10

BAB IITINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengolahan BijihPengolahan bijih akan menghasilkan limbah yang mempunyai karakteristik tergantung pada jenis bijih dan metoda pengolahannya. Penanganan dan penempatan limbah tersebut dalam rangka merehabilitasi atau reklamasi lingkungan pasca tambang mempertimbangkan karakteristik kimia dan fisika limbah. Mekanisme pengolahan bijih tergantung pada jenis tambang. Umumnya pengolahan bijih terdiri dari proses benefication dimana bijih yang ditambang diproses menjadi konsentrat bijih untuk diolah lebih lanjut atau dijual langsung, diikuti dengan pengolahan metalurgi dan refining. Proses benefication umumnya terdiri dari kegiatan persiapan, penghancuran dan atau penggilingan, peningkatan konsentrasi dengan gravitasi atau pemisahan secara magnetis atau dengan menggunakan metode flotasi (pengapungan), yang diikuti dengan dewatering dan penyaringan. Hasil dari proses ini adalah konsentrat bijih dan limbah dalam bentuk tailing serta emisi debu. Tailing biasanya mengandung bahan kimia sisa proses dan logam berat. Pengolahan metalurgi bertujuan untuk mengisolasi logam dari konsentrat bijih dengan metode pirometalurgi, hidrometalurgi atau elektrometalurgi baik dilakukan sebagai proses tunggal maupun kombinasi. Proses pirometalurgi seperti roasting (pembakaran) dan smelting menyebabkan terjadinya gas buang ke atmosfir (sebagai contoh: sulfur dioksida, partikulat dan logam berat) dan slag. Dalam proses pirometalurgi bijih mengalami suatu proses yang dinamakan proses Pra olahan. Tujuan dari proses ini adalah mengubah senyawa logam menjadi bentuk senyawa lain yang lebih sesuai untuk proses berikutnya. Proses Pra olahan dilakukan pada temperatur tinggi sebelum mencapai titik leleh. Pada proses ini bijih mengalami dua perubahan baik perubahan bentuk ataupun perubahan sifat.Ada beberapa macam proses pada Pra Olahan, yaitu:1. Drying, proses penghilangan kandungan air atau moisture pada bijih dan terjadi pada temperatur yang tidak terlalu tinggi.2. Kalsinasi, proses penghilangan kandungan air kristal pada suatu bijih, temperatur yang digunakan dalam proses ini lebih tinggi dari pada proses drying tapi tidak melebihi temperatur leleh.3. Roasting, proses pemanggangan senyawa sulfida menjadi senyawa oksida. 4. Aglomerasi, proses penggumpalan dari material halus menjadi lebih besar ukurannya, yang terdiri dari beberapa jenis yaitu: a. Bricketb. Nodulizingc. Sinteringd. pelletizingTidak semua unsur yang ada di alam terdapat dalam bentuk oksida atau senyawa murni. Ada juga yang membentuk ikatan dengan air kristal. Proses pengolahan bijih bertujuan untuk mengatur ukuran partikel bijih, menghilangkan bagian-bagian yang tidak diinginkan, meningkatkan kualitas, kemurnian atau kadar bahan yang diproduksi. Proses ini biasanya terdiri dari : penghancuran, penggilingan, pencucian, pelarutan, kristalisasi, penyaringan, pemilahan, pembuatan ukuran tertentu, sintering (penggunaan tekanan dan panas dibawah titik lebur untuk mengikat partikel-partikel logam), pellettizing (pembentukan partikel-partikel logam menjadi butiran-butiran kecil), kalsinasi untuk mengurangi kadar air dan atau karbondioksida, roasting (pemanggangan), pemanasan, klorinasi untuk persiapan proses lindian, pengentalan secara gravitasi, pemisahan secara magnetis, pemisahan secara elektrostatik, flotasi (pengapungan), penukar ion, ekstraksi pelarut, elektrowining, presipitasi, amalgamasi dan heap leaching. Proses pengolahan yang paling umum dilakukan adalah pemisahan secara gravitasi (digunakan untuk cebakan emas letakan), penggilingan dan pengapungan (digunakan untuk bijih besi yang bersifat basa), pelindian (dengan menggunakan tangki atau heap leaching; pelindian timbunan (digunakan untuk bijih tembaga atau emas kadar rendah, Gambar 1) dan pemisahan secara magnetis. Tipikal langkah-langkah pengolahan meliputi penggilingan, pencucian, penyaringan, pemilahan, penentuan ukuran, pemisahan secara magnetik, oksidasi bertekanan, pengapungan, pelindian, pengentalan secara gravitasi, dan penggumpalan (pelletizing, sintering, briquetting, dan nodulizing). Proses pengolahan bijih menghasilkan partikel berukuran seragam, menggunakan alat penghacur dan penggilingan. Tiga tahap penghacuran umumnya diperlukan untuk memperoleh ukuran yang diinginkan. Hasil olahan bijih berbentuk lumpur, yang kemudian dipompakan ke proses pengolahan lebih lanjut. Pemisahan magnetik digunakan untuk memisahkan bijih besi dari bahan yang memiliki daya magnetik lebih rendah. Ukuran partikel dan konsentrasi padatan menentukan jenis proses pemisahan magnetik yang akan digunakan. Pengapungan (flotasi) menggunakan bahan kimia untuk mengikat kelompok senyawa mineral tertentu dengan gelembung udara untuk pengumpulan. Bahan kimia yang digunakan termasuk collectors, frothers, antifoams, activators, and depressants; tergantung karakteristik bijih yang diolah. Bahan kimia ini dapat mengandung sulfur dioksida, asam sufat, senyawa sianida, cressol, disesuaikan dengan karakteristik bijih yang ditambang.

2.2 Definisi KalsinasiKalsinasi adalah penghilangan air, karbon dioksida, atau gas lain yang mempunyai ikatan kimia dengan bijih. Kalsinasi dikerjakan pada temperatur tinggi tanpa terjadi pelelehan dan penambahan reagen, hal ini dimaksudkan untuk mengubah bentuk senyawa konsentrat. Kalsinasi biasa disebut juga Dekomposisi Thermal (penguraian dengan temperatur). Contoh: Hidrat, karbonat, FeCO3, Mg(OH)2, MgCO3, CaCO3. Penghilangan air dalam senyawa karbonat dilakukan dalam berbagai variasi temperatur tergantung jenis senyawa dan ikatan air pada senyawa. Kalsinasi adalah proses endotermik artinya memerlukan panas, dan juga lebih endotermik daripada proses Drying.Dalam aplikasinya di industri, kalsinasi dilakukan dalam berbagai furnace, diantaranya yaitu: 1. Untuk kuarsa, CaCO3, digunakan Shaft Furnace2. Untuk lumps digunakan rotary kiln3. Untuk material of uniform dengan ukuran kecil digunakan fluidized bed.Kalsinasi adalah thermal treatment yang dilakukan terhadap bijih dalam hal ini batu kapur agar terjadi dekomposisi dan juga untuk mengeleminasi senyawa yang berikatan secara kimia dengan batu kapur yaitu karbon dioksida dan air. Proses yang dilakukan adalah pemanggangan dengan temperatur yang bervariasi bergantung dari jenis senyawa karbonat. Kebanyakan senyawa karbonat berdekomposisi pada temperatur rendah. Contoh, MgCO3 pada temperatur 417oC, MnCO3 pada 377oC, dan FeCO3 pada 400oC. Tetapi untuk kalsium karbonat diperlukan suhu 900oC untuk melakukan dekomposisi hal ini dikarenakan ikatan kimia yang cukup kuat pada air kristal. Kalsinasi adalah proses yang endotermik, yaitu memerlukan panas hal ini dapat dilihat dari nilai Ho yang postif. Panas diperlukan untuk melepas ikatan kimia dari air kristal karena dengan panas maka ikatan kimia akan menjadi renggang dan pada temperatur tertentu atom- atom yang berikatan akan bergerak sangat bebas menyebabkan terputusnya ikatan kimia. Panas juga diperlukan untuk mengoksidasi batu kapur menjadi oksidanya. Reaksinya :CaCO3 (800oC) = CaO (1000oC) + CO2 (900oC) , Ho = 42,5 Kcal..............(1)Panas mengalir secara konduksi ke seluruh bagian batu kapur. Laju kalsinasi batu kapur memiliki persamaan dengan reaksi yang dikendalikan oleh difusi. Dengan ukuran dan bentuk butiran yang sama, semakin tinggi temperatur semakin cepat proses dekomposisi. Waktu yang diperlukan dalam proses kalsinasi bergantung pada ukuran dan bentuk dari butiran batu kapur. Dengan temperatur yang sama semakin kecil ukuran semakin cepat proses kalsinasi, bentuk yang bulat akan mempercepat proses kalsinasi.

2.3Aspek Termodinamika dari KalsinasiPada kalsinasi batu kapur, Reaksi kimia yang terjadi adalah :CaCO3 = CaO + CO2Dari suatu padatan batu kapur (CaCO3) dihasilkan suatu padatan oksida kapur bakar (CaO) dan gas karbondioksida. Dalam keadaan kesetimbangan didapatkan suatu ketetapan kesetimbangan:

K= ..................................................................................(2)Dapat dimisalkan aktifitas dari padatan adalah satu ( a = 1). Maka persamaan menjadi,

K= .............................................................................................(3)gas dinyatakan dalam bentuk tekanan,

K= ...............................................................................................(4)

jadi tetapan kesetimbangan dari reaksi kalsinasi batu kapur adalah .Untuk menentukan apakah reaksi kalsinasi batu kapur dapat berlangsung atau tidak dapat dilihat dari nilai Go dari reaksi, jika nilainya adalah negatif maka reaksi dapat berlangsung. Persamaan energi bebas dari reaksi dekomposisi batu kapur adalah:GT0 = 40,250-34,4T kal/mol..........................................................................(5)

2.4Aspek Kinetika Dari KalsinasiTemperatur Pada saat proses kalsinasi, batu kapur dipanaskan hingga mencapai 900oC. Energi panas yang dihasilkan oleh furnace mngalir secara konduksi ke seluruh bagian permukaan batu kapur. Panas tersebut cukup untuk menguraikan batu kapur menjadi oksidanya dan gas karbon dioksida. Proses penguraian tersebut menyebabkan massa dari batu kapur berkurang.

Gambar 2.1 Zone Kalsinasi dalam Furnace dan Temperature Kalsinasi

Dalam furnace ada tiga zone pemanasan dalam kalsinasi :1. The preheating zoneBatu kapur dipanaskan sampai 800oC, belum terjadi reaksi kalsinasi.2. The reaction zoneBatu kapur dipanaskan dengan suhu 900oC, temperatur efektif untuk proses kalsinasi batu kapur. Dalam zone ini terjadi reaksi kalsinasi.3. The cooling zone Batu kapur yang dipanskan, dalam zone ini didinginkan sampai suhu 100oC. Proses kalsinasi banyak digunakan dalam industri, seperti pada industri semen dan pembuatan serbuk nikel ferit. Panas tidak hanya bergerak kepermukaan tetapi juga berdifusi kedalam batu kapur.Laju dari kalsinasi batu kapur sangat bergantung pada bentuk dan ukuran dari butiran batu kapur serta temperatur dan lama pemanasan yang digunakan. Semakin bulat bentuk butiran maka proses pemanasan akan semakin efektif karena panas dapat berdifusi secara bebas dari segala sudut permukaan butir sehingga distribusi panas merata dan reaksi kalsinasi dapat maksimal. Semakin tinggi suhu maka waktu yang diperlukan untuk reaksi dekomposisi semakin cepat.

1 cm Arah difusi panas

Gambar 2.2 Batu Kapur Bentuk Kubus

Laju reaksi berdasarkan fraksi yang bereaksi

(6)

......(7)

(8)

Untuk memplot garis dalam grafik digunakan persamaan:

(9)4