Bab III Genesa Batubara
Proses pembatubaraan didefinisikan sebagai peningkatan karbon secara bertahap dari materi fosil organik dalam suatu proses yang alami. Proses ini dibedakan menjadi tahapan biokimia yang meliputi seluruh proses pembentukan rawa gambut (peatification) dan tahapan geokimia (biochemical coalification) yang merupakan proses metamorfosis. Berdasarkan tahapan yang telah dilaluinya batubara dibagi menjadi beberapa peringkat (Tabel III.1).
III.1 Bahan Pembentuk Batubara
Batubara terbentuk dari gambut di dalam rawa. Gambut didefinisikan sebagai sedimen organik tidak padat yang dapat terbakar dan berasal dari hancuran atau bagian tumbuhan yang terhumifikasi dalam kondisi tertutup udara, mempunyai kandungan air lebih dari 75% (berat), dan kandungan mineral kurang dari 50% dalam kondisi kering. Tumbuhnya rawa gambut (moor) merupakan salah satu faktor penting dalam pembentukan gambut. Beberapa faktor penting dalam pembentukan rawa gambut:
1. Evolusi tumbuhan
Tumbuhan merupakan elemen terpenting pembentuk batubara. Peristiwa ini dimulai dengan tumbangnya tumbuhan dan terawetkan yang selanjutnya akan membentuk rawa gambut. Sebagai bahan dasar pembentuk gambut mengalami evolusi yang menghasilkan variasi tumbuhan sangat banyak sehingga menghasilkan jenis batubara yang berbeda-beda.
2. Iklim
Iklim mengendalikan kecepatan perkembangan tumbuh-tumbuhan, jenis tumbuh-tumbuhan, dan kecepatan dekomposisi tumbuh-tumbuhan yang pada akhirnya iklim pada suatu daerah banyak mempengaruhi pembentukan gambut. Pada daerah beriklim tropis yang banyak air dan hangat akan menghasilkan banyak lapisan gambut dan tebal, yang terbentuk dari batang kayu yang besar. Kenaikan suhu disamping mempercepat pertumbuhan tanaman juga mempercepat proses
dekomposisi. Sebagai contoh, di daerah beriklim tropis telah ditemukan rawa yang luas dipenuhi gambut yang ketebalannya sampai lebih dari 30 m (Taylor dkk., 1998).
3. Geografi dan struktur daerah
Gambut dan batubara terbentuk pada daerah yang memiliki kondisi: a. Kenaikan muka air tanah yang lambat.
b. Perlindungan rawa terhadap pantai atau sungai. c. Energi relief rendah.
Jika kenaikan muka air tanah terlalu cepat naik terhadap rawa maka kondisi akan berubah menjadi limnik atau terjadi pengendapan sedimen inorganik. Sebaliknya jika terlalu lambat, maka material tumbuhan akan membusuk dan gambut yang sudah terbentuk akan tererosi. Energi relief yang rendah berdampak pada persediaan sedimen yang membiarkan gambut untuk terbentuk selama periode tertentu tanpa terganggu oleh sedimen lain.
III.2 Penggambutan (Peatification)
Tahap awal pembentukan batubara adalah pembentukan gambut. Proses terpenting dalam tahap ini adalah pembentukan humic subtance (humification), yang dikontrol oleh suplai oksigen, kenaikan temperatur, fasies, dan lingkungan alkali.
Proses pembentukan gambut mencakup proses mikrobial dan perubahan kimia (biokimia). Tahap selanjutnya adalah tahap geokimia dimana dalam prosesnya tidak melibatkan bakteri (proses mikrobial). Berikutnya derajat humifikasi tidak tergantung pada kedalaman akan tetapi bergantung pada fasies.
Pada tahap biokimia, subtansi tumbuhan seperti selulosa, pektin, karbohidrat, dan lain-lain terdekomposisi oleh aktifitas aerobik mikroba di bagian permukaan yang mengakibatkan pengkayaan lignin yang kaya karbon dan pembentukan asam humin.
Alterasi paling kuat dengan kondisi tertutup oksigen yang terjadi pada permukaan gambut sampai dengan kedalaman 0,5 meter dikenal dengan istilah peatigenic
layer. Pada bagian ini terjadi aktifitas bakteri aerobik, actinomyces, dan fungi.
Dengan bertambahnya kedalaman, bakteri aerobik digantikan oleh bakteri anaerobik, karena suplai oksigen semakin berkurang. Bertambahnya kedalaman ini sebanding dengan bertambahnya kandungan karbon. Pada kedalaman lebih dari 10 meter praktis bakteri tidak lagi memiliki peranan. Proses yang terjadi di kedalaman ini hanyalah proses kimia (polimerisasi, kondensasi, dan reaksi reduksi).
Profil gambut bagian permukaan, kandungan karbon akan bertambah cepat dengan bertambahnya kedalaman sehingga substan yang kaya akan oksigen di permukaan (selulose dan hemiselulose) terdekomposisi oleh mikrobiologi yang menyebabkan pengkayaan lignin yang kaya karbon dan terbentuknya asam humin. Meningkatnya tekanan pada tahap geokimia menyebabkan kandungan air berkurang dengan cepat, sehingga kandungan air dapat dijadikan parameter pengukur tingkat diagenesa gambut. Munculnya selulose bebas (tak bercampur dengan lignin) juga merupakan indikator diagenesa gambut yang baik.
III.3 Pembatubaraan (Coalification)
Proses pembatubaraan adalah perubahan baik secara fisik dan kimia dari gambut melalui lignit, sub-bituminus, bituminus, antrasit, sampai meta-antrasit. Kontrol utama perubahan ini adalah derajat metamorfisme (temperatur dan tekanan). Tahapan yang dicapai oleh batubara dalam deret pembatubaraan ini disebut sebagai peringkat batubara.
Tabel III.1. Peringkat batubara (Taylor dkk., 1998). RANK German USA Refl. Rmoil Vol.M d.a.f % Carbon d.a.f Vitrinite Cal. Value Btu/Lb (Kcal/Kg) Applicability of Different Rank Parameter Torf Peat Weich- Matt- Glanz-Flamm- Gasflamm- Gas- Fett- Ess- Mager-Anthrazit Meta-Anthr S t e I n k o h l e B r a u n k o h l e Lignite Sub-Bit. C B A C B A H ig h V ol .B itu m in ou s Medium Volatile Bituminous Low Volatile Bituminous Semi Anthracite Anthracite Meta Anthracite 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 3.0 4.0 ca.60 ca.71 ca.77 ca.87 ca.91 ca.75 ca.25 ca.8-10 Bed Moisture ca.35 7200 (4000) 9900 (5500) 12600 (7000) 15500 (8650) 15500 (8650) B ed M oi st ur e (a sh -f re e) C al or ifi c V al u e (m oi st as h -f re e) H yd ro ge n (d .a .f) V ol at ile m a tte r (d ry as h-fr ee ) C a rb on (d ry as h-fr ee ) R ef le ct an ce of vi tr in ite M oi st X -r a y D iff r 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64 68
Pada proses ini, tekanan yang bertambah besar akan mengakibatkan porositas gambut berkurang dan anisotropi meningkat. Sifat porositas dapat dilihat dari kandungan airnya (moisture content) yang berkurang selama proses perubahan dari gambut menjadi brown coal. Porositas dan anisotropi ini paralel dengan bidang perlapisan dan bisa dikorelasikan dengan tekanan overburden. Sementara itu, secara kimia, gambut mengalami perubahan komposisi dari unsur-unsur karbon, oksigen, dan hidrogen. Derajat pembatubaraan ditentukan oleh perubahan
komposisi kimianya (C, H, O dan VM) atau dengan sifat optis (reflektansi vitrinit).
Selama tahap hard brown coal (lignit-sub bituminus) maka sisa terakhir dari selulose dan lignin ditransformasikan menjadi material humik. Asam humik terkondensasi menjadi molekul yang lebih besar dan kehilangan sifat keasamannya membentuk humin yang tak larut dalam alkali.
Perubahan paling menonjol pada batas peringkat sub bituminous C dan B adalah perubahan petrografis yang disebabkan oleh proses gelifikasi geokimia (vitrinisasi) dari substansi humik yang berubah menjadi hitam dan mengkilap. Pada tahap antrasit dicirikan oleh turunnya hidrogen dan perbandingan H terhadap C secara drastis, bertambah kuatnya reflektivitas dan anisotropisme.
Proses pembatubaraan terutama disebabkan oleh naiknya temperatur dan waktu. Pengaruh temperatur dipercayai sangat dominan disebabkan sering ditemukan adanya intrusi-intrusi batuan beku yang berdekatan dengan lapisan batubara dengan peringkat tinggi (antrasit) karena terjadi kontak metamorfisme. Kenaikan peringkat batubara juga dapat diamati pada kedalaman yang lebih besar (Hukum Hilt) yang disebabkan oleh kenaikan temperatur akibat bertambahnya kedalaman. Menurut Hilt kecepatan peningkatan peringkat bergantung pada gradien geotermal.
Waktu akan memberikan pengaruh yang berarti jika temperatur pembatubaraan tinggi. Jika tekanan makin tinggi maka proses pembatubaraan akan semakin cepat terutama pada daerah-daerah yang terlipatkan dan terpatahkan.
III.4 Fasies Batubara
Fasies adalah suatu tubuh/paket batuan sedimen yang mempunyai kenampakkan khas dan dapat dibedakan dari fasies yang lain (Tucker, 1991). Fasies merupakan hasil dari proses pengendapan, yang mencirikan proses maupun lingkungan pengendapan tertentu. Kriteria penentu fasies adalah: litologi, ukuran butir,
tekstur, struktur, kandungan biota, dan warna. Suatu fasies idealnya harus merupakan batuan tersendiri yang terbentuk pada kondisi sedimentasi tertentu, merefleksikan proses atau lingkungan tertentu. Fasies dapat dibagi menjadi sub-fasies atau dikelompokkan menjadi asosiasi sub-fasies atau assemblager (Tucker, 1991).
Fasies batubara berhubungan dengan tipe genetik batubara yang diekspresikan melalui komposisi maseral, kandungan mineral, komposisi kimia, dan tekstur. Faktor yang mempengaruhi fasies batubara:
1. Tipe pengendapan
Endapan authochtonous terbentuk dari materi yang berasal dari tempat pengendapan itu sendiri. Endapan allochtonous terbentuk dari materi yang telah mengalami perpindahan tempat. Endapan allochtonous relatif lebih banyak mengandung mineral dibandingkan endapan authochtonous.
2. Rumpun tumbuhan pembentuk
Ada empat tipe rawa berdasarkan rumpun tumbuhan pembentuknya: Rawa daerah terbuka dengan tumbuhan air
Rawa daerah terbuka dengan tumbuhan alang-alang Rawa hutan
Rawa lumut 3. Lingkungan pengendapan
Lingkungan pengendapan didefinisikan sebagai keadaan yang kompleks yang disebabkan interaksi antara faktor-faktor fisika, kimia, dan biologi dimana sedimen diendapkan. Namun sukar untuk menggunakan faktor-faktor tersebut sebagai parameter.
Umumnya lingkungan pengendapan diklasifikasikan berdasarkan fisiografi atau geomorfologinya, selain itu faktor-faktor fisika/kimia biasanya berpengaruh pada habitat organisme atau ekologi.
Ada empat jenis lingkungan pengendapan: Telmatis / terrestrial
Lingkungan yang berada pada daerah pasang surut ini menghasilkan gambut yang tidak terganggu dan tumbuh insitu.
Limnis / subakuatik
Lingkungan ini berada di bawah air rawa danau. Payau
Batubara yang terendapkan pada lingkungan ini mempunyai ciri khas kaya abu, S dan mengandung fosil laut.
Ca-rich
Lingkungan ini menghasilkan batubara yang kaya akan Ca dan ciri yang sama dengan endapan payau.
4. Persediaan bahan makanan
Rawa eutrophic (kaya bahan makanan), mesotrophic (sedang) dan
oligotrophic (miskin bahan makanan) dibedakan tergantung dari banyak
sedikitnya bahan makanan yang bisa digunakan. Topogenic low moor biasanya eutrophic karena menerima air dari tanah yang banyak mengandung makanan terlarut. Raised bog /hoch moor biasanya
oligotrophic karena hanya mengandalkan air hujan. Transisi antara topogenic low moor dan raised bog disebut mesotrophic.
5. pH, aktivitas bakteri dan sulfur
Keasaman gambut sangat mempengaruhi keberadaan bakteri yang berperan dalam pengawetan sisa tumbuhan. Sebagai contoh lingkungan pengendapan Ca-rich yang alkalin menyebabkan bakteri mampu mendekomposisi sisa tumbuhan dengan baik serta membentuk humin, gel, dan produk penggambutan yang kaya akan N dan H.
6. Temperatur
Temperatur permukaan gambut memegang peranan penting pada proses dekomposisi primer. Pada iklim yang hangat dan basah membuat bakteri hidup dengan lebih baik sehingga proses-proses kimia dapat berjalan dengan baik. Temperatur tertinggi untuk bakteri penghancur selulose pada gambut adalah 350- 400C.
7. Potensial redoks
Potensial redoks memegang peranan yang penting untuk menunjang aktivitas bakteri dan proses penggambutan. Jika rumpun tumbuhan, iklim
dan kondisi lingkungannya sama maka persediaan oksigen menentukan apakah pengambutan berjalan atau tidak.
III. 5 Mineral Matter Pada Batubara
Mineral matter dalam batubara dapat diartikan sebagai mineral-mineral dan
material anorganik lainnya yang berasosiasi dengan batubara (Ward, 1986).
Mineral matter secara umum merupakan komponen minor akan tetapi mempunyai
arti penting dalam kaitannya untuk batasan penggunaan batubara. Bahan inorganik ini terbentuk dalam tiga kategori yaitu:
1. Syngenetic inorganic matter, berasal dari dalam tumbuh-tumbuhan dan bertahan sampai terbentuk gambut dan batubara.
2. Syngenetic inorganic/organic complexes dan mineral, terbentuk pada tahap awal penggambutan.
3. Epigenetic mineral, terutama karbonat dan pirit yang terbentuk setelah proses konsolidasi batubara dengan cara mengkristal dalam rekahan-rekahan atau lubang-lubang. Selain itu juga dapat terbentuk sebagai hasil alterasi dari mineral yang terendapkan secara primer.
Menurut Lessing (dalam Bouska 1981), mineral pada batubara dapat digolongkan berdasarkan asal-usulnya menjadi enam:
1. Sisa dari mineral yang terdapat pada bagian tanaman pembentuk batubara. 2. Mineral yang terbawa dan terendapkan ke dalam cekungan selama akumulasi
sedimen.
3. Garam-garam yang terdapat dalam air yang menggenangi material organik sebelum atau selama pembentukan batubara.
4. Kristal-kristal yang terbawa oleh air yang mengalir sepanjang kekar dan patahan batubara.
5. Hasil dekomposisi dan interaksi antara material, bahan-bahan organik juga berperan aktif dalam reaksi ini.
6. Material asli yang berasal dari lingkungan pengendapan yang masuk ke dalam batubara.
Sebagian besar bahan inorganik pada batubara berupa mineral yang terdistribusi di dalam atau di antara maseral batubara. Butiran mineral bervariasi dari ukuran kurang dari 1 m sampai ratusan mikrometer. Pengamatan mikroskopi sangat membantu untuk karakterisasi mineral dalam hal jumlah mineral, ukuran butir, bentuk, dan asosiasi dengan sebagian maseral. Dalam hal ini pengamatan mikroskopi hanya dapat membedakan jenis-jenis mineral dan lebih sulit untuk membedakan detilnya pada masing-masing jenis mineral, untuk tujuan ini maka diperlukan mikroskop elektron (SEM) atau x-ray diffraction.
Mineral yang terbentuk secara singenetik mempunyai butiran yang halus dan terekat erat dengan batubara, keberadaannya dalam seam batubara menyeluruh secara lateral sehingga jenis mineral ini dapat digunakan untuk identifikasi dan korelasi lapisan batubara (seam). Mineral yang terbentuk secara epigenetik mempunyai butiran yang kasar dan tidak terikat erat dengan maseral karena sebagian besar terendapkan dalam rekahan-rekahan dan lubang-lubang. Tabel III.2 memperlihatkan keterdapatan berbagai jenis mineral di dalam batubara.
Tabel III.2. Mineral-mineral pada batubara (Taylor, dkk., 1998).
MINERAL KETERDAPATAN MINERAL KETERDAPATAN
Mineral lempung Pyrrhotite Fe1-xS sangat jarang
Illite-Sericite KAl2(Si3Al)O10(OH,F)2 banyak – berlimpah Chalcopyrite CuFeS2 sangat jarang
Montmorillonite (Na,Ca)3(Al,Mg)2Si4O10(OH)8 jarang – umum
Kaolinite Al2Si2O5(OH)4 umum – sangat umum Fosfat
Halloysite Al2Si2O5(F,OH)2 jarang Apatite jarang
Phosphorites Ca5(PO4)3(F,OH) jarang
Disulfida besi Goyazite SrAl3(PO4)2(OH)5.H2O jarang
Pyrite FeS2 jarang – umum Gorceixite BaAl3(PO4)2(OH)5.H2O jarang
Marcasite FeS2 jarang
Melnikovite (FeS2/Fe3S4) jarang Sulfate
Barite BaSO4 jarang
Karbonat
Siderite FeCO3 umum – sangat umum Silikat (selain lempung)
Ankerite Ca(Fe,Mg,Mn)(CO3)2 umum – sangat umum Zircon ZrSiO4 jarang
Calcite trigonal CaCO3 umum – sangat umum Biotite K(Mg,Fe)3(Al,Fe)Si3O10(OH,F)2 sangat jarang
Dolomite CaMg(CO3)2 jarang – umum Staurolite (Fe,Mg,Zn)2Al9(Si,Al)4O22(OH)2 sangat jarang
Aragonite orthorhombic CaCO3 jarang Tourmaline NaFe3Al6(BO3)3Si6O18(OH)4 sangat jarang
Witherite BaCO3 jarang Garnet Fe3Al2(SiO4)3 sangat jarang
Strontianite SrCO3 jarang Epidote Ca2(Fe,Al)3(SiO4)3(OH) sangat jarang
Sanidine = (K,Na)AlSi3O8 jarang
Oksida Orthoclase KAlSi3O8 sangat jarang
Hematite Fe2O3 jarang Augite (Ca,Na)(Mg,Fe,Al,Ti)(Si,Al)2O6 sangat jarang
Quartz SiO2 jarang – umum Amphibole sangat jarang
Magnetite Fe3O4 sangat jarang Kyanite Al2SiO5 sangat jarang
Rutile TiO2 sangat jarang Chlorite = (Mg,Fe)5Al(Si3Al)O10(OH)8 jarang
Hidroksida Garam
Limonite Hydrous Fe-oxides jarang – umum Gypsum CaSO4.2H2O jarang
Goethite α-FeO(OH) jarang Bischofite MgCl2.6H2O sangat jarang - umum
Diaspore AlO(OH) jarang Sylvin (Sylvite) KCl sangat jarang - umum
Halite NaCl sangat jarang - umum
Sulfida (selain besi) Kieserite MgSO4.H2O sangat jarang - umum
Sphalerite (Zn,Fe)S jarang Mirabilite Na2SO4.10H2O sangat jarang-jarang
Galena PbS jarang Melanterite FeSO4.7H2O sangat jarang
Millerite NiS sangat jarang
III.5.1 Mineral Utama pada Batubara
Mineral Lempung
Dalam kebanyakan batubara, lempung merupakan grup mineral yang paling sering ditemui dan mencapai 60-80% dari total kandungan mineral. Tiga proses penting terbentuknya mineral lempung adalah:
1. Sisa mekanik (detritus), hasil transportasi dari tempat lain yang terbawa oleh air maupun angin.
2. Transformasi, yang merupakan proses ubahan akibat alterasi mineral lain. 3. Autigenis (Millot, 1970; Davis dkk., 1984, Taylor dkk., 1998), merupakan
mineral yang mengendap di dalam batubara secara insitu.
Lempung mempunyai tekstur yang karakteristiknya hampir sama dengan serpih dan terlihat sebagai material klastik yang terbawa oleh air. Sebagian lempung dihasilkan dari produk alterasi silikat seperti felspar dan mika. Selain itu dapat juga sebagai hasil sekunder dari larutan, ketika mineral lempung mengisi ruang-ruang sel tumbuhan maka kristalisasi insitu dari larutan tersebut mungkin terjadi. Mineral lempung pada batubara umumnya tersebar merata sebagai inklusi (Gambar III.1). Mineral lempung dapat mengembang ketika ada air, sifat mengembang yang paling menonjol adalah grup monmorilonit. Pengembangan selalu diiringi oleh reduksi kekuatan dan mendorong terjadinya disintegrasi batuan. Hal ini menyebabkan permasalahan kekuatan lantai dan penyanggaan atap pada penambangan batubara yang kaya mineral lempung. Dalam bidang pengolahan, lempung yang mengembang ini akan menyebabkan meningkatnya jumlah butiran halus (slimes) sehingga menimbulkan permasalahan pada saat
Gambar III.1. Mineral lempung pada batubara: a) vitritic carbagillite; b) duritic carbagillite; c) kaolin-coal tonstein; d) granular tonstein; e) K-tonstein bentuk semu; f) K-K-tonstein padat non-kristalin. Perbesaran 100X (Foto: K. Burger, dalam Taylor dkk., 1998).
Kuarsa
Kuarsa adalah mineral oksida paling penting dalam batubara. Dengan beberapa pengecualian, kuarsa terbentuk pada tahap penggambutan. Terdapat dua tipe kuarsa yang dapat diamati:
1. Kuarsa butiran klastik terbawa oleh air atau angin ke dalam gambut (Gambar III.2). Jika terbawa oleh air maka butiran kuarsa akan lebih membulat, apabila terbawa oleh angin maka butiran kuarsa akan lebih menyudut.
2. Kuarsa kristalin yang lebih halus (chalcedony) terbentuk dari larutan setelah pengendapan lapisan batubara. Banyak silika terlarut yang dihasilkan oleh pelapukan felspar dan mika sehingga menjadi mungkin terdapat kristal-kristal kuarsa halus yang tersebar dalam batubara.
Secara makroskopis maupun mikroskopis, kuarsa pada batubara umumnya merupakan detrital aslinya. Hal tersebut berarti bahwa kuarsa yang ada pada batubara tertransport sebagai butiran mineral pada daerah pengendapan batubara.
a b
c d
Oleh karena itu, kuarsa biasanya ditemukan bersama-sama dengan material detrital lainnya. Lapisan batubara yang kaya akan kuarsa dapat dipergunakan sebagai penanda horison akan tetapi hanya mempunyai daerah yang sempit dikarenakan konsentrasi dan asal mula mineral yang bervariasi.
Tujuan identifikasi kuarsa pada batubara adalah untuk pencegahan kemungkinan hancurnya kuarsa pada saat penambangan sehingga menimbulkan debu tambang, dan sifat abrasifnya yang menyebabkan peralatan menjadi lebih cepat aus.
Gambar III.2. a) kristal idiomorfik zircon dengan radioactive haloes (360X); b) butiran kuarsa klastik (90X); c) phosphorite gel (180X); d) Kristal apatite idiomorfik (25X). (Foto: M.-Th. Mackowsky; Taylor dkk., 1998).
Mineral Karbonat
Mineral karbonat dapat terbentuk selama pengendapan ataupun selama proses pembatubaraan. Mineral karbonat yang terbentuk pada tahap awal (singenetik) umumnya berupa mineral siderit dan dolomit. Siderit terdapat dalam bentuk kristal agregat yang mempunyai struktur radial atau konsentris (Gambar III.3 a,b), konkresi siderit dalam banyak hal akan tercampur dengan ankerit. Dalam kebanyakan batubara, dolomit sangat umum dijumpai di antara konkresi-konkresi ini. Dolomit sangat khas untuk lapisan batubara yang sudah terpengaruhi oleh air laut (marine), dolomit hadir dalam bentuk kristal idiomorfik atau material tumbuhan yang terimpregnasi membentuk coal balls (Gambar III.3 e). Coal balls
a b
umumnya bervariasi ukurannya antara 10 – 40 cm dan masih memperlihatkan struktur asli tumbuhan. Kalsit dan ankerit umumnya terendapkan dalam rekahan-rekahan selama pembatubaraan (Gambar III.3 d).
Batubara yang mempunyai kandungan karbonat yang dominan terhadap kandungan mineral akan mempunyai titik leleh abu yang lebih rendah jika dibandingkan dengan batubara yang dominan mengandung mineral lempung dan kuarsa dalam kandungan mineral. Pada suhu pembakaran maka karbonat akan membentuk oksida yang akan berkombinasi dengan mineral silikaan membentuk silikat yang mempunyai titik leleh rendah. Mineral karbonat pada umumnya mempunyai butiran yang besar sehingga dapat dihilangkan dengan proses pencucian batubara.
Gambar III.3. Mineral karbonat pada batubara: a) konkresi siderit (90X); b) konkresi siderit tak beraturan (150X); c) karbonat terimpregnasi dengan fusinit (180X); d) rekahan kalsit (150X); e) gambut terdolomitisasi (30X); f) kristal dolomit idiomorfik (180X). (Foto: M.-Th. Mackowsky; dalam Taylor dkk., 1998).
Sulfida
Sulfur terdapat dalam bentuk non-organik maupun organik dalam batubara. Sulfur non-organik banyak ditemui dalam bentuk sulfida dan kadang sulfat. Pirit dan markasit merupakan mineral sulfida yang paling sering terbentuk dalam batubara
a b
c d
(Mackowsky, 1943; Balme, 1956; dalam Taylor dkk., 1998). Selama penggambutan pirit singenetik, kristalin halus, atau konkresi halus terlihat struktur framboidal (Gambar III.4). Secara genesa, pirit framboidal berasal dari koloid yang kemudian membentuk bulatan yang terjadi bersamaan dengan proses penggambutan. Karena permukaan yang lebih luas pada pirit framboidal dibandingkan dengan pirit tunggal maka tingkat reaksi dengan oksigen akan lebih besar sehingga pembakaran spontan akan lebih mungkin terjadi (Frigge dkk., 1975; Taylor dkk., 1998).
Gambar III.4. Pirit framboidal. (Foto: M.-Th. Mackowsky; dalam Taylor dkk., 1998).
Secara umum batubara yang terendapkan dalam cekungan paralik akan lebih kaya pirit jika dibandingkan dengan batubara yang terendapkan dalam cekungan limnik. Selama pengendapan batubara paralik, lapisan batubara dipengaruhi oleh transgresi air laut sehingga menimbulkan kandungan pirit dan sulfur organik yang tinggi terutama pada lapisan bagian atas. Pada batubara humik yang kaya sulfur, pirit yang dalam bentuk butiran atau konkresi halus biasanya terdapat dalam mikrolitotip yang mengandung vitrinit yang tinggi, bentuk ini juga umum dijumpai pada batubara sapropelik (Gambar III.5 a). Siderit primer dapat tertransformasi menjadi pirit (Gambar III.5 b). dengan naik atau turunnya konsentrasi H2S dalam larutan (Smyth, 1966; dalam Taylor dkk., 1998)
Impregnasi fusinit dan semifusinit dengan pirit (Gambar III.5 c) mungkin terjadi dalam beberapa tahap selama pembatubaraan.
Gambar III.5. Pirit dalam batubara: a) konkresi halus; b) pirit hasil perubahan siderit singenetik; c) dinding sel termineralisasi pada nodul kristal (90X); d) pirit singenetik yang terendapkan dalam cleat (150X). (Foto: M.-Th. Mackowsky; dalam Taylor dkk., 1998).
Markasit dibedakan dengan pirit dari sistem kristalnya, markasit mempunyai sistem kristal ortorombik sementara pirit isometrik. Dalam kenampakan di bawah mikroskop (cahaya terpolarisasi) markasit akan menunjukkan gejala anisotropisme dan pirit isotrop.
Selain sulfida besi dalam batubara kadang dijumpai sfalerit, galena, dan kalkopirit dalam jumlah yang kecil jika terdapat urat hidrotermal di sekitar lapisan batubara. Dalam hal ini mineral-mineral tersebut akan mengisi rekahan-rekahan yang ada selama pembatubaraan.
III.5.2 Mineral dengan Kelimpahan Kecil Fosfat
Keterdapatan fosfat pada batubara sangat menguntungkan jika akan digunakan untuk membuat kokas. Pada batubara, fosfat terdapat dalam abu tumbuh-tumbuhan atau dalam bentuk fosforit atau apatit (Buchler, 1929; dalam Taylor dkk., 1998) atau sebagai goyazite atau gorceixite (Finkelman, 1981; Ward, 1989; dalam Taylor dkk., 1998). Apatit dapat hadir sebagai inklusi di antara lapisan
phyllosilicate dalam batubara kaolin tonstein (Gambar III.2 c,d), sebagai kristal
yang idiomorfik muncul sebagai inklusi pada dolomit (Gambar III.6).
a b
Gambar III.6. Apatit dalam dolomit (Foto: M.-Th. Mackowsky; dalam Taylor dkk., 1998).
Mineral Berat
Sangat kecil kemungkinan menemukan mineral berat yang berasosiasi dengan batubara. Batuan pengapit lapisan batubara mungkin dapat mengandung mineral berat (Diessel, 1992; Taylor dkk., 1998). Zircon ditemukan dalam jumlah yang sedikit (Stach, 1950; Taylor dkk., 1998) umumnya disertai dengan radioactive
haloes di sekitar lapisan batubara (Gambar III.2 a). Rutil, turmalin, garnet, dan
biotit jarang ditemukan dalam batubara. Garam
Pada batubara umumnya hanya ditemukan garam-garam seperti klorida, sulfida, dan nitrat, klorida mempunyai kelimpahan yang paling besar di antara ketiganya. Sulfat hadir dalam dua jenis yaitu:
1. Sulfat khususnya gipsum dapat terbentuk dalam lingkungan yang kering sebagai hasil kristalisasi dari air tanah (evaporit).
2. Sulfat yang dihasilkan dari oksidasi pirit dalam batubara yang sudah tersingkap ke permukaan atau terkena air tanah. Oksidasi dapat terjadi pada batubara saat di tanah (lapisan), saat ditambang, ataupun saat sampel diambil dan akan dianalisis. Stabilitas pirit sangat bervariasi, beberapa stabil di udara, sebagian akan teroksidasi dengan cepat, dan pirit dalam jumlah sedikit akan teroksidasi menjadi besi sulfat dalam seminggu.
Batubara yang banyak mengandung garam akan menimbulkan permasalahan pada saat preparasi karena korosi. Air tambang dengan kandungan nitrat yang tinggi akan sangat merusak peralatan-peralatan tambang dikarenakan air tersebut sangat korosif.
Mineral Lain
Felspar, mika, dan mineral silikat lainnya serta fragmen-fragmen batuan biasa muncul pada lapisan pengapit batubara (Diessel, 1992; Taylor dkk., 1998) dalam ukuran sedang sampai kasar. Oksida dan hidroksida besi seperti hematit, limonit, dan goethite jarang ditemui dalam batubara kecuali pada batubara yang terpengaruhi oleh kondisi oksidasi.
III.5.3 Abu Batubara
Pada peristiwa pembakaran batubara yang dapat menghasilkan abu, klinker, slag dan abu terbang pada prinsipnya merupakan proses konversi dari komponen
mineral matter yang terdapat pada batubara dengan dipengaruhi oleh beberapa
faktor antara lain: komposisi mineral matter, distribusi dan ukuran butir, laju pemanasan, percampuran material anorganik selama pembakaran, temperatur maksimum, waktu dan aliran turbulen partikel abu dalam gas buang (Reid, 1971). Abu merupakan bahan inorganik sisa pembakaran batubara dan terbentuk dari perubahan bahan mineral (mineral matter) karena proses pembakaran. Pada pembakaran batubara dalam pembangkit tenaga listrik terbentuk dua jenis abu yakni abu terbang (fly ash) dan abu dasar (bottom ash). Partikel abu yang terbawa gas buang disebut abu terbang, sedangkan abu yang tertinggal dan dikeluarkan dari bawah tungku disebut abu dasar. Sebagian abu dasar berupa lelehan abu disebut terak (slag).
Komponen utama dari abu batubara adalah silika (SiO2), alumina, (Al2O3), besi oksida (Fe2O3), sulfat, dan klorida (K, Ca, Mg, Na, Mn, Al, dan Fe). Sifat kimia dari abu terbang batubara dipengaruhi oleh jenis batubara yang dibakar dan teknik penyimpanan serta penanganannya. Pembakaran batubara lignit dan sub-bituminous menghasilkan abu dengan kalsium dan magnesium oksida lebih banyak daripada bituminus. Namun, memiliki kandungan silika, alumina, dan karbon yang lebih sedikit daripada bituminous.
III.6 Natrium dalam batubara
Natrium (sodium) sebagai salah satu logam-logam alkali yang terkandung dalam batubara selain pottasium dan lithium. Natrium atau sodium adalah unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki simbol Na dan nomor atom 11. Natrium adalah logam reaktif yang lunak, keperakan, dan seperti lilin, yang termasuk ke logam alkali yang banyak terdapat dalam senyawa alam (terutama halite). Natrium bersifat reaktif, apinya berwarna kuning, beroksidasi dalam udara, dan bereaksi kuat dengan air, sehingga harus disimpan dalam minyak. Karena sangat reaktif, natrium hampir tidak pernah ditemukan dalam bentuk unsur murni.
Logam alkali seperti Na atau K dalam batubara berasal dari organic matter ataupun inorganic matter. Logam alkali yang berasal dari organic matter bersumber dari tumbuhan dan atau rerumputan penyusun batubara, untuk natrium khususnya bagian-bagian tumbuhan yang dapat tumbuh cepat, logam alkali ini akan langsung berkaitan dengan struktur dalam batubara melalui ikatan kelompok asam carboxylic. Logam alkali inorganik dalam batubara terdapat dalam bentuk klorida dan mineral lempung.
Kalium dan natrium di dalam air laut terdapat dalam bentuk ion K+ dan Na+.
Kalium dan natrium inorganik pada batubara terdapat dalam bentuk garam seperti klorida dan alumino silikat. Kalium klorida dan natrium klorida merupakan endapan evaporit marin. Keberadaan kalium dan natrium dalam air laut sangat melimpah (Tabel III.3). Oleh karena itu batubara yang terbentuk pada lingkungan laut akan banyak mengandung kalium dan natrium.
Natrium di dalam batubara dapat terbentuk dari pengaruh air laut pada saat pembentukan gambut (peatification). Namun sebagian dari natrium tersebut dapat juga terbentuk di dalam air bebas (free water) sebagai natrium clorida (NaCl) dan sebagian lagi terikat secara kimia dengan material batubara. Dengan demikian dalam hal ini natrium terbentuk bersatu dengan komposisi maseral batubara. Natrium jenis ini dikelompokkan sebagai natrium primer yang terbentuk bersamaan dengan proses peatification.
Tabel III.3. Unsur-unsur Jejak dan Pengkayaannya (After Wedephol, 1969; Wardbrooke, 1981 dalam Purba, A., 2005)
Konsentrasi (ppb) Faktor Pengkayaan
Unsur
Air Laut Air Tawar Air Laut Air Tawar
Ag 0.28 0.39 1 Al 1 360 360 As 2.6 1.7 2 B 4450 13 342 Ba 21 11 2 Ca 411000 15000 27 Co 0.39 0.19 2 Cr 0.2 1 5 Cu 0.9 3 3 Fe 3.4 670 197 Ga 0.03 0.09 3 K 392000 2300 170 La 0.0034 0.2 59 Li 170 3.3 52 Mg 1290000 4100 315 Mn 0.4 6 15 Mo 10 1 10 N 670 230 3 Na 10800000 63000 1714 Ni 6.6 0.3 22 P 88 19 5 Pb 0.03 7 233 S 90400 3733 242 Si 2900 6113 2 Sr 8100 50 162 Ti 1 2.7 3 U 3.3 0.06 55 V 1.9 0.9 2 Y 0.013 0.07 5 Zn 5 25 5 Zr 0.026 2.61 100
Natrium dalam batubara juga dapat terbentuk dari hasil asosiasi dengan mineral pengotor, antara lain mineral-mineral lempung dan silika seperti plagioklas (NaCaAlSiO), yang terbentuk setelah pembentukan gambut atau selama proses pembatubaraan (coalification). Mineral-mineral pengotor tersebut dapat berbentuk urat tipis (vein) atau nodul-nodul di dalam batubara. Pada umumnya lapisan
batubara mengandung parting yang umumnya berupa mineral lempung, yang tebalnya hanya beberapa milimeter sampai 30 cm. Lapisan mineral lempung yang tebalnya lebih dari 30 cm menurut USGS dikategorikan sebagai splitting dan lapisan ini dapat dikeluarkan serta tidak termasuk dalam conto kualitas batubara. Mineral lempung umumnya bersifat absorber dan kemungkinan NaCl dalam air laut ini terisap oleh mineral lempung tersebut. Mineral lempung dalam batubara merupakan merupakan mineral matter yang nantinya akan menjadi abu. Untuk identifikasi kandungan natrium di dalam batubara diperlukan mikroskop dengan pembesaran yang sangat tinggi.
Kemungkinan lainnya yaitu: batubara terutama batubara berperingkat rendah, mengandung pori-pori dalam batubaranya (internal pore). Pori-pori ini dapat menyimpan air laut yang lama kelamaan menjadi endapan garam halit dalam pori-porinya.
Pada proses pembakaran batubara, NaCl akan terdekomposisi dan teruapkan kemudian sisanya akan menjadi oksida logam Na2O yang akan tertinggal sebagai
abu dan selanjutnya Na2O dapat diekivalenkan dengan kandungan natrium yang
terdapat di dalam batubara. Kandungan Na2O dapat diketahui dari hasil analisis
abu batubara tersebut.
Menurut Ratnaningsih, E. dan Achmad, H, 1997, senyawa C6H5COOH
merupakan senyawa monokarboksilat yang banyak ditemukan dalam batubara. Ikatan hidrogen pada senyawa tersebut diganggu oleh atom Na membentuk C6H5COONa. Oleh karena itu, disamping senyawa Na batubara lainnya, senyawa
organik yang terikat atom Na ini juga akan bereaksi dengan larutan MgSO4 dan
MnSO4 membentuk mineral sulfida.
Keberadaan natrium dalam jumlah yang besar di dalam batubara tidak diharapkan karena dapat menyebabkan terjadinya fouling dari fasilitas pembakaran. Selama pembakaran garam-garam alkali secara parsial terdekomposisi membentuk oksida yang tertinggal di dalam abu, dan kemudian tervolatilisasi, terkondensasi dalam
partikel-partikel abu dalam boiler. Selanjutnya bereaksi dengan SO2 membentuk
sulfat. Deposit yang terbentuk ada yang dalam kondisi semi-lebur (titik lebur Na2SO4 sekitar 9000C), menghasilkan permukaan yang lengket sehingga
partikel-partikel abu tertempel pada permukaan tersebut. Deposit ini dikenal sebagai
fouling, mempunyai lapisan yang berwarna putih, kaya akan abu, dan memiliki
konsentrasi alkali yang tinggi. Pada tahap awal pertumbuhan deposit ini, sebagian besar fouling dapat larut dalam air, dapat dibersihkan dengan teknik soot-blowing normal. Akan tetapi bilamana pertumbuhan deposit ini diiringi temperatur permukaan yang semakin tinggi, bisa terbentuk sinter sehingga lebih sulit untuk dibersihkan.
