MATERIAL ANORGANIK PADA   BATUBARA

Sari

Materi Anorganik

Mineral Matter

Mineral matter pada batubara dapat diartikan sebagai mineral–mineral dan material anorganik lainnya yang berasosiasi dengan batubara. Secara keseluruhan mencakup tiga gologan material, yaitu:

1. Mineral dalam bentuk partikel diskrit dan kristalin pada batubara2.  Unsur atau senyawa anorganik yang terikat dengan molekul organik batubara       dan biasanya tidak termasuk unsur nitrogen dan sulfur.

3.  Senyawa anorganik yang larut dalam air pori batubara dan air permukaan.

Abstrac

Inorganic MaterialMineral MatterMineral matter in coal can be interpreted as the minerals and inorganic materials associated with coal. Overall gologan includes three materials, namely:

1. Minerals in the form of discrete particles and crystalline in coal

2. Inorganic elements or compounds that are bound with coal organic molecules and usually does not include elements of nitrogen and sulfur.

3. Inorganic compounds dissolved in the coal pore water and surface water.

Latar Belakang

Beberapa jenis unsur dapat menjadi parameter identifikasi lapisan yang berguna dalam korelasi stratigrafi lapisan dan menunjukkan kecenderungan jenis mineral serta asosiasinya dengan golongan maseral. Kelimpahan unsur jejak V, Ni, Cr, Co, Mo, Cu, Zn, Pb, Mn, Sn, Sr, Ba, Cd, As, dan Ag (dari analisis kimia abu batubara) serta beberapa unsur yang umumnya bukan tergolong jejak, yaitu

Si, Al, Ca, Mg, Fe, Na, dan K (dari analisis kimia fraksi batubara) dalam lapisan batubara, dapat digunakan sebagai parameter identifikasi lapisan batubara.

Pada satu lapisan batubara tertentu yang terdapat pada urutan lapisan batubara (coal measure). Penentuan kelimpahan unsur ditentukan pada 5 percontoh inti-bor, tersebar sepanjang 1300 m dalam arah jurus lapisan.

Untuk mengetahui kecenderungan asosiasi mineral dengan golongan maseral, percontoh ukuran -100 mesh dipisahkan menjadi fraksi dengan rapat massa < 1,25 g/cc, 1,25 g/cc – 1,35 g/cc, 1,35 – 1,45 g/cc, dan > 1,45 g/cc dengan menggunakan prosedur sink and float. Perbedaan kelimpahan unsur yang ditentukan pada abu dan batubara diharapkan dapat menunjukkan kecederungan asal organik atau anorganik (dari mineral) dari unsur tersebut.

Asal organik atau anorganik dari unsur jejak yang ditentukan pada abu dilakukan dengan menggunakan analisis korelasi statistik, berdasarkan data umum peneliti terdahulu. Identifikasi lapisan memakai unsur jejak ini ditentukan dengan analisis principal component.

Gambar 1 Peta sketsa geologi dengan struktur daerah Delta Mahakam (Sumber: Hamilton, 1981)

golongan maseral hasil prosedur sink and float dilakukan dengan menggunakan korelasi statistik. Berbagai data hasil analisis statistik dapat menghasilkan suatu sintesis tentang kemungkinan lingkungan geokimia yang mempengaruhi kelimpahan unsur jejak maupun yang umum terdapat sebagai bahan mineral serta asosiasinya dengan golongan maseral selama proses susut laut dan genang laut.

Teori

Unsur kimia anorganik dalam batubara mencakup unsur dari tanaman asal, unsur yang terikat pada molekul organik sebelum tanaman mati, maupun unsur yang terikat dalam molekul organik atau mengisi lubang antar bahan organik setelah tanaman mati menjadi gambut sampai dengan akhir diagenesis batubara (Bouska, 1981). Asal unsur dapat diketahui dari jenis mineral yang akan tampak dalam mikroskop untuk bahan bukan tanaman dan yang tidak terikat pada molekul organik. Unsur-unsur tersebut akan terdapat dalam abu batubara setelah pembakaran.

Kelimpahan unsur anorganik dalam batubara umumnya tergolong kecil sekali dan disebut unsur jejak (trace element). Menurut Cox, et al. (1979) unsur tergolong unsur jejak apabila terkonsentrasi dalam batuan lebih kurang sebesar beberapa ribu ppm; menurut Rollinson (1995) berjumlah < 0,1% (1000 ppm) berat; dan menurut Abernethy, & Gibson (1963) apabila konsentrasinya tidak lebih dari 0,01 % (100 ppm) berat.

Kandungan unsur jejak dalam batubara pada umumnya dinyatakan dalam ppm atau % untuk keseluruhan tebal satu lapisan hasil rerata gabungan nilai ppm percontoh selang (misalnya per meter) tebal lapisan. Unsur itu disebut tersebar homogen apabila kelimpahannya dalam selang-selang tegak dari tebal lapisan sama besarnya, dan tidak homogen apabila bervariasi. Kehomogenan unsur tadi menunjukkan bahwa mineral yang terdiri dari unsur tadi telah terdeposisi sebelum diagenesis (pradiagenesis) gambut, dan variasi unsur menunjukkan bahwa pembentukan mineral terjadi selama diagenesis.

Analisis kimia cara basah pada batubara pada umumnya hanya mendeteksi unsur jejak dari padatan kristalin (mineral detritus) atau garam dalam air pori, serta yang terserap pada koloid lempung, karena unsur yang terikat pada molekul senyawa organik (yaitu kerogen) tidak larut dengan asam organik. Sementara itu, pada abu dapat sekaligus juga dideteksi unsur yang terikat pada molekul organik.

Perbedaan antara kandungan total unsur dengan kandungan yang berasal dari mineral tadi akan lebih nyata untuk batubara yang rendah peringkatnya (Ward, 1984), karena unsur dalam bentuk non-kristalin akan lebih banyak dalam batubara peringkat rendah. Nilai kandungan unsur dari analisis kimia pada batubara dapat cocok dengan yang ada pada abu batubara dengan memakai faktor koreksi/kalibrasi (Harris, et al. 1981). Kandungan unsur pada abu batubara juga dipakai oleh Dorsey & Kopp (1985) untuk membuat studi banding antara unsur dalam batubara dengan sedimen klastik di atap batubara.

Pembahasan

Mineral matter pada batubara dapat berasal dari unsur anorganik pada tumbuh- tumbuhan pembentuk batubara atau disebut inherent mineral serta mineral yang berasal dari luar rawa atau endapan yang kemudian di transport ke dalam cekungan pengendapan batubara melalui air atau angin dan disebut “extraneous” atau ‘adventitious’ mineral matter. Materi anorganik di dalam batubara terbagi menjadi tiga katagori menurut pembentukannya (Taylor et.al., 1998), yaitu:

1.  Syngenetic anorganic matter

Merupakan materi anorganik yang berasal dari tumbuhan pembentuk batubara.    Contoh: Silika.

2.  Syngenetic inorganic/organic complexs

Materi anorganik yang terbentuk selama tahap awal penggambutan, berasal      dari luar yang terbawa oleh air atau angin kedalam gambut. Contoh: Mineral zirkon(ZrSiO4) dan pertukaran hidrogen dalam karbonat menjadi kalsium karbonat.

3.  Epigenetic minerals

Terbentuk setelah proses konsolidasi batubara oleh kristalisasi dalam rekahan atau lubang atau oleh alterasi mineral yang terendapkan secara primer. Contoh: Pirit dan mineral Karbonat.

Kebanyakan dari kehadiran bahan inorganik dalam batubara ialah berupa mineral– mineral yang terdistribusi di dalam atau diantara maseral–maseral. Mineral terdistribusi diantara maseral dengan ukuran antara satu μm hingga ratusan mikrometer. Mineral yang banyak terdapat dalam batubara ialah mineral lempung, mineral karbonat, mineral sulfida dan mineral oksida.

Tahap Pembentukan Batubara

Tahap penggambutan (peatification) adalah tahap dimana sisa-sisa tumbuhan yang terakumulasi tersimpan dalam kondisi reduksi di daerah rawa dengan sistem pengeringan yang buruk dan selalu tergenang air pada kedalaman 0,5 – 10 meter. Material tumbuhan yang busuk ini melepaskan H, N, O, dan C dalam bentuk senyawa CO2, H2O, dan NH3 untuk menjadi humus. Selanjutnya oleh bakteri anaerobik dan fungi diubah menjadi gambut (Stach, 1982, op cit Susilawati 1992).

Adapun proses kimia yang terjadi pada tahap penggabutan yaitu;(T&P) 5(C6Hl005) + mineral matter C125H105O10NS + 3CH4 + 8H20 + 6C02 + CO (Selulosa) (lignit) (gasmetan)

Tahap pembatubaraan (coalification) merupakan gabungan proses biologi, kimia, dan fisika yang terjadi karena pengaruh pembebanan dari sedimen yang menutupinya, temperatur, tekanan, dan waktu terhadap komponen organik dari gambut (Stach, 1982, op cit Susilawati 1992). Pada tahap ini prosentase karbon akan meningkat, sedangkan prosentase hidrogen dan oksigen akan berkurang (Fischer, 1927, op cit Susilawati 1992). Proses ini akan menghasilkan batubara dalam berbagai tingkat kematangan material organiknya mulai dari lignit, sub bituminus, bituminus, semi antrasit, antrasit, hingga meta antrasit.Proses pembatubaraan didefinisikan sebagai peningkatan karbon secara bertahap dari materi fosil organik dalam suatu proses yang alami. Proses ini dibedakan menjadi

tahapan biokimia yang meliputi seluruh proses pembentukan rawa gambut (peatification) dan tahapan geokimia (biochemical coalification) yang merupakan proses metamorfosis. Proses pembatubaraan meliputi perubahan baik secara fisik dan kimia dari gambut melalui lignit, sub-bituminus, bituminus, antrasit, sampai metaantrasit. Kontrol utama perubahan ini adalah derajat metamorfisme (temperatur dan tekanan). Tahapan yang dicapai oleh batubara dalam deret pembatubaraan ini disebut sebagai peringkat batubara.

Adapun proses kimia dari coalification adalah sebagai berikut;(T&P)

2(C125H105O10NS) C137H97O9NS + 5CH4 + 1OH2O + 8C02 + CO(Lignit) (bituminous) (gas metan)

(T&P)2(C137H97O9NS) C240H90O4NS + 5CH4 + 1OH2O + 8C02 + CO(bituminous) (antrasit) (gas metan)

Pada proses ini, tekanan yang bertambah besar akan mengakibatkan porositas gambut berkurang dan peningkatan anisotropi. Sifat porositas ini dapat dilihat dari kandungan airnya (moisture content) yang berkurang selama proses perubahan dari gambut menjadi brown coal. Sifat porositas dan anisotropi ini paralel dengan bidang perlapisan dan bisa dikorelasikan dengan tekanan overburden. Sementara itu, secara kimia, gambut mengalami perubahan komposisi dari unsur–unsur karbon, oksigen, dan hidrogen. Derajat pembatubaraan ditentukan oleh perubahan komposisi kimianya (C, H, O dan VM) atau dengan sifat optis (reflektansi vitrinit). Selama tahap hard brown coal (lignit-sub bituminus) maka sisa terakhir dari selulose dan lignin ditransformasikan menjadi material humik. Asam humik

terkondensasi menjadi molekul yang lebih besar dan kehilangan sifat keasamannya membentuk humin yang tak larut dalam alkali.Perubahan paling menonjol pada batas peringkat sub bituminous C dan B adalah perubahan petrografis yang disebabkan oleh proses gelifikasi geokimia (vitrinisasi) dari substansi hunik yang berubah menjadi hitam dan mengkilap. Pada tahap antrasit dicirikan oleh turunnya hidrogen dan perbandingan H terhadap C secara drastis, bertambah kuatnya reflektivitas dan anisotropisme.Proses pembatubaraan terutama disebabkan oleh naiknya temperatur dan waktu. Pengaruh temperatur dipercayai sangat dominan disebabkan sering ditemukan adanya intrusi–intrusi batuan beku yang berdekatan dengan lapisan batubara dengan peringkat tinggi (antrasit) karena terjadi kontak metamorfisme. Kenaikan peringkat batubara juga dapat diamati pada kedalaman yang lebih besar (Hukum Hilt) yang disebabkan oleh kenaikan temperatur akibat bertambahnya kedalaman.

Menurut Hilt kecepatan peningkatan peringkat bergantung juga pada gradien geotermal .

Adapun peringkat batubara dari tinggi ke rendah adalah sebagai berikut;

1. Antrasit adalah kelas batubara tertinggi, dengan warna hitam berkilauan (luster) metalik, mengandung antara 86% – 98% unsur karbon (C) dengan kadar air kurang dari 8%.

2. Bituminus mengandung 68 – 86% unsur karbon (C) dan berkadar air 8-10% dari beratnya. Kelas batubara yang paling banyak ditambang di Australia.

3. Sub-bituminus mengandung sedikit karbon dan banyak air, dan oleh karenanya menjadi sumber panas yang kurang efisien dibandingkan dengan bituminus.

4. Lignit atau batubara coklat adalah batubara yang sangat lunak yang mengandung air 35-75% dari beratnya.

5. Gambut, berpori dan memiliki kadar air di atas 75% serta nilai kalori yang paling rendah.

Tempat Terbentuknya Batubara

Pembentukan batubara memerlukan kondisi-kondisi tertentu dan hanya terjadi pada era-era tertentu sepanjang sejarah geologi. Batubara terbentuk dengan cara yang sangat kompleks dan memerlukan waktu yang lama (puluhan sampai ratusan juta tahun). Untuk menjelaskan tempat terbentuknya batubara dikenal dua macam teori:

1. Teori Insitu

Teori ini mengatakan bahwa bahan-bahan pembentuk lapisan batubara, terbentuknya ditempat di mana tumbuh-tumbuhan asal itu berada.dengan demikian maka setelah tumbuhan tersebut mati, belum mengalami proses transportasi segera tertutup oleh lapisan sedimen dan mengalami proses coalification. Jenis batubara yang terbentuk dengan cara ini mempunyai penyebaran luas dan merata, kualitasnya lebih baik karena kadar abunya relatif kecil. Batubara yang terbentuk seperti ini di Indonesia di lapangan batubara Muara Enim (Sumatera Selatan).

2. Teori Drift

Teori ini menyebutkan bahwa bahan-bahan pembentuk lapisan batubara terjadinya di tempat yang berbeda dengan tempat tumbuhan semula hidup dan berkembang. Dengan demikian tumbuhan yang telah mati diangkut oleh media air dan berakumulasi di suatu tempat, tertutup oleh batuan sedimen dan mengalami proses coalification. Jenis batubara yang terbentuk dengan cara ini mempunyai penyebaran tidak luas, tetapi dijumpai di beberapa tempat, kualitas kurang baik karena banyak mengandung material pengotor yang terangkut bersama selama proses pengangkutan dari tempat asal tanaman ke tempat sedimentasi. Batubara yang terbentuk seperti ini di Indonesia didapatkan di lapangan batubara Mahakampurba, Kalimantan Timur.

Proses Pengolahan Batubara

Analisa Kualitas Batubara

Sebelum melakukan proses pengolahan batubara, kita harus mengetahui kualitas batubara tersebut. Adapun analisa tersebut antara lain sebagai berikut;A. Analisa proksimat

a. Moisture (Kadar Air)

1. Inherent Moisture; air yang terserap ke dalam batubara manakala

batubara berada dalam kesetimbangan kelembaban dengan udara bebas.

2. Surface Moisture; air yang terserap dan menempel pada batubara oleh adanya proses sekunder, misalnya dari air tanah, air penyiraman saat penambangan, air yang dipakai untuk hydraulic mining, air pada proses preparasi batubara, air hujan, dan sebagainya3. Total Moisture; Jumlah kandungan kedua jenis air di dalam batubara

b. Kadar Abu

1. Kandungan Abu Bawaan; Kandungan abu bawaan diperoleh dari abu yang terkandung pada tumbuh-tumbuhan yang menjadi batubara, jumlahnya sedikit, dan sulit untuk diambil melalui proses pemisahan.

2. Kandungan Abu Serapan; Kandungan abu serapan terjadi akibat adanya intrusi lumpur dan pasir saat tetumbuhan tersedimentasi. Atau bisa pula terjadi setelah proses pembatubaraan berlangsung, dimana akibat adanya retakan dan sebagainya, menyebabkan lumpur dan pasir ikut tercampur masuk (intrusi).

c. Volatile Matter (Zat Terbang) ; Bagian dari batu bara yang akan berubah menjadi zat terbang jika dipanaskan pada suhu lebih kurang 950o C. Kandungan volatile matter ini tergantung dari peringkat batubara. Semakin tinggi tingkat batubara maka akan semakin rendah.

d. Fixed Carbon (karbon Tetap); Kandungan karbon tetap didapatkan dari analisis tak langsung, dan dihitung dari persamaan berikut. Dari sisa pembakaran, setelah hasilnya dikurangi dengan kandungan abu, maka hasilnya inilah yang berupa nilai karbon tetap.

Fixed Carbon (%) = 100 – {Water (%) + Ash (%) + V.M. (%)}

Antara kandungan zat terbang dan karbon tetap terdapat korelasi yang saling berlawanan, dalam arti bila kandungan zat terbang naik, maka nilai karbon tetap akan turun, dan demikian sebaliknya. Secara umum, bila tingkat pembatubaraan semakin tinggi, maka kandungan zat terbang akan semakin turun; sebaliknya, nilai karbon tetap akan bertambah.

B. Analisa ultimat

a. Kandungan Karbon dan Hidrogen; Penentuan kandungan karbon dan hidrogen, dapat dilakukan dengan metode Liebig ataupun metode temperatur tinggi Scheffeld. Kedua metode ini, menggunakan sampel sebanyak 0,1-0,5 gram yang dimasukkan ke dalam pipa pembakaran (combustion pipe), lalu dibakar. CO2 maupun H2O yang terjadi, lalu diserap dengan menggunakan pipa absorpsi. Dari penambahan berat yang terjadi, lalu dihitung persentase kandungan karbon dan hidrogen.

b. Kandungan Nitrogen; Penentuan kandungan nitrogen dilakukan dengan metode Kjeldahl atau metode semi-mikro Kjeldahl. Di dalam batubara, terdapat kandungan nitrogen sekitar 0,5~2,0%.Pada saat terjadi pembakaran, sebagian nitrogen dalam batubara akan berubah menjadi NOx dan dilepas ke udara, sehingga berpengaruh terhadap lingkungan. Rasio/persentase perubahan ini sangat tergantung kepada kondisi persenyawaan dalam batubara dan kondisi pembakarannya itu sendiri. Sebenarnya tidak terdapat hubungan yang khusus antara kandungan nitrogen di dalam batubara dengan tingkat pembatubaraan, namun terdapat kecenderungan bahwa kandungan nitrogen cukup tinggi untuk batubara berasap, dan sedikit untuk batubara antrasit.

c. Kandungan Sulfur (total Sulfur); Kandungan sulfur dibagi menjadi 2 bagian yaitu organic sulfur dan anorganic sulfur( sulfate sulfur dan pyritic sulfur). Pada proses pembakaran, kandungan belerang dalam batubara akan berubah menjadi gas SO2 dan SO3. Selain menjadi penyebab terjadinya polusi udara, gas-gas ini juga menjadi penyebab terjadinya korosi terhadap permukaan penghantar panas pada boiler

d. Kandungan Klor; Kandungan klor di dalam batubara, biasanya berkisar antara 0,01~0,02%, dan kebanyakan terdapat sebagai NaCl, KCl, dan sebagainya. Senyawa-senyawa ini, pada temperatur 1400-1500°C akan berbentuk uap. Akan tetapi, pada zona temperatur antara 900~1000°C, senyawa tersebut akan kembali ke bentuk cair dan dalam kondisi sebagai leburan/lelehan. Selain menjadi penyebab korosi temperatur tinggi dan temperatur rendah di dalam boiler, klor juga berpengaruh atas terjadinya korosi pada peralatan desulfurisasi asap buangan.

e. Kandungan Fosfor; Fosfor dalam batubara dalam bentuk fosfat dan senyawa organic fosfat. Pada pembakaran semua fosfat ini akan berubah menjadi abu.

Kandungan fosfor tidak terlalu diperhitungkan dalam hal pembakaran akan tetapi pada tahap metalurgi

C. Analisa lainnya

a. Nilai Kalor;

Nilai kalori merupakan panas yang dilepaskan saat unit kuantitas batubara terbakar sempurna. Nilai kalori ini dibagi menjadi 2, yaitu:

1. Gross Calorific Value, Hg

2. Net Calorific Value, Hn

Yang dimaksud dengan gross calorivic value adalah nilai kalori total, dan nilai ini adalah nilai yang diperoleh dari hasil analisis. Di dalam nilai tersebut, terkandung pula nilai kalor laten (= panas tersembunyi) dari uap air yang terbentuk akibat pembakaran kandungan air dan hidrogen dalam batubara. Akan tetapi, pada pembakaran sebenarnya dengan menggunakan boiler dan sebagainya, uap air ini dilepaskan begitu saja lewat cerobong asap tanpa proses

kondensasi, sehingga pada hakikatnya kalor laten tersebut tidak dapat dimanfaatkan. Sedangkan net calorific value adalah nilai kalori murni, yaitu setelah dikurangi dengan nilai kalor laten-nya.

b. Titik Leleh Abu

Saat batubara dibakar, maka abu dan kandungan inorganik lain akan meleleh. Lelehan ini lalu akan menempel dan mengeras di permukaan penghantar panas pada tungku membentuk klinker. Adanya klinker ini akan menyebabkan berbagai masalah, seperti penurunan daya hantar panas maupun daya ventilasi. Titik leleh abu mempunyai hubungan yang erat dengan pembentukan klinker. Bila titik lelehnya rendah, maka klinker akan mudah terbentuk. Titik leleh abu, umumnya berada pada kisaran 1000~1500°C, dan idealnya bernilai 1300°C ke atas.

Pengukuran titik leleh abu, dilakukan sebagai berikut. Batubara yang telah

terbakar habis menjadi abu, lalu digerus hingga berukuran lebih kecil dari 200 mesh, lalu dibentuk menjadi piramida segitiga (limas segitiga). Bentuk piramida segitiga ini lalu dimasukkan ke dalam tungku listrik (electric furnace), lalu temperatur tungku dinaikkan. Perubahan terhadap bentuk piramida segitiga akibat kenaikan temperatur lalu diamati dan dicatat.Temperatur dimana piramida segitiga mulai mengalami perubahan bentuk dinamakan titik pelunakan (softening point). Temperatur saat menjadi bentuk setengah bola, dinamakan titik leleh (melting point). Ketika temperatur terus dinaikkan sehingga akhirnya abu meleleh mengalir, dinamakan titik alir.

c.   Komposisi abu

Komposisi abu batubara berbeda-beda tergantung kepada jenis batubaranya. Contohnya untuk batubara Jepang, komposisinya tak jauh berbeda dengan mineral lempung (clay minerals), dengan kandungan utama berupa silika dan alumina. Umumnya, komposisi abu batubara Jepang terdiri dari unsur-unsur sebagai berikut:

1. SiO2: 40~60%

2. Al2O3: 15~35%

3. TiO2: 1~2%

4. Fe2O3: 5~25%

5. CaO: 1~15%

6. MgO: 0,01~0,1%

Komposisi abu ini sangat penting untuk perhitungan korosi pada boiler dan tingkat pemanasan batubara.

Proses Reduksi Batubara

Dari sekian banyak analisa kualitas batubara diatas, tidak semua pemeriksaan dilakukan. Hal ini disebabkan karena proses analisa menggunakan biaya yang mahal. Oleh sebab itu analisa diakukan sesuai dengan permintaan dari konsumen.Adapun analisa yang sering digunakan pada umumnya yaitu dengan menganalisa kadar abu dan fixed carbon pada analisa proksimat. Hal ini disebabkan karena kadar abu dari suatu batubara yang dihasilkan dapat menghasilkan banyak masalah, misalnya hujan asam dan korosi pada alat pengolahan.Tingginya kadar abu pada batubara (di atas 10 %) akan membuat batubara tersebut kurang bisa diterima di pasaran. Abu batubara adalah bahan anorganik yang terdapat di dalam batubara dan tidak habis terbakar pada proses pembakaran batubara. Abu batubara berasal dari clay, limestone, dan mineral lainnya. Komposisi kimia dari abu batubara terdiri dari Silika (SiO2), Aluminium Oksida (Al2O3), Ferric Oksida (Fe2O3), Magnesium Oksida (MgO), Alkali (Na2 + K2O), dan Sulfur Trioksida (SO3).

Untuk kadar abu yang dibawah 10% biasanya langsung bisa dipasarkan. Akan tetapi jika melebihi 10 % maka diperlukan suatu  perlakuan khusus untuk mengurangi kadar abu tersebut.

Adapun proses reduksi batubara adalah sebagai berikut;

a. Persiapan pengumpanan (feeding)

Sebagai umpan (feed) awal proses pengolahan adalah batubara dari tambang atau ROM atau raw coal yang ditumpuk di stockpile di lokasi pengolahan. Ukuran maksimum umpan awal ini direncanakan 300 mm, sedangkan terhadap umpan yang lebih besar dari 300 mm akan dilakukan pengecilan secara manual menggunakan hammer breaker. Baik umpan batubara dari tambang maupun hasil pengecilan ulang semuanya dimasukkan ke hopper menggunakan wheel loader untuk dilanjutkan ke proses reduksi dan pengayakan sampai diperoleh produk akhir yang siap jual.

b. Pengayakan dengan Grizzly

Grizzly berfungsi memisahkan fraksi batubara berukuran +300 mm dengan -300 mm dan posisinya terletak tepat di bawah hopper. Lubang bukaan (opening) grizzly berukuran 300 mm x 300 mm. Undersize grizzly -300 mm diangkut belt conveyor untuk umpan crusher primer. Sedangkan fraksi +300 mm dikembalikan ke tumpukan untuk direduksi ulang menggunakan hammer breaker. Hasil reduksi ulang dikembalikan lagi ke grizzly untuk pemisahan atau pengayakan ulang. Proses ini berlangsung terus menerus selama shift kerja berlangsung.

c.  Peremukan tahap awal (primary crusher)

Proses peremukan awal bertujuan untuk mereduksi ukuran fraksi batubara -300 mm menjadi ukuran rata-rata 150 mm. Alat yang digunakan adalah roll crusher yang berkapasitas 500 ton/jam. Selain itu proses ini juga berfungsi untuk memisahkan pirit sulfur yang berbentuk butiran yang terdapat pada batubara.

d. Proses pengayakan adalah salah satu proses yang bertujuan untuk mengelompok-kan ukuran fraksi batubara, sehingga disebut juga dengan proses classification. Alat yang dipakai untuk pengayakan biasanya ayakan getar (vibrating screen). Pada pengolahan batubara ini proses pengayakan tahap awal menggunakan vibrating screen-1 untuk memisahkan fraksi ukuran +150 mm dan -150 mm. Fraksi -150 mm adalah umpan secondary crusher, sedangkan + 150 mm dire- sirkulasi sebagai umpan crusher primer untuk diremuk ulang. Produkta dari proses pengayakan harus selalu dijaga konsistensi laju kapasitasnya sebanyak 500 ton/jam. Untuk itu perlu dilakukan penaksiran dimensi (panjang dan lebar) dari ayakan (screen) yang harus dipasang.

e. Proses peremukan sekunder adalah proses peremukan sekunder bertujuan untuk mereduksi ukuran fraksi batubara -150 mm menjadi ukuran rata-rata 50 mm. Alat yang digunakan sama seperti peremuk primer, yaitu roll crusher berkapasitas 500 ton/jam. Setelah didapat batubara yang berukuran relatif seragam, dianalisa kembali untuk menentukan ke tahapan proses selanjutnya. Apabila hasil yang didapat sesuai dengan kriteria konsumen, maka batubara

siap dipasarkan. Apabila tidak maka dilakukan proses selanjutnya misalnya proses pencucian batubara untuk menghilangkan kadar sulfur.

Proses Pemisahan Batubara

1. Pemisahan Sulfur

Unsur belerang terdapat pada batubara dengan kadar bervariasi dari rendah (jauh di bawah 1%) sampai lebih dari 4%. Unsur ini terdapat dalam batubara dalam 3 bentuk yakni belerang organik, pirit dan sulfat. Dari ketiga bentuk belerang tersebut, belerang organik dan belerang pirit merupakan sumber utama emisi oksida belerang. Dalam pembakaran batubara, semua belerang organik dan sebagian belerang pirit menjadi SO2. Oksida belerang ini selanjutnya dapat teroksidasi menjadi SO3. Sedangkan belerang sulfat disamping stabil dan sulit menjadi oksida belerang, kadar relatifnya sangat rendah

dibanding belerang bentuk lainnya. Oksida-oksida belerang yang terbawa gas buang dapat bereaksi dengan lelehan abu yang menempel dinding tungku maupun pipa boiler sehingga menyebabkan korosi. Sebagian SO2 yang diemisikan ke udara dapat teroksidasi menjadi SO3 yang apabila bereaksi dengan uap air menjadi kabut asam sehingga menimbulkan turunnya hujan asam.

Adapun proses pembentukan hujan asam adalah sebagai berikut;FES2 + O2 FE2O3 + SO2

SO2 + OH HSO3

HSO3 + O2 HO2 + SO3

SO3 + H2O H2SO4

Adapun proses pemisahan sulfur dari batubara yaitu dengan cara memecah batubara ke bongkahan yang lebih kecil dan mencucinya. Beberapa sulfur yang ada sebagai bintik kecil di batu bara disebut sebagai “pyritic sulfur ” karena ini dikombinasikan dengan besi menjadi bentuk iron pyrite, selain itu dikenal sebagai “fool’s gold” dapat dipisahkan dari batubara. Secara khusus pada proses satu kali, bongkahan batubara dimasukkan ke dalam tangki besar yang terisi air , batubara mengambang ke permukaan ketika kotoran sulfur tenggelam. Fasilitas pencucian ini dinamakan “coal preparation plants” yang membersihkan batubara dari pengotor-pengotornya.

1. Pemisahan NOx

Nitrogen secara umum adalah bagian yang besar dari pada udara yang dihirup, pada kenyataannya 80% dari udara adalah nitrogen, secara normal atom-atom nitrogen mengambang terikat satu sama lainnya seperti pasangan kimia, tetapi ketika udara dipanaskan seperti pada nyala api boiler (3000 F=1648 C), atom nitrogen ini terpecah dan terikat dengan oksigen, bentuk ini sebagai nitrogen oksida atau kadang kala itu disebut sebagai NOx. NOx juga dapat dibentuk dari atom nitrogen yang terjebak didalam batubara.

Di udara, NOx adalah polutan yang dapat menyebabkan kabut coklat yang kabur yang kadang kala terlihat di seputar kota besar, juga sebagai polusi yang membentuk “acid rain” (hujan asam), dan dapat membantu terbentuknya sesuatu yang disebut “ground level ozone”, tipe lain dari pada polusi yang dapat membuat kotornya udara.

Salah satu cara terbaik untuk mengurangi NOx adalah menghindari dari bentukan asalnya, beberapa cara telah ditemukan untuk membakar barubara di pemabakar dimana ada lebih banyak bahan bakar dari pada udara di ruang pembakaran yang terpanas. Di bawah kondisi ini kebanyakan oksigen terkombinasikan dengan bahan bakar daripada dengan nitrogen. Campuran pembakaran kemudian dikirim ke ruang pembakaran yang kedua dimana terdapat proses yang mirip berulang-ulang sampai semua bahan bakar habis terbakar. Konsep ini disebut “staged combustion” karena batubara dibakar secara

bertahap. Kadang disebut juga sebagai “low-NOx burners” dan telah dikembangkan sehingga dapat mengurangi kangdungan Nox yang terlepas di uadara lebih dari separuh. Ada juga teknologi baru yang bekerja seperti “scubbers” yang membersihkan NOX dari flue gases (asap) dari boiler batu bara. Beberapa dari alat ini menggunakan bahan kimia khusus yang disebut katalis yang mengurai bagian NOx menjadi gas yang tidak berpolusi, walaupun alat ini lebih mahal dari “low-NOx burners,” namun dapat menekan lebih dari 90% polusi Nox. Humifikasi sebagai awal proses penggambutan berlangsung pada tumpukan bahan kayu oleh aktivitas mikrobial, dan oksidasi lemah yang dipercepat oleh adanya oksigen, muka airtanah menurun, dan muka tumpukan bahan kayu lebih tinggi daripada muka air (Teichmuller & Teichmuller, 1982). Di samping asam humik dan humin, proses ini akan menghasilkan humat dengan kation Ca, Na, K yang terdapat dalam air laut yang masuk ke rawa paralik. Sulfat dalam air laut yang masuk ke rawa dapat mengendap sebagai gips pra-diagenesis.

Pada kondisi gelifikasi biokimia sebagai lanjutan humifikasi, bahan aluminosilikat asal terigen yang masuk ke rawa dapat menghasilkan kuarsa, dan kaolinit, keduanya pra-diagenesis yang dimungkinkan apabila Si terlarut makin berkurang. Bersamaan dengan pemendaman sedimen di atas gambut, masukan terigen intensif lagi dan deposisi terjadi pada susut-laut, lingkungan geokimia berubah lagi menjadi oksidasi akibat penirisan yang lancar. Humifikasi dapat terhenti selama diagenesis, sehingga larutan dalam masa gel kehilangan sifat asam menjadi netral atau alkalin. Pada lingkungan alkalin dan oksidasi pada bahan organik yang terpendam akan terendapkan siderit, kalsit, Mn-karbonat (selama diagenesis), pirit, dan juga mineral lempung illit/smektit selama diagenesis (seperti yang terlihat pada koefisien korelasi cukup kuat sampai kuat antara K-Si, K-Al, K-Mg, sangat kuat antara Na-K dalam fraksi III). Adanya kuarsa dan kalsit terlihat pada koefisien korelasi Si dengan Ca searah kuat pada fraksi I (r = 0,73) dan III (r = 0,80).

Kesimpulan

Mineral matter pada batubara dapat berasal dari unsur anorganik pada tumbuh- tumbuhan pembentuk batubara atau disebut inherent mineral serta mineral yang berasal dari luar rawa atau endapan yang kemudian di transport ke dalam cekungan pengendapan batubara melalui air atau angin dan disebut “extraneous” atau ‘adventitious’ mineral matter. Materi anorganik di dalam batubara terbagi menjadi tiga katagori menurut pembentukannya (Taylor et.al., 1998), yaitu:

1.  Syngenetic anorganic matter

Merupakan materi anorganik yang berasal dari tumbuhan pembentuk batubara.    Contoh: Silika.

2.  Syngenetic inorganic/organic complexs

Materi anorganik yang terbentuk selama tahap awal penggambutan, berasal      dari luar yang terbawa oleh air atau angin kedalam gambut. Contoh: Mineral zirkon(ZrSiO4) dan pertukaran hidrogen dalam karbonat menjadi kalsium karbonat.

3.  Epigenetic minerals

Terbentuk setelah proses konsolidasi batubara oleh kristalisasi dalam rekahan atau lubang atau oleh alterasi mineral yang terendapkan secara primer. Contoh: Pirit dan mineral Karbonat.

Daftar pustaka

1. Bouska, V., Geochemistry of Coal, Coal Science and Technology 1, Elsevier Science Publishing Co.,h. 189-216 (1981).

1. Cox, K.G., Bell, J.D. & Pankhurst, R.J. The Interpretation of Igneous Rock, George Allen & Unwin London, h. 332-358 (1981).

2. Rollinson, H.R., Using Geochemical Data: Evaluation, Presentation, and Interpretation, Longman Group, United Kingdom (1995).

3. Abernethy, R.F. &. Gibson, F.H. Rare Elements in Coal, Information Circular 8163, Bureau of Mines, United States Department of lnterior (1963).

4. Ward, C.R., “Mineral Matter in Coal”, dalam Coal geology and coal technology, Blackwell Science Publishing, Melbourne, h. 60-66 (1984).

5. Harris, L.A., et.al., Elemental Concentration and their Distribution in Two Bituminous Coals of Different Paleoenvironment, International Journal of Coal Geology, Vol. 1, Elsevier Science Publishing Co., h. 175-193 (1981).

6. Dorsey, A.E. & O.C. Kopp, Distribution of Elements and Minerals between A Coal and its Overlying Sedimentary Rocks in a Limnic Environment, International Journal of Coal Geology, Vol. 5, Elsevier Science Publishing Co., h. 262-274 (1985).