Upload
dio-ngapokin
View
268
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
8/18/2019 Bahan Bakar Dan Tanur
1/15
Bahan Bakar dan Tanur
Pirometallurgi merupakan suatu proses ekstraksi metal dari bijih maupun konsentrat
yang dilakukan pada temperatur tinggi ( >5000 C ). Panas yang digunakan berasal
dari bahan bakar padat, cair maupun gas.
I. Bahan Bakar
Batubara, kokas, minyak dan gas merupakan bahan bakar yang banyak dipakai pada
proses pirometallurgi.
Bahan bahan tersebut selain dipakai sebagai sumber energi juga sebagai reduktor.
Komponen utama bahan bakar adalah :
1. karbon
2. hidrogen
3. unsur-unsur nitrogen, belerang dan oksigen dalam jumlah yang sedikit.
Klasifikasi Bahan Bakar
Jenis Bahan Bakar Primer(Alamiah)
Bahan Bakar Sekunder(Buatan)
Solid
Liquid
Gas
Anthrasit, Bituminous,Lignit, Peat, Wood,BatubaraPetroleumCrude Oil
Gas alam
Kokas. Charcoal, Briket
Tar, Petroleum distilote,Petroleujm residue,alcohol, colloidal fuel.Gas batubara, coke, ovengas, blast furnace gas,acetylene.
Komponen yang cukup merugikan dalam bahan bakar adalah adanya abu sisa
pembakaran yang komponen utamanya adalah oksida logam dan silika.
Selain itu penggunaan batubara dan kokas yang mengandung belerang akan dapat
mengotori logam yang dihasilkan.
Belerang yang terdapat dalam bahan bakar selain dapat larut dalam logam juga akan
membentuk gas SO2.
8/18/2019 Bahan Bakar Dan Tanur
2/15
Bahan pembakaran suatu bahan bakar dapat diperkirakan dari persamaan Dulong :
NCP = 81C + 340 (H – O/8) + 22 S – 5,84 (9 H + M)
Dimana :
C = Kadar karbon (%), 8100 kkal/kg, C --------- CO2
H = Kadar hidrogen (%), 34.000 kkal/kg, H --------- H2O
O = Kadar oksigen (%)
S = Kadar belerang (%), 2200 kkal/kg, S --------- SO2
M = Kadar air (%)
Apabila bagian akhir dari persamaan Dulong dihilangkan, maka diperoleh GCP (Gross
Calorific Power)
1. Kokas
Kokas adalah bahan bakar buatan yang diperoleh dari pemanasan batubara dalam
ruang tertutup tanpa udara, sehingga zat terbang yang terdapat di dalam batubara
dapat dikeluarkan.
Proses pembuatan kokas dapat disebut coking atau karbonisasi.
Kokas yang dihasilkan akan mempunyai kadar karbon tinggi.
Kokas lebih disukai sebagai bahan bakar karena sifat fisika dan kimianya. Kokas tidak
hanya dipakai sebagai sumber bahang, tetapi berfungsi pula sebagai sumber
recluktor. Kokas yang bersifat keras dan kompak sangat diperlukan pada industri besi
baja.
Komposisi kokas metallurgi umumnya adalah :
1. Fixed carbon = 83 – 90 %
2. Zat terbang = 0,5 – 4 %
3. Abu = 4 – 15 %
4.
Moisture < 5 %
8/18/2019 Bahan Bakar Dan Tanur
3/15
5. Belerang = 0,5 – 3 %
6. Phospor < 0,04 %
Sedangkan sifat fisika kokas metallurgi adalah :
1. Apparent specific gravity = 0,8 – 1,1
2. True spesific gravity = 1,8 – 2,0
3. Porositasnya = 41 – 55 %
2. Gas
Bahan bakar gas umumnya mempunyai kelebihan dibandingkan bahan bakar lainnya.
Kelebihannya itu antara lain bersih, bebas abu, mudah penanganannya dan
pengendaliannya fleksibilitasnya tinggi.
Bahan bakar gas umumnya bukan merupakan komposis murni suatu senyawa,
melainkan terdiri atas gas utama dan pengotor ( N2, C02 dan uap H20 ).
Bahan bakar gas yang umurnnya dipakai pada proses metallurgi adalah hidogen
( H2), karbon mono-oksida (CO), methan (CH4), Ethane (C2H6 ), ethylene (C2H4),
propane (C3H8), Acetylene (C2H2).
a. Coke Oven
Merupakan bahan bakar gas yang sangat baik karena mempunyai nilai kalori yangsama dengan gas alam.
Bahan bakar ini merupakan hasil sampingan dari batubara yang di distilasi yang
mempunyai kandungan 40 % methane dan 50% hidrogen (Coal gas).
b. Oil Gas
Oil gas, mempunyai komposisi yang sama dengan coal gas, merupakan bahan bakar
gas yang didapat dengan jalan mendistilasi minyak.
8/18/2019 Bahan Bakar Dan Tanur
4/15
c. Producer Gas
Producer gas, adalah bahan bakar gas yang dibuat dengan jalan membakar batubarapada udara terbuka sehingga membcntuk uap dengan reaksi :
2 C + 02 ------------> 2 CO
Air gas ini terdiri dari 30 % Co dan 60 % N2, sehingga mempunyai nilai kalori yang
rendah.
Sedangkan water gas, yang didapat dengan jalan mereaksikan carbon panas dengan
uap air : C + H2O --------> H2 + CO, mcngandung 50 % H2, dan 50 % CO.
Water gas mempunyai nilai kalori lebih tinggi bila dibandingkan dengan air gas.
II. Pemilihan Bahan Bakar
Yang harus diperhtikan :
1. Biaya per unit pengolahan, ialah pembelian bahan bakar yang didasarkan atas
hasil yang didapat.
Misal :
Jenis Jumlah Harga satuan(Rp) Hasil ( ton) Harga / ton
A 500 It 300/ It 1.000 Rp. 150/ton
B 1.000 It 200/ It 1.000 Rp.200/ton
Maka yang dipilih adalah bahan bakar jenis A walaupun harga persatuannya lebih
mahal dari harga bahan bakar jenis B.
2. Kesediaan bahan bakar, ada tidaknya bahan bakar disekitar lokasi pabrik.
Berpengaruh ke pengangkutan, kontinuitas pentediaan dan harga.
8/18/2019 Bahan Bakar Dan Tanur
5/15
3. Kecocokan bahan bakar untuk proses, contoh peleburan baja tidak cocok dengan
batubara muda selain kalorinya rendah, sulfurnya juga tidak baik bagi baja yang
dihasilkan.
4. Kemurnian dan nilai kalori dari bahan bakar.
III. Tungku/Tanur/Furnace
Persyaratan tanur untuk proses pirometallurgi adalah :
1.
Tahan temperatur tinggi, perlu pelapis/refractory.2. Tahan reaksi, lelehan logam dan terak.
3. Tahan kuat tekan (beban material).
4. Tahan gesekan, kikisan abu pada temperatur tinggi.
A. Refractory (Bata Tahan Api)
Merupakan bahan pelapis tanur yang berfungsi untuk melindungi tanur dari panas
maupun reaksi kimia sehingga tanur menjadi tahan lama.
1. Bentuk Refraktori
a. Berbentuk batang/bata/brick.
Bentuk ini dicetak, bahkan bisa dibuat bentuk khusus, artinya dapat
disesuaikan dengan bentuk tanur.
b. Berbentuk granular.
Bentuk ini biasanya langsung ditempelkan pada dinding tanur, kemudian
dilakukan sintering dan pemanasan.
Komposis Bata Tahan Api (BTA) biasanya dinyatakan dengan % SiO2, % MgO, %
Al2O3, dan % FeO.
8/18/2019 Bahan Bakar Dan Tanur
6/15
2. Pengelompokan Refractory
a. Refractory Asam.
Alumina Silicous Material : Penggunaan didasarkan atas kandungan aluminiumsilicate (karena mempengaruhi titik leleh refractories, silika bebas diusahakansekecil mungkin).
Klasifikasi pembentuk : Silika tinggi (High silica), Fireclay (alumina – silikat),alumina tinggi ( High alumina).
Bentuk : Natural Rock, Prepared Mass, Burned Fire Brick.
Siliceous material : sebagai unsur utama adalah SiO2 (yang harus diperhatikankandungan metal oksigen dan alkali harus rendah).
Komposisi Refractory Silica
Senyawa %
SiO2 Al2O3CaO
Fe2O3Na2OK 2OTiO2
95,630,752,60
0,750,040,150,08
b. Refractory Basa.
Bahan utama adalah Magnesite (MgO), Dolomit (MGo + CaO), Khromite [(Fe,Mg) (Ce.Al)2O4 ], Magnesia – Khromite [ MgCr2O4 – MgO ].
Aluminium Oksida : Dua khas yang penting Bauxite Bricks dan Alundum(Electrically Fused Bauxite).
Untuk mendapatkannya dilakukan dengan kalsinasi : Bentuk magnesite untukdidapatkan magnesia, limestone untuk lime, dolomit untuk campuran lemedan magnesia.
c. Refractory Netral.
Dapat digunakan untuk jenis asam atau basa, tetapi lebih sering digunakan
untuk mengganti refractiry basa yang mempunyai sifat korosi tinggi.
8/18/2019 Bahan Bakar Dan Tanur
7/15
Golongan refractory netral :
Karbon (graphit, charcoal, Coke)
Chromite
Refractory buatan : Silicon Karbon (Si C), Zirconium Carbide, TitaniumCarbide.
Metal : Fe, Cu, Mo, Ni, Pt, Os, Ta, Th, Ti, W, V, Zr.
Lain-lain : Forsterite, Concrete, Tale, Serpentine (Asbes).
Ada juga yang disebut dengan Rarer Refractories (Refraktori Jarang), biasanya
digunakan untuk skala laboritorium. Contoh : Be2O3 (2200OC), TiO2 (1350
OC), ZrO2
(2570OC).
3. Pemilihan Refractory
a. Harga yang dikaitkan dengan umur refraktori.
Jenis Jumlah harga Umur Harga / tahun
A Rp 100.000,- 5 tahun Rp 20.000,-/tahun
B Rp 75.000,- 3 tahun Rp 25.000,-/tahun
Maka yang dipilih jenis A, walaupun jumlah harga lebih tinggi daripada B.
b. Titik lebur
Harus lebih tinggi dari titik lebur material yang diproses, sehingga mampu
menahan panas dan temperatur operasi.
c. Komposisi Kimia
Bila kontak dengan slag maupun debu harus tidak boleh bereaksi dengan bahantersebut.
d. Kelenturan / Plastisitas
Biasanya fire clay lebih plastis sehingga mudah dibentuk sebagai bata maupun
menyesuaikan dengan bentuk lain.
8/18/2019 Bahan Bakar Dan Tanur
8/15
e. Thermal Conductivity
Refractory ada yang menghantarkan panas dengan cepat, ada yang lambat,bahkan ada yang memantulkan panas. Contoh pada retorting dipilih yang dapat
mengahantarkan panas karena pemanasan pada retorting tidak langsung kematerialnya tetapi melalui tanur.
f. Electrical Conductivity
Penghantar yang baik adalah metal dan graphite. Pada umumnya graphitedipakai untuk elektrode maupun sebagai pelapis dinding tanur yangbertemperatur tinggi.
g. Pemuaian / Pengembangan
Koefisien pengembangan sebaiknya dipilih yang kecil sebab bila besar makaakan mudah retak bila kena panas maupun dingin yang mendadak.
4. Pembuatan Refractory
a. Dibuat dari bahan alamiah seperti : Silika, Magnesite, Chromite, Clay, Bauxite.
b. Cara pembuatan Silika refractory :
Bahan dasar Sand Stone dan Quarsite (Hampir seluruhnya terdiri dari SiO2).
Slika rock diremuk kemudian dicampur dengan 2% lime, dipanaskan dandicetak dalam bentuk bata.
Masih dalam bentuk cetakan bata dipanaskan 14700C selama dua haridengan harapan lime nya bereaksi dengan kuarsa membentuk kalsiumsilikat.
Setelah itu didinginkan hingga akhirnya bata ini sangat keras, dengan
warna kuning-orange, thermal conductivity tinggi, tahan korosi dan reaksikimia maupun slag yang bersifat asam.
Refraktori ini juga dapt dipakai untuk slag maupun debu yang bersifat basa.
B. Kebasaan Terak
Dalam larutan air, kebasaan atau keasaman dinyatakan dalam nilai pH yaituharga negatif logaritma dari konsentrasi ion H+.
8/18/2019 Bahan Bakar Dan Tanur
9/15
Pada konsentrasi yang tinggi aktivitas ion hidrogen sulit diukur hanyaaktivitas dari asam, netral dan basa yang dapat diukur secaraeksperimental.
Dalam industri metalurgi ada bermacam-macam untuk menentukankebasaan terak yang umumnya disebut nisbah V (V – ratio).
3222
32
2
4
O Al SiO
MgO CaO atau
SiO
O P CaO atau
SiO
CaO ratio V
+
+−=−
Mengingat nilai V tidak mempunyai arti absolut, nilai persen berat ataupunpersen mole dapat digunakan disesuaikan dengan keadaan pabrikmetalurginya.
C. Macam Tanur
1. Retort
Retorting adalah suatu proses untuk mendapatkan logam dengan jalan
mereduksi oksida logam tersebut dengan menambahkan reduktor padat.
Umumnya logam yang dihasilkan dalam bentuk gas, kemudian
dikondensasikan sehingga menjadi cair.
Contoh Reaksi :
ZnO + C ---------------------- Zn + CO
ZnO + CO -------------------- Zn + CO2
CO2 + C ----------------------- 2 CO
Macam retort : horisontal dan vertikal
Perbandingan Retort Horisontal dan Vertikal
Uraian Horisontal Vertikal
1. Proses2. Penggunaan Tenaga3. Produksi4. Peralatan
Tidak KontinyuBanyakKecilMemakan banyak tempat
KontionyuSedikitBesarLebih praktis
8/18/2019 Bahan Bakar Dan Tanur
10/15
2. Mechanical Rabbled Multiple Hearth Furnace
Tinggi 30 ft, diameter 25 ft, mempunyai 10 ruangan yang dilengkapi batang
pengaduk dan dilapisi dengan fire brick.
Kapasitas 50 – 100 ton/hari.
Umpan dimasukkan dari atas dan pemanasan dari bawah sehingga pada
ruang pertama umpan mengalami proses penghilangan air (disediakan pipa
untuk pengeluaran gas).
Pada ruangan 5 – 10 terjadi proses pemanggangan (dimasukkan udara)
8/18/2019 Bahan Bakar Dan Tanur
11/15
3. Blast Furnace (Tanur Tiup)
Bentuk vertikal dengan bagian penting :
Hearth : - Dasar tungku yang mempunyai batas dari dasar sampaituyere.
- Berfungsi menampung metal cair dan slag hasilpeleburan.
- Bagian dalam dilapisi refarktori.
- Terdapat dua lubang, bagian atas disebut lubang slag(slag notch) dan bagian dasar berfungsi untukmengeluarkan metal.
Bosch : - Batasnya dari tuyere sampai bawah stack .
- Mempunyai kemiringan 200 dari vertikal dan ketinggian10 ft.
- Berfungsi menampung material yang mengalami proses
reduksi sebelum hasil tersebut masuk ke hea th .r
- Terdapat dua lubang, bagian atas disebut lubang slag(slag notch) dan bagian dasar berfungsi untukmengeluarkan metal.
Stack/Shaft : Bagian atas tanur mulai dari atas sampai bosch.
Tuyere : - Lubang yang dilengkapi dengan nozzle yang banyaknyaantara 10 – 20 buah.
- Berfungsi sebagai lubang pemasukan udara.
Alat / bagian tambahan :
- Skip (dapat berupa belt conveyor ) berguna mengangkut material baikore maupun coke/batubara ke dalam bagian atas tanur.
- Dust Collector/dust catcher/bag filter , merpakan alat penangkap debu,yang biasanya debu akan dikembalikan lagi ke tanur bila masih berkadartinggi, tetapi sebelumnya dilakukan penggumpalan (agglomerasi ).
Proses diawali dari umpan yang dicampur dengan coke/ batubara diangkut
oleh skip menuju ke atas.
Masuknya umpan diatur oleh klep (pintu) agar waktu umpan masuk gas tidak
berhamburan.
8/18/2019 Bahan Bakar Dan Tanur
12/15
Pada tanur ini ada dua pintu, pada waktu umpan masuk semua pintu
tertutup semua kemudian pintu atas dibuka dan pintu bawah dalam posisi
tertutup. Setelah umpan masuk semua maka pintu atas ditutup dan pintu
bawah dibuka.
Tanur tiup ada dua macam yaitu Iron Blast Furnace (peleburan besi) dan
Lead Blast Furnace (peleburan timbal/timah hitam).
a. Iron Blast Furnace
Charge ( ore/Fe + Coke/bahan bakar/reduktor + Flux/dolomit/batugamping) masuk lewat bagian atas. Umpan dapat juga berupa
slag yang berkadar tingggi maupun sinter.
Pada temperatur 500 – 2000 C umpan mengalami proses penghilangankemudian turun.
Pada temperatur 4500 C akan mulai mengalami gejala reaksi reduksi.
Pada temperatur 8000 – 10000 C akan terjadi dekomposisi darilimestone.
Pada temperatur > 10000 C mengalami proses peleburan reduksisehingga diperoleh metal cair dan slag maupun gas dan debu.
Hasil Blast Furnace
Charge/Umpan lb Product lb
Iron OreCokeLimestoneOksigen
4480212011208600
Pig IronSlagGasDust
22401340
12.250220
b. Lead Blast Furnace
Bentuk tanur segiempat, tuyere ada di sisi yang panjang danrefractorynya berupa water jacket (terdiri dari pipa-pipa yang dialiriair).
Umpan terdiri dari : Hasil roating konsentrat galena, coke, flux(batugamping) dan udara panas yang dimasukkan dari atas.
Umpan ini mengalami dehidrasi, dekomposisi, dan proses reduksisehingga didapatkan produk : Crude lead, lead bullion (bilamengandung Au, Ag), slag, matte (artificial Sulfida/Cu2S FeS), speiss
(artificial antimonit, stibnit) dan gas.
8/18/2019 Bahan Bakar Dan Tanur
13/15
Reaksi yang terjadi dalam tanur :
C + O2 ------------------ CO2
CO2 + C ----------------- 2 CO
PbO + CO --------------- Pb + CO2
Dapat juga berlangsung reaksi sbb :
PbO + C ----------------- Pb + CO
CaCO3 ------------------ CaO + CO2
CaO + SiO2 + FeO --------- masuk menjadi slag
Besi rongsokan (scrap iron) dapat ditambahkan yang berfungsisebagai reduktor (penggunaan coke akan menjadi lebih sedikit)dengan reaksi :
PbO + Fe --------------- Pb + FeO
8/18/2019 Bahan Bakar Dan Tanur
14/15
Hasil Lead Blast Furnace :
a. Slag : merupakan hasil proses yang mempunyai senyawa oksidadan biasanya terletak di bagian atas (BJ ringan)
b.
Matte : Artificial Sulfida yang biasanya mengandung tembagamaupun besi dengan komposisi : x Cu2S.FeS.
c. Speiss : Arficial dari Sb dan As yang biasanya bereaksi dengan Fe.
d. Crude metal maupun lead bullion pada umumnya mengandung Au, Ag dengan pengotor antimonit, dll.
Pb bersifat volatile, maka pada umumnya gas-gas pembakaran dapatmengandung Pb untuk itu harus hati-hati dengan cara ditangkapdalam penangkap debu dan bisa juga dikondensasi pada temperaturtertentu (Pb melebur pada temperatur 8700 C).
Unsur pembentuk slag melebur pada temperatur 12000 C dan sangatreaktif sehingga refraktorinya digunakan water jacket steel.
Perbedaan antara Lead dan Iron Blast Furnace :
CO2 an CO dalam Lead Blast Furnace lebih tinggi karena temperaturLead Furnace lebih kecil dari temperatur Fe Blast Furnace.
Kebutuhan coke lebih rendah bila dibandingkan dengan Fe Blast
Furnace (suhu lebih rendah). Pada Lead Furnace udara ditiupkan tidak perlu di preheated.
Refractori Lead Blast Furnace menggunakan water jacket steel.
4. Reverberatory Furnace
a. Digunakan pada proses pembuatan matte atau dalam proses simple smelting
yang akan terbentuk dua atau lebih fase cair.
b.
Proses sederhana yaitu mineral berharga + gangue berharga + flux --------metal cair + matte + slag.
c. Biasa digunakan untuk peleburan baja, timah, nikel, antimon dan tembaga.
8/18/2019 Bahan Bakar Dan Tanur
15/15