembentukan pada kebanyakan oksida logam bernilai negatif, sehingga pada diagram Ellingham digambarkan dengan garis ΔG = 0 pada sisi atas diagram. Sedangkan temperatur di mana logam ataupun oksida logam mengalami pelelehan ataupun penguapan ditandai dengan tanda berbeda pada diagram tersebut, seperti terlihat pada Gambar 2.
diagram ellingham
Gambar 2 Diagram Ellingham[3]
garis kesetimbangan nikel pada diagram ellinghamSeperti terlihat pada Gambar 2, diagram Ellingham digambakan sebagai reaksi dari logam menjadi oksidanya. Tekanan parsial dari oksigen disamakan menjadi 1 atm, dan semua reaksi diseragamkan sehingga hanya bereaksi dengan satu mol oksigen.
Mayoritas dari gradien garis pada diagram Ellingham bernilai positif atau naik ke atas. Hal tersebut terjadi karena fasa dari logam maupun oksidanya dalam bentuk fasa terkondensasi (padatan atau cairan). Ketika terjadi reaksi antara gas dengan fasa terkondensasi dan menghasilkan fasa terkondensasi lain yang berupa oksida logam, nilai dari entropi akan turun. Salah satu contoh dari reaksi tersebut yaitu:
Pada persamaan reaksi C + O2 => CO2, terjadi reaksi antara fasa solid dengan satu mol gas dan menghasilkan satu mol senyawa dengan fasa gas, sehingga perubahan entropinya sangat sedikit (ΔS ≈ 0) dan menghasilkan garis yang mendekati horizontal.
Gradien garis akan bernilai negatif jika perubahan entropinya bernilai positif. Contoh reaksi yang mempunyai gradien garis negatif adalah
2C + O2 => 2CO
garis kesetimbangan karbon pada diagram ellinghamPada reaksi tersebut terjadi reaksi antara fasa padat dengan gas kemudian menghasilkan 2 mol fasa gas, sehingga terjadi peningkatan nilai entropi (ΣS produk > ΣS reaktan), maka ΔS bernilai positif, karena ΔS bernilai positif maka gradien kemiringan garisnya bernilai negatif.
Posisi garis dari suatu reaksi pada diagram Ellingham menunjukan kestabilan oksida sebagai fungsi dari temperatur. Reaksi yang berada pada bagian atas diagram adalah logam yang bersifat lebih mulia (contohnya emas dan platina), dan oksida dari logam ini bersifat tidak
stabil dan mudah tereduksi. Semakin kebawah posisi garis reaksi maka logam bersifat semakin reaktif dan oksida menjadi semakin stabil.
Suatu logam dapat digunakan untuk mereduksi oksida jika garis oksida yang akan direduksi terletak diatas garis logam yang digunakan sebagai reduktor. Contoh, garis 2Mg + O2 => 2MgO terletak dibawah garis Ti + O2 => TiO2, maka magnesium dapat digunakan untuk mereduksi titanium oksida menjadi logam titanium.
Karbon merupakan bahan yang paling sering digunakan sebagai reduktor untuk mereduksi oksida menjadi logamnya. Pada diagram Ellingham garis reaksi 2C + O2 => 2CO mempunyai gradien yang negatif, sehingga data yang didapat dari perpotongan garis ini dengan garis pembentukan oksida lainnya dapat dijadikan acuan untuk mereduksi oksida. Contoh karbon dapat mereduksi kromium oksida menjadi kromium pada temperatur lebih dari 1225°C.
Diagram Ellingham juga dapat digunakan untuk menentukan rasio antara CO dan CO2 yang dibutuhkan untuk dapat mereduksi logam oksida menjadi logam. Selain itu diagram ini dapat digunakan untuk mengetahui kesetimbangan dari tekanan partial oksigen dari logam atau oksida saat temperatur tertentu.
b. Hubungan antara tabel periodik dengan diagram ellingham yaitu
1. Untuk meplot energi bebas sebagai fungsi temperatur untuk mengamati kondisi pada reaksi redoks yang mungkin terjadi.
2. Untuk mengetahui titik leleh dan titik lebur dari mineral logam tersebut 3. Untuk mengetahui sifat kimia dari mineral logam yang akan dilebur. c.
