02. Proses Pengolahan Bauksit Menjadi Alumina-2

Rekayasa Bahan Galian Industri

Rekayasa Bahan Galian Industri

Wahab, S.Si

Wahab, S.Si., MT.., MT. Fakultas Ilmu

Fakultas Ilmu dan Tekndan Teknologi Kebumianologi Kebumian Universitas Halu Oleo

Universitas Halu Oleo

02. Proses Pengolahan

Di

Diag

agra

ram

m al

alir

ir pr

pros

oses

es da

dari

ri ba

bauk

uksi

sitt me

menj

njad

adii al

alum

umin

iniu

ium:

m:

-2-3 t bauksit (bergantung grade

-2-3 t bauksit (bergantung grade alumina dan recoveryalumina dan recovery pabrik) pabrik)   1 t Al1 t Al₂₂OO₃₃   0,5 t Al0,5 t Al Tujuan Tujuan pencucian pencucian bauksit: bauksit: Menghilangkan silika Menghilangkan silika reaktif yang dapat reaktif yang dapat

menurunkan efisiensi menurunkan efisiensi proses Bayer 

Di

Diag

agra

ram

m al

alir

ir pr

pros

oses

es da

dari

ri ba

bauk

uksi

sitt me

menj

njad

adii al

alum

umin

iniu

ium:

m:

-2-3 t bauksit (bergantung grade

-2-3 t bauksit (bergantung grade alumina dan recoveryalumina dan recovery pabrik) pabrik)   1 t Al1 t Al₂₂OO₃₃   0,5 t Al0,5 t Al Tujuan Tujuan pencucian pencucian bauksit: bauksit: Menghilangkan silika Menghilangkan silika reaktif yang dapat reaktif yang dapat

menurunkan efisiensi menurunkan efisiensi proses Bayer 

Ti

Tipipikakall kokompmpososisisii babaukuksisitt::

  35-60% Al35-60% Al₂₂OO₃₃,,   1-6% SiO1-6% SiO₂₂,,   2-25% Fe2-25% Fe₂₂OO₃₃,,   1-5% TiO1-5% TiO₂₂,,   0.2-0.6% CaO+MgO,0.2-0.6% CaO+MgO,   0.01% Ga0.01% Ga₂₂OO₃₃

Aluminium dalam bauksit terutama berada dalam bentuk: Aluminium dalam bauksit terutama berada dalam bentuk:



 GibbsiteGibbsite  Trihydroxide :Trihydroxide : -Al(OH)-Al(OH)₃₃,, AlAl₂₂OO₃₃.3H.3H₂₂OO 

 BöhmiteBöhmite  Monohydroxide :Monohydroxide : -AlOOH, Al-AlOOH, Al₂₂OO₃₃.H.H₂₂OO 

 DiasporeDiaspore   -AlOOH, Al-AlOOH, Al₂₂OO₃₃.H.H₂₂OO

DI INDONESIA TIPE BIJIH UMUMNYA ADALAH

Sumber: ALCAN

Sumber: ALCAN

Bauxite typical composition (major and minor or trace)

Sumber: ALCAN

Temperatur dan tekanan pelarutan berbagai mineral

pada bauksit dalam larutan NaOH

Penambangan dan Pencucian Bijih

• Tambang bauksit adalah tambang terbuka karena keterdapatan

bijih yang dekat permukaan tanah.

• Negara-negara dengan tambang bauksit: Brazil, Australia, Jamaika,

Indonesia, China

• Setelah ditambang, bijih bauksit dicuci dulu untuk menghilangkan

clay dan silika reaktif dalam bijih.

Pencucian bauksit. Contoh Diagram alir

Hopper Feeder Scrubber Jaw Crusher Vibrating Screen 50 mm Opening Double Deck Vibrating Screen 10mm & 3mm Opening Vibrating Screen 12# Screen Oversize + 50 mm Screen Oversize + 10 mm Screen Oversize + 3 mm + 50 mm Screen Oversize + 12# Belt Conveyor Stockpile Undersize Undersize Undersize Tailing Pond 1 Tailing Pond 2 Overflow Fresh Water Supply Pond Additional Water Additional Water Additional Water Recycled water Scrubber Product Crude bauxite

Contoh-contoh foto aktivitas pencucian bauksit

di P. Bintan

Pabrik Pencucian

10 Silika reaktif terbawa ke dalam material halus dan dipisahkan

sebagai undersize _{proses washing} (misalnya dengan shaking table) dan screening  disposed in tailing

Tiga tipe produk alumina

1. SGA (smelting grade alumina)



sebagai bahan baku pabrik peleburan aluminium

2. CGA (chemical grade alumina)

- abrasive

- refractory

- ceramic

- chemical industries (tooth paste, katalis, coating, etc).

3. Alumina hidrat

(masih mengandung air kristal, tidak

dilakukan kalsinasi)

Tipe produk dan penggunaannya (lanjutan)

3. Alumina hidrat

 Alumina hidrat banyak digunakan sebagai bahan dasar beberapa industri kimia antara lain koagulan, filler, keramik dan lainnya.

Jenis koagulan yang utama yang menggunakan alumina hidrat sebagai bahan baku utamanya adalah alumina sulfat (tawas)

dan Poly-Aluminium Chloride (PAC).

Tawas adalah senyawa dengan rumus kimia Al₂(SO₄)₃ sebagai hasil dari reaksi alumina hidrat Al(OH)₃ dengan asam sulfat

 Al(OH)₃ + H₂SO₄  Al₂(SO₄)₃

Tawas biasa digunakan sebagai bahan kimia untuk penjernih air

(koagulan) dan bahan baku utama pada instalasi pengolahan air industri (water treatment).

Perbedaan antara

chemical grade alumina

(CGA) dan

smelter grade alumina

(SGA)

Parameter SGA

(Smelter Grade Alumina)

CGA

(Chemical Grade Alumina) Ukuran

butiran

Relatif lebih kasar Bervariasi dari halus hingga kasar, bergantung pada aplikasi produk dan kebutuhan pasar 

-alumina (alpha phase)

Tidak banyak diperlukan (tipikal 25%)

Diperlukan.

Distribusi ukuran partikel

Tidak terlalu dipentingkan Harus dikontrol untuk setiap penggunaan tertentu

Pengotor Tidak terlalu ketat persyaratannya.

PROSES BAYER

• Proses Bayer adalah satu-satunya rute proses yang diterapkan di industri untuk memproduksi alumina dari bauksit.

PROSES BAYER

Pada dasarnya Proses Bayer terdiri dari 4 tahap utama dalam : 1. Digestion

2. Klarifikasi 3. Presipitasi 4. Kalsinasi

 DIGESTION

Bauksit yang telah digerus halus direaksikan dengan larutan NaOH panas di dalam digester   larutan sodium aluminate (Na[Al(OH)₄])

PROSES BAYER

Digestion

- Pelarutan aluminium dalam tangki bertekanan - Leaching agent: NaOH

- Mengapa tidak dilakukan

pelindian dengan asam

?

• Dalam asam, Fe dan Ti dalam mineral larut dan

mengkonsumsi asam

• presipitat Al(OH)₃ dari pelindian asam berbentuk

gel,

sulit dicuci dan difiltrasi

- Reaksi pelindian:

PROSES BAYER

PROSES BAYER

Digestion

Contoh foto DIGESTER

- Tipikal kondisi pelindian:

- temperatur : 110 _– 140 oC - tekanan : 400 kPA

- konsentrasi NaOH : 140 g/l - waktu pelindian : 1 jam - temperatur : 180 _–250 oC - tekanan : 800 kPA

- Konsentrasi NaOH :

200- 300 g/l

- Waktu pelindian : 2 - 4 jam

- Temperatur dan tekanan yang lebih tinggi

kadang digunakan untuk meningkatkan laju pelindian efek negatifnya korosi dan

pelarutan oksida lain selain Al₂O₃

GIBBSITE

BÖHMITE & DIASPORE Pelindian dilakukan dalam reaktor silidris tegak bertekanan dan bertemperatur tinggi yang disebut  DIG E S TE R .

Faktor-faktor yang mempengaruhi

efektivitas proses digestion

•

 Konsentrasi kaustik soda bebas dalam

feed liquor 

•

 Persen alumina dalam bijih

•

 Persen solid

•

  Temperatur 

Efek Negatif Silika Reaktif 

• Semakin tinggi kandungan silika reaktif, konsumsi NaOH dan kehilangan alumina semakin meningkat. • Silika bereaksi dengan NaOH membentuk sodium

silikat, Na₂SiO₃.

• Sodium silikat kemudian bereaksi dengan sodium aluminat membentuk sodium aluminosilikat yang tidak larut  kehilangan alumina.

2NaAlO_2(aq) + 2Na₂SiO₃ + 4H₂O Na₂Al₂Si₂O₈.2H₂O_(s) + 4NaOH SiO₂ + 2NaOH Na₂SiO_3(aq) + H₂O



Klarifikasi

- Larutan kaya yang mengandung alumina dipisahkan dari mineral-mineral pengotornya yang tidak larut dengan

pengendapan

  (settling),

pengentalan

(thickening) dan

penyaringan

 (filtration).

- Campuran pengotor padat dikenal dengan istilah

RED MUD   _{ lumpur merah.}

- Kandungan utama RED MUD: Fe₂O₃, SiO₂ dan TiO₂, Al₂O₃ serta Na₂O, K₂O, CaO dan MgO dalam persentase lebih kecil.

Klarifikasi

PROSES BAYER

- Pengotor dengan ukuran partikel kasar   yang kandungan utamanya silika biasanya dipisahkan dengan siklon  diikuti pencucian dan klasifikasi.

- Partikel halus dipisahkan melalui serangkaian thickener yang biasanya ditambahkan juga flokulan untuk meningkatkan kejernihan liquid overflow -nya

- Overflow dari thickener

kemudian disaring, umumnya menggunakan pressure filter  untuk memisahkan solid yang masih terikut (trace solids) - Underflow dicuci sebelum

didisposisi

Contoh foto thickener dalam sebuah pabrik pengolah bauksit



Presipitasi

- Aluminium hydrate dikristalisasi dari larutan hasil pelindian:

2NaAlO₂ + 4H₂O Al₂O₃.3H₂O + 2 NaOH

~

kebalikan dari reaksi pelarutannya

 ditambahkan seeding berupa

serbuk alumina hidrat

untuk mempercepat proses kristalisasinya

Presipitasi alumina hidrat

•

Dilkukan dalam tangki dengan volume 4000 s/d 6000

m³

•

Mempunyai kinetika yang lambat (hingga 48 jam)



menjadi pengendali laju proses secara keseluruhan

•

Fenomena yang terjadi saat presipitasi

 –

Nukleasi

 –

 Agglomerasi

 –

Pertumbuhan (growth)



Kalsinasi

Hydrate dikalsinasi untuk menghasilkan Al₂O₃ murni untuk memproduksi logam Al atau untuk keperluan lain (CGA)

Al₂O₃3H₂O Al₂O₃ + 3H₂O



Regenerasi larutan

Dilakukan dari unit pencucian red mud, pencucian alumina hidrat.

Kalsinasi dilakukan dalam

rotary kiln, fluidized

Kalsinasi

•   Pada proses kalsinasi dengan fluid flash roaster,

alumina hidrat diumpankan secara counter current dengan udara panas hasil pembakaran fuel oil atau gas.

• Pada rentang suhu 180-600oC, pertama-tama terjadi

penghilangan free moisture yang diikuti dengan air  kristal.

• Pada suhu yang lebih tinggi terbentuk partikel yang

berukuran lebih kasar (luas permukaan turun)

Penanganan Red Mud

• Fasilitas penimbunan residu (RSF/TSF) harus dirancang

sedemikian rupa sehingga cukup untuk menampung red mud selama umur pabrik dengan memperhitungkan curah hujan pada lokasi dimana pabrik berada.

•  Air dalam red mud mempunyai pH dalam selang 12-13.

Berdasarkan peraturan pemerintah (PP) No. 85 Tahun 1999 mengenai pengelolaan limbah berbahaya dan beracun dan PP No. 82 Tahun 2001 mengenai pengelolaan kualitas air dan pengendalian pencemaran air, air yang masuk ke lingkungan harus sesuai dengan baku mutu yang telah ditetapkan, diantaranya yaitu pH 6 – 9, zat padat terlarut (TDS)  1000

mg/L, zat padat tersuspensi (TSS)  100 mg/L, besi terlarut total  5 mg/L.

Contoh foto dampak kebocoran red mud di sebuah pabrik alumina di Hungaria. Kejadian tersebut menimbulkan kerugian yang besar dan memerlukan waktu 1 tahun untuk membersihkan limpahan red mud tersebut.

•

Sebagian air dari fasilitas penimbuhan red mud akan

dikeluarkan ke lingkungan. Olehkarenanya air ini harus

dinetralisasi terlebih dahulu sebelum dikembalikan ke

lingkungan.

•

Metode yang banyak diterapkan adalah penetralan

dengan air laut.  Air limbah yang sudah dinetralkan

dengan air laut dapat dialirkan ke dalam laut dalam

dengan asumsi karakteritiknya sudah sama dengan

karakteristik air laut.

•

Metode pentralan lain: dengan air gambut, air asam

tambang (bila tersedia di sekitar pabrik)

Pictorial flowsheet, sumber ALCAN

• Meningkatkan total recovery pabrik

• Menurunkan konsumsi NaOH hingga 30 kg/ton Al₂O₃ dari

sekarang di kisaran 40-50 kg/ton

• Menurunkan dampak negatif silika reaktif, misalnya

dengan proses pre-desilication

• Mempercepat waktu proses, khususnya laju proses

presipitasi alumina hidrat

• Menurunkan scaling dan penyumbatan-penyumbatan

(blockages)

•   Menurunkan kebutuhan air dengan sebanyak mungkin

dilakukan recycle air.

Pengembangan-pengembangan dan optimasi

proses pemurnian alumina

Pengembangan-pengembangan dan optimasi

proses pemurnian alumina (lanjt.)

• Memperbaiki efisiensi penggunaan panas pada proses

kalsinasi dan menurunkan konsumsi energi total pabrik pemurnian

•   Menurunkan biaya investasi pabrik < US $500/ton-alumina

per tahun sehingga diperoleh IRR > 18%

• Menurunkan biaya operasi pabrik

• Menghasilkan produk dengan spesifikasi yang memenuhi

kebutuhan pasar saat ini dan saat mendatang

• Pengembangan fasilitas penimbunan red mud yang aman

bagi lingkungan, Meminimalkan dampak lingkungan, memperbaiki kesehatan dan keselamatan kerja