i
Puslitbang tekMIRAJl. Jend. Sudirman No. 623 Bandung 40211
Telp : 022-6030483 Fax : 022-6003373
E-mail : [email protected]
Laporan Akhir
Kelompok Teknologi Pengolahan
dan Pemanfaatan Mineral
PEMBUATAN ALUMINA
METALLURGICAL
GRADE
DARI LARUTAN SODIUM ALUMINAT MELALUI
PROSES PEMURNIAN
Oleh :
Dessy Amalia
Muchtar Aziz
Nuryadi Saleh
Yuhelda
Soma Somantri
Yayan Sofyan
KEMENTRIAN ENERGI DAN SUMBER DAYA MINERAL
BADAN PENELITIAN DAN PENGEMBANGAN TEKNOLOGI MINERLA DAN BATUBARA
PUSAT PENELITIAN DAN PENGEMBANGAN TEKNOLOGI MINERAL DAN BATUBARA
i
KATA PENGANTARIndonesia memiliki banyak potensi sumber daya mineral, salah satunya bauksit. Bauksit adalah sumber bahan baku dalam pembuatan aluminium yang melalui proses antara menjadi alumina. Selama ini bauksit di Indonesia hanya dijual langsung sebagai bahan wantah ke Negara penghasil alumina seperti Jepang. Sedangkan alumina yang dihasilkan diimpor kembali ke Indonesia sebagai bahan baku untuk memperoleh aluminium pada pabrik peleburan yang telah eksis sejak 34 tahun yang lalu di daerah Sumatera Utara. Sehingga ditemukan satu penghubung yang krusial belum ada di Indonesia, yaitu pengusahaan bauksit menjadi alumina. Selain meningkatkan nilai tambah mineral bauksit, juga dapat dijadikan upaya dalam menjembatani “missing link” yang ada dalam 3 (tiga) dekade. Diharapkan melalui kegiatan Pembuatan alumina Metallurgical Grade Melalui Proses Pemurnian dapat dijadikan suatu pondasi dalam pengusahaan bauksit menjadi alumina.
Bandung, Desember 2011
ii
SARIKebutuhan alumina metallurgical grade dipenuhi melalui impor, sedangkan bahan baku pembuatan alumina yaitu bauksit banyak terdapat di Kalimantan Barat, Indonesia dan belum terolah dengan baik. Berlakunya UU no.4 tahun 2009 menuntut adanya pengolahan dan pemurnian mineral di dalam negeri, sehingga teknologi proses pembuatan alumina metallurgical grade sangat penting untuk dikuasai. Pada umumnya, pembuatan alumina metallurgical grade terdiri dari 4 (empat) tahapan, yaitu digestion, klarifikasi, prespitasi dan kalsinasi. Digestion bertujuan untuk mengekstrak Al dari bauksit yang dikenal dengan proses Bayer yang dilanjutkan dengan klarifikasi atau penyaringan larutan sodium aluminat yang dihasilkan dipisahkan dengan bauksit residu yang dikenal dengan red mud. Kemudian sodium aluminat yang diperoleh di presipitasi untuk memperoleh alumina hidrat yang terdekomposisi menjadi alumina melalui proses kalsinasi. Percobaan pertama dilakukan terhadap bauksit dengan kadar Al2O3 50,9%; SiO2 total 1,17%; Fe2O3 15,21% menggunakan NaOH konsentrasi 129 gr/L yang
larutan sodium aluminatnya dipresipitasi menggunakan asam sulfat kemudian dikalsinasi dengan variasi suhu 1000;1100;1200 C. Proses tersebut menghasilkan alumina dengan komposisi Al2O3 96,8%, SiO2 0,10%, Fe2O3 0,052%, Na2O 1,05% and CaO 0,23%. Sedangkan
alumina metallurgical grade yang diinginkan memiliki spesifikasi Al2O3 > 99%, SiO2 <0,03%,
Fe2O3 <0,03%, Na2O < 0,65% and CaO <0,6%. Sehingga masih perlu perbaikan kondisi proses
dengan melakukan penguarangan kadar SiO2 dan variasi kondisi proses Bayer. Percobaan
kedua dilakukan untuk mengurangi kadar SiO2 dalam larutan sodium aluminat dari bauksit
dengan spesifikasi sebagai berikut Al2O3 55,4%, SiO2 reakstif 2,51%, dan Fe2O3 7,11%.
Pengurangan kadar siO2 dilakukan dengan menambah variasi bahan pengikat seperti Karbon aktif granular, CaCl2, Ca(OH)2 dan CaO. Hasilnya pengurangan SiO2 efektif setelah 3 jam
penambahan Ca(OH)2. Selain SiO2, masalah kandungan Na2O dalam produk alumina juga perlu
diperhatikan sehingga dilakukan percobaan ketiga pada proses Bayer dengan variasi konsentrasi NaOH (129 gr/L dan 102 g/L), variasi jumlah mol NaOH (sesuai stokiometri; berlebih 10% dan 20%), variasi waktu (2;3 jam) dan perbandingan dengan bahan desilikasi (whitton) atau tidak. Penambahan bahan desilikasi memberikan hasil ekstraksi terhadap Al lebih baik dikarenakan mengikat silika reaktif sehingga NaOH dapat efektif bereaksi dengan Al.
iii
DAFTAR ISIKATA PENGANTAR ………. i
SARI ……….. ii
DAFTAR ISI ……… iii
DAFTAR TABEL ……… iv
DAFTAR GAMBAR ……….. v
I. PENDAHULUAN ... 1
1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Ruang Lingkup Kegiatan ... 2
1.3. Tujuan ... 3 1.4. Sasaran ... 3 1.5. Lokasi... 3 2. TINJAUAN PUSTAKA ... 4 3. PROGRAM KEGIATAN ... 8 3.1. Persiapan ... 8 3.2. Kegiatan lapangan ... 8
3.3 Pengolahan sampel dan analisis data ... 8
3.4. Pembuatan laporan akhir ... 10
4. METODOLOGI ... 11
4.1. Peralatan ... 11
4.2. Bahan ... 12
4.3. Metode ... 12
5. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 15
5.1. Hasil Penelitian ... 15 5.2. Pembahasan ... 21 6. PENUTUP ... 27 6. 1. Kesimpulan ... 27 6.2. Saran ... 27 DAFTAR PUSTAKA ... 28 LAMPIRAN ... 30
iv
DAFTAR TABELTabel 2.1. Kondisi operasi digestion skala komersial (Habashi, F, 1997) ... 5
Tabel 5.1. Komposisi oksida bauksit ... 15
Tabel 5.2. Larutan Sodium aluminat hasil proses Bayer ... 16
Tabel 5.3. Komposisi oksida aluminium hidroksida ... 16
Tabel 5.4. Hasil karakterisasi fisika (XRD) produk kalsinasi variasi temperatur ... 16
Tabel 5.5. Komposisi kimia hasil kalsinasi variasi temperatur ... 17
Tabel 5.6. Komposisi kimia bauksit Toho ... 18
Tabel 5.7. Komposisi larutan sodium aluminat Toho ... 18
Tabel 5.8. Kadar SiO2 hasil proses pemurnian... 18
Tabel 5.9. Kadar Al2O3 hasil presipitasi dengan seed ... 19
Tabel 5.10. Kandungan oksida bauksit Tayan ... 20
Tabel 5.11. Kompisisi larutan sodium aluminat hasil variasi jumlah NaOH ... 20
Tabel 5.12. Komposisi kimia hasil presipitasi dan kalsinasi hasil variasi proses Bayer ... 20
Tabel 5.13. Komposisi kimia hasil proses Bayer konsentrasi NaOH 102 g/L ... 21
v
DAFTAR GAMBARGambar 1.1. Road Map kegiatan ... 2
Gambar 4.1. Bejana bertekanan untuk proses Bayer ... 12
Gambar 4.1. Bagan alir metodologi pembuatan alumina metallurgical grade ... 14
Gambar 5.1. Proses presipitasi dengan asam sulfat pekat ... 17
Gambar 5.2. Alumina hasil kalsinasi (kiri) dan hasil presipitasi (kanan) ... 17
1
I. PENDAHULUAN1.1. Latar Belakang
Dasar hukum yang terkait dengan penelitian ini adalah sebagai berikut : - Undang-Undang Dasar 1945 Pasal 33 ayat (3)menegaskan bahwa
bumi, air, dan kekayaan alam yang terkandung di dalamnya dikuasai oleh negara dan dipergunakan untuk sebesar-besar kemakmuran rakyat;
- Undang-undang no.4 tahun 2009 tentang Pertambangan Mineral dan Batubara, Pasal 102 dan 103 yang mewajibkan Pemegang IUP dan IUPK untuk meningkatkan nilai tambah sumber daya mineral dan/atau batubara dalam pelaksanaan, penambangan, pengolahan dan pemurnian, serta pemanfaatan mineral dan batubara di dalam negeri.
Undang-undang No.4 tahun 2009 yang mewajibkan pemegang IUP dan IUPK pertambangan mineral dan batubara untuk melakukan pengolahan dan pemurnian di dalam negeri, mendorong PT. Antam untuk membuat pabrik
chemical grade alumina dengan bahan baku bauksit di Kalimantan Barat. Dalam proses pembuatan alumina tersebut terdapat proses Bayer yang menghasilkan bauksit residu (red mud) dan larutan sodium aluminat. Larutan sodium aluminat tersebut yang dimanfaatkan untuk membuat alumina.
Alumina yang akan diproduksi PT. Antam adalah jenis chemical grade, sedangkan kebutuhan untuk alumina metallurgical grade jumlahnya besar. Hal tersebut dapat diketahui dari kebutuhan PT Inalum, Asahan untuk alumina
metallurgical grade sebesar 550.000 ton/tahun sebagai umpan untuk menghasilkan aluminium. Alumina tersebut dipenuhi melalui impor sehingga spesifikasi alumina metallurgical grade yang dihasilkan dalam penelitian ini hendaknya memenuhi spesifikasi dari alumina yang digunakan oleh PT Inalum. Uraian di atas menunjukkan kebutuhan alumina jenis metallurgical grade
hendaknya dapat dipenuhi oleh produsen dalam negeri mengingat jumlah cadangan bauksit yang besar. Sehingga perlu dilakukan penelitian pemanfaatan sodium aluminat untuk membuat alumina tersebut agar teknologi yang
2
diperlukan terkuasai. Selain itu, juga untuk melanjutkan penelitian-penelitian bauksit terdahulu yang menuju zero waste.Setelah menguasai teknologi proses untuk memperoleh alumina metallurgical grade, pada tahun kegiatan berikutnya dilanjutkan dengan teknologi peleburan alumina menjadi aluminium menggunakan reaktor elektrolitik yang disebut Hall-Heroult cell. Reaktor yang sudah ada di PT inalum berskala industri, maka untuk menguasai teknologi tersebut perlu merekayasa sel tersebut melalui desain rancangan reaktor elektrolitik dengan kapasitas 5 kg/hari. Gambaran tahapan penelitian tersebut dapat dilihat pada gambar 1.1 berikut.
Gambar 1.1. Road Map kegiatan 1.2. Ruang Lingkup Kegiatan
Ruang lingkup kegiatan terdiri dari 4 (empat) tahapan utama yang terdiri dari persiapan, kegiatan lapangan, pengolahan mineral dan analisis data serta pembuatan laporan akhir. Persiapan meliputi studi literatur, pembuatan Rencana Operasional, dan
2011
2012
2013
Diperoleh alumina metallurgical grade dari larutan sodium aluminat Diperoleh desain rancang bangun reaktor katalitik peleburan alumina menjadi aluminium Diperoleh reaktor katalitik proses peleburan alumina kapasitas 5 kg/hari GOAL •Penguasaan teknologi pembuatan reaktor katalitik sederhana untuk peleburan alumina kapasitas 5 kg/hari.
3
penyiapan peralatan yang ada di laboratorium pengolahan mineral Puslitbang tekMIRA yang hendak digunakan. Kegiatan lapangan dilakukan untuk mengadakan kunjungan teknis ke pabrik Aluminium PT Inalum di Asahan, Sumatera Utara. Tahap pengolahan mineral terdiri dari persiapan bauksit sebagai bahan baku untuk proses digesting untuk memperoleh larutan sodium aluminat yang perlu dimurnikan dari pengotor terutama unsur Fe2O3 dan SiO2. Kemudian dilakukan presipitasi dan kalsinasi untuk memperolehalumina metallurgical grade. Setiap tahapan pengolahan di analisis secara fisik maupun kimia untuk memperoleh data hasil setiap tahapan. Semua hasil kegiatan di buat satu laporan akhir yang nantinya bisa dibuat draft makalah ilmiah teknologi mineral.
1.3. Tujuan
Tujuan kegiatan ini adalah untuk mendapatkan metode yang tepat dalam proses pemurnian sodium aluminat menjadi alumina metallurgical grade.
1.4. Sasaran
Sasaran kegiatan penelitian ini adalah mendapatkan alumina metallurgical grade
yang memiliki kandungan Fe2O3 dan SiO2 < 0,02 %.
1.5. Lokasi
Proses kegiatan penelitian dilakukan di laboratorium pengolahan dan pemanfaatan mineral. Untuk mendapatkan data-data pendukung lain dilakukan tinjauan teknis ke pabrik pembuatan Aluminium PT. Inalum di Asahan, Sumatera Utara.
4
2. TINJAUAN PUSTAKAIndonesia memiliki potensi bauksit yang relatif besar yang tersebar di daerah Kijang (Riau), dan Tayan (Kalimantan Barat). Cadangan bauksit di daerah Kijang hanya beberapa juta ton lagi karena sudah ditambang sejak 1935, sedangkan cadangan bauksit yang terdapat di Tayan khususnya dan Kalimantan Barat umumnya belum dieksploitasi secara optimum dengan jumlah cadangan lebih dari 810 juta ton (Husaini, 2009). Bijih bauksit di alam umumnya mengandung beberapa jenis material, terdiri dari satu atau lebih aluminium hidroksida sebagai mineral utama dan beberapa ikutan seperti besi oksida (Fe2O3), silika (SiO2), titan (TiO2), aluminosilikat (lempung dll), kalsium dan
sejumlah kecil phosphorous, sulfur, seng, magnesium dan beberapa jenis mineral karbonat. Jenis mineral aluminium hidroksida sangat bervariasi, yaitu gibbsite [Al(OH)3]
dan polimorf, boehmite dan diaspore [keduanya dalam bentuk AlO(OH)].
Bauksit diklasifikasikan berdasarkan pemanfaatannya secara komersial seperti bahan abrasif, semen, kimia, metallurgical, dan refraktori. Semua bauksit yang telah ditambang, hampir 85% dikonversi menjadi alumina (Al2O3) untuk memproduksi logam
aluminium, dan 10% dimanfaatkan untuk penggunaan non logam untuk beragam kegunaan alumina (chemical), dan jumlah 5% lainnya digunakan untuk aplikasi
nonmetallurgical (Plunkert, 1999). Indonesia memiliki pabrik peleburan alumina di Sumatera Utara yang memerlukan alumina metallurgical grade sebanyak 550.000 ton/tahun berdasarkan kapasitas yang terpasang. Kebutuhan ini masih dipenuhi dengan impor sedangkan cadangan bauksit di Indonesia cukup besar. PT. Antam yang memiliki wilayah KP pertambangan bauksit tersebut sedang mendirikan pabrik pembuatan alumina chemical grade yang saat ini dalam tahap pembangunan. Sedangkan rencana pembangunan pabrik alumina metallurgical grade masih dalam tahap eksplorasi.
Pembuatan alumina pertama kali ditemukan dan dikembangkan oleh Karl Bayer pada 1888. Proses tersebut terdiri dari empat langkah, yaitu digestion, klarifikasi, presipitasi, kalsinasi. Bauksit yang telah dihaluskan dicampur dengan air membentuk slurry kemudian dipompa ke bejana bertekanan yang direaksikan dengan larutan NaOH panas. Proses tersebut megekstrak alumina dalam bentuk larutan sodium alumina (NaAl(OH)4) dan padatan tidak terlarut berupa besi hidroksida dipisahkan dengan filter
5
press dan dicuci. Larutan sodium aluminat kemudian ditambahkan dengan seed Al(OH)3.x H2O untuk mengendapkan aluminium hidroksida yang kemudian dikalsinasisekitar 1100C pada rotary kiln. Produk yang dihasilkan adalah aluminium oksida berwarna putih (Enghag, P, 2004).
Proses utama dalam mengekstrak alumina adalah digestion, kondisi proses yang dilakukan tergantung dari jenis bauksit yang digunakan. Bauksit terdiri dari 2 (dua) tipe yaitu lateritik dan karst. Pada jenis lateritik, bauksit mengandung unsur utama gibbsite yang berasosiasi dengan mineral silikat seperti kaolin juga mengandung mineral besi seperti goethite. Sedangkan bauksit jenis karst mengandung mineral utama boehmite dan diaspore yang berasosiasi juga dengan kaolin dan chamosite yang lebih sulit bereaksi (smith, P, 2009). Perbedaan jenis bauksit tersebut menghasilkan kondisi operasi digestion yang berbeda seperti tampak pada tabel 2.1. yang menunjukkan kondisi operasi digestion secara komersial. Reaksi utama pada proses Bayer berdasarkan jenis mineral bauksit yang terkandung adalah sebagai berikut
Gibbsite Al2O3 · 3H2O + 2 NaOH 2 NaAl(OH)4 Boemite/diaspore 2 AlO(OH) + 2 NaOH 2 NaAlO2 + 2 H2O
Tabel 2.1. Kondisi operasi digestion skala komersial (Habashi, F, 1997)
Tipe Bauksit Temperatur C Konsentrasi NaOH g/L Konsentrasi akhir Al2O3 g/L Gibbsite 107 260 165 142 105-145 90-130 Boehmite 197 150-250 120-160 237 105-145 90-130 Diaspore 262 150-250 100-150
Pengotor utama pada kedua jenis bauksit diatas adalah senyawa silika, besi dan titanium. Silika biasanya berbentuk kaolinit (Al2O3.2SiO2.2H2O), Halloysite
(Al2O3.2SiO2.2H2O) dan kuarsa. Silika dalam kuarsa larut dalam larutan hasil proses
6
lain seperti kaolinit, mudah bereaksi dengan NaOH pada unit digestion dengan reaksi berikutAl2O3 .2SiO2. 2H2O + 6 NaOH Na2O. Al2O3 + 2 Na2O.SiO2 + 5H2O
Kandungan silika dalam bauksit menyebabkan peleburan dan presipitasi kembali silika sebagai produk desilikasi tipe sodalite, sehingga mengkonsumsi NaOH. Oleh karena itu, lebih baik mengontrol desilikasi saat proses digestion dengan mengubah silika menjadi senyawa dengan kelarutan kecil, seperti Kalsium Aluminosilikat. Senyawa tersebut diperoleh dengan bantuan bahan kimia seperti Kalsium oksida (CaO) atau Kalsium Hidroksida (Ca(OH)2 (Jiayu Ma dkk, 2009). Larutan sodium aluminat yang diperoleh
perlu dilakukan presipitasi untuk memperoleh aluminium hidroksida (Al(OH)3).
Proses presipitasi dilakukan dengan menetralkan larutan sodium aluminat yang semula memiliki pH 13 diturunkan derajat keasaman (pH) larutan menjadi 6 berdasarkan diagram kelarutan hidroksida (Aziz, 2009). Selain dengan penambahan asam, Sodium aluminat yang diperoleh dipanaskan perlahan untuk menghilangkan silika terlarut (Na2Si(OH)6). Kemudian didinginkan perlahan dan diasamkan dengan
karbondioksida membentuk larutan asam karbonik lemah dan menetralkan larutan yang secara selektif mengendapkan aluminium hidroksida (Al(OH)3) (Cardarelli, 2008). Selain
pengaturan pH, presipitasi juga dapat dilakukan dengan menambahkan seed berupa aluminium hidroksida yang dihasilkan sebelumnya untuk menumbuhkan kristal-kristal aluminium hidroksida (Schmitz, 2006). Ilustrasi reaksi dalam proses presipitasi adalah Na2O . Al2O3 + 4H2O 2Al(OH)3 + 2NaOH.
Aluminium hidroksida yang diperoleh kemudian dikalsinasi pada suhu 1100 sampai 1300C untuk menghasilkan alumina dengan reaksi yaitu
2 Al(OH)3 Al2O3 + 3 H2O.
Kalsinasi dilakukan menggunakan rotary kiln untuk non-metallurgical grade. Kalsinasi sistem fluidized bed kemungkinan dapat digunakan untuk metallurgical grade. Kedua macam alumina tersebut harus memiliki kandungan natrium yang rendah. Cara untuk mengurangi natrium misalnya dengan pelindian menggunakan air atau menambahkan silika untuk membentuk sodium silikat yang terlarut. Perubahan gibbsite menjadi
alfa-7
alumina saat kenaikan temperatur pada proses kalsinasi memiliki fenomena sebagai berikut :1. melepaskan uap air pada 250C dan 400C yang dapat membuat alumina menjadi seperti bergerak;
2. perubahan eksotermis menjadi alfa-alumina terjadi antara 1000C sampai 1250C serta membutuhkan waktu sedikitnya 1 jam (Cardarelli, 2008).
Proses pemurnian larutan sodium aluminat ditentukan berdasarkan jumlah pengotor yang terkandung. Kegiatan yang telah dilakukan Aziz, M dkk, 2007 menunjukkan kandungan pengotor dalam larutan sodium aluminat dari bijih bauksit Tayan terdiri dari Fe2O3 10,66 mg/l; SiO2 56,08 mg/l; CaO 4,16 mg/l; P2O5 26,92 mg/l
dan TiO2 7,02 mg/l. Proses pemurnian sejumlah logam terlarut dalam larutan sodium
aluminat khususnya melarutkan Fe2O3 dapat dilakukan menggunakan larutan polimer
amidoxime sehingga membentuk kompleks polimer-besi yang tidak larut dalam larutan sodium aluminat (Spitzer, Donald P, 2000). Kemudian silika dipisahkan dengan mencampur larutan sodium aluminat dengan kalsium klorida atau kalsium hidroksida pada 50 - 90°C. Metode pemurnian lain adalah melalui proses elektrolisis pada kondisi densitas arus katoda sebesar 150 – 200 A/m2 dan suhu 80 - 85°C (Rubinstein,et.al,
2009).
Proses pemurnian sodium aluminat terhadap beberapa pengotor selain Fe2O3 dan
SiO2 sudah banyak dilakukan. Diantaranya, pemurnian dari pengotor berupa organik
dikurangi kandungannya dengan menggunakan larutan barium, larutan magnesium, larutan tembaga dan polimer. Pengotor lain seperti sodium oksalat dapat dihilangkan menggunakan adsorbent (karbon aktif, lempung aktif dll), kapur serta proses evaporasi dan kalsinasi (Strominger, et.al, 1994).
8
3. PROGRAM KEGIATANKegiatan pembuatan alumina metallurgical grade dari larutan sodium aluminat meliputi beberapa kegiatan sebagai berikut :
3.1. Persiapan
Persiapan dalam kegiatan ini meliputi penulisan rencana operasional, persiapan peralatan agar siap pakai dan studi literatur mendukung kegiatan penelitian yang dilakukan melalui pencarian literatur terkait dari internet, laporan penelitian sebelumnya yang terkait yang telah dilakukan di Puslitbang tekmira maupun instansi penelitian lainnya.
3.2. Kegiatan lapangan
Kegiatan lapangan dengan melakukan kunjungan teknis ke Pabrik Aluminium PT. Inalum, Sumatera Utara untuk memperoleh spesifikasi terkini alumina yang dipakai sebagai bahan baku.
3.3 Pengolahan sampel dan analisis data
Tahapan kegiatan ini terdiri dari pengolahan sampel, karakterisasi sampel serta produk, dan koordinasi kegiatan untuk memperoleh metode pendukung selama proses pengolahan sampel berlangsung. Pengolahan sampel dilakukan melalui beberapa kegiatan, yaitu
- Preparasi bijih bauksit dan karakterisasi
Bijih bauksit yang akan digunakan berasal dari sampel yang telah ada di Laboratorium Puslitbang tekMIRA yang sebelumnya digunakan untuk tim yang terkait penelitian bauksit. Selain itu juga akan menggunakan bauksit yang akan diambil oleh tim peningkatan kadar bauksit untuk metallurgical grade. Sampel bauksit tersbut terlebih dahulu dipreparasi melalui proses kominusi (pengecilan ukuran) hingga diperoleh ukuran butir -60 mesh, untuk proses pembuatan larutan sodium aluminat, dan -200 mesh untuk keperluan karakterisasi bijih bauksit. Bijih bauksit yang dipakai adalah bijih bauksit tanpa melewati proses pencucian terlebih dahulu dan bauksit tercuci.
9
Bijih bauksit yang sudah dipreparasi dilakukan karakterisasi dengan analisis fisik seperti mineralogi, XRD dan SEM. Selain itu juga dilakukan analisis kimia untuk mengetahui kandungan kimia yang terdapat dalam bauksit. Sehingga dapat ditentukan jumlah reaktan dalam proses Bayer untuk memperoleh larutan sodium aluminat.- Pembuatan larutan sodium aluminat dan karakterisasi
Sodium aluminat diperoleh melalui proses Bayer menggunakan bauksit sebagai umpan dan NaOH sebagai reaktan. Bauksit yang digunakan terdiri dari dua jenis, yaitu bauksit hasil ayak basah dan bauksit yang sudah melalui proses peningkatan kadar (upgrading). Hasil proses Bayer terdiri dari red mud dan larutan sodium aluminat. Larutan sodium aluminat yang dihasilkan dipisahkan dari red mud dengan penyaringan.
Larutan sodium aluminat hasil penyaringan dilakukan karakterisasi untuk mengetahui kandungan pengotor terutama Fe2O3 dan SiO2 melalui analisis kimia.
- Pemurnian
Proses pemurnian sejumlah pengotor dalam larutan sodium aluminat dilakukan dengan mengendapkan Fe2O3 dan silika dengan mencampur larutan sodium
aluminat dengan kalsium klorida ; kalsium hidroksida; karbon aktif; kalsium oksida pada 70°C dengan variasi waktu.
- Pembuatan alumina dan karakterisasi
Larutan sodium aluminat yang telah dimurnikan dilakukan presipitasi atau pengendapan sehingga diperoleh endapan alumina berwarna putih. Padatan tersebut lalu dicuci dengan aquadest dan dikeringkan dalam oven. Endapan hasil pengeringan dikalsinasi agar struktur yang terbentuk menjadi stabil dan berubah dari hidroksida menjadi oksida. Kalsinasi dilakukan dalam furnace dengan variasi temperature pada 1000;1100;1200°C selama 2 jam.
Alumina hasil kalsinasi dikarakterisasi melalui analisis fisik berupa XRD, Spesific gravity, juga analisis kimia untuk mengetahui komposisi alumina.
10
3.4. Pembuatan laporan akhirSeluruh proses dan hasil kegiatan penelitian dievaluasi dan dijabarkan dalam sebuah laporan akhir tahunan kegiatan 2011. Dalam proses pembuatan laporan akhir juga diperlukan pencarian literatur pendukung untuk mengetahui fenomena yang dihasilkan dalam proses kegiatan penelitian. Selain itu, juga dibuat ringkasan eksekutif dan makalah ilmiah teknologi mineral dari hasil kegiatan yang telah dilakukan.
11
4. METODOLOGI4.1. Peralatan
Penggunaan peralatan disesuaikan dengan tahapan kegiatan pengolahan sampel yang dilakukan. Tahapan kegiatan terdiri dari 4 (empat) yaitu preparasi sampel, pembuatan larutan sodium aluminat, pemurnian larutan sodium alulminat, dan pembuatan alumina. Peralatan yang dipakai untuk setiap tahapan kegiatan adalah sebagai berikut :
1. Preparasi sampel, membutuhkan peralatan kominusi berupa jaw crusher, roll mill dan ball mill untuk memperoleh ukuran -60 mesh. Ukuran tersebut ditentukan dengan menggunakan saringan kawat. Peralatan pendukung lain yang diperlukan adalah kuas, timbangan dan plastik untuk wadah sampel;
2. Pembuatan larutan sodium aluminat, menggunakan bejana bertekanan (gambar 4.1) yang dapat diatur suhunya. Kemudian larutan sodium aluminat yang terbentuk disaring menggunakan kain yang ditampung dengan jerigen. Peralatan pendukung lainnya yaitu beaker plastik ukuran 1 liter untuk mengukur air yang ditambahkan dan mengukur filtrat yang dihasilkan. Selain itu diperlukan masker, sarung tangan serta sepatu safety sebagai alat bantu keamanan kerja;
3. Pemurnian larutan sodium aluminat dilakukan dengan pelindian menggunakan alat-alat gelas beserta hotplate stirrer yang dapat diatur suhu dan kecepatan pengaduknya. Pelindian juga dapat dilakukan menggunakan alat mixer settler yang diadakan tahun ini. Alat pendukung lain yaitu thermometer dan botol plastik sebagai wadah filtrat;
4. Pembuatan alumina, dilakukan dengan melakukan presipitasi alumina menggunakan alat-alat gelas dengan hotplate stirrer serta kertas penyaring dan pita pH. Presipitat yang terbentuk dikeringkan dalam oven. Alumina yang diperoleh kemudian dikalsinasi mengunakan furnace dan kompresor sebagai penyedia udara. Peralatan pendukung yang diperlukan adalah cawan porselen, sarung tangan asbes tahan panas dan tong penjepit untuk mengambil cawan porselen dalam furnace.
12
Gambar 4.1. Bejana bertekanan untuk proses Bayer4.2. Bahan
Bahan-bahan yang diperlukan untuk kegiatan penelitian adalah sebagai berikut : 1. Natrium Hidroksida (NaOH) teknis untuk proses Bayer;
2. Whitton (CaCO3) sebagai bahan desilikasi pada Proses Bayer;
3. Kalsium klorida (CaCl2) sebagai bahan pengikat SiO2 pada proses pemurnian;
4. Kalsium Oksida (CaO) sebagai bahan pengikat SiO2 pada proses pemurnian;
5. Kalsium Hidroksida (Ca(OH)2) sebagai bahan pengikat SiO2 pada proses pemurnian;
6. Karbon aktif granul sebagai bahan pengikat SiO2 pada proses pemurnian;
7. Asam sulfat (H2SO4) sebagai bahan pengendap pada proses presipitasi;
8. Aluminium hidrat (Al(OH)3) sebagai bahan pengendap pada proses presipitasi;
9. Aluminium Oksida (Al2O3) bahan pengendap pada proses presipitasi
4.3. Metode
Bijih bauksit yang digunakan adalah bauksit hasil preparasi langsung tim peningkatan kadar 2011 dan bauksit tercuci hasil dari proses peningkatan kadar tim red Mud 2010 dan tim peningkatan kadar bauksit skala pilot plant 2011. Bauksit tersebut dipreparasi dan dilakukan pemercontoh untuk dikarakterisasi secara fisika (XRD) dan
13
kimia. Kemudian, bauksit yang akan dipakai sebagai bahan baku di preparasi untuk tahap proses selanjutnya.Metode yang dilakukan secara garis besar dibagi menjadi 3 (tiga) tahap. Tahap 1 (satu) adalah membuat larutan sodium aluminat dengan melakukan proses Bayer menggunakan umpan bauksit dengan ukuran -60 mesh direaksikan dengan larutan NaOH dengan variasi konsentrasi (102 gr/l dan 129 gr/l berlebih 10% dan 20% dari stoikiometri) dalam bejana bertekanan pada 140°C selama 2 jam. Larutan sodium aluminat diperoleh dengan menyaring filtrat sehingga terpisah dari padatan bauksit residu. Kemudian bauksit residu dicuci dengan aquadest untuk mengalirkan konsentrat yang tertinggal.
Tahap 2 (dua) merupakan tahap pemurnian larutan sodium aluminat dari pengotor yaitu Fe2O3 dan SiO2. Tahap pemurnian dilakukan dengan pelindian
menggunakan Kalsium Klorida (CaCl2)/ kalsium hidroksida (Ca(OH)2)/ Kalsium Oksida
(CaO)/ Karbon granul. Pelindian dilakukan untuk mengikat SiO2 dengan mereaksikan
larutan sodium aluminat bersama bahan-bahan di atas pada 70°C dengan variasi waktu 30 – 300 menit interval 30 menit kecuali CaO dengan interval 60 menit.
Setelah dilakukan pemurnian, dilakukan proses tahap 3 (tiga) yaitu presipitasi aluminium hidrat dari larutan sodium aluminat menggunakan asam sulfat hingga pH hampir netral atau penambahan seed alumina sehingga memperoleh endapan berwarna putih. Endapan tersebut dicuci dengan air hangat untuk menghilangkan sisa Na dari larutan sodium aluminat. Kemudian endapan dikeringkan menggunakan oven kemudian dilakukan kalsinasi selama 2 jam dengan variasi temperature dari 1000 - 1200°C dengan tambahan udara.
Produk alumina yang terbentuk dikarakterisasi melalui analisis fisik terdiri atas XRD dan Spesific gravity. Selain itu juga dilakukan analisis kimia untuk mengetahui jumlah kandungan pengotor Fe2O3, SiO2 dan Na2O. Bagan alir proses pembuatan
14
Gambar 4.1. Bagan alir metodologi pembuatan alumina metallurgical grade-60 mesh
Residu Bauksit Preparasi
Proses Bayer Bauksit
Larutan Sodium Aluminat
Pemurnian Presipitasi Pencucian Pengeringan Kalsinasi Alumina metallurgical grade (Al2O3) Al(OH)3 Al(OH)3 Al(OH)3 Karakterisasi Karakterisasi Karakterisasi Karakterisasi Karakterisasi Fe2O3 SiO2
Larutan kaya Al(OH)3
Aquadest
Air asam sulfat
/seed Larutan sisa
Aquadest CaO/Ca(OH)2/
CaCl2/C aktif
NaOH
15
5. HASIL DAN PEMBAHASANTim Pembuatan alumina dari larutan sodium aluminat melalui proses pemurnian tidak melakukan pengambilan sampel bijih bauksit. Bijih bauksit yang digunakan sebagai bahan baku berasal dari berbagai sumber karena keterbatasan jumlah dan untuk melihat pengaruh proses yang dipilih terhadap perbedaan karakteristik. Bahan baku yang digunakan berasal dari hasil pencucain tim red mud 2010; hasil preparasi ayak basah tim Upgrading bauksit Kalimantan Barat 2011 serta hasil pencucian tim Aplikasi Proses Upgrading Bauksit Tayan Kalimantan Barat 2011. Sehingga hasil penelitian akan dibagi berdasarkan sumber bijih bauksit yang digunakan.
5.1. Hasil Penelitian
5.1.1 Bauksit Tayan Hasil Pencucian (Tim Red Mud 2010) dengan Penambahan Bahan desilikasi pada Proses Digesting
Bauksit hasil pencucian dengan ukuran -60 mesh di karakterisasi secara kimia dan fisika (XRD). Hasil analisis kimia tertera pada tabel 5.1 berikut ini. Bauksit tersebut terdiri dari mineral gibbsite, goethite dan hematite berurutan berdasarkan hasil analisis difraksi sinar-x.
Tabel 5.1. Komposisi oksida bauksit
Bauksit tersebut dijadikan umpan dalam proses Bayer untuk mengekstrak aluminium terlarut dalam bentuk hidroksida (NaAl(OH)4). Dalam proses Bayer, bauksit direaksikan
dengan larutan NaOH dalam bejana bertekanan. Kondisi operasi proses Bayer yang dilakukan mengikuti kondisi yang dilakukan tim red Mud 2010, yaitu konsentrasi NaOH 129 gr/L pada suhu 140C selama 2 jam. Selain itu juga dicoba dengan konsentrasi 102 g/L untuk melihat pengaruh terhadap jumlah Na dalam larutan sodium aluminat.
Selain kondisi operasi diatas, berdasarkan Jiayu, Ma dkk, 2011 dalam proses Bayer diperlukan proses desilikasi menggunakan kapur seperti Cao dan Ca(OH)2 sehingga
dilakukan alternatif kondisi proses dengan menambahkan whitton yang merupakan CaCO3
kedalam bejana bertekanan bersama bauksit dan larutan NaOH.
Oksida Al2O3 SiO2 Fe2O3 CaO MgO TiO2 LOI
16
Hasil dari proses Bayer terdiri atas filtrat berupa larutan sodium aluminat dan padatan yang berwarna merah yang dikenal dengan red mud (bauksit residu). Larutan sodium aluminat yang dihasilkan dikarakterisasi untuk mengetahui hasil ekstraksi berupa komposisi oksida dalam filtrat yang tampak pada Tabel 5.2.Tabel 5.2. Larutan Sodium aluminat hasil proses Bayer Oksida
(mg/L) Al2O3 SiO2 Fe2O3 CaO MgO TiO2 Na2O Non whitton 58.292 166 16,9 2,5 0,65 1,25 90.677 Whitton 177.550 10 6,28 1,036 tt 199.478
Hasil analisis diatas menunjukkan bahwa penambahan whitton mengurangi jumlah SiO2
dalam larutan, sehingga larutan tersebut dilanjutkan ke proses berikutnya, yaitu presipitasi. Presipitasi dilakukan menggunakan asam sulfat pekat hingga derajat keasaman (pH) larutan menjadi 6. Presipitat yang terbentuk berwana putih seperti tampak pada gambar 5.1. dan memiliki komposisi kimia seperti pada Tabel 5.3. yang merupakan mineral Bayerit (Aluminium Hydroxide) dari hasil analisis difraksi sinar –x, dan memilliki specific gravity
2,42.
Tabel 5.3. Komposisi oksida aluminium hidroksida Oksida Al2O3 SiO2 Fe2O3 Na2O
% 56,3 0,05 0,026 3,30
Aluminium hidroksida yang dihasilkan di kalsinasi dengan variasi temperature selama 2 jam dengan penambahan udara. Hasil kalsinasi berupa bubuk putih dibanding sebelum kalsinasi (gambar 5.2.) dan mengalami pengurangan berat dibanding sebelum kalsinasi. Data pengurangan berat dan hasil karakterisasi fisika dapat dilihat pada Tabel 5.4 sedangkan komposisi kimia tampak pada Tabel 5.5.
Tabel 5.4. Hasil karakterisasi fisika (XRD) produk kalsinasi variasi temperatur Suhu
(C) Kandungan mineral Specific Gravity Pengurangan berat (gram) 1000 Corundum (Aluminium Oxide) 3,24 2,30 1100 Corundum (Aluminium Oxide) 3,39 4,37
17
Gambar 5.1. Proses presipitasi dengan asam sulfat pekatTabel 5.5. Komposisi kimia hasil kalsinasi variasi temperatur Suhu
(C) Al(%) 2O3 SiO(%) 2 Fe(%) 2O3 Na(%) 2O CaO (%)
1000 83,1 0,10 0,10 5,39 -
1100 84,2 0,22 0,051 6,81 1,69
1200 96,8 0,10 0,052 1,05 0,23
18
5.1.2. Bauksit Toho Hasil Ayak Basah (Tim Upgrading Bauksit Kalimantan Barat, 2011) Melalui Pemurnian Dengan karbon aktif dan Beberapa Senyawa Kalsium (Ca)Percobaan sebelumnya menggunakan bauksit dengan kadar SiO2 total < 2 % dan dapat
menghasilkan alumina dengan kadar > 96% namun pengotor belum memenuhi spesifikasi alumina metallurgical grade. Untuk itu diperlukan proses pemurnian pada larutan sodium aluminat yang dilakukan pada bauksit dengan kadar SiO2 total > 2%. Bauksit yang
digunakan berasal dari daerah Toho, Kalimantan Barat yang mengalami preparasi ayak basah -60 mesh. Komposisi kimia bauksit tersebut tercantum pada Tabel 5.6 berikut ini.
Tabel 5.6. Komposisi kimia bauksit Toho
Bauksit tersebut selanjutnya digunakan pada proses Bayer dengan larutan NaOH dan ditambahkan whitton. Larutan sodium aluminat yang dihasilkan mengandung beberapa oksida dengan rincian seperti pada Tabel 5.7. Larutan tersebut dilanjutkan dengan proses pemurnian menggunakan beberapa bahan, yaitu CaCl2, CaO, Ca(OH)2 dan karbon aktif
berbentuk granul dengan variasi waktu 30 – 300 menit interval 30 menit kecuali CaO per 60 menit, larutan disampling dan dianalisis sisa kadar SiO2 yang terkandung. Hasil sampling
proses permunian dapat dilihat pada Tabel 5.8.
Tabel 5.7. Komposisi larutan sodium aluminat Toho
Tabel 5.8. Kadar SiO2 hasil proses pemurnian Waktu
(menit)
Kadar SiO2 (mg/L)
CaCl2 Ca(OH)2 C aktif granul CaO
30 170 10 1 -
60 20 20 0,7 80
90 130 20 2,3 -
120 50 30 0,9 120
Oksida SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO TiO2 LOI
% 5,99 50,98 15,90 0,070 0,0107 1,35 25,3
Oksida SiO2 total
(g/L) (g/L) Al2O3 (mg/L) Fe2O3 (mg/L) CaO Na(g/L) 2O
19
150 150 10 1,3 - 180 160 Nil 0,2 110 210 110 Nil 0,8 - 240 90 Nil 1,1 100 270 100 Nil 1,5 - 300 60 Nil 1,4 280Kadar SiO2 tidak diperoleh lagi dalam larutan sodium aluminat dengan bantuan bahan
Ca(OH)2 dalam waktu minimal 180 menit. Sehingga proses selanjutnya yaitu presipitasi
aluminium oksida dilakukan setelah melalui proses pemurnian dengan kondisi terbaik diatas. Proses presipitasi dilakukan dengan penambahan seed Al2O3 dan Al(OH)3 masing-masing
variasi waktu 60 – 300 menit dengan interval 60 menit.Penambahan seed dilakukan pada suhu 70C. Pengaruh penambahan seed tersebut dilihat dari kadar Al2O3 yang dilihat dari
analisis kimia (Tabel 5.9.)
Tabel 5.9. Kadar Al2O3 hasil presipitasi dengan seed
Waktu (menit)
Pengadukan Tanpa Pengadukan
Seed Al2O3 Seed Al(OH)3 Seed Al2O3 Seed Al(OH)3
60 64 55,6 60,7 56,8
120 66 63,5 62,5 59,2
180 66 61,6 62,7 61,5
240 68 61,5 63,9 62,9
300 76 61,5 73,1 64,5
5.1.3. Bauksit Tayan hasil peningkatan kadar (Tim Aplikasi Upgrading Bauksit, 2011) dengan Variasi Konsentrasi NaOH dan Penambahan Bahan Desilikasi
Hasil-hasil percobaan di atas masih mengandung pengotor terutama kandungan natrium oksida sehingga perlu diperhatikan kondisi penambahan NaOH pada proses Bayer agar tidak berlebih dan masih terdapat pada produk akhir (alumina metallurgical grade). Sehingga dilakukan beberapa variasi jumlah NaOH yang ditambahkan berdasarkan hasil perhitungan stoikiometri yang kemudian dilebihkan 10% dan 20% dengan waktu tetap, selama 2 jam. Bauksit yang digunakan memiliki komposisi seperti tertera pada Tabel 5.10. Sedangkan larutan sodium aluminat hasil proses Bayer dengan variasi jumlah NaOH dengan konsentrasi
20
129 g/L tampak pada Tabel 5.11. hasil yang terbaik dari variasi tersebut dilakukan penambahan waktu proses Bayer dari kondisi terbaik variasi jumlah NaOH.Tabel 5.10. Kandungan oksida bauksit Tayan Oksida Al2O3 SiO2
bebas SiOreaktif 2 Fe2O3 CaO MgO % 55,4 9,12 2,51 7,11 0,11 0,034
Tabel 5.11. Kompisisi larutan sodium aluminat hasil variasi jumlah NaOH Jumlah NaOH Al2O3 SiO2 Fe2O3 CaO Na2O (mg/L) 1 28000 170 1,4 tt 41000 2 43000 130 1,6 tt 115000 3 22000 160 1,43 5,75 64000 4 32000 Nihil 1,37 30 63000 Keterangan :
1 = jumlah NaOH sesuai perhitungan stoikiometri 2 = jumlah NaOH berlebih 10%
3 = jumlah NaOH berlebih 20%
4 = jumlah NaOH berlebih 10% dengan waktu proses Bayer 3 jam
Antara empat kondisi pada Tabel 5.11., kondisi ke empat yaitu jumlah NaOH berlebih 10% dengan proses Bayer 3 jam memiliki jumlah pengotor berupa SiO2 dan Fe2O3
paling kecil, sehingga dipilih untuk diteruskan ke proses presipitasi menggunakan asam sulfat 6M hingga pH 7. Presipitat yang dihasilkan lalu dikalsinasi 1200C selama 2 jam. Hasil presipitasi dan kalsinasi tertera pada Tabel 5.12. Mineral yang terkandung pada hasil kalsinasi terdiri atas corundum (aluminium oksida) dan ternadrit (sodium sulfat) Tabel 5.12. Komposisi kimia hasil presipitasi dan kalsinasi hasil variasi proses Bayer
Oksida Al2O3
(%) SiO(%) 2 Total Na(%) 2O Fe(%) 2O3 CaO (%) Presipitasi 35,7 0,45 18,44 0,015 0,012 Kalsinasi 92,0 0,27 7,49 0,074 0,051
21
Tabel diatas memperlihatkan bahwa jumlah kandungan Natrium oksida sangat tinggi, sehingga proses Bayer yang dilakukan perlu perbaikan kondisi dengan desilikasi dan konsentrasi NaOH diturunkan menjadi 102 g/L. Tabel 5.13. menunjukkan hasil proses Bayer dengan bantuan bahan desilikasi dibandingkan dengan tanpa bahan desilikasi.Tabel 5.13. Komposisi kimia hasil proses Bayer konsentrasi NaOH 102 g/L Konsentrasi
NaOH (g/L) Oksida Al(g/L) 2O3 Total SiO2 (mg/L)
Na2O
(g/L) Fe(mg/L) 2O3 CaO (mg/L) TiO(mg/L) 2 larutan Vol. (L)
102 Non
Whitton 60 200 85 0,02 40 - 3
Whitton 90 50 82 tt 4,36 tt 2,8
5.2. Pembahasan
Pada bauksit Tayan hasil pencucian tim red mud 2010, larutan sodium aluminat yang dihasilkan (Tabel 5.2.) lebih bagus jika dilakukan penambahan whitton saat proses Bayer. Pengotor utama seperti SiO2, Fe2O3 dan CaO memiliki kandungan lebih kecil
dalam larutan, berarti whitton yang dipakai dapat digunakan sebagai bahan desilikasi. Kandungan dalam whitton adalah CaCO3 yang akan mengikat silika reaktif dalam
bentuk kaolinit dengan reaksi berikut ini, sehingga silika reaktif tidak mengkonsumsi NaOH dan Al yang terekstrak lebih banyak.
Al2O3.2SiO2 + CaCO3 CaO.Al2O3.SiO2 + CO2
Larutan sodium aluminat yang dihasilkan memiliki pH hingga 13. Untuk memperoleh aluminium hidroksida perlu dilakukan pengaturan pH berdasarkan diagram kelarutan hidroksida pada gambar 5.3. bagian putih pada diagram, hidroksida berada dalam larutan sedangkan bagian yang diarsir, dalam bentuk endapan. Selain pengaturan pH, juga dapat dilakukan dengan menambah seed aluminium hidroksida yang dihasilkan sebelumnya hingga 400% untuk menumbuhkan kristal-kristal aluminium hidroksida (Schmitz, 2006).
22
Gambar 5.3. Diagram kelarutan hidroksida berdasarkan pHDalam percobaan awal, presipitasi dilakukan dengan pengaturan pH menggunakan asam sulfat pekat karena belum memiliki aluminium hidroksida yang dapat dijadikan seed. Penambahan asam dilakukan hingga pH larutan berubah dari 13 menjadi sekitar 6 membentuk endapan putih seperti pada gambar 5.2. Endapan putih tersebut adalah aluminium hidroksida.
Aluminium hidroksida yang diperoleh (Tabel 5.3) masih mengandung Na cukup besar sehingga perlu dicuci dengan air hangat untuk mencuci Na berlebih pada permukaan endapan. Sedangkan Fe yang terdapat dalam aluminium hidroksida kemungkinan ikut terendapkan saat presipitasi, karena sesuai Gambar 5.3. Fe(OH)3 akan mengendap
pada pH hingga 3, jadi presipitasi yang baik hendaknya dilakukan hingga pH 7 saja. Untuk Si yang mengendap merupakan silika reaktif yang tidak ikut bereaksi dengan Ca pada whitton yang ditambahkan, sehingga saat proses Bayer perlu penambahan
23
Setelah mendapatkan aluminium hidroksida yang netral pH nya, kemudian dikeringkan di oven lalu dikalsinasi dengan variasi temperatur 1000; 1100; 1200 dengan tambahan injeksi udara. Tujuan dari kalsinasi adalah dekomposisi, transisi fase atau penghilangan fraksi mudah menguap, melalui perlakuan panas terhadap bahan galian atau material padat dibawah titik lebur (Pudjaatmaka, 2002) produk yang akan dihasilkan dalam hal ini alumina yang akan dihasilkan memiliki titik lebur 2072C.Semakin tinggi temperatur kalsinasi, semakin besar kadar Al2O3 yang diperoleh (Tabel
5.5) berarti pada 1200C Aluminium hidroksida telah mengalami dekomposisi paling sempurna dibanding temperatur lebih rendah dan fraksi yang mudah menguap dapat dihilangkan. Dalam kegiatan ini, kalsinasi yang dilakukan adalah untuk mendekomposisi mineral hidrat menjadi oksida serta menghilangkan air kristal sebagai uap air. Selain itu, kalsinasi pada aluminium hidroksida menjadi alumina juga membantu dalam transisi fase karena alumina terdiri dari beberapa fase, yaitu γ-, δ-, η-, θ-, and -alumina. Setiap fase memiliki struktur kristal dan sifat yang unik. Alumina metallurgical grade yang diharapkan memiliki fase karena lebih stabil dan saat aplikasi pada Hall Heroult cell tidak akan menyebabkan korosi serta akan membentuk
crust di atas cell yang mudah dipecah (stb, P.N, 2002).
Hasil dari ketiga variasi temperatur menunjukkan fase alumina yang sama karena hasil analisis XRD yang diperoleh menunjukkan mineral corundum (alumium oksida). Berdasarkan analisis kimia (Tabel 5.5.), jumlah Al2O3 tertinggi diperoleh melalui
kalsinasi pada 1200C. Namun masih mengandung pengotor dengan jumlah melebihi spesifikasi yang diharuskan untuk alumina metallurgical gade yang digunakan komersial oleh PT Inalum pada Tabel 5.15.
24
Tabel 5.15. Spesifikasi alumina metallurgical grade komersialParameter Jumlah (%) Parameter Jumlah
Fe2O3 < 0,03 B.E.T surface Area 25 m2/gram
SiO2 < 0,03 Bulk density 0,95 – 1,05
kg/dm3
TiO2 < 0,006 Fine Particle Size
(-44 mesh)
< 15 % P2O < 0,001 Coarse particle size
(+150 msh) < 3 % Na2O < 0,65 CaO < 0,6 LOI < 1,0 Sumber : Sinaga, D, 2011
Penggunaan whitton efektif mengurangi jumlah silika reaktif dalam larutan sodium aluminat yang dihasilkan namun pengotor-pengotor masih belum memenuhi spesifikasi. Untuk itu perlu dilakukan percobaan pemurnian larutan sodium aluminat dari silika reaktif yang masih terdapat dalam larutan tersebut.
Percobaan pemurnian dilakukan terhadap larutan sodium aluminat dari bauksit dengan kadar SiO2 > 2% dengan hasil mengandung 17,5 g/L Silika reaktif terlarut yang kemudian dimurnikan dengan empat alternatif bahan, karbon aktif, Ca(OH)2 , CaCl2 dan
CaO. Hasil sampling menunjukkan Ca(OH)2 memberikan pengaruh paling terbaik setelah
3 jam mengikat seluruh sisa silika reaktif dalam larutan sodium aluminat menjadi kalsium silika hidrat. Sedangkan CaCl2 akan berubah manjadi Ca(OH)2 setelah bereaksi
dengan air setelah keseluruhan berubah menjadi kapur padam, baru bereaksi mengikat silika. Hal ini terlihat bahwa penurunan silika terjadi perlahan. Ilustrasi reaksi kimia yang terjadi dengan penggunaan Ca(OH)2 terpapar pada reaksi no. 1 berikut ini sedangkan
CaCl2 terlhat pada no.2
Ca(OH)2 + SiO2 CaO.SiO2.H2O ... (1)
CaCl2 + 2 H2O Ca(OH)2 + 2 HCl ...(2)
25
Penggunaan karbon aktif dapat dikatakan efektif jika dilihat pada Tabel 5.8 yang menunjukkan penurunan silika yang signifikan namun karbon aktif dikhawatirkan akan mengotori warna dari larutan sisa dan alumina yang dihasilkan tidak putih.Setelah mendapatkan larutan sodium aluminat yang lebih bersih dari silika, dilakukan presipitasi untuk mendapatkan aluminium hidroksida. Presipitasi sebelumnya dilakukan dengan menggunakan asam sulfat pekat yang rentan akan membentuk senyawa selain aluminium hidroksida jika masih terdapat pengotor. Untuk menghindari hal tersebut, presipitasi dicoba dengan menambahkan seed Al2O3 dan Al(OH)3 yang ada di pasaran.
Percobaan dilakukan dengan menambahkan sebanyak 30% dari jumlah alumina yang akan dihasilkan dengan variasi waktu dengan sampling.
Dengan bertambahnya waktu, jumlah Al bertambah karena seed berfungsi sebagai inti dari kristal-kristal yang akan tumbuh. Jumlah Al pun lebih banyak jika presipitasi dilakukan dengan pengadukan sesuai dengan hukum reaksi kimia yang menyatakan pengadukan dapat mempercepat suatu reaksi. Namun jumlah Al setelah 5 jam percobaan tidak bertambah terlalu signifikan dikarenakan penambahan seed yang dilakukan lebih sedikit (30%) dari yang seharusnya (400%) dan waktu untuk presipitasi sempurna adalah 48 hingga 72 jam (Schmitz, 2006).
Percobaan-percobaan diatas menujukkan bahwa pengotor selain silika dan ferrous adalah natrium. Hasil-hasil percobaan diatas menujukkan jumlah Na2O yang masih
diatas spesifikasi alumina metallurgical grade, meskipun sudah dilakukan proses desilikasi dengan penambahan whitton saat proses Bayer maupun penggunaan bahan pengikat silika reaktif terlarut pada larutan sodium aluminat. Penambahan Na pertama kali adalah saat proses Bayer, sehingga walaupun setelah proses Bayer dilakukan langkah pemurnian, jumlah Na masih berlebih. Untuk itu diperlukna beberapa variasi kondisi proses Bayer terutama jumlah penggunaan Na dan jenis bahan desilikasi saat proses Bayer.
Percobaan variasi kondisi proses Bayer berawal dari variasi jumlah NaOH (sesuai stoikiometri; berlebih 10% dan berlebih 20%) pada waktu yang sama (2 jam) yang ditunjukkan pada Tabel 5.11 dengan hasil yang terbaik adalah menggunakan jumlah NaOH berlebih 10%. Hal ini disebabkan NaOH bereaksi juga dengan silika reaktif selain
26
dengan Al, sehingga jika jumlah NaOH sangat berlebih maka akan lebih banyak silika reaktif yang bereaksi membentuk sodium silikat. Sodium silikat tersebut dapat berikatan dengan Al membentuk sodium aluminium silikat, sehingga kandungan CaO muncul setelah NaOH yang ditambahkan sangat berlebih (20%) ataupun dengan jumlah NaOH yang sama dengan waktu reaksi lebih lama (3jam).Hasil yang terbaik dari percobaan variasi jumlah NaOH, diperoleh pada waktu 2 jam dengan 10% jumlah NaOH berlebih. Namun pada Tabel 5.11 terlihat bahwa jumlah SiO2
dan Na2O sebagai pengotor utama, masih cukup besar. Sehingga dilakukan
pembandingan dengan menambah bahan desilikasi yaitu whitton (CaCO3) dan
mengurangi konsentrasi NaOH menjadi 102g/L pada proses Bayer. Hasil penambahan desilikasi (Tabel 5.12) ternyata efektif dalam mengurangi pengotor dibanding tanpa bahan desilikasi. Hal ini kemungkinan karena terbentuk gas CO2 yang ikut membantu
menambah pengadukan akibat gelembung gas CO2 yang dihasilkan. Selain itu Ca yang
terkandung dalam whiton bereaksi mengikat silika membentuk kalsium aluminium silikat seperti reaksi whitton dengan silica reaktif dalam bentuk kaolinit dibawah ini
Al2O3.2SiO2 + CaCO3 CaO.Al2O3.SiO2 + CO2
Selain itu, konsentrasi NaOH lebih rendah dapat mengurangi jumlah Na berlebih pada larutan sodium aluminat yang dihasilkan.
27
6. PENUTUP6. 1. Kesimpulan
Alumina yang dihasilkan mendekati spesifikasi alumina metallurgical grade yang dibutuhkan. Masalah utama adalah jumlah pengotor terutama Si dan Na yang masih ditemukan dalam alumina hasil percobaan dari proses Bayer yang belum optimal. Sehingga komposisi bauksit yang digunakan sebagai bahan baku juga harus diperhatikan.
6.2. Saran
Perlu dilakukan percobaan lanjutan untuk verifikasi kondisi-kondisi percobaan yang telah diperoleh dan menyatukan seluruh kondisi untuk mendapatkan alumina yang memenuhi spesifikasi dengan karakterisasi yang lengkap.
28
DAFTAR PUSTAKAAziz,M, dkk, 2007. Pengolahan dan Pemanfaatan Red Mud Limbah Industri Alumina, Tayan. Laporan Akhir Kelompok Pengolahan dan Pemanfaatan Mineral.
Cardarelli, F, 2008. Materials handbook: a concise desktop reference, second edition. Springer-Verlag-London Limited
Enghag Per, 2004. Encyclopedia of The Elements.Technical data, history, processing, application. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co KGaA, Sweden.
Habashi, Fathi, 1997. Handbook of Extractive Metallurgy (edited). Wiley-VCH, Germany Husaini, dkk, 2009. Aplikasi Proses Upgrading Bauksit Dan Tailing Pencucian Bauksit
Tayan Dan Puau Kijang. Laporan akhir kelompok Pengolahan dan Pemanfaatan Mineral.
Jiayu Ma, et.al., 2009. Desilication Of Sodium Aluminate Solution By Friedel's Salt (FS: 3CaO·A12O3·CaCl2·10H2O). Science Direct, Elsevier.
Jiayu Ma, Kunming Zhai, Zhibao Li, 2011. Desilication of synthetic Bayer liquor with calcium sulfate dihydrate: Kinetics and modeling. Jurnal Hidrometallurgy,Elsevier.
stb P. N, 2002. Evolution of alpha phase alumina in agglomerates upon Addition to cryolitic melts, Disertasi Norwegian University of Science and Technology,
Department of Materials Technology and Electrochemistry
.
Pudjaatmaka, A.Hadyana, 2002. Kamus Kimia. Cetakan kedua, Balai Pustaka, Jakarta. Rubinstein,G.M., et.al., 2009. Purification of Alumina Production Solutions. First
International Congress Non-Ferrous Matals. Siberia
Schmitz, Cristoph, 2006. Handbook of aluminium recycling. Vulkan-verlag Gmbh, Germany.
Sinaga, D, 2011. Operasi pabrik elektrolisis aluminium permasalahan dan penanganannya di PT Inalum. Prosiding Seminar Indonesian Process Metallurgy 2011.
29
Smith, Peter, 2009. The Processing of High silica bauxites – review of existing andpotential processes.
Smith, T.K. and Haider, C. Analysis of Bayer Aluminate Liquors Using Thermometric Titration. Methrom AG, Switzerland.
Spitzer, Donald P, 2000. Process for Purifying Alumina By Mixing A Bayer Process Stream Containing Sodium Aluminate With Amidoxime Polymer To Reduce The Level Of Iron. United States Patent 6077486
Strominger, et.al.,1994. Purification of Bayer Process Liquors Using Cationic Polymeric Quaternary Ammonium Salts. U.S Patent documents 5133874.
30
LAMPIRANCONTOH PERHITUNGAN 1. Digesting (Proses Bayer)
Basis : berat bauksit = 1 kg
Diketahui : Komposisi Al2O3 = 55,4%; SiO2 = 2,51%
Berat Molekul (BM) Al2O3 = 102 gram/mol ; SiO2 =60 gram/mol
Reaksi :
Al2O3.3 H2O+ 2 NaOH 2 Na[Al(OH)]
SiO2 + 2 NaOH Na2O.SiO2 + H2O
Kebutuhan NaOH = [(2x jumlah mol Al2O3)+ (2x jumlah mol SiO2)]
= [(2x 5,43)+ (2x 0,41)] mol = 11,7 mol x 40 gram/mol = 468 gram
Konsentasi NaOH : 129 gr/liter Kebutuhan air 4 iter
Jika menggunakan bahan desilikasi CaCO3 (whitton)
Reaksi :
SiO2 + 2 CaCO3 2 CaO.SiO2 + CO2
Kebutuhan whitton = 2 x jumlah mol SiO2
= 2 x 0,41 mol
= 0,82 mol x 100 gr/ mol = 82 gram
31
2. PemurnianBasis : kandungan SiO2 daam larutan sodium aluminat = 17,5 gram/liter
Volume larutan = 500 ml
Macam bahan pengikat SiO2 : Ca(OH)2 ; CaCl2 ; CaO; C
Berat Molekul (BM) SiO2 =60 gram/mol
Reaksi :
Ca(OH)2 + SiO2 CaO.SiO2.H2O ... (1)
CaCl2 + 2 H2O Ca(OH)2 + 2 HCl ...(2)
Ca(OH)2 + SiO2 CaO.SiO2.H2O ...(2)
CaO + SiO2 CaO.SiO2 ...(3)
Kebutuhan Ca(OH)2 = jumlah mol SiO2
= 0,146 mol x 74 gram/mol
11 gram
Kebutuhan CaCl2 = jumlah mol SiO2
= 0,146 mol x 110 gram/mol
16 gram
Kebutuhan CaO = jumlah mol SiO2
= 0,146 mol x 56 gram/mol
8 gram
3. PRESIPITASI (dengan Seed)
Basis : Kadar Al2O3 dalam larutan sodium aluminat = 60 gram/liter
Volume larutan sodium aluminat = 300 mL Jumlah Al2O3 dalam larutan = 18 gram
