jurnal its pengolahan pasir besi

Jurnal Teknik Material dan Metalurgi Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, 2012

Analisa Proses Reduksi Besi Oksida Dengan Variasi Reduktor ( Arang, Batubara, Grafit ) dan

lama penyinaran Menggunakan Gelombang Mikro Dimas Nur Muharram

1, Sungging Pintowantoro, ST., M.T., Ph.D.

2, Ir. Muctar Karokaro, M.Sc

2

1 Mahasiswa Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS

2 Dosen Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS

ABSTRAK

ABSTRAK

Besi dapat diperoleh dari proses ekstraksi bijih besi, salah satunya pasir besi. Proses reduksi pasir besi dengan penyinaran gelombang mikrodengan daya 800 watt ini menggunakan variabel

reduktor arang, batubara, grafit serta lama penyinaran 40 menit, 50 menit, dan 60 menit. Sampel

hasil reduksi diamati perubahan fasa dengan pengujian XRD dan perubahan mikrostrukturnya

dengan pengujian SEM-EDX untuk menjelaskan mekanisme terjadinya proses reduksi pada pasirbesi dan reduktor . Dari hasil tersebut didapatkan waktu tinggal reduksi yang paling optimal yaitu 60

menit. Serta untuk variasi reduktor yang optimum yangdigunakan adalah grafit dengan mencapai

peningkatan kadar Fe 76,703 % . dan dengan semakin lama penyinaran didapatkan semakin peningkatan kadar Fe.

Kata kunci : Pasir Besi, Microwave, Reduksi

PENDAHULUAN

Dalam industri baja dikenal adanya

proses metalurgi. Metalurgi itu sendiri

didefinisikan sebagai ilmu dan teknologi untuk

memperoleh sampai pengolahan logam yang

mencakup tahapan dari pengolahan bijih

mineral, pemerolehan (ekstraksi) logam,

sampai ke pengolahannya untuk menyesuaikan

sifat-sifat dan perilakunya sesuai dengan yang

dipersyaratkan dalam pemakaian untuk

pembuatan produk rekayasa tertentu.

Berdasarkan tahapan rangkaian

kegiatannya, salah satunya dikenal sebagai

metalurgi ekstraksi. Metalurgi ekstraksi

banyak melibatkan proses-proses kimia, baik

yang temperatur rendah dengan cara pelindian

maupun pada temperatur tinggi dengan cara

proses peleburan untuk menghasilkan logam

dengan kemurnian tertentu, dinamakan juga

metalurgi kimia. Adapun proses-proses dari

ekstraksi metalurgi / ekstraksi logam itu

sendiri antara lain adalah pirometalurgi (proses

ekstraksi yang dilakukan pada temperatur

tinggi) dan hidrometalurgi (proses ekstraksi

yang dilakukan pada temperatur yang relatif

rendah dengan cara pelindian dengan media

cairan).

Pemanfaatan pasir besi di dalam

negeri sampai saat ini sebagai bahan baku

pembuatan semen, sedangkan pemanfaatannya

diluar negeri untuk bahan baku pembuatan

besi telah dilakukan sejak lama yaitu oleh

pabrik besi baja di Selandia Baru dan RRC.

Mineralnya berupa titaomagnetite yang

bersifat ferromagnet. Karena kandungan Fe

yang rendah, maka harus dilakukan suatu cara

untuk meningkatkan kandungan Fe dari

konsentrat pasir besi.

Sebuah teknologi revolusioner pembuatan

baja telah dikembangkan oleh para peneliti

berdasarkan penggunaan energi microwave.

Teknologi ini dapat menghasilkan DRI (Direct Reduced Iron) dari besi atau baja dari

campuran, yang terdiri dari bubuk oksida besi,

karbon bubuk dan flux agent. Teknologi ini dapat diproyeksikan untuk menghilangkan

banyak langkah produksi baja saat ini, seperti

pembuatan kokas, sintering, iron making dengan BF (Blast Furnace).

METODOLOGI

Pengujian yang dilakukan pada penelitian ini adalah XRF test untuk mengetahui


komposisi dari spesimen yang dilakukan pada

Reduksi pasiir besi dengan berbagai reduktor Kemudian dilakukan pengujian XRD untuk

mengetahui senyawa apa yang terbentuk

kemudian dilakukan uji SEM untuk

mengetahui morfologi permukaan dari sampel. Spesimen yang digunakan dalam

penelitian ini adalah spesimen Pasir besi dari

lumajang yang telah di sparasi sebanyak 2 kali agar didapat biji besi yang maksimal,

sedangkan reduktornya yaitu arang, batubara,

dan grafit..

a. Tes XRF

Setelah spesimen dilakukan

penyinaran gelombang mikro maka perlu diketahui unsur apa yang ada pada tiap sampel.

Oleh karena itu Untuk mengetahui unsur hasil

reduksi tersebut pada sampel dapat diketahui dengan melakukan pengujian XRF.

Dari pengujian XRF yang dilakukan, maka didapatkan hasil suatu % unsur, hal ini

dilakukan agar dapat mengetahui berapa

banyak perubahan kandungan unsur Fe yang

terdapat pada setiap variabel reduktor dan lama penyinaran. Serta juga mengetahui

seberapa banyak kandungan slug atau

pengotor pada setiap sampel.

b. Tes XRD Setelah spesimen dilakukan

penyinaran gelombang mikro maka perlu

diketahui bagaimana reduksi yang terjadi pada

tiap sampel. Untuk mengetahui gambaran reaksi reduksi pada sampel dapat diketahui

dengan melakukan pengujian XRD.

Pengujian XRD dilakukan dengan

mengambil sample yang berupa serbuk

sebanyak 0.05 gram menggunakan alat Philips Analytical Pengujian dilakukan dengan sinar

X menggunakan range sudut yang tergolong

panjang, yakni 5o-90

o dan menggunakan

panjang gelombang sebesar 1.54056 .

c. Ujis SEM-EDX SEM-EDX dilakukan setelah uji XRF

dilakukan. Spesimen. Analisa SEM

menggunakan Scanning Electron Microscope (SEM) FEI, Inspect-S50. Spesimen dipreparasi

dengan dilapisi emas dan dilakukan

pengamatan pada 15-20 kV. Selama pengujian

SEM, morfologi permukaan profil diamati

untuk memperoleh informasi tentang

morfologi produk korosi. Perbesaran gambar spesimen 5000 kali.

HASIL DAN PEMBAHASAN

a. Uji XRF Dari pengujian XRF yang dilakukan,

maka didapatkan hasil suatu % unsur, hal ini

dilakukan agar dapat mengetahui berapa banyak perubahan kandungan unsur Fe yang

terdapat pada setiap variabel reduktor dan

lama penyinaran. Serta juga mengetahui seberapa banyak kandungan slug atau

pengotor pada setiap sampel.

Tabel 1 Hasil uji XRF komposisi pasir besi dan arang 40 : 11,4 gram ( dalam % berat )

Mn P S Si Fe C

40

men

it

0,62

7

0,00

9

0,01

1

14,9

64

69,6

58

3,6

5

50

men

it

0,62

8

0,01

0

0,00

6

13,0

05

72,2

33

2,0

5

60

men

it

0,48

8

0,00

9

0,11

9

9,02

2

74,4

60

2,1

9

Tabel 2 hasil uji XRF komposisi pasir besi

dan batubara 40 : 10,84 gram ( dalam % berat)

Mn P S Si Fe C

40

men

it

0,56

5

0,02

0

0,00

3

11,2

0

70,7

92

1,5

3

50

men

it

0,47

5

0,01

2

0,11

6

9,50

8

74,2

62

1,4

8

60

men

it

0,469

0,012

0,081

9,915

74,123

1,63


Tabel 3 hasil uji XRF komposisi pasir besi

dan grafit 40 : 9,04 gram ( dalam % berat )

Mn P S Si Fe C

40

men

it

0,486

0,013

0,005

7,974

73,014

1,38

50

men

it

0,49

2

0,01

3

0,00

3

9,28

5

74,5

33

0,6

5

60

men

it

0,47

0

0,01

8

0,07

1

11,6

03

76,7

03

0,7

3

Pada hasil uji XRF tabel 1 terlihat

adanya peningkatan kadar Fe. Komposisi pasir besi dan arang 40 : 11,4 gram untuk waktu

penyinaran gelombang mikro selama 40 menit

terdapat kadar Fe sebesar 69,658%. Pada waktu penyinaran selama 50 menit mengalami

peningkatan kadar Fe yaitu sebesar 72,233%

namun peningkatan yang signifikan ini terjadi

pada waktu penyinaran selam 60 menit yaitu kadar Fe hanya berubah menjadi 74,460%.

Pada hasil uji XRF tabel 2 terlihat adanya peningkatan kadar Fe. Komposisi pasir

besi dan batubara 40 : 10,84 gram untuk waktu

penyinaran gelombang mikro selama 40 menit terdapat kadar Fe paling besar yaitu 70,792%.

Pada waktu penyinaran selama 50 menit

mengalami peningkatan kadar Fe cukup besar

yaitu sebesar 74,262% dan pada waktu penyinaran selam 60 menit yaitu kadar Fe

mengalami sedikit penurunan menjadi

74,123%.

Pada tabel 3 Saat komposisi 40 : 9,04

gram dilakukan penyinaran selama 40 menit,

peningkatan kadar Fe menjadi 73,014%.

Peningkatan kadar Fe juga terjadi kembali

pada lama penyinaran gelombang mikro

selama 50 menit dan 60 menit yaitu sebesar

74,533% dan 76,703%.

Pada perbedaaan variasi reduktor antara

arang, batubara, dan grafit yang dipakai dapat diketahui peningkatan kadar Fe yang terjadi

dengan melihat hasil dari pengujian XRF.

Dengan variasi reduktor yang memiliki fix karbon yang sama yaitu 99,7 % mengalami

peningkatan kadar Fe dimana terjadi

peningkatan yang cukup signifikan dari kadar awal 69.07 %. Kenaikan kandungan Fe yang

baik ke-1 terjadi pada kompossi pasir besi dan

grafit sebesar 40 : 9,04 gram dengan lama

Penyinaran gelombang mikro selama 60 menit pada komposisi ini terjadi peningkatan yang

cukup besar yaitu sebesar 76,703% Fe.

Kemudian yang baik ke-2 Pada waktu 50 menit dengan komposisi pasir besi dan grafit

40 : 9,04 gram dengan peningkatan 74,533%

Fe. Peningkatan terbesar ke-3 terjadi pada penyinaran gelombang mikro selama 60 menit

dengan perbandingan pasir besi dan grafit 40 :

11,4 gram yaitu sebesar 74,460% Fe. Pada

reduktor arang memiliki hasil kadar Fe yang paling rendah, hal ini dikarenakan

kemungkinan masih adanya senyawa pengotor

yang lain yang terbentuk pada proses reduksi. Grafik peningkatan kadar Fe pada berbagai

perbandingan reduktor ini dapat dilihat pada

gambar 1.

Gambar 1 Grafik peningkatan kadar Fe pada

berbagai reduktor ( arang, batubara, grafit )

Grafik yang sangat signifikan pada

peningkatan kadar Fe terjadi pada kompossi

pasir besi dan grafit 40 : 9,04 gram dengan

lama Penyinaran gelombang mikro selama 60

menit.

b. Hasil uji XRD

Setelah spesimen dilakukan

penyinaran gelombang mikro maka perlu diketahui bagaimana reduksi yang terjadi pada

tiap sampel. Untuk mengetahui gambaran

reaksi reduksi pada sampel dapat diketahui dengan melakukan pengujian XRD.

65

70

75

80

0 40 50 60

Kad

ar F

e (

% )

Waktu Lama Penyinaran ( menit )

arang

batubara

grafit


Gambar 4 Hasil Uji XRD sample komposisi

pasir besi dan arang 40 : 11,4 dengan lama penyinaran 40 menit, 50 menit dan 60 menit

Gambar 5 Hasil Uji XRD sample komposisi pasir besi dan grafit 40 : 9,04

dengan lama penyinaran 40 menit, 50 menit

dan 60 menit

Gambar 6 Hasil Uji XRD sample komposisi

pasir besi dan batubara 40 : 10,8 dengan lama

penyinaran 40 menit, 50 menit dan 60 menit

Dari analisa XRD untuk komposisi

pasir besi dan arang dengan perbandingan 40 : 11,4 gram pada lama penyinaran gelombang

mikro selama 60 menit nampak senyawa yang

terbentuk berupa magnetit (Fe3O4) dan ferrit

(Fe). Namun senyawa wustit (FeO) tidak terlihat. Akan tetapi unsur ferrit (Fe) nampak

pada gambar 4 dengan tinggi puncak/peak 100

paling tinggi. Pada penyinaran gelombang mikro selama 50 menit, senyawa magnetit

tereduksi lebih baik dengan ditandai dengan

semakin banyaknya unsur besi yang terbentuk. Ini ditandai dengan unsur Fe berada pada peak

yang lebih banyak dibandingkan pada

penyinaran gelombang mikro selama 40 menit.

Pada komposisi 40 : 9,04 dalam lama penyinaran gelombang mikro yang berbeda

yaitu selama 40 menit, 50 menit, dan 60 menit

terlihat masih sedikitnya terbentuk unsur Fe. Senyawa magnetit yang terbentuk masih

belum tereduksi secara menyeluruh sehingga

pertumbuhan wustite tidak terjadi dengan maksimal. Namun Hal ini dapat dilihat pada

gambar 5 bahwasannya unsur Fe yang banyak

terjadi dan terbentuk pada lama penyinaran

mikrowave selama 60 menit. Akan tetapi pada lama penyinaran 50 menit senyawa wustit

belum muncul dikarenakan senyawa magnetit

yang tereduksi kurang maksimal, dan pada lama penyinaaran 40 menit senyawa magnetit

yang ada dan sedikit Fe yang terjadi.

Hasil uji XRD Pada komposisi pasir besi dan

batubara dengan perbandingan 40 : 10,8 masih

banyak terdapatnya senyawa magnetit dan

wustit hal ini dapat dilihat pada gambar 6, hal ini dikarenakan Peningkatan senyawa magnetit

sehubungan dengan pertambahan waktu

penyinaran gelombang mikro. Wustite yang terbentuk masih belum tereduksi secara

maksimal. Namun kandungan Fe pun juga

mengalami peningkatan terutama pada lama

penyinaran 60 menit. Dari hasil uji XRD terhadap semua kompisisi, Peningkatan

reduksi yang paling besar terdapat pada

komposisi pasir besi dan grafit 40 : 9,04 gram pada waktu penyinaran selama 60 menit,

seperti terlihat pada gambar 4.3 yaitu unsur Fe

yang terbentuk dengan baik berada pada sudut 2 Theta sebesar 45

o dengan besar

intensitas/peak 110 disertai dengan persebaran

unsur Fe yang banyak. Pembentukan unsur Fe

terjadi seiring dengan reduksi magnetite menjadi wustite dengan baik.


c. Hasil uji SEM-EDX Berikut adalah Hasil uji SEM-EDX

Gambar 7. Mikrostruktur rasio pasir besi dan

Arang dengan lama penyinaran 60 menit


Batubara dengan lama penyinaran 60 menit


Grafit dengan lama penyinaran 60 menit

Pada pengujian SEM EDX yang

ditunjukkan pada gambar 7, gambar 8, serta

gambar 9 menunjukkan bahwa tiap area yang ditandai sebagian besar terkandung unsur Fe,

O, dan C. Pada gambar 4.4 daerah yang

ditandai terkandung %Wt Fe sebesar 41,12, %Wt O sebesar 22,95, serta %Wt C sebesar

03,01. Pada gambar 4.4 juga didapat %At Fe

sebesar 22,14 %At O sebesar 43,15, serta %At

C sebesar 07,53.

Pada gambar 8 terjadi kenaikan baik

pada %Wt maupun %At untuk unsur Fe dan unsur C jika dibandingkan dengan gambar 7

%Wt Fe menjadi 29,60, %Wt O berubah

menjadi sebesar 36,59, serta %%Wt C menjadi

56,32. %At Fe pada gambar 4.5 sebesar 13,05, %At O sebesar 56,32, serta %At C sebesar

09,65.

Pada gambar 9 besaran %Wt maupun

%At tidak terlalu berubah jika dibandingkan

dengan gambar 4.5. %Wt Fe sebesar 71,33, %Wt O sebesar 13,98, serta %Wt C sebesar

9,86. Pada skala atomik %At Fe sebesar 49,49,

%At O sebesar 33,84, serta %At C sebesar

19,30.

Dari pengujian yang dilakukan pada tiap rasio pasir besi dan kokas dengan lama

penyinaran yang bervariasi antara 40, 50, 60 menit terdapat kandungan Fe pada tiap pasir

besi dan variasi reduktor (arang, batubara,

grafit) sebesar 40:11,4 gram , 40 : 10,88 gram ,

serta40 : 9,04.

KESIMPULAN

Secara keseluruhan telah terjadi

peningkatan kadar Fe seiring dengan dilakukannya lama penyinaran gelombang

mikro terhadap pasir besi dan berbagai

reduktor.

Berdasarkan hasil uji XRF Kandungan

konsentrat Fe paling besar terdapat pada

kompossi pasir besi dan garfit sebesar 40 :

9,04 gram dengan lama Penyinaran gelombang

mikro selama 60 menit yaitu sebesar 76,703 %

Fe.

Penggunaan mikrowave dengan daya

800 watt pada penyinaran gelombang mikro

belum bisa mereduksi secara sempurna pasir

besi menjadi Fe. Karena pada Proses reduksi

yang terjadi dengan penggunaan daya 800 watt

masih banyak terdapat magnetite (Fe3O4)

% berat Fe = 41,12 O = 22,95 C = 03,01 % atom Fe = 22,14 O = 43,15 C = 07,53

% berat Fe = 29,60 O = 36,59 C = 04,70 % atom Fe = 13,05 O = 56,32 C = 09,65

% berat Fe = 71,33 O = 13,98 C = 9.86 % atom Fe = 49,49 O = 33,85 C = 19.30


SARAN

1. Proses reduksi selanjutnya sebaiknya

menggunakan microwave dengan daya

yang lebih besar.

2. Proses reduksi selanjutnya sebaiknya

dilakukan dengan variasi waktu yang

agak lama.

3. Penambahan pyrometer pada

mikrowave untuk mengetahui

kenaikan temperatur tiap detik.

DAFTAR PUSTAKA

Hendarto, Arie. Pemamfaatan Biji Besi

Untuk Industri Baja, Iptek Voice,

The Sound of Science, 2010.

Pickles, C. A. Microwaves In Extractive

Metallurgy Part 1 Review of

Fundamentals, Departement of

Mining Engineering, Queens

University, Goodwin Hall, Kingston,

Ontario, Canada K7L 3N6. Minerals

Engineering 22 (2009) 1102-1111.

Haque, Kazi E. Microwave Energy For

Mineral Treatment Processes A

Brief Review, CANMET, 555 Booth

Street, Ottawa, Ontario, Canada K1A

0G1, International Journal Of Mineral

Processing, 57_1999, 1-24.

Herdianti, Hedi. Studi Pendahuluan Reduksi

Pasir Besi dengan rduktor batubara,

Tugas Akhir ITB,2007.

Takayama,S.,Matubara,A. And

Sano,Saburo,microwave frequency

effect for reduction of

magnetite.2008.

K. Nagata, R. Kojima, T Murakami, M. Susa

and H. Fukuyama: ISIJ nt., 41

(2001)1316.

J. Jimbo, H. Tanaka, T. Sakaguchi and Y.

Kuwata: Kobelco Tech.Rev,.22

(1990),60.

T. Coetsee,P.C. Pistorius and E.E. de Villiers:

Miner. Eng., 15(2002),919.

T. Harada, H. Tanaka and H. Sugitatsu: Kobe

Steel Eng.,Rep., 51(2001),23.

Y. Sawa,T. Yamamoto,K.Takeda and H. Itaya:

Itaya: ISIJ int.,41(2001),S17.

K.Takeda: Kinzoku, 75 (2005),547.

Kelly, R. A., and Rowson, N.A. Microwave

Reduction of Oxidised Ilmenite

Concentrates, School of Chemical

Engineering, The University of

Birmingham, Birmingham BT15 2TT,

UK. Mineral Engineering, Vol. 8, No.

11, pp 1427-1438, 1995.

M. A. M. Kharaisheh, T.J.R. Cooper and T. R.

A Magee: J. Food Eng.,33 (1997),207


A. Idris,K. Khalid and W. Omar: Appl.

Therm.Eng.,24(2004),905

W. H. Sutton: Ceram. Bull., 68 (1989),376.

R. Roy, R. Peelamedu, l. Hurtt, J. Cheng and

D. Agrawal: Matel.Res.

Innovate.,6(2002),128.

N. Standish and W. Huang: ISIJ Int., 31

(1991),241

S. Zhong, H. E. Geotsman and R. L. Bleifuss:

Miner. Metall. Process., 300

(1996),174.

K. Nagata, K Ishizaki and T. Hayashi: Proc.

Of the 5th japan-BrazilZymp. On Dust

Processing Energy Enviroment in

Metallurgical industries,1, (2004),617.

J. Chen, L. Liu, J. Zeng, R. Ren and J. Liu:

Iron steel, 39 (2004),1.

K. Morita, M. Guo, N. Oka and N. Sano: J.

Mater. Cycles wastemanag., 9 (2002),

93.

Sandy, Herman. Analisis Ukuran Partikel

campuran ( pasir besi, batubara, dan

CaO ) dan lama penyinaran 2011.

jurnal its pengolahan pasir besi

Documents