3
II. TINJAUAN UMUM
2.1 Pasir besi
Pasir besi merupakan endapan placer yang sering dijumpai di Indonesia terutama di sepanjang pantai sebagai endapan alluvial pantai. Pasir besi terbentuk karena proses penghancuran batuan asal yang kemudian terjadi pelapukan karena cuaca dan air permukaan dan selanjutnya tertransportasi.
Transportasi oleh air laut kemudian mengakumulasi endapan pasir besi sehingga menjadi pasir besi yang memiliki nilai ekonomis.
2.1.1 Proses pembentukan dan keterdapatan pasir besi
Menurut Prabowo, (2011) Berdasarkan lokasi pembentukan endapan bijih besi maka dapat dibedakan menjadi 3 yaitu; endapan besi primer yang terjadi akibat proses hidrotermal, endapan besi laterit yang terjadi akibat proses pelapukan dan yang ketiga endapan pasir besi yang terjadi akibat proses rombakan dan sedimentasi secara kimia dan fisika,
Genesa dari endapan pasir besi ditentukan oleh beberapa faktor yaitu batuan asal, media transportasi, proses serta tempat pengendapanya, proses perombakan, serta tempat pengendapannya. Sumber dari endapan pasir besi sebagian besar berasal dari batuan gunung api yang bersifat basaltik dan andesituk. Proses perombakan yang terjadi pada endapan pasir besi yaitu dikarenakan oleh pelapukan akibat air hujan maupun pelapukan akibat panas dan hujan yang kemudian mengakibatkan butiran akan terlepas dari batuan asalnya. Sedangkan media transportasi dari pasir besi yaitu; aliran sungai maupun gelombang dan arus air laut.
Berdasarkan dengan tempat pengendapanya endapan pasir besi terbagi menjadi
1. Placer residual, dimana dimana mineral pembentuk akan terakumulasi langsung diatas batuan sumbernya . endapan ini terbentuk pada permukaan tanah yang hampir rata, dimana terdapat mineral ringan yang tahan reaksi kimia.
2. Placer elluvial, dimana mineral atau bijih akan terendapkan diatas lereng bukit pada sumbernya.
3. Placer sungai atau alluvial, diama endapan placer ini endapan pasir besi akan tertransportasi dengan air sungai. Fraksi mineral berat akan berukuran lebih kecil dibandingakan dengan fraksi mineral ringan. Hal ini terjadi karena mineral berat pada batuan sumber memiliki ukuran lebih kecil dibanding dengan mineral utama pembentuk batuan, dan pemilihan
dan susunan endapan sedimen dikendalikan oleh berat jenis dan ukuran partikel.
4. Placer coastal atau pantai, dimana endapan ini terbentuk di sepanjang garis pantai. Proses transportasi ini kemudian akan membawa material yang telah dilapukan dari batuan asal beserta mineral-mineral ikutan terangkut hingga pinggiran pantai. arus aliran laut kemudian akan memisahkan mineral mineral tersebut berdasarkan dengan perbedaan jenisnya.
2.1.2 Mineral ikutan pasir besi
Mineral pada endapan pasir besi selain mengandung mineral-mineral bijih besi utama juga berasosiasi dengan mineral yang mengandung Fe lainya seperti;
pirit (FeS2), markasit (FeS), pirhotit (Fe1-xS), chamosit [Fe2AI2 SiO5(OH)4], ilmenit (FeTiO3,), wolframit [(Fe,Mn) W04], kromit (FeCr204); atau juga mineral-mineral non-Fe yang dapat memberikan nilai tambah seperti : rutil (TiO2), kasiterit (Sn02), monasit [Ce,La,Nd, Th(P04, SiOd)], intan, emas (Au), Platinum (Pt), xenotime (YPO4),, zircon(ZrSiO4), dan lain-lain (Klein, 2013).
2.2 Pengolahan Bahan Galian
Pengolahan bahan galian (Mineral Dressing) adalah pengolahan mineral yang bertujuan untuk memisahkan mineral berharga dengan gangue-nya yang dapat dilakukan secara mekanis dengan memanfaatkan sifat fisik maupun sifak kimia dari mineral, sehingga menghasilkan konsentrat dan tailing. Dalam kegiatan pengolahan bahan galian dilakukan beberapa tahapan antara lain;
preparasi, konsentrasi, dewatering dan tahapan tambahan lainya yang diperlukan (Gupta & Yan, 2006).
Menurut Wills & Finch (2016), Salah satu tahapan dari pengolahan bahan galian yaitu konsentrasi, yaitu pemisahan antara mineral berharga dan mineral tak berharga. Pemisahan dilakukan berdasarkan perbedaan sifat fisik mineral antara lain:
1. Warna, bentuk kristal dan kilap, proses pemisahan dilakukan dengan tangan (hand picking)
2. Specific gravity (konsentrassi gravitasi) yaitu pemisahan berdasarkan berat jensinya.
3. Magnetic susceptibility yaitu pemisahan yang dilakukan berdasarkan sifat kemagnetan dari mineral, alat yang digunakan disebut magnetic-separator.
4. Conductivity, yaitu pemisahan yang dilakukan berdasarkan sifat konduktor dari mineral. Alat yang digunakan yaitu High tension Separator, dan menghasilkan mineral konduktor dan mineral non-konduktor.
5. Sifat permukaan mineral, yaitu dengan memanfaatkan sifat hidrophobik mineral atau kemampuan permukaan mineral berinteraksi dengan air.
Berdasarkan sifat ini mineral dibagi menjadi mineral yang dapat dibasahi dengan air dan mineral yang tidak dapat dibasahi dengan air. Alat yang digunakan dari pemisahan ini disebut dengan flotasi.
2.3 Konsentrasi gravitasi
Pemisahan mineral secara gravitasi didasarkan oleh adanya perbedaan Berat Jenis (Specific Gravity) antara mineral berharga dan mineral pengotor yang akan dipisahkan. Secara umum mineral berharga memiliki berat jenis yang lebih tinggi dibanding dengan mineral pengotornya. Pemisahan mineral secara gravitasi atau secara umum disebut konsentrasi gravitasi dilakukan dalam suatu medium fluida dengan menggunakan konsep dari perbedaan kecepatan pengendapan (Wills & Finch, 2016).
Menurut Gupta & Yan, (2006) berdasarkan dengan pergerakan fluida maka konsentrasi gravitasi dibagi menjadi:
1. Fluida horizontal, contoh: shaking table, spiral concentrator, sluice box.
2. Fluida Vertikal, contoh: jigging.
3. Fluida tenang, contoh: DMS (Dense Medium Separator)
Pemisahan pada konsentrasi gravitasi mengakibatkan perbedaan massa jenis pada mineral mineral sehingga terbagi menjadi kelompok mineral dengan massa jenis tinggi dan mineral dengan massa jenis rendah. Salah satu dari kelompok mineral ini akan menjadi konsentrat.
2.3.1 Kriteria Konsentrasi
Perhitungan kriteria konsentrasi digunakan untuk memperkirakan konsentrasi gravitasi dapat diterapkan untuk memisahkan mineral-mineral yang mempunyai berat jenis dengan perbedaan ukuran yang dapat dipakai.
Rumus kriteria konsentrasi yang dipakai adalah kriteria konsentrasi dari
Taggart yang dapat dirumuskan sebagai beriikut:
𝐾𝐾 =𝜌𝐵−𝜌′
𝜌𝑅−𝜌′ ………(1) Keterangan :
ρb = Berat jenis mineral berat (gram/cm3) ρR = Berat jenis mineral ringan (gram/cm3) ρ’ = Berat jenis media (gram/cm3)
Dari rumus diatas maka dapat dihasilkan pembagian kriteria konsentrasi sebagai berikut :
Tabel 1. Pembagian kriteria konsentrasi
Hasil KK Penerapan pemisahan
>2,5 /< -2,5 Pemisahan dapat dilakukan dengan berbagai ukuran hingga yang paling halus (200 mesh).
2,5 – 1,75 Pemisahan paling efektif sampai ukuran 100 mesh.
1,75- 1,5 Pemisahan paling mungkin dilakukan sampai ukuran 10 mesh.
1,5 -1,25 Pemisahan paling mungkin dilakukan sampai ukuran ¼ inchi .
<1,25 Proses relatif tidak mungkin, tetapi masih bias dengan modifikasi perbedaan gaya berat.
2.3.2 Parameter Konsentrasi Gravitasi
Material yang telah mengalami pemisahan terutama melalui konsentrasi gravitasi akan terpisah menjadi konsentrat dan tailing. Konsentrat adalah hasil dari pengolahan yang kaya akan mineral berharga dan ekonomis sedangkan tailing adalah produk hasil pengolahan yang terdiri dari mineral-mineral buangan (gangue mineral). Dalam proses konsentrasi ada mineral berharga yang akan terbuang ke tailing dan ada juga mineral pengotor yang masuk ke konsentrat. maka digunakan parameter seperti recovery, nisbah konsentrasi, rata rata konsentrasi dan kadar untuk evaluasi dari keberhasilan pengolahan yang dilakukan.(Ofori-Sarpong & Amankwah, 2011)
1. Kadar
Kadar mineral adalah persentase dari mineral berharga dalam konsentrat sehingga dapat menyatakan tingkat kemurnian mineral berharga atau unsur. Kadar dapat menunjukan rasio dari massa dari mineral berharga terhadap konsentrat. Kadar dapat menunjukan kemampuan pengolahan memisahkan mineral berharga dengan pengotor. Menurut Wills & Finch, (2016) Kadar dari suatu mineral dapat dinyatakan dengan rumus berikut:
𝑘 =𝑚
𝐾× 100% ……… (3) Keterangan :
k = kadar mineral (%)
m = massa mineral berharga (gram) K = Massa konsentrat (gram)
Selain itu metode yang umum dilakukan dalam perhitungan kadar suatu mineral yaitu dengan menggunakan metode grain counting analysis atau analisis perhitungan ukuran butir dengan membandingkan persen volume suatu mineral tertentu terhadap mineral secara keseluruhan. Analisia
perhitungan ini umumnya digunakan untuk mendeteksi mineral-mineral pengotor yang memiliki densitas lebih kecil dibandingkan dengan mineral logam. Perhitungan grain counting ini menggunakan alat mikroskop yaitu dengan menghitung butiran dari mineral logam dan jumlah butiran mineral yang ditebar pada area-area berbentuk bujur sangkar yang memiliki luas yang sama (5 kotak atau 3 kotak) serta tersusun secara dioagonal (gambar 1). Metode dengan menggunakan 5 kotak untuk ukuran butir yang lebih besar dan 3 kotak untuk ukuran yang kecil. Sebelum dilakukan perhitungan butiran maka akan dilakukan terlebih dahulu pemisahan sampel dengan menggunakan metode coning dan quartering untuk memisahkan sampel hingga 1 gram (Ludiansyah, 2018).
Gambar. 2 Kotak Perhitungan GCA
Perhitungan grain counting dapat di rumuskan sebagai berikut:
𝑘 =
𝑛𝐴 ×𝜌𝐴(𝑛𝐴 ×𝜌𝐴)+(𝑛𝐵 ×𝜌𝐵)
× 100%
……… (4) Keterangan :k = Kadar mineral berharga dalam konsentrat (%) nA = Jumlah butir mineral A
ρA = Berat Jenis mineral A (gram/ cm3) nB = Jumlah butir mineral B
ρB = Berat Jenis mineral B (gram/ cm3)
2. Recovery
Recovery menunjukan besaran mineral berharga yang terdapat dalam umpan (feed) yang masuk dalam konsentrat. Recovery pengolahan adalah rasio atau perbandingan massa mineral berharga yang yang terdapat dalam konsentrat terhadap massa mineral berharga dalam umpan. Maka nilai recovery menunjukan effisiensi dari pemisahan. Recovery dari pengolahan dapat di rumuskan sebagai berikut:
𝑅 = (𝐾.𝑘
𝐹.𝑓) × 100% ……… (5) Gambar. 1 Kotak Perhitungan GCA Gambar 1. Kotak Perhitungan GCA
Keterangan :
R = Recovery (%)
K = Massa Konsentrat (gram)
k = Kadar mineral berharga dalam konsentrat (%) F = Massa umpan (feed) (gram)
f = Kadar mineral berharga dalam umpan (feed) (%)
3. Nisbah konsentrasi Pengolahan (Ratio of Concentration)
Nisbah konsentrasi menunjukan besaran dari banyaknya umpan atau feed yang diperlukan untuk mendapatkan 1 bagian konsentrat. Nisbah konsentrasi ditunjukan oleh perbandingan massa antara massa umpan terhadap massa konsentrat. Rumus nisbah konsentrasi menurut dapat ditunjukan secara empiris sebagai berikut:
𝐶𝑅 = 𝐹
𝐾× 100% ……… (6) Keterangan:
CR = Nisbah konsentrasi pengolahan (%) F = Massa Umpan (gram)
K = Massa Konsentrat (gram) 4. Debit
Debit adalah sejumlah besar volume air yang termasuk di dalamnya juga sedimen padatan, mineral terlarut dan bahan biologis lainya yang mengalir secara bersama melalui luas penampang tertentu. Sedangkan yang dimaksud dengan debit air yaitu besaran atau ukuran banyaknya volume air persatuan waktu yang melewati tempat atau yang dapat ditampung dalam suatu tempat.
(Suharno , 2019)
Rumus debit air dapat dinyatakan sebagai berikut:
𝑄 =𝑣𝑡 ……… (9) Keterangan :
Q = Debit air (liter/menit) v = Volume air (liter) t = Waktu (menit)
Menurut Saputra, (2019)pompa memiliki besaran debit air tertentu tergantung dengan kecepatan air yang dihasilkan, dan luas penampang dari pipa yang akan digunakan. Maka dapat debit air pada pompa dapat di rumuskan sebagai berikut;
𝑄 = 𝑉 × 𝐴 ……… (10) Keterangan :
Q = Debit air (liter/menit) V = Kecepatan air (m/s) A = Luas Penampang pipa (m2)
Menurut Okiishi & Rothmayer( n.d.) aliran air pada alat Sluice box sangat berhubungan erat dentgan fluida dinamis. Fluida dinamis ini akan sangat berhubungan langsung dengan konsep hukum Bernouli. Hukum Bernouli menyatakan bahwa perubahan pada tekanan energi kinetk dan energi potensial pada setiap sisi aliran bersifat, sehingga dapat dirumuskan menjadi:
𝑃1+1
2𝜌𝑣12+ 𝜌𝑔ℎ1= 𝑃2+1
2𝜌𝑣22+ 𝜌𝑔ℎ………(11) Keterangan :
P1 = tekanan air masuk P2 = tekanan air keluar
h1 = ketinggian aliran air yang masuk h2 = ketinggian aliran air yang keluar v1 = Kecepatan aliran yang masuk v2 = Kecepatan aliran yang keluar
ρ = massa jenis fluida (air = 1000 Kg/m3 g = Percepatan gravitasi (9,8 m2/s) 2.4 Sluice box
Sluice box merupakan alat pengolahan bahan galian yang termasuk kedalam konsentrasi gravitasi yang umumnya digunakan untuk pemisahan mineral berat pada endapan alluvial. Sluice box pada umumnya adalah tempat cuci memiliki penampang persegi panjang dan bak miring dengan ukuran panjang 1-2 m lebar 0,3-0,5 meter dan tinggi 0,2-0,3 m serta kemiringan 5-15 derajat. Umpan dimasukan kedalam alat dan selanjutnya mineral dengan massa jenis yang tinggi akan tersangkut pada riffle di Sluice box (Stewart &
Ramsay, 1993).
Menurut Weishaupt & Jacobson, (2016) untuk mencapai recovery yang diinginkan maka suatu alat pemisahan memerlukan parameter penunjang untuk perolehan yang optimal. parameter dari alat Sluice box antara lain:
1. Dimensi dan bahan
Dimensi pada sluice box menunjukan seberapa kuat alat dapat menampung bahan galian yang akan dipisahkan/diolah. Semakin besar dimensi dari alat yang digunakan maka semakin kuat alat akan menampung material bahan galian yang dimasukan.
2. Riffle
Riffle berguna sebagai penahan bahan galian dan sebagai tempat terjadinya pemisahan pada sluice box. Secara umum ada 2 jenis riffle yang digunakan, yaitu American riffle yang berbentuk plat lurus dengan kemiringan sekian derajat, selanjutnya adalah Hungarian riffle yang merupakan riffle dengan bentuk L yang menempel lansung ke alat.(Kun Suharno 1, Catur Pramono2, Sigit Mujiarto 3, 2019)
3. Kemiringan
Kemiringan merupakan parameter dasar yang dapat mempengaruhi langsung laju air dan material. Semakin miring alat maka laju air pada alat akan semakin cepat. Hal ini mengakibatkan material tidak tertahan dan akan terbawa oleh laju air apabila tidak diimbangi dengan jenis tinggi dan bentuk dari riffle yang digunakan. Sedangkan apabila kemiringan terlalu datar maka laju air akan melambat sehingga material akan banyak mengendap.
4. Debit air
Debit air pada alat berperan seiringan dengan kemiringan. Debit air yang terlalu besar mengakibatkan material akan mudah terbawa melewati riffle.
Sebaliknya debit air yang terlalu kecil mengakibatkan bahan galian beserta tailing juga ikut terendapkan.
5. Jenis karpet
Saringan atau karpet berfungsi untuk menangkap bahan galian. Karpet yang biasa digunakan adalah atau karpet kasar yang mampu menangkap bahan galian dengan ukuran butir yang lebih kasar seperti emas, selain itu ada miner moss atau karpet halus yang mampu menangkap bahan galian dengan ukuran butir yang lebih halus.
2.5 Hasil Penelitian Sebelumnya
Terdapat beberapa penelitian serupa yang telah dilakukan sebelumnya dengan hasil yang bervariatif, antara lain:
1. Chang & Pitulima, (2020) Melakukan penelitian mengenai pengaruh Riffle dan kemiringan Underflow Sluice box terhadap optimalisasi pemisahan bijih pasir besi skala laboratorium. Penelitian menggunakan Underflow Sluice box dengan Panjang 66,8 cmlebar 30,48 cm dan tinggi 15,24 cm. Penelitian menggunakan parameter kemiringan alat dengan 3 variasi kemiringan yaitu 00 ,30, dan, 50 serta menggunakan parameter posisi underflow reiffles yaitu 0,5 cm, 1 cm dan 1,5 cm dan disesuaikan dengan kecepatan aliran air dalam setiap percobaan. Dari hasil percobaan yang telah dilakukan, didapatkan hasil dengan recovery dan kadar tertinggi yaitu mencapai 97,83 persen recovery dan kadar Sn mencapai 44,61 persen yaitu pada posisi underflow 1,5 cm dan kemiringan alat 50. Nilai kadar Sn dan Recovery dari hasil
penelitian menunjukan semakin besar kemiringan maka akan semakin besar kadar konsentrat Sn yang dihasilkan dan recovery menjadi besar atau kecil berdasarkan perolehan berat kering konsnetrat terhadap kadar Sn konsentrat. Ini disebabkan karena tingginya feed yang hilang dan menjadi tailing pada saat pencucian sehingga banyaknya konsentrat yang dihasilkan akan semakin sedikit dan kadar Sn yang meningkat. Hal ini dikarenakan semakin miring alat maka akan mempengaruhi kecepatan aliran air pada alat sehingga aliaran air mampu mengalirkan mineral ikutan dan juga mengakibatkan mineral utama pasir besi juga akan ikut.
2. Setiawan (2019) Melakukan penelitian mengenai pengaruh kecepatan aliran dan debit aliran pada alat secondary lobby box skala laboratorium untuk meningkatkan perolehan konsentrat bijih pasir besi dalam tailing. Penelitian menggunakan alat secondary lobby box yaitu salah satu alat konsentrasi gravitasi dengan menggunakan media air dan memafaatkan perbedaan berat jenis material dalam penggunaannya. Dimensi alat yang digunakan yaitu tinggi 17 cm lebar 15 cm dan tinggi 35 cm. Penelitian menggunakan perbedaan level kedudukan kran yang berbeda untuk menciptakan debit alir yang berbeda. Perbedaan level kedudukan kran (level 1 s/d level 6) ini dibedakan dengan sudut partisi yang terbentuk dalam kran. Semakin tinggi level kedudukan kran maka semakin besar debit alir yang terbentuk. Dari hasil penelitian didapatkan bahwa kedudukan kran level 1 (150) dengan debit air yang terbentuk 20,5 liter memperoleh berat konsentrat paling banyak yaitu 1,51 kg sedangkan berat konsentrat paling sedikit yaitu 0,52 kg didapat pada kedudukan kran level 6 dengan debit alir 41 lite permenit.
Dapat disimpulkan bahwa semakin besar debit aliran air maka berat konsentrat yang didapatkan akan semakin sedikit. Pada perolehan kadar konsentrat dan recovery pada kedudukan kran level 1 memiliki kadar konsentrat paling rendah (1,19%) sedangklan memiliki nilai recovery paling tinggi (76%). Berbanding terbalik pada keduduakn kran level 6 yang memiliki kadar konsentrat paling tinggi (2,26 %) sedangkan memiliki nilai recovery yang rendah (50%).
3. Ludiansyah, dkk (2018) melakukan penelitian tentang rancangan sluice box berdasarkan kemiringan dan ukuran butir guna memperoleh nilai recovery optimal pada hematit (Fe2O3). Alat yang digunakan adalah sluice box dengan dimensi 6m x 2 m dengan mempertimbangkan parameter kemiringan alat dan jenis riffle. Dari hasil penelitiannya, diketahui bahwa kemiringan dari sluice box sangat berpengaruh terhadap nilai recovery. Hasil nilai recovery lebih optimal pada kemiringan sluice box 5° yaitu hampir mencapai 70%
dibandingkan pada kemiringan 8° yang hanya mencapai 40 persen. Hal ini mengindikasikan semakin kecil kemiringan maka konsentrat akan banyak mengendap diikuti oleh tailingnya, namun apabila kemiringan terlalu tinggi maka konsentrat dan tailing juga akan akan ikut terbawa oleh arus aliran sehingga ikut terbuang.
4. Alabi & Gbadamosi, (2021)melakukan penelitian mengenai kemiringan Sluice box potensial agar dapat menghasilkan kadar dan recovery tertinggi pada emas Birnin-Gwari, Nigeria. Penelitian ini menggunakan sampel pasir emas yang di dapatkan pada pertambangan emas Birnin-Gwari, di negara bagian Kaduna, Nigeria dengan sampel homogen mencapai 100kg. Sudut kemiringan alat yang digunakan yaitu 100, 200, 300, 400, 500, dan 600. Dari hasil penelitian ditunjukan konsentrat paling banyak dihasilkan pada kemiringan 100 dengan massa mencapai 21,7 gr dan perolehan recovery 92,46% dan kadar konsentrat 43,20 ppm, sedangkan pada kemiringan 400 memperoleh kadar konsentrat paling tinggi yaitu 71,37 ppm dan massa konsentrat yang diperoleh 9,7 gr. Ini menunjukan bahwa pada kemiringan 100 emas memiliki mineral pengotor yang lebih banyak. Sedangkan konsentrat emas yang memiliki kualitas yang lebih baik di dapatkan pada kemiringan alat 400 ditunjukan dengan kadar mineral yang lebih tinggi. Ini dikarenakan bahwa emas yang terkandung pada pasir emas yang dilakukan proses pencucian pada sudut kemiringan 400 mencapai batas kritis kemiringan untuk memperoleh kualitas yang lebih tinggi melalui aliran air untunk memingkinkan pemisahan dan perpindahan konsentrat.
5. Rumbino & Krisnasiwi, (2019) melakukan penelitian mengenai recovery konsentrat pasir besi menggunakan alat sluice box. Dari hasil penelitian didapatkan bahwa kemiringan sluice box akan mempengaruhi nilai recovery dan konsentrat. Semakin miring alat maka nilai recovery akan semakin menurun namun proses pemisahan yang terjadi lebih baik dibandingkan dengan kemiringan 50. Penambahan kemiringan 100 meningkatkan perolehan ratio kensentrasi hingga 63 % namun menurunkan nilai recovery.
Ini menunjukan bahwa konsentrat yang diperoleh semakin sedikit namun memiliki nilai kadar yang meningkat.
