1
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Di dalam dunia pertambangan, terdapat tiga bagian besar bahan galian atau bahan tambang, antara lain : bahan galian logam, bahan galian energi, dan bahan galian industri. Bahan galian yang termasuk ke dalam bahan galian logam antara lain emas, perak, besi, alumunium, dan lain lain. Bahan galian yang termasuk ke dalam bahan galian energi antara lain batubara, minyak bumi, gas alam, panas bumi, dan lain – lain, dan yang terakhir bahan galian yang termasuk ke dalam bahan galian industri antara lain pasir, batu – batu mulia, dan lain - lain. Industri pengolahan bahan galian tambang saat ini diprediksi akan mengalami peningkatan. Hal itu dikarenakan adanya Undang – Undang baru tentang pertambangan dimana intinya menyatakan bahwa bahan tambang yang telah ditambang wajib diolah dahulu di dalam negeri sebelum diekspor. Salah satu metode pengolahan bahan tambang adalah metalurgi. Metalurgi sesuai dengan namanya merupakan suatu proses pengolahan bahan galian dimana hanya difokuskan untuk logam atau bijih saja. Secara umum
metalurgi
dibagi
menjadi
2
bagian,
yaitu
:
pirometalurgi
dan
hidrometalurgi. Makalah ini akan lebih difokuskan membahas mengenai pirometalurgi beserta alat – alat yang digunakan dalam proses tersebut.
1.2 Maksud dan Tujuan 1.2.1Maksud Maksud dari pembuatan makalah ini adalah selain untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah metalurgi umum juga menambah pengetahuan khusus mengenai proses pirometalurgi. 1.2.2Tujuan Tujuan dari pembuatan makalah ini adalah untuk lebih mengetahui mengenai proses pirometalurgi dan peralatannya.
BAB II 1 ISI 2.1 Metalurgi
2
2.1.1 Definisi Metalurgi adalah
ilmu,
seni,
dan
teknologi
yang
mengkaji
proses
pengolahan dan perekayasaan mineral dan logam. Yang termasuk ke dalam metalurgi antara lain : Pengolahan Mineral (Mineral Dressing) Ekstraksi Logam/Metalurgi Ekstraksi Proses Produksi Logam (Metalurgi Mekanik) Perekayasaan Sifat Fisik Logam (Metalurgi Fisik) 2.1.2Sejarah Sejarah
ilmu
metalurgi
diawali
dari
teknologi
pengolahan
hasil
pertambangan. Logam yang pertama kali diolah secara metalurgi adalah emas, karena dapat di temukan secara bebas (tidak terikat dengan senyawa lain) walaupun dalam jumlah yang kecil. Sejumlah kecil emas ditemukan telah digunakan di gua-gua di Spanyol pada masa Paleolitikum, sekitar 40.000 SM. Selain emas, logam – logam yang juga sering diolah (dalam jumlah terbatas) antara lain : perak, tembaga, timah dan besi meteor. Senjata Mesir yang dibuat dari besi meteor pada sekitar 3000 SM dikenal sangat kuat sehingga disebut sebagai "belati dari langit". Dengan pengetahuan untuk mendapatkan tembaga dan timah dengan memanaskan
bebatuan,
mendapatkan logam
serta
paduan yang
mengkombinasikan tembaga dan timah untuk dinamakan
sebagai perunggu,
teknologi
metalurgi dimulai sekitar tahun 3500 SM pada masa Zaman Perunggu. Ekstraksi besi dari bijihnya ke dalam logam yang dapat diolah jauh lebih sulit. Proses ini tampaknya telah diciptakan oleh orang-orang Hittit pada sekitar 1200 SM, pada awal Zaman Besi. Rahasia ekstraksi dan pengolahan besi adalah faktor kunci dalam keberhasilan orang-orang Filistin.
2.2 Pirometalurgi
2 Pirometalurgi adalah suatu proses ekstraksi metal dengan penggunaan
energi panas/kalor. Suhu yang digunakan mulai dari 500C – 2500C (proses Mond untuk pemurnian nikel), hingga mencapai 2.0000 C (proses pembuatan campuran baja). Yang umum dipakai hanya berkisar 5000C - 1.6000C. Pada suhu tersebut
3
kebanyakan logam ataupun
campurannya sudah
dalam
fase
cair
bahkan
kadang-kadang dalam fase gas. Umpan yang baik adalah konsentrat dengan kadar metal yang tinggi agar dapat mengurangi pemakaian energi panas. Penghematan energi panas dapat juga dilakukan dengan memilih dan memanfaatkan reaksi kimia eksotermik (exothermic). Sumber energi panas dapat berasal dari :
Energi kimia (chemical energy = reaksi kimia eksotermik). Bahan bakar (hydrocarbon fuels) : kokas, gas dan minyak bumi. Energi listrik Energi terselubung/tersembunyi, panas buangan dipakai untuk pemanasan awal (preheating process). Peralatan yang umumnya dipakai adalah :
Tanur tiup (blast furnace). Reverberatory furnace. Sedangkan untuk pemurniannya dipakai :
Pierce-Smith converter. Bessemer converter. Kaldo cenverter. Linz-Donawitz (L-D) converter. Open hearth furnace.
Proses pirometalurgi terbagi atas 5 proses, yaitu : 2.2.1Pengeringan (Drying) Adalah proses pemindahan panas kelembapan cairan dari material. Pengeringan biasanya terjadi dari kontak padatan lembap dengan pembakaran gas yang panas oleh pembakaran bahan bakar fosil. Pada beberapa kasus, panas pada pengeringan bisa disediakan oleh udara panas gas yang secara tidak langsung memanaskan. Biasanya suhu pengeringan di atur pada nilai diatas titik didih air sekitar 1200C. Pada kasus tertentu, seperti pengeringan air garam yang dapat larut, sushu pengeringan yang lebih tinggi diperlukan. 2.2.2Kalsinasi (Calcining) Kalsinasi adalah suatu proses dekomposisi panas material. Contohnya dekomposisi hidrat seperti besi (III) hidroksida menjadi besi (III) oksida dan uap air atau dekomposisi kalsium karbonat menjadi kalsium oksida dan karbon diosida dan atau besi karbonat menjadi besi oksida. Proses ini terjadi dalam
4
variasi tungku/furnace termasuk shaft furnace, rotary kilns dan fluidized bed reactor. 2.2.3Pemanggangan (Roasting) Pemanggangan adalah suatu proses pemanasan dengan kelebihan udara dimana udara dihembuskan pada bijih yang dipanaskan disertai penambahan reagen kimia. Proses ini tidak mencapai titik didih dari logam tersebut. Jenis-jenis roasting, antara lain :
Oxydating Roasting Biasanya dilakukan terhadap mineral-mineral sulfida pada temperatur tinggi
(direduksi langsung). Pada temperatur rendah : - sulfida logam dapat direduksi dengan karbon membentuk CS dan CS2. MS + C M M + CS M2S + C 2M + CS2 - Tidak dapat direduksi langsung karena sulfida logam-logam lebih stabil dari CS dan CS2. MS + 3/2 O2 MO + SO2
Reducting Roasting Adalah suatu proses pemanggangan dimana suatu oksida mengalami
proses reduksi oleh suatu reduktor gas yang dimaksudkan untuk menurunkan derajat oksidasi suatu logam. Peristiwa reduksi ini tidak dapat tercapai untuk suatu oksida yang sangat stabil..
Chlor Roasting Dalam proses ini, bijih/konsentrat dipanggang bersama senyawa klorida
(CaCl2,NaCl) atau dengan gas Cl2. Tujuan chlor roasting adalah untuk menghasilkan senyawa klorida logam dalam air (di ekstraksi), serta menghasilkan senyawa klorida logam-logam yang mudah menguap agar dapat dipisahkan dari mineral-mineral pengganggu (Metalurgi Halida).
Fluor Roasting Pemanggangan ini menggunakan reagent F2.
Yodium Roasting Pemanggangan ini menggunakan reagent I2. Kegunaan proses ini antara lain :
Mengeluarkan sulfur, Arsen, Antimon dari persenyawaannya Merubah mineral sulfida menjadi oksida dan sulfur 2 ZnS + 3O2
2ZnO + 2SO4
5
Membentuk material menjadi porous Menguapkan impurity yang volatile. Jenis – Jenis oven yang digunakan antara lain : Hazard Vloer Oven
Suspension Roasting Oven, Fluiized bed roasting. 2.2.4Peleburan (Smelting) Adalah proses peleburan logam pada temperatur tinggi sehingga logam ,eleleh dan mecair setelah mencapai titik didihnya. Oven yang digunakan antara lain : Schacht
Oven,
Scraal
Oven
(revergeratory FurnaceElectric Oven (Electric Furnace) Smelting terbagi beberapa jenis, yaitu : Reduksi smelting Oksidasi smelting Netral smelting Sementasi smelting Sulfida smelting Presipitasi smelting Flash smelting (peleburan semprot) Ekstraksi timbal dan seng secara simultan 2.2.5Refining (Pemurnian) Adalah suatu proses pemindahan kotoran dari material dengan proses panas.
2.3 Peralatan Pirometalurgi 2.3.1Tanur Tiup (Blast Furnace) Tanur tiup (Blast Furnace) adalah suatu jenis tungku metalurgi yang digunakan untuk peleburan
logam industri, umumnya besi. Pada tungku
ini, bahan bakar dan bijih dan fluks (kapur) yang terus menerus diberikan melalui bagian
atas tungku, sementara
udara (kadang
-
kadang
dengan
pengayaan oksigen) ditiupkan ke bagian bawah ruang, sehingga reaksi kimia berlangsung sepanjang tungku sebagai bahan bergerak ke bawah. Produk akhir yang
biasanya logam cair
dan terak fase disadap dari
gas buang keluar dari bagian atas tungku.
bawah, dan
6
Gambar 1 Mekanisme Blast Furnace
Keterangan : 1. Uap panas dari Tungku CowperHot blast from Cowper stoves 2.Zona Peleburan (bosh) 3. Zona Reduksi oksida besi (II) (barrel) 4. Zona Reduksi oksida besi (III) (stack) 5. Zona Pra-pemanasan (throat) 6. Jalur masuk bijih, gamping, atau kokas 7. Pipa asap pembuangan 8. Kolom kokas/gamping/bijih 9. Pembersihan slag 10. Penyadapan larutan pig iron 11. Kumpulan gas buang
Gambar 2 Alat Blast Furnace
7
Foto 1 Alat Blast Furnace
Spesifikasi Suhu Tekanan Dimensi Tinggi Panjang Lebar Kapasitas Konfigurasi Atmosfir Pengontrol Voltase Sumber Panas 2.3.2Kiln
: hingga 11500 C : (HV, < 10-3, >10-8 torr) : 2896 mm : 1067 mm : 1880 mm : 76.46 liter : Bell : Inert ; Vacuum oven /furnace : PLC : 480 VAC ±5%, 3 phase, 60 Hz : Listrik / Resisten
8
Gambar 3 Alat Kiln
Spesifikasi Suhu Kapasitas External Aplikasi Sumber panas Fitur Pengontrol
: hingga 22000F : 40 kaki kubik : Continous dan Shuttle : Pembakaran Skala Industri (Kalsinasi) : Listrik : Pendinginan (opsional); Timer, Display Panel Depan : Poin Set Tunggal ; dapat diprogram
Foto 2 Kiln Cement
2.3.3Oven
Gambar 4
9
Oven
Spesifikasi Suhu Kapasitas External Aplikasi Sumber panas Pengontrol
: hingga 14000F : 8 kaki kubik : Continous dan Shuttle : Penguatan : Pembakaran (opsional); Listrik; Gas Alam : Dapat diprogram
2.3.4 Tanur Metalisasi
Gambar 5 Tanur Metalisasi
Spesifikasi Suhu Tekanan
: 400 – 10000C : 120 psi
Dimensi Tinggi Lebar Panjang Kapasitas Konfigurasi Atmosfir Voltase
: 2007 mm : 1600 mm : 12827 mm : 76.46 liter : Bell : Udara : 3 fase 208 – 480 50/60 Hz
Sumber Panas Kapasitas External Aplikasi Sumber panas
: Listrik / Resisten : 8 kaki kubik : Continous dan Shuttle : Pengeringan; Pembakaran : Listrik
10
2.4 Contoh Teknik Pengolahan Tembaga Tembaga atau Cupper berlambang unsur Cu berasal dari bahasa yunani Kypros atau Siprus berarti merah. Tembaga adalah salah satu dari dua logam dibumi selain emas yang berwarna merah atau kekuningan, mempunyai nomor Atom 29 dengan kepadatan 8, 92g/ cm3 . Tembaga murni mencair pada suhu 1083° C dan akan menjadi uap atau mendidih pada suhu 2567° C pada tekanan normal. Dalam Sistim Periodik Unsur masuk di golongan IB, satu golongan dengan perak dan emas yang berarti bahwa tembaga adalah salah satu dari logam mulia, itu karena tingkat kereaktifannya yang rendah. •
Sifat-sifat tembaga antara lain: 1. 2. 3. 4. 5.
Kuat dan Ulet Dapat ditempa Tahan Korosi Penghantar listrik dan panas yang baik Logam yang kurang aktif
Bijih tembaga yang terpenting adalah berupa sulfida seperti kalkosit dan kalkopirit. Penambangan tembaga di Indonesia terdapat di Papua ( irja) , Sulut, Jabar dan beberapa daerah lain di Indonesia. •
Penggunaan Tembaga 1. Untuk kawat listrik 2. Untuk membuat logam paduan Seperti:
• • •
Kupronikel, terdiri dari 75% Cu dan Ni 25% , untuk membuat koin. Duralium, terdiri dari Al 96% dan Cu 4% , untuk komponen pesawat. Kuningan, terdiri dari Cu 70% dan Zn 30% , untuk alat musik dan berbagai
•
aksesoris. Perunggu, terdiri dari Cu 95% dan Sn 5% , untuk membuat patung dan ornament Tembaga ( II) sulfat, CuSO4.5H2O yang dikenal dengan nama terusi atau
blue vitriol digunakan sebagai fungisida, misalnya pada kolam renang. Kegunaan lain adalah pada pemurnian tembaga dan penyepuhan dengan tembaga.
11
Tembaga di alam terdapat sebagai: • •
Sulfida, seperti chalcopite, bronit, chalcocite, covelite. Oksida, seperti cuprite, ferronite Untuk pengolahan mineral tembaga menjadi tembaga batang dikenal 2
macan cara, yaitu: 1. Phyrometalurgi Adalah suatu proses pengolahan mineral dengan dasar panas. Inti dari proses ini adalah pengolahan tembaga dengan melalui suatu proses yang bertujuan untuk mengubah pengotor senyawa Sulfida menjadi Oksida atau disebut dengan proses Roasting CuFeS2+ 9O2 menjadi 2Cu2S+ 2Fe2O3+ 6SO2 Pada persamaan kimia diatas menunjukan bahwa proses Roasting bertujuan untuk mengubah Besi Sulfida menjadi Besi Oksida sedangkan Tembaga tetap Sulfida. Diubahnya besi sulfida menjadi besi oksida adalah agar pada proses selanjutnya yaitu smelting atau peleburan, tembaga sulfida akan mencair meninggalkan besi oksida yang bertitik cair lebih tinggi dan akan ditinggalkan sebagai terak pengotor, sedangkan tembaga yang telah mencair akan turun kebawah karena berat jenis tembaga yang lebih tinggi dari besi oksida. Adapun urutan prosesnya sebagai berikut: 1. Bijih tembaga dihaluskan dengan alat peremuk batuan 2. Bijih dicampur air sehingga terbentuk slurry 3. Slurry dimasukkan ke tangki sel flotasi dengan tujuan pemisahan dari mineral pengotor 4. Diperoleh konsentrat Cu dalam bentuk Cu dengan kadar tinggi 5. Diproses lanjut dalam pabrik pengawa-airan ( dewatering plant) untuk menghilangkan air dengan: • Penyaring putar •
Pengeringan sampai di dapat konsentrat Cu yang kering
6. Roasting atau pemanggangan bertujuan untuk proses reduksi pengotor 7. Ekstraksi tembaga murni dari konsentrat tembaga dengan dengan: • Prometalurgi • Elektrolisis ( dengan arus listrik)
12
Gambar 6 Diagram Pengolahan Tembaga
Namun seiring dengan kemajuan teknologi, proses Phyrometalurgi sudah tidak diterapkan untuk pengolahan tembaga, karena kemudian diketahui ada suatu
proses
yang
lebih
ekonomis
untuk
pengolahan
tembaga
yaitu
hidrometalurgi. Phyrometalurgi tetap digunakan tetapi dipakai pada pengolahanpengolahan mineral lain seperti nikel, manganese, chrom dll.
13
BAB III KESIMPULAN Metalurgi ekstraksi terdiri dari pirometalurgi dan hidrometalurgi. Proses pyrometallurgy adalah proses ini menggunakan temperatur tinggi yang diperoleh dari pembakaran bahan bakar. Dimana bahan bakar berupa api tersebut digunakan untuk mengeringkan dan meleburkan logam. Contoh Pengolahan menggunakan pyrometallurgy adalah bijih tembaga yang
telah
dipisahkan
dari
kotoran-kotoran
(tailing)
dipanggang
untuk
menghilangkan asam belerang dan selanjutnya bijih ini dilebur.Berikut ini diberikan gambar dapur peleburan tembaga tersebut. Alat – alat yang digunakan pada metalurgi secara umum terdiri dari oven dan tanur. Sumber energi yang digunakan alat tersebut didapat dari listrik, pembakaran, ataupun dari gas alam. Energi yang diperlukan pada proses ini sangat besar. Akan tetapi, bahan kimia yang digunakan relatif sedikit.
DAFTAR PUSTAKA •
14 Anonim. “Pirometalurgi” http://belajarmetalurgi.blogspot.com/2011/02/tugas-
•
pirometalurgi.html .2013 Diakses 21 Oktober 2013 Wikipedia. http://www.senyawa.com/2010/02/pirometalurgi.html.2013 Diakses
•
21 Oktober 2013 Anonim. “Reverberatory furnace”
14
http://www.britannica.com/EBchecked/topic/500397/reverberatory-furnace •
2013 Diakses 21 Oktober 2013 Wikipedia “ Converting metallurgy” http://en.wikipedia.org/wiki/Converting_(metallurgy) 2013 Diakses 21 Oktober 2013
