KUALITAS BATUBARA
A. Batubara
Batubara adalah salah satu bahan bakar fosil yang terbentuk dari endapan, batuan organik yang terutama terdiri dari karbon, hidrogen dan oksigen. Batubara terbentuk dari tumbuhan yang telah terkonsolidasi antara strata batuan lainnya dan diubah oleh kombinasi pengaruh tekanan dan panas selama jutaan tahun sehingga membentuk lapisan batubara.
Proses Pembentukan batubara itu sendiri dimulai sejak zaman batubara pertama (Carboniferous Period/Periode Pembentukan Karbon atau Batubara), yang berlangsung antara 360 juta sampai 290 juta tahun yang lalu.
Mutu dari setiap endapan batu bara ditentukan oleh suhu dan tekanan serta lama waktu pembentukan, yang disebut sebagai ‘maturitas organik’. Proses awalnya gambut berubah menjadi lignite (batubara muda) atau ‘brown coal (batubara coklat)’ – Ini adalah batubara dengan jenis maturitas organik rendah. Dibandingkan dengan batubara jenis lainnya, batubara muda agak lembut dan warnanya bervariasi dari hitam pekat sampai kecoklat-coklatan. Akibat pengaruh suhu dan tekanan yang terus menerus selama jutaan tahun, batubara muda mengalami perubahan yang secara bertahap menambah maturitas organiknya dan mengubah batubara muda menjadi batubara ‘sub-bitumen’. Perubahan kimiawi dan fisika terus berlangsung hingga batubara menjadi lebih keras dan warnanya lebih hitam dan membentuk ‘bitumen’ atau ‘antrasit’. Dalam kondisi yang tepat, peningkatan maturitas organik yang semakin tinggi terus berlangsung hingga membentuk antrasit.
B. Jenis - Jenis Batubara
Berdasarkan tingkat proses pembentukan yg dikontrol oleh tekanan, panas dan waktu, batu bara umumnya dibagi dalam lima kelas:
1. Antrasit adalah kelas batu bara tertinggi, dengan warna hitam berkilauwan (luster) metalik, mengandung antara 86%-98% unsur Karbon (C) dengan kadar air kurang dari 8%.
Gambar Batubara Jenis Antrasit
2. Bituminous mengandung 68 - 86% unsur Karbon (C) dan berkadar air 8 - 10% dari beratnya. Kelas batu bara yang paling banyak ditambang di Indoneaia, tersebar di pulau Sumatra, Kalimantan dan Sulawesi.
3. Sub-bituminus mengandung sedikit karbon dan banyak air, dan oleh karenanya menjadi sumber panas yang kurang efisien dibanding
dengan bituminius.
Gambar Batubara Jenis Sub-bituminous
4. Lignit atau batu bara coklat adalah batu bara yang sangat lunak yang mengandung air 35 - 75% dari beratnya.
5. Gambut, berpori dan memiliki kadar air di atas 75% serta nilai kalori yang paling rendah.
Gambar Batubara Jenis Gambut
C. Tingkatan Batubara
Tingkat perubahan yang dialami batu bara, dari gambut sampai menjadi antrasit – disebut sebagai pengarangan – memiliki hubungan yang penting dan hubungan tersebut disebut sebagai “tingkat mutu” batubara. Batubara dengan mutu yang rendah, seperti batubara muda dan sub-bitumen biasanya lebih lembut dengan materi yang rapuh dan berwarna suram seperti tanah. Batubara muda memilih tingkat kelembaban yang tinggi dan kandungan karbon yang rendah, dan dengan demikian kandungan energinya rendah.
Batubara dengan mutu yang lebih tinggi umumnya lebih keras dan kuat dan seringkali berwarna hitam mengkilap seperti kaca. Batubara dengan mutu yang lebih tinggi, memiliki kandungan karbon yang lebih banyak, tingkat kelembaban yang lebih rendah dan menghasilkan energi yang lebih banyak. Antrasit adalah batubara dengan mutu yang paling baik dan dengan demikian memiliki kandungan karbon dan energi yang lebih tinggi serta tingkat kelembaban yang lebih rendah. (seperti terlihat pada diagram berikut).
Proses pembentukan batubara dari gambut hingga antrasit, tentu saja dipengaruhi oleh terdapat beberapa faktor seperti adanya perkembangan dan jenis tumbuh-tumbuhan, keadaan lingkungan pengendapan, dan adanya proses geologi.
Perkembangan dan jenis tumbuh-tumbuhan sangat berpengaruh sekali terhadap jenis dan akumulasi batubara yang terjadi. Berbagai macam jenis tumbuhan dan bagian-bagian dari akar sampai bunga, antara lain : vitrain yang terbentuk dari batang kayu yang keras dan merupakan batubara yang porous.
Sementara itu, keadaan lingkungan pengendapan batubara akan mempengaruhi jenis, kilap dan peringkat dari batubara. Keadaan lingkungan pengendapan ini meliputi : cuaca, iklim dan keadaan tanah maupun rawa-rawa tersebut. Batubara yang terendapkan pada daerah tropis dan beriklim hangat akan membentuk batubara yang mengkilap, sedangkan pada daerah dingin akan membentuk batubara yang kusam.
Sedangkan proses geologi yang dapat mempengaruhi pembentukan atau peningkatan derajat kualitas batubara, antara lain :
a. Intrusi yang menyebabkan batubara mengalami metamorfosa kontak sehingga derajat batubara akan meningkat seperti di Tambang Air Laya dan Balong Hijau.
b. Perlipatan yang terjadi pada zona perlipatan yang kuat, batubara akan mengalami kenaikan derajat.
c. Patahan atau zona patahan, batubara akan mengalami metamorfosis akibat adanya dislokasi, misalnya di Ombilin Sumatera Barat. D. Pengertian Analisa Kualitas Batubara
Analisa Kualitas batubara bertujuan untuk mengetahui kandungan yang terdapat di dalamnya. Dalam pemanfaatannya, batubara harus diketahui terlebih dahulu kualitasnya. Hal ini dimaksudkan agar spesifikasi mesin atau peralatan yang memanfaatkan batubara sebagai bahan bakarnya sesuai dengan mutu batubara yang akan digunakan, sehingga mesin-mesin tersebut dapat berfungsi optimal dan tahan lama.
Kualitas batubara diperlukan untuk menentukan apakah batubara tersebut menguntungkan untuk ditambang selain dilihat dari besarnya cadangan batubara di daerah penelitian.
Semakin tinggi kualitas batubara, maka kadar karbon akan meningkat, sedangkan hidrogen dan oksigen akan berkurang. Batubara bermutu rendah, seperti lignite dan sub-bituminous, memiliki tingkat kelembaban (moisture) yang tinggi dan kadar karbon yang rendah, sehingga energinya juga rendah. Semakin tinggi mutu batubara, umumnya akan semakin keras dan kompak, serta warnanya akan semakin hitam mengkilat. Selain itu, kelembabannya pun akan berkurang sedangkan kadar karbonnya akan meningkat, sehingga kandungan energinya juga semakin besar.
E. Klasifikasi Batubara
Ada 3 macam Klasifikasi yang dikenal untuk dapat memperoleh beda variasi kelas/mutu dari batubara yaitu:
1. Klasifikasi Menurut ASTM
Klasifikasi ini dikembangkan di Amerika oleh Bureau of Mines yang akhirnya dikenal dengan Klasifikasi menurut ASTM (America Society for Testing and Material). Klasifikasi ini berdasarkan rank dari batubara itu atau berdasarkan derajat metamorphism nya atau perubahan selama proses coalifikasi (mulai dari lignit hingga antrasit). Untuk menentukan rank batubara diperlukan data fixed carbon (dmmf), volatile matter (dmmf) dan nilai kalor dalam Btu/lb dengan basis mmmf (moist, mmf).
2. Klasifikasi Menurut Natioal Coal Board (NCB)
Klasifikasi ini dikembangkan di Eropa pada tahun 1946 oleh suatu organisasi Fuel Research dari departemen of Scientific and Industrial Research di Inggris. Klasifikasi ini berdasarkan rank dari batubara, dengan menggunakan parameter volatile matter (dry, mineral matter free) dan cooking power yang ditentukan oleh pengujian Gray King. 3. Klasifikasi Menurut International
Klasifikasi ini dikembangkan oleh Economic Commision for Europe pada tahun 1956 Klasifikasi ini dibagi atas dua bagian yaitu:
a. Hard Coal
Di definisikan untuk batubara dengan gross calorific value lebih besar dari 10.260 Btu/lb atau 5.700 Kcal/kg (moist ash free). International System dari hard coal dibagi atas 10 kelas menurut kandungan VM. Kelas 0 sampai 5 mempunyai kandungan VM lebih kecil dari 33% dan kelas 6 sampai 9 dibedakan atas nilai kalornya (mmaf) dengan kandungan VM lebih dari 33%. Masing-masing kelas dibagi atas 4 group (0-3) menurut sifat cracking nya dintentukan dari “Free Swelling Index” dan “Roga Index”.
Masing-coke yang diperoleh pengujian Gray King dan Audibert-Arnu dilatometer test. Jadi, pada International klasifikasi ini akan terdapat 3 angka, angka pertama menunjukkan kelas, angka kedua menunjukkan group dan angka ketiga menunjukkan sub-group. b. Brown Coal
International klasifikasi dari Brown coal dan lignit dibagi atas parameternya yaitu total moisture dan low temperature Tar Yield. F. Faktor Yang Mempengaruhi Kualitas Batubara
Kualitas batubara adalah sifat fisika dan kimia dari batubara yang mempengaruhi potensi kegunaannya. Kualitas batubara dipengaruhi oleh komponen-komponen yang terdapat dalam batubara tersebut, yaitu air (moisture), organic matter dan mineral matter penyusunnya.
a. Air (moisture)
Air yang terkandung dalam batubara terdiri dari ; Air bebas (free moisture) adalah air yang terikat secara mekanik dengan batubara pada permukaan, dalam retakan atau kapiler dan mempunyai tekanan uap normal. Kadarnya dipengaruhi oleh bermacam macam kondisi, seperti pengeringan dan pembasahan selama penambangan, transportasi, penyimpanan dan lain-lain. Air lembab (inherent moisture/moisture in air dried sample) adalah air yang terikat secara fisik dalam batubara pada struktur pori-pori sebelah dalam, dan mempunyai tekanan uap lebih rendah daripada tekanan normal. Kadar air lembab dipakai sebagai karakteristik dasar daripada batubara, kadar air lembab bertambah besar dengan turun naiknya rank batubara.
Air kristal adalah air yang terikat secara kimia dengan mineral yang terdapat dalam batubara. Bentuk ini menguap pada suhu yang cukup tinggi, tergantung dari jenis mineral yang mengikatnya. Penguapan umumnya mulai terjadi pada suhu di atas 4500C. Beberapa badan standarisasi international membuat metode untuk menetapkian air kristal ini, namun jarang dipergunakan. Para ahli Amerika menetapkan air kristal ini sebesar 8% dari kadar abu
batubaranya, sedangkan negara Eropa menetapkan sebesar 9% dari kadar abu batubaranya.
b. Organic Matter (Zat Organik)
Organic matter adalah satu-satunya komponen batubara yang menghasilkan kalori pada proses pembakaran. Penguraian komponen ini dapat dilihat dari dua sisi berbeda. Pertama dilihat dari sisi bagian dan jenis tanaman awal yang membentuknya, sedangkan sisi kedua dilihat dari unsur kimia yang membentuknya. Dilihat dari sisi pertama, yaitu bagian dan jenis tanaman awal yang membentuknya, komponen batubara ini diuraikan menjadi beberapa elemen yang disebut dengan maceral. Lihat tabel di bawah ini!
Tabel 1. Mean Maceral Group
Maceral Group Maceral Bagian/jenis tanaman Vitrinite Exinite Inertinite Collinite Telinit Sporinite Resinite Cutinite Alginite Fusinite Semi Fusinite Micrinite Scleronite
Wood and cortical tissues Spore exines
Resine and waxes Leaf cuticles Algae
Wood and corticle tissues Wood and corticle tissues Uncertain
Jika dilihat dari sisi kedua, yaitu unsur kimia yang membentuknya, komponen ini terdiri dari unsur carbon, hydrogen, nitrogen, sulfur, oxygen, serta terdapat juga sedikit unsur zat organik bawaan, seperti natrium, kalium, dan sebagainya.
Walaupun zat organik batubara merupakan satu-satunya komponen yang menghasilkan kalori, namun di dalamnya terdapat beberapa unsur yang dianggap pengotor, karena pada proses pembakaran unsur ini dapat menimbulkan polusi. Unsur kimia tersebut antara lain nitrogen dan sulfur. Dalam proses pembakaran, nitrogen akan membentuk NOx, sedangkan sulfur akan membentuk SO2.
c. Inorganic Matter (Zat Anorganik)
Elemen dari zat anorganik disebut mineral atau disebut juga dengan mineral matter. Satu hal yang perlu diingat, bahwa batubara tidak mengandung abu tetapi mengandung mineral. Abu hanyalah residu sisa pembakaran batubara, namun dalam pengujian disebut sebagai kadar abu. Kadar mineral matter dalam batubara bisa didapat lewat pengujian di laboratorium, tetapi hal tersebut jarang dilakukan. Pada umumnya untuk mendapatkan data ini melaui perhitungan. Banyak formula yang dapat digunakan untuk menghitung kandungan mineral matter, Parr formula adalah salah satunya,
MM = 1.08A + 0.55S MM = mineral matter, % A = ash, % S = sulfur, %
Mineral yang terdapat dalam batubara terbagi dalam dua bentuk, yaitu : inherent mineral dan extraneous mineral matter.
Inherent Mineral
Material ini terdapat dalam batubara dalam bentuk partikel halus yang tersebar ke seluruh bagian batubara. Pada dasarnya, sebagian material ini ialah unsur anorganik berasal dari tanaman yang membentuk batubara tersebut, dan sebagian lainnya berasal dari material sampingan yang terbawa ke dalam batubara selama terjadinya
proses pembentukan batubara. Oleh karena itu jumlah serta sifat mineral dalam batubara bisa berbeda dari satu lapisan ke lapisan lainnya.
Berdasarkan bentuk ikatan mineral ini dengan batubara maka hampir dapat dipastikan bahwa mineral ini tidak dapat dipisahkan dari batubara dengan cara mekanis (penggilingan dan pencucian).
Extraneous Mineral
Material ini berasal dari tanah penutup atau lapisan-lapisan yang terdapat di antara lapisan batubara yang terbawa ke dalam batubara saat berlangsungnya proses penambangan. Pada umumnya tingkat kandungan extraneous mineral dalam batubara bervariasi mengikuti ukuran partikelnya, dimana partikel yang lebih halus akan mempunyai kandungan extraneous mineral yang lebih tinggi, sehingga proses liberasi dengan penggilingan keukuran yang lebih kecil dapat dimanfaatkan.
Komponen-komponen batubara dapat digambarkan sebagai berikut
G. Impurities Batubara
kenyataan bahwa tidak mungkin memilih batu bara yang bersih dan terbebas dari mineral . Penambangan dalam jumlah besar selalu menggunakan alat-alat berat seperti bulldoser, backhole, tractor, dan lainnya.
Impurities terbagi menjadi dua jenis yaitu : 1. Inherent Impurities
Merupakan pengotor bawaan yang terdapat pada batubara. Batubara yang sudah dicuci (washing) yang di kecilkan ukuran butirannya (crushing) kemudian di bakar dan menyisakan abu. Pengotor ini merupakan pengotor bawaan pada saat pembentukan batubara, pengotor tersebut dapat berupa gipsum (CaSO4.2H2O), anhidrid
(CaSO4), spirit (FeS2), silika (SiO2) dapat pula terbentuk tulang-tulang
bintang (diketahui dari senyawa-senyawa fasfor dari analisis abu). Pengotor bawaan ini tidak mungkin dihilangkan sama sekali, tetapi dapat di kurangi dengan cara pembersihan. Proses ini dikenal dengan tenologi batubara bersih.
2. External Impurities
Meruoakan pengotor yang berasal dari luar, timbul pada saat proses penambangan. Dalam menentukan mutu/kualitas batubara perlu diperhatikan beberapa hal :
a. Heating value (HV) (Calorific Value/Nilai kalor)
Dinyatakan dengan kkal/Kg, banyaknya jumlah kalori yang di hasilkan batubara tiap satuan berat (dalam kilogram).
b. Moisture Content (kandungan lengas/air)
Batubara dengan jumlah lengas tinggi akan memerlukan lebih banyak udara primer untuk mengeringkan batubara tersebut agar suhu batubara pada saat keluar dari gilingan tetap, sehingga hasilnya memiliki kualitas yang terjamin. Jenis air sulit untuk dilepaskan tetapi dapat dikurangi, dengan cara memperkecil ujuran butir batubara.
c. Ash Content (Kandungan abu)
Komposisi batubara bersifat heterogen, apabila batubara dibakar maka senyawa organik yang ada akan di ubah menjadi senyawa oksida yang berukuran butiran dalam bentuk abu. Abu dari sisa pembakaran inilah yang dikenal sebagai ash content. Abu ini
merupakan kumpulan dari bahan-bahan pembentukan batubara yang tidak dapat terbakar, atau yang dioksidasi oleh oksigen. Bahan sisa dalam bentuk padatan ini antara lain senyawa SiO2,
AI2O3, TiO2, Mn3O4, CaO, Fe2O3, MgO, K2O, Na2O,P2O, SO3 dan
oksida unsur lainnya.
d. Sulfur Content (kandungan belerang)
Belerang yang terdapat pada batubara adalah bentuk senyawa organik dan arorganik, dalam senyawa anorganik dapat dijumpai dalam bentuk mineral pirit (FeS2 bentuk kristal kubus) , markasit
(FeS2 bentuk kristal orhorombik) atau dalam bentuk sulfat.
Sedangkan belerang organik terbentuk selama terjadinya proses coalification . (Krevelen, 1993).
e. Volatile Matter (bahan mudah menguap)
Kandungan Volatile matter mempengaruhi kesempurnaan pembakaran dan intensitas nyala api.
f. Fixed Carbon
Didevinisikan sebagai material yang tersisa , setelah berkurangnya moisture, volatile matter dan ash. Hubungan ketiganya sebagai berikut:
Fixed Carbon (%) = 100% - Moisture Content - Ash Content Fixed Carbon = 100 - Volatile Matter (%).
g. Hardgrove Ggrindability Index (HGI)
Suatu bilangan yang menunjukan mudah atau sukarnya batubara di giling atau di gerus menjadi bentuk serbuk. Butiran paling halus < 3 mm sedangkan yang paling kasar sampai 50 mm.
h. Ash Fusion Character of coal
Kualitas batubara adalah sifat fisika dan kimia dari batubara yang mempengaruhi potensi kegunaannya. Kualitas batubara ditentukan oleh maseral dan mineral matter penyusunnya, serta oleh derajat coalification.
Pada prinsipnya dikenal dua jenis pengujian analisis untuk kualitas batubara yaitu Analisis Prosikmat (Proximate analysis) dan Analisis Ultimate (Ultimate Analysis/Elemental Analysis).
1. Analisis Proksimat
Analisis proksimat batubara bertujuan untuk menentukan kadar moisture (air dalam batubara) kadar moisture ini mencakup pula nilai free moisture serta toal moisture, ash (debu), volatile matters (zat terbang), dan fixed carbon (karbon tertambat). Moisture ialah kandungan air yang terdapat dalam batubara sedangkan abu (ash) merupakan kandungan residu non-combustible yang umumnya terdiri dari senyawa-senyawa silika oksida (SiO2), kalsium oksida (CaO), karbonat, dan mineral-mineral lainya volatile matters adalah kandungan batubara yang terbebaskan pada temperatur tinggi tanpa keberadaan oksigen. Fixed carbon ialah kadar karbon tetap yang terdapat dalam batubara setelah volatile matters dipisahkan dari batubara.
2. Analisis Ultimat
Analisis ultimat dijalankan dengan analisis kimia untuk menentukan kadar karbon (C), Hidrogen (H2), Oksigen (O2), Nitrogen (N2), dan
Belerang (S). Keberadaan dan sifat dari unsur-unsur tersebut sebanding dengan peringkat batubara, semakin tinggi rank batubara semakin tinggi kandungan karbonnya, sementara kandungan hidrogen dan oksigennya akan semakin berkurang. Sedangkan nitrogen merupakan unsur yang bersifat bervariasi begantung dari material pembentuk batubara. Analisis karbon pada ultimate tidak sama dengan analisis fixed carbon. Fixed carbon merupakan kadar karbon terlambat atau karbon tetap tertinggal bersama abu bila batubara telah dibakar tanpa oksigen dan setelah zat volatile habis. Fixed carbon merupakan kadar karbon yang pada temperatur penetapan voliatile matter tidak menguap sedangkan karbon yang menguap pada temperatur tersebut termasuk kedalam voliatile matter.
DAFTAR PUSTAKA http://anisaahyar.blogspot.co.id/2014/01/kualitas-batubara.html http://asalusulbatubara2.blogspot.co.id/2015/08/jenis-dan-impurities-batu-bara.html http://idefa.blogspot.co.id/2012/10/pengertian-batubara-dan-tingkatan.html https://www.academia.edu/8466599/ANALISIS_DAN_PENGUJIAN_BATUBAR A_DALAM_KAITAN_DENGAN_PEMANFAATANNYA https://www.scribd.com/doc/211808333/Bab-IV-Analisa-Kualitas-Batubara
