PENDAHULUAN PENYIAP AN UMP AN GRAFITISASI DENGAN METODA GRANULASI BERTAHAP ABSTRAK ABSTRACT 278 ISSN

278 ISSN 0216 - 3128

PENYIAP AN UMP AN GRAFITISASI

DENGAN METODA GRANULASI BERTAHAP

Tundjung Indrati Y., Sudaryadi

Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan - BATAN

ABSTRAK

Tuncijung Indrati Y., Sudaryadi

PENYIAPAN UMPAN GRAFITISASI DENGAN METODA GRANULASI BERTAHAP Penyiapan umpan untuk grajitisasi dengan metoda granulasi bertahap telah dilakukan. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk memperoleh umpan yang berupa pellet dari serbuk hasil granulasi pada kondisi optimal untuk grajitisasi I. Metoda granulasi bertahap adalah suatu proses untuk memperoleh serbuk dari pellet Calcine Coke dan Tar Pitch yang dipanaskan pada suhu panggang 900 DCdan diatasnya yaitu IIO(fC dan 1300 DC. Parameter yang akan dipelajari selain perlakuan suhu adalah tekanan kompaksi, dan penambahan binder. Berdasarkan dari hasil penelitian maka suhu penyiapan umpan paling baik dengan perlakuan pemanasan dan granulasi 2 tahap yaitu 900 DC dan 1100 DC. Untuk serb uk granulasi hasil pemanggangan pellet 900 DC dikompaksi pada 25KN, perbandingan dimensi UD = 0,5 dan binder sukrosa 0,5%berat. Pellet hasil granulasi tahap pemanggangan 900 DC ini kemudian dipanaskan sampai 1100 DC dan setelah dingin digranulasi serta dibentuk pellet lagi Kompaksi dilakukan pada 25 KN, perbandingan dimensi UD =0,5 dan binder sukrosa 0,5%berat. Pellet tersebut dipanaskan sampai 1500 DC sehingga berat jenis pellet umpan grajitisasi yang diperoleh 1,68 glcm3 dengan tahanan jenis 6.800

il.J.111I. Ini lebih baik dibandingkan dengan penyiapan umpan tanpa granulasi.

ABSTRACT

GRAFITITATION FEED PREPARATION USE STEPPING GRANULATION METHODE. The feed preparationfor grajititation by stepping granulation methode have been done. The propose of this research is to get grafltitationfedding as pellet from optimal condition granulated powder. The stepping granulation methode is a process to get powder from mix pawder of Calcine Coke and Tar Pitch pellets those were heated at 900 DC, 1100 DCand 1300 DC. Beside the temperature there were studied compaction condition and binder as parameters. Based on the research, there were 2 steps heatings and granulations. The best compaction pellet was25KN with UD =0,5 and binder 0,5%for granulated powder that was gotten from backing 900 DC. This pellet was heated at 1100 DCand than it was granulated. The best compaction pellet at the second step was25KN with UD =0,5 and binder 0,5 %for granulated powder that was gottenfrom heating 1100 DC.The second step pellet was heated at 1500 DCand it has 1,68 glcm3 and 6.800 il.J.111I. It is better than ungranulated pellet as grajititationjeeding.

PENDAHULUAN

Grafit

moderatordalam danindustrimatriknuklirbahandigunakanbakar sebagaireaktor nuklir. Grafit yang digunakan dalam industri nuklir menuntut kemurnian lebih tinggi dibandingkan dengan industri non nuklir. Namun demikian penggunaan grafit dalam industri pada umumnya sama sarna menuntut kemurnian yang tinggi. Untuk itulah grafit yang diperoleh dari campuran serbuk qgIcJn~Coke dan Tar Pitch perlu dipanaskan secara bertahap. sehingga ~memerlukan berbagai macam tungku dari tungku suhu rendah 1000 DC, tungku suhu sedang 1500 °c dan tungku suhu tinggi. 3000 dc. Tahapan proses tersebut adalah pemanggangan 900°C, grafitisasi 1sekitar 1800 °c dan grafitisasi [I sampai 3000 dc. Fenomena dasar yang mendukung dalam proses pembuatan grafit

adalah difusi atom karena adanya gradient panas.

Adanya difusi ini maka terjadi penataan atom dan sekaligus pemurnian bahan. Yang dimaksud dengan penataan atom disini adalah terjadinya perubahan struktur kristal atom dari turbostatik menjadi rhombohedral dan terakhir menjadi hexagonal.

_Pemumian

--

ini juga terjadi karena beberapa bahan volatile akan melepaskan diri dari bahan baku tersebut dan demikian juga dengan bahan pengotor

lainnya. Teknologi pembuatan grafit mempunyai beberapa kiat untuk menunjang fenomena dasar difusi atom ini lebih potensial maka dibuatlah pada tahap tertentu bahan bakunya berupa kompakan.

Adanya bentuk Jsm!1pakan berupa pellet maka terjadi pula fenomena densifikasi yang terukur adanya perubahan dimensi Potensi lain yang perlu diperhatikan adalah adanya zat aditif baik SiOz

Prosiding PPI - PDIPTN 2007 Pustek Akselerator dan Proses Bahan· BATAN

Yogyakarta, 10 Jufi 2007

Tundjungfndrati Y.,Sudaryadi ISSN 0216 - 3128 279

Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah alat kompaksi digunakan untuk membuat kompakan serbuk yang disebut pellet, alat penghancur pellet hasil panggang (crusher), tungku pemanggangan, 900°C untuk membuat umpan grafitisasi , alat timbangan dan alat ukur demensi bahan pengikat harus memenuhi syarat sebagai berikut: mengurangi sifat sliding (licin) dari permukaan serbuk yang akan dikompakkan, tidak bereaksi dengan bahan baku dan mempunyai titik leleh pada suhu rendah jauh dari suhu proses utama ( 6,7) .

Kecuali hal tersebut diatas maka parameter yang berpengaruh untuk membentuk kompakan adalah jenis alat kompaksi, LID kompakan dan besamya tekanan kompaksi.

Ada dua jenis alat kompaksi yaitu single action dan double action. Jenis single action rentang harga LID nya lebih rendah dibandingkan dengan rentang harga LID untuk alat kompaksi double action. Hal ini berkaitan dengan keberhasilan kompakan yang ditinjau dari distribusi merata nilai densitasnya atau daya kompakan disetiap titik pada hasil kompakan (pellet). Dengan harga LID sarna misalnya 1 maka pellet yang dihasilkan dengan single action akan lebih jelek dibandingkan dengan pellet yang dihasilkan dengan double action. Besamya tekanan kompaksi berpengaruh pada berat jenis hasil kompakan (pellet). Semakin besar tekanan maka berat jenis pellet akan semakin tinggi sampai berat jenis pellet tetap walaupun tekanan d~ompakkal!i 6,7).

Keberhasilan hasil kompakan~ (pellet) dapat dilihat secara visual langs~etika kompakan tersebut terjadi dan beberapa saat setelah proses kompaksi selesai. Kegagalan secara langsung hasil kompakan terlihat adanya retak, relaksasi atau terkikis dipinggir pellet, sebaliknya apabila kompaksi berhasil maka pellet akan berbentuk utuh.

Kegagalan dapat pula terjadi setelah pellet dipanaskan pada suhu tertentu. Pellet tersebut bias retak atau mengalami densifikasi dan ~ng terlalu drastis dengan memberikan data kenaikan atau penurunan berat jenis yang banyak walaupun pellet terlihat utuh. Oleh sebab itu uji keberhasilan pembentukan pellet dilakukan dengan dua hal tersebut (7).

maupun FezOJ untuk mempertinggi gerak atom sehingga proses grafitisasi, pemurnian dan densifikasi akan lebih cepat terjadiCC2:3)-:--

Tungku Busur Listrik (TBL) yang diprediksi dapat beroperasi sampai 1800 °C dapat digunakan untuk proses grafitisasi. Adanya ketersediaan tungku tersebut maka mencermati pengoptimalan umpan sangat diperlukan karena adanya keterbatasan sarana suhu tinggi. Untuk memaksimalkan potensi yang ada dalam bahan baku metoda granulasi bertahap pada sekitar suhu panggang perlu dilakukan. Satu kiat lagi untuk memaksimalkan kondisi umpan lebih cermat yaitu dengan metoda granulasi bertahap. Penyiapan umpan yang demikiam tersebut mempunyai alasan yaitu memaksimalkan terusirnya beberapa pengotor yang dapat lolos pada suhu penyiapan umpan yaitu disekitar suhu panggang (900°C - 1300

0q.

Pellet yang dipanaskan pada suhu panggang akan mengalami granulasi atau dihancurkan lagi untuk membentuk kompakan sebagai umpan grafitisasi. Serbuk yang diperoleh dari granulasi akan mempunyai sifat free-flowing nya lebih tinggi dibandingkan dengan serb uk umpan Calcine Coke dan Tar Pitch. Serbuk yang free flowingnya lebih tinggi akan makin sulit untuk dikompakkan sehingga diperlukan suatu binder.

Disisi lain binder yang ditambahkan tidak terlalu banyak karena hal ini akan menyebabkan kegagalan dalam keberhasilan pembentukan pellet terutama dalam densifikasinya. Atas dasar tersebut maka dalam kertas kerja ini bertujuan untuk membuat umpan grafitisasi 1 dengan metoda granulasi bertahap dengan parameter mampu alir serbuk, binder sucrose dan besarnya tekanan kompaksi Keberhasilan penelitian berdasarkan dari data hasil uji dingin pellet dan uji pemanasan sampai suhu 1500 °C sekaligus sebagai tahapan penyiapan urnpan dengan metoda granulasi bertahap (3,4,5,6).

TEORI

Kemampuan alir atau free flowing akan ditunjukkan adanya harga kecepatan alir untuk mengisi suatu tempat tertentu dengan waktu tertentu. Makin tinggi free flowingnya maka akan semakin cepat waktu alirnya. Namun demikian bila serbuk terse but diberi tekanan maka kemampuan membentuk kompakan akan rendah dan ini akan ditunjukkan dengan adanya serbuk tersebut tidak dapat menjadi kompakan atau serbuk mengalami efek relaksasi. Untuk mencegah kegagalan tersebut maka diperlukan suatu bahan pengikat (binder) yang harus dipertimbangkan untuk keberhasilan proses selanjutnya. Menurut beberapa pustaka

TAT A KERJA Bahan

Calcine Coke dan Tar Pitch dari Dumai, SiO;,-sucrosa

Alat

Aditif

-

Prosiding PPI - PDIPTN 2007 Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BAT AN

Yogyakarta, 10 Juri 2007

280 ISSN 0216 - 3128 Tundjung Indrati Y., Sudaryadi serta Tungku Suhu Sedang 1500 °C. Ohmmeter

dan alat timbang serta alat ukur nanometer.

Cara Kerja

Tahapan pelaksanaan penelitian pengaruh media grafitisasi I terhadap grafit dilakukan sesuai dengan Gambar 1 yang merupakan blok diagram penelitian.

Gambar 1 : B10k Diagram Penelitian Penyiapan Umpan Grafitisasi Menggunakan Metoda Granulasi Bertahap Uraian penelitiannya sebagai berikut :

1. Serbuk Calcine Coke - CC (62 %) & Tar Pitch-TP (38%) dicampur hingga homogen .Tambahkan SiOz 0,5 % dari campuran serbuk diatas.

2. Buat pellet seberat 0,75 g dengan tekanan kompaksi 25 KN sehingga diperoleh pellet yang berukuran 10 mm untuk diameter dan panjang 6-7 mm.

3. Pellet terse but dipanggang sampai suhu 900

°C, setelah dingin ditimbang, diukur dimensinya dan diukur tahanannya.

4. Pellet dihancurkan dengan mesin crusher.

Sebagian serbuk dicampur dengan berbagai variasi berat binder sucrose 0 %,0,25 %, 0,5

%, 0,75 % dan 1 %. Serbuk campuran ini kemudian dipanaskan sampai 11OO°C. Setelah pellet dingin di evaluasi keberhasilan pembentukan pellet untuk menentukan jumlah binder yang optimal.

5. Serbuk sisa kemudian ditambah sucrose dengan jum1ah tertentu yaitu jumlah optimal dari kegiatan langkah ke 5, kemudian dibuat pellet.

6. Pellet tersebut sebagian dipanaskan sampai suhu 1100 °C dan sebagian dipanaskan sampai

13000c.

7. Pellet hasil pemanasan 1100 °C diukur berat jenis dan tahanan jenisnya. Sebagian dievaluasi sebagai keberhasilan Sebagian di crushing kemudian ditambah dengan jumlah sllcrose tertentu dan dibuat pellet lagi untuk dipanaskan sampai 15000c.

8. Pellet hasil pemanasan 1300 °C di crushing menjadi serb uk kemudian serbuknya di tambah dengan sucrose dengan berat tertentu.

Serbuk campuran dibuat. pellet kemudian dipanaskan bersama sarna dengan pellet point 8 sampai 1500 °C.

9. Pellet hasil pemanasan 1500 °C data karakterisasinya dapat digunakan untuk menentukan kondisi paling baik penyiapan umpan grafitisasi dengan metoda granu1asi bertahap.

HASIL DAN PEMBAHASAN

1. Penentuan Jumlah Sucrose a. Uji dingin

Tabel 1 berisi data pengaruh penambahan sucrose dan tekanan kompaksi terhadap pellet dari serb uk granulasi tahap pemanggangan 900°C.

Berdasarkan hasil uji dingin temyata serbuk hasil granulasi tahap 900°C tidak dapat langsung dibentuk pellet karena serbuk terse but permukaannya lebih licin dan terlihat bahwa mampu alir serb uk mentah lebih rendah dibandingkan serb uk hasil granulasi tahap pemanggangan.

Prosiding PPI - PDIPTN 2007 Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN

Yogyakarta, 10 Juli 2007

Tundjung Indrati Y., Sudaryadi ISSN 0216 - 3128 281 Tabel3: Data Uji Dingin Pellet Dari Serbuk Hasil Granulasi Tahap Pemanasan 1100 °c dan

Pemanasan 1300 °c

• Sucrose: 0,5 % berat

• LID : 0,5

• Alat kompaksi single action PelletserbukgranulasidariPellethasiltahapdari serbuk hasil granulasitahap

pemanasan 1100 °c

pemanasan 1300 °c Mampu alir serbuk : 5,48 g/menit

Mampu alir serbuk : 7,2 g /menit

Tekanan,

Berat ThnnKeteranganNo TekaBeratThnnKeteranganJe- Je-

No KNnis glcrn'Jenis,n·1Inis,n·llrnjenis nan,

g/crn'

rnXIOJ X 10' KN

1

20_terkikis1- - 20- Tidak terjadi- kompakan

2

25 1,53 13,55Pellet utuh2

25 terkikis

1,54 13,55- -

1,54

13,50 3

30 1,55 13,45Pellet3 30 1,5613,420-

1,56 13,45utuh-13.400 1,56

1,56 13,45_terkikis- -

Berdasarkan data pada Tabel 3 terlihat bahwa serb uk yang digranulasi pada tahap pemanasan 1100 DCberhasil pada kompaksi 25 KN dan 30 KN sedangkan pembentukan pellet dengan kompaksi 20 KN tidak berhasil. Hal ini disebabkan sifat serbuk yang mampu alimya semakin besar yaitu 5,48 glmenit sehingga binder sebanyak 0,5 % tidak eukup mampu berfungsi sebagai pengikat. Apabila tekanan kompaksi diperbesar maka pellet yang terbentuk memberikan harga berat jenis rata rata terukur 1,536 glem3 dan tahanan jenis rata rata 13.534 n.l!m terkikis. Oleh karena pada kompaksi 30 KN pellet yang dihasilkan berat jenisnya tidak jauh berbeda dengan pellet yang dibentuk dengan kompaksi 25 KN maka tekanan kompaksi yang baik adalah 25 KN.

Serbuk hasil granulasi tahap pemanasan 1300 DCmempunyai mampu alir 7,2 glmenit. Oleh karena mampu alir serbuk yang relative tinggi maka pembentukan kompakan akan lebih suIit. Hal ini terlihat dari data pada Tabel 3 dimana dengan tekanan yang tinggi keberhasilannya hanya 60 %.

Berat yang diperoleh 1,56 dan tahanan jenis 13.410 n./lm. Data ini tidak berbeda jauh dengan penyiapan umpan grafitisasi dengan granulasi tahap pemanasan 1100 DC.

b. Uji Pemanasan 1500 °c

Tabel 4 berisi data uji pemanasan 1500 DC pellet yang dibuat dari serb uk hasil granulasi tahap pemanggangan 900 DC, pemanasan 1100 DC dan

1300DC.

Tabel4 : Data Uji Panas Pellet Hasil Granulasi Tahap Pemanggangan 900°C, Pemanasan 1100 °c dan 1300°C.

• Alat Kompaksi : singgle action (25 KN)

• LID : 0,5

• Sucrose : 0,5%berat No Pellet dari serbuk hasilranulasiHasi] Uii Pemanasan 1500 DC

Granulasi tahap

Berat Je-

TahananJe- Berat Tahanan Keterangan nis,g/em3

Jenis ftl1mnis,g/em3 Jenis a.l1m 1

Pemanggangan, 14.6001,68 1,5 7.427

Data ini harnpir sarna

900 DC

14.5901,67 1,5 7.500

dengan data penelitian

2,5

14.6101,67 7.600

terdahulu (8)

Pemanasan ,

13.3501,68 1,54 6.800

Pernbentukanpellet

2 1100 DC^{berhas iI}6.75013.5001,68 1,55

],56

13.5101,69 6.800 3

Pemanasan

Pellet terkikis sehingga

1300 DC

- - -

tidak - dapatdikarak- terisasi

Prosiding PPI - PDIPTN 2007 Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN

Yogyakarta, 10 Juli 2007

-

282 ISSN 0216-3128 Tundjung lndrati Y., Sudaryadi Berdasarkan data Tabel 4 ternyata pellet

yang dibentuk dengan serbuk granulasi tahap pemanasan ·1300 °c tidak memberikan pellet yang baik untuk umpan proses grafitisasi. Hal ini dimungkinkan karena pembentukan pellet serbuk awal (data di Tabel 3) sudah tidak baik.

Kemungkinan lain perekatnya kurang sehingga serbuk yang mampu alirnya besar kekuatan kompaksinya disetiap titik kontak partikel tidak sekokoh bila perekatnya ditambah.

Perbedaan yang cukup berarti adalah penyiapan umpan grafitisasi dari pellet yang dibentuk serbuk hasil granulasi tahap pemanggangan dan pemanasan I 100°C. Dugaan untuk memperingan beban digrafitisasi dengan adanya penyiapan umpan granulasi memberikan hasil yang baik. Hal ini terlihat adanya data tahanan jenis yang berbeda. Umpan grafitisasi pellet dari serb uk pemanasan 1100 °c mempunyai tahanan jenis 6.800 Df.lm yang ternyata lebih rendah dibandingkan dengan tahanan jenis pellet dari serbuk granulasi tahap pemanggangan. Disisi I;ain berat jenis dari dua jenis pellet tersebut tidak terlalu berbeda.

KESIMPULAN

Kesimpulan dari penelitian penyiapan umpan grafitisasi dengan metoda granulasi bertahap adalah sebagai berikut.

I. Serbuk hasil granulasi mempunyai mampu alir meningkat dengan tahapan pemanasan pellet yang digranulasi.

2. Penyiapan umpan pellet untuk proses grafitisasi menggunakan metoda granulasi bertahap paling baik adalah 2 tahap. Tahap pertama pellet hasil pemanggangan digranulasi kemudian dibuat pellet. Pellet dipanaskan sampai 1100 °c kemudian dibuat pellet lagi.

3. Pada uji dingin dan panas sampai 1500 °c memberikan data tahanan jenis rendah untuk umpan grafitisasi yaitu 6.800D.f.lm.

DAFTAR PUSTAKA

I. BENJAMIN M.MA, Nuclear Reactor Materials and Application, Van Nostrand Reinhold, Co, New York, 1982.

2. FUKUDA, Research and Development HTGR fuel at JAERI, Proceding IAES, Nov 1989.

3. VOHLER,

0

STURM FV, WEGE E, Artificial Graphite, Ullman Encyclopedia ofIndustrial Chemestry, 1990.

4 , Air Products Indonesia,

Bisnis Anda, Electric Arc Furnace,

http:/www.air products,

co.id/ind/metaIs/production welding Casting, htm, 2003.

5. TUNDJUNG INDRATI Y, Evaluasi Kemampuan Tungku Busur Listrik Untuk Grafitisasi Pellet Hasil Panggang, Proseding Seminar Penelitian dan Pengelolaan Perangkat Nuklir, ISSN, September 2006.

6. SANDS AND SHEAKSPEARE, Powder Metallurgy Landon, 1986.

7. GOETZEL C, Tretise of Powder Metallurgy, Interscience Publishing Co, New York, 1950

8. TUNDJUNG INDRA TI, Pengaruh granulasi serb uk terhadap karakterisasi pellet grafit, Laporan Tahunan 2005.

TANYAJAWAB

Wisyachudin F.

• Bagaimana pengaruhnya apabila suhu pemanggangan lebih dari I 300°C ?

Tunjung Indrati Y.

}> Untuk penerapan granulasi bertahap hal ini

tidak perlu sampai diatas suhu I 300°C.

Alasannya karena akan diperoleh serb uk yang mampu alirnya lebih tinggi dari 7,2 g/menit.

Serbuk dengan mampu alir yang tinggi akan lebih sulit dikompaksi karena licin. Seandainya berhasil binder terlalu banyak sehingga ketika digrafitisasi akan gagal sebab titik kontaknya yang terjadi titik kontak semu.

Prosiding PPI - PDIPTN 2007 Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BAT AN

Yogyakarta, 10 Juli 2007