bab 3 4 fix
DESCRIPTION
dddTRANSCRIPT
BAB III
BAHAN PELEDAK
3.1 Latar Belakang
Secara praktis, bahan peledak (BP) adalah kumpulan bahan kimia yang
mampu mengurai dengan cepat dan menghasilkan ledakan.Penguraian ini
menghasilkan gas bertemperatur dan bertekanan tinggi sehingga dapat melakukan
kerja mekanis ke sekelilingnya. Agar dapat dipakai dengan aman, BP harus
mempunyai stabilitas kimia yang baik pada berbagai kondisi seperti : gesekan,
impak, atau panas.
Secara umum BP dapat didefinisikan sebagai kumpulan dari unsur padat,
cair, atau gas yang berkondisi metastabil dan dapat melakukan reaksi kimia
dengan cepat tanpa ada unsur lainnya, seperti oksigen atmosfir. Reaksinya dapat
dipicu secara mekanis kejut atau panas. Ketahanan untuk melakukan reaksi
mencerminkan sensitivitas bahan peledak.
Gambar 3.1
Segitiga Detonasi Bahan Peledak
M. Distyan A./112130142 1
OKSIDER
BAHAN BAKAR PENYALAAN
REAKSI
Berdasarkan kategori dasar pembentukan proses ledakan, maka BP dapat dibagi
sebagai berikut :
• Nuklir, contoh : bom atom, uranium, plutonium.**
• Mekanis, contoh : pemanasan air dalam wadah tertutup, kawah.
• Kimia, contoh : kejut, dekomposisi hebat campuran kimia
Pada kecepatan reaksi kimia semua BP bergantung kepada kekuatan
gelombang kejut.BP yang terdiri dari molekul-molekul berenergi tinggi akan
menghasilkan reaksi dekomposisi kimia atau detonasi dengan sangat cepat. Laju
perubahan kekuatan gelombang kejut akan menurun sesuai dengan menurunnya
amplitudo gelombang kejutnya.
Sebaliknya, reaksi detonasi BP komersial sangat bergantung kepada
ukuran pemuatan BP dan derajat pengukungan. BP komersil umumnya memiliki
energi-dalam rendah dan sering berupa gabungan dari komponen bahan bakar dan
oksider yang disatukan dalam butiran yang berbeda. Reaksi kimia BP jenis ini
hanya terjadi saat peledakan. Sebagai contoh, BP yang banyak dipakai untuk
peledakan batuan adalah ANFO. BP ini merupakan campuran butir ammonium
nitrat (AN) dengan bahan bakar solar sebanyak 5.5% ANFO. Dalam bentuk ini
mempunyai bobot isi sekitar 0,8 s/d 1 g/cc, dan umumnya tidak mampu untuk
melakukan detonasi di dalam bentuk dodol tak terkurung dengan diameter < 50
mm.
3.2 Dasar Teori
1. Klasifikasi Bahan Peledak
Menurut Manon, permissible explosives digolongkan dalam bahan peledak
lemah, hal tersebut kurang tepat karena tidak semua permissible explosive
merupakan bahan peledak lemah. Sebenarnya masih ada beberapa cara dalam
menyusun klasifikasi bahan peledak, antara lain :
Menurut Manon (1976), bahan peledak dibagi menjadi :
a. Bahan peledak kimia
b. Bahan peledak mekanis
c. Bahan peledak nuklir
Menurut Mike Smith (Mining Magazine, Feb. 1988) bahan peledak dibagi
menjadi :
M. Distyan A./112130142 2
a. Bahan peledak kuat (high explosives)
b. Blasting agents
c. Speciality explosives
d. Explosivesubstitutes
Tabel 3.1
Klasifikasi Metode Pemecahan Batuan
Pada Tabel 3.1 terlihat klasifikasi metode pemecahan batuan berdasarkan
energi yang digunakan. Dari metode yang disebutkan di atas hanya energi kimia
yang dipergunakan secara luas untuk pemberaian batuan yang kuat. Kecuali bahan
peledak kimia, masih ada jenis bahan peledak lain, yaitu bahan peledak mekanis
(mechanical explosive) dan nuklir (nuclear) seperti yang tercantum dalam
klasifikasi bahan peledak menurut Manon, 1976.
Gambar 3.2
Klasifikasi Bahan Peledak Menurut Mike Smith
M. Distyan A./112130142 3
2. Bahan Peledak Kimia
Bahan peledak kimia yang banyak digunakan di dunia industri
pertambangan, olehbeberapa penulis diklasifikasikan sebagai berikut :
Menurut R. L. Ash bahan peledak kimia dibagi menjadi :
a.Bahan peledak kuat (high explosive), yang memiliki sifat detonation
dengan kecepatan detonasi 5.000 - 24.000 feet per second (fps).
b. Bahan peledak lemah (low explosive), yang memiliki sifat deflagration
dengan
kecepatan reaksi < 5.000 fps.
Menurut Anon (1977) bahan peledak kimia diklasifikasikan menjadi :
a. Bahan peledak lemah (low explosives)
b. Bahan peledak kuat (high explosives)
c. Blasting agents
Bahan peledak kimia adalah senyawa kimia atau campuran senyawa kimia
yang apabila dikenakan panas, benturan, gesekan atau kejutan (shock) secara
cepat dengan sendirinya akan bereaksi dan terurai (exothermic decomposition).
Penguraian ini menghasilkan produk yang lebih stabil, umumnya berupa gas-gas
bertekanan tinggi, karena gas-gas tersebut mengembang pada suhu tinggi akibat
panas yang dihasilkan dari reaksi eksotermis.
Tabel 3.2
Klasifikasi Bahan Peledak Menurut Anon
Besarnya tenaga yang dihasilkan suatu bahan peledak terutama tergantung
pada jumlah panas yang dihasilkan selama peledakan.Ada dua macam istilah
M. Distyan A./112130142 4
untuk reaksi yang terjadi pada bahan peledak kimia, yaitu detonation dan
deflagration. Detonation menunjukkan reaksi kimia yang terjadi pada bahan
peledak dengan kecepatan yang lebih cepat daripada kecepatan suara dan
menyebabkan shattering effects sedangkan deflagration menunjukkan reaksi
kimia yang lebih lambat daripada kecepatan suara dan menyebabkan heaving
effect.
3. Bahan Peledak Lemah (Low Explosive)
Bahan peledak lemah adalah campuran dari potasium nitrat atau sodium
nitrat, sulphur, dan charcoal yang biasa disebut black powder. Black powder
diproduksi dalam dua bentuk, yaitu:
a) Granular atau black blasting powder yang berbentuk butiran kecil;
biasanya dikemas dalam tong seberat 25 pound.
b) Pelleted atau pellet powder yang berbentuk silinder. Ada dua macam black
blasting powder yaitu :
i) Grade A adalah black blasting powder yang mengandung salpeter atau
potassium nitrat. Bahan peledak ini lebih cepat reaksinya, sedikit lebih
berat dan kurang higroskopis dibandingkan dengan grade B.
ii) Grade B adalah black blasting powder yang mengandung sodium
nitrate. Kecepatan pembakaran (burning speed) dari black blasting
powder dikontrol oleh ukuran butir. Semakin kecil ukuran butirannya
akan semakin cepat pembakaran atau reaksi kimianya.
4. Bahan Peledak Kuat (High Explosives)
Berdasarkan fungsinya bahan-bahan (ingredients) yang dipergunakan
untuk membuat bahan peledak kuat diklasifikasikan sebagai berikut :
a. bahan peledak dasar (explosivesbases)
b. bahan bakar (combustibles)
c. pembawa oksigen (oxygen carriers)
d. antacids
e. penyerap (absorbents)
Beberapa bahan dapat mempunyai fungsi lebih dari satu. Bahan peledak
dasar adalah bahan yang berbentuk padat atau cairan yang apabila dikenakan
M. Distyan A./112130142 5
panas yang tinggi atau kejutan (shock) akan terurai menjadi produk yang berupa
gas-gas disertai pelepasan atau pembebasan energi panas yang besar.
Combustibles dan oxygen carriers ditambahkan dalam suatu bahan
peledak untuk mendapatkan oxygen balance yang baik atau menghindari
terbentuknya N02 (nitrogenoxide) atau CO (carbon monoxide). Antacid
ditambahkan dalam campuran suatu bahan peledak untuk menambah stabilitas
pada waktu penyimpanan dan absorbent digunakan apabila diperlukan untuk
menyerap bahan peledak dasar yang berbentuk cairan.
5. Sifat-Sifat Bahan Peledak
Bahan peledak (BP) mempunyai bermacam-macam sifat. Untuk jenis
bahan peledak tertentu sifat-sifatnya bervariasi tergantung dari pabrik yang
membuatnya. Sifat-sifat BP yang akan dibahas disini adalah sifat-sifat yang
berguna sebagai petunjuk untuk memilih BP. Sifat-sifat tersebut adalah sifat fisik
BP dan sifat detonasi.
Sifat fisik terdiri dari :
a. Bobot Isi
b. Sensitivitas
c. Ketahanan Air
d. Stabilitas Kimia
e. Karakteristik Gas Peledakan
f. Karakteristik Keselamatan
Sedangkan sifat detonasi terdiri dari :
a. Kecepatan Detonasi (Velocity of Detonation)
b. Tekanan Detonasi
c. Tekanan Lubang Tembak
d. Energi atau Kekuatan
5.1. Sifat-sifat Fisik
a. Bobot Isi (density)
Bobot isi (BI) bahan peledak (BP) merupakan salah satu parameter penting
dalam pemilihan BP yang cocok untuk suatu kegiatan peledakan batuan. Bobot isi
berhubungan dengan massa BP yang menempati ruangan lubang tembak. Energi
M. Distyan A./112130142 6
peledakan yang disuplai oleh BP merupakan fungsi dari jumlah massanya,
semakin tinggi BI semakin besar energi peledakannya. BP curah dapat dikirim
dalam berbagai BI. Hal ini dapat dimanfaatkan untuk mengatur distribusi energi
peledakan pada kondisi geometri peledakan yang polanya tidak beraturan.
Bobot Isi dari suatu BP dapat pula dinyatakan dalam berat jenis atau
kekuatan dodol ledak. Berat jenis adalah nisbah bobot isi BP terhadap bobot isi air
pada kondisi baku (standar). Sedangkan cartridge count atau stick count adalah
sama dengan 140 dibagi berat jenis dari BP atau dinyatakan dalam jumlah dodol
ledak berukuran 1 1/4" x 8" di dalam kotak seberat 50 Ib.
Berat jenis BP komersial adalah antara 0,6 - 1,7 atau cartridge count
antara 233 – 82. BP berbentuk butiran (free running explosives) bobot isinya
sering dinyatakan dalam jumlah pound BP per foot panjang muatan dalam lubang
tembak yang ukurannya telah ditentukan. Biasanya BP yang mempunyai bobot isi
tinggi akan menghasilkan kecepatan detonasi dan tekanan yang tinggi.
Untuk peledakan di tempat yang kondisinya sukar atau peledakan yang
diharapkan dapat menghasilkan fragmentasi berukuran kecil diperlukan BP
dengan bobot isi tinggi, sedangkan sebaliknya diperlukan BP dengan bobot isi
rendah.
Bobot isi suatu BP menjadi amat penting jika bekerja di tempat yang
kondisinya berair. Karena BI nya harus lebih besar dari 1 gr/cc agar tidak
mengapung di atas bantalan air. BI air di dalam lubang tembak biasanya lebih
besar dari 1 gr/cc, karena adanya partikel padatan atau garam-garam yang
terlarutkan dan sangat dianjurkan untuk menggunakan BP yang BI nya lebih besar
dari 1,1 gr/cc. Sensitivitas, VOD dan energi peledakan dipengaruhi oleh BI.
Sensitivitas hampir semua BP curah menurun dengan menaiknya VOD dan BI.
Selang BI untuk BP komersial dapat dilihat pada Tabel 3.3
Tabel 3.3
Kisaran Bobot Isi Bahan Peledak
M. Distyan A./112130142 7
Berat jenis tidak mempunyai satuan, sedangkan bobot isi mempunyai
satuan gr/cc atau Ib/cuft. Cartridge count atau stick count (SC) adalah jumlah
dodol ledak dengan ukuran 1 1/4" x 8" di dalam kotak seberat 50 lb. Loading
density (de) adalah jumlah berat BP per foot dari panjang muatan dengan satuan
lb/ft. Sedang diameter muatan dinyatakan dalam inci.
b. Sensitivitas
Sensitivitas adalah ukuran kemudahan BP untuk diinisiasi, atau lebih
spesifik lagi adalah energi minimum untuk meledakkan suatu BP dan sering
dinyatakan dalam cap sensitivity. Sensitivitas sering dikacaukan dengan definisi
sensitiveness yang artinya adalah ukuran kemampuan BP untuk melakukan
propagasi.
Uji sensitivitas blasting cap No. 8 adalah uji standar yang sering dipakai
oleh industry BP. Blasting cap No. 8 ini termasuk kategori yang terlemah dan
mempunyai kandungan 2 gram campuran yang terdiri 80% mercury fulminate dan
20% potassium chlorate. Sedangkan blasting cap yang lebih kuat adalah yang
berisi PETN.
c. Ketahanan terhadap air
Ketahanan BP terhadap air adalah ukuran dari kemampuan suatu BP
berada dalam air dengan tidak merusak atau mengubah/mengurangi kepekaannya
(sensitivity). Apabila terdapat air dalam lubang tembak dan waktu antara memuat
dan meledakkan agak singkat, BP dengan nilai ketahanan air baik sudah
memenuhi. Jika waktu BP berada dalam lubang tembak agak lama perlu dipakai
BP dengan nilai ketahanan air yang sangat baik atau memuaskan (excellent).
BP watergel dan emulsion memberikan tekanan terhadap kondisi
basah/air, yang walaupun demikian akan mengubah sifat-sifat lainnya. Pada
dasarnya tidak ada BP komersial yang 100 % tahan air. Tetapi semua BP yang
dikatakan tahan air dapat dipakai secara efektif bila BP dimuatkan ke dalam
lubang tembak dengan hati-hati. Secara kimia BP tidak berubah bila dijaga pada
kondisi penyimpanan tertentu namun demikian dapat dikatakan bahwa stabilitas
kimia akan berubah akibat beberapa hal.
M. Distyan A./112130142 8
Berikut ini adalah beberapa faktor yang mempengaruhi umur BP :
• formula (susunan campuran)
• kelembaban dan temperatur ekstrim
• kualitas bahan mentah
• kontaminasi
• fasilitas pergudangan
Untuk memudahkan identifikasi kerusakan BP secara visual adalah sebagai
berikut :
• kristalisasi
• perubahan warna
• kinerja lapangan buruk
d. Karakteristik gas peledakan
Diharapkan dari detonasi suatu BP komersial menghasilkan uap air (H20),
karbondioksida (C02), dan nitrogen (N2), walaupun kadang-kadang terdapat juga
hasil tambahan yang tidak diharapkan, yaitu gas-gas beracun seperti karbon
monoksida (CO akibat dari negatif neraca oksigen) dan nitrogen oksida (N02
akibat dari positif neraca oksigen). Gas-gas beracun ini terbentuk karena hasil
suatu proses peledakan yang tidak zero oxygen balance.
Gas-gas beracun ini disebut fumes dan fumes class dari suatu BP
menyatakan sifat dan jumlah dari gas-gas beracun yang terbentuk di dalam proses
peledakan. Untuk kegiatan peledakan di tambang terbuka faktor gas beracun tidak
terlalu merupakan suatu persoalan. Di dalam pekerjaan tambang bawah tanah atau
pekerjaan dalam ruang tertutup atau terkurung, nilai gas beracun dari suatu BP
yang dipakai merupakan faktor penting yang harus dipertimbangkan. Kehadiran
gas-gas beracun ini dapat disebabkan oleh beberapa hal sebagai berikut :
- buruknya kontrol kualitas
- kerusakan pada BP
- pengepakan bocor
- diameter muatan BP kurang, atau
- waktu tidur yang terlalu lama (sleep blasting terlalu lama)
Nilai gas beracun dari suatu BP didasarkan pada anggapan bahwa BP
diledakkan dalam bentuk dodol ledak. Pengupasan pembungkus dodol ledak suatu
M. Distyan A./112130142 9
BP akan mengganggu neraca oksigen dan akan berpengaruh kurang baik terhadap
gas-gas beracun yang dihasilkan dan efisiensi peledakan. Air dalam lubang
tembak dapat juga mempunyai pengaruh yang merugikan pada gas-gas beracun
yang dihasilkan dalam proses peledakan, disebabkan oleh kerusakan BP atau
penyerapan panas dari proses peledakan. Tabel 8 menunjukkan klasifikasi dari gas
beracun.
Tabel 3.4
Klasifikasi fumes dari bahan peledak
Untuk memilih BP yang sesuai, juru ledak harus mengetahui kondisi fisik
batuan (kekerasan, density, struktur geologi, dan sebagainya) dan kondisi tempat
kerja (keadaan air, ventilasi yang tersedia) dan tujuan dari pekerjaan peledakan.
Berdasarkan faktor-faktor tersebut dapat dipilih BP yang mempunyai sifat-sifat
yang sesuai.
e. Karakteristik keselamatan
BP komersial dalam penggunaannya harus memiliki sifat-sifat yang dapat
menjamin keselamatan kerja. Oleh karena itu sebelum BP dapat dipakai secara
komersial beberapa uji perlu dilakukan seperti : jatuh impak, batang luncur,
projektil, analisa panas differensial, bakar, dan elektrik statik.
5.2. Sifat-Sifat Detonasi
a. Kecepatan Detonasi (VOD)
Sifat BP yang sangat penting adalah kecepatan detonasi yang dapat diukur
atau dinyatakan dalam angka terkungkung (confined) atau harga tidak terkurung
dengan satuan meter per detik (mpd). Kecepatan detonasi terkungkung (confined
M. Distyan A./112130142 10
detonationvelocity) adalah ukuran dari kecepatan gelombang detonasi (detonation
wave) yang merambat melalui kolom BP di dalam lubang tembak atau ruang
terkungkung lainnya.
Sedangkan kecepatan detonasi tidak terkungkung (unconfined detonation
velocity) menunjukkan kecepatan detonasi BP apabila BP diledakkan dalam
keadaan terbukaatau tidak terkungkung. Karena BP umumnya dipergunakan
dalam keadaan tingkatpengungkungan tertentu, harga kecepatan detonasi dalam
keadaan terbuka atau tidakterkungkung lebih berarti.
Sebagian pabrik mengukur kecepatan detonasi di dalam kolom BP
berdiameter 1,25" yang tidak terkungkung, walaupun beberapa pengukuran
dilakukan di dalam pengungkungan dengan pipa besi dengan diameter berbeda-
beda. Kecepatan detonasi dari suatu BP tergantung pada density, bahan-bahan
(ingredients) yang terdapat dalam BP, ukuran partikel dari bahan-bahan, diameter
muatan (charge) dan derajat pengungkungan. Pengurangan ukuran butir,
penambahan diameter muatan dan penambahan derajat pengungkungan semuanya
cenderung menambah kecepatan detonasi. Memilih BP yang didasarkan atas
kecepatan detonasi perlu mengetahui apakah kecepatan tersebut terkungkung atau
tidak terkungkung.
b. Tekanan Lubang Tembak
Tekanan lubang tembak yang dipublikasi oleh produsen BP seringnya
didasarkan pada pengukuran VOD dengan muatan BP terkungkung. Dalam
melakukan peledakan ANFO, parameter tekanan lubang tembak sangat berguna
karena ANFO adalah BP yang kurang sensitif oleh karenanya tekanan detonasi
tinggi sangat diharapkan. Tekanan yang berada di belakang muka detonasi
menghasilkan tekanan lubang tembak sekitar 50% tekanan detonasi dan ini adalah
hasil ekspansi gas-gas. Tekanan lubang tembak menunjukkan bahwa energi gas
dari BP dan nilainya bergantung kepada :
• pengukungan
• jumlah gas yang dibangkitkan
• temperatur produk reaksi kimia BP
Tekanan lubang tembak akibat dari ekspansi gas-gas reaksi kimia BP, oleh
karenanya tidak mungkin diukur karena tekanan kejutnya sangat besar di muka
M. Distyan A./112130142 11
detonasi yang dapa merusak semua peralatan ukur.
c. Kekuatan Energi (Strength)Strength atau kekuatan adalah ukuran
untuk mengukur energi yang terkandung dalam BP dan kerja yang dapat
dilakukan oleh BP. Tes yang dipakai untuk mengukur adalah ballistic mortar test.
Istilah strength pertama kali dipakai untuk dinamit dengan campuran nitrogliserin
dan kieselguhr (inert filler), 60 % dinamit mengandung 60 % berat nitrogliserin
dan kekuatannya 3 kali kekuatan 20 % dinamit.
Sekarang inert filler dari straight dynamite disubstitusi dengan bahan-
bahan aktif (active ingredients,) seperti : sodium nitrate dan carbonaceous fuel
yang akan menambah energi dalam BP. Akibatnya 60 % straight dynamite yang
mengandung 60 % nitrogliserin hanya kurang lebih 1,5 kali kekuatan dari 20 %
straight dynamite, karena energi yang diberikan oleh tambahan sodium nitrate dan
carbonaceousmaterial dalam 20 % straight dynamite.
Dua macam ukuran strength yang dipakai untuk menilai BP komersial,
yaitu : weight strength adalah membandingkan kekuatan BP dengan dasar berat
yang sama dandodol ledak atau bulk strength membandingkan kekuatan BP
dengan dasar volumeyang sama.Secara tradisional strength dinyatakan dalam
persen dengan straight nitroglycerin dynamite dipakai sebagai standar.
Weight strength dan kekuatan dodolledak dari suatu BP adalah sama
apabila specific gravity dari BP adalah 1.4.
1) Weight strength
Weight strength berguna untuk membandingkan potensi kinerja suatu BP
dengan basis faktor energi. Weight strength biasanya didefinisikan sebagai
berikut. Weight strength = Energi tersedia dari suatu BP X 100% Energi tersedia
ANFO Beberapa BP kekuatannya dinyatakan dalam weight strength dan sebagian
lagi dinyatakan dalam kekuatan dodol ledak. Oleh karena itu, penting bagi
pemakai BP mengetahui kekuatan yang mana yang digunakan untuk menyatakan
kekuatan BP yang akan dipakai. Secara umum kekuatan dinamit dinyatakan
dengan dasar weight strength dan gelatin dinyatakan dengan dasar kekuatan dodol
ledak, walaupun hal ini tidak selalu benar.
M. Distyan A./112130142 12
2) Bulk strength
Bulk strength suatu BP dinyatakan sebagai perbandingan energi suatu BP
terhadap energi yang diberikan oleh volume ekivalen BP ANFO. Bulk strength
berguna untuk membandingkan potensi kinerja suatu BP dengan basis volume
ekivalen lubang tembak, atau panjang muatan untuk diameter lubang yang sama.
Bulk strength = Weight strength x Bobot isi x 100% Bobot isi ANFO
Energi tersedia tidak memberikan indikasi laju pelepasan energi (Energy
ReleaseRate = ERR) atau proporsi suatu BP untuk bekerja secara efektif dalam
pembongkaran dan pemindahan batu. Weight dan Bulk strengths tidak
memberikan data energi tersedia secara langsung melainkan hanya perkiraan kerja
efektif yang dapat dilakukan oleh suatu BP. Oleh karena itu timbul suatu istilah
baru yang disebut sebagai Energi Efektif.
3) Energi Efektif (EE)
Berdasarkan pengamatan high speed film camera, pergerakan burden pada
akhirnya menyebabkan gas ledakan bahan peledak (BP) keluar dari lubang
tembak dan merekahkan massa batuan. Gas ini mengandung sejumlah
besarenergi. Energi BP sesungguhnya terdiri dari Energi Aktivasi dan pelepasan
energi dalam bentuk Energi Kejut dan Energi Gelombang.
Energi Efektif (EE) adalah energi yang berguna dalam proses detonasi
atau energi yang dilepaskan oleh BP begitu tekanan gas ledakan menurun dan
berhenti dimana tekanan gas keluar dari massa batuan dan oleh karena itu berhenti
melakukan kerja efektif. Energi tersedia dapat diplot dalam bentuk Energi
Kumulatif dengan menurunnya tekanan gas. Energi Efektif adalah Kumulatif
Pelepasan Energi hingga berhenti, yaitu pada tekanan sekitar 100.000 kPa atau
1.000 Bar. Nilai Energi Efektif Iebih kecil daripada Energi Total atau Energi
Tersedia, dan bergantung kepada korakteristik kurva Energi-Tekanan.
Pengukuran dan perhitungan energi sulit untuk dilakukan, namun metode
eksperimen telah banyak dilakukan, antara lain :
• Ballistic mortar
• Trautzl lead block test
• Underwater detonation test
• Crater test
M. Distyan A./112130142 13
• Langefors weight strengh
Secara teoritik energi juga dapat dihitung dengan menggunakan
persamaan-persamaan termodinamik. Energi yang dihitung dengan hukum-hukum
termodinamik akan lebih besar daripada hasil pengamatan eksperimen. Hal ini
disebabkan oleh banyaknya kehilangan energi saat BP diledakkan.
3.3 Pelaksanaan Praktikum
Praktikum ini dilaksanakan pada hari kamis , 8 Oktober 2015 Pukul 13.00
WIB di Laboratorium Pengeboran dan Peledakan di Kampus II UPN ” Veteran ”
Yogyakarta.
3.4 Pembahasan
a. Pengertian bahan peledak menurut ahli dan Keppres
Bahan peledak ialah suatu bahan yang stabil yang apabila dikenai stimulasi
secara tepat maka dengan cepat akan berubah dari padat atau cair menjadi gas
yang panas dan ekspansif, yang mengakibatkan tekanan sekitarnya (Glorier
Family Encyclopedia, 1995). Bahan peledak ialah suatu bahan atau campuran
yang dapat bereaksi dalam waktu sangat singkat dan menghasilkan energi dalam
jumlah besar oleh karena terjadinya volume gas yang sangat besar pada
temperatur yang bertekanan yang sangat tinggi, diikuti efek mekanik, visual dan
akustik yang sangat tinggi (Berta G., 1990). Bahan peledak adalah bahan atau zat
yang berbentuk padat, cair, gas atau campurannya, yang apabila dikenai suatu aksi
berupapanas, benturan atau gesekan akan berubah secara kimiawi menjadi zat-zat
lain yang sebagian besar atau keseluruhannya berbentuk gas dan perubahan
tersebut berlansung dalam waktu yang sangat singkat, disertai efek panas dan
tekanan yang sangat tinggi (Keppres RI No.5 tahun 1988).
b. Sifat-sifat bahan peledak
Sifat fisik terdiri dari :
a. Bobot Isi
b. Sensitivitas
c. Ketahanan Air
d. Stabilitas Kimia
M. Distyan A./112130142 14
e. Karakteristik Gas Peledakan
f. Karakteristik Keselamatan
Sedangkan sifat detonasi terdiri dari :
a. Kecepatan Detonasi (Velocity of Detonation)
b. Tekanan Detonasi
c. Tekanan Lubang Tembak
d. Energi atau Kekuatan
c. Klasifikasi bahan peledak menurut Keppres
Keppres No. 5 / 1988 dan SK Menhankam No. SKEP/974/VI/1988 membagi
bahan peledak (explosives) menjadi dua golongan besar yaitu :
1. bahan peledak industri (komersial)
2. bahan peledak militer
Bahan peledak (handak) industry dibedakan ke dalam dua kelompok sesuai
dengan kecepatan gelombang kejutnya( Jimeno dkk., 1995), yaitu :
1) .bahan peledak cepat (rapid and detonation explosives), memiliki
kecepatan 2000-7000 m/detik, dan dibedakan lagi menjadi dua yaitu
primer (energinya tinggi dan sensitive, untuk isian detonator dan primer
cetak, seperti mercury fulminate, PETN, pentolite) dan sekunder yang
kurang sensitive, dipakai untuk isian lubang ledak.
2) bahan peledak lambat (slow and deflagrating explosives), memiliki
kecepatan dibawah 2000 m/ detik, contoh gunpowder senyawa
piroteknik dan senyawa propulsive untuk artileri.
M. Distyan A./112130142 15
Gambar 3.3
Contoh Produk Bahan Peledak
3.5 Kesimpulan
Bahan Peledak definisikan sebagai kumpulan dari unsur padat, cair, atau gas yang
berkondisi metastabil dan dapat melakukan reaksi kimia dengan cepat tanpa ada
unsur lainnya, seperti oksigen atmosfir. Reaksinya dapat dipicu secara mekanis
kejut atau panas. Ketahanan untuk melakukan reaksi mencerminkan sensitivitas
bahan peledak.
Sifat-sifat Bahan Peledak
Sifat fisik terdiri dari :
a. Bobot Isi
b. Sensitivitas
c. Ketahanan Air
d. Stabilitas Kimia
e. Karakteristik Gas Peledakan
f. Karakteristik Keselamatan
Sedangkan sifat detonasi terdiri dari :
a. Kecepatan Detonasi (Velocity of Detonation)
b. Tekanan Detonasi
c. Tekanan Lubang Tembak
d. Energi atau Kekuatan
klasifikasi bahan peledak menurut keppres No. 5 / 1988 dan SK
Menhankam No. SKEP/974/VI/1988 membagi bahan peledak (explosives)
menjadi dua golongan besar yaitu :
1. bahan peledak industri (komersial)
2. bahan peledak militer
M. Distyan A./112130142 16
BAB IV
KESETIMBANGAN OKSIGEN
4.1 Latar Belakang
Dalam suatu reaksi peledakan, ada beberapa hal yang perlu diperhatikan agar
bahan peledak yang digunakan efektif dan dampak lingkungan yang ditimbulkan
minimum. Salah satunya adalah keseimbangan oksigen dalam reaksi.
Keseimbangan oksigen dalam reaksi peledakan perlu diperhitungkan agar
gas beracun yang ditimbulkan oleh reaksi peledakan tersebut sangat kecil dan agar
bahan peledak yang digunakan itu efisien. Maksudnya, energi yang dihasilkan
maksimum dan dampak lingkungan atau gas beracun minimum.
Dalam praktikum Teknik Peledakan yang membahas hal mengenai
Keseimbangan Oksigen ini, praktikan diajak untuk membahas masalah
kesetimbangan oksigen dalam suatu rangkaian peledakan. Adapun tujuan yang
ingin dicapai dalam acara Keseimbangan Oksigen :
1 Agar praktikan dapat memahami dasar-dasar rancangan komposisi bahan
peledak.
2 Agar praktikan memahami pada saat bagaimana bahan peledak bisa
menghasilkan gas beracun (fumes), sehingga tidak sembarangan dalam
membuat rakitan bahan peledak.
3 Agar praktikan dapat menyusun komposisi (persentase) campuran bahan
peledak yang akan digunakan dalam suatu operasi peledakan dengan benar
agar dapat memperoleh energi maksimal dan tidak menghasilkan gas
beracun.
M. Distyan A./112130142 17
4 Agar praktikan dapat memahami perhitungan dalam suatu persamaan kimia
dalam kaitannya dengan keseimbangan oksigen
4.2 Dasar Teori
Bahan peledak komersil merupakan suatu rakitan yang terdiri dari bahan-
bahan berbentuk padat atau cair atau campuran dari keduanya, yang apabila
terkena suatu aksi misalnya panas, berbenturan, gesekan dan sebagainya, dapat
bereaksi dengan kecepatan tinggi, membentuk gas dan menimbulkan efek panas
serta tekanan yang sangat tinggi.
Secara umum bahan peledak merupakan campuran dari senyawa-senyawa
yang mengandung 4 unsur dasar/utama yaitu : C, H, N, dan O.
Untuk menghasilkan pengaruh kekuatan tertentu kadang-kadang ditambahkan
unsur-unsur yaitu : Al, Ca, Na, Mg,dsb.
Bahan peledak komersial dibuat berdasarkan pada prinsip Zero Oxygen Balance
(ZOB). Artinya jumlah oksigen yang terdapat dalam bahan peledak apabila
bereaksi hanya cukup untuk membentuk smoke, seperti N2O2, CO2, N2 bebas.
Kekurangan oksigen dalam bahan peledak akan mengakibatkan Negativ Oxygen
Balance (NOB) yaitu terjadi gas CO yang beracun. Apabila kelebihan oksigen
akan mengakibatkan Positiv Oxygen Balance (POB) yaitu terjadi NO, NO2 yang
beracun.
Namun, kita sebagai manusia tidak dapat memastikan bahwa dalam suatu
reaksi peledakan tidak akan menghasilkan fumes. Ketelitian manusia sangat
terbatas sehingga walaupun secara teori, reaksi peledakan akan menghasilkan
Zero Oxygen Balance namun bisa saja terbentuk fumes karena nilai dari
persamaan perhitungan oksigen balance ini hanya merupakan pendekatan.
Bahan peledak yang sering digunakan dalam dunia pertambangan antara
lain ANFO, TNT atau trinitrotoluene, Nitroglicerine. Tapi dalam laporan ini,
hanya akan membahas keseimbangan oksigen dari reaksi peledakan dengan bahan
peledak ANFO (NH4NO3+CH2).
Rumus kimia ZOB :
3 NH4NO3 + CH2 7 H2O + CO2 + 3 N2 ................................... (1.1)
Persamaan untuk perhitungan keseimbangan oksigen adalah :
M. Distyan A./112130142 18
a. Jika dalam bahan peledak hanya terdapat unsur C, H, O dan N,
persamaannya :
OB = Oo – 2Co – 1/2Ho.........................................................................(1.2)
b. Jika dalam campuran bahan peledak terdapat unsur tambahan (Na,Ca, Al, dsb)
yang memiliki afinitas terhadap oksigen, persamaannya :
OB = (Oo – 1/2Nao – Cao - …) – 2Co – 1/2Ho ................................... (1.3)
Bahan peledak komersial pada umumnya adalah dari klas bahan peledak
kimia (Chemical Explosive). Dalam halini,detonator,sumbu ledak dan sumbu api
harus diperlakukan sebagai bahan peledak.
Beberapa sifat bahan peledak yang harus diperhatikan yaitu :
1. Kekuatan (Strength)
2. Kerapatan (Density), Berat jenis (Spesific Gravity)
3. Kecepatan detonasi (Detonation Velocity)
4. Kepekaan (Sensitivity)
5. Ketahanan terhadap air (Water resistence)
6. Gas beracun (fumes)
7. Kemasan (Package)
Selain itu, perlu diperhatikan energi total yang dihsilkan dari suatu reaksi
peledakan agar kita dapat mengetahui perbandingan bahan bakar yang digunakan
dengan total energi yang dihsilkan.
Rumusannya adalah :
Q = Qp – Qr....................................................................................... (1.4)
Keterangan :
Q = Energi totoal
Qp = Energi produktan
Qr = Energi reaktan
M. Distyan A./112130142 19
Tabel 4.1
Bahan-Bahan Kimia Pembentukan Bahan Bakar
No
.
Nama Simbul Kimia Fungsi
1. Nitroglycerin C3H3(NO3)3 E.B.
2. Trinitrotoluene C6H2CH3(NO2)3 E.B.
3. Dinitrotoluene C7N2O4H6 E.B.
4. Ethylele glycol dinitrate C2H4(NO3)2 E.B., Antifreeze
5. Nitrocellulose (guncotton) C6H7(NO3)3O2 E.B., Gel. agent
6. Nitrostarch E.B., Nonheadache expl.
7. Ammonium Nitrate NH4NO3 E.B., O.C.
8. Potassium Chlorate KClO3 E.B., O.C.
9. Potassium Perchlorate KClO4 E.B., O.C.
10. PETN C5H8N4O12 E.B., (Caps & det. Fuse)
11. Lead Azide C5H8N4O12 E.B. Caps.
12. Mercury Fulminate Hg(ONC)2 E.B.,Caps.
13. Sodium Nitrate NaNO3 O.C., reduce Fr. point
14. Potassium Nitrate KNO3 O.C.
15. Wood Pulp (C6H10O5)n Absorbent, combustile
16. Fuel oil CH2 Fuel
17. Paraffin CH2 Fuel
18. Lampblack C Fuel
19. Chalk CaCO3 Antiacid
20. Zinc Oxide ZnO Antiacid
21. Aluminium metal Al Catalyzer
22. Magnesium metal Mg Catalyzer
M. Distyan A./112130142 20
23. Kieselguhr SiO2 Absorbent, anti caking
24. Liquid Oxygen O2 O.C.
25. Sulphur S Fuel
26. Salt NaCl Flame depressant
Keterangan :
E.B. = Explosive Base ;
O.C. = Oxygen Carrier
PETN = Pentaerythritol Tetranitrate
Untuk menghitung panas peledakan dapat diukur berdasarkan panas
pembentukan pruduk dan panas pembentukan reaktan. Panas dari masing-masing
senyawa tersebut dapat dilihat dari table berikut
Tabel 4.2
Heat Energi (Q) Yang Dihasilkan Oleh Bahan Peledak
No. Bahan Peledak SG SC Q (Cal/gram)
1. Nitroglycerin (NG) 1,6 88 1420
2. PETN 1,6 88 1400
3. RDX 1,6 88 1320
4. Composition B 1,6 88 1140
5. Tetryl 1,6 88 1010
6. NG Gelatin 40% 1,5 94 820
7. Slurry(TNT-AN-H2O, 20/65/15) 1,5 94 770
8. NG Gelatin 100% 1,4 101 1400
9. NG Gelatin 75% 1,4 101 1150
10. AN Gelatin 75% 1,4 101 990
11. NG Dynamite 60% 1,4 101 930
12. AN Gelatin 40% 1,4 101 800
13. NG Dynamite 60% 1,3 109 990
14. PETN 1,2 118 1200
15. Semigelatin 1,2 118 940
16. Extra dynamite 60% 1,2 118 880
17. Amatol, 50/50 1,1 128 890
M. Distyan A./112130142 21
18. RDX 1,0 141 1280
19 DNT 1,0 141 960
20. TNT-AN, 50/50 1,0 141 900
.21. TNT 1,0 141 870
22. AN-FO,94/6 0,9 157 890
23. ANLow-density dynamite 0,8 176 880
24. AN 0,8 176 350
4.3 Pelaksanaan Praktikum
Pada praktikum acara IV ini dilaksanakan pada :
Hari, tanggal : Selasa, 06Oktober 2015
Sesi / jam : II / 10.00 – 12.00 WIB
Tempat : Laboratorium Pemboran dan Peledakan Teknik
Pertambangan, F dsssssssssssss Fakultas Teknologi Mineral,
UPN “Veteran” Yogyakarta
Peralatan dan perlengkapan yang digunakan dalam praktikum
adalah
1. Solar
2. Urea
3. Pewarna
4. Corong
5. Gelas Ukur
6. Neraca Ohauss
7. Piring Ukur
Adapun Prosedur Praktikum acara IV :
Dalam menganalisis kesetimbangan oksigen dilakukan pencampuran antara
solar dan urea, langkah kerjanya adalah sebagai berikut:
a. Menimbang piring ukur tempat meletakan urea menggunakan neraca ohauss
b. Menimbang ureasebanyak 95 gr dan menuangkan solar kedalam gelas ukur
sebanyak 6,7 ml.
c. Mencampur solar sebanyak 6,7 ml dengan 95 gr urea.
d. Mengaduk campuran solar dan urea hingga tercampur rata
M. Distyan A./112130142 22
e. Memberi warna merah pada campuran solar dan urea sebagai penanda urea
telah digunakan.
4.4 Pembahasan
M. Distyan A./112130142 23
Gambar 4.1Pewarna
Gambar 4.2Solar
Gambar 4.3Urea
Gambar 4.4Corong
Suatu bahan peledak umumnya mengandung elemen – elemen karbon,
oksigen, hidrogen dan nitrogen. Hubungan yang dipakai untuk menghitung neraca
oksigen dapat dinyatakan sebagai berikut :
OB = O0 – 2C0 – ½ H0
O0 , C0, H0, adalah menyatakan jumlah gram dari masing – masing elemen
dalam bahan peledak. Dari persamaan di atas dapat dilihat angka 2 dan ½ didapat
masing – masing dari 2 atom oksigen yang dibutuhkan untuk setiap atom karbon
dan ½ atom oksigen yang dibutuhkan unutk setiap atom hidrogen.Umumnya
produk yang diinginkan dari suatu peledakan adalah uap air, carbondioksida, gas
nitrogen, dan oksida padat dimana semuanya adalah relatif inert dan tidak
beracun.
Persamaan dalam suatu reaksi peledakan :
1. 3 NH4NO3 + CH2 7 H2O + CO2 + 3 N2 Smoke
2. 2 NH4NO3 + CH2 5 H2O + N2 + CO Fumes ( CO )
3. 5 NH4NO3 + CH2 11 H2O + CO2 + 4 N2 + 2NO Fumes ( NO )
Persamaan reaksi 1 merupakan ZOB ( Zero oksigen balance ) dimana yang
dihasilkan adalah smoke dan tidak beracun.
Persamaan reaksi 2 merupakan NOB ( Negatif oksigen balance ) dimana
yang dihasilkan adalah fumes berupa gas CO ( Carbon monoksida )
Persamaan reaksi 3 merupakan POB ( Positif oksigen balance ) dimana
yang dihsilkan adalah fumes berupa gas NO ( Nitrogen monoksida )
Untuk mendapatkan ZOB maka perbandingan NH4NO3 dan CH2 adalah 94,5
% NH4NO3 dan 5,5 % CH2. Semakin besar persentase dari NH4NO3 maka akan
dihasilkan POB dan sebaliknya. Jika, NH4NO3 semakin kecil maka dihasilkan
NOB.
Dalam perhitungan oxygen balance perlu dihitung berapa besar energi yang akan
dihasilkan dari suatu reaksi peledakan. Rumusannya adalah :
Q = Energi totoal
Qp = Energi produktan
Qr = Energi reaktan
Untuk menghasilkan energi (heat of explosion) setinggi mungkin dan untuk
mencegah timbulnya gas-gas beracun (fumes: CO, NO, NO2), bahan peledak
komersial dibuat berdasarkan prinsip “Zero Oxygen Balance”, artinya: Dalam
M. Distyan A./112130142 24
Q = Qp – Qr
bahan peledak terdapat jumlah oksigen yang tepat sehingga selama reaksi seluruh
Hidrogen akan membentuk uap air (H2O), Carbon bereaksi membentuk CO2, dan
Nitrogen menjadi gas N2 bebas.
Ketiga jenis gas tersebut (H2O, CO2, N2) disebut “smoke” dan tidak beracun,
Hasil praktikum :
Persamaan reaksi peledakan :
1. 3 NH4NO3 + CH2 7 H2O + CO2 + 3 N2 Smoke (ZOB)
2. 2 NH4NO3 + CH2 5 H2O + N2 + CO Fumes (NOB)
3. 5 NH4NO3 + CH2 11 H2O + CO2 + 4 N2 + 2NO Fumes (POB)
Perhitungan kadar NH4NO3dan CH2
1. Diketahuipersamaanreaksinya
3 NH4NO3 + CH2 7 H2O + CO2 + 3 N2
( Hitung berat molekul dari masing – masing senyawa )
3 ( 80 ) + 14 7( 18 ) + 44 + 3 ( 28 )
254 = 254
NH4NO3 =
=
= 94,49 %
CH2 =
=
= 5,51 %
Apabila suatu ANFO diketahui beratnya 200 gram, maka kita dapat
menghitung berat dari NH4NO3 dan CH2 dengan cara mengalikan kadar dengan
berat.
Berat NH4NO3 = 94,49 % * 100 = 94,49 gram
Berat CH2 = 5,51 % * 100 = 5,51 gram ( berat CH2 dari gram diubah ke liter )
5,51 gam / 0,82 = 6,7 mL. ( 1 Liter = 0,82 gram )
2. Tidak diketahui persamaan reaksinya
NH4NO3 + CH2 H2O + CO2 + N2
M. Distyan A./112130142 25
BM NH4NO3 BMreaktan
∗100 %
240254
∗100%
14254
∗100%
BM CH2BMreaktan
∗100 %
Tabel 4.3
Persamaan Pembuatan ANFO
Jenis bahan % berat H0 C0 N0 O0
NH4NO3 X 4/80 x - 2/80 x 3/80 x
CH2 Y 2/14 y 1/14 y - -
Total x + y = 100 2/80x + 2/14 y1/14 y 2/80 x 3/80 x
Persamaan I : x + y = 100
Persamaan II: ZOB = O0 – 2C0 – ½ H0
0 = 3/80 x – 2(1/14y) – ½(4/80x + 2/14y)
0 = 3/80x – 2/14y – 2/80x – 1/14y
0 = 1/80x – 3/14y
0 = 0,0125x – 0,2142y
y = 0,058333x ( subsitusi ke persamaan I )
Nilai x : x + y = 100
x + 0,05833 x = 100
x = 94,49 % * 100 g = 94,49 g
y = 0,05833 * 94,49 = 5,51 % * 100= 5,51 g
Nilai dari NH4NO3 dan CH2 :
NH4NO3 :
N = 2/80 * 94,49 = 2,4623 mol * 14 = 34,47 gram
H = 4/80 * 94,49 = 4,7245 mol * 1 = 4,7245 gram
O = 3/80 * 94,49 = 3,5438 mol * 16 = 56,7008 gram
CH2 :
C = 1/14 * 5,51 = 0,3936 mol * 12 = 4,7228 gram
H = 2/14 * 5,51 = 0,7871 mol * 1 = 0,7871 gram
Untuk merancang suatu campuran bahan peledak berdasarkan prinsip
kesetimbangan oksigen, diperlukan pengertian tentang senyawa-senyawa dan
hasil reaksi kimianya.
4.5 Kesimpulan
M. Distyan A./112130142 26
Bahan peledak adalah suatu rakitan yang terdiri dari bahan – bahan
berbentuk padat atau cair atau campuran dari keduanya yang apabila terkena suatu
aksi misalnya panas, benturan, gesekan dan sebagainya dapat bereaksi dengan
kecepatan tinggi, membentuk gas dan menimbulkan efek panas serta tekanan yang
sangat tinggi.
Sifat dari bahan peledak yang harus diperhatikan :
a. Kekuatan
b. Kerapatan, Berat jenis
c. Kecepatan detonasi
d. Kepekaan
e. Ketahanan terhadap air
f. Gas beracun
g. Kemasan
Unsur-unsur dasar bahan peledak komersial adalah C, H, N, dan O.Persamaan
yang digunakan untuk menghitung keseimbangan oksigen adalah :
OB = Oo – 2 Co – ½ Hoatau
OB = (Oo – ½ Ho – Cao - ……) – 2 Co – ½ Ho
Rumusan perhitungan energi :
Q = Qp – Qr
Keterangan :
Q = Energi total
Qp= Energi produktan
Qr = Energi reaktan
Energi yang dihasilkan tergantung dari reaksi yang terjadi apakah ZOB , NOB
atau POB.
Hal yang perlu diperhatikan dalam merakit bahan peledak adalah komposisi
bahan peledak agar sesuai dengan keseimbangan oksigen sehingga nantinya tidak
menimbulkan gas-gas beracun seperti CO apabila komposisi bahan peledak
kekurangan oksigen (Negative Oxygen Balance) dan NO apabila komposisi bahan
peledak kelebihan oksigen (Positive Oxygen Balance) yang dapat membahayakan
para pekerja. Dalam membuat bahan peledak diperlukan komposisi yang tepat
sehingga nantinya tidak kelebihan ataupun kekurangan oksigen melainkan
M. Distyan A./112130142 27
komposisi oksigen yang seimbang atau disebut Zero Oxygen Balance (ZOB).
Adapun reaksinya adalah sebagai berikut :
1. Untuk kelebihan oksigen (Positive Oxygen Balance)
5 NH4NO3 + CH2 11 H2O + CO2 + 4N2 + 2 NO
2. Untuk oksigen yang seimbang (Zero Oxygen Balance)
3 NH4NO3 + CH2 7 H2O + CO2 + 3 N2
3. Untuk kekurangan oksigen (Negative Oxygen Balance)
2 NH4NO3 + CH2 5 H2O + CO + 2 N2
Jadi yang diinginkan itu adalah komposisi bahan peledak yang kandungan
oksigennya seimbang (Zero Oxygen Balance), dimana tidak menghasilkan gas
beracun melainkan menghasilkan smoke (H2O + CO2 + N2). Komposisi bahan
peledak yang mengandung AN dan FO memiliki % berat agar terjadi ZOB yaitu
94,5 % untuk AN dan 5,5 % untuk FO, jika tidak maka akan menghasilkan gas
beracun.
M. Distyan A./112130142 28
DAFTAR PUSTAKA
1. Barlian Dwinagara (2015), Buku Petunjuk Praktikum Teknik Peledakan,
Laboratorium Pemboran & Peledakan Program Studi Teknik Pertambangan,
FTM, UPN ‘Veteran’ Yogyakarta.
2. Koesnaryo S, (2001), Pemboran Untuk Penyediaan Lubang Ledak,Program
Studi Teknik Pertambangan, FTM, UPN “Veteran” Yogyakarta.
Yogyakarta.
M. Distyan A./112130142 29
LAMPIRAN
M. Distyan A./112130142 30
M. Distyan A./112130142 31