IS.fiN 1410-1998 Prosiding Presentasi IImiah Daur Bahan Bokor NuklirPEBN-BATAN.Jakorta 18-19Maret 1996

RANCANGAN SISTEM PENGOLAHAN BIJIB URANWMASAL RIRANG : HORIZONTAL BELT FILTER

Djoko Wasisto, Mainar Sj.Pusat Pengembangan Bahan Galian Nuklir

ASBTRAK

RANCANGAN SISTEM PENGOLAHAN BIm-I URANrnSM ASAIJ RIRANG : Peral1cangan Hori-zontal BeltFilter telah dilakukan dalam skala laboratorium pada kapasitas pengolal1an 250 g/menit. Hasilperancangan yangdiperoleh yaitu kecepatan penyaringan 0,4 g/cm2 menit, kecepatan tinier belt 100 cm/menit, panjang dan lebar belt125 cm dan 5 em, serta siklus peuyaringa1U1ya 1,25 menit. Dalam operasi alai tersebut memberikan kadar padatan(prodltk) sekitar 77,9 -79,1 %.

ABSTRACT

RIRANG URANlllM ORE PROCESSING SYSTEM DESIGN HORIZONTAL BELT FILTER. Horizontal BeltFilter is one of the solid-liquid separation process equipment. The design of Horizontal Belt Filter have beenconducted for capacity of 250 g In/inute. The result obtained was filtering velocity of 0, 4 g Icm2 minute. The linierbelt speeds 100 cm/minute. The length and width of the belt 125 cm and 5 cm also the filtering cycle of 1,25 minute.The operation of that equipment give result about 77,9 -79,1 % of product cake.

PENDAHULUAN memperolch model aJat filtrasidigunakan dengan sistim kontinyu.

yang dapat

Unit pemisahan fuse padat-cair dalam prosespengolahan bijih uranium merupakan langkahyang cukup penting clan memberikan kontribusibiaya operasi relatif cukup tinggi, sekitar 15-35%1. Pemisahan rase padat-cair adalah prosesmemisahkan padatan clan cairan yang dapatdilakukan dengan cara sedimentasi atau filtrasi.Sedimentasi didefinisikan sebagai pemisahanbagian cair dari padalc'ln dengan membiarkan zatpadat mengenap karena pengaruh gravitasi dalam

tangki pengenap (thickner).

TEORI

Proses Penyaringan (Filtrasi)

Filtrasi adalah proses pemisahan padatan dancairan dengan mengunakan media penyaring yangberpori untuk menahan zat padat tetapi dilewatiolch cairan.

Proses penyaringan merupakan prosespemisahan rase padat cair yang menggunakanmedia penyaring (filter). Proses ini bisamenghasilkan larutan (leach liquor) yang cukupjernih sampai kira-kira 10 ppm. Horizontal BeltFilter adalah salah satu alat filtrasi kontinyuyang terdiri atas dua bagian yang cukup ventingyaknr :

a. Penyaringan (filtrasi)b. Pencucian padatan

Penggunaan tangki pengenap, untuk prosespemisalmn rase padat-cair telah banyak dipelajari.Penggunaan unit ini selain mempunyai hambatan

pada transportasi padatan juga seringmenghasilkan larutan yang tidak memenllhipersyaratan umpan proses pemumian, karenakandungan suspensi padatan dalam larutan yangdihasilkan bervariasi sampai 200 ppm 3. Salah satllaltematif untuk mengatasi mas.1lah tersebllt dialas dapat menggunakan sistem filtrasi. Sistemfiltrasi bisa dilakukan secara carll mallplln

kontinyu.

a. PeIlyariIlgan (filtrasi)

Rumus das.'lr proses penyaringan,menggunakan sistim catu (batch) adalahhubungan antara keccpat-an aliran filtrat yangmclalui padatan (cake) dan media penyaringdiberikan scbagai bcrikut 2 :

dVr PA= dtr ~(av.Wc/A+Rm) (I)

dcngan: Vr = volnme filtrat m3; tr = waktupcmbentukan cake, dt; P = tekanan filtrasi

Pada makalah ini dibahas perancangan Hori-zontal Belt Filter dengan tlljuan untuk

340

Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakor NuklirPEBN-BArAN.Jakarta 18-19Maret 1996

(tekanan vakum), N/m2 ,A = luas mukafiltrasi(m2); ~ = viskositas filtrat, N dtlm2 av =tallanan cake, rata-rata, m/kg , Wc = Massa cake,kg Rm = tahanan kain filter, mol

Jika sebuah Belt Filter yang mempunyai panjangz dan lebar h seksi filtrasi dan pencucian masing-masing zf dan zw, dengan zw = B zf, maka waktufiltrasi terhadap pembentukan cake akan sesuaidengan persamaan berikut :

Neraca massa padatan (cake) =tr = ZtIY

Wc = C. Vr= A.L (l-e) Ys (2)dengan : B = Perbandingan seksi filtrasi daD

pencucianV = Kecepatan linier Belt Filter.

Dengan menganggap tahanan kain filter dapatdiabaikan maka rumus dasar proses filtrasi dapatditulis sebagai berikut:

dengan :C = Konsentrasi padatan = massa

padatan/volumefiltrat, kg/m3.

L = Ketebalan padatan (cake), me = Porositas padatan, %Ys = Densitas padatan, kg/m3

Vr2 =Ktr

"""""""'"

(8)

2PA2 2P (Zr h)2dengan: K = = (9)

avC(3) avC

= Konstante Ruth's, m6/dtdengan KIntegrasi persamaan (3) pada tekanan filtrasikonstan akan diperoleh : Pada proses yang kontinyu, kecepatan aliran

filtrat Qr daD volume filtrat Vr mempunyaihubungan sebagai berikut:L2

avo Ys2 (1-e)2 ---+ (l-e) Ys Rm L =C.P tr2

(4)Qr= V/tr (10)

Dengan menggabungkan persamaan (8), (9) dan(10), maka bisa diperoleh persamaan sebagaiberikut :

Untuk Belt Filter, waktu pembentukan cake, tf =z"v dan di daJam proses yang kontinyu, makaproduksi cake adalah sebagai berikut :

2PZf h2 U

av.C

C.Qr= V L. h(l-e) Ys (5)Qr= (II)=

deugau, U = Porevelocity dari pencucian di dalam

cake, mIdi.

dengan :Zf = Seksi filtrasi, mQf = Kecepatan alir filtrat, m3!dtV = Kecepatan linier Belt Filter, rn/dth = Lebar Belt Filter, m

b.Pencucian padatan ( cake)Kemudian persamaan (4) menjadi

Dengan menganggap bahwa proses pencuciandilakukan pada tekanan vakum yang sarna. makakecepatan pencucian dapat ditulis sebagai berikut :

2 P Zf h. cC.Qf = c (6)

{ av Ys (l-e) L + 2Rm }P z h P (Zw h)2

Qr = = R., av WcDengan menyusun kembali persamaan di alas,maka bisa diperoleh produksi cake.

(12)

2CPzrh

av Ys (l-e)

2 RlnL + av Ys (i-e)

dengan:R., = Tahanan cake, mWe = Massa cake, kgmassa cake, dihitung dengan persamaan sebagai

berikut :C.Qr= (7)

Wc = C. Vr= C.Qr.tr= C.Qr(z,Iv) (13)

341

Prosiding Presentasi Ilmiah Dour Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996

Cara PerhitunganDengan menggabungkan persamaan (11), (12) daD(13) diperoleh persamaan sebagai berikut :

B4Qw= =

2

P Zrh2.V

U av,.(14)

Pembagjan persamaan (14) dengan persamaan (7)memberikan perbandingan kecepatan alirpencucian terhadap filtrat.

Q.JQr= B2/2 (15)

Jika F kapasitas pengolahan (penyaringan) ~harga tf tertentu, maka akan memberi nilai Vtertentu pula sehingga luas muka penyaringanyang diperlukan :

FA = V

Kecepatan linier belt ( V ) berdasarkanpengalaman dati Sepa Pilot Plant Perancisharga V = I -4 m/menit.Sesuai dengan rumus (5) yaitu jumlah cakeyang dihasilkan adalah:Bila R = Wash ratio, yakni jumlah dari void

volume yang digunakan di dalam prosespencucian dan e = cake porosity, maka jumlahvoid volume yang diproses dengan unit waktuadalah v.h.L.e, dengan L = tebal cake. Oleh sebabitu wash ratio diberikan dengan persamaanberikut :

C.Qr = v h L ( 1 -e ) Ys (5)

daD dari rumus (2) Wc = A L (I -e) Ys, atau

Wc= L(I -e)Ys persamaan ini disubsitusikan ke

AR = Q..,I(v.L.h.e) (16)

sehingga neraca massa dari cake menjadi :

Wcpersamaan (5) diperoleh C.Qr = V h --

AHarga Wc/A adalah berat cake kering per satuanluas ditentukan dengan melakukan percobaanlabora-torium untuk mencari hubungan antaracake kering per satuan luas dengan tebal cake,kecepatan filtrasi dan volume cairan yang disaringsetiap siklus penyaringan.

C.Qc= v.L.b (l-e) Ys ...(17)

Persamaan (17) dimasukkan kedalam persamaan(16), menghasilkan pers.1maan berikut :

Perhitungan(18)

Dan penggabungan per&'1maan (18) dengan per-samaan (15) akan menghasilkan persamaanberikut:

Ditentukan kapasitas pengolahan sebanyak15 kg/jam = 250 g/menit. Waktu penyaringan tf =1,25 meDii daD lebar belt = h = 5 cm.

Jika diambil tebal cake(L) = 0,4 cm dari dataper-coba.w diperoleh harga Wc/A = 0,5 g/cm2.

Dengan rumus diatas dihitung kecepatan linierbelt (v)

(l-e) Ys

e.C

2R = ---B2

2(19)

CQr--Wc/A.h

250 g/menit

5 cm x 0,5 g/cm1

= 100 crn/menit.y= =TATA KERJA

PERANCANGAN Horizontal Belt FilterPanjang minimum belt (zr) 100 cm/menit x 1,25meDii = 125 cm Luas daerah penyaringan =panjang x lebar = 125 cm x 5 cm = 625 cm2.

Maka kecepatan penyaringan

F 250 g/menitV = ---= = 0,4 g/ cm2 meRit

A 625 cm2

Jika diambil tebal cake (L) = 0,5 cm dari datapercobaan diperoleh harga Wc/A = 0,66 g/cm2.

Dengan rnmus diat.'1s dihitung kecepatan tinier

belt (v)

Perhitungan perancangan dilakukan denganmenggunakan beberapa asumsi. Caraperhitungan ini hanya terbatas pada daerahpenyaringan, sebab pada prinsipnya daerahpencucian tidak banyak berbeda dengan daerahpenyaringan. Beberapa asumsi sebagai berikut (3):a. Mengabaikan perubah-perubah yang kurang

dominan seperti tahanan kain filter, viskositascairan dan lain-lain.

b. Tekanan pompa vakum konstan.c. Faktor pengalaman dan informasi pihak lain.d. Data diambil dari percobaan laboratorium.

342

Prosiding Presenlasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN.Jakarla 18-/9Marel 1996

BASIL DAN BAHASAN

Dari hasil perhitungan untuk tebalcake 0,5 cmdiperoleh kecepatan belt 76 cm/menit daD tebalcake 0,4 cm diperoleh kecepatan belt 100cm/menit = Im/menit. Dari kedua harga tersebut

kecepatan belt yang dengan Pilot Plant Perancisyaitu an tara 1 -4 m/menit adalah pada tebal cake0,4cm.

Maka hasil perancangan alat Horizontal BeltFilter, dalam skala laboratorium dengan kapasitaspengolahan 250 g/menit ditunjukkan dalamGambar 1 daD Tabel-1Persiapan Bahan

T~~_t.. Hasil perancan~an Horizontal Belt Fil!!-rBijih uranium (residu) sebanyak 30 kg dilindimengunakan H2SO4 dan Mn02 di dalam tangkiber-pengaduk. Pelindian dilakukan padakonsentrasi padatan 50 % dan suhu 60 °Cselama kurang lebih 6 jam. Setelah prosespelindian selesai pulp (slurry) ditampung didalam tangki penampung. Kemudian di buatlarutan floculan superfloc N-IOO dengankonsentrasi 0,5 g/lt, sebanyak kurang lebih 20 It.Sebelum percobaan dimulai dilakukan hal-halsebagai berikut :

.N~I.--JJasil rancan2an/~itunR8/1 Nilai

1.234S6

Kapasitas penyannganKecepatan penyaringanKecepatan linier belt

Panjang Belt FilterLebar Belt Filter~~I.USlJenyarin2an

250 g/menit0,4 g/cm2 menit100 cmlmenit125 cm5cm1,25 menit

Sedangkanhasilpercobaan untuk mengetahui kadarpadatan yang keluar dari Horizontal Belt Filter(produk cake)ditunjukkan dalam tabel-2 berikut :

Tabel-2. Kadar padatan (produk cake) keluar dariHorizontal Belt Filter Percobaan I

a. Nyatakan bahwa motor listrik, pompa cairandan pompa vakum bisa berjalan dengan baik.

b. Tutup semua kran pemasukan dan pengeluaran.c. Basahi kain filtrasi dengan menggunakan air

secara merata.d. Isi tangki pencampur (fiokulan dan pulp) S<'lmpai

permukaan over flow dengan menjalankanagitator setelah permukaan mencapai kuranglebih 30 % dari tinggi tangki.

e. Ketika percobaan filtrasi akan dimulai, isidaerah filtrasi (cloth) dengan slurry (pulp)secara merata dengan ketebalan kurang lebih

O,5cm.

Percobaan II

Selanjutnya untuk menjalmlkan Horizontal BeltFilter dilakukan langkah-langkah sebagai berikut :a. Jalankan pompa vakum dengan membuka kran

secara periahan-lahan.b. Jalankan secara ber5<'lma-5<'lma pemasukan

umpan (pulp) dan pompa flokulan sert.'lmenjalankan Horizontal Belt Filter.

c. Pernasukan umpan (pulp) dilakukan secaraperiodik sebanyakurang lebih 250 g/menit.Padatan diambil secara periodik kurang lebih 10meDii sekali untuk diukur kadar airnya,sedangkan filtrat ditampung pada tangkipenampung untuk digunakan pada prosesberikutnya.

J4J

Pro.fiding Pre.fenta.fi /lmiah Dour Bahan Bokor NuklirPEBN-BArAN. Jakarta 18-/9 Maret 1996

Percobaan III 4. Panjang "Belt Filter"

5. Lebar "Belt Filter"6. Siklus penyaringan

= 125 cm= 5cm= 1,25 menit

UCAPAN TERIMA KASm

Pada kesempatan ini penulis inginmenyampaikan ucapan terima kasih kepada KaBid TPBN yang telah memberikan bimbingan danpengarahan, juga kepada semua pihak yang telahmembantu dalam pelak-sanaan perancangan danuji coba alat tersebut sehingga bisa berjalandengan baik.

DAFTARPUSTAKADari percobaan yang telah dilakukan,terdapat

beberapa kendala antara lain basil filtratpenyaringan agak keruh, hal ini disebabkan olehkain filter (cloth) yang mempunyai pori-poricukup besar, sehingga butiran padatan yangcukup halus bisa melewati kain filter tersebut.Selama operasi juga sering dialami,pada tekananvakum yang maksimum (6.10-2 Pa), kain filterterhenti, sedangkan pulley atau motor listriktetap berjalan (terjadi slip).Untuk menghindari haltersebut perlu diberikan gaya gesek yang cukupbesar antara permukaan pulley daD Belt FilterDengan demikian operasi Horizontal Belt Filterbisa seperti yang diharapkan. Dalam tabel-2, daTipercobaan I sampai dengan III nampak bahwakadar padatan (produk cake) yang keluar dariHorizontal Belt Filter tersebut memberikan basilrata-rata 77,9, 79,1 daD 78,5 %. Sedangkanmenurut simo plant, Perancis, kadar padatanyang dihasilkan sekitar 80 %. Kadar padatan daripercobaan I sampai dengan III masih dibawah 80%.Keadaan ini diakibatkan oleh selama operasisering dialam kendala seperti yang telahdisebutkan diatas, sehingga untllk memperlancaroperasi selama percobaan tersebut dilakukandengan menggunakan tekanan vakum sedikit lebihkecil dari keadaan maksimum. Hal ini dilakukapdengan cara membuka kran buangan, akibatnyakadar padatan yang dihasilkan belum bisamencapai 80 %.

I. MASHUDIYONO ZUCHRI, scientific visit andshort training course of uranium ore processingin France", report, October -December, (1987).

2. PERRY RH., Chemical Engineering HandBook", MC. Graw-Hill, Kogakusha, 3th. edition,(1993).

3. Djoko Wasisto, "Metode perancanganHorizontal Belt Filter pada Pengolahan BijihUranium", Proses Teknologi TPBN -PPBGN-BAT AN, Jakarta, Seminar Nasional TeknologiIndustri VI, Surabaya 27-28 Januari, (1993).

4.MERRIT R.C., "The Extraction Metallurgy ofUranium", Colorado School of Mines ResearchInstitute, Golden, Colorado, U.S.A., (1971).

Tanya Jawab

1. Edy Sulistyono :.Bila dilihat dari rum us kecepatan linier belt

yang dipakai tidak terlihat ukuran porosit.1Sfilter yang digunakan, mohon dapat dijelaskankarena ukuran mesh berapa yang digunakansangat berpengaruh pada kecepatan liniemya.

SIMPULAN

Mainar :.Porositas kain filter tidak mempengaruhi

kecepatan linier belt tetapi berpengaruh padakecepatan filtrasi sesuai persarnaan (I). olehsebab itu pada rumus kecepatan linier beltmemang tidak ada parameter porositas bahanbelt.

.Pemilihan kain filter sesuai dengan bahan yangakan disaring bersifat asam, maka kain filterdipilih yang tahan asam dengan diameter pori <dari butir bahan yang disaring (- 65 mesh).

2. Faizal Riza :.Sampai di mana faktor-faktor pengalaman daD

informasi yang lain dapat dimanfaatkan dalamperancangan alai HBF ini.

Berdasarkan data percobaan laboratorium danasumsi dengan kapasitas pengolahan ditetapkandengan 15kg/jam dantebal 0,4 cm diperoleh ran-cangan model alathorizontal Belt Filter sebagaiberikut:

I. Kapasitas penyaringan = 15 kg/jam.2. Kecepatan penyaringan = 0,4 'l/cm2 mellit3. Kecepatan linier belt = 100 cln/menit

ldd

Prosidi"g Prese"tasi llmiah Daur Baha" Bakar NuklirPEBN-BATAN.Jakarta 18-19Maret 1996

digunakan untuk membantu melengkapi dataperhitungan perancangan.

.Apakah kinerja alat tersebut sudah dapatberjalan dengan baik daD bagaimana dengankendala-kendala pengoperasian HBF ini,mengingat HBF ini cukup rumit. .Belum. Dengan mengadakan sedikit modifikasi

alat tersebut akan dapat berfungsi sesuai denganyang diharapkan.Mainar :

.Penggunaan daTiinformasi pihak lain

345

Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakor NuklirPEBN-BATAN. Jakarta 18-19Maret 1996

346