tugas_jurnal pgm - reduksi pasir besi

7/22/2019 Tugas_jurnal Pgm - Reduksi Pasir Besi

http://slidepdf.com/reader/full/tugasjurnal-pgm-reduksi-pasir-besi 1/7

TUGAS MATA KULIAH PIRANTI GELOMBANG MIKRO

TENTANG

“REDUKSI PASIR BESI MENGGUNAKAN ENERGI

GELOMBANG MIKRO”

Dosen : Ir. Eddy Supriyadi, MT.

Disusun Oleh :

1. Gusari Bagio (12221311)

2. Made Agung Hadi Winaya (12221306)

3. Andre Dwi Nova (12221730)

FAKULTAS TEKNIK INDUSTRI

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO S1 (ANGKATAN V)

JURUSAN TEKNIK TELEKOMUNIKASI

INSTITUT SAINS DAN TEKNOLOGI NASIONAL

2013



REDUKSI PASIR BESI MENGGUNAKAN ENERGI

GELOMBANG MIKRO

ABSTRAK

Pasir besi merupakan sumber bijih besi yang dapat dimanfaatkan untuk memenuhi konsumsi baja di Indonesia.

Dengan adanya proses reduksi pada pasir besi yang cepat serta ramah lingkungan maka sumber daya alam

dapat dimamfaatkan sebaik-baiknya,

Dalam penelitian ini digunakan pasir besi dan batubara. Variable reduksi menggunakan microwave pada

masing-masing input daya 400 Watt, 600 Watt dan 800 Watt serta waktu tinggal reduksi 10 menit, 20 menit dan

30 menit.

Bedasarkan data dari hasil penelitian didapatkan kandungan Fe tertinggi yaitu 75,37% menggunakan daya

Microwave 800 Watt dan waktu tinggal reduksi 30 menit. Dan telah terbentuk paduan besi kasar pada

penggunaan daya 800 Watt.

Kata Kunci: Pasir Besi, Microwave, Reduktor

PENDAHULUAN

Pasir besi merupakan sumber bijih besi yang

banyak di temukan didaerah pantai selatan

Sumatera dan pantai selatan jawa dan mengandung

vanadium dan titan oksida yang cukup tinggi.

Pemanfaatan pasir besi di dalam negeri sampai saat

ini sebagai bahan baku pembuatan semen,

sedangkan pemanfaatannya diluar negeri untuk bahan baku pembuatan besi telah dilakukan sejak

lama yaitu oleh pabrik besi baja di Selandia Baru

dan RRC. Mineralnya berupa titaomagnetite yang

bersifat ferromagnet. Karena kandungan Fe yang

rendah, maka harus dilakukan suatu cara untuk

meningkatkan kandungan Fe dari konsentrat pasir

besi.

Microwave atau gelombang mikro telah lama

digunakan sebagai metode pemanasan. Pemanasan

dengan gelombang mikro mempunyai karakteristik yang berbeda dengan pemanasan konvensional,

karena panas dibangkitkan secara internal akibat

getaran molekul-molekul target oleh gelombang

mikro. Karena karakter gelombang mikro yang

dapat menembus molekul target, maka pemanasan

dengan gelombang mikro berlangsung secara

simultan. Hal ini berbeda dengan pemanasan

konvensional, dimana panas mengalir secara

konveksi atau konduksi. Berbagai penelitian

penggunaan gelombang mikro pada proses

ekstraksi metalurgi secara langsung menunjukkan bahwa gelombang mikro sangat efektif untuk

menunjang proses ekstraksi material.

Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui

pengaruh variasi energi gelombang mikro dan

waktu reduksi pada pasir besi terhadap peningkatan

komposisi Fe serta mengetahui mekanisme proses

reduksi pasir besi besi menggunakan energi

gelombang mikro.

METODOLOGI

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini yaitu

pasir besi yang telah diseparasi magnet dan

batubara yang telah digerus dan dilakukan

pengayakan hingga -70 mesh.



Alat yang digunakan dalam proses reduksi yaitu

Microwave oven 2450 MHz, cawan dengan volume

30 ml dan batu tahan api.

Pada penelitian ini digunakan variabel inputan daya

yang digunakan pada microwave oven dan waktureduksi terhadap konsentrat pasir besi dengan

masing-masing massa pasir besi besi dan batubara

berturut-turut yaitu 10 gram dan 5 gram.

Setelah dilakukan proses reduksi sesuai dengan

variabel-variabel yang sudah ditentukan

selanjutnya dilakukan proses pengujian pada

kandungan konsentrat Fe yang terkandung dalam

konsentrat pasir besi. Pengujian dilakukan dengan

menggunakan alat XRF.

Gambar 1. X-Ray Fluorescence

Dalam pengujian menggunakan XRF didapatkan

berupa kandungan unsur-unsur dalam konsentrat

maupun kandungan oksida yang terkandung dalam

konsentrat pasir besi.

Diagram alir penelitian seperti pada gambar berikut

ini :

Gambar 2. Diagram Alir Penelitian

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil Penelitian

Pengaruh Pemanasan Pasir Besi Menggunakan

Gelombang Mikro.

Pemanasan pada konsentrat pasir dengan

perbandingan 2:1 yaitu masing-masing pasir besi

batubara 10 gram dan 5 gram. Efek gelombang

mikro menggunakan daya 400 Watt, 600 Watt, dan

800 Watt. Temperatur yang dihasilkan pada

masing-masing daya dapat dilihat pada gambar 3.



Waktu(menit)

Gambar 3. Perbandingan temperatur konsentrat

hasil reduksi dan waktu reduksi di berbagai

inputan daya.

Pada grafik perbandingan antara temperatur

konsentrat hasil reduksi dan waktu tinggal dalam proses reduksi pada berbagai inputan daya, dapat

dilihat pengaruh yang ditimbulkan oleh inputan

daya yang diberikan. Inputan daya yang diberikan

analog dengan kenaikan temperatur pada

konsentrat hasil reduksi.

Pada inputan daya 400 Watt dan waktu reduksi 10

menit mengalami kenaikan temperatur yang cukup

signifikan yaitu dari temperatur kamar 27oC naik

menjadi 525oC. Selanjutnya perubahan temperatur

pada waktu tinggal reduksi pada 20 dan 30 menittidak begitu mengalami kenaikan, ini mungkin saja

diakibatkan pada saat penggunaan termocouple ada

kekeliruan.

Inputan daya 600 Watt tidak jauh berbeda dengan

inputan daya 400 watt dengan waktu reduksi yang

sama yaitu 10 menit begitu juga pada saat waktu

reduksi 20 menit berturut-turut yaitu 530oC dan

550oC. Peningkatan Temperatur yang cukup

signifikan baru terjadi pada waktu reduksi selama

30 menit yang mencapai hingga 925oC.

Peningkatan temperatur yang cukup besar terjadi

pada penggunaan inputan daya 800 Watt.

Perubahan dari temperatur kamar yaitu 27oC

berubah hingga 1100oC dengan waktu reduksi

selama 10 menit. Kenaikan temperatur terus

meningkat seiring bertambahnya waktu reduksi

yang diberikan. Waktu reduksi 20 dan 30 menit

dengan inputan daya 800 Watt tidak begitu

mengalami perubahan temperatur yang besar,

berturut-turut yaitu pada temperatur 1400oC dan

1550oC.

Seperti apa yang terlihat pada grafik, temperatur

cenderung meningkat seiring dengan naiknya daya

pada microwave. Pada penelitian ini digunakan

batubara sebagai reduktor dengan ukuran 70 mesh.

Diharapkan dengan kehalusan pada reduktor dapat

mempercepat proses pemanasan pada konsentrat pasir besi.

Dengan melihat temperatur yang dicapai maka

sangat memungkinkan konsentrat pasir besi

mengalami perubahan fasa menjadi paduan besi.

Panas ini timbul akibat pergerakan molekuler pada

kandungan pasir besi. Dapat diperkirakan

kebanyakan molekul pada pasir besi adalah dipol

listrik yang berarti satu sisi memiliki muatan postif

dan satu sisi memilki muatan negatif, dari itulah

molekul akan berputar berusaha mensejajarkan diri

sehingga dapat menimbulkan panas pada pasir besi.

Perubahan Kandungan Fe Pada Konsentrat

Pasir Besi

Berikut ini hasil penelitian berupa data-data hasil

reduksi pasir besi menggunakan reduktor berupa

batubara dapat dilihat perubahan kandungan Fe

pada masing-masing daya Microwave dan waktu

tinggal reduksi.

Waktu(menit)

Gambar 4. Perbandingan persen berat hasil

reduksi dengan waktu reduksi di berbagai inputan

daya

Pada grafik perbandingan antara persentase

kandungan Fe hasil reduksi dan waktu reduksi pada

berbagai inputan daya dapat dilihat perubahan

kandungan Fe cenderung mengalami kenaikan.

Waktu reduksi selama 10 menit pada inputan daya

400 dan 600 Watt tidak begitu berbeda peningkatan

kandungan Fe dari 69,86 % meningkat berturut-

turut menjadi 72,39 % dan 71,94 %. Kesalahan



analisa mungkin saja terjadi pada penggunaan

waktu reduksi selama 20 menit padan inputan daya

400 dan 600 Watt yang justru mengalami

penurunan masing- masing menjadi 71,70 dan

71,42 %. Kesalahan bisa saja terjadi pada saat

preparasi sampel pada pengujian XRF. Kesalahanitu dapat dilihat dari grafik yang menunjukkan

penggunaan waktu reduksi selama 30 menit pada

inputan daya 400 dan 600 watt yang mengalami

kenaikan yaitu berturut-turut menjadi 72,45 dan

73,51 %.

Kenaikan kandungan Fe cukup baik pada

penggunaan daya 800 Watt yang terus mengalami

kenaikan yaitu berturut-turut menjadi 73,07; 74,64;

dan 75,37 %. Ini mungkin terjadi karena dengan

penggunaan daya yang cukup besar dapat

mempercepat kinetika reaksi yang terjadi dalam

konsentrat pasir besi.

Pada gambar 4 merupakan percobaan reduksi

selama 30 menit menggunakan energi gelombang

mikro, dengan komposisi perbandingan pasir besi /

batubara masing 2 : 1 (10 gram Pasir besi dan 5

gram batubara). Dengan peningkatan waktu reduksi

telah terjadi perubahan fase yaitu menjadi paduan

besi karbon.

Gambar 5. Pig Iron

Dari proses ini dapat diperkirakan bahwa

penggunaan microwave dapat mencapai temperatur

diatas titik lebur besi. Sehingga dapat dihasilkan

pig iron dengan kualitas tinggi mencapai diatas

75% Fe.

Mekanisme Reduksi Yang Terjadi

Proses reduksi yang terjadi diperkirakan

berlangsung melalui beberapa tahap secara garis

besar diantaranya sebagai berikut :

1. Difusi gas CO melalui lapisan gas diam

pada permukaan tumpukan partikel besi

dan batubara.

2. Difusi gas CO ke dalam pori makro.

3. Difusi ke dalam pori mikro atau pori-pori

yang ada di dalam pasir besi.4. Reaksi kimia yang terjadi pada antar muka

antara oksida dengan gas reduktor CO,

sehingga oksigen yang terikat berupa

oksida logam terputus dan menghasilkan

produk gas baru yaitu CO2 serta terjadi

pembentukan dan pertumbuhan lapisan

produk reaksi yaitu Fe. Pada fasa ini juga

terjadi akumulasi gas CO dan produk Fe

pada antar muka (pori mikro partikel).

5. Difusi produk gas reaksi (CO2) melalui

jalur yang sama dengan jalur gas reduktor

(CO).

Pembahasan lebih rinci mengenai mekanisme

reduksi yang berlangsung selama proses reduksi

pasir besi di dalam crucible di uraikan sebagai

berikut :

Pertama gas reduktor terbentuk dari beberapa

reaksi yang dapat dituliskan di bawah ini :

C + ½O2 CO (16)

C + CO2 2CO (17)

Kedua gas reduktor yang dihasilkan, yaitu CO akan

berdifusi melalui pori-pori makro sehingga kontak

dengan permukaan partikel pasir besi. Pada

permukaan partikel ini akan terjadi reaksi reduksi

bertahap dan menghasilkan gas baru yaitu CO2

yang akan berdifusi melalui jalur yang sama

dengan jalur gas reduktor. Reaksi-reaksinya dapat

dituliskan dibawah ini :

3Fe2O3 + CO 2Fe3O4 + CO2 (18)

Fe3O4 + CO 3FeO+ CO2 (19)

FeO + CO Fe + CO2 (20)

Berdasarkan reaksi-reaksi tersebut terdapat

kemungkinan bahwa hasil reduksi akan berupa

lapisan-lapisan dari produk. Produk-produk

tersebut secara berurutan dari yang terluar sampai

yang terdalam adalah Fe, FeO, dan Fe3O4.



Kinetika Reduksi

Pengaruh Temperatur

Laju reaksi kimia pada permukaan partikel

dipengaruhi oleh temperatur reduksi. Berdasarkan

energi bebas gibbs yang ditunjukkan pada

persamaan berikut. Maka dapat disimpulkan bahwa

agar reaksi C dan CO2 berlangsung dibutuhkan

temperatur paling rendah 982 K atau 709o C.

C + CO2 2CO ΔGT = 169.008 – 172,192 T (21)

Pada percobaan ini tidak menggunakan parameter

temperatur, tetapi dapat disimpulkan bahwa produk

reduksi makin bertambah dengan seiring naiknya

temperatur. Sesuai dengan persamaan Arhenius

yang menghubungkan laju reaksi dengan kenaikan

temperatur :

k = ko exp(-Q/RT) ( 22)

dimana q adalah energi aktivasi dan ditentukan dari

kemiringan kurva hasil plot antara log k terhadap

1/T dan Ko adalah faktor frekuensi.

Pengaruh Waktu Reduksi

Dari data hasil percobaan dapat disimpulkan bahwa

waktu yang lebih lama akan memberikan

kesempatan CO untuk mereduksi besi oksida lebih banyak, karena gas CO bisa bereaksi dengan besi

oksida yang terdapat dibagian dalam pasir besi.

Dengan demikian persentase Fe akan bertambah

tinggi dengan bertambahnya waktu reduksi hal ini

dapat dilihat pada gambar 4.3. diatas.

Kendala Dalam Proses Reduksi

Diperkirakan gas reduktor banyak terbentuk diatas

permukaan. Dengan demikian dapat dsimpulkan

bahwa pada awal reaksi reduksi banyak terjadi

pada dampel bagian atas. Awal reaksi prosesreduksi ini akan menghasilkan logam Fe dan abu

batubara.

Reduksi berikutnya terjadi pada bagian sampel

yang terletak lebih bawah. Reduksi ini berlangsung

dengan banyknya gas reduktor yang terbentuk dan

gas reduktor yang mampu menembus dari

permukaan. Proses reduksi ini juga menghasilkan

logam Fe dan abu dari batubara.

Pada proses reduksi ini, sebagian besar gas

reduktor terbentuk dari reaksi Bouduard yang

ditunjukkan pada reaksi (6). Gas reduktor mungkin

juga dihasilkan dari pembakaran karbon seperti

ditunjukkan pada reaksi (9).

Gas CO2 untuk reaksi Boudouard berasal dari

produk reduksi sebelumnya dan CO2 yang

menembus dari permukaan. Selain itu, gas CO2kemungkinan berasal dari pembakaran karbon yang

ditunjukkan pada reaksi (10) dan gas CO yang

bereaksi dengan oksigen seperti ditunjukkan pada

reaksi (11).

Setiap proses reduksi menghasilkan logam Fe dan

abu batubara. Semakin dalam proses reduksi dari

permukaan sampel berlangsung, semakin banyak

logam Fe dan abu batubara yang dihasilkan. Hal ini

mengakibatkan semakin sulitnya difusi gas

reduktor secara makro maupun mikro.

Difusi gas reduktor secara makro adalah difusi gas

reduktor dari permukaan sampel menuju sampel

yang terletak lebih bawah. Difusi makro terhambat

karena banyaknya abu yang terbentuk membuat

pori-pori yang terdapat pada sampel menjadi lebih

kecil.

Sedangkan difusi mikro adalah difusi gas reduktor

dari permukaan partikel pasir besi menuju bagian

dalam dari partikel pasir besi. Difusi mikro

terhambat karena logam Fe yang terbentuk pada permukaan partikel pasir besi membuat lapisan

produk sehingga menghalangi difusi gas reduktor.

Dari penjelasan-penjelasan di atas dapat

disimpulkan bahwa proses reduksi pasir besi tidak

berjalan merata. Pasir besi yang terdapat pada

permukaan tereduksi dalam jumlah banyak.

Sedangkan pasir besi yang terdapat pada bagian

yang lebih dalam dari permukaan tereduksi dalam

jumlah yang lebih sedikit.

KESIMPULAN dan SARAN

Kesimpulan

Berdasarkan hasil pengujian dan analisis data yang

telah dilakukan maka dapat ditarik kesimpulan

sebagai berikut :

1. Reduksi pasir besi dapat dipercepat

dengan menggunakan energi gelombang

mikro.

2. Kandungan Fe dalam konsentrat pasir besi

cenderung meningkat seiring dengan



naiknya penggunaan daya pada

mikrowave.

3. Pig Iron dapat diperoleh dari pasir besi

dengan menggunakan microwave.

Saran

1. Untuk penelitian selanjutnya ada beberapa

saran yang dapat diperhatikan :

2. Proses reduksi selanjutnya sebaiknya

menggunakan daya yang lebih besar.

3. Modifikasi pada microwave yaitu

penambahan termocouple sehingga

memudahkan pengukuran temperatur.

4. Penggunaan variabel pada komposisi pasir

besi dan reduktor yang digunakan.

5. Hendaknya lebih memperhatikan preparasi

pada saat pengujian XRF, karena sangat berpengaruh pada hasil komposisi yang

diperoleh.

6. Penggunaan XRD pada proses pengujian

kandungan.

DAFTAR PUSTAKA

1. Hendarto, Arie. “Pemamfaatan Biji Besi

Untuk Industri Baja”, Iptek Voice, The

Sound of Science, 2010.

2. http://politik.kompasiana.com/2010/03/26/

%E2%80%9Cbesi%E2%80%9C-

%E2%80%93-harta-karun-yang-terkubur/

3. http://ip.com/patent/US6277168#

4. Pickles, C. A. “Microwaves In Extractive

Metallurgy Part 1 – Review of

Fundamentals”, Departement of Mining

Engineering, Queen’s University,

Goodwin Hall, Kingston, Ontario, Canada

K7L 3N6. Minerals Engineering 22 (2009)

1102-1111.

5. Haque, Kazi E. “Microwave Energy For

Mineral Treatment Processes – A Brief Review”, CANMET, 555 Booth Street,

Ottawa, Ontario, Canada K1A 0G1,

International Journal Of Mineral

Processing, 57_1999, 1-24.

6. Herdianti, Hedi. Studi Pendahuluan

Reduksi Pasir Besi dengan rduktor

batubara, Tugas Akhir ITB,2007.

7. Takayama,S.,Matubara,A. And

Sano,Saburo,microwave frequency effect

for reduction of magnetite.2008.

8. K. Nagata, R. Kojima, T Murakami, M.

Susa and H. Fukuyama: ISIJ nt., 41

(2001)1316.

9. J. Jimbo, H. Tanaka, T. Sakaguchi and Y.

Kuwata: Kobelco Tech.Rev,.22 (1990),60.

10. T. Coetsee,P.C. Pistorius and E.E. deVilliers: Miner. Eng., 15(2002),919.

11. T. Harada, H. Tanaka and H. Sugitatsu:

Kobe Steel Eng.,Rep., 51(2001),23.

12. Y. Sawa,T. Yamamoto,K.Takeda and H.

Itaya: Itaya: ISIJ int.,41(2001),S17.

13. K.Takeda: Kinzoku, 75 (2005),547.

14. Kelly, R. A., and Rowson, N.A.

“Microwave Reduction of Oxidised

Ilmenite Concentrates”, School of

Chemical Engineering, The University of

Birmingham, Birmingham BT15 2TT,

UK. Mineral Engineering, Vol. 8, No. 11,

pp 1427-1438, 1995.

15. M. A. M. Kharaisheh, T.J.R. Cooper and

T. R. A Magee: J. Food Eng.,33

(1997),207

16. A. Idris,K. Khalid and W. Omar: Appl.

Therm.Eng.,24(2004),905

17. W. H. Sutton: Ceram. Bull., 68

(1989),376.

18. Roy, R. Peelamedu, l. Hurtt, J. Cheng and

D. Agrawal: Matel.Res.

Innovate.,6(2002),128.

19. N. Standish and W. Huang: ISIJ Int., 31

(1991),241

20. 2S. Zhong, H. E. Geotsman and R. L.

Bleifuss: Miner. Metall. Process., 300

(1996),174.

21. K. Nagata, K> Ishizaki and T. Hayashi:

Proc. Of the 5th japan-BrazilZymp. On

Dust Processing Energy Enviroment in

Metallurgical industries,1, (2004),617.

22. J. Chen, L. Liu, J. Zeng, R. Ren and J.

Liu: Iron steel, 39 (2004),1.23. K. Morita, M. Guo, N. Oka and N. Sano:

J. Mater. Cycles wastemanag., 9 (2002),

93.

24. T. Uslu, T. Atalay and A. I. Arol. Effect of

microwave heating on magnetic separation

of pyrite. Colloids and Surfaces A:

Physicochem. Eng. Aspects 225 (2003)

161_/167

http://politik.kompasiana.com/2010/03/26/%E2%80%9Cbesi%E2%80%9C-%E2%80%93-harta-karun-yang-terkubur/



http://ip.com/patent/US6277168#




http://ip.com/patent/US6277168#

tugas_jurnal pgm - reduksi pasir besi

Documents