makalah pencucian dan desulfurisasi
DESCRIPTION
DesulfurisasiTRANSCRIPT
BAB I
PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang
Pada proses penambangan batubara, batubara mentah tidak disarankan
langsung digunakan. Perlu adanya suatu proses pengolahan salah satunya adalah
proses pencucian. Dalam proses penambangan batubara mentah masih banyak
terdapat zat-zat pengotor seperti sulfur, lumpur, kayu, dan logam. Maka dari itu
diperlukan proses pencucian selain untuk membersihkan batubara dari zat-zat
pengotor tersebut juga berfungsi sebagai penambah kualitas dari batubara.
Di dalam proses pencucian terdapat proses dimana batubara akan
dipisahkan berdasarkan kualitas yang diinginkan berdasarkan demand dari
konsumen.
Pencucian batubara ialah usaha yang dilakukan untuk memperbaiki
kualitas batubara, agar batubara tersebut memenuhi syarat penggunaan tertentu
atau sesuai dengan permintaan pasar. fasilitas pencucian ini dinamakan dengan
“Coal Preparation Plant” yang membersihkan batubara dari pengotor-
pengotornya. Pengotor batubara dapat berupa pengotor homogen yang terjadi di
alam saat pembentukan batubara itu sendiri, yang disebut dengan inherent
impurities, maupun pengotor yang dihasilkan dari operasi penambangan itu
sendiri yang disebut extraneous impurities.
Batubara dari ROM (Rune Of Mine) terdiri dari dua kategori yaitu ;
batubara bersih dan batubara kotor. Masing-masing kategori dilakukan pereduksi
ukuran atau peremukan sedangakan batubara kotor dilanjutkan dengan proses
pencucian. Pencucian sangat tergantu pada batubara yang mengandung material
pengotor berupa tanah, parting, dan kapasitas peralatan pengolahan serta
perawatannya.
Karakteristik batubara dan impurities yang utama ditinjau dari segi
pencucian secara mekanis ialah komposisi ukuran yang disebut size consist,
perbedaan berat jenis dari material yang dipisahkan, kimia permukaan, friability
relatif dari batubara dan impurities-nya serta kekuatan dan kekerasan dalam
proses pencucian batubara untuk memisahkan dari mineral pengotor, dipakai
berbagai jenis peralatan konsentrasi berdasarkan sifat-sifat batubara dari minera
pengotor. Perbedaan tersebut berupa sifat fisik atau mekanik dari butiran tersebut,
seperti halnya berat jenis, ukuran, warna, gaya sentripetal, gaya sentrifugal,
ataupun desain peralatan itu sendiri. Untuk menentukan kesesuaian alat yang
digunakan dalam mencuc batubara syarat yang diperlukan adalah ukuran butir
dari batubara yang akan dicuci, spesifik gravity dan kapasitas produksi yang
digunakan.
BAB II
PEMBAHASAN
II.1 Pengertian Pencucian Batubara
Pencucian batubara ialah usaha yang dilkakukan untuk memperbaiki
kualitas batubara, agar batubara tersebut memenuhi syarat penggunaan tertentu
atau sesuai dengan permintaan pasar dengan cara membersihkan batubara dari
pengotornya (Nukman,2009). Pengotor batubara dapat berupa pengotor homogen
yang terjadi di alam saat pembentukan batubara itu sendiri, yang disebut dengan
Inherent Impurities, maupun pengotor yang dihasilkan dari operasi penambangan
itu sendiri, yang disebut extraneous impurities.
II.2 Macam-Macam Alat Pencucian Batubara
1. Jig
Pencucian dengan alat ini didasarkan pada perbedaan spesific gravity.
Proses yang dilakukan Jig ini adalah adanya stratifikasi dalam bed sewaktu
adanya air hembusan. Kotoran cenderung tenggelam dan batubara bersih akan
timbul di atas.
Basic jig, Baum jig sesuai digunakan untuk pencucian batubara ukuran
besar, walaupun Baum Jig dapat melakukan pencucian pada batubara ukuran
besar tetapi lebih efektif melakukan pencucian pada ukuran 10 – 35 mm
dengan spesifik gravity 1,5 –1,6. Modifikasi Baum jig adalah Batac jig yang
biasa digunakan untuk batubara ukuran halus.
Untuk batubara ukuran sedang, prinsipnya sama yaitu pulsing (tekanan) air
hembusan berasal dari samping atau dari bawah bed. Untuk menambah bed
atau mineral keras yang digunakan untuk meningkatkan stratifikasi dan
menghindari percampuran kembali, mineral yang digunakan biasanya adalah
felspar yang berupa lump silica dengan ukuran 60 mm.
2. Dense Medium Separator (DMS)
Dense medium ini juga dioperasikan berdasarkan perbedaan spercific
gravity. Menggunakan medium pemisahan air, yaitu campuran magnetite dan
air. Medium campuran ini mempunyai spesific gravity antara batubara dan
pengotornya. Slurry magnetite halus dalam air dapat mencapai densitas relatif
sekitar 1,8 ukuran batubara yang efektif untuk dilakukan pencucian adalah 0,5
– 150 mm dengan Spesifik gravity 1,3 – 1,9 type dense-medium separator
yang digunakan dapat berupa bath cyclone dan cylindrical centrifugal. Untuk
cylinder centrifugal separator digunakan untuk pencucian batubara ukuran
besar dan sedang.
Dense medium cyclone bekerja karena adanya kecepatan dense medium,
batubara dan pengotor oleh gaya centrifugal. Batubara bersih ke luar menuju
ke atas dan pengotornya menuju ke bawah. Gambar 2 menunjukkan contoh
dense medium bath dan dense medium cyclone. Faktor penting dalam operasi
berbagai dense medium sistem didasarkan pada magnetite dan efisiensi
recovery magnetite yang digunakan lagi.
3. Hydrocyclone
Hydrocyclone adalah water based cyclone dimana partkel-partikel berat
mengumpul dekat dengan dinding cyclone dan kemudian akan ke luar lewat
cone bagian bawah. Partikel-partikel yang ringan (partikel bersih) mennuju
pusat dan kemudian ke luar lewat vortex finder. Diameter cyclone sangat
berpengaruh terhadap efektifitas pemisahan. Kesesuaian ukuran partikel
batubara yang akan dicuci adalah 0,5 – 150 cm dengan spesifik gravity 1,3 –
1,5
4. Concentration Tables
Proses konsentrasi table adalah konsentrasi dengan meja miring terdiri dari
rib-rib (tulang-tulang) bergerak ke belakang dan maju terus menerus dengan
arah yang horisontal. Partikel-partikel batubara bersih (light coal) bergerak ke
bawah table, sedangkan partikel-partikel kotor (heavy partical) merupakan
partikel yang tidak diinginkan terkumpul dalam rib dan bergerak ke bagian
akhir table.
Batubara ukuran halus dapat dicuci dengan alat ini secara murah tetapi
kapasitasnya kecil dan hanya efektif untuk melakukan pencucian pada
batubara dengan spesific gravity lebih besar 1,5 dengan ukuran partikel
batubara yang dicuci 0,5 – 15 mm.
5. Froth Flotation
Froth Flotation merupakan metode pencucian batibara yang banyak
digunakan untuk ukuran batubara halus. Froth flotation cell digunakan untuk
membedakan karakteristik permukaan batubara. Campuran batubara dan air
dikondisikan dengan reagen kimia supaya gelembung udara melekat pada
batubara dan mengapung sampai ke permukan, sementara itu partikel-partikel
yang tidak diinginkan akan tenggelam. Gelembung udara naik ke atas melalui
slurry di dalam cell dan batubara bersih terkumpul dalam gelembung busa
berada di atas. Kesesuaian ukuran butir batubara yang dicuci < 0,5 mm dengan
spesifik gravity 1,3.
II.3 Tahap-Tahap Pencucian Batubara
Proses pencucian batubara pada washing plant dapat diuraikan sebagai berikut :
1. Tahap preparasi
Tahap preparasi umpan (persiapan umpan) pada pencucian perlu dilakukan
dengan tujuan :
a. memperoleh ukuran butir yang cocok dengan desain peralatan pencucian
b. supaya kotoran mudah terliberasi dari tubuh batubara.
Dalam tahap preparasi kegiatan yang dilakukan pemisahan Raw Coal kasar (+75
mm) pemisahan raw coal kasar ini terjadi di Chain Conveyor yang dibawahnya di
pasang grizzly yang berukuran 75 mm.
2. Tahap Pra Pencucian
Tujuan dari tahap ini adalah menghilangkan material pengotor yang melekat
pada batubara dan mengurangi batubara yang berukuran -0,5 mm.
Dalam tahap pencucian kegiatan yang dilakukan meliputi :
a. Prewetting (pembahasan awal)
b. Descliming
3. Tahap Pencucian dan Pengurangan Kandungan Air
Tahap pencucian ini terjadi di dalam baum jig dan hydrocyclone
a. Baum Jig
Batubara pretreatment yang berukuran -75 mm dialirkan ke baum
jig melalui lubang umpan (jig fedd sluice). Pada baum jig, umpan
mengalami konsentrat gaya berat, sehingga diperoleh tiga macam produk
yaitu :
1. Batubara tercuci
Batubara tercuci hasil konsentrasi gaya berat berukuran -75 mm +
0,5 mm diteruskan ke dalam static screen dan double deck vibrating
screen untuk dikurangi kandungan airnya, serta dilakukan pemisahan
ukuran partikelnya. Double deck vibrating screen mempunyai lubang
bukaan sebelah atas 5 mm dan lubang bukaan sebelah bawah 0,5 mm,
sehingga terjadi pemisahan ukuran batubra tercuci setelah melewati
double deck vibrating screen sebagai berikut :
a). batubara tercuci ukuran -75 mm + 5 mm
Batubara tercuci ukuran -75 mm + 5 mm ini diangkut oleh belt
conveyor.
b). Batubara tercuci ukuran -5 mm + 0,5 mm
Batubara tercuci ukuran -5 mm + 0,5 mm ini dibawa oleh belt
conveyor dan selanjutnya bersama produk kasat di bawa ke
storage.
c). Batubara tercuci ukuran -0,5 mm
Batubara tercuci ukuran -0,5 mm ini ditampung pada dua
macam sumuran (sump). Untuk yang lolos dari descliming
screen ditampung effluent sump, sedangkan yang lolos dari
sizing screen ditampung pada main sump. Batubara yang masuk
ke effluent sump, bersama-sama dengan air dipompakan ke
effluent cyclone dan yang masuk ke main sump dipompakan ke
classifying cyclone untuk kemudian diproses lebih lanjut pada
unit pencucian berikutnya.
2. Produk menengah (middling)
Produk menengah dari baum jig diangkut dengan elevator A. dan
ditumpahkan ke dalam bak penampung kotoran (discard bin)
3. Batuan pengotor (Discard)
Batuan pengotor dari pengotor produk baum jg diangkut dengan
elevator B yang kemudian ditumpahkan ke dalam discard bin. Selanjutnya
produk menengah dan produk pengotor ini dibuang ke tempat
pembuangan dengan alat angkut truck.
c. Hydrocyclone
Umpan (feed) dari hydrocyclone berasal dari effluent sump dan
main sump. Material yang masuk ke dalam hyrocylone tersebut akan
mengalami konsentrasi gaya karena adanya gaya sentrifugal yang terjadi di
dalam cyclone, sehingga akan menghasilkan produk limpahan atas
(overflow) dan produk limpahan bawah (under flow). Limpahan bawah
tersebut selanjutnya akan menjadi umpanm pada slurry screen.
Produk limpahan atas dari hydrocyclone selanjutnya diproses pada
peralatan sebagai berikut :
1. Head box
Pada head box produk limpahan atas dari cyclone tersebut terbagi lagi
menjadi dua macam produk, yaitu produk limpahan atas dari head box
yang dipompakan lagi pada lounder untuk dipakai pencucian kembali dan
produk limpahan bawah yang selanjutnya dialirkan ke thickener.
2. Bak pengendap (thickener)
Over flow dari cyclone dialirkan ke bak penampungan (thickener).
Material yang masuk ke thickener merupakan material pengotoryang telah
bercampur membentuk lumpur, walau pada kenyataannya masih banyak
produk batubara umuran 0,5 mm yang terbawa bersama kotorannya.
Didalam thickener dengan bantuan flocculant terjadi proses pengendapan.
II.4 Desulfurisasi
Desulfurisasi batubara meruakan suatu proses penurunan kadar sulfur dari
batubara. Kandungan sulfur tersebut dapat menyebabkan pencemaran lingkungan,
menyebabkan kerusakan dan memperpendek umur dari alat produksi. Agar
batubara dapat dimanfaatkan lebih banyak sebagai bahan bakar maka dilakukan
proses penurunan kadar sulfur yang biasanya disebut dengan proses desulfurisasi.
Desulfurisasi batubara dibutuhkan tidak hanya untuk meminimalkan pencemaran
lingkungan yang diakibatkan emisi dari sulfur oksida selama pembakaran
batubara, tetapi juga untuk meningkatkan kualitas batubara.
Berdasarkan prosesnya, desulfurisasi batubara dapat dilakukan dengan
metode kimia, fisika dan biologi. Metode fisika terbatas hanyak dapat mereduksi
jenis sulfur anorganik dalam batubara, sedangkan sulfur organik tidak dapat
direduksi, kecuali bila dilakukan pada suhu yang sangat tinggi maka sulfur
organik memungkinkan juga untuk direduksi. Sedangkan metode kimia dan
biologi dapat mereduksi baik sulfur anorganik maupun sulfur organik dalam
batubara, hanya saja metode biologi menggunakan bantuan mikroba yang bekerja
pada suhu rendah sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mereduksi sulfur relatif
lama dari metode kimia.
II.5 Desulfurisasi Secara Fisika
Beberapa teknologi desulfurisasi secara fisika antara lain :
A. Pemisahan Magnet
Dalam proses pemisahan magnet (magnetic separation) dilakukan atas
perbedaan muatan listrik (paramagnetik) bahan dalam campuran. Sulfur dalam
bentuk pirit (FeS2) memiliki sifat paramagnetik, dapat melekat pada magnet
sehingga dapat dipisahkan dari campuran batubara. Metode ini sangat
sederhana, sebab tidak memerlukan bahan-bahan aditif dan pereaksi kimia,
hanya membutuhkan power untuk menggerakkan magnetdan mengalirkan
bahan batubara. Namun metode ini agak sulit mereduksi abu batubara
khususnya jenis abu yang mengandung logam-logam diamagnetik sehingga
fixed carbon dan nilai kalor sulit dipertahankan.
B. Kolam Flotasi
Proses flotasi berlangsung pada suatu sistemyang terdiri dari tiga fasa
yaitu fasa gas, caira, dan padat yang saling berinteraksi sedemikian rupa
(dengan tambahan flotation agent) sehingga terjadi pemaisahan aantara
komponen hidrofobik (anti air) dan komponen hidrofilik (suka air) Suatu
partikel yang akan dipisahkan (diapungkan) dalam sistem flotasi, biasanya
digunakan media pengangkut berupa gelembung udara. Partikel ini berukuran
halus, bersifat hidrofobik atau dibuat hidrofobik oleh kolektor (surfaktan)
dapat melekat pada permukaan gelembung udara dengan adanya gaya adhesi.
Untuk memudahkan pemisahan dan flotability, biasanya ditambahkan
flotation agent berupa kolektor ke dalam sistem flotasi, berfungsi sebagai
surfaktan dimaksutkan untuk menurunkan tegangan antara permukaan antara
partikel padat-udara, penurunan tegangan tersebut menyebabkan peningkatan
gaya adhesi antara partikel padat dengan permukaan gelembung udara.
Sehingga partikel padat mudah terflotasi dengan gelembung udara.
C. Flokulasi Selektif
Metode ini dikembangkan untuk meningkatkan efisiensi pengurangan
kadar sulfur dari batubara dengan kolom flotasi konvensional. Prinsip
pemisahan adalah dengan penambahan reagent flokulan kedalam kolom flotasi
yang secara selektif mampu membentuk flok batubara sehingga meningkatkan
efisiensi pemisahan.
II.6 Desulfurisasi Secara Biologi
Beberapa teknlogi desulfurisasi secara biologi antara lain :
A. Desulfurisasi Menggunakan Mikroba
Beberapa industri batubara mengembangkan teknik ini dengan
menggunakan campuran kultur alga dan bakteri yang mempunyai kemampuan
untuk mengoksidasi sulfur anorganik dan organik dalam batubara. Ada tiga
jenis bakteri yang biasa digunakan untuk bioksidasi sulfur dalam pirit, yaitu
Meshophiles (Thiobacillus Ferrooxidans), Thermophiles dan Exterm
Thermophiles (Acidanius Brierleyl dan Metallosphaera Sedula).
Bakteri ini menggunakan reaksi oksidasi pirit sebagai sumber energi
Oksidasi Fe+2 dan S-2 menjadi Fe+3 dan SO4 -2 berdasarkan reaksi berikut
(Thomas,1995) :
4FeS2 + 15O2 + 2H2O 4Fe+2 + 8SO4-2 + 4H+
Total sulfur yang dapat direduksi dengan metode desulfurisasi mikroba diatas mencapai 97%. Namun banyak variabel yang sangat peka dan harus dikontrol ketat seperti pH dan suhu (Andrews and Maczuga, 1984). Jenis mikroba Brevibacterium sp.DO Pseudomonas aeruginosa OS1 juga bisa digunakan untuk desulfurisasi batubara, khususnya jenis sulfur organik.
B. Desulfurisasi Kombinasi Metode Flotasi dan Mikroba
Metode ini menggunakan bakteri besi (iron bacteria) yang berfungsi sebagai
katalis untuk mengoksidasi sulfur pirit. Secara konvensional proses
desulfurisasi batubara dengan mikroba ini memerlukan waktu lama (sekitar 1
minggu) untuk memisahkan sulfur dari batubara secara efektif, namun
kombinasi metode flotasi dan leaching dengan menggunakan mikroba sebagai
katalis, waktu pemisahan bisa dipercepat. Secara konvensional proses leaching
sulfur pirit dalam batubara dengan katalis bakteri besi berlangsung sebagai
berikut :
2FeS2 + 7O2 + 2H2O 2FeSO4 + 2H2SO 4
2FeSO4 + ½ O 2 + H2SO4 Fe2(SO4)3 + H2O
FeS2 + Fe2(SO4)3 3FeSO4 + 2S
2S + O2 + 2H2O 2H2SO4
II.7 Desulfurisasi Secara Kimia
Beberapa teknlogi desulfurisasi secara kimia antara lain :
A. Desulfurisasi Menggunakan Etanol
Metode ini efektif untuk mengurangi sulfur anorganik dan sulfur organik
dalam batubara, telah dikembangkan sampai tahap pilot plant dengan proses
alir (continous process). Jenis reaktor yang digunakan berupa fluidized bed
dan moving bed.
B. Desulfurisasi Dengan Oksidasi Selektif
Proses desulfurisasi dilakukan dalam reaktor fluidisasi pada suhu antara
650–800ᴼF dengan menggunakan uap dan udara. Proses yang dikembangkan
oleh Battle Columbus Devision mampu mengurangi kadar sulfur total sebesar
95% dengan kehilangan panas rata-rata sebesar 15%. Gas SO2 yang
dihasilkan proses ini kemudian diproses lebih lanjut dalam unit DeSOx. Oleh
Palmer et al (1994) melakukan desulfurisasi batubara menggunakan oksidasi
selektif dengan campuran pereaksi hidrogen peroksida dan asam asetat yang
akan membentuk asan peroksi asetat secara in situ. Kelebihan pereaksi ini
mampu mereduksi semua kandungan sulfur anorganik dan sebagian sulfur
organik dalam batubara.
C. Desulfurisasi Menggunakan Asam Sulfonat Triflorometan (TFMS)
Metode ini menggunakan pelarut organik (toluena) dan asam sulfonat
triflorometan (TFMS) sebagai katalis. Metode ini dikembangkan hanya untuk
mengurangi kadar sulfur organik yang sulit dipisahkan dengan metode
konvensional. Proses desulfurisasi dilakukan dalam reaktor slury pada suhu
sekitar 200ᴼC. Pada konsentrasi TFMS 45,2 % mmol/g batubara diperoleh
tingkat desulfurisasi 48,7%.
D. Desulfurisasi Menggunakan Larutan Barium Klorida
Metode ini umumnya hanya efektif untuk menghilangkan sulfur anorganik
terutama pirit, berdasarkan reaksi sebagai berikut :
FeS2 + 2BaCl2 + 22H2O 2BaSO4 + FeCl2 + 14H2O +7H2
Reduksi sulfur organik tidak efektif dengan pereaksi ini karena BaCl2
merupakan oksidator lemah. Disamping itu, sulitnya pemisahan endapan
BaSO4 yang terbentuk diproses ini menjadi problem lain sehingga metode ini
kurang dikembangkan.
E. Desulfurisasi Menggunakan Oksidator Besi Sulfat atau Besi Klorida
Metode ini cukup efektif untuk mengurangi kadar sulfur khususnya sulfur
anorganik (pirit) dalam batubara. Prinsip utama desulfurisasi ini adalah
dengan meggunakan reaksi oksidasi-reduksi. Keuntungan proses ini adalah
larutan Fe2(SO4)3 memungkinkan direcovery untuk di reuse sehingga bisa
menghemat biaya produksi, tetapi laju reaksinya relatif lambat pada suhu
kamar
FeS2 + Fe2(SO4)3 3FeSO4 + 2S
2S + O2 + 2H2O 2H2SO 4
2FeSO4 + O2 + H2SO4 Fe2(SO4)3 + H2O
Demikian juga menggunakan oksidator besi (III) klorida memungkinkan
mereduksi sulfur anorganik dalam batubara, dengan suhu reaksi berkisar 120-
150ᴼC.
F. Desulfurisasi Menggunakan Pereaksi Asam H2O2 / H2SO4, HCL dan HNO3
Pereaksi asam HCl, HNO3 dan H2O2/H2SO4 terbukti dapat mereduksi
sulfur dalam batubara high sulphur pada suhu reaksi 80ᴼC. Larutan hidrogen
peroksida, H2O2 yang diencerkan kedalam larutan encer H2SO4 0,1 N secara
kimia bereaksi dengan material sulfur yang terkandung dalam batubara.
Reaksi ini berlangsung dalam suasana asam, dimana hidrogen peroksida
mengoksidasi mineral-mineral sulfida (dalam bentuk pyrit) yang dapat
digambarkan dengan reaksi berikut :
FeS2 + 7/2 O2 + H2O Fe2+ + 2SO42- + 2H+ (1)
Fe2+ + 1/4 O2 + H+ Fe3+ + 1/2 H2O (2)
Fe3+ + 3H2O Fe(OH)3 + 3H+ (3)
FeS2 + 15/4 O2 + 7/2 H2O 2H2SO4 + Fe(OH)3 (4)
Persamaan reaksi (1) menunjukkan oksidasi dari kristal pirit oleh oksigen,
persamaan reaksi (2). menunjukkan oksidasi dari ferrous iron (Fe2+) menjadi
Ferric iron dan persamaan reaksi (3). menunjukkan hidrolisis ferric iron dan
pengendapannya menjadi besi hidroksida Fe(OH)3. Bila ketiga persamaan
tersebut dijumlah akan memberikan hubungan stokiometri secara menyeluruh
seperti pada persamaan reaksi (4).
DAFTAR PUSTAKA
Marthen, Mery. 2014. “Desulfurisasi Batubara Secara Kimia Dengan Solvent
Leaching Method Menggunakan H2O2 dalam Larutan H2SO4”. Program Studi
Teknik Kimia, Universitas Fajar. Makassar.