TUGAS
Geologi Batubara
“Pembatubaraan Serta Sifat-Sifat Fisik dan Kimia Batubara”
Disusun Oleh: ELKA MUSTIKA
270110120134 Kelas B
KATA PENGANTAR
Penulis mengucapkan puji dan syukur kepada Allah SWT dapat menyelesaikan tugas pembuatan makalah yang berjudul “Pembatubaraan Serta Sifat-Sifat Fisik dan Kimia Batubara” dengan baik dan lancar.
Penulis berharap semoga makalah ini bisa bermanfaat bagi pembaca dan penulis, penulis menyadari bahwa dalam pembuatan makalah ini masih ada beberapa kesalahan dan masih banyak kekurangannya, untuk itu penulis menerima saran dan kritik yang bersifat membangun untuk perbaikan yang lebih baik untuk makalah ini. Penulis sampaikan terimakasih kepada pembaca.
Jatinangor, 22 September 2015
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI ... iii BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Rumusan Masalah ... 2
BAB II ISI
a. Pengertian Batubara………. 3
b. Proses Pembatubaraan………. 3
c. Sifat-sifat Fisik dan Kimia Batubara………. ………. 11 BAB III PENUTUP
Kesimpulan ... 26
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Keberlangsungan hidup manusia sangat bergantung akan ketersedian sumber daya alam. Sumber daya alam menjadi mutlak menjamin kehidupan salah satunya adalah batubara. Batubara adalah salah satu menggerak ekonomi dan sangat dibutuhkan dalam industri. Pada dasarnya batubara merupakan bahan bakar fosil dan termasuk dalam kategori batuan sedimen.
Proses pembentukan batu bara sendiri sangatlah kompleks dan membutuhkan waktu hingga berjuta-juta tahun lamanya. Batubara terbentuk dari sisa-sisa tumbuhan purba yang kemudian mengendap selama berjuta-juta tahun dan mengalami proses pembatubaraan (coalification) dibawah pengaruh fisika, kimia, maupun geologi.
Oleh karena itu, batubara termasuk dalam kategori bahan bakar fosil dan penting untuk dibahas lebih lanjut dalam sebuah makalah “Pembatubaraan Serta Sifat-Sifat Fisik dan Kimia Batubara”.
1.2 Tujuan makalah
Tujuan dari makalah ini adalah:
a. Mahasiswa dapat memahami tentang batubara.
b. Mahasiswa dapat memehami sifat-sifat fisik dan kimia batubara.
Rumusan masalah dari makalah ini adalah:
a. Bagaimana penjelasan tentang pengertian batubara? b. Bagaimana sifat-sifat fisik dan kimia batubara?
BAB II
PEMBAHASAN
2.1 Batubara
2.1.1 Pengertian Batubara
Batubara adalah mineral organik yang dapat terbakar, terbentuk dari sisa tumbuhan purba yang mengendap yang selanjutnya berubah bentuk akibat proses fisika dan kimia yang berlangsung selama jutaan tahun. Oleh karena itu, batubara termasuk dalam kategori bahan bakar fosil. Adapun proses yang mengubah tumbuhan menjadi batubara tadi disebut dengan pembatubaraan (coalification). Faktor tumbuhan purba yang jenisnya berbeda-beda sesuai dengan jaman geologi dan lokasi tempat tumbuh dan berkembangnya, ditambah dengan lokasi pengendapan (sedimentasi) tumbuhan, pengaruh tekanan batuan dan panas bumi serta perubahan geologi yang berlangsung kemudian, akan menyebabkan terbentuknya batubara yang jenisnya bermacam-macam. Oleh karena itu, karakteristik batubara berbeda-beda sesuai dengan lapangan batubara (coal field) dan lapisannya (coal seam).
bara muda menjadi batu bara sub-bituminus (sub-bituminous). Perubahan kimiawi dan fisika terus berlangsung hingga batu bara menjadi lebih keras dan warnanya lebih hitam sehingga membentuk bituminus (bituminous) atau antrasit (anthracite). Dalam kondisi yang tepat, peningkatan maturitas organik yang semakin tinggi terus berlangsung hingga membentuk antrasit. Dalam proses pembatubaraan, maturitas organik sebenarnya menggambarkan perubahan konsentrasi dari setiap unsur utama pembentuk batubara. Batubara yang berkualitas tinggi 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. Secara ringkas ada 2 tahap proses yang terjadi, yakni:
- Tahap Diagenetik atau Biokimia, dimulai pada saat material tanaman
terdeposisi hingga lignit terbentuk. Agen utama yang berperan dalam proses perubahan ini adalah kadar air, tingkat oksidasi dan gangguan biologis yang dapat menyebabkan proses pembusukan (dekomposisi) dan kompaksi material organik serta membentuk gambut.
- Tahap Malihan atau Geokimia, meliputi proses perubahan dari lignit
Berdasarkan tingkat proses pembentukannya yang dikontrol oleh tekanan, panas dan waktu, batu bara umumnya dibagi dalam lima kelas: antrasit, bituminus, sub-bituminus, lignit dan gambut.
Antrasit adalah kelas batu bara tertinggi, dengan warna hitam berkilauan
(luster) metalik, mengandung antara 86% - 98% unsur karbon (C) dengan kadar air kurang dari 8%.
Bituminus mengandung 68 - 86% unsur karbon (C) dan berkadar air 8-10% dari beratnya. Kelas batu bara yang paling banyak ditambang di Australia.
Sub-bituminus mengandung sedikit karbon dan banyak air, dan oleh karenanya menjadi sumber panas yang kurang efisien dibandingkan dengan bituminus.
Lignit atau batu bara coklat adalah batu bara yang sangat lunak yang
mengandung air 35-75% dari beratnya.
Gambut, berpori dan memiliki kadar air di atas 75% serta nilai kalori yang
paling rendah.
Tahapan mengenai jenjang-jenjang pembatubaraan, yaitu :
Iklim bumi selama zaman batubara adalah topis dan jenis tumbuh-tumbuhan tumbuh subur di rawa-rawa membentuk suatu hutan tropis. Setelah benyak tumbuhan mati dan menumpuk diatas tanah, tumpukan itu semakin lama semakin tenbal menyebabkan bagian dasar dari raw turunsecara perlahan-lahan dan material tumbuhan tersebut diuraikan oleh bakteri dan jamur. Tahap ini merupakan tahap awal pembentukan batubara (coal lification) yang ditandai dengan rangkaian biokimia yang luas. Selam prose penguriaan tersebut , protein, kanji dan selulosa mengalami penguraian yang lebih cepat dibandingkan material berkayu (lignin) dan bagian tumbuhan yang beerlilin (kulit ari daun, dinding spora, dan tepung sari). Karena itulah, dalam batubara yang mudah masih terdapat ranting, daun, spora, bijih, dan resin, sebagi sisa tumbuhan. Bagian-bagiab tunmbuhan itu terurai dibawah kondisi aerob menjadi karbon dioksida air, dan amoniak serta dipengaruhi oleh iklim. Proses ini disebut dengan pembentukan humus (humification) dan sebagi hasilnya adalah gambut.
Faktor-faktor yang berperan pada pembentukan gambut
Evolusi tumbuhan : jenis tumbuhan pada skala waktu geologi.
Iklim : berpengaruh terhadap kecepatan tumbuh dan variasi jenis tumbuhan serta proses dekomposisi
Geografi dan posisi : kenaikan muka air tanah relatif lambat, dan ada perlindungan rawa terhadap pantai atau sungai.
Struktur Geologi dan tektonik :Adanya keseimbangan antara penurunan cekungan terhadap kecepatan penumpukan sisa tumbuhan (kesimbangan biotektonik).
Prose pembentukan gambut berlangsung tanpa menutupi endapan gambut tersebut dawah kondisi yang asam, dengan dibebaskanya H2O, CH4,dan sedikit CO2. Terbentuklah material dengan rumus kimia C65H2O30 atau ulmin yang dalam keadaan kering akan mengnadung karbon 61,7% hydrogen 0,3% dan oksigen 38%.
Dengan berubahnya tofografi daerah diselilinganya, gambut menjadi terkubur di bawah lapisan lanau (silt) dan pasir yang dinedapkan oleh sungai dan rawa. Semakin dalam terkubur, semakin bertambah timbunan sedimen yang menghimpitnya sehinggga tekanan pada lapisan gambut bertambah serta suhu naik dengan jelas. Tahap ini merupakan tahapan kedua dari prosesm pembentukan batubara atau yang disebut tahap metamorfik.
3. Tahap ketiga: Pembentukan batubara subbitumen
Tahap selanjutnya dari proses pembentukan batubara ialah pengubahan batubara bitumen rank rendah menjadi batubara bitumen rank pertengahan dan rank tinggi. Selama tahap ketiga , kandungan hydrogen akan tetap konstan dan oksigen turun. Tahap ini merupakan tahap pembentukan batubara subbitumen (sub-bituminous caol).
4. Tahap ke Empat: Pembentukan batubara bitumen
Dalam tahap ke empat atau tahap pembentukan batubara bitumen (bitumenios coal). Kandungan hydrogen turun dengan menurunnnya jumlah oksigen secara berlahan-lahansebelumnya. Produk samping dari tahap ketiga dank e empat ini adalah CH4,CO2, dan Mungkin H2O.
5. Tahap ke lima: Pembentukan antrasit
Tahap ke lima adalah antrasitasi. Dalam tahap ini, oksigen hampir konstan, sedangkan hydrogen turun lebih cepat dibandingkan tahap-tahap sebelumnya. Proses pembentukan batubara merupakan proses reaksi kimia. Kecepatan reaksi kimia ini dapat diatur oleh suhu dan tekanan. Pengendapan dan tekanan yang menyebabkan adanya kenaikkan rank batubara sampai membentuk batubara rank paling tinggi, yakni antrasit. Susunan unsure karbon, volatile matter, calorific, value, dan moisture, dalam gambut, lignit, batubara subbitunen, dan bitumen
Batubara memiliki substansi yang kompleks dan meskipun demikian akan dipelajari mengenai Fisika dan kimiawi penting tertentu, Pada umumnya sifat batubara, antara lain:
1. Sifat umum (general properties) 2. Sifat fisika (phisical properties) 3. Sifat kimia (chemical properties) 4. Sifat teknis (technical properties).
Metode analisa standard :
Laboratorium Industri umumnya memakai 2 metode:
1. Analisis proximat
batubara yang terbebaskan pada temperatur tinggi tanpa keberadaan oksigen (misalnya CxHy, H2, SOx, dan sebagainya).
Fixed Carbon
Fixed carbon ialah kadar karbon tetap yang terdapat dalam batubara setelah volatile matters dipisahkan dari batubara. Kadar fixed carbon ini berbeda dengan kadar karbon (C) hasil analisis ultimat karena sebagian karbon berikatan membentuk senyawa hidrokarbon volatile.
Nilai Kalor Batubara (Coal Calorific Value)
Salah satu cara untuk menentukan kadar sulfur yaitu melalui pembakaran pada suhu tinggi. Batubara dioksidasi dalam tube furnace dengan suhu mencapai 1350°C. Sulfur oksida (SOx) yang terbentuk sebagai hasil pembakaran kemudian ditangkap oleh oleh detektor infra merah kalau menggunakan metode infrared sedangkan kalau menggunakan metode HTM akan ditangkap oleh larutan peroksida lalu dititrasi dengan natrium borat dan kemudian dianalisis.
Analisis ultimat. Analisis ultimat dilakukan untuk menentukan kadar karbon (C), hidrogen (H), oksigen (O), nitrogen, (N), dan sulfur (S) dalam batubara. Seiring dengan perkembangan teknologi, analisis ultimat batubara sekarang sudah dapat dilakukan dengan cepat dan mudah. Analisa ultimat ini sepenuhnya dilakukan oleh alat yang sudah terhubung dengan komputer. Prosedur analisis ultimat ini cukup ringkas; cukup dengan memasukkan sampel batubara ke dalam alat dan hasil analisis akan muncul kemudian pada layar komputer.
Analisa Size Analisis
2. Analisis proximate
Analisis proximate menunjukan persen berat dari fixed carbon, bahan mudah menguap, abu, dan kadar air dalam batubara. Jumlah fixed carbon dan bahan yang mudah menguap secara langsung turut andil terhadap nilai panas batubara. Fixed carbon bertindak sebagai pembangkit utama panas selama pembakaran. Kandungan bahan yang mudah menguap yang tinggi menunjukan mudahnya penyalaan bahan bakar. Kadar abu merupakan hal penting dalam perancangan grate tungku, volum pembakaran, peralatan kendali polusi dan sistim handling abu pada tungku. Analisis proximate untuk berbagai jenis batubara .
Tabel . Analisis proximate untuk berbagai batubara (persen)
Fixed carbon:
Fixed carbon merupakan bahan bakar padat yang tertinggal dalam tungku setelah bahan yang mudah menguap didistilasi. Kandungan utamanya adalah karbon tetapi juga mengandung hidrogen, oksigen, sulfur dan nitrogen yang tidak terbawa gas. Fixed carbon memberikan perkiraan kasar terhadap nilai panas batubara.
Bahan yang mudah menguap (volatile matter):
Bahan yang mudah menguap dalam batubara adalah metan, hidrokarbon, hydrogen, karbon monoksida, dan gas-gas yang tidak mudah terbakar, seperti karbon dioksida dan nitrogen. Bahan yang mudah menguap merupakan indeks dari kandunagnbahan bakar bentuk gas didalam batubara. Kandunag bahan yang mudah menguap berkisar antara 20 hingga 35%.
Bahan yang mudah menguap:
Berbanding lurus dengan peningkatan panjang nyala api, dan membantu dalam
memudahkan penyalaan batubara
Mengatur batas minimum pada tinggi dan volum tungku
Mempengaruhi kebutuhan udara sekunder dan aspek-aspek distribusi
Mempengaruhi kebutuhan minyak bakar sekunder
Abu merupakan kotoran yang tidak akan terbakar. Kandungannya berkisar antara 5% hingga 40%. Abu:
Mengurangi kapasitas handling dan pembakaran
Meningkatkan biaya handling
Mempengaruhi efisiensi pembakaran dan efisiensi boiler
Menyebabkan penggumpalan dan penyumbatan
Kadar Air
Kandungan air dalam batubara harus diangkut, di-handling dan disimpan bersama-sama batubara. Kadar air akan menurunkan kandungan panas per kg batubara, dan kandungannya berkisar antara 0,5 hingga 10%. Kadar air:
Meningkatkan kehilangan panas, karena penguapan dan pemanasan berlebih dari uap
Membantu pengikatan partikel halus pada tingkatan tertentu
Membantu radiasi transfer panas
Kadar Sulfur
Membatasi suhu gas buang yang keluar
Analisis Ultimate
Analsis ultimate menentukan berbagai macam kandungan kimia unsur- unsur seperti karbon, hidrogen, oksigen, sulfur, dll. Analisis ini berguna dalam penentuan jumlah udara yang diperlukan untuk pemakaran dan volum serta komposisi gas pembakaran. Informasi ini diperlukan untuk perhitungan suhu nyala dan perancangan saluran gas buang dll. Analisis ultimate untuk berbagai jenis batubara diberikan dalam tabel dibawah.
Tabel. Analisis ultimate batubara
Parameter Batubara India, % Batubara Indonesia, %
Oksigen 9,89 11,88
Tabel . Hubungan antara analisis ultimate dengan analisis proximate
2
% bahan mudah menguap (volatile matter)
M = % kadar air
Tiga elemen-elemen pertama adalah tergantung kepada komposisi maseral dan peringkat batubara tertentu. Elemen berikut utamanya maceral-independent. Sifat fisika, kimiawi dan, teknis batubara tergantung kepada tipe batubara demikian halnya terhadap peringkat batubara.
Sifat Umum (General properties) :
Warna, perbedaan warna /shades adalah catatan untuk berbagai macam litotipe (yaitu
Kilap, juga adalah tergantung pada maceral-independent, tetapi peningkatan secara
bertahap kilap berkaitan dengan pemantulan sinar (light reflectance) yaitu typical daripada peningkatan peringkat batubara.
Nyala, berkaitan dengan peringkat, daya bakar batubara berbeda memiliki pula nyala
yang berbeda pula, terutama dengan hilangnya zat terbang (yaitu, batubara zat terbang tinggi, pembakarannya panjang, dan batubara peringkat tinggi rendah zat terbang terbakar dengan nyalanya pendek). Akan tetapi komposisi maseral juga memegang peranan penting , tergantung atas jumlah exinites.
Pelapukan, mengurangi kilapan dan mengurangi kontras antar litotypes. pelapukan
disertai oleh oksidasi dan pengrusakan pada tekstur asal dalam batubara. Singkapan yang melapuk tidak dapat dipakai untuk diskripsi dan sampling (percontoan). Perpanjangan pelapukan batubara yang ditambang yang terdapat di penampungan mengurangi kwalitas teknis. Derajat pelapukan kadang-kadang diekspresikan dengan SLACKING INDEX: gumpalan batubara akan terapung di air dan kering dan jumlah yang terpisah dapat dideterminasi dengan pengayakan.
Spontaneous combustion, adalah suatu rekasi dimana tergantung kepada derajat
Ultrafine structure; Batubara dapat diperikan sebagai substansi colloidal yang
terdiri dari partikel-partikel kecil atau micelles yang mempunyai dimeter mikron, Peningkatan devolatilisasi (devolatilization), menyebabkan pertumbuhan micelles lebih besar dan menjadi lebih teratur.
Densitas (density): densitas berkurang pada batubara muda (± 1.5 gr/cm3) hingga
batubara bituminous pada sekitar DOM 70 (1.25 gr/ cm3), dan kemudian bertambah lagi hingga 1.5 pada antrasit dengan DOM 95, selanjutnya akan meningkat tajam melalui meta-antrasit hingga grafit (± 2.2).
Porositas (porosity). Sebenarnya ada 2 sistim pori dalam batubara, yaitu: Yang
pertama dibentuk oleh pori-pori lebih besar dengan menembuskan mercury dibawah tekanan, dan pori-pori ultrafines lainnya dengan memasukkan helium , Dalam batubara peringkat rendah porositas bisa lebih dari 20% , tetapi cepat berkurang hingga minimum sekitar 2.5% pada DOM 75. bertambah kembali kearah antrasit (± 10%).
Kompaksi (compaction), tergantung terutama kepada makroporositas,
Kapasitas Adsorpsi (adsorption capacity), tergantung atas area permukaan internal
oxygen dari udara dapat memberikan munculnya fire-dump explosions (ledakan) di tambang batubara.
Moisture holding capacity atau “total moisture” atau “bed moisture”, dalam
batubara peringkat rendah tergantung besarnya makroporositas dan kecepatan pengurangan dalam range batubara muda ( yaitu sesungghnya diklassifikasikan dengan kandungan total moisture), hingga mencapai kurang dari 5% pada DOM 60, Porositas serupa, mencapai minimum sekitar 1% sekitar DOM 75 dan secara nyata bertambah kembali hingga sekitar 2 – 3% dalam peringkat tertinggi.
Nilai kalori (calorific value), sebenarnya takaran nilai kalori, berbeda untuk 3 grup
maseral; tertinggi pada exinite, menengah pda vitrinite dan terrendah pada inertenit. Nilai kalori daripada vitrinite adalah parameter rank-classification untuk batubara tua berderajat rendah dan ketinggiannya tergantung kepada kandungan air (moisture content).
Kekuatan (strength), adalah berhubungan dengan kekerasan (hardness) dan
kerapuhan (friability), selanjutnya sifat daripada batubara muda lebih plastis, Standard perkiraan untuk batubara tua adalah Vicker’s Hardness Test, Kekerasan batubrara maximum yaitu pada DOM ± 65, minimum pada DOM 35 – 90, dengan anthrasit yang memiliki DOM lebih tinggi dari 94 bertindak sebagai material-material klastik. Mikrokekerasan (Microhardness) HV100 dalam kg/mm2 adalah Vicker
adalah Vickers microhardness untuk beban 1000 g. Konduktifitas kelistrikan, Konduktifitas panas, Sifat optis: Reflektifitas sinar, Anisotrophy, Diffraksi sinar-x, Resonansi elektron, Immersion swelling, Thermal expansion.
Keliatan (plastisitas), pada temperature kamar batubara bersifat/bertindak sebagai
kompak britel (brittle solid), Diskusi mengenai deformasi plastis dan plastisitas pada temperature tinggi, adalah faktor penting dalam pemurnian batubara (coal refining).
Sifat Kimia (Chemical Properties)
Sulphur (Belerang) hadir dalam jumlah sedikit sebagai campuran organic bawaan (inherent) dalam batubara dan mungkin berasal dari protein dari tanaman asli yang diperkaya oleh bakteri sulfur. Bubuk sulfur dalam batubara adalah unsur mineral tambahan dan terdapat dalam jumlah yang bervariasi. Belerang tidak diinginkan sebab bertindak sebagai polutan dalam atmosfer dalam atmosfer, kontaminasi dalam distalasi gas, dan mengganggu dalam pembuatan kokas , sulit terhidrilisis dan memiliki sifat efek korosif yang tinggi di dalam oven Sebagian akan hilang dalam pengkokasan bercampur dengan zat terbang.
Nitrogen berasal dari protein unsur tanaman asli, biasanya dibawah 1% dan pada
kecuali dibantu oleh temperatur tinggi untuk mengadakan degradasi panas dan reaksi-reaksi dalam larutan.
Aromatik (Aromaticity) , batubara umumnya highly aromatic. Exinite kurang
aromatic sehubungan dengan vitrinites, tetapi dengan mikrinit bertentangan.
Sifat Teknis
Nilai praktis daripada suatu batubara adalah ditentukan oleh 3 faktor utama;
1. Kandungan unsur terbang (volatile matter) Kandungan volatile batubara penting dalam ekstraksi coal tar dan gas. Pyrolysis, dimana batubara yang dipanasi dalam oven dengan pengeluaran oksigen. Nama alternative adalah “dry distillation”.
Produksi utama pyrolusis adalah: coal tar, coal gas, gas metan, gas coke , 2. Kokabilitas (the Cokeability), Proses pengkokasan: semua batubara berupa
vitrinite adalah layak pengkokasan batubara, tetapi lebih pantas pada peringkat range terbatas hingga medium (sebagian yang rendah), Dalam proses pengkokasan, adalah peleburan batubara (the coal melt), pengembangan (swells) dan pelepasan zat terbang. Titik yang penting adalah peleburan dan devolatisasi,
• Kokas berkwalitas tinggi diharapkan mengandung kurang dari 7% abu dan kurang dari 1.3% sulfur (dimana berdampak merugikan terhadap logam).
3. Nilai panas (the heating values).
Ada 3 temperature range dalam pyrolysis : Low temperature coking (up to ± 6000C) Medium temperature coking (up to ± 8000C) high temperature coking (up to ± 10000C).
dimana yang terakhir adalah sangat penting, menghasikan high kokas kwalitas metalurgi (quality metallurgical coke) dipakai sebagai agen pemisah dalam blast-furnaces (dapur) . Produk sampingnya (by product) adalah ammonia, benzene, aromatic tars, dan gas
BAB III
2. Semakin tinggi rank suatu batubara, maka semakin tinggi nilai kalorinya, dan semakin tinggi nilai karbon (%C). Dan sebaliknya, semakin rendah kandungan air, vollatil matter, hydrogen dan oksigen
3. Proses pembentukan batubara melewati dua tahapan yaitu tahapan diagenesa (biokimia) yang dimulai dari proses penggambutan (peatification) sampi pada lignite, dan Tahapan Metamorfisma (geokimia) mulai yang dimulai dari lignite sampai pada anthracite.
4. Terdapat perbedaan tipe endapan batubara yaitu, Batubara insitu biasanya lebih tebal, endapannya menerus, terdiri dari sedikit lapisan, dan relatif tidak memiliki pengotor. Sedangkan batubara yang terbentuk atau berasal dari transportasi material (berdasarkan teori drift) ini biasanya terjadi pada delta-delta kuno dengan ciri-ciri: lapisannya tipis, endapannya terputus-putus (splitting), banyak lapisan (multiple seam), banyak pengotor, dan kandungan abunya biasanya tinggi.
DAFTAR PUSTAKA
https://id.wikipedia.org/wiki/Batu_bara
majalah1000guru.net/2011/07/pembentukan-batu-bara/
https://achmadinblog.wordpress.com/2010/05/21/pembentukan-batubara/
http://www.academia.edu/6876315/BAB_II_GENESA_BATUBARA
