bahan bakar dan tanur

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.


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 %


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.


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.


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.


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.


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.


8/15

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+.


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


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)


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.


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.


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


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.


15/15

bahan bakar dan tanur

Documents