m-3
TRANSCRIPT
Bahan Pelajaran Pelatihan Umum Teknik Pertambangan Batu Bara
Jurusan Tenaga Terampil
Proyek Alih Teknologi Pertambangan Batu Bara
M Preparasi Batu Bara
M-3 Kontrol Kualitas
Daftar Isi
1. Pendahuluan ..................................................................................................... 1
1.1. Terjadinya Batubara (Jumlah tetumbuhan yang
dibutuhkan agar dapat menjadi batubara) ...................................................
1
1.2. Jenis-jenis Batubara ..................................................................................... 3
2. Klasifikasi/ Pengelompokan Batubara ............................................................. 3
2.1. Metode Klasifikasi Batubara ....................................................................... 4
2.1.1. Klasifikasi Ilmiah ................................................................................... 4
2.1.2. Klasifikasi Praktis .................................................................................. 6
2.2. Karakteristik Batubara menurut Golongan Klasifikasinya ......................... 6
2.2.1. Lignite/ Brown Coal .............................................................................. 6
2.2.2. Batubara Sub Bituminous ...................................................................... 7
2.2.3. Batubara Bituminous ............................................................................. 7
2.2.4. Antrasit ................................................................................................... 8
3. Karakteristik Batubara ...................................................................................... 8
3.1. Evaluasi Batubara secara Fisika dan Kimia ................................................ 8
3.2. Sifat-sifat yang diinginkan pada Batubara menurut penggunaannya .......... 9
3.2.1. Sifat-sifat yang diinginkan pada Batubara Boiler .................................. 9
3.2.2. Sifat-sifat yang diinginkan pada Batubara Kokas .................................. 9
3.3. Metode Pengujian terhadap Batubara ......................................................... 10
3.4. Sampling dan Penyiapan Sampel Uji Batubara ........................................... 12
3.5. Total Moisture ............................................................................................. 14
3.6. Analisis Proksimat (Proximate Analysis) .................................................... 15
3.6.1. Kandungan Air (Moisture) ..................................................................... 15
3.6.2. Kandungan Abu (Ash) ............................................................................ 15
3.6.3. Zat Terbang (Volatile Matter) ................................................................ 17
3.6.4. Karbon Tetap (Fixed Carbon) ................................................................ 18
3.6.5. Fuel Ratio ............................................................................................... 18
3.7. Analisis Ultimat (Ultimate Analysis) .......................................................... 18
3.7.1. Karbon dan Hidrogen ............................................................................. 19
3.7.2. Nitrogen ................................................................................................. 19
3.7.3. Oksigen .................................................................................................. 20
3.7.4. Belerang Total (Total Sulfur) ................................................................. 20
3.7.5. Klor ........................................................................................................ 21
3.8. Nilai Kalori .................................................................................................. 21
3.9. Ketergerusan (Grindability) ........................................................................ 22
3.10. Temperatur Leleh Abu ................................................................................. 23
3.11. Komposisi Abu ............................................................................................ 24
3.12. Ukuran Partikel ........................................................................................... 24
4. Uji Analisis terhadap Batubara Kokas .............................................................. 25
4.1. Analisis Petrografi ....................................................................................... 25
4.2. Tingkat Refleksi Rata-Rata ......................................................................... 26
4.2.1. Pengukuran Tingkat Refleksi ................................................................. 26
4.2.2. Tampilan Hasil Analisis ......................................................................... 27
4.3. Uji Muai ...................................................................................................... 28
4.3.1. Metode Uji Muai (Metode Button) ........................................................ 28
4.3.2. Uji Muai (Metode Dilatometer) ............................................................. 28
4.4. Uji Fluiditas ................................................................................................. 29
4.5. Uji Kuat Kokas ............................................................................................ 30
4.5.1. Metode Small Retort .............................................................................. 30
4.5.2. Metode Pembakaran Kaleng (Can-Firing) ............................................ 31
5. Mutu dan Pemanfaatan Batubara ..................................................................... 31
5.1. Pokok-pokok Penilaian Kualitas dan Proses Pemanfaatan Batubara .......... 31
5.1.1. Sifat Pembakaran ................................................................................... 31
5.1.2. Sifat Dampak Lingkungan ..................................................................... 32
5.1.3. Efek Pelekatan Abu (Slagging) .............................................................. 32
5.1.4. Electric Dust Collection ......................................................................... 32
5.1.5. Penanganan Abu .................................................................................... 33
5.1.6. Kemudahan Handling ............................................................................ 33
5.2. Proses Pemanfaatan ..................................................................................... 34
5.2.1. Pulverized Coal Combustion ................................................................. 34
5.2.2. Fluidized Bed Combustion .................................................................... 34
6. Penilaian Kualitas Batubara ............................................................................. 35
7. Kontrol Kualitas pada Produksi Batubara yang sebenarnya ............................ 36
7.1 Penambangan (Kontrol Kualitas dalam Rencana
Pengembangan Tambang dan Rencana Penambangan) ..............................
36
7.2. Kontrol Kualitas pada Preparasi Batubara .................................................. 37
7.2.1. Pengelolaan Batubara Mentah untuk Preparasi ..................................... 37
7.2.2. Pengolahan/ Pemisahan ......................................................................... 38
7.2.3. Pengelolaan dalam Penyimpanan Batubara Produk .............................. 40
1. Pendahuluan
1.1. Proses Pembentukan Batubara & Jumlah Tetumbuhan yang dibutuhkan
untuk menjadi Batubara
Zat asal batubara, telah diketahui berupa materi tetumbuhan yang dahulunya pernah
hidup subur di permukaan bumi. Tanpa memandang jenis batubaranya, semuanya
merupakan mineral organik dan semuanya berasal dari sisa-sisa tetumbuhan berbagai jenis
yang dahulunya hidup subur di permukaan bumi. Tetumbuhan purba ini, masa hidup dan
jenisnya juga berbeda sesuai dengan umur geologi dan daerah keterdapatannya. Selain itu,
kondisi lingkungan tempat sisa tetumbuhan tadi tersedimentasi, ditambah adanya pengaruh
tekanan dan panas bumi yang terjadi setelah itu, serta pergerakan struktur kerak bumi,
semuanya berpengaruh terhadap proses pembentukan berbagai jenis batubara. Dengan
demikian, maka adalah suatu hal yang wajar apabila kualitas dan karakteristik batubara
mungkin berbeda antara satu “lapangan batubara” (coal field) dengan ladang lainnya. Pada
lapisan yang sama sekalipun, kualitas dan karakteristiknya dapat berbeda tergantung lokasi
sebaran horisontal dari lapisan tersebut, letak batubara itu sendiri, apakah ada dibagian atas
atau bawah lapisan, dan juga kedalaman tempat lapisan itu berada. Secara ekstrim,
barangkali dapat dikatakan bahwa satu bongkahan kecil batubara tidak akan ada yang sama
persis kualitasnya dengan satu bongkahan kecil lainnya. Dengan alasan itulah maka satu
bongkahan batubara tidak bisa mewakili keseluruhan batubara yang ada di suatu tambang
dari segi kualitas dan karakateristiknya. Adanya hal semacam ini membuat upaya
pembakuan (standarisasi) batubara sebagai satu komoditas dagang menjadi suatu hal yang
tidak mudah.
Proses perubahan yang terjadi terhadap sisa-sisa tetumbuhan, secara umum dapat
dibagi menjadi proses pembusukan dan proses pembatubaraan. Pada proses pembususkan,
sisa-sisa tetumbuhan tadi berada pada lingkungan dimana terdapat air dan oksigen dari
udara bebas yang cukup, sehingga bakteri pembusuk akan bekerja untuk menguraikan sisa-
sisa tetumbuhan tadi. Setelah melewati suatu waktu tertentu, sisa-sisa tetumbuhan ini
berubah menjadi gas (CO2, metan, dan lain-lain) dan air. Selain kandungan abu dalam
jumlah yang kecil, tidak dijumpai lagi sisa-sisa berupa padatan.
Di sisi lain, pada proses pembatubaraan (coalification), sisa-sisa tetumbuhan berada
pada lingkungan .yang hampir tidak tersentuh oleh udara, ditunjang oleh pengaruh bakteri
pembusuk yang sangat kecil sehingga setelah melewati masa geologi yang panjang,
barulah sisa-sisa tetumbuhan tadi perlahan terurai dan berubah menjadi zat yang kaya akan
kandungan karbon.
Sebagai contoh, misalkan saja di suatu daerah rawa atau di tepi pantai terdapat
tetumbuhan yang tumbuh subur. Saat tetumbuhan tersebut layu, mengering dan mati, maka
sebagian atau keseluruhan pohon akan jatuh ke dalam air dan terendam. Setelah itu, proses
ini terjadi berulang-ulang dengan adanya tumbuhan lain yang hidup, tumbuh, lalu mati.
Proses yang berulang serta adanya jumlah tetumbuhan yang sangat banyak, akan
menyebabkan timbunan sisa tetumbuhan menjadi semakin tebal. Penambahan timbunan
sisa tetumbuhan, tidak hanya dari tumbuhan yang kering yang mati saja. Bisa saja terjadi,
misalnya timbul tanah longsor yang menyebabkan tetumbuhan di sekitarnya banyak yang
tumbang, atau adanya banjir besar yang membawa sisa-sisa tumbuhan dari tempat lain,
sehingga kemudian terkumpul di daerah tersebut.
Selain itu, naik-turunnya lapisan tanah atau pergeseran maju-mundurnya garis pantai
akan menyebabkan perubahan pada tingkat ketinggian air, dan ini kemudian diikuti dengan
terbawanya batuan atau pasir laut bersama aliran air sehingga akhirnya menutupi lapisan
endapan sisa-sisa tetumbuhan tersebut.
Dengan kondisi seperti itu, dimana sisa-sisa tetumbuhan berada pada lingkungan yang
tidak bersentuhan dengan udara bebas, maka yang mengalami perubahan adalah unsur-
unsur yang ada pada tetumbuhan asal, seperti oksigen, hidrogen, karbon, dan lain-lain.
Pertama-tama, oksigen dan hidrogen berikatan menjadi air, oksigen dan karbon
berikatan membentuk gas karbon dioksida dan lain–lain. Akibatnya, lama-kelamaan
kandungan oksigen berkurang yang diikuti dengan ikatan antara hidrogen dan karbon
membentuk gas metan dan gas hidrokarbon lainnya.
Selama proses pembatubaraan, dan bersamaan dengan berjalannya waktu, terjadi
proses yang berulang-ulang, baik itu berupa naik-turunnya lapisan tanah, bertambah
banyak atau sedikitnya jumlah tetumbuhan, pengendapan serpihan batuan dan lain-lain,
sehingga lapisan sisa tetumbuhan tadi dilapisi lagi dengan berbagai lapisan batuan. Bila
lapisan sisa tetumbuhan purba berada di bagian bawah dan mendapat beban dari lapisan-
lapisan batuan yang ada di atasnya, maka efek tekanan dan panas bumi yang diterima oleh
lapisan tetumbuhan purba akan semakin besar. Hal ini di sisi lain juga mendorong proses
pembatubaraan, sehingga meningkatkan kandungan karbon dan nilai kerapatan (densitas)
dari lapisan tersebut. Cepat-lambatnya proses pembatubaraan tidaklah selalu tergantung
kepada seberapa lama tetumbuhan tersebut telah terkubur, namum lebih banyak
dipengaruhi oleh faktor-faktor geologis seperti pergerakan kerak bumi, pengaruh gunung
berapi, dan lain-lain.
Jumlah tetumbuhan yang diperlukan untuk menjadi batubara, dikatakan sekitar 17–20
kali jumlah tetumbuhan yang telah berubah menjadi gambut (peat). Tambahan lagi, untuk
mendapatkan satu meter lapisan batubara, dibutuhkan waktu selama beribu-ribu tahun agar
memperoleh jumlah tetumbuhan yang diperlukan. Jadi, untuk menghasilkan lapisan
batubara setebal 10 meter, sekurang-kurangnya diperlukan tumpukan endapan tetumbuhan
setebal 200 meter, atau bahkan lebih.
Skala pergerakan kerak bumi ternyata juga tidak kecil, yaitu dengan ditemukannnya
lapisan batubara di kedalaman 3000 meter di bawah dasar laut sewaktu melakukan
pengeboran untuk survey minyak bumi di laut Cina Timur.
1.2. Jenis Batubara
Batubara merupakan campuran dari senyawa molekul besar alami yang memiliki
struktur dan komposisi yang rumit. Karena jenis tumbuhan asal, masa pembentukan, dan
kondisi geologi yang dialami berbeda, maka komposisi unsur kandungan dan karateristik
batubara juga akan berbeda tergantung kepada lokasi dan jenis batubaranya. Karena itu,
kita perlu memilih batubara dengan karakteristik dan kualitas yang sesuai dengan tujuan
penggunaan yang diinginkan, selain tentunya faktor kemudahan handling dan nilai
ekonomis.
Penetapan suatu acuan untuk menunjukkan perubahan karakteristik dan komposisi
berbagai jenis batubara, sebenarnya telah dirintis sejak lama. Akan tetapi, upaya ini hingga
sekarang belum tertata dengan rapih, sehingga tiap negara masih memakai indeks acuan
yang berbeda. Dalam beberapa tahun belakangan ini, terlihat upaya-upaya dari organisasi
ilmiah maupun dunia usaha untuk melebur perbedaan-perbedaan yang ada, dimana
masing-masing pihak memiliki kelebihan dan kekurangan. Sayangnya upaya ini belum
membuahkan hasil hingga sekarang. Melalui ISO dan badan-badan internasional lainnya,
upaya penyeragaman ini terus berjalan. Jepang yang dari tahun ke tahun menunjukkan
peningkatan prosentase jumlah batubara impor, kelihatannya sekarang juga tengah
menyesuaikan langkah untuk menyongsong pemakaian suatu acuan yang suatu sat dapat
menjadi standar internasional.
2. Klasifikasi Batubara
Klasifikasi batubara, secara garis besar dapat dibagi menjadi klasifikasi secara ilmiah
dan klasifikasi secara praktis.
2.1. Metode Klasifikasi Batubara
2.1.1. Klasifikasi secara ilmiah
Dalam klasifikasi batubara, pengelompokan secara ilmiah tidak dipakai dalam
keperluan perdagangan. Klasifikasi ini lebih banyak dipakai pada bidang-bidang dasar
yang menyangkut zat asal pembentuk batubara, survei geologi, komposisi dan stuktur
batubara, dan sebagainya.
Pada tahun 1993, komite batubara ECE (Economic Commission for Europe)
mengusulkan suatu tabel pengelompokan seperti di bawah ini. Tabel ini menjadikan tingkat
refleksi/ pantulan (R) dari vitrinite, yaitu suatu komponen dasar batubara, sebagai nilai
acuan. Akan tetapi, untuk tingkat refleksi kurang dari 0,6%, nilai pengukurannya menjadi
tidak akurat sehingga dipakai nilai kalori (calorivic value) sebagai nilai acuan tambahan.
Tabel Klasifikasi Batubara
Tingkat Refleksi R
Peringkat tinggi Antrasit Meta
Orto
Semi
>4,0
2,5-4,0
2,0-2,5
Peringkat menengah Bituminus Meta
Orto
Semi
1,4-2,0
1,0-1,4
0,6-1,0
Peringkat rendah Sub-bituminus
Lignit
0,4-0,6
<0,4
A This classification does not apply to certain coals, as discussed in Section 1.
B Moist refers to coal containing its natural inherent moisture but not including
visible water on the surface of the coal.C Megajoules per kilogram. To convert British thermal units per pound to megajoules
per kilogram, multiply by 0,002 326.D If agglomerating, classify in low volatile group of the bituminous class.E Coals having 69 % or more fixed carbon on the dry, mineral-matter-free basis shall
be classified according to fixed carbon, regardless of gross calorific value.F It is recognized that there may be nonagglomerating varieties in these groups of
the bituminous, and that there are notable exceptions in the high volatile C bituminous
group.
† Editorially corrected.
2.1.2. Klasifikasi secara praktis
Klasifikasi praktis berawal dari kebutuhan akan adanya suatu pengelompokan untuk
keperluan transaksi perdagangan maupun ekspor impor, serta dari sisi keperluan
penggunaan batubara itu sendiri. Umumnya, tujuan pemanfaatan batubara bisa amat
berbeda antara satu negara dengan negara lain, sehingga klasifikasi dan metode
penamaannya juga sangat berbeda. Namun secara umum, kandungan zat terbang (volatile
matter) diambil sebagai nilai acuan baku, dan terdapat kecenderungan yang hampir sama
untuk kandungan zat terbang hingga sekitar 32%. Lewat dari angka ini, terdapat perbedaan
yang cukup besar antara satu dengan yang lainnya, sehingga umumnya diambil nilai acuan
tambahan berupa kandungan air (moisture), nilai kalori dan sebagainya.
Sekarang ini, klasifikasi yang dilakukan relatif lebih tertata rapi. Salah satu contohnya
adalah tabel klasifikasi ASTM dari Amerika Serikat yang memasukkan juga batubara
dengan tingkat pembatubaraan rendah (lihat D388 Tabel 1 Classification of Coal by Rank).
2.2. Karakteristik Batubara menurut Klasifikasinya
Di sini, batubara dibagi menjadi lignit, sub-bituminus, bituminus, dan antrasit.
2.2.1. Brown Coal atau Lignite
Dalam klasifikasi batubara, secara umum kelompok ini merupakan batubara dengan
tingkat pembatubaraan yang paling rendah dan berwarna coklat atau coklat kehitaman.
Kandungan air dan zat terbangnya tergolong tinggi, dan umumnya bersifat non-coking atau
non-caking. Pada klasifikasi internasional, batubara ini didefinisikan memiliki nilai kalori
(ash free basis) kurang dari 5700 kcal/kg.
Penggunaan batubara ini, umumnya sebagai bahan bakar pada pembangkit listrik.
Namun karena kandungan airnya tinggi, maka adakalanya diperlukan proses dewatering
terlebih dahulu. Di sisi lain, batubara ini dalam keadaan kering mudah sekali menimbulkan
gejala terjadinya swabakar (spontaneous combustion), sehingga handling-nya pun
tergolong merepotkan. Saat ini, pengunaan batubara jenis ini di Jepang sangat kecil.
Terlepas dari masalah itu, penelitian dan pengembangan teknologi bagi perbaikan kualitas
batubara untuk menunjang pemakaian yang lebih stabil terus dilakukan.
Di Jepang, batubara dengan tingkat pembatubaraan yang lebih rendah lagi disebut
dengan “atan”. Di dalam aturan industri pertambangan Jepang, “atan” dibedakan dari
batubara, dan dianggap sebagai mineral yang berbeda dengan batubara. Namun secara
ilmiah, “atan” masuk ke dalam golongan lignit atau brown coal.
Catatan: Peat dan Grass Peat (=Gambut)
Secara umum tidak termasuk golongan batubara. Komponen tetumbuhan asalnya
dapat jelas ditentukan dengan mata telanjang, yang menunjukkan tingkat pembatubaraan
sangat rendah. Selain itu, kandungan airnya banyak dan nilai kalorinya kecil, sehingga
bukan merupakan bahan bakar yang baik. Karena banyak mengandung zat organik, gambut
digunakan pula sebagai pupuk. Gambut yang berasal dari rerumputan disebut dengan grass
peat (gambut rumput). Namun karena kebanyakan komponen peat adalah grass peat, maka
istilah peat dan grass peat sering dipakai untuk menunjukkan arti yang sama.
2.2.2. Batubara Sub-Bituminus
Dalam klasifikasi batubara, jenis ini mengalami tingkat pembatubaraan yang lebih
tinggi dari lignit, namun masih lebih rendah dibandingkan batubara bituminus. Dari sisi
caking property-nya, terbagi menjadi non-caking (tak bersifat caking) dan slightly-caking
(sedikit menunjukkan sifat caking). Dibandingkan dengan batubara bituminus, kandungan
zat terbang (volatile matter)-nya cukup tinggi, dengan nilai kalori yang masih tergolong
rendah. Jepang mengimpor batubara jenis ini dari Indonesia, Amerika Serikat, dan lain–
lain, yang umumnya dipakai sebagai bahan bakar pada pembangkit listrik. Namun dari sisi
pemakaian, jumlahnya masih lebih sedikit bila dibandingkan dengan batubara bituminus.
2.2.3. Batubara Bituminus
Batubara jenis ini mengalami tingkat pembatubaraan yang lebih tinggi dari batubara
sub-bituminus, namun masih lebih rendah bila dibandingkan dengan antrasit. Kandungan
zat terbang (volatile matter)-nya antara 20-40%, yang merupakan suatu rentang yang
cukup besar. Karena itu, sering dibagi lagi menjadi high-volatile bituminous coal, medium-
volatile bituminous coal, dan sebagainya. Selain dipakai sebagai bahan baku pembuatan
kokas, batubara bituminus dengan caking/coking property yang rendah dipakai pula
sebagai bahan bakar pembangkit listrik. Batubara jenis inilah yang paling banyak
digunakan di Jepang.
2.2.4. Antrasit
Batubara ini memiliki tingkat pembatubaraan yang lebih tinggi dibandingkan dengan
batubara bituminus. Kandungan zat terbangnya juga yang paling kecil, dan reaktifitas saat
pembakaran tergolong relatif rendah. Batubara jenis ini hampir tak memiliki sifat
caking/coking. Penggunaan batubara jenis ini, dapat sebagai bahan baku pembuatan
material karbon, briket dan lain-lain,.untuk pulverized coal injection (PCI) pada blast
furnace, atau sebagai bahan bakar untuk fluidized bed boiler, kiln semen, dan lain-lain.
3. Karakteristik Batubara
3.1. Evaluasi Batubara secara Fisika dan Kimia
Karakteristik batubara, dapat dinyatakan berdasarkan sifat fisika dan sifat kimia yang
dimilikinya. Karakteristik batubara yang menunjukkan sifat fisikanya, antara lain diwakili
oleh nilai kerapatan/densitas, kekerasan, ketergerusan (grindability), kalor jenis (specific
heat), fluiditas, caking property, dan sebagainya. Di lain pihak, sifat kimia batubara
ditunjukkan dengan hasil analisis proksimat, analisis ultimat, nilai kalori, komposisi abu,
dan sebagainya. Pada analisis proksimat, biasanya dilakukan pengukuran untuk
mendapatkan nilai-nilai:
1. Kandungan air (moisture) dalam batubara.
2. Zat terbang (volatile matter) yang dilepas dalam bentuk gas saat batubara mendapat
perlakuan panas.
3. Kandungan karbon tetap (fixed carbon) dari suatu padatan dapat terbakar yang
memiliki kandungan unsur utama berupa karbon (=batubara).
4. Abu (zat oksida mineral yang terkandung dalam batubara) yang tertinggal saat
batubara dibakar.
Untuk mencari nilai kandungan unsur-unsur utama seperti karbon, hidrogen, oksigen,
nitrogen, dan belerang, dilakukan analisis ultimat. Selain unsur-unsur tersebut, batubara
juga mengandung unsur-unsur lain seperti klor, fluor, dan lain-lain golongan halogen, serta
aneka unsur logam seperti aluminium besi, dan juga silika yang kesemuanya terkandung di
dalam abu.
3.2. Sifat yang diinginkan pada batubara menurut penggunaannya
3.2.1. Sifat yang diinginkan pada Batubara Boiler
Karena batubara jenis ini sebagian besar dipakai pada boiler, maka diinginkan yang
memiliki sifat menyala dan sifat habis terbakar yang bagus. Selain itu, diinginkan pula
yang memiliki kandungan belerang, nitrogen, dan unsur mikro beracun sesedikit mungkin.
Untuk temperatur leleh abu, makin tinggi adalah semakin baik. Kandungan abunya juga
haruslah kecil, dan tak kalah pentingnya adalah nilai kalori yang cukup.
Untuk mengetahui nilai dan performa dari sifat-sifat tersebut di atas, dilakukan
berbagai macam uji dan analisis terhadap batubara boiler:
Analisis kandungan air (moisture), berupa total moisture, surface moisture, serta
inherent atau residual moisture.
Uji ukuran butir
Uji ketergerusan (grindability), untuk menentukan nilai HGI (Hardgrove Grindability
Index)
Pengukuran nilai kalori, baik berupa gross heating value maupun net heating value
Uji sifat leleh abu (ash fusibility test)
Analisis ultimat
Pengukuran tahanan listrik abu
Analisis proksimat
Pengukuran kandungan abu
Pengukuran kandungan zat terbang (volatile matter)
Penghitungan karbon tetap (fixed carbon)
Penghitungan fuel ratio
Penghitungan hidrogen efektif (available hydrogen)
Pengukuran kandungan belerang, berupa total sulfur, sulfate, pyretic sulfur, dan
organic sulfur
Analisis, uji, dan perhitungan terhadap kandungan klor, komposisi abu, combustibility,
slagging, fouling, erosion, dan sebagainya.
3.2.2. Sifat yang diinginkan pada Batubara Kokas
Batubara jenis ini, umumnya dipakai pada blast furnace (tungku peleburan pada
pembuatan pig iron) sebagai bahan pereduksi besi oksida (=kokas). Kokas yang dipakai
pada blast furnace (tanur tinggi), biasanya dimasukkan ke dalam tungku/tanur dari jarak
yang cukup tinggi. Selain itu, kokas di dalam tanur akan membentuk tumpukan yang
cukup tinggi, sehingga diperlukan kekuatan dan kekerasan yang cukup untuk dapat
menahan benturan dan tekanan saat kokas dijatuhkan maupun saat ditumpuk.
Di dalam tanur, diperlukan aliran udara yang cukup agar reaksi reduksi oleh gas CO
dapat berjalan dengan baik. Karena itu, diperlukan batubara dengan tingkat kereaktifan
yang tinggi, dan mampu untuk menjaga kondisi temperatur yang tinggi. Dengan kata lain,
pada batubara kokas dituntut adanya sifat fluiditas/plastisitas, sifat caking/agglomerating
(lekat menggumpal), dan sifat coking (coking property) yang memadai.
Umumnya, volume tanur tinggi (blast furnace) di Jepang tergolong besar, yaitu antara
4500-5245m3, dengan jumlah produksi pig iron (besi cor kasar) mencapai berat 2 kali
volume tanur tinggi per hari. Karena pada pembakaran abu kokas dan bijih besi akan
terbentuk slag yang harus dikeluarkan dari tanur, maka slag ini harus memiliki viskositas
yang cukup agar mudah dikeluarkan.
Berbagai macam uji dan analisis yang dilakukan terhadap batubara kokas diantaranya:
(catatan: D xxxx menunjukkan nomor standard ASTM)
Analisis petrografi
Analisis maseral, dilakukan berdasarkan D 2799 Microscopical Determination of vol.
% of Physical Components of Coal
Pengukuran tingkat refleksi, berdasarkan D 2798 Microscopical Determination of the
Reflectance of Vitrinite
Uji muai krusibel, berdasarkan D 720 Free Swelling Index
Uji muai, berdasarkan D 5515 Dilatometer
Uji fluiditas, berdasarkan D 2639 Gieseler Plastometer, dimana dilakukan pengukuran
terhadap softening temperature (1.0 DDPM), maximum fluidity temperature,
resolidification temperature, range, DDPM=dial division per minute
Uji pengkokasan (metode retort, metode can-firing)
Uji sifat leleh abu, berdasarkan D 1857 Fusibility of Ash (for reducing atmosphere, for
oxidizing atmosphere), dengan mengamati initial deformation temperature, softening
temperature, hemispherical temperature, fluid temperature
Uji Roga, untuk mendapatkan nilai index Roga
Uji kuat kokas (uji ketahanan terhadap jatuh), berdasarkan D 3038 Drop Shatter Test
Uji drum, dengan D 3402 Drum Test or Tumbler Test, dan lain-lain
3.3. Metode Uji Batubara
Metode uji dan analisis yang menjadi dasar pengelompokan dan klasifikasi batubara,
ditetapkan standard-nya oleh masing-masing negara. Pada prinsipnya, metode uji dan
analisis batubara dilakukan menurut standard yang diakui secara internasional dan
disepakati oleh pihak pensuplai dan pihak pengguna.
Di Jepang, diberlakukan ketentuan berdasarkan JIS (Japan Industrial Standard). Sejak
awal, sebenarnya Jepang telah berusaha menitik beratkan standard-nya ke arah
penyesuaian dengan standard internasional seperti ISO. Dengan alasan ini, maka pada
tahun 1994 telah dihapuskan apa yang disebut equilibrium moisture basis, yang dahulunya
biasa dipakai dalam transaksi perdagangan batubara Jepang. (catatan tentang equilibrium
moisture basis: Sampel disimpan pada lingkungan dimana terdapat kesetimbangan dengan
air garam jenuh. Biasanya, air garam jenuh ditaruh di bagian bawah desikator, sedang pada
rak di atasnya, sampel disimpan dengan menaruhnya di dalam watch glass (wadah sampel
berbentuk seperti kaca arloji)).
Berdasarkan standard JIS, pengaturan metode uji dan analisis batubara ditetapkan
sebagai berikut:
JIS M 8801: Metode uji terhadap batubara, meliputi uji ukuran butir, uji apung-endap,
uji ketergerusan (grindability), uji muai krusibel, uji kemuaian, uji fluiditas, uji
pengkokasan, uji kelelehan abu, dan uji Roga.
JIS M 8811: Metode sampling dan pengukuran kandungan air total serta moisture
untuk batubara dan kokas.
JIS M 8812: Metode analisis proksimat untuk batubara dan kokas.
JIS M 8813: Metode analisis ultimat untuk batubara dan kokas.
JIS M 8814: Metode pengukuran nilai kalori untuk batubara dan kokas.
JIS M 8815: Metode analisis abu batubara dan abu kokas.
JIS M 8816: Metode pengukuran komponen mikro (maseral) dan tingkat refleksi
batubara.
JIS M 8817: Metode penentuan bentuk keterdapatan belerang dalam batubara.
JIS M 8818: Metode penentuan zat-zat mineral dalam batubara
Tampilan Hasil Analisis. Untuk mempermudah perbandingan antara satu hasil analisis
dengan yang lain, maka ditetapkan basis standard dengan persyaratan tertentu untuk setiap
analisis maupun uji yang dilakukan. Basis standard tersebut adalah:
Air dried basis
Dry basis
Dry & ash free basis
Pure coal (dry & mineral matter free) basis
Adanya tampilan air dried basis menunjukkan bahwa uji dan analisis dilakukan
dengan menggunakan sampel uji yang telah dikeringkan pada udara terbuka, yaitu sampel
ditebar tipis pada suhu ruangan, sehingga terjadi kesetimbangan dengan lingkungan
ruangan laboratorium, sebelum akhirnya diuji dan dianalisis.
Tampilan dry basis menunjukkan bahwa hasil uji dan analisis dengan menggunakan
sampel uji yang telah dikeringkan di udara terbuka seperti di atas, lalu dikonversikan
perhitungannya untuk memenuhi kondisi kering.
Dry & ash free basis merupakan suatu kondisi asumsi dimana batubara sama sekali
tidak mengandung air maupun abu. Adanya tampilan dry & ash free basis menunjukkan
bahwa hasil analisis dan uji terhadap sampel yang telah dikeringkan di udara terbuka
seperti di atas, lalu dikonversikan perhitungannya sehingga memenuhi kondisi tanpa abu
dan tanpa air.
Pure coal basis berarti batubara diasumsikan dalam keadaan murni dan tidak
mengandung air serta zat mineral lainnya. Kondisi ini disebut pula dengan nama dry &
mineral matter free basis.
Zat-zat mineral (%) dicari dengan menggunakan salah satu dari 3 metode berikut ini:
Metode penentuan langsung (JIS M 8818)
Metode penggunaan berbagai macam perhitungan
Nilai kandungan abu yang didapat dari hasil analisis proksimat maupun analisis
ultimat dikalikan dengan faktor koreksi abu. Untuk batubara Jepang, faktor koreksi
abu yang umum dipakai adalah 1,08
Tabel Basis Uji & Analisis serta Singkatan yang dipakai
Basis Unsur Kandungan Singkatan
As received basis Sama seperti saat diterima a r
Air dried basis Dikeringkan dg. udara bebas a d
Dry basis Tanpa kandungan air d
Dry, ash free basis Tanpa kandungan air dan abu d a f
Pure coal basis Tanpa kandungan air dan zat mineral lain
(dry, mineral matter free)
d m m f
3.4. Sampling Batubara dan Penyiapan Sampel Uji
Agar dapat melakukan analisis batubara yang akurat, maka pengambilan sampel yang
representatif (dapat mewakili keseluruhan) merupakan hal yang amat penting. Pada
prinsipnya, sampling dilakukan saat perpindahan lot, diambil dengan jarak yang konstan
pada belt conveyor atau dengan auto sampler. Bila karena suatu hal sehingga pengambilan
sampel harus dilakukan di stockyard atau dari batubara yang telah dimuat ke dalam kereta,
maka pengambilan dilakukan pada tempat yang agak dalam dari permukaan (± 50cm) dan
sedapat mungkin dilakukan di banyak titik sampling.
Sampel yang diambil, lalu disimpan ke dalam suatu wadah yang bersih dan tertutup
rapat, berupa kantong resin dan sebagainya. Terlebih untuk sampel yang akan diukur
kandungan airnya, maka wadahnya harus sangat rapat, tidak menyerap kelembaban dari
luar, dan terbuat dari bahan yang tidak dapat ditumbuhi jamur, terutama pada bagian dalam
dimana sampel disimpan. Selain itu, pada kantong sampel harus dicantumkan nomor lot,
tempat sampling, tanggal sampling, dan informasi penting lainnya.
Sampel yang telah diambil, kemudian disiapkan untuk menjadi sampel uji dengan
kondisi yang tetap dapat mewakili jumlah keseluruhannya. Untuk keperluan tersebut,
sampel diremuk, digerus, dibagi, maupun diperkecil jumlahnya. Proses pekerjaan ini
disebut dengan reduksi sampel. Karena analisis batubara biasanya dilakukan dengan
jumlah sampel yang tidak terlalu banyak, maka proses reduksi harus dilakukan dengan
benar agar didapatkan hasil analisis yang akurat. Proses reduksi dilakukan dengan salah
satu atau gabungan dari cara-cara berikut ini:
Metode reduksi inkremen (increment reduction method)
Metode reduksi dengan menggunakan Riffle Divider
Metode reduksi dengan menggunakan mesin pereduksi (alat pembagi sampel)
Metode reduksi berdasarkan proporsi masing-masing ukuran butir
Metode conical quartering (kerucut bagi empat) dan alternate shovel sebenarnya
dapat pula dipakai, tetapi karena error (kesalahan) yang dapat timbul cukup besar, lebih
baik dihindari saja.
Tabel Ukuran Butir Maksimum dan Besarnya Inkremen (massa rata-rata)
Ukuran butir maks (mm) 1 5 10 15 20 30
Massa rata-rata
±gram
Batubara 10 50 100 150 200 300
Kokas 50 100 150 200 300 500
Ukuran butir maks (mm) 40 50 75 100 125 150
Massa rata-rata
±gram
Batubara 500 1200 3000 5000 9000 11000
Kokas 1200 3000 5000 9000 11000 15000
Tabel Jumlah Minimum Inkremen yang harus diambil dari Satu Lot
(batubara)
Besar Lot (t) <1000 1000~
3000
3000~
5000
5000~
7000
7000~
10000
10000~
20000abu (%)
jumlah
minimum
inkremen
<15,0 10 15 20 25 30 40
15,0 30 45 60 75 90 120
blm. terpilih +15 45 65 90 110 135 180
Besar Lot (t) 20000~
30000
30000~
45000
45000~
70000
70000~
100000
100000
abu (%)
jumlah
minimum
inkremen
15,0 50 65 80 95 100
15,0 150 195 240 285 300
blm. terpilih +15 225 290 365 440 450
Tabel Ukuran Butir dan Standard Reduksi
Ukuran butir
sampel lolos keseluruhan
Massa sampel setelah reduksi (kg)
Kandungan abu <20% Kandungan abu 20%
19,1 mm 100 200
15,9 mm 50 100
9,52 mm 10 20
4760 µm 5 10
2830 µm 2 4
1000 µm 0,1 0,1
250 µm 0,05 0,05
3.5. Total Moisture
Yang dimaksud dengan kandungan air total (total moisture) adalah keseluruhan jumlah
kandungan air berbagai jenis yang terdapat dalam sampel batubara yang diambil. Pada
prinsipnya, hal ini dihitung dari jumlah penurunan berat pra pengeringan (pre-drying loss)
pada temperatur 35ºC ditambah penurunan berat pengeringan panas pada 107±2ºC.
Kandungan air di dalam batubara dapat dibagi menjadi dua jenis. Yang pertama adalah
inherent moisture atau residual moisture, yaitu air yang terserap ke dalam batubara
manakala batubara berada dalam kesetimbangan kelembaban dengan udara bebas. Yang
kedua adalah surface moisture atau hygroscopic moisture (uap air higroskopis), yaitu 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 sebagainya. Jumlah kandungan kedua jenis air di
dalam batubara inilah yang disebut dengan kandungan air total (total moisture).
Adanya kandungan air yang berlebihan maupun terlalu sedikit dapat menimbulkan
masalah dari segi handling. Bila kandungan air berlebihan, akan menyebabkan batubara
lengket dan menempel di berbagai tempat. Bahkan dapat pula menjadi penyebab
penyumbatan pada screen dan berbagai peralatan lainnya. Kebalikannya, bila kandungan
air sangat kurang, akan timbul masalah dengan beterbangannya debu batubara.
Kandungan total moisture merupakan salah satu unsur yang penting dalam transaksi
perdagangan batubara, sehingga bila ternyata nilainya melebihi kontrak yang disepakati,
maka nilai transaksi akan dikurangi sesuai dengan kelebihan yang terjadi. Dalam transaksi
batubara domestik Jepang, umumnya nilai toleransi yang berlaku untuk batubara kokas
adalah kurang dari 6%, dan untuk batubara pembangkit listrik adalah kurang dari 7%.
Uap air higroskopis adalah kandungan air yang menempel di permukaan batubara, dan
umumnya makin halus ukuran butirnya, maka biasanya jumlahnya juga semakin banyak.
Secara umum, kandungan uap air higroskopis pada batubara kerakal dan batubara kerakal
ukuran sedang adalah sekitar 2~3%, untuk batubara butir kecil/halus 6~7%, dan untuk
batubara sangat halus/serbuk adalah sekitar 15~30%. Uap air higroskopis dapat dihitung
dengan menggunakan persamaan berikut ini:
totalmoisture[ar%] = surfacemoisture[ar%] + inherentmoisture[ad%] x (100 - surfacemoisture[ad%]) /100
Saat ini, istilah inherent moisture tidak tercantum di dalam ISO, JIS, maupun BS.
Menurut ASTM, inherent moisture didefinisikan sebagai air yang dalam kondisi alami
menunjukkan karakteristik lapisan batubara dari suatu ore deposit, dan hanya mencakup air
yang menjadi bagian dari ore deposit tersebut, sehingga air yang menempel di permukaan
tidaklah termasuk ke dalam inherent moisture.
Inherent moisture memiliki hubungan yang erat pula dengan tingkat pembatubaraan,
dimana semakin tinggi tingkat pembatubaraannya, maka kandungan airnya akan semakin
berkurang, dan mencapai titik minimum pada C sekitar 90%.
3.6. Analisis Proksimat
Standard bagi analisis proksimat batubara, ditetapkan melalui JIS M 8812. Dalam
analisis proksimat tersebut, akan dilakukan suatu analisis kuantitatif untuk mendapatkan
nilai kandungan air, abu, zat terbang (volatile matter), dan karbon tetap (fixed carbon).
Tidak seperti analisis ultimat yang bertujuan untuk mendapatkan nilai “mutlak” dari
unsur-unsur yang terkandung dalam batubara, analisis proksimat lebih merupakan suatu
“kesepakatan”, agar pengguna dapat lebih mengetahui karakteristik batubara yang
dibelinya. Selain itu, analisis ini juga relatif mudah untuk dilakukan.
3.6.1. Kandungan Air Tetap (Inherent Moisture)
Kandungan air dinyatakan dalam persen massa yang menunjukkan nilai berkurangnya
massa/berat dari sampel batubara, setelah dikeringkan dengan pemanasan pada 107°C
selama 1 jam. Sampel batubara yang dipakai adalah sampel yang telah dikeringkan di
udara terbuka (air dried). Pada tahun 1993, saat hendak dilakukan revisi terhadap JIS, ada
usulan untuk menghapus apa yang disebut equilibrium moisture, yang telah sejak lama
dipakai secara eksklusif di Jepang. Alasan ini didasarkan pada kenyataan bahwa saat itu
Jepang telah menjadi negara pengimpor batubara terbesar di dunia, sehingga perlu
dilakukan upaya untuk lebih meningkatkan tingkat ketelitian dan keakuratan analisis
terhadap batubara impor yang dibeli. Dengan diterimanya usulan ini, maka sejak 1994
equilibrium moisture basis tak lagi digunakan.
3.6.2. Kandungan Abu
Menurut JIS, kandungan abu didefinisikan sebagai berikut. Di saat awal proses
pengabuan (insinerasi, pembakaran menjadi abu), belerang organik dan belerang pirit
(pyritic sulfur) terbakar menjadi oksida belerang. Dengan terus melakukan pemanasan
sambil mengontrol agar jumlah sulfatnya berada pada tingkat minimum selama pengabuan,
dan ditambah adanya penguraian sempurna dari karbonat, maka zat sisa anorganik yang
terjadi selama sulfat tidak mengalami penguraian itulah yang disebut kandungan abu. Pada
analisis sebenarnya, sampel dibakar pada temperatur 815±10°C di dalam media udara
dengan mengikuti pola peningkatan temperatur yang telah ditetapkan. Jumlah abu yang
tertinggal, lalu dihitung sebagai persen massa dari sampel. Inilah yang kemudian disebut
sebagai kandungan abu (%).
Pada kondisi di atas, karbonat terurai, sedangkan sulfat tetap tinggal. Mineral lempung
(clay minerals) kehilangan air pengkristalan, sehingga sebagian besar akan menjadi oksida
logam. Dengan demikian, yang menjadi abu bukanlah mineral inorganik didalam batubara
itu sendiri.
Di Jepang, kandungan abu batubara kokas yang dipakai dalam proses pembuatan besi,
dijaga pada angka kurang dari 10%, dengan penalti sebesar USD 1,20 per ton untuk
kelebihan tiap 1% abu.
Dilihat dari proses kejadiannya, kandungan abu pada batubara dapat dibagi menjadi
kandungan abu bawaan (inherent ash) dan kandungan serapan.
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. Pada batubara kilap (bright coal) atau vitrite yang berasal dari
proses pembatubaraan zat kayu pada tumbuhan, jumlah kandungan abunya sedikit. Abu ini
diduga merupakan abu bawaan (inherent ash) yang banyak mengandung kapur dan mineral
alkali (basa), sedangkan kandungan asam silikat dan alumina-nya sedikit. Di sisi lain,
batubara kusam (dull coal) yang berupa durite (atau durain) dan fusite (atau fusain) berasal
dari serpihan kayu, kulit pohon, serbuk bunga, spora dan lain-lain yang bercampur dengan
lumpur dan pasir, lalu tersedimentasi dan mengalami proses pembatubaraan. Karena itu,
kandungan abunya banyak.
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). Abu jenis ini terdistribusi secara tidak
merata di dalam batubara, dan banyak mengandung zat-zat seperti batu lanau (shale), pirit,
gipsum, silikat, karbonat, sulfat dan sebagainya, dimana kandungan asam silikat dan
alumina-nya banyak.
Kandungan abu pada batubara, mempunyai hubungan yang erat dengan sifat-sifat
batubara itu sendiri, seperti misalnya berat jenis, ketergerusan (grindability), sifat
ketahanan api dari abu (ash fusibility), nilai kalori, dan sebagainya.
Kandungan abu dan nilai kalori dari batubara, boleh dikatakan memiliki hubungan
yang hampir linear. Selain itu, kandungan abu dan berat jenis juga memiliki korelasi yang
sangat erat, dimana bila kandungan abunya banyak, maka biasanya berat jenisnya juga
besar. Sifat ini lalu dimanfaatkan, sehingga dikembangkan proses pemisahan berat jenis
seperti pada hydroseparation (jig) atau pada pemisahan media berat (HMS). Secara umum,
adanya kandungan abu 1% akan berpengaruh terhadap perubahan berat jenis sebesar 0,01.
Rumus pendekatan untuk mencari nilai berat jenis batubara diberikan sebagai berikut:
Berat Jenis Batubara = 1,25 + 0,01 Kandungan Abu (%)
3.6.3. Zat Terbang (Volatile Matter)
Sampel dimasukkan ke dalam krusibel bertutup, lalu sambil diupayakan agar tidak
terjadi kontak dengan udara, sampel dipanaskan dalam waktu yang cukup singkat. Setelah
itu, kehilangan massa akibat pemanasan terhadap sampel dihitung berdasarkan persen
massa, kemudian nilai tersebut dikurangi nilai kandungan air dari analisa kuantitatif yang
dilakukan bersamaan. Hasilnya inilah yang berupa kandungan zat terbang, yang terdiri dari
unsur-unsur yang mudah menguap (volatile) di dalam batubara itu sendiri, atau zat-zat
yang terlepas ke udara akibat proses pemanasan.
Pertama-tama, sampel 1 gram dipanaskan selama 7 menit pada temperatur 900±20°C,
kemudian ditimbang penurunan berat/massa-nya. Setelah itu, dikurangi dengan nilai
kandungan air untuk mendapatkan kandungan zat terbang. Nilai kandungannya dinyatakan
dengan perhitungan persen berat.
Kandungan zat terbang memiliki hubungan yang erat dengan tingkat pembatubaraan,
sehingga kadang dipakai pula sebagai acuan (index) dalam klasifikasi batubara. Untuk
batubara bituminus, pengelompokan berdasarkan kandungan zat terbang dapat dilakukan
sebagai berikut:
Pengelompokan Batubara Bituminus berdasarkan Kandungan Zat Terbang (%)
Klasifikasi menurut ASTM Klasifikasi menurut Asosiasi Kokas
low volatile coal 14-22 LV coal 20 kurang
medium volatile coal 22-31 MV coal 20-25
high volatile coal 31 lebih M’V coal 25-30
HV coal 30 lebih
Bila batubara memiliki kandungan zat terbang yang tinggi, maka sifat penyalaan
(ignition) dan pembakaran (combustion)-nya pun baik. Akan tetapi, hal ini juga
mengandung resiko swabakar (spontaneous combustion) yang tinggi.
Hubungan antara zat terbang dan penggunaan batubara secara umum dapat
diterangkan sebagai berikut.
Bila kandungan zat terbang semakin tinggi, maka selain penyalaan dan pembakaran
batubara menjadi mudah, nyala api yang dihasilkan juga bagus (panjang), dan pembakaran
rendah NOx mudah dilakukan. Dan karena sifat mampu terbakar habis yang dimiliki cukup
tinggi, maka cocok untuk boiler.
Bila kandungan zat terbangnya sedikit, maka batubara menjadi susah untuk
dinyalakan. Selain itu, sifat pembakarannya pun jelek, dan nyala api yang dihasilkan juga
kurang bagus (pendek). Karena sifat mampu terbakar habis yang dimiliki cukup rendah,
maka kandungan zat tak terbakar dalam abu menjadi semakin banyak, sehingga tidak
cocok untuk boiler. Dalam hal ini, diperlukan desain tungku pembakaran yang tepat, yang
dapat menutupi kekurangan pada kondisi di atas.
Untuk pembakaran batubara sangat halus, idealnya berupa batubara yang memiliki
kandungan zat terbang di atas 30% pada kondisi kering dan tanpa abu (dry, ash free basis),
karena mudah dinyalakan dan mampu terbakar habis.
3.6.4. Karbon Tetap (Fixed Carbon)
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.
3.6.5. Rasio Bahan Bakar (Fuel Ratio)
Kandungan zat terbang dan karbon tetap dalam analisis proksimat, menunjukkan
kandungan efektif batubara sebagai bahan bakar. Fuel ratio yang ditunjukkan oleh
persamaan berikut ini, nilainya akan naik secara signifikan sebanding dengan tingkat
pembatubaraan yang dialami. Karena itu, fuel ratio merupakan salah satu parameter di
dalam penentuan klasifikasi ataupun untuk menunjukkan karakteristik khusus batubara.
Fuel Ratio = Fixed Carbon (%) / Volatile Matter (%)
Umumnya, nilai fuel ratio untuk masing-masing kelompok batubara diberikan sebagai
berikut:
Brown coal atau Lignite Kurang dari 1
Batubara Bituminus 1-4
Antrasit Lebih dari 4
3.7. Analisis Ultimat (analisis unsur)
Analisis ultimat terhadap batubara, ditetapkan dan diatur di dalam standard JIS M
8813, dan terbagi atas 5 buah kandungan unsur, yaitu (abu) karbon, hidrogen, oksigen,
nitrogen, dan belerang. Bila dibandingkan dengan heavy oil, persentase kandungan karbon,
hidrogen, oksigen, dan nitrogen dalam batubara sangat berbeda. Untuk heavy oil,
kandungan hidrogen meliputi kira-kira separuhnya, sedangkan oksigen dan nitrogen
hampir tak ada sama sekali. Berlawanan dengan itu, di dalam batubara terkandung oksigen
sekitar 10% dan nitrogen 1-3%. Untuk mengetahui struktur kimia ataupun karakteristik
batubara, analisis ultimat memiliki peranan yang sangat penting.
3.7.1. 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.
Karbon merupakan parameter yang penting untuk menunjukkan tingkat
pembatubaraan, dan persentase kandungan karbon C% dihitung dalam kondisi kering dan
bebas abu (dry, ash free basis).
Pada saat terjadi pembakaran, semua oksigen di dalam batubara dianggap bereaksi
dengan hidrogen membentuk air. Hidrogen yang tersisa, yang merupakan hidrogen di
dalam batubara yang siap dimanfaatkan secara efektif, disebut dengan available hydrogen,
dan dicari dari persamaan berikut ini:
Available Hydrogen (%) = Hydrogen (%) – Oxygen (%) / 8
Available hydrogen memiliki hubungan dengan tingkat pembatubaraan. Bila tingkat
pembatubaraan semakin tinggi, oksigen akan semakin berkurang, dan akibatnya available
hydrogen akan naik. Nilai ini menjadi maksimum pada kandungan karbon sekitar 85%.
Setelah itu, pada zona antrasit, kandungan oksigen maupun hidrogen akan turun, sehingga
available hydrogen juga turun. Available hydrogen digunakan dalam perhitungan teoritis
mengenai jumlah udara dan nilai kalori pada pembakaran.
3.7.2. 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.
3.7.3. Oksigen
Penentuan kandungan oksigen tidak dilakukan secara langsung, akan tetapi dihitung
dari persamaan berikut ini:
O (%) = 100 – {C (%) + H (%) + S (%) + N (%) + ash (%) 100 / (100-water)}
Dengan memperhatikan persamaan di atas, kita bisa mengetahui bahwa kesalahan
pengukuran terhadap kandungan berbagai unsur dan abu akan sangat berpengaruh terhadap
hasil perhitungan kandungan oksigen. Karena itu, boleh dikatakan bahwa tingkat
reliabilitas-nya sebagai hasil analisis adalah rendah.
Di dalam batubara, oksigen terdapat dalam bentuk gugus hidroksil, karboksil,
karbonil, eter, dan sebagainya. Karena gugus karbonil dan eter memiliki temperatur
penguraian antara 350~500°C, maka batubara yang memiliki kandungan oksigen cukup
banyak biasanya memiliki kecenderungan untuk mempunyai kandungan zat terbang yang
banyak pula.
3.7.4. Belerang Total (Total Sulfur)
Belerang total, merupakan nilai penjumlahan dari belerang dalam abu (sulfur in ash)
[dahulu disebut non-combustible sulfur] dan belerang terbakar (combustible sulfur). Atau
dapat pula dikatakan sebagai penjumlahan antara nilai belerang inorganik dan belerang
organik.
S (%) = Stotal (%) 100 / [100-water (%)] – Sin ash (%) (dry basis)
Yang dimaksud dengan sulfur in ash adalah persentase kandungan belerang di dalam
abu hasil analisis abu, dimana sampel dibakar menjadi abu dengan kondisi pengujian
tertentu.
Yang dimaksud dengan combustible sulfur adalah nilai yang didapat sebagai hasil
pengurangan total sulfur dengan sulfur in ash.
Di dalam batubara, kandungan belerang total biasanya antara 0.1-2%, namun untuk
brand produk tertentu, kadang dijumpai pula kandungan belerang lebih dari 3%.
Di dalam standard JIS, penentuan kandungan belerang dilakukan dengan metode
Eschka atau metode pembakaran temperatur tinggi (high-temperature combustion).
Bentuk ikatan belerang yang terdapat di dalam batubara, menurut standard ISO, diukur
dalam bentuk belerang inorganik berupa belerang sulfat (sulfate sulfur) dan belerang pirit
(pyritic sulfur), serta belerang organik (organic sulfur).
Yang dimaksud dengan belerang sulfat adalah belerang dalam batubara yang
membentuk senyawa sulfat. Sampel diekstraksi dengan menggunakan asam klorida
(hydrochloric acid) encer, lalu gugus sulfat dalam larutan diukur.
Yang dimaksud dengan belerang pirit adalah belerang dalam batubara yang terdapat dalam
bentuk pirit atau markasit. Pertama-tama, sampel diekstraksi dengan menggunakan asam
klorida encer. Setelah itu, diekstraksi lagi dengan menggunakan asam nitrat encer, dan
kemudian diukur kandungan besi di dalam larutannya. Dari situ, baru dihitung kandungan
belerangnya.
Yang dimaksud dengan belerang organik adalah belerang yang berikatan dengan zat
batubara, dan nilainya dihitung sebagai hasil pengurangan kandungan belerang sulfat dan
belerang pirit terhadap kandungan belerang total.
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.
Karena itu, kandungan belerang total pada batubara boiler sebaiknya kurang dari 1%.
Sekarang ini, hampir semua peralatan pembakaran berskala besar telah dilengkapi
dengan fasilitas desulfurisasi.
Kandungan belerang di dalam kokas, dapat menjadi penyebab berbagai masalah di
dalam proses pembuatan besi (misalnya besi menjadi getas dan rapuh). Karena itu,
batubara yang digunakan dituntut untuk memiliki kandungan belerang tidak lebih dari
0,6%.
Penalti yang dikenakan terhadap kelebihan kandungan belerang setiap 0,1% adalah
USD 0,60 per ton.
3.7.5. 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, dan juga fouling oleh natrium dan kalium, klor juga berpengaruh atas
terjadinya korosi pada peralatan desulfurisasi asap buangan.
3.8. Nilai Kalori
Nilai kalori merupakan panas yang dilepaskan saat unit kuantitas batubara terbakar
sempurna. Nilai kalori ini dibagi menjadi 2, yaitu:
Gross Calorific Value, Hg
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.
Yang dimaksud dengan net calorific value adalah nilai kalori murni, yaitu setelah
dikurangi dengan nilai kalor laten-nya. Nilai ini tidak tergantung kepada hasil pengukuran,
dan hanya ditentukan berdasarkan persamaan berikut:
Hn = Hg – 600 (9H + W) [kcal/kg]
Di sini, H adalah kandungan hidrogen pada kondisi equilibrium moisture (kg), dan W
adalah kandungan air (kg). Batubara boiler yang biasa dipakai saat ini, banyak yang
memiliki nilai Hg antara 6000-7000 kcal/kg.
3.9 Ketergerusan (Grindability)
Ketergerusan merupakan sifat mudah-sulitnya batubara untuk diremuk atau digerus.
Besar kecilnya nilai ketergerusan ini, dinyatakan dengan suatu indeks yang disebut
Hardgrove Grindability Index atau HGI. Semakin kecil nilai HGI, berarti semakin sulit
penggerusannya; dan begitu pula sebaliknya.
Pertama-tama, sampel digerus dan diayak hingga ukuran tertentu, yaitu antara 1190~
590µm. Setelah itu, 50g sampel dimasukkan ke dalam alat uji ketergerusan Hardgrove
bersama dengan 8 buah bola. Setelah diputar sebanyak 60 kali, lalu diayak dengan ayakan
75µm (200 mesh). Undersize product (hasil lolos ayakan) yang diperoleh lalu ditimbang,
dan disubstitusikan ke persamaan berikut:
HGI = 13 + 6,93W
dimana W adalah berat undersize product (dalam gram) pada ayakan 75µm.
Hubungan antara ketergerusan dengan tingkat pembatubaraan:
Nilai maksimum HGI untuk batubara Jepang, diperoleh pada batubara dengan kandungan
karbon 86% (daf basis). Untuk batubara bituminus luar negeri (impor dari luar Jepang),
nilai maksimumnya didapat pada kandungan karbon sekitar 90%.
Secara umum, diketahui bahwa caking coal merupakan batubara yang paling mudah
digerus, sedangkan brown coal atau lignite merupakan batubara yang paling susah digerus.
Tentu saja hal ini tergantung pula kepada struktur batubara maupun banyak-sedikit
kandungan abunya.
HGI umumnya dinyatakan dalam rentang bilangan antara 30~120. Untuk batubara
yang dipakai pada pembangkit listrik (steam coal), batubara digerus terlebih dahulu
menjadi partikel halus sebelum dimasukkan ke dalam boiler. Bila batubara terlalu keras,
yang berarti nilai HGI kecil, maka akan menurunkan performa dari mesin penggerus (mill).
Dengan kata lain, bila nilai HGI semakin rendah, maka diperlukan daya yang lebih besar
bagi mesin penggerus. Karena itu, para pengguna (user) banyak yang menetapkan nilai
HGI di atas 45 untuk batubara yang mereka beli. Batubara yang saat ini dipakai di Jepang,
kebanyakan memiliki nilai HGI skitar 50.
3.10. Temperatur 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.
Titik leleh abu batubara, selain dipengaruhi oleh komposisi abu, juga ditentukan oleh
suasana gas (sifat oksidasi atau reduksi). Biasanya, nilainya berkisar antara 1000~1500°C.
Bila di dalam kandungan abu terdapat unsur-unsur bersifat asam seperti asam silikat (SiO2)
dan alumina (Al2O3), maka titik lelehnya akan tinggi. Namun bila banyak mengandung
unsur-unsur basa seperti oksida besi (Fe2O3), kapur (CaO), magnesia (MgO), oksida basa
(Na2O, K2O) dan sebagainya, maka titik lelehnya rendah. Secara umum, bila nilai
perbandingan antara keduanya, yang dinyatakan dengan B/A, memiliki nilai mendekati 1,
maka terdapat kecenderungan bahwa titik lelehnya akan rendah.
Rasio B/A = (Fe2O3+CaO+MgO+Na2O+K2O) / (SiO2+Al2O3+TiO2)
Selain itu, titik leleh dalam suasana gas reduksi seperti CO, H2, dan sebagainya, akan
menjadi lebih rendah bila dibandingkan dengan suasana asam. Umumnya, perbedaan titik
leleh ini dapat mencapai 50~100°C.
3.11. Komposisi Abu
Komposisi abu batubara berbeda-beda tergantung kepada jenis batubaranya. 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:
SiO2: 40~60%
Al2O3: 15~35%
TiO2: 1~2%
Fe2O3: 5~25%
CaO: 1~15%
MgO: 0,01~0,1%
Analisis kimia terhadap Si, Fe, Al, Ca, Mg, dan S dilakukan dengan metode gravimetri
dan volumetri, sedangkan untuk P dilakukan dengan metode absorpsiometri dan volumetri.
Sebagai referensi, analisis terhadap Ni, Ti, dan V dilakukan dengan metode absorpsiometri,
sedangkan Na dan K dilakukan dengan analisis nyala (flame analysis) dan metode
absorpsiometri atom (atomic absorptiometry).
Namun sekarang ini, makin banyak yang menggunakan peralatan fluoresensi sinar X
(fluorescent X-ray device) untuk melakukan analisis secara sekaligus.
Analisis komposisi abu seperti yang disebutkan di atas, merupakan faktor penting
dalam memprediksi slagging, fouling, electric dust collection, high-temperature corrosion,
dan denitrification catalyst degradation.
Catatan: Bila dilakukan proses pemisahan berat jenis, biasanya kandungan zat bersifat
basa dalam abu produk yang lebih ringan akan meningkat.
3.12. Ukuran Butir
Metode pengukurannya, telah ditetapkan di dalam standard JIS M 8801.
Untuk sampel batubaranya, dipakai jumlah keseluruhan dari gross sample. Sampel ini
dikeringkan, lalu diayak dengan menggunakan ayakan yang telah ditentukan. Setelah itu,
butiran yang tertinggal di atas masing-masing ayakan ditambah dengan yang lolos ayakan
terkecil ditimbang satu persatu, lalu dituliskan persentase berat masing-masing terhadap
keseluruhan sampel.
Di antara ukuran ayakan yang telah ditetapkan dalam JIS Z 8801, penentuan ayakan
yang akan dipakai diserahkan kepada pihak yang berkepentingan.
Ukuran ayakan untuk ayakan jala-jala (net): 125mm, 106, 90, 75, 63, 53, 45, 37.5,
31.5, 26.5, 22.4, 19, 16, 13.2, 11.2, 9.5, 8, 6.7, 5.6, 4.75, 4, 3.35, 2.8, 2.36, 2, 1.7, 1.4, 1.18,
1mm. 850µm, 710, 600, 500, 425, 355, 300, 250, 212, 180, 150, 125, 106, 90, 75, 63, 53,
45, 38, 32, 25, 20µm.
Untuk ayakan plat/lempeng, ditetapkan secara terpisah.
4. Uji dan Analisis terhadap Batubara Kokas
4.1. Analisis Petrografi
Bila kita perhatikan permukaan batubara dengan lebih seksama, akan terdapat bagian-
bagian yang mengkilap dengan struktur berbentuk garis-garis (belang) yang berlapis-lapis.
Struktur batubara yang tampak dengan mata telanjang semacam ini, dibagi menjadi 2
dengan sebutan batubara kilap (bright coal) dan batubara kusam (dull coal). Struktur yang
dengan mata telanjang tampak merata dan sama sekalipun, bila dilihat dengan mikroskop
akan terlihat tersusun dari struktur yang lebih halus lagi.
Komponen struktur yang halus tersebut, dinamakan maseral (maceral). Maseral dibagi
menjadi 11 jenis, dimana akhirannya menyandang nama [nit] (nite). Maseral yang di
bawah mikroskop menunjukkan karakteristik yang sama, digolongkan lagi menjadi 3
kelompok maseral (maceral group).
Metode analisis maseral:
a. Sampel: 850-74µm, kira-kira 10g
b. Pembuatan Briket: Sampel yang telah digerus diambil sebanyak 2g dan dicampur
dengan resin poliester. Kemudian dengan mesin pembuat briket, dibuat briket yang
memiliki luas permukaan poles/gosok (polishing area) 400mm2 atau lebih. Permukaan
sampel kemudian digosok/diampelas, lalu dilihat di bawah mikroskop.
c. Pengukuran: Sampel yang telah digosok lalu dinaikkan ke atas dudukan obyek (sample
holder) yang bisa digeser ke 4 penjuru, kemudian dipasang di bawah mikroskop.
Dudukan tersebut lalu dihubungkan ke alat pencacah (point count). Sambil menekan
tombol counter, dudukan sampel digeser untuk melihat maseral di dalam partikel
batubara. Point counter berfungsi untuk mencacah jumlah maseral tanpa harus
melepaskan pengamatan dari mikroskop. Pengukuran/pencacahan dilakukan terhadap
keseluruhan permukaan sampel, dengan persyaratan dan kondisi sebagai berikut.
d. Persyaratan dan Kondisi Pencacahan:
Mikroskop: dilengkapi alat penerangan pemantul cahaya (illuminator)
Pembesaran: 200 kali atau lebih
oil immersion (gliserin)
Jarak pergeseran sampel (arah horisontal): 0,3~0.5mm (arah tegak lurus): 0,5~1mm
Titik pengukuran: 500 titik lebih
e. Komponen Analisis:
Vitrinite: Telinite, Collinite, dan lain-lain
Exinite: Sporinite, Cutinite, dan lain-lain
Inertinite: Micrinite, Fusinite, dan lain-lain
Mineral matter (mm) dicari dengan persamaan berikut:
mm = 100{(1,08A+0,55S)/2,8} / [{100 – (1,08A+0,55S)}/1,35 + (1,08A+0,55S)/2,8]
f. Perhitungan: Persentase kandungan masing-masing maseral dihitung dengan
persamaan berikut.
Kandungan (vol%) = [(cacah tiap maseral) / (jumlah cacah semua maseral)] x 100
4.2. Rasio Pantulan Rata-rata
4.2.1. Pengukuran RasioPantulan
Dengan mikroskop yang sama seperti yang digunakan pada analisis struktur (analisis
petrografi), dipasang alat pengukur pantulan tipe tabung fotoelektrik, dan cahaya
dilewatkan filter polarisasi terlebih dahulu sebelum menerangi sampel.
Pantulan cahaya dari permukaan filter, setelah melewati filter akan berupa cahaya
monokrom (umumnya dengan panjang gelombang = 546±5nm). Setelah diarahkan ke
tabung fotoelektrik, tegangan listrik yang terjadi lalu dibaca dari alat pencatat. Yang perlu
diingat adalah bahwa diameter bidang pengamatan saat melakukan pengukuran diatur
mewakili jarak 20µm. Pengukuran biasanya dilakukan dalam kondisi tercelup minyak (oil
immersion). Rasio pantulan (reflectance) ditentukan dengan membandingkannya terhadap
material standard (kaca standard).
Kaca standard diletakkan di bawah mikroskop, lalu fokusnya diatur. Setelah listrik
untuk masing-masing peralatan dinyalakan, tunggu sampai jarum pada alat pencatat
menjadi stabil. Setelah stabil, catat nilai saat itu (VS1).
Setelah itu, ganti kaca standard dengan sampel batubara. Dengan metode pencacahan,
catat intensitas cahaya pantulan (VA) dari masing-masing vitrinite di permukaan gosok
briket. Dengan cara ini, setelah melakukan pengukuran terhadap kira-kira 25 titik, sampel
batubara diganti lagi dengan kaca standard. Catat nilai VS2 saat itu. Tingkat pantulan
dihitung dari persamaan berikut.
R0 (%) = rasio pantulan kaca standard (RS) (VA rata-rata)/(VS1-S2 rata-rata)
4.2.2. Tampilan Hasil Analisis
Hasil analisis maseral maupun pengukuran rasio pantulan dilaporkan dengan mengisi
tabel seperti yang tercantum di bawah ini.
Tabel Analisis Maseral
Brand
Reactive
Entities
Vitrinoid
Types
Type %
123456789101112131415161718192021
Vitrinoids
1/3S.Fus
Resiboids
Exinnoids
Total Reactives
Inert
Entities
2/3S.Fus
Micrinoids
Fusinoids
Min. Matter
Sclerotinits
Weathered
Total Inerts
Mean Refl
Strength Index
Comp, Bal. Index
Calcul. Strength
4.3. Uji Muai
4.3.1. Metode Uji Muai – metode Button
Sebagai salah satu metode untuk menilai sifat caking batubara secara mudah, di
Jepang digunakan apa yang disebut Button Number (BN). Button number disebut juga
dengan free swelling index (FSI), crucible swelling number (CSN), atau crucible button
index (CBI). Di dalam ISO maupun ASTM, standard yang hampir sama juga diberlakukan.
Metode ini termasuk mudah, dan merupakan satu hal penting dalam menyatakan sifat
caking suatu batubara. Seperti diketahui, sifat caking merupakan suatu parameter yang
dipakai dalam metode klasifikasi batubara internasional.
Metode pengukuran dilakukan melalui prosedur sebagai berikut. Pertama-tama,
sampel yang telah dikeringkan di udara terbuka (air dried) diambil seberat 1g, lalu
dimasukkan ke dalam krusibel. Krusibel bersama sampel kemudian dipanaskan dengan gas
atau tungku listrik, sehingga dalam 1 menit 30 detik temperatur mencapai 800±10°C, dan
setelah 2 menit 30 detik temperatur mencapai 820±5°C. Setelah dingin, coke button yang
terbentuk lalu dibandingkan dengan profil standard, dan dijadikan indeks Button. Profil
standard merupakan angka dari 1 sampai 9, dengan inkremen (kenaikan) sebesar 1/2.
Semakin tinggi angkanya, semakin kuat sifat caking yang dimiliki.
Penentuan tingkat caking berdasarkan button index adalah sebagai berikut:
9 – 6,5 caking kuat
6 – 4,5 caking sedang
4 – 2,5 caking lemah
2 – 1 tidak bersifat caking
4.3.2. Uji Muai – metode Dilatometer
Pada metode ini, serbuk batubara dimasukkan ke dalam suatu wadah dengan bentuk
tertentu, lalu dipadatkan. Setelah itu, padatan serbuk batubara tersebut dimasukkan ke
dalam tungku dan dipanaskan. Perubahan bentuk yang terjadi akibat pemanasan ini,
kemudian diamati. Dalam klasifikasi batubara internasional, metode ini dipakai untuk
menentukan sifat pengkokasan.
Setelah diangin-anginkan dan kering, sampel yang telah digerus hingga berukuran
kurang dari 0,150 mm diambil sebanyak 10 gram, lalu dicampur air sebanyak 1 ml.
Dengan menggunakan alat (wadah), sampel dibentuk sesuai ukuran yang ditetapkan
(diameter minimum 6mm, berbentuk tongkat sepanjang 60 mm dengan 1/50 bagian berupa
taper), lalu dipadatkan dengan memberikan tekanan. Di atas sampel diletakkan piston
langsing-panjang (berat 150 gram) yang memiliki pen di bagian ujungnya.
Temperatur tungku listrik dinaikkan dengan kecepatan 3°C/menit, dan setelah
mencapai 300°C, retort dimasukkan ke dalam tungku. Kondisi penyusutan dan pemuaian
sampel secara otomatis dicatat oleh alat pencatat berdasarkan gerakan naik-turun piston,
dan bersamaan dengan itu, dilakukan pencatatan terhadap temperatur.
Temperatur pelunakan (softening temperature), T1 (°C)
Temperatur susut maksimum (maximum contraction temperature), T2 (°C)
Temperatur muai maksimum (maximum dilatation temperature), T3 (°C)
Rasio susut maksimum (maximum contraction), a (%)
Rasio muai maksimum (maximum dilatation), b (%)
Rasio muai total (total dilatation), a+b (%)
Rasio muai total sebanyak 50~200% dianggap standard. Bila terlalu tinggi, maka akan
menyebabkan retakan (crack), sehingga kekuatan kokas menurun. Angka minus berarti
tidak bagus sama sekali.
4.4. Uji Fluiditas
Bila batubara kokas (caking coal) dipanaskan, maka pada temperatur sekitar 400°C
akan mulai melunak. Bila temperatur pemanasan terus naik, batubara kokas akan meleleh
mengeluarkan gas dan tar. Bila temperatur naik menjadi sekitar 500°C, maka lelehan
plastis tadi akan kembali mengeras membentuk kokas. Karakteristik pelunakan dan
pelelehan hingga menjadi bentuk yang plastis, berbeda untuk tiap-tiap batubara. Untuk
menerangkan keadaan seperti di atas, digunakan istilah fluiditas. Untuk mengetahui tingkat
fluiditas batubara, di Jepang biasanya digunakan uji Gieseler Plastometer. ASTM juga
memakai uji tersebut.
Pada uji Gieseler plastometer, sampel digerus hingga berukuran di bawah 425µm, lalu
dikeringkan di udara terbuka. Setelah itu, 4,5g sampel dimasukkan ke dalam krusibel
dengan menggunakan batang pengaduk, lalu dipasang pada sebuah dudukan. Kemudian,
sampel dipadatkan dengan cara meletakkan pemberat 10 kg di atasnya dan ditekan selama
15 menit. Sebagai alternatif, pemadatan dapat dilakukan dengan memberikan pemberat
statis seberat 9 kg, kemudian ke atasnya dijatuhkan pemberat 1 kg dari ketinggian 11,4 cm
sebanyak 3 kali. Sampel kemudian dipasang di dalam metal bath, yang sebelumnya telah
dipanaskan terlebih dahulu. Pemanasan sampel dilakukan dengan kecepatan
3±0,1°C/menit, dan tiap 1 menit penunjukan temperatur serta jarum dial gauge dibaca.
Pengukuran dilakukan sampai jarum penunjuk berhenti berputar. Hasil pengukuran akan
menampilkan data sebagai berikut:
Temperatur pelunakan (softening temperature) [°C], yaitu temperatur saat jarum
penunjuk mencapai 1,0 DDPM (dial division per minute).
Temperatur fluiditas maksimum (maximum fluidity temperature) [°C], yaitu temperatur
saat jarum penunjuk mencapai angka maksimum.
Temperatur pengerasan kembali (resolidification temperature) [°C], yaitu saat jarum
penunjuk berhenti.
Rentang fluiditas (fluidity range) [°C], yaitu selisih antara temperatur pelunakan dan
temperatur resolidifikasi.
Fluiditas maksimum (maximum fluidity) DDPM, yaitu tingkat fluiditas saat jarum
penunjuk mencapai angka maksimum.
Bila nilai fluiditas maksimumnya tinggi, maka dikatakan bahwa fluiditasnya bagus;
dan bila nilai fluiditas maksimumnya rendah, berarti fluiditasnya jelek. Secara umum, bila
kandungan zat terbang (volatile matter)-nya tinggi, maka fluiditasnya juga semakin baik.
Pada kandungan zat terbang sekitar 40%, diperoleh fluiditas yang paling baik. Melewati
angka tersebut, fluiditas kembali turun secara drastis.
Fluiditas batubara kokas dalam negeri (Jepang): Tingkat fluiditas yang tinggi serta
rentang fluiditas yang lebar terutama ditunjukkan oleh batubara Mike. Selain itu, batubara
Yubari serta Nishi Kyushu juga termasuk bagus. Di bawahnya, terdapat batubara Sorachi
yang memiliki tingkat fluiditas yang lebih rendah serta rentang yang lebih sempit.
Fluiditas batubara impor: L American coal, Canadian coal, Australian strong-caking
coal, dan Australian weak-caking coal menunjukkan fluiditas yang rendah, sedangkan M
American coal, Australian medium-volatile coal, Kailan coal, dan Poland coal termasuk
batubara yang memiliki fluiditas cukup baik.
4.5. Uji Kuat Kokas
4.5.1. Metode Small-Retort
Sampel dalam jumlah yang cukup banyak dikarbonisasi, lalu kokas yang terbentuk
diuji kekuatannya untuk melihat sifat pengkokasan yang terjadi. Pada standard JIS, diatur
tentang metode karbonisasi sampel seberat 1,5 kg. Pertama-tama, sampel sebanyak 1,5 kg
dicampur air sebanyak 180 ml (12%), kemudian diaduk sampai merata. Setelah itu, sampel
dimasukkan ke dalam retort dan permukaannya diratakan. Diatasnya kemudian diletakkan
papan asbes setebal 3~4 mm, dan ditindih lagi dengan pemberat 5±0,5 kg. Retort
kemudian dimasukkan ke dalam tungku listrik yang sebelumnya telah dipanaskan terlebih
dahulu. Proses pemanasan berlangsung selama 2 jam pada temperatur 700±10°C. Setelah
2 jam, tegangan dinaikkan hingga temperatur mencapai 1050±10°C dalam waktu 90~100
menit. Setelah temperatur yang ditentukan tercapai, aliran listrik dimatikan. Retort
kemudian dikeluarkan dan didinginkan pada suhu kamar. Setelah itu, kokas dikeluarkan,
dan semua bongkahan berukuran 15 mm atau lebih digunakan sebagai sampel untuk uji
kekuatan. Hasil 3 kali pengujian lalu dirata-rata hingga satu angka desimal, dan digunakan
sebagai indeks kekuatan retort-kecil (Small-Retort Strength Index).
4.5.2. Metode Pembakaran Kaleng (Can-Firing)
Pada metode ini, batubara sampel dimasukkan ke dalam kaleng (can) minyak dan
sebagainya, lalu dikarbonisasi di dalam tungku (furnace) bersamaan dengan kegiatan
operasi sehari-hari. Kokas sampel yang terjadi dianggap sebagaimana layaknya kokas yang
dihasilkan bersama-sama dari tungku. Kokas sampel tersebut lalu diuji untuk melihat sifat
pengkokasannya. Prosedur yang dilakukan adalah sebagai berikut. Pertama-tama, ambil
gross sample sebanyak 100 kg atau lebih, lalu diremuk hingga ukuran 10 mm atau kurang.
Sampel yang telah diperkecil ukurannya tersebut lalu diaduk merata, dan direduksi hingga
menjadi kurang lebih 41 kg (berat kering). Kemudian sampel dicampur air secukupnya
sehingga kandungan air totalnya menjadi sekitar 10%, lalu diaduk merata. Setelah itu
sampel dibagi menjadi 3 bagian, dan masing-masing dimasukkan secara hati-hati ke dalam
kaleng isi 18 liter. Kaleng lalu dijatuhkan 1 kali dari ketinggian 300 mm, kemudian
ditutup. Di permukaan samping kaleng, dibuat lubang secukupnya agar gas yang nanti
terbentuk dapat lewat dengan mudah. Selain itu, kaleng diikat dengan kawat agar nanti
pada saat mengeluarkan dari tempat pembakaran, kaleng tidak terguling. Sebelum
menambahkan batubara ke dalam tungku karbonisasi, 3 buah kaleng sampel dimasukkan
berjajar terlebih dahulu ke bagian dasar tungku yang memiliki temperatur merata. (pada
tungku pengkokasan, kaleng dimasukkan dengan mesin pendorong kira-kira 1,5m ke arah
dalam di dasar tungku). Setelah proses karbonisasi selesai, dan api sudah mati, kokas
dikeluarkan. Dari dalam tumpukan kokas yang terjadi, kaleng diambil lalu dibuka, dan
kokas yang ada di dalamnya dikeluarkan.
Kokas dari dalam kaleng tersebut, lalu dipakai sebagai sampel untuk uji kekuatan dan
uji kualitas lainnya. Uji kekuatan dilakukan dengan mengacu pada standard JIS K 2151
poin 5 (uji jatuh/ drop shatter test) atau poin 6 (uji putar-jatuh/ tumbler test). Pengujian
dilakukan sekurang-kurangnya 2 kali, lalu diambil nilai rata-rata. Untuk uji kekuatan, nilai
rata-rata diambil hingga 1 angka desimal dan dinyatakan sebagai indeks kekuatan kokas
pada can-firing. Untuk uji kualitas yang lain, pelaporan hasil dan sebagainya dilakukan
berdasarkan standard JIS yang telah ditentukan.
5. Kualitas dan Pemanfaatan Batubara
5.1. Proses Pemanfaatan Batubara dan Pokok-pokok Penilaian Kualitas
5.1.1. Tingkat Pembakaran (Combustibility)
Bila batubara dimasukkan ke dalam tungku bertemperatur tinggi, maka batubara akan
menyala dan terbakar. Dalam proses itu, akan dilepaskan kalor pembakaran. Boiler
merupakan suatu alat yang berfungsi untuk menyerap kalor pembakaran dan mengubah air
menjadi uap air yang memiliki temperatur dan tekanan yang tinggi. Karena itu, batubara di
dalam tungku idealnya harus dapat terbakar habis. Persentase batubara yang dapat terbakar
di dalam tungku disebut dengan rasio dapat-terbakar (combustible ratio), sedangkan
persentase yang tertinggal disebut rasio tak-terbakar (incombustible ratio). Zat yang tak
terbakar umumnya berupa kandungan abu dalam batubara, serta zat tak terbakar lain
dengan kandungan utama berupa karbon. Bagian tak terbakar dalam kandungan abu
disebut dengan incombustible ash.
5.1.2 Faktor Dampak Lingkungan
Di dalam batubara, terdapat kandungan nitrogen dan belerang yang akan teroksidasi
menjadi oksida nitrogen (NOx) dan belerang dioksida (SO2) akibat proses pembakaran.
Gas-gas ini akan terlepas keluar dari dalam tungku pembakaran ke udara bebas, dan
dianggap sebagai penyebab terjadinya kabut-asap fotokimia (photocemical smog) dan
hujan asam (acid rain). Karena itu, jumlah pelepasan yang diperbolehkan diatur dalam
peraturan perundangan yang berskala nasional, perfektur, kota, atau bahkan pedesaan,
tergantung kepada kondisinya (=di Jepang). Selain itu, abu maupun kandungan tak
terbakar berupa debu arang yang dilepas dari tungku juga diatur dengan cara yang sama.
Dengan adanya hal ini, dan sebagai upaya untuk memenuhi aturan hukum, sebagian besar
boiler dilengkapi dengan alat pengolah gas buangan untuk menangani NOx, SOx, dan debu
arang yang timbul. Akan tetapi, seberapa pun bagusnya alat pengolah gas buangan yang
ada, pasti tak akan bisa menekan/menghilangkan semua polutan. Karena itu, faktor kualitas
batubara tetap ikut menentukan.
5.1.3. Pelekatan Abu
Abu di dalam batubara, terdiri dari mineral-mineral dengan unsur utama berupa silika
atau aluminium. Bila dipanaskan dalam temperatur tinggi, abu ini akan meleleh. Biasanya,
temperatur leleh abu berkisar antara 1100~1500°C, dan berpengaruh sangat besar terhadap
kualitas batubara. Untuk tungku yang menggunakan serbuk halus batubara sebagai bahan
bakarnya, temperatur gas pembakaran dapat mencapai 1600°C. Karena itu, bila batubara
yang digunakan memiliki titik leleh abu yang rendah, maka abu akan meleleh di dalam
tungku dan melekat di daerah sekitar burner atau pada pipa penghantar panas yang
sebenarnya berfungsi untuk menyerap panas di dalam tungku. Fenomena ini disebut juga
dengan slagging. Adanya lekatan abu, tentu akan mengganggu kestabilan pengoperasian
peralatan. Agar pengoperasian tungku dapat dilakukan dengan stabil, dan panas yang
dihasilkan tungku dapat diserap secara efektif, maka harus diupayakan agar abu yang
melekat hanya sedikit.
5.1.4. Pengumpulan Debu secara Elektrik
Bila abu dengan kandungan zat tak-terbakar dilepaskan dari tungku begitu saja, besar
kemungkinan akan tersandung oleh peraturan yang mengatur konsentrasi pelepasan debu
maksimum. Karena itu, debu-arang yang timbul harus diambil terlebih dahulu sebelum
dilepaskan, agar tidak menyalahi peraturan yang berlaku. Secara umum, peralatan
pengambil debu dapat dibagi menjadi Bag Filter yang menggunakan kain penyaring (filter
cloth), dan Electric Dust-Collector yang bekerja dengan memberikan muatan listrik kepada
partikel abu. Pada sistem electric dust-collector, kemampuan partikel untuk menerima
muatan listrik sangat menentukan efisiensi pengumpulan debu. Kemampuan partikel untuk
menerima muatan listrik, ditentukan oleh perbandingan senyawa yang ada di dalam abu.
Karena itu, kemudahan pengumpulan abu untuk tiap batubara akan berbeda.
5.1.5. Penanganan Abu
Di Jepang, abu yang timbul sebagai akibat proses pemanfaatan batubara ditangani
dengan cara ditimbun atau dimanfaatkan kembali secara efektif sebagai bahan baku semen,
material bangunan, atau material konstruksi sipil. Karena biaya yang dikeluarkan untuk
menangani abu juga tidak sedikit, maka kandungan abu di dalam batubara merupakan
faktor penting yang menentukan besar-kecilnya biaya operasi. Selain itu, karena
pemanfaatan abu juga bergantung kepada ukuran butir abu, komposisi abu, dan jumlah
kandungan zat tak-terbakar dari abu, maka faktor kualitas batubara kembali menjadi sangat
penting. Untuk menimbun abu, terdapat peraturan menyangkut nilai batas kandungan
logam mikro seperti timbal, air raksa (merkuri), krom 6+ dan sebagainya, sehingga hal-hal
tersebut menjadi pokok penilaian yang penting.
5.1.6. Handling
Ukuran butir maksimum untuk batubara boiler yang dipakai pada pembangkit listrik di
Jepang, biasanya bernilai 50 mm atau kurang, dengan kandungan butir halus di pelabuhan
bongkar tak lebih dari 30%.
Permasalahan handling berupa penyumbatan yang sering dihadapi di coal bunker, coal
feeder dan sebagainya, terutama diakibatkan oleh kandungan air ikat (moisture) dan ukuran
butir. Selain itu, hal tersebut juga akan mengakibatkan penurunan performa dari mesin
penggerus (mill).
Secara umum, kandungan air ikat adalah sekitar 7-10%, dan semakin kecil ukuran
butirnya akan semakin mudah menyebabkan penyumbatan. Sebaliknya, bila kandungan air
ikat ini sangat besar, justru akan menyebabkan terjadinya aliran atau bahkan semburan.
Bila kandungan air ikat sedikit, debu (partikel halus) batubara akan beterbangan. Karena
itu, walaupun dalam kontrak jual beli dicantumkan nilai kandungan air, biasanya orang
akan lebih suka kandungan air yang lebih besar daripada yang kurang, dengan tujuan untuk
menghindari hamburan debu batubara. Adakalanya kelebihan kandungan air ini diatur dan
disesuaikan sedemikian rupa melalui perhitungan.
Ukuran butir maksimum untuk batubara kokas adalah 50 mm (2 inch) atau 38 mm (1,5
inch). Selama tidak ada masalah dari segi handling, persentase kandungan butir halus
biasanya tidak diatur secara ketat.
5.2. Proses Pemanfaatan
Besar-kecilnya faktor-faktor yang telah disebutkan di atas, seperti tingkat pembakaran
(combustibility), masalah lingkungan, melekatnya abu dan lain-lain, masih tergantung pula
kepada proses pembakaran yang digunakan. Di Jepang, boiler untuk pembakaran dapat
dibagi menjadi 3 tipe, yaitu: boiler pembakaran batubara halus (pulverized fuel burning
boiler), boiler unggun terfluida (fluidized bed boiler), dan boiler pembakaran Stoker. Dari
ketiga tipe di atas, boiler pembakaran batubara halus adalah yang paling banyak dipakai.
Berikut ini akan dijelaskan sedikit tentang proses yang berlangsung pada tipe pembakaran
batubara halus (pulverized coal firing) dan tipe pembakaran unggun terfluida (fluidized bed
firing).
5.2.1. Pulverized Coal Firing
Pada boiler pembakaran batubara halus, batubara terlebih dahulu digerus dengan mill
hingga berukuran kurang dari 200µm. Setelah itu, batubara halus bersama dengan udara
dimasukkan ke dalam tungku melalui burner. Akibat adanya temperatur yang tinggi di
dalam tungku, maka partikel akan panas dan menyala sambil terbang bersama aliran udara
ke arah aliran belakang. Dalam kondisi seperti itu, temperatur gas dapat mencapai 1600°C.
Panas yang terjadi akibat proses pembakaran lalu diserap melalui pipa air (pipa pendingin)
dan juga bagian penghantar panas konveksi dari pipa penghantar panas yang dipasang di
aliran belakang. Untuk NOx, jumlah yang dihasilkan di dalam tungku dapat dikurangi
dengan cara pembakaran 2 tingkat (two-step firing). Setelah itu, NOx dan SOx diproses
melalui fasilitas penanganan asap buangan yang ada di aliran belakang. Untuk debu-arang,
diambil dengan electric dust collector.
5.2.2. Fluidized Bed Firing
Pada pembakaran fluidized bed, biasanya batubara digerus kasar berukuran kurang
dari 10mm terlebih dahulu sebelum dimasukkan ke dalam tungku. Di dalam tungku,
terbentuk lapisan (bed) yang tersusun dari pasir, abu, batu kapur (limestone), dan
sebagainya. Ke dalam lapisan ini batubara bersama udara pembakaran dikirim masuk dan
dibakar. Panas pembakaran lalu diserap oleh pipa penghantar panas atau oleh bagian
penghantar panas konveksi yang dipasang di dalam bed. Keunikan utama dari sistem
pembakaran ini adalah terjadinya proses desulfurisasi di dalam tungku. Proses desulfurisasi
dilakukan dengan memasukkan batu kapur ke dalam tungku, lalu kandungan S (belerang)
diambil dalam bentuk senyawa CaSO4. Temperatur yang paling sesuai bagi terjadinya
reaksi tersebut adalah sekitar 850°C. Karena itu, temperatur di dalam tungku dijaga agar
berada pada suhu tersebut. Selain itu, karena suhu pembakaran lebih rendah dibandingkan
dengan tipe pulverized-coal firing, maka NOx yang dihasilkan juga relatif lebih sedikit.
Untuk menangani debu-arang, biasanya digunakan bag filter.
Fluidized bed dapat dibagi menjadi 2 jenis. Yang pertama adalah bubbling-type
fluidized bed, dimana kecepatan aliran udara tidak terlalu tinggi, sedangkan yang kedua
adalah circulating fluidized bed, dimana kecepatan aliran udara cukup tinggi dan partikel
berputar-putar di dalam tungku. Di Jepang, terdapat kurang lebih 70 unit fluidized bed
boiler yang beroperasi.
6. Penilaian terhadap Kualitas Batubara
Untuk batubara yang dipakai di Jepang, karena tiap proses pemanfaatan batubara
menuntut adanya batasan-batasan kualitas tertentu, maka penilaian dan evaluasi kualitas
menjadi sangat penting. Selain itu, dalam upaya untuk mengurangi biaya bahan bakar (fuel
cost) dengan memperbanyak pemanfaatan batubara, maka pemakaian pulverized coal
firing boiler dan fluidized bed boiler tipe baru terus digalakkan di Jepang. Dengan upaya
tersebut, hambatan yang dulu banyak ditemui dalam pemanfaatan batubara kini telah
banyak berkurang. Di sisi lain, peraturan hukum yang baru menyangkut masalah
lingkungan sehubungan dengan proses pemanfaatan batubara juga tengah dirancang.
Rancangan peraturan baru yang lebih ketat tersebut, menghendaki adanya penurunan
jumlah NOx dan SOx yang dilepas ke udara, serta peraturan-peraturan baru mengenai
unsur logam mikro berbahaya (hazardous trace metals) dan lain-lain. Dengan demikian,
tuntutan kualitas diperkirakan juga akan berubah di masa mendatang.
Pengembangan Teknik Baru Penilaian Kualitas
Batubara bisa memiliki karakteristik yang jauh berbeda tergantung kepada lokasi
penghasil, brand name, serta metode dan proses preparasi yang dilakukan. Selain itu, tidak
seperti minyak atau gas, batubara adalah produk berbentuk padatan yang sebenarnya belum
merupakan produk yang benar-benar jadi, sehingga pengaturan kualitas dengan cara
blending dan sebagainya masih dimungkinkan, walaupun hanya sampai batas-batas
tertentu. Karena itu, teknik penilaian kualitas batubara menempati posisi yang sangat
penting. Akan tetapi, penilaian kualitas berdasarkan analisis sesuai metode JIS yang ada
sekarang, memiliki beberapa kelemahan:
1. Kondisi pengujian tidak mencerminkan kondisi proses pemanfaatan batubara yang
sebenarnya.
2. Batubara dianggap sebagai zat yang seragam (uniform), walaupun pada kenyataannya
batubara merupakan suatu kumpulan unsur padatan dengan sifat zat, komposisi,
maupun struktur kimia yang berbeda.
Dengan kelemahan-kelemahan seperti di atas, keakuratan hasil analisis yang dilakukan
sebenarnya tidak bisa disebut mencukupi. Untuk mengatasi persoalan tersebut, saat ini
tengah dirancang dan dikembangkan suatu acuan penilaian yang lebih mencerminkan
kondisi proses pemanfaatan batubara.
Salah satu poin penting yang berhubungan dengan faktor lingkungan adalah terjadinya
NOx, dimana penilaian biasanya dilakukan hanya dengan melihat banyak-sedikitnya
kandungan nitrogen di dalam batubara. Akan tetapi, menilai hal tersebut hanya dari jumlah
kandungan nitrogen saja tidak memadai, karena penentuan perilaku pelepasan senyawa
nitrogen pada proses penguraian panas (pirolisis) yang menjadi faktor utama timbulnya
Nox, dan penentuan sifat reaksi oksidasi-reduksinya sulit untuk dilakukan.
Untuk itu, kandungan nitrogen dalam batubara dianalisis secara kuantitatif dalam
bentuk senyawa yang terpisah, yaitu sebagai amine, pyridine, dan pyrrole. Untuk
melakukan penilaian berdasarkan mekanisme pembentukan NOx, dikembangkan pula apa
yang disebut NOx index.
Pada sistem pembakaran batubara halus (pulverized coal firing), terdapat hubungan
antara kandungan nitrogen dengan rasio pengubahan NOx (NOx conversion ratio) [=rasio
perbandingan jumlah kandungan nitrogen dalam batubara yang berubah menjadi NOx],
sehingga penilaian terhadap kemudahan terjadinya NOx tidak cukup hanya dari banyak-
sedikitnya kandungan nitrogen saja.
7. Kontrol Kualitas dalam Produksi Batubara yang sebenarnya
7.1. Penambangan (Kontrol Kualitas Batubara pada Perencanaan Pengembangan
Tambang dan Perencanaan Penambangan)
Perencanaan Pengembangan Tambang
Dalam perencanaan pengembangan tambang batubara, kondisi lapisan batubara dapat
diketahui melalui pengeboran eksplorasi. Selain itu, perlu dilakukan analisis kualitas
terhadap inti (core) pengeboran, yang berguna pula dalam menentukan jumlah cadangan.
Bila menjumpai lapisan batubara dengan ketebalan yang berubah-ubah secara drastis, kita
pun perlu waspada terhadap perubahan kualitas yang mungkin timbul.
Bila terdapat beberapa lapisan batubara yang memungkinkan untuk ditambang, kita
perlu berpikir dengan hati-hati untuk menentukan urutan penambangannya, termasuk di
dalamnya masalah perbedaan kualitas yang mungkin timbul. Bila hal tersebut tidak
dipikirkan, sehingga keseragaman kualitas tidak dapat dijaga setelah penambangan
dilakukan, maka kita dapat kehilangan pembeli, yang berarti juga kelangsungan
perusahaan menjadi terancam.
Perubahan kualitas biasanya terjadi pada area di sekeliling “lapangan batubara” (coal
field).
Perencanaan Penambangan
Dalam beberapa tahun terakhir, bahkan untuk tambang batubara dengan skala produksi
yang kecil, mulai dilakukan upaya untuk memangkas biaya produksi, yang dilakukan
dengan cara mengintensifkan panel penambangan yang ada. Untuk melakukan hal ini,
tentunya perlu dipikirkan terlebih dahulu pengaruh perubahan kualitas yang terjadi pada
satu panel penambangan terhadap kualitas batubara produk secara keseluruhan.
Untuk tambang dalam, sering dijumpai kondisi seperti ini: Di sekitar suatu
patahan/sesar (fault) yang besar, biasanya dijumpai patahan-patahan lain yang lebih kecil.
Karena itu, untuk menjaga kestabilan produksi, diperlukan kemajuan heading yang cukup.
Dengan melakukan channel sampling di lorong gate, kita dapat memprediksi kualitas
batubara yang akan dihasilkan dari panel dan permukaan kerja tersebut. Tentu saja pada
saat penggalian lorong gate, sampling batubara mentah juga dilakukan. Bila terdapat
beberapa permukaan kerja, maka perlu dipikirkan perubahan prosentase perbandingan
batubara yang ditambang dari masing-masing permukaan kerja.
Bila terdapat kondisi khusus, misalnya kualitas yang menyimpang di bagian atap atau
atap yang lunak, maka dilakukan perencanaan dengan selective mining (memasang
penahan berupa roof-ply dan sebagainya).
7.2. Kontrol Kualitas pada Preparasi Batubara
7.2.1. Kontrol terhadap Batubara Mentah
Dalam upaya menjaga kualitas batubara produk maupun keseragaman kualitas produk,
dilakukan pencampuran terhadap batubara mentah. Sebagai alternatif cara ini, dapat pula
batubara dari lokasi penambangan yang berbeda dipreparasi secara terpisah, lalu setelah
menjadi batubara produk, barulah dilakukan pencampuran (blending). Cara manapun yang
hendak dipakai, pada prinsipnya apabila dihasilkan batubara mentah dari lokasi
penambangan yang berbeda-beda kualitasnya, maka batubara mentah tersebut harus
ditangani secara terpisah. Untuk tambang dalam, batubara mentah yang dihasilkan dari tiap
sektor dapat dianggap sebagai 1 satuan, dan disediakan poket batubara untuk tiap satuan
sebagai tempat pengumpulan dan penyimpanan. Selain itu, poket untuk tiap satuan juga
didirikan di luar tambang setelah batubara diangkut keluar, atau di fasilitas penerimaan
batubara di unit preparasi. Dalam pengangkutan batubara hasil penambangan, terutama
saat pergantian pengangkutan pada belt conveyor jalur utama, maka adanya kemungkinan
keterlambatan waktu perlu dipikirkan, dan bila perlu dibuatkan fasilitas cadangan yang
siap berfungsi seandainya masalah benar-benar timbul. Batubara yang masuk ke unit
preparasi batubara, bilamana perlu akan dicampur dengan perbandingan tertentu agar
mendapatkan kualitas yang tepat.
7.2.2. Proses Pengolahan/ Pemisahan
Pertama-tama, dilakukan proses sizing terhadap batubara mentah sehingga diperoleh
ukuran butir yang sesuai untuk masing-masing mesin pengolah. Namun sebelum proses
pengolahan dilakukan, terlebih dahulu dilakukan pengambilan terhadap material asing
yang ikut terbawa dalam tumpukan batubara mentah. Hal ini terutama berlaku untuk
tambang dalam, dimana pecahan dan serpihan berbagai benda dengan bentuk tak teratur
dapat terbawa masuk, sehingga perlu sikap positif dari tiap pekerja untuk melakukan hand
picking manakala ditemukan material asing yang terbawa dalam tumpukan batubara.
Selain itu, pecahan logam dari benda dan material yang dipakai dalam kegiatan
penambangan juga dapat terbawa masuk, sehingga penyediaan fasilitas berupa magnet
catcher juga diperlukan. Karena ada kemungkinan jumlah benda/material asing yang
terbawa cukup banyak, maka akan lebih baik bila tindakan pengambilan material asing ini
dilakukan berulang-ulang dengan membagi proses pemeriksaan menjadi beberapa tingkat.
Akhir-akhir ini, permintaan akan batubara kerakal (bongkahan) hampir tidak ada,
sehingga langsung diremuk/digerus. Bila banyak pengotor berupa batu berbentuk
bongkahan, maka batu tersebut dapat diambil dengan bantuan mesin peremuk seperti
rotary breaker (BFB) atau mesin pemisah media berat (heavy medium separator). Setelah
diproses dengan mesin pemisah media berat, batubara bersih yang diperoleh kemudian
diremuk dan dipergunakan dalam proses penyesuaian ukuran butir (size-adjustment).
Proses pengolahan/ pemisahan batubara halus dilakukan dengan bantuan siklon media
berat (heavy medium cyclone) atau jig dengan memanfaatkan perbedaan berat jenis.
Jig melakukan proses pemisahan berat jenis secara kontinu dengan bantuan denyutan
air. Untuk memisahkan lapisan partikel berberat jenis tinggi dan rendah, bagus tidaknya
struktur alat pemisahan yang dimiliki akan langsung berpengaruh terhadap kualitas
batubara bersih yang dihasilkan. Untuk mendeteksi ketinggian lapisan batu (bed),
dilakukan dengan bantuan float atau tekanan air di ruang pemisahan jig. Penelitian tentang
penggunaan isotop radio dan sebagainya untuk keperluan sejenis telah dilakukan, akan
tetapi masih ditemui hambatan di sana-sini. Yang banyak dipakai adalah float, namun
secara struktur dapat menjadi terlalu besar tergantung kepada ukuran partikel yang
diproses, sehingga posisi kesetimbangannya mudah bergeser. Untuk menghindari adanya
ketidak stabilan ini, telah dibuat berbagai macam bentuk float dengan mempertimbangkan
bentuk (kondisi) batubara mentah. Bila bentuk batubara berubah, misalnya menjadi bentuk
serbuk, maka posisi stabil/kesetimbangan dari float akan ikut berubah, sehingga walaupun
terbentuk pelapisan yang “normal” berdasarkan berat jenis, adakalanya float terdorong ke
atas. Dengan semakin berkembangnya teknologi komputer dan juga kemudahan dalam
melakukan berbagai macam analisis yang populer, maka pendeteksian terhadap kondisi
abnormal juga semakin mudah. Jala-jala pada jig juga bukan hanya sekedar jaring (net)
berlubang, akan tetapi bentuk lubangnya dibuat sedemikian rupa dengan bagian bawah
melebar, sehingga dapat terjadi proses pemisahan yang mulus (smooth). Selain itu,
bermacam-macam cara digunakan untuk mendukung proses pemisahan, misalnya saja
dengan membuat lubang jala-jala secara miring, sehingga batu dapat bergerak lebih mudah.
Di Jepang, biasanya setelah jig dioperasikan secara penuh selama seminggu, maka batuan
yang menumpuk di atas jala-jala diambil, logam yang terkumpul juga diambil, dan lubang
yang tersumbat dibersihkan. Dengan cara itu, performa proses pemisahan jig dapat
dipertahankan.
Pada siklon media berat, serbuk halus magnetit dicampur air menjadi cairan suspensi
media berat yang digunakan dan di-resirkulasi dalam proses pemisahan. Karena siklon
menggunakan gaya sentrifugal untuk melakukan pemisahan, dan bila seandainya ukuran
partikel magnetit terlalu besar, maka perbedaan berat jenis di dalam siklon akan terlalu
besar sehingga proses pemisahan menjadi tidak stabil. Secara ekstrim, pengeluaran produk
yang berberat jenis tinggi (berat) akan tersendat-sendat. Kualitas produk batubara bersih,
ditentukan pula oleh sistem peralatan pengambil serbuk halus magnetit yang melekat pada
produk. Setelah batubara mentah diayak, yang harus dilakukan pertama kali adalah
mengambil batubara mentah berukuran halus. Di sini, faktor yang berpengaruh adalah
banyak-sedikitnya kandungan serbuk halus dalam air pencucian yang juga merupakan air
resirkulasi (recirculating water) serta tinggi rendahnya efisiensi pengayakan.
Karena faktor keausan pada badan siklon sangat berpengaruh terhadap performa
proses pemisahan, maka badan siklon dibuat dari bahan yang tahan aus.
Pada unit preparasi batubara yang ada sekarang ini, adakalanya hasil pengukuran
kandungan abu batubara bersih yang dilakukan dengan alat pengukur yang dapat
memberikan hasil secara cepat dan kontinu (ash monitor) dihubungkan dengan alat
pengatur berat jenis dari cairan media berat, yang dimaksudkan untuk lebih meningkatkan
perolehan (yield) dan pengontrolan kualitas. Akan tetapi, berdasarkan prinsip kerjanya,
penggunaan ash monitor akan efektif apabila kondisi batubara bersih stabil. Karena itu,
perlu dilakukan pengecekan setiap saat antara hasil pengukuran ash monitor dengan nilai
pengukuran abu yang sebenarnya.
Di tambang dalam, material asing yang tercampur ke dalam batubara mentah diambil
dengan bantuan tenaga air melalui proses apung-endap, pengayakan, trapping, dan
sebagainya.
Di dalam proses preparasi batubara, adakalanya ikut tercampur suatu benda yang
dalam keadaan normal tak mungkin bisa terbawa masuk. Karena itu, ada baiknya sewaktu
merencanakan unit preparasi batubara, mendengarkan pula nasihat dan pengalaman dari
teknisi yang sangat berpengalaman di lapangan.
7.2.3. Kontrol terhadap Penyimpanan Batubara Produk
Berdasarkan kenyataan bahwa batubara adalah suatu kumpulan dari mineral yang
beragam, maka untuk mendapatkan kualitas batubara dan kualitas produk hasil yang
seragam, perlu dilakukan pencampuran (blending) dengan metode yang tepat dan
berulang-ulang. Bila hanya memindahkan tumpukan saja, hal ini tidak bisa disebut
blending.Blending dilakukan melalui penumpukan (piling), yang biasanya diwakili oleh
metode Windrow atau Chevron, ditambah proses loading dan pengulangan terhadap bagian
tertentu. Akan tetapi, bila waktu penyimpanan menjadi terlalu lama, maka kondisi batubara
akan menurun. Karena itu, perlu dicari titik temu antara tuntutan pembeli dengan kondisi
batubara hasil blending.
Di sisi lain, batubara dengan umur pembentukan yang relatif muda cenderung mudah
teroksidasi dan penurunan kualitasnya tergolong cepat. Dengan memikirkan kondisi saat
sampai ke tangan end-user (konsumen), maka perlu ditegakkan prinsip FIFO (first-in first-
out). Karena kontrol kualitas batubara produk merupakan aktivitas penambangan itu
sendiri, maka perencanaan penambangan merupakan faktor yang penting.
Aktivitas kontrol kualitas yang dijalankan oleh tambang batubara yang ada di Jepang,
akan diterangkan secara terpisah pada penjelasan tentang kondisi lapangan masing-masing
tambang batubara.