BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Ekstraksi metalurgi adalah praktek menghapus logam berharga dari sebuah bijih dan pemurnian logam mentah yang diekstrak ke dalam bentuk murni. Metalurgi adalah seni dan ilmu pengetahuan untuk mendapatkan logam dari bijihnya dan pembuatan logam menjadi berbagai produk. Ruang lingkup metalurgi terbagi menjadi dua bagian yaitu mineral processing dan metal processing. Mineral processing yaitu perlakuan bijih untuk mendapatkan logam atau konsentrat mineral. Sedangkan metal processing yaitu pembuatan produk dari logam. Adapun proses-proses dari ekstraksi metalurgi / ekstraksi logam itu sendiri antara lain adalah pyrometalurgy (proses ekstraksi yang dilakukan padatemperatur tinggi), hydrometalurgy (proses ekstraksi yang dilakukan pada temperatur yang relatif rendah dengan cara pelindian dengan media cairan), dan electrometalurgy (proses ekstraksi yang melibatkan penerapan prinsip elektrokimia, baik pada temperatur rendah maupun pada temperatur tinggi). Salah satu bahan galian yang memiliki nilai ekonomis yang tinggi yaitu Nickel yang merupakan baja nirkarat yang banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Adapun sifatsifat nickel merupakan logam berwarna putih keperak – perakan, ringan, kuat antin karat, mempunyai daya hantar listrik dan panas yang baik. Spesifik gravity nya 8,902 dengan titik lebur 14530C dan titik didih 27320C, resisten terhadap oksidasi, mudah ditarik oleh magnet, larut dalam asam nitrit, tidak larut dalam air dan amoniak, sedikit larut dalam hidrokhlorik dan asam belerang. Memiliki berat jenis 8,8 untuk logam padat dan 9,04 untuk kristal tunggal. Batuan ultra basa yang mengandung unsur nikel adalah gabro, basalt, peridotit dan norit. Endapan nickel tembaga sulfide dihasilkan dari pemisahan lelehan sulfida oksida dari lelehan silikat bersulfur pada sebelum, selama atau sesudah proses alihan pada suhu diatas 9000C, mineral utamanya adalah pentlandit (Fe,Ni)gS8. mineral lainnya antara lain nikolit (NiAs), skuterudit (Co, Fe, Ni)As3 dan violurit (FeNi2S4) Di indonesia endapan Bijih Nickel banyak terdapat didaerah sulawesi. Bijih Nickel berbeda dengan bahan tambang lainnya dikarenakan Bijih Nickel tidak dapat diketahui secara Spontanitas dengan pengamatan mata biasa, Oleh karena itu diperlukan penelitian serta pengamatan di ruang Khusus.
1
1.2 Rumusan Masalah 1. Bagaimanakah genesa pembentukan bijih nikel? 2. Bagaimanakah sifat-sifat nikel? 3. Dari manakah sumber dan pembentukan bijih nikel? 4. Bagaimanakah proses penambangan nikel? 5. Bagaimanakah proses pengolahan bijih nikel? 1.3 Tujuan 1. Untuk mengetahui genesa pembentukan bijih nikel. 2. Untuk mengetahui sifat-sifat nikel. 3. Untuk mengetahui sumber dan pembentukan bijih nikel. 4. Untuk mengetahui proses penambangan nikel. 5. Untuk mengetahui proses pengolahan bijih nikel.
2
BAB II PEMBAHASAN 2.1 Genesa Pembentukan Bijih Nickel Nickel ore adalah bijih nikel, yaitu mineral atau agregat mineral yang mengandung nikel. Ferronickel adalah produk metalurgi berupa alloy (logam paduan) antara besi (ferrum) dan nikel. Baja menggunakan produk alloy ini Nickel bisa berasal dari Laterite (Ni Oxides) hasil proses pelapukan batuan Ultramafik dan Sulfida (Ni Sulphides) hasil dari proses magmatisme. Sumber batual Ultramafik bisa dari Dunite, Peridotite, Lherzolite, Serpentinite, dll. Orebody dengan Ni grade yg tinggi umumnya didapat dari proses pelapukan batuan (bedrock) yg kaya Olivine karena memang kandungan Ni di Olivine lebih tinggi dibanding mineral mafik yg lain. Kandungan Ni di bedrock sebenar nya kecil sekali (<0.7%), kandungan dibedrock didominasi oleh silica (>40%) dan magnesia (>30%), proses pengkayaaan Ni terjadi karena adanya proses Leaching dimana elemen-elemen yg mudah larut dan punya mobilitas tinggi terutama SiO2 dan MgO dilarutkan oleh air sehingga %Ni yg tinggal di profile jadi tinggi (>2%). Proses leaching yg efektif biasanya terjadi pada Daerah tropis dimana curah hujan tinggi dan banyak vegetasi yang membentuk lingkungan asam. Morfologi yg "gentle" termasuk plateua karena sirkulasi air bagus untuk "mencuci/mengeluarkan" Silica dan magnesia, jika terlalu terjal hasil pelapukan akan tererosi sehingga profile yang akan dihasilkan tipis. Kalo terlalu landai seperti di lembah/dataran rendah sirkulasi air kurang bagus. Struktur geologi yang intensif karena penetrasi air ke bedrock akan lebih efektif. Proses leaching membentuk profile Limonite (bagian atas/zona oksidasi) dan Saprolite (bagian bawah/zona reduksi) dimana pada lapisan limonite proses pelapukan sudah sangat lanjut sehingga hampir semua Silica dan magnesia sudah tercuci dan sisa-sisa struktur/tekstur batuan sudah boleh dikatakan hilang (semua lapisan bedrock sudah jadi tanah), lapisan limonite mengandung Fe yang sangat tinggi karena memang Fe sangat suka lingkungan oksidasi. Kalo saprolite boleh dikatakan setengah lapuk dimana masih ditemukan sisa-sisa batuan dasar. Kandungan Ni tertinggi akan didapat pada zona saprolite karena Ni lebih stabil di zona reduksi. 3
2.2 Sifat kimia, Fisika, serta Karakteristik Nikel 1. Sifat kimia Nikel Adapun sifat-sifat kimia dari nikel yaitu antara lain: -
Pada suhu kamar nikel bereaksi lambat dengan udara.
-
Jika dibakar, reaksi berlangsung cepat membentuk oksida NiO.
-
B e r e a k s i d e n g a n C l 2 membentuk Klorida (NiCl2).
-
B e r e a k s i d e n g a n s t e a m H 2O membentuk Oksida NiO.
-
B e r e a k s i d e n g a n H C l e n c e r d a n a s a m s u l f a t e n c e r , ya n g r e a k s i n y a berlangsung lambat.
-
Bereaksi dengan asam nitrat dan aquaregia, Ni segera larut Ni + HNO3 → Ni(NO3)2+ NO + H2O
-
Tidak beraksi dengan basa alkali
-
B e r e a k s i d e n g a n H 2S menghasilkan endapan hitam.
2. Sifat fisika Nikel Adapun sifat-sifat fisika dari nikel yaitu antara lain: -
Logam putih keperak-perakan yang berkilat, keras
-
Dapat ditempa dan ditarik.
-
Feromagnetik
-
TL : 1420ºC, TD : 2900ºC
3. Karakteristik Nikel No
Karakteristik
Keterangan lain
1
Nama
Nikel
2
Lambing
Ni
3
Nomor atom
28
4
Deret kimia
Logam transisi 4
5
Golongan
VIII B
6
Periode
4
7
Blok
d
8
Penampilan
Kemilau, metalik
9
Massa atom
58,6934(2) g/mol
10
Konfigurasi electron
[Ar] 3d8 4s2
11
Jumlah electron tiap kulit
2 8 16 2
2.3 Sumber dan Pembentukan Bijih Nikel. Adapun mineral-mineral utama pada logam bijih nikel yaitu antara lain : a. Millerit, NiS b. Smaltit (Fe,Co,Ni)As c. Nikolit (Ni)As d. Pentlandite (Ni, Cu, Fe)S e. Garnierite (Ni, Mg)SiO3.xH2O Nikel berwujud secara gabungan dengan belerang dalam millerite, dengan arsenik dalam galian niccolite, dan dengan arsenik dan belerang dalam ( n i c k e l glance). Nikel juga terbentuk bersama-sama dengan kromit dan platina dalam batu anultra basa seperti peridotit, baik termetamorfkan ataupun tidak. Terdapat dua jenis endapan nikel yang bersifat komersil, yaitu: sebagai hasil konsentrasi residu silikad a n p a d a p r o s e s p e l a p u k a n b a t u a n b e k u u l t r a b a s a s e r t a s e b a g a i e n d a p a n n i k e l - tembaga sulfida, yang biasanya berasosiasi dengan pirit, pirotit, dan kalkopirit. 2.4. Penambangan Nikel Endapan nikel laterit terbentuk karena proses pelapukan dari batuan ultramafik yang terbentang dalam suatu singkapan tunggal terbesar di dunia seluas lebih dari 120 km x 60 km. Sejumlah endapan lainnya tersebar di provinsi Sulawesi Tengah dan Tenggara. Operasi penambangan nikel biasanya digolongkan sebagai tambang terbuka dengan tahapan sebagai berikut:
5
1. Pemboran, pada jarak spasi 25 - 50 meter untuk mengambil sample batuan dan tanah guna mendapatkan gambaran kandungan nikel yang terdapat di wilayah tersebut. 2. Pembersihan dan pengupasan, lapisan tanah penutup setebal 10– 20 meter yang kemudian dibuang di tempat tertentu ataupun dipakai langsung untuk menutupi suatu wilayah purna tambang. 3. Penggalian, lapisan bijih nikel yang berkadar tinggi setebal 5-10 meter dan dibawa ke tempat pengolahan. 2.5. Pengolahan Bijih Nickel Secara umum, mineral bijih di alam ini dibagi dalam 2 (dua) jenis yaitu mineral sulfida dan mineral oksida. Begitu pula dengan bijih nikel, ada sulfida dan ada oksida. Masing-masing mempunyai karakteristik sendiri dan cara pengolahannya pun juga tidak sama. Dalam bahasan kali ini akan dibatasi pengolahan bijih nikel dari mineral oksida (Laterit). Bijih nikel dari mineral oksida (Laterite) ada dua jenis yang umumnya ditemui yaitu Saprolit dan Limonit dengan berbagai variasi kadar. Perbedaan menonjol dari 2 jenis bijih ini adalah kandungan Fe (Besi) dan Mg (Magnesium), bijih saprolit mempunyai kandungan Fe rendah dan Mg tinggi sedangkan limonit sebaliknya. Bijih Saprolit dua dibagi dalam 2 jenis berdasarkan kadarnya yaitu HGSO (High Grade Saprolit Ore) dan LGSO (Low Grade Saprolit Ore), biasanya HGSO mempunyai kadar Ni ≥ 2% sedangkan LGSO mempunyai kadar Ni. Tingkat kebasaan ini menentukan brick/ refractory/bata tahan api yang harus digunakan di dalam tungku (furnace), jika basisitas tinggi maka refractory yang digunakan juga sebaiknya mempunyai sifat basa agar slag (terak) tidak bereaksi dengan refractory yang akan menghabiskan lapisan refractory tersebut. Basisitas juga menentukan viscositas slag, semakin tinggi basisitas maka slag semakin encer dan mudah untuk dikeluarkan dari furnace. Namun basisitas yang terlalu tinggi juga tidak terlalu bagus karena difusi Oksigen akan semakin besar sehingga kehilangan Logam karena oksidasi terhadap logam juga semakin besar. Setelah bahan galian ditambang dan lalu diangkut dengan alat muat (wheel loader) menuju ke stockfile. Dan setelah diangkut sebaiknya melakukan proses pengolahan nickel. Adapun tahap-tahap yang dilakukan untuk melakukan proses pengelolahan nikel melalui beberapa tahap utama yaitu, crushing, Pengering, Pereduksi, peleburan, Pemurni, dan Granulasi dan Pengemasan.
6
Gambar. Pengolahan biji nikel dengan metode pirometalurgi A. Kominusi Kominusi adalah suatu proses untuk mengubah ukuran suatu bahan galian menjadi lebih kecil, hal ini bertujuan untuk memisahkan atau melepaskan bahan galian tersebut dari mineral pengotor yang melekat bersamanya. Kominusi bahan galian meliputi kegiatan berikut: 1. Crushing Dimana proses ini bertujuan untuk reduksi ukuran dari ore agar mineral berharga bisa terlepas dari bijihnya. Berbeda dengan pengolahan emas, dimana proses ini bertujuan juga untuk reduksi ukuran dari bahan galian/bijih yang langsung dari tambang (ROM = run of mine) dan berukuran besar-besar (diameter sekitar 100 cm) menjadi ukuran 20-25 cm bahkan bisa sampai ukuran 2,5 cm. Alat yang digunakan pada Primary Crusher dan Secondery Crusher yaitu antara lain : 7
a. Jaw crusher b. Gyratory crusher c. Cone crusher d. Roll crusher e. Impact crusher f. Rotary breaker g. Hammer Mill 2. Grinding Merupakan tahap pengurangan ukuran dalam batas ukuran halus yang diinginkan. Tujuan Grinding yaitu Mengadakan liberalisasi mineral berharga, Mendapatkan ukuran yang memenuhi persyaratan industri, Mendapatkan ukuran yang memenuhi persyaratan proses. B. Sizing Merupakan proses pemilahan bijih yang telah melalui proses kominusi sesuai ukuran yang dibutuhkan. Kegiatan Sizing meliputi Screening yaitu Salah satu pemisahan berdasarkan ukuran adalah proses pengayakan (screening). Sizing dibagi menjadi dua antara lain : a. Pengayakan / Penyaringan (Screening / Sieving) Pengayakan atau penyaringan adalah proses pemisahan secara mekanik berdasarkan perbedaan ukuran partikel. Pengayakan (screening) dipakai dalam skala industri, sedangkan penyaringan (sieving) dipakai untuk skala laboratorium.
Produk dari proses pengayakan/penyaringan ada 2 (dua), yaitu antara lain : -
Ukuran lebih besar daripada ukuran lubang-lubang ayakan (oversize).
-
Ukuran yang lebih kecil daripada ukuran lubang-lubang ayakan (undersize).
Saringan (sieve) yang sering dipakai di laboratorium yaitu antara lain : -
Hand sieve
-
Vibrating sieve series / Tyler vibrating Sieve
-
Sieve shaker / rotap 8
Wet and dry sieving
Sedangkan ayakan (screen) yang berskala industri yaitu antara lain : -
Stationary grizzly
-
Roll grizzly
-
Sieve Ben
-
Revolving screen
-
Vibrating screen (single deck, double deck, triple deck, etc.)
-
Shaking screen
-
Rotary shifter
b. Klasifikasi (Classification) Klasifikasi adalah proses pemisahan partikel berdasarkan kecepatan pengendapannya dalam suatu media (udara atau air). Klasifikasi dilakukan dalam suatu alat yang disebut classifier. Produk dari proses klasifikasi ada 2 (dua), yaitu antara lain:
Produk yang berukuran kecil/halus (slimes) mengalir di bagian atas disebut overflow.
Produk yang berukuran lebih besar/kasar (sand) mengendap di bagian bawah (dasar) disebut underflow.
Proses pemisahan dalam classifier dapat terjadi dalam tiga cara (concept), yaitu : a. Partition Concept b. Tapping Concept c. Rein Concept C. Pengeringan di Tanur Pengering (Drying) Dari stockpile, hasil tambang (ore) diangkut menuju apron feeder. Di apron feeder ore mengalami penyaringan dan pengaturan beban sebelum diangkut dengan belt conveyor menuju dryer atau tanur pengering. Diruang pembakaran tersebut terdapat alat pembakar yang menggunakan high sulphur oil atau yang biasa disebut minyak residu sebagai bahan bakar. Dalam tahap pengeringan ini hanya dilakukan penguapan sebagian kandungan air
9
dalam bijih basa dan tidak ada reaksi kimia. Ore kemudian dihancurkan dan kemudian dikumpulkan di gudang bijih kering (Dry Ore Storage). Dimana drying atau pengeringan dibutuhkan untuk mengurangi kadar moisture dalam bijih. Biasanya kadar moisture dalam bijih sekitar 30-35 % dan diturunkan dalam proses ini dengan rotary dryer menjadi sekitar 23% (tergantung desain yang dibuat). Dalam rotary dryer ini, pengeringan dilakukan dengan cara mengalirkan gas panas yang dihasilkan dari pembakaran pulverized coal dan marine fuel dalam Hot Air Generator (HAG) secara CoCurrent (searah) pada temperature sampai 200 C. D. Kalsinasi dan Reduksi di Tanur Pereduksi Tujuannya untuk menghilangkan kandungan air di dalam bijih, mereduksi sebagian nikel oksida menjadi nikel logam, dan sulfidasi. Setelah proses drying, bijih nikel yang tersimpan di gudang bijih kering pada dasarnya belumlah kering secara sempurna, karena itulah tahapan ini bertujuan untuk menghilangkan kandungan air bebas dan air kristal serta mereduksi nikel oksida menjadi nikel logam. Proses ini berlansung dalam tanur reduksi. Bijih dari gudang dimasukkan dalam tanur reduksi dengan komposisi pencampuran menggunakan ratio tertentu untuk menghasilkan komposisi silika magnesia dan besi yang sesuai dengan operasional tanur listrik. Selain itu dimasukkan pula batubara yang berfungsi sebagai bahan pereduksi pada tanur reduksi maupun pada tanur pelebur. Untuk mengikat nikel dan besi reduksi yang telah tereduksi agar tidak teroksidasi kembali oleh udara maka ditambahkanlah belerang. Hasil akhir dari proses ini disebut kalsin yang bertemperatur sekitar 700oC. Tujuan utama proses ini adalah menghilangkan air kristal yang ada dalam bijih,air kristal yang biasa dijumpai adalah serpentine (3MgO.2SiO2.2H2O) dan goethite (Fe2O3.H2O). Proses dekomposisi ini dilakukan dalam Rotary Kiln dengan tempetatur sampai 850 oC menggunakan pulverized coal secara Counter Current. Reaksi dekomposisi air kristal yang terjadi adalah sebagai berikut: a. Serpentine Reaksi dekomposisi dari serpentine adalah sebagai berikut:
3MgO.2SiO2.2H2O
3 MgO + 2 SiO2 + 2 H2O Reaksi
ini
terjadi pada temperatur 460-650 C dan tergolong reaksi endotermik. Pemanasan lebih
10
lanjut MgO dan SiO2 akan membentuk forsterite dan enstatite yang merupakan reaksi eksotermik. 2MgO + SiO2
2MgO.SiO2
MgO + SiO2
MgO.SiO2
b. Goethite Reaksi dekomposisi dari goethite adalah sebagai berikut: Fe2O3.H2O
Fe2O3 + H2O
Reaksi ini terjadi pada 260C – 330C dan merupakan reaksi endotermik. Disamping menghilangkan air kristal, pada proses ini juga biasanya didesain sudah terjadi reaksi reduksi dari NiO dan Fe2O3. Dalam teknologi Krupp rent, semua reduksi dilakukan dalam rotary kiln dan dihasilkan luppen. Sedangkan dalam technology Electric Furnace, hanya sekitar 20% NiO tereduksi secara tidak langsung dalam rotary kiln menjadi Ni dan 80% Fe2O3 menjadi FeO sedangkan sisanya dilakukan dalam electric furnace. Produk dari rotary kiln ini disebut dengan calcined ore dengan kandungan moisture sekitar 2% dan siap dilebur dalam electric furnace. E. Peleburan di Tanur Listrik (smalting)
Gambar. Tanur tiup(blast furnance) 11
Untuk melebur kalsin hasil kalsinasi/reduksi sehingga terbentuk fasa lelehan matte dan Slag. Kalsin panas yang keluar dari tanur reduksi sebagai umpan tanur pelebur dimasukkan kedalam surge bin lalu kemudian dibawa dengan transfer car ke tempat penampungan. Furnace bertujuan untuk melebur kalsin hingga terbentuk fase lelehan matte dan slag. Dinding furnace dilapisi dengan batu tahan api yang didinginkan dengan media air melalui balok tembaga. Matte dan slag akan terpisah berdasarka berat jenisnya. Slag kemudian diangkut kelokasi pembuangan dengan kendaraan khusus. Proses peleburan dalam electric furnace adalah proses utama dalam rangkaian proses ini. Reaksi reduksi 80% terjadi secara langsung dan 20% secara tidak langsung pada temperature sampai 1650 C. Reaksi reduksi langsung yang terjadi adalah sebagai berikut:
NiO(l) + C(s)
Ni(l) + CO(g)
FeO(l) + C(s)
Fe(l) + CO(g)
Beberapa material yang mempunyai afinitas yang tinggi terhadap oksigen juga tereduksi dan menjadi pengotor dalam logam.
SiO2(l) + 2C(s)
Si(l) + 2CO(g)
Cr2O3(l) + 3C(s)
2Cr(l) + 3CO(g)
P2O5(l) + 5C(s)
2P(l) + 5CO(g)
3Fe(l) + C(s)
Fe3C(l)
Karbon disupplay dari Antracite (tergantung desain), dan reaksi terjadi pada zona leleh elektroda. CO(g) yang dihasilkan dari reaksi ini ditambah dengan CO(g) dari reaksi boudoard mereduksi NiO dan FeO serta Fe2O3 melalui mekanisme solid-gas reaction (reaksi tidak langsung):
NiO(s) + CO(g)
Ni(s) + CO2(g)
CoO(s) + CO(g)
Co(s) + CO2(g)
FeO(s) + CO(g)
Fe(s) + CO2(g)
Fe2O3(s) + CO(g)
2FeO(s) + CO2(g)
Oksida stabil seperti SiO2, Cr2O3 dan P2O5 tidak tereduksi melalui reaksi tidak langsung. Sampai di sini Crude Fe-Ni sudah terbentuk dan proses sudah bisa dikatakan selesai.
12
F. Pengkayaan di Tanur Pemurni (refining) Bertujuan untuk menaikkan kadar Ni di dalam matte dari sekitar 27 persen menjadi di atas 75 persen. Matte yang memiliki berat jenis lebih besar dari slag diangkut ke tanur pemurni / converter untuk menjalani tahap pemurnian dan pengayaan. Proses yang terjadi dalam tanur pemurni adalah peniupan udara dan penambahan sililka. Silika ini akan mengikat besi oksida dan membentuk ikatan yang memiliki berat jenis lebih rendah dari matte sehingga menjadi mudah untuk dipisahkan. Pada proses ini yang paling utama adalah menghilangkan/memperkecil kandungan sulfur dalam crude Fe-Ni dan sering disebut Desulfurisasi. Dilakukannya proses ini berkaitan dengan kebutuhan proses lanjutan yaitu digunakannya Fe-Ni sebagai umpan untuk pembuatan Baja dimana baja yang bagus harus mengandung Sulfur maksimal 20 ppm sedangkan kandungan Sulfur pada Crude Fe-Ni masih sekitar 0,3% sehingga jika kandungan sulfur tidak diturunkan maka pada proses pembuatan baja membutuhkan kerja keras untuk menurunkan kandungan sulfur ini. Sedangkan reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut: CaC2 (S) + S
CaS (S) + 2C (Sat)
Na2CO3 + S + Si
Na2S + (SiO2) + CO
Na2Co3 + SiO2
Na2O . SiO2 + CO2
Reaksi ini merupakan reaksi eksotermik sehingga tidak membutuhkan pemanasan lagi pasca smelting. Proses selanjutnya adalah converting, sebenarnya proses ini masih dalam bagian refining hanya untuk membedakan antara menurunkan sulfida dengan menurunkan pengotor lain seperti Si, P, Cr dan C sesuai dengan kebutuhan. Sedangkan prosesnya sama hanya saja reaksi lebih dominan oksidasi dari oksigen. Si (l) + O2 (g) SiO2 (l) ↔ SiO2 (l) + CaO (l) CaO . SiO2 (l) Cr (l) + 5O2 (g) 2Cr2O3 (l) 4P (l)+ 5O2 (g) 2P2O5 (l) ↔ CaO (l) + P2O5 (l) CaO. P2O5 (l) C(l) + ½ O2 (g) CO (g) C(l) + O2 (g) CO2 (g) G. Granulasi dan Pengemasan
13
Untuk mengubah bentuk matte dari logam cair menjadi butiran-butiran yang siap diekspor setelah dikeringkan dan dikemas. Matte dituang kedalam tandis sembari secara terus menerus disemprot dengan air bertekanan tinggi. Proses ini menghasilkan nikel matte yang dingin yang berbentuk butiran-butiran halus. Butiran-butiran ini kemudian disaring, dikeringkan dan siap dikemas.
14
