1. Shaking Table
Pengertian : Pemisahan mineral berat dengan mineral ringan menggunakan media aliran tipis (Flowing Film Consentration) pada suatu meja bergoyang. Alatnya adalah Shaking Table. Shaking table umumnya dipakai untuk pemisahan bijih jenis aluvial atau endapan pantai, dimana mineral-mineralnya sudah terliberalisasi dan berukuran pasir, misalnya : bijih timah, emas da pasir besi. Umumnya mineral yang mempunyai perbedaan berat jenis besar serta perbedaan ukuran yang kecil akan lebih mudah untuk dipisahkan. Prinsip Pemisahan :1. Adanya pengaruh gaya aliran air Tailing 2. Adanya gerakan horizontal dari motor Konsentrat
Mekanisme Pemisahan :
1. Zona Feed Pulp 2. Zona sentakan meja dengan arah horizontal berlawanan 3. Zona Mineral Berat
4. Zona Middling 5. Zona Bebas Mineral 6. Zona Slime dan Tailing 7. Zona Slime dan Tailing
Pengaruh riffle pada shaking table
Tiga gaya yang bekerja : 1. Gaya Dorong Air Gaya dorong terhadap patikel yang dihasilkan oleh kecepatan aliran air Partikel berat jenis yang lebih kecil terdorong lebih jauh dibanding berat jenis yang lebih besar 2. Gaya Gesek Gaya gesek antara partikel dengan dasar deck / dasar meja. Partikel berat mempunyai gaya gesek > dibanding mineral ringan mengakibatkan terlempar ke samping lebih jauh 3. Gaya gravitasi Gravitasi partikel akibat spesific gravity
Faktor / variabel yqng berpengaruh terhadap operasi : 1. Ukuran partikel 2. Kecepatan
aliran
(debit air) 3. Persen padatan 4. Kapasitas meja
5. Kemiringan meja air
6. Specific Gravity 7. Kapasitas
meja
Faktor yang berpengaruh terhadap pergerakan aliran : 1. Slope deck 2. Tebal/ kecepatan aliran 3. Viskositas fluida 4. Koefisien gesekan partikel dan deck 5. Bentuk partikel 6. Kekerasan deck
Peralatan yang digunakan : 1. Wiffley table 2. Butcher table 3. Card table 4. Dister diagonal overstorm table 5. Card field table 6. Flat of table
2.Flotasi
Mekanisme flotasi didasarkan pada gejala bahwa beberapa partikel mudah dibasahi (hidrophilik) dan partikel lainnya sulit dibasahi (hidrophobik). Dimana partikel partikel hidrophobik menempel pada p ada gelembung gelembun g udara kemudian naik ke permukaan membentuk buih yang mengandung partikel. Sedangkan partikel-partikel yang basah akan tenggelam dan cenderung berada dalam fase air. Umumnya, mineral – mineral – mineral logam sulfida seperti galena seperti galena (PbS), (PbS), chalcopyrite (CuFeS chalcopyrite (CuFeS2), pyrite ), pyrite (FeS (FeS2) dan lain-lain dikenal memiliki sifat hidrofobi, sedangkan kebanyakan mineral pengotor (gangue) bersifat hidrofili. Dengan demikian, mineral yang ingin diambil dapat dipisahkan dari mineral pengotor dengan cara mengapungkannya. Metode semacam ini disebut dengan flotasi.
Faktor-faktor yang mempengaruhi proses flotasi antara lain : 1.
Ukuran butir Ukuran butir yang biasa digunakan dalam flotasi ini berkisar antara 65# sampai 100#. Ukuran butir mempengaruhi proses dari hasil yang diperoleh dari flotasi.
2.
Persen padatan Merupakan kadar padatan dalam pulp yang menentukan hasil yang diperoleh.
3. pH Untuk menentukan pH larutan setelah batubara dicampurkan dengan air. pH larutan yang digunakan yaitu basa (5,5). 4. Jumlah kolektor Banyaknya kolektor yang digunakan dalam flotasi ini memiliki takaran atau ukuran tertentu sesuai dengan kebutuhan. 5. Jumlah depresant Jumlah depresant juga memiliki ukuran dan takaran tertentu yang telah ditetapkan sesuai dengan kebutuhan dalam flotasi ini. 6. Jumlah pembuih Menentukan banyaknya material apung (hidrophobik) yang dihasilkan dan didapat sebagai konsentrat. Secara garis besar, pemisahan mineral dengan cara flotasi dilakukan dalam 2 tahap, yaitu tahap conditioning yang bertujuan untuk membuat suatu mineral tertentu bersifat hidrophobik dan mempertahankan mineral lain bersifat hidrophilik yang kemudian dilanjutkan dengan tahap aerasi (pengapungan). Pada tahap conditioning ini ke dalam pulp dimasukkan beberapa reagen flotasi, dimana dengan adanya conditioning maka : a. Tercipta lingkungan pada pH tertentu, yaitu dengan menggunakan pH regulator. b. Slime coating dapat dilepaskan dengan menggunakan dispersant. c. Mengendapkan ion-ion pengganggu. d. Mengusahakan mineral-mineral yang tidak diinginkan tetap dibasahi dengan menambahkan depresant.
e. Mengusahakan agar kolektor itu bekerja lebih efektif dan efisien dengan menambahakan aktivator. f.
Mengusahakan lingkungan yang dapat menghasilkan gelembung yang stabil dengan menambahkan frother. Keterapungan dari suatu partikel mineral ditentukan oleh kecenderungannya
untuk menempel pada permukaan gelembung udara dan ini terutama tergantung pada sifat-sifat permukaan partikel. Massa jenis dan sifat-sifat fisika lainnya memegang peranan yang kecil. Perbedaan sifat permukaan partikel apakah dapat dibasahi atau tidak akan semakin besar dengan menambahkan berbagai macam reagen flotasi sehingga proses flotasi bisa berlangsung dengan lebih baik. Penggunaan reagen flotasi ini tidak dimaksudkan untuk mengubah sifat-sifat kimia partikel tersebut, tatepi hanya mengubah sifat permukaan dengan menyerap (adsorpsi) reagen flotasi yang ditambahkan. Flotasi merupakan proses konsentrasi mineral berharga berdasarkan pada perbedaan tegangan permukaan dengan cara men gapungkan mineral ke permukaan. Dalam proses flotasi diperlukan reagen-reagen flotasi yang penggunaannya tidak dimaksudkan untuk mengubah sifat-sifat kimia partikel tersebut tetapi hanya mengubah sifat permukaan dengan menyerap (mengadsorpsi) reagen flotasi tersebut. Secara garis besar reagen yang digunakan dalam flotasi, yaitu :
Kolektor Kolektor adalah zat organic dalam bentuk asam atau basa atau garam, dimana dapat mengubah permukaan mineral dari hidropilik menjadi hydrophobic dengan proses penyerapan (adsorpsi). Kolektor dibagi dua, yaitu : 1. Grup polar, yakni aktif secara kimia, larut baik dalam air, dan bersifat hidrofilik. 2. Grup non polar yakni tidak aktif secara kimia, tidak larut dalam air, dan bersifat hidrofobic.
Kolektor dapat juga diklasifikasikan sesuai dengan sifat ion dari molekul yang terionisasi, yaitu : 1. Kolektor an ionic, yaitu kolektor yang biasa dipakai pada flotasi sulfida uap, tapi juga memungkinkan untuk dipakai pada flotasi mineral non sulfida. 2. Kolektor kationik, yaitu kolektor untuk flotasi non sulfida (oksida)
Modifier Modifier adalah reagen kimia yang diperlukan dalam proses flotasi untuk mengintensifkan selektivitas dari pekerjaan kolektor. Modifier berguna dalam membantu partikel mineral supaya tenggelam. Jenis-jenis modifier, yaitu : 1. PH regulator adalah harga PH yang sesuai akan menentukan intensitas dan abnyaknya reagen kimia yang diperlukan yang juga akan menentukan kecepatan reaksi. 2. Aktivator adalah reagen kimia dalam flotasi untuk meningkatkan kerja kolektor pada permukaan partikel mineral. Depresan adalah reagen flotasi yang membantu menenggelamkan partikel mineral dengan cara menyelimuti permukaan partikel sehingga tidak menempel pada gelembung udara.
Frother Frother (pembuih) adalah reagen kimia yang dipakai dalam flotasi untuk membentuk buih atau busa. Kehadiran frother pada fase cair pada larutan flotasi, meningkatkan kekuatan gelembung udara dan membantu penyebaran gelembung. Frother yang biasanya digunakan adalah pine oil dan asam kresilik alcohol sintetis. Beberapa karakteristik frother, yaitu ; 1. Suatu substansi organic 2. Molekulnya heteropolar terdiri dari satu atau lebih gugusan HC yang dihubungkan satu grup yang polar 3. Kelarutannya tidak terlalu besar, dan tidak terlalu kecil
4. Tidak ter-ion 5. Busa/buih akan segera pecah setelah terpindah dar sel flotasi 6. Mempunyai aktivitas kimia yang lemah
2.1
Flotasi Terhadap Batubara
Sejak metode flotasi dipakai dalam upaya recovery serbuk halus batubara dan cleaning (preparasi tingkatan kedua untuk menaikkan kualitas produk hasil), peranan flotasi sebagai metode preparasi terhadap serbuk halus batubara sangatlah besar. Batubara memiliki sifat apung alami (natural floatability), sehingga sering dianggap bahwa flotasi terhadap batubara pasti mudah dilakukan. Akan tetapi, pada kenyataannya banyak sekali masalah-masalah yang rumit dan tidak sesederhana seperti yang diperkirakan. Atan dan Kattan (dua istilah bahasa Jepang yang diterjemahkan sebagai lignite atau brown coal ) memiliki sifat hidrofili yang kuat. Dengan berubahnya lignite menjadi batubara bituminous, maka struktur kimia batubaranya juga berubah. Gugus polar seperti OH dan COOH menghilang. Dan karena kandungan inherent moisturenya juga berkurang, akhirnya perlahan berubah sifat menjadi hidrofobi. Batubara dengan sifat hidrofobi tertinggi diketahui memilki kandungan karbon 84%. Kemudahan flotasi pada batubara, ternyata akan meningkat sebanding dengan naiknya sifat hidrofobi. Dilihat dari komponen strukturnya, batubara terdiri dari satuan terkecil yang disebut maseral (maceral). Beberapa maseral bergabung membentuk satu kesatuan yang lebih besar yang disebut slice atau band . Dari sudut pandang unsur kandungan petrografi (petrographic constituent) semacam ini, kemudahan flotasi makin meningkat sesuai dengan urutan berikut: charcoal (arang), dull coal (batubara kusam), lalu bright coal (batubara mengkilat). Batubara yang telah dibersihkan dengan cara-cara tertentu, dalam air suling (distilled water) akan menujukkan suatu fenomena sudut kontak. Pada water retreat contact angle dimana gelembung udara melekat pada partikel batubara, sudut kontak yang dibentuk oleh batubara peringkat
tinggi adalah 10~20°, dan mendekati 0° untuk batubara peringkat rendah. Besarnya sudut kontak ini dapat diperbesar menjadi hampir 60° dengan cara membasahi batubara dengan minyak. Pada saat gelembung udara terpisah dari partikel batubara, yang menjadi masalah adalah water advance contact angle. Nilainya berkisar antara 60~85°, dan sudut kontak ini memiliki nilai yang mendekati sudut kontak rata-rata, yaitu nilai dari gaya apung alami batubara. Pada flotasi terhadap batubara, ada banyak sekali reagen yang dapat dipakai. Namun secara umum, reagen polar dan non-polar seperti cresol , pine oil , fatty acid alcohol (MIBC) dan sebagainya dipakai sebagai frother (pembuih), sedangkan reagen non-polar seperti parafin, kerosin, gas oil dan sebagainya dipakai sebagai kolektor. Minyak yang dipakai sebagai kolektor, ditambahkan ke dalam pulp, dan selama proses pengkondisian (conditioning) akan terpecah menjadi tetesan-tetesan kecil. Adakalanya kolektor ini telah dipecah menjadi emulsi terlebih dahulu sebelum ditambahkan ke dalam pulp. Bentuk emulsi yang paling baik adalah berupa tetesan kecil, dengan diameter kurang lebih 5µm untuk parafin atau kerosin. Tetesan kecil dari minyak ini akan menempel pada batubara, dan akan membuat batubara lebih bersifat hidrofobi. Adanya fuel oil sejumlah 250mg/l di dalam air dapat menaikkan sudut kontak dari bright coal （ batubara mengkilat）menjadi 52~82°. Untuk batubara peringkat rendah dan dull coal (batubara kusam) yang memiliki sifat hidrofobi rendah, penambahan reagen non-polar saja tidak cukup. Untuk membuat permukaan batubara lebih bersifat hidrofobi, diperlukan reagen lainnya. Tetesan-tetesan kecil dari reagen membantu penggumpalan partikel batubara, dan gumpalan-gumpalan yang terbentuk lalu diambil dengan metode flotasi. (Adakalanya untuk meningkatkan perolehan (yield) batubara hasil, dilakukan proses penggumpalan terhadap batubara yang mengalami tingkat pembatubaraan tinggi, namun banyak mengandung partikel sangat halus.) Bila batubara mengalami proses oksidasi, di permukaannya akan terbentuk suatu gugus yang bersifat asam, yang akan mengurangi sifat hidrofobi maupun sifat apung yang dimilikinya. Sifat apung batubara yang telah mengalami proses oksidasi, dapat
dikembalikan ke keadaan semula dengan menggunakan larutan kaustik soda. Larutan ini akan mengikis lapisan oksidasi yang terbentuk di permukaan batubara. Daya reaksi batubara terhadap oksigen, ternyata juga berbeda berdasarkan tingkat pembatubaraan yang dialami. Batubara dengan tingkat pembatubaraan yang rendah lebih mudah bereaksi dengan oksigen dan kehilangan sifat apungnya. Dengan semakin tingginya tingkat pembatubaraan, kereaktifan terhadap oksigen ikut berkurang. Di antara hal-hal yang dapat menghambat sifat apung batubara, selain terjadinya oksidasi seperti yang disebutkan di atas, adanya slime atau lempung yang menyelimuti partikel batubara juga menjadi faktor yang patut diperhitungkan. Dalam keadaan normal, partikel batubara bermuatan negatif. Di sisi lain, partikel lempung memiliki muatan positif di sebagian sisinya. Adanya gaya tarik menarik antar muatan ini menyebabkan permukaan batubara tertutup oleh lempung. Dengan penambahan natrium (soda) fosfat, muatan positif yang terdistribusi di bagian ini dapat dinetralisir dan penutupan permukaan batubara oleh lempung dapat dicegah. Sebagai bahan pemecah (dispersant) lempung dan batu lanau (shale), umumnya digunakan natrium (soda) karbonat dan waterglass yang ditambahkan ke dalam pulp. Dalam hal ini, kondisi pH dari pulp memegang peranan yang sangat penting. Ukuran partikel batubara yang mengapung, sangat bergantung kepada berat jenis dan bentuk dari batubara tersebut. Untuk batubara bituminous dengan berat jenis 1,35, ukurannya kurang lebih 5mm, sedangkan untuk batubara antrasit dengan berat jenis 1,54, ukurannya adalah sekitar 1mm. Di sisi lain, partikel-partikel halus akan bersifat koloid yang justru akan mengurangi sifat apungnya. Semakin tinggi konsentrasi pulp flotasi, maka peluang melekatnya partikel batubara terhadap gelembung udara semakin tinggi, sehingga memperbesar nilai recovery. Namun di sisi lain, hal ini juga berdampak pada meningkatnya kemungkinan partikel mineral lain/pengotor untuk ikut terbawa, sehingga dapat menurunkan mutu produk hasil. Konsentrasi pulp flotasi, biasanya dinyatakan dalam persen berat. Nilai ini umumnya berkisar antara 6~25%, dengan konsentrasi optimal
sekitar 12%. Secara umum, batubara dapat terapung dalam rentang pH yang cukup lebar. Hasil percobaan menunjukkan bahwa pada pH mendekati netral, rasio keterapungan ini mencapai nilai maksimum. Pada pH di sekitar 7, permukaan batubara bersifat agak negatif dari segi muatannya. Bila pulp cenderung bersifat agak asam, maka ion +
hidrogen (H ) akan diikat sehingga muatan menjadi 0 atau netral. Hal ini membuat sifat hidrofobi permukaan batubara menjadi maksimum. Bila pulp bersifat terlalu +
asam, maka pengikatan ion H akan membuat permukaan batubara bermuatan positif. -
Sebaliknya, bila pulp bersifat basa/alkali, maka ion OH yang akan diikat sehingga muatan menjadi negatif dan sifat hidrofobi menurun. Bila temperatur pulp dinaikkan, adakalanya hal ini dapat merangsang sifat hidrofobi pada permukaan batubara, sehingga sifat apungnya sedikit membaik. Secara umum, temperatur optimum flotasi batubara dikatakan berkisar antara 25~40°. Akan tetapi, pengaturan temperatur flotasi haruslah dengan memperhitungkan karakteristik dari reagen flotasi yang digunakan. Kebanyakan proses flotasi batubara dilakukan dengan menggunakan mesin flotasi yang dilengkapi dengan pengaduk mekanik. Akan tetapi, pengadukan yang berlebihan juga dapat membawa pengaruh yang tidak baik, terutama untuk flotasi partikel kasar. Selain itu, kecepatan apung dari partikel yang diflotasi juga berbeda tergantung kepada kualitas/ peringkat batubaranya, sehingga adalah lebih bijaksana seandainya penambahan reagen flotasi dilakukan sedikit demi sedikit. Cara ini efektif karena pemakaian reagen dapat ditekan ke jumlah minimum, dan dari segi ekonomis juga menguntungkan. Selain kualitas batubara, faktor kualitas air yang digunakan untuk flotasi juga ikut berpengaruh, sehingga perlu dicari suatu kondisi yang optimum. Timbulnya buih yang berlebihan adalah akibat pemakaian reagen yang terlalu banyak. Dan hal ini jelas berpengaruh terhadap biaya operasi. Ada banyak faktor yang dapat menjadi penyebab membaiknya sifat apung batubara. Beberapa contohnya diberikan seperti di bawah ini:
1. Dengan mencampurkan udara atau oksigen ke dalam pulp sebelum dilakukan flotasi, hal ini dapat menaikkan kinerja proses flotasi. Pencampuran udara atau oksigen yang dilakukan dalam waktu yang cukup singkat, diketahui hanya akan menyebabkan oksigen terikat ke permukaan batubara secara fisika saja, dan tidak sampai menyebabkan terjadinya oksidasi terhadap permukaan batubara. 2. Terdapat pengaruh dari berbagai jenis ion anorganik yang terlarut dalam cairan. Beberapa contoh diantaranya adalah CaCl2, NaCl, CaSO4, Na2SO4, dan lain-lain. 3. Perbaikan kinerja flotasi dapat dilakukan dengan penambahan natrium (soda) sulfida. 4. Berdasarkan
hasil
uji
penambahan
senyawa
polimer,
diketahui
bahwa
penambahan dalam jumlah banyak (lebih dari 20~30 gram/ton) justru akan menghambat flotasi partikel batubara. Efek penghambatan pengapungan batubara oleh koloid organik akan semakin terasa besar bila penambahan dilakukan sebelum penambahan kolektor non-polar.
Di masa depan, diperkirakan pemisahan di tingkat maseral ataupun struktur mikro dari batubara akan menjadi penting.
2.3.
Mesin Flotasi atau Flotator
2.3.1.
Penggolongan Mesin Flotasi
Mesin flotasi mengambil udara lalu dialirkan ke dalam pulp flotasi sehingga terbentuk gelembung udara. Penggolongan mesin flotasi didasarkan pada cara bagaimana gelembung udara tadi di-dispersi (disebar) ke dalam pulp. Yang pertama adalah tipe pengadukan mekanis (mechanical stirring), dimana impeller berputar cepat di dalam pulp, sehingga daerah sekeliling impeller menjadi bertekanan negatif dan udara terhisap masuk. Dengan bantuan putaran impeller ini, udara yang masuk lalu menjadi gelembung-gelembung kecil. Yang kedua, terdapat pula tipe tiupan udara (air blow) atau disebut juga tipe pengaduk udara (air stirring), dimana udara bertekanan ditiupkan ke dalam pulp flotasi. Tipe yang menggabungkan prinsip
keduanya juga ada. Selain dari yang telah disebutkan di atas, masih ada pula tipe khusus, dimana udara yang terlarut dalam air lalu diturunkan tekanannya sehingga terdeposisi. Tipe ini dinamakan tipe deposisi gas atau tipe metode penurunan tekanan.
*) Mesin flotasi jenis baru yang khusus dikembangkan untuk keperluan flotasi batubara juga ada, diantaranya mesin flotasi kolom (column flotator), sel Jamison (Jamison cell), dan sebagainya.
2.3.2.
Mesin Flotasi Fahrenwald
Mesin flotasi ini banyak dipakai, dan dikenal pula sebagai mesin flotasi tipe FW atau tipe Denver Sub-A. Di bagian tengah tangki terdapat suatu silinder yang bagian tengahnya berlubang, dan di bagian bawahnya dipasang diffuser berbentuk disk. Di bawahnya lagi, dipasang impeller yang dapat berputar dengan kecepatan tinggi. Sumbu putaran impeller melewati center dari silinder berlubang tadi. Impeller dan disk yang memiliki 6~8 baling-baling merupakan sebuah struktur yang menyatu, dimana putaran yang terjadi akan menyebabkan tekanan negatif di tempat antara diffuser dan impeller. Hal ini lalu menyebabkan udara luar tersedot masuk melalui bagian atas dari pipa/silinder berlubang. Karena tekanan negatif berfungsi sebagaimana layaknya sebuah pompa, bagian bawah silinder berlubang juga
dihubungkan dengan pipa hisap untuk umpan (feed) pulp, pipa hisap untuk pengiriman kembali produk middling, dan sebagainya. Selain itu, terdapat pula lubang untuk pengiriman kembali pulp dalam tangki. Udara yang melalui ruang antara impeller dan diffuser seolah seperti dipotong-potong oleh baling-baling yang ada, sehingga gelembung udara yang terbentuk berukuran kecil-kecil, sebelum akhirnya naik dan mengapung ke permukaan. Di keempat sudut tangki, terdapat 4 bilah corner wing yang menghadap ke arah silinder berlubang di tengah. Fungsi corner wing ini adalah untuk mencegah adanya aliran berputar yang tak perlu di dalam tangki. Selain itu, alat ini juga berfungsi agar gelembung udara yang terbentuk dapat terdispersi/tersebar ke seluruh bagian tangki. Pada kedalaman kira-kira setengah tangki, dipasang plat kisi-kisi dengan lubang agak besar pada arah horisontal. Plat ini bertujuan untuk mencegah terjadinya aliran turbulen. Di permukaan atas tangki, terdapat skimmer yang berfungsi untuk mengambil buih (froth). Mesin flotasi ini masuk ke dalam tipe pengaduk mekanis, namun bilamana perlu dapat pula dibuat menjadi tipe tiupan udara bertekanan.
2.3.3.
Mesin Flotasi Agitair
Mesin flotasi ini masuk ke dalam tipe gabungan antara pengaduk mekanis dengan hisapan udara. Impellernya berupa sebuah disk horisontal dengan tongkattongkat baja yang terpasang menghadap ke arah bawah, lalu diputar dengan kecepatan tinggi. Udara masuk melalui sumbu tengah impeller yang kosong, lalu bercampur dengan pulp. Pencampuran udara dapat diatur dengan menggunakan katup udara (air valve). Di bagian bawah tangki, dengan posisi mengelilingi impeller, dipasang 24 buah plat penstabil arah menyebar yang berfungsi untuk mencegah terjadinya aliran berputar dan sekaligus untuk memperkuat efek pengadukan.
2.3.4.
Mesin Flotasi Warman
Mesin flotasi ini dikembangkan dan diproduksi di Australia. Mesin ini memiliki tangki yang cukup dangkal, dan tidak membutuhkan daya yang besar. Udara dihisap melalui sumbu rotor yang berlubang di bagian tengah. Namun adakalanya udara luar dikirim masuk dengan menggunakan tekanan. Mesin ini memiliki keunikan pada bentuk rotor dan plat penstabilnya. Tongkat pengaduk pada rotor dipasang 45º menghadap ke belakang, sehingga campuran gelembung udara dan pulp seolah mendapat tenaga dorongan ke bawah, yaitu ke dasar tangki. Kemudian, plat penstabil yang ada di dasar tangki memiliki permukaan yang melengkung sehingga aliran yang terjadi akan mengikuti bentuk permukaan plat penstabil yang diarahkan ke sisi luar. Dengan demikian, aliran ke arah atas dari seluruh bagian tangki dapat dicegah. Pada kebanyakan mesin flotasi, campuran pulp dan gelembung udara langsung menuju ke permukaan. Adanya mesin ini dimaksudkan untuk mengatasi kelemahan tersebut.
3.Dense Medium Separation / Heavy Medium Separation 3.1 Penjelasan Umum
Bila partikel padatan dengan berat jenis besar dan kecil saling tercampur, dan bila tersedia cairan dengan berat jenis di tengah-tengah antara keduanya, maka kita bisa memisahkan partikel yang memiliki berat jenis besar dan kecil dengan memasukkannya ke dalam cairan tersebut. Partikel yang memiliki berat jenis lebih besar dari cairan akan tenggelam, sementara partikel dengan berat jenis lebih kecil dari cairan akan terapung, dan masingmasing dapat diambil sebagai produk hasil pemisahan. Metode pemisahan yang menggunakan prinsip pemisahan apung-endap ini metode pemisahan media berat (heavy medium separation atau heavy fluid separation). Kelebihan utama dari pemisahan media berat adalah kapasitas pengolahan yang besar serta kemampuan pemisahan yang tinggi. Asalkan cairan media berat tersedia, secara teoritis metode ini merupakan metode yang sangat
efektif karena tidak dipengaruhi oleh ukuran butir (asalkan bukan berupa partikel halus) maupun bentuk partikel. Karena mineral lebih berat dari air, maka air bukanlah media yang tepat untuk metode pemisahan apung-endap. Di laboratorium, di pakai larutan seng klorida ZnCl2 yang mempunyai berat jenis ideal, sehingga batubara dapat terapung namun batu akan tenggelam. (Catatan: terdapat berbagai cairan/larutan organik dengan berat jenis 2,75~3,50, yang sangat efektif untuk membuang kuarsa, kalsit, dan lain – lain mineral pengotor (gangue) dengan cara mengapungkannya). Larutan Berat Semu: Larutan berat semu dapat dibuat dengan membuat cairan suspensi dari campuran air dan zat padat. Bila ukuran partikel padat yang hendak dipisahkan lebih kasar dibandingkan dengan ukuran partikel yang menjadi bagian larutan berat semu, dan bila larutan berat semu tidak bersifat plastis dan cukup encer, serta larutan berat semu tidak mengendap, maka larutan berat semu ini dapat dipakai sebagaimana layaknya larutan murni (true liquid). Dengan menggunakan prinsip di atas, digunakanlah proses pemisahan media berat (heavy medium separation atau HMS) dalam skala industri. Pada pemisahan media berat, khususnya untuk preparasi batubara, dikenal apa yang disebut metode Chance. Dalam hal ini, pasir halus yang bersih dicampurkan ke dalam air, lalu dengan pengadukan secara mekanis (dengan mesin), pasir dijaga agar tidak mengendap. Campuran air dan pasir inilah yang berfungsi sebagai larutan berat semu. Selain itu ada pula larutan berat semu yang dibuat dari campuran barit dan lempung (clay), yang juga dipakai pada preparasi batubara sejak dahulu. Pemakaian pada proses pengolahan mineral logam adalah seperti yang dilakukan pada tambang seng (zinc), dimana cairan suspensi dari galena dipakai sebagai media berat. Setelah itu, sebagai larutan berat semu dipakai cairan suspensi dari serbuk magnet kuat seperti ferosilikon atau magnetit. Pengumpulan kembali ataupun pencucian
bahan media berat (serbuk magnet kuat) dilakukan dengan magnetizer , magenetic separator ataupun demagnetizer , yang ternyata merupakan metode yang sangat efektif. Pada preparasi batubara dengan menggunakan media berat, batubara mentah ukuran kerakal maupun butir kecil/halus diproses sehingga akhirnya diperoleh batubara bersih, batubara kelas 2, dan batu (refuse). Selain itu, dalam beberapa tahun terakhir ini telah bisa didapatkan cairan/larutan media berat dengan berat jenis semu (apparent specific gravity) yang tinggi, yang tidak bisa didapatkan dari media berat atau larutan berat semu biasa. Larutan dengan berat jenis semu yang tinggi ini diperoleh dengan mengaktifkan gradien medan magnet pada bahan paramagnetik atau fluida magnetik, seperti misalnya larutan mangan klorida. Khususnya pada fluida magnetik yang memiliki tingkat magnetisasi kuat, dengan melakukan pengaturan terhadap kekuatan/intensitas medan magnetnya akan memungkinkan kita memperoleh berat jenis semu sebesar 10 atau bahkan 20. Material nonmagnetik yang memiliki berat jenis berbeda dapat dipisahkan melalui pemisahan apung-endap dengan proses pengolahan menggunakan media berat. Di masa mendatang, akan menarik sekali untuk melihat perkembangan kemajuan pengolahan/pemisahan terhadap scrap logam berukuran kurang dari beberapa sentimeter menggunakan metode ini.
5.3 Peralatan
Dalam pengoperasian pemisahan media berat, efisiensi pemisahan yang tinggi dapat selalu dijaga dengan mempertahankan kestabilan cairan media berat. Yang menjadi hal penting dalam pengoperasian adalah bagaimana meningkatkan recovery terhadap partikel halus dalam media berat. Berikut ini akan dijelaskan contoh – contoh utama dari mesin pemisah media berat (heavy medium separator).
Drewboy Heavy Medium Separator: Pada bagian dasar dari tangki
pemisahan, terdapat basket yang berfungsi untuk mengangkat material yang tenggelam (terutama batu) akibat pemisahan apung endap. Basket (keranjang) ini berada dalam suatu roda yang dapat berputar, dan terpasang pada posisi miring membentuk sudut, sehingga sebagian berada di dalam air dan sebagian lainnya ada di atas air. Batu yang tenggelam akan diambil oleh keranjang yang akan membawanya ke atas akibat adanya perputaran roda. Setelah sampai di bagian atas, secara otomatis batu akan jatuh oleh beratnya sendiri dan keluar lewat lubang pengeluaran. Batubara kerakal yang mengambang di dalam media berat, dikeluarkan bersama cairan media berat dengan menggunakan skimmer , yaitu plat dari karet yang dipasangi pemberat berbentuk persegi panjang yang dapat diturunkan dan diputar. Dimensi/ukuran mesin pemisah ini, dinyatakan
dengan
ukuran
diameter
wheel (roda
basket untuk
mengeluarkan batu buangan), yang berkisar antara 3,2~5,35 m. Sebagai gambaran, dengan menggunakan alat berukuran 3,8 m untuk pemrosesan batubara mentah berukuran 30~50 mm, maka besar kapasitas pengolahan adalah 137 t/h, jumlah batubara yang mengapung 98 t/h, dan pemakaian bahan media berat (magnetit) adalah 380 g/t.
Drewboy Bath
DSM Vessel
Drum-type Heavy Medium Separator: Badan alat ini terdiri dari
sebuah drum (silinder) yang bersekat-sekat. Sekat-sekat ini berlubanglubang, dan terpasang pada drum secara radial (dari pusat mengarah ke luar). Akibat adanya perputaran pada bagian dalam silinder, maka material yang mengendap akan terbawa oleh lifter ke atas. Material endapan ini lalu dikeluarkan melalui traf (trough) yang dipasang masuk ke bagian dalam silinder. Material yang mengapung keluar secara kontinyu melewati sekat yang ada di sisi berlawanan dari tempat dimasukkannya umpan. Drum dengan panjang 6 m dan diameter 4,3 m memiliki kapasitas pengolahan 450 t/h.
Heavy Medium Cyclone: Siklon media berat dipakai untuk memisahkan
batubara kokas dari batubara mentah yang memiliki kadar batubara tinggi pada zona di dekat berat jenis pemisahan. Wet-type cyclone atau hidrosiklon biasanya dipakai untuk tujuan klasifikasi partikel. Untuk siklon media berat yang dipakai untuk tujuan pemisahan mineral, tekanan aliran masuk diperkecil hingga kurang lebih separuhnya, yaitu sekitar 0,5 2
kg/cm . Selain itu, untuk memperkecil pengaruh gravitasi pada bagian dalam siklon, maka sumbu tengah (center axis) dibuat miring dengan sudut kira-kira 10° terhadap garis horisontal. Sebagai cairan media berat untuk proses preparasi batubara, dipakai partikel halus magnetit yang
dicampur air, lalu diaduk untuk membuat cairan suspensi. Pada siklon media berat, karena material media beratnya cenderung mudah terklasifikasi akibat gaya sentrifugal yang bekerja, maka dipakai magnetit berukuran halus antara 5~40µm agar kestabilan lebih terjaga. Magnetit yang menempel pada produk dibersihkan dengan shower (siraman air), lalu air bilasannya diproses dengan menggunakan pemisah magnetik (magnetic separator) untuk diambil magnetit-nya kembali. Mesin pemisah magnetik yang dipakai merupakan pemisah magnetik sistem basah berbentuk drum, yang memiliki gradien magnetik kuat, hingga mencapai 500 gauss pada jarak sejauh 50mm dari permukaan drum. Pada pemisahan dengan media berat, bila viskositas cairan media berat bertambah, maka proses pemisahan menjadi semakin susah. Selain itu, karena pemisahan untuk serbuk halus berukuran kurang dari 0,5 mm juga tergolong susah, maka batubara mentah terlebih dahulu diayak untuk mengambil serbuk halusnya. Produk yang didapat dari pemisahan dengan siklon juga dilewatkan ke atas screen untuk dilakukan penapisan (cairan media
berat
dibiarkan
menetes
untuk
ditampung
kembali)
pencucian/pembilasan.
batubara mentah
batubara apung
batubara
Siklon Media Berat
dan
DSM-type Heavy Medium Cyclone: Alat ini dikembangkan pada tahun
1945 oleh Driesen dari Belanda, dan sekarang termasuk alat yang banyak dipakai di berbagai negara. Alat ini terutama dipakai untuk mengolah partikel dengan ukuran <25 mm, namun mampu pula mengolah partikel hingga ukuran maksimal 50 mm. Selain itu, pemrosesan untuk partikel dengan ukuran 1~0,1 mm dapat dilakukan dengan tingkat ketelitian yang baik. Kapasitas pengolahan untuk partikel dengan ukuran butir yang umum, bila menggunakan siklon dengan ukuran (diameter) 500 mm adalah 50 t/h. Sering dikatakan bahwa tekanan pada inlet umpan, membutuhkan tekanan kolom media berat sekurang-kurangnya 9 kali 2
ukuran diameter siklon, dengan nilai patokan 0,4~0,8 kg/cm . Karena dioperasikan pada tekanan rendah, umumnya siklon dipasang tidak pada posisi tegak lurus, tetapi pada posisi hampir horisontal (dibuat kemiringan dengan sudut sekitar 10°).
DWP-type Heavy Medium Cyclone: Berbeda dengan siklon yang
umumnya berbentuk kerucut, terdapat pula siklon berbentuk silinder, seperti misalnya DWP di Amerika Serikat atau Vorsyl heavy medium separator di Inggris. Pada siklon DWP, cairan media berat dimasukkan dari bagian bawah silinder pada arah garis singgungnya. Di dalam silinder, cairan media berat bergerak berputar naik ke atas sebelum akhirnya keluar. Pada saat itu, di bagian tengah silinder terbentuk bagian kosong yang berpusar. Pertama-tama, batubara diumpankan dari bagian tengah ujung atas. Batuan ampas yang memiliki berat jenis besar, lalu bercampur masuk ke dalam cairan media berat, dan akhirnya keluar dari bagian atas bersama cairan media berat. Batubatubara bersih yang memiliki berat jenis lebih ringan, mengalir di permukaan media berat pada bagian tengah yang kosong sebelum akhirnya keluar dari lubang
tengah diujung dibawah silinder. Bentuk pusaran dibagian dalam silinder menyerupai bentuk angin puyuh, sehingga dari kata Dyna Whirl Pool diambil singkatannya menjadi DWP . Pada siklon ini, media berat dan batubara diumpankan terpisah, sehingga ada beberapa keuntungan yang dapat dipetik, misalnya kemudahan dalam pengaturan jumlah umpan untuk batubara maupun media berat, dan kemudahan dalam pengontrolan media berat. Selain itu, karena waktu kontak (persinggungan) antara partikel batubara dan media berat cukup pendek, maka loss untuk media berat dapat ditekan serendah mungkin. Saat ini, tengah dikembangkan tipe yang dapat menghasilkan 3 jenis produk dengan lubang pengeluaran (discharge outlet) dibagian tengah.
4.Jigging
Pengertian : Proses pemisahan mineral yang bergantung pada kemampuan partikel mineral menerobos bed berdasarkan perbedaan ukuran dan specific gravity.
Prinsip pemisahan :
Mampu tidaknya mineral menerobos bed : - Mampu Konsentrat (melewati screen) - Tidak mampu Tailing (terbawa aliran horizontal di permukaan bed)
Air terdorong dan terisap adanya pulsion & su ction
Mekanisme Pemisahan :
Pulsion (Dorongan) Torak bergerak turun, terjadi pulsion, mendorong air sehingga mineral saringan di atas saringan mengandung dan membuka bed
-
Partikel/ mineral berat menerobos bed konsentrat
-
Partikel/ mineral ringan aliran horizontal
tailing
Suction (Isapan dan Sedotan) Torak akan bergerak naik, terjadi isapan, air akan terisap, tersedot, bed akan turun dan menutup saringan.
NB: Bed adalah suatu material (partikel) dengan ukuran di antara ukuran partikel berat dan ringan. Biasanya Hematit (Fe2O3). Agar air dalam Hutch tenang dan penyedotan kecil maka diberikan air tambah (underwater) Pada saat suction : - partikel berat ukuran besar tertinggal di bed - partikel ringan ukuran besar terbawa aliran horizontal
Gaya yang bekerja pada jigging : 1.
Differensial accelaration : perbedaan percepatan jatuh Mineral-mineral yang specific gravitynya besar lebih cepat jatuh / mengendap dibanding yang SGnya kecil
2.
Hindered Settling Formasi jatuh mineral ringan ukuran besar sama dengan mineral berat ukuran kecil.
3.
Consolidation Tricking/ Intertitial Tricking Mineral-mineral ringan mampu menerobos di antara mineral-mineral berat pada akhir pulsion.
Differential Acceleration
Starting point
After a very short
time
Starting Point
HINDERED
SETTLING
Start TRICKLING
Aliran dan Distribusi Partikel dalam Jigging
CONSOLIDATION
Skematik Siklus Jigging
SIKLUS JIGGING
A.
B.
Differential Accelaration
C.
Hindered Settling
D.
Intertitial Tricling / Consolidation
AB = DA
D = DA + HS
BC = HS
E = CD
C = Cross Flow
Pulsion
A = Siklus baru dimulai kecepatan aliran air ke atas terus meningkat sehingga bed mengambang jika waktu antara A dan B sedikit DA B = Kecepatan aliran air terus meningkat hingga mencapai puncaknya di titik C HS V mineral > V air = pengendapan (mineral berat) V mineral < V air = terbawa arus horizontal C = Aliran arus horizontal D = Pengendapan mineral dimulai dari yang berukuran besar diikuti urusan halus DA
+ HS
E = Transisi antara pulsion dan suction. Jig bed mulai menutup (Consolidation Trickling) * Mineral berat berukuran kecil akan menerobos bed * Mineral ringan dan berat berukuran besar tertinggal di bed Parameter/ variabel yang berpengaruh pada proses Jigging : 1.
Persen padatan
2.
Waktu pengumpanan
3.
Ukuran partikel berat jenis dan bentuk mineral
4.
Volume air tambahan / underwater
5.
Kecepatan aliran horizontal
6.
Amplitudo
7.
Stroke
8.
Ukuran lubang Spigot
9.
Motor jig
10. Jig Screen 11. Kecepatan aliran di dalam jig tank
CD
4.2 Peralatan
Harz Jig merupakan salah satu contoh utama dari tipe Plunger Jig . Konstruksinya terbagi atas ruang plunger dan ruang jala-jala, yang dihubungkan dengan hutch. Setelah jig dipenuhi dengan air, partikel kemudian diumpankan ke atas jala-jala. Dengan memutar sumbu eksentris, maka plunger akan bergerak naik-turun. Di ruang jala-jala, terjadi efek dorongan ke atas (aliran air naik) dan efek hisapan ke bawah (aliran air turun) secara bergantian dan berulang-ulang. Partikel dalam jumlah banyak yang terdapat di atas jala-jala disebut dengan bed (lapisan). Lapisan ini tersusun dari 2 jenis partikel berukuran sama, namun dengan berat jenis berbeda; dan pada celah-celah antar partikel, terisi lagi dengan partikel-partikel halus dengan berat jenis besar maupun kecil. Pada saat terjadi efek dorongan ke atas akibat adanya denyutan air, partikel-partikel tersebut akan buyar di dalam air. Kemudian, saat air mulai dihisap kembali (turun), partikel akan mengendap membentuk susunan sebagai berikut. Yang pertama mengendap di atas jala-jala adalah sejumlah besar partikel dengan berat jenis tinggi berukuran kasar. Di atasnya, mengendap lagi banyak partikel dengan berat jenis tinggi namun berukuran kecil dan halus. Setelah itu, bed (lapisan) mulai memadat. Pada lapisan yang mulai memadat ini, partikel kecil dengan berat jenis tinggi akan terhisap lebih dulu dibandingkan partikel kecil dengan berat jenis rendah. Karena kemudian efek penghisapan berakhir, kebanyakan partikel kecil dan halus
4.2.2 Diaphragm Jig Seperti namanya, diaphragm jig bekerja dengan menggerakkan diafragma untuk menimbulkan denyutan air sehingga proses jigging dapat dilakukan. Contoh utama alat tipe ini adalah Denver Mineral Jig . Struktur dari Denver mineral jig terdiri dari jala-jala dan ruang diafragma. Di bagian tengah diafragma, terdapat batang penghubung antara diafragma dan eksentrikator (penggerak eksentris) yang dapat bergerak naik-turun, sehingga akan menimbulkan denyutan air di ruang jala-jala. Di sisi lain, auxiliary water (air tambahan) seperti ditekan masuk ke bawah diafragma. Air ini masuk dengan interval tertentu melalui katup putar (rotary valve). Pada saat diafragma bergerak ke bawah sehingga terjadi denyutan yang mendorong aliran air ke atas, katup dalam posisi tertutup.
Kemudian pada saat diafragma bergerak ke atas dan terjadi aliran air turun, katup lalu terbuka dan air pun masuk. Dengan demikian, terjadi denyutan tanpa diiringi proses penghisapan, dan hal ini memperkecil resiko pemadatan lapisan (bed) yang terbentuk. Di atas ruang jala-jala, dihamparkan lapisan bola-bola baja berukuran kecil. Pada prinsipnya, produk hasil dari hutch diambil sebagai batubara bersih. Dalam arti luas, jig bed berarti semua keseluruhan lapisan yang ada di atas jala-jala (=bed). Akan tetapi dalam arti sempit, jig bed berarti lapisan yang dibuat secara sengaja. Pada Denver mineral jig, istilah ini menunjuk kepada lapisan bola-bola baja kecil. Lapisan buatan ini digunakan manakala partikel umpan (feed) berukuran terlalu halus. Jig yang dengan sengaja menciptakan lapisan buatan semacam ini, disebut bed jig . Pada bed jig , partikel yang berat akan bergerak melalui lapisan (bed) sebelum jatuh ke hutch, sedangkan partikel mineral yang ringan akan mengalir di atas bed. Untuk bed jig , faktor-faktor seperti ketebalan lapisan bed , kehalusan ukuran partikel, berat jenis partikel dan sebagainya, sangat berpengaruh.
4.2.3 Baum Jig Jig ini memakai udara bertekanan (compressed air), dan banyak dipakai pada preparasi batubara. Proses denyutan terjadi sebagai berikut. Pertama-tama, bagian pelepasan-udara (exhaust air) dari katup udara (air valve) dalam keadaan tertutup, sementara bagian udara-masuk (intake air) dalam keadaan terbuka, sehingga udara mengalir masuk ke ruang-udara.
(a) Jig
(b)Katup Udara
Contoh Struktur Baum Jig Akibatnya, air di dalam hutch terdesak oleh tekanan udara, dan hal ini menyebabkan air di ruang jala-jala/screen terangkat naik. Setelah itu, katup pelepasan-udara menjadi terbuka, sehingga udara bertekanan yang ada di ruang-udara lepas keluar. Hal ini menyebabkan permukaan air di ruang jala-jala menjadi turun kembali. Pada jig ini, tekanan udaranya 2
sekitar 0,1~0,5kg/cm , sedangkan jumlah stroke (langkah) umumnya antara 40~60 kali/menit. Air yang digunakan, dikirim melalui pipa air. Batubara mentah dan air, dikirim masuk ke dalam jig dari salah satu sisi di ujung bagian atas tangki air. Di blok/kompartemen ke-1 dan ke-2, batubara mentah mengalami pemisahan kasar (pemisahan tahap pertama). Pada pemisahan tahap pertama ini, akan terbentuk lapisan dengan posisi batubara di lapisan atas, sedangkan batu di lapisan bawah. Adanya denyutan akibat dorongan udara-bertekanan serta adanya aliran air akan membuat batubara bergerak naik-turun sambil maju mengikuti aliran air. Pada gambar jig, terlihat bahwa screen untuk pemisahan kasar (tahap pertama) yang ada di ruang jala-jala berada dalam posisi miring dari kanan ke kiri, sehingga batu bergerak ke ujung kiri screen dan dikeluarkan. Kemudian batu tersebut akan diangkut naik dengan bucket elevator . Partikel yang lolos masuk menembus lubang screen lalu dibawa dengan
screw conveyor dan diangkut naik dari sebelah kiri bersama-sama dengan batu menggunakan bucket elevator . Batubara yang lebih ringan, lalu masuk bersama aliran air ke kompartemen 3 dan 4 di sebelah kanan, dimana proses pemisahan tahap kedua (cleaning) akan berlangsung. Dalam pemisahan tahap kedua (cleaning), batubara kelas 2 akan mengendap
di
lapisan
bawah,
kemudian
akan
jatuh
ke
ruang
penampungan bucket elevator yang ada di ujung kanan screen. Dari sini, batubara kelas 2 akan diangkut naik dengan bucket elevator . Batubara yang lebih ringan, yang berada di lapisan bagian atas, terbawa oleh aliran air ke bagian kanan. Partikel batubara berukuran kecil (halus) yang menerobos masuk melalui lubang screen dan jatuh ke bagian dasar hutch yang berbentuk setengah lingkaran, kemudian dikirim ke ujung kanan screen menggunakan screw conveyor , untuk kemudian diangkut naik ke atas bersama batubara kelas 2 dengan bucket elevator . Di dekat tempat pembuangan/pengeluaran batu dan batubara kelas 2 di ruang jala-jala, diletakkan float (pengapung). Bila lapisan batu atau batubara kelas 2 (=bed) telah bertumpuk mencapai ketinggian tertentu, maka float yang terendam di dalam lapisan akan menyembul naik ke posisi kesetimbangan semula. Besar kecilnya deviasi posisi float ini, akan berpengaruh terhadap kecepatan pengeluaran/ pembuangan batu atau batubara kelas 2. Dengan berfluktuasinya kondisi batubara mentah yang diumpankan ke dalam jig, lalu dibuat peralatan otomatis untuk mengatur tingkat pembuangan batu berdasarkan ketinggian lapisan batu yang terbentuk. Peralatan ini lalu disebut sebagai peralatan pembuang batu otomatis. Baum jig termasuk mesin pemisah (separator) yang tidak terlalu terpengaruh oleh besar-kecilnya ukuran butir, dimana terdapat banyak contoh kasus yang menyebutkan hasil pengolahan yang memuaskan terhadap campuran yang memiliki ukuran partikel beragam, dengan rentang maksimum 200mm hingga yang berukuran halus. Pada tabel 6~2,
