kalsinasi

1

Fakultas Teknik Universitas Sultan Ageng Tirtayasa

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Tidak semua unsur yang ada di Alam terdapat dalam bentuk Oksida atau

Senyawa Murni. Ada juga membentuk Ikatan dengan Air Kristal. Hal ini tidak

diinginkan dalam industri karena akan membentukkan energi dan biaya lebih

besar lagi. Oleh karena itu, untuk menghilangkan Ikatan Air Kristal pada Senyawa

Karbonat dan Hidrat diadakan Proses Kalsinasi. Proses kalsinasi adalah Proses

dekomposisi senyawa karbonat dan hydrat. Contoh: MgCO3, CaCO3, MnCO3,

FeCO3, Mg(OH)2. Dalam praktikum kali ini diujikan reaksi kalsinasi untuk

senyawa karbonat batu kapur ( CaCO3 ). Selain karena banyak ditemukan dialam,

juga diperlukan dalam industri peleburan baja

Besi di alam ditemukan dalam bentuk senyawa hematit ( Fe2O3 ) dan magnetit

(Fe3O4). Selain berikatan dengan oksigen membentuk oksida besi, besi juga

tercampur dengan pengotor- pengotor seperti sulfur, posfor dan lain- lain.

Sewaktu dilebur pengotor - pengotor tersebut terpisah dari besi membentuk terak,

untuk mengikat dan menghasilkan terak diperlukan batu kapur ( CaCO3 ) selain

itu juga digunakan untuk menjaga kebasaan furnace.

Batu kapur tidak dapat langsung bereaksi dengan terak di furnace, sehingga

harus diubah menjadi oksida (CaO), dengan jalan di panggang. Di alam batu

kapur berikatan dengan air secara kimia (CaCO3. nH2O) sehingga harus

dihilangkan, karena selain tidak diperlukan juga memerlukan energi besar untuk

memisahkannya sehingga dalam proses peleburan besi memerlukan cost yang

lebih besar. Proses penghilangan air kristal tersebut dinamakan kalsinasi.

1.2 Tujuan percobaan

Tujuan dari percobaan ini adalah mempelajari pengaruh variasi temperatur dan

waktu pada reaksi kalsinasi.

1

2


1.3 Batasan Masalah

Proses kalsinasi adalah proses dekomposisi senyawa karbonat dan hydrat.

Seperti MgCO3, CaCO3, MnCO3, FeCO3, Mg(OH)2. Dalam praktikum kali ini

diujikan reaksi kalsinasi untuk senya karbonat batu kapur (CaCO3). Selain karena

banyak ditemukan dialam, juga diperlukan dalam industri peleburan baja.

1.4. Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan laporan ini terdiri dari enam bab. BAB I menjelaskan

mengenai latar belakang, tujuan percobaan, batasan masalah, sistematika

penulisan. BAB II menjelaskan mengenai tinjauan pustaka yang berisi mengenai

teori singkat dari percobaan yang dilakukan oleh praktikan. BAB III menjelaskan

mengenai metode penelitian yang praktikan lakukan. BAB IV menjelaskan

mengenai data percobaan, BAB V menjelaskan mengenai pembahasan yang

praktikan paparkan secara keseluruhan dengan sebaik-baiknya dan BAB VI

menjelaskan mengenai kesimpulan dari percobaan. Selain itu juga di akhir laporan

terdapat lampiran yang memuat contoh perhitungan, jawaban pertanyaan dan

tugas serta terdapat juga blangko percobaaan.

3


BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian Kalsinasi

Kalsinasi adalah proses penghilangan air, karbon dioksida atau gas lain yang

mempunyai ikatan kimia dengan bijih sehingga akan didapat produk yang

bernama kalsin (CaO). 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. 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 ΔHo 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 = CaO + CO2 ................................................................................. (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

3

4


yang sama semakin kecil ukuran semakin cepat proses kalsinasi, bentuk yang

bulat akan mempercepat proses kalsinasi.

2.2 Kinetika Reaksi Kalsinasi Batu Kapur

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 akibat kehilangan massa air dan karbondioksida. Panas tidak hanya

bergerak ke permukaan tetapi juga berdifusi ke dalam batu kapur.

Laju dari kalsinasi batu kapur sangat bergantung pada bentuk dan ukuran dari

butiran batu kapur serta temperatur dan lama pemanasan yang digunakan. Semaki

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. Dalam

aplikasinya di industri, kalsinasi dilakukan dalam berbagai jenis furnace:

1. Untuk kuarsa, CaCO3 digunakan shaft furnace

2. Untuk lumps digunakan rotary kiln

3. Untuk material of uniform, dengan ukuran kecil digunakan fluidized bed.

Dalam furnace ada tiga zone pemanasan dalam kalsinasi yakni :

1. The preheating zone

Batu kapur dipanaskan sampai 800oC, belum terjadi reaksi kalsinasi.

2. The reaction zone

Batu 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 dipanaskan, dalam zone ini didinginkan sampai suhu 100oC.

2.2 Termodinamika dari Kalsinasi

Secara termodinamika, reaksi kimia yang terjadi adalah sebagai berikut

5


CaCO3 = CaO + CO2 TGo

T 7,37490,42 ....................................(2)

Dari suatu padatan batu kapur (CaCO3) dihasilkan suatu padatan oksida kapur

bakar (CaO) dan gas karbondioksida. Dalam keadaan kesetimbangan didapatkan

suatu ketetapan kesetimbangan:

K = 3

2

CaCO

COCaO ......................................................................................(3)

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

K = 2CO , gas dinyatakan dalam bentuk tekanan

K= 2COP , jadi tetapan kesetimbangan dari reaksi kalsinasi batu kapur adalah

2COP .

Untuk menentukan apakah reaksi kalsinasi batu kapur dapat berlangsung

atau tidak dapat dilihat dari nilai ΔGo dari reaksi, jika nilainya adalah negatif

maka reaksi dapat berlangsung.

2.4 Kinetika Reaksi Kalsinasi Batu Kapur

Temperatur 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 1. Zone Kalsinasi dalam Furnace dan Temperature Kalsinasi

6


Dalam furnace ada tiga zone pemanasan dalam kalsinasi :

1. The preheating zone


2. The reaction zone

Batu 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.

Gambar 2. Batu Kapur Bentuk Bola

d= 2 cm

Arah difusi

7


Laju reaksi berdasarkan fraksi yang bereaksi :

o

o

W

WWR

...................................................................................................(4)

3

33

o

o

r

rr

..............................................................................................(5)

3

3

1or

rR

......................................................................................................(6)

3

1

1 Rrr o ........................................................................................... (7)

Untuk memplot garis dalam grafik digunakan persamaan:

tr

kCR

o

211 3

1

.............................................................. .........................(8)

8


BAB III

METODE PERCOBAAN

3.1 Diagram Alir Percobaan

Percobaan ini secara umum digambarkan dalam bentuk diagram alir

sehingga memudahkan pelaksanaan percobaan yang dilakukan seperti gambar 3.

Gambar 3. Diagram Alir Percobaan

8

Persiapkan 3 sampel Batu kapur

Penggerindaan batu kapur untuk membuat bentuk

bola, kubus, dan balok

Penimbangan sampel batu kapur yang sudah dibentuk

mengunkan

Sebelum Pemanasan

Proses Pemanasan di Muffle Furnace

selama 15 menit pada suhu 900oC

Pengeluaran sampel dan pendinginan, kemudian

penimbangan berat akhir sampel

Setelah Pemansan

Pembahasan

Kesimpulan

Data

Pembahasan Literatur

9


3.2 Alat dan Bahan

3.2.1 Alat yang digunakan

1. Muffle Furnace

2. Neraca Teknis

3. Penjepit

4. Mesin Grinda

5. Sarung Tangan

6. Stopwatch

7. Jangka Sorong

8. Crucible Baja (tempat sampel untuk kalsinasi)

3.2.2 Bahan yang digunakan

1. Batu kapur 3 buah

3.3 Prosedur Percobaan

1. Mempersiapkan 3 buah batu kapur yang akan digunakan.

2. Membentuk batu kapur tersebut menjadi bentuk kubus, bola, dan balok

3. Menimbang berat dan ukuran batu kapur.

4. Memanaskan batu kapur pada 900o selama 15 menit.

5. Setelah dilakukan pemanasan, mengeluarkan sampel batu kapur

dengan penjepit dan mendinginkan batu kapur tersebut kemudian

ditimbang kembali.

6. Melakukan pengamatan dan pembahasan data hasil berat dan ukuran

batu kapur tersebut.

7. Membuat kesimpulan.

10


BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Percobaan

Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan, diperoleh data percobaan

yang ditunjukkan dalam tabel 1.

Tabel 1. Hasil Kalsinasi Batu Kapur pada Temperatur 900OC selama 15 menit.

Sampel Berat (Gram)

PCO2

Sebelum Pemanasan Setelah Pemanasan

Bola

16,5 15

1,044

Kubus

30 29

1,044

Balok

10,5 9,5

1,044

4.2 Pembahasan

Dari ketiga data di atas, dapat dilihat bahwa terjadi kehilangan berat sampel

beberapa gram, itu dikarenakan senyawa air kristal dan karbondioksida yang

berikatan dengan kapur mengalami pemisahan dengan senyawa kapur.

Dalam kinetika reaksi kalsinasi dijelaskan bahwa, kalsinasi bergantung pada

ukuran, bentuk butiran batu kapur, waktu pemanasan dan temperatur pemanasan.

Panas yang dihasilkan oleh furnace mengalir secara konduksi ke seluruh

permukaan batu kapur, panas tersebut mempengaruhi ikatan atom-atom air kristal

yang berikatan dengan CaCO3. Semakin bulat bentuk butiran maka proses

10

11


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.

Dengan adanya panas maka ikatan antar molekul dan senyawa menjadi

renggang akibat atom-atom yang menjadi aktif bergerak, ikatan kimia air kristal

batu kapur akan terlepas pada saat temperatur mencapai kritisnya. Menurut aspek

termodinamikanya, nilai PCO2 hanya bergantung pada variabel temperatur dan

berbanding lurus. Dengan bentuk butiran yang sama, semakin tinggi temperatur

semakin cepat proses dekomposisi. Semakin tinggi suhu maka waktu yang

diperlukan untuk reaksi dekomposisi semakin cepat.

Setelah ketiga sample tersebut selesai didinginkan dari muffle furnace

kemudian ditimbang dan dibandingkan selisih berat sample sebelum dan sesudah

pemanasan. Hal terakhir yang harus diamati yaitu ketiga sample tersebut dibelah

dengan menggunakan palu, kemudian terlihat butir – butir kristal yang

terperangkap di dalam sample tersebut.

12


BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Setelah melakukan praktikum Kalsinasi di Laboratorium Metalurgi I didapat

kesimpulan sebagai berikut :

1. Sampel berbentuk bola lebih mudah bereaksi dibandingkan dengan sampel

berbentuk kubus atau prisma, hal ini ditunjukkan dengan nilai fraksi yang

bereaksi pada sampel bentuk bola memiliki nilai yang paling tinggi, dengan

catatan bahwa temperatur dan waktu proses kalsinasi dibuat sama untuk

semua jenis bentuk sampel.

2. Perbandingan pengurangan berat sampel terhadap berat awal memiliki nilai

paling besar pada sampel bentuk bola yaitu sebesar sehingga dapat dikatakan

bentuk bola lebih mudah bereaksi dibandingkan sampel dengan bentuk kubus

ataupun balok.

5.2 Saran

Saran yang dapat diberikan untuk praktikum kalsinasi pada kesempatan

selanjutnya, yaitu membuat bentuk sampel batu kapur dengan benar sehingga

ukuran geometrinya dapat diukur dengan teliti dan menggunakan variasi waktu

agar praktikan dapat mengetahui pengaruhnya terhadap kehilangan berat setelah

proses kalsinasi. Untuk lebih memahami pemahaman tentang kalsinasi, maka

dapat juga dilakukan praktikum kalsinasi dengan jenis sampel yang berbeda,

selain batu kapur untuk menghilangkan kandungan karbonat, misalnya dengan

menggunakan sampel yang mengandung air kristal (hidrat) sehingga dapat

diketahui sampel jenis apa yang lebih cepat bereaksi dengan proses kalsinasi

dengan waktu dan temperatur tertentu.

12

13


DAFTAR PUSTAKA

Gilchrist, J.D. “ Extraction Metallurgy “, The University of Newcastle, Upon

Tyne, England, 1999.

Rosenquist, Terkel. Principles of Extractive Metallurgy. Tokyo. Mc.Graww-Hill

Kogukusha. 1974.

Setiawan, Wawan. Diktat Perkuliahan Pengolahan Mineral. FT UNTIRTA.

Cilegon. 2011.

http://id.wordpress.com/tag/artikel-tambang/

13

http://id.wordpress.com/tag/artikel-tambang/

14


LAMPIRAN

14

15


Lampiran 1. Contoh Perhitungan

Bentuk bola,

Wo = Berat CaCO3 = 16,5 g

W = Berat CaO = 15 g

o

o

W

WWR

R = 0,09

Jadi fraksi CaCO3 yang bereaksi adalah 0,09

Lampiran 2. Jawaban Pertanyaan dan Tugas

1. Hitung berat CaO yang terjadi ?

Jawab :

Sampel 1 (Bentuk Bola)



o

o

W

WWR

R = 0,09

Sampel 2 (Bentuk Kubus)

Wo = Berat CaCO3 = 30 g


o

o

W

WWR

R = 0,03

Sampel 3 (Bentuk Prisma Segitiga)


W = Berat CaO = 9,5 g

o

o

W

WWR

R = 0,095

2. Hitung PCO2 proses ?

Jawab :

16


T = 900oC = 1173K

molKalTGo

T 4,34250.40

molKalGo

T )1173(4,34250.40

molKalGo

T 2,101

RT

GP

o

CO exp2

)1173)(987,1(

2,101exp

2COP

2COP 1.045atm

3. Plot PCO2 terhadap temperatur?

Jawab :

Tabel 2. Data Plot Temperatur terhadap PCO2

Temperatur (oC) PCO2

900 1,044

900 1,044

900 1,044

Gambar 5. Hubungan antara Temperatur Kalsinasi terhadap PCO2

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

SAMPLE 1 SAMPLE 2 SAMPLE 3

PCO2

Tem

per

atu

re o

C

17


4. Buat kesimpulan dari pengamatan saudara?

Jawab :

Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan, maka dapat disimpulkan

bahwa Berat awal batu kapur (CaCO3) baik dalam bentuk bulat dan CaCO3

tadi berubah menjadi CaO (oksida kapur), hal itu menandakan ada sesuatu

yang hilang pada batu kapur tersebut, yaitu ikatan kristal air dan gas-gas

terutama karbondioksida (CO2). Bentuk benda berpengaruh terhadap laju

reaksi yang terjadi, seperti pada bentuk bulat lebih cepat bereaksi karena

memiliki pori – pori yang terbuka lebih banyak dibandingkan bentuk yang

lainnya

18


Lampiran 3. Gambar Alat dan Bahan

Gambar 6. Muffle Furnace Gambar 7. Batu Kapur

Gambar 8. Mesin Gerinda Gambar 9. Jangka Sorong

Gambar 10. Sarung Tangan Gambar 11. Neraca Teknis

19


Lampiran 4 Tugas Khusus

Soal :

1. Jelaskan proses kalsinasi secara kinetika dan secara termodinamika !

2. Sebutkan dan jelaskan 4 proses pra olahan !

3. Jelaskan kegunaan proses kalsinasi di dunia industri !

Jawab :

1. Secara Kinetika :

Temperatur 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.

Dalam furnace ada tiga zone pemanasan dalam kalsinasi :

a. The preheating zone


b. The reaction zone

Batu kapur dipanaskan dengan suhu 900oC, temperatur efektif untuk

proses kalsinasi batu kapur. Dalam zone ini terjadi reaksi kalsinasi.

c. 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.

Secara Termodinamika :

K = 3

2

CaCO

COCaO,dimisalkan aktifitas dari padatan adalah satu ( a = 1).

Maka persamaan menjadi :

K = 2CO , gas dinyatakan dalam bentuk tekanan

K= 2COP , jadi tetapan kesetimbangan dari reaksi kalsinasi batu kapur

adalah 2COP .

20


Untuk menentukan apakah reaksi kalsinasi batu kapur dapat berlangsung

atau tidak dapat dilihat dari nilai ΔGo dari reaksi, jika nilainya adalah

negatif maka reaksi dapat berlangsung.

2. A. Aglomerasi

Proses penyatuan atau perekatan bijih menjadi bentuk bola – bola

pejal yang di rekatkan oleh biender kemudian dimasukan ke mesin

aglomerasi dengan sudut kemiringan tertentu.

B. Drying

Proses pemindahan panas kelembapan cairan dari material.

Pengeringan biasanya sering terjadi oleh kontak padatan lembap

denganpembakaran gas yang panas oleh pembakaran bahan bakar

fosil. Pada beberapa kasus, panas pada pengeringan bisa disediakan

oleh udara panas gas yang secara tidak langsung memanaskan.

Biasanya suhu pengeringan di atur pada nilai diatas titik didih air

sekitar 120ºC.pada kasus tertentu, seperti pengeringan air garam yang

dapat larut, suhu pengeringan yang lebih tinggi diperlukan.

C. Kalsinasi

Kalsinasi adalah proses penghilangan air, karbon dioksida atau gas

lain yang mempunyai ikatan kimia dengan bijih sehingga akan didapat

produk yang bernama kalsin (CaO). 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.

D. Roasting

Pemanasan dengan kelebihan udara dimana udara dihembuskan

pada bijih yang dipanaskan disertai penambahan regen kimia dan

pemanasan ini tidak mencapai titik leleh (didih).

Kegunaan Roasting adalah :

21


- Mengeluarkan sulfur, Arsen, Antimon dari persenyawaannya

- Merubah mineral sulfida menjadi oksida dan sulfur

- Menguapkan impurity yang foltair

3. Tidak semua unsur yang ada di Alam terdapat dalam bentuk Oksida atau

Senyawa Murni. Ada juga membentuk Ikatan dengan Air Kristal. Hal ini

tidak diinginkan dalam industri karena akan membentukkan energi dan

biaya lebih besar lagi.Oleh karena itu, untuk menghilangkan Ikatan Air

Kristal pada Senyawa Karbonat dan Hidrat diadakan Proses Kalsinasi.

Contoh: MgCO3, CaCO3, MnCO3, FeCO3, Mg(OH)2.

kalsinasi

Documents