STUDI PERILAKU UNSUR TIMBAL (Pb) PADA PROSES DELEADING DI TANUR ANODA PT. SMELTING, GRESIK TUGAS AKHIR

Transkripsi

1 STUDI PERILAKU UNSUR TIMBAL (Pb) PADA PROSES DELEADING DI TANUR ANODA PT. SMELTING, GRESIK TUGAS AKHIR Diajukan untuk memenuhi syarat meraih gelar sarjana pada Program Studi Teknik Metalurgi Institut Teknologi Bandung oleh : Syaiful Ahsan PROGRAM STUDI TEKNIK METALURGI FAKULTAS TEKNIK PERTAMBANGAN DAN PERMINYAKAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2007

2 LEMBAR PENGESAHAN STUDI PERILAKU UNSUR TIMBAL (Pb) PADA PROSES DELEADING DI TANUR ANODA PT. SMELTING, GRESIK TUGAS AKHIR Bandung, Oktober 2007 Disetujui untuk Program Studi Teknik Metalurgi Oleh : Dr. Ir. Rozik Boedioro Soetjipto Pembimbing ii

3 Allah telah menurunkan air (hujan) dari langit dan mengalirlah air di lembah lembah menurut ukurannya, maka arus itu membawa buih yang mengambang. Dan dari sesuatu (bijih) yang mereka lebur dalam api untuk membuat perhiasan atau alat alat, ada (pula) buihnya seperti buih arus itu. Demikianlah Allah membuat perumpamaan (bagi) yang benar dan yang batil. Adapun buih itu akan hilang sebagai sesuatu yang tak ada harganya, sedangkan yang memberi manfaat kepada manusia akan tetap di bumi. Demikianlah Allah membuat perumpamaan perumpamaan. (Alquran Surah Ar Ra'd : 17) Kupersembahkan untuk ayah, ibu, kakak, dan kedua adikku. Semoga selalu dalam lindungan Allah Swt. iii

4 STUDI PERILAKU UNSUR TIMBAL (Pb) PADA PROSES DELEADING DI TANUR ANODA PT. SMELTING, GRESIK RINGKASAN Pemurnian oksidasi yang dilakukan pada tanur anoda bertujuan untuk mengurangi kandungan pengotor di dalam tembaga blister, terutama unsur belerang. Tetapi terkadang terdapat pengotor dengan kadar terlalu tinggi yang dapat mendatangkan masalah, misalnya jika kandungan timbal berlebih. Jika kadar unsur timbal melampaui batas yang diizinkan, proses electrorefining tidak akan berlangsung dengan baik karena terjadinya pasivasi pada tembaga anoda. Oleh karena itu kadar timbal berlebih dalam tembaga blister juga diupayakan penurunannya pada proses pemurnian di dalam tanur anoda. Sebagai logam yang dapat membentuk oksida basa PbO, timbal dapat diikat oleh senyawa yang diperoleh dari bahan imbuh (flux) yang dapat membentuk terak asam seperti silika, SiO 2. Dengan didukung oleh oksigen sebagai oksidator, senyawa PbO yang kemudian membentuk kompleks dengan SiO 2 akan masuk ke dalam fasa terak. Pada penelitian ini variabel variabel yang diamati dampaknya terhadap proses deleading yaitu nisbah SiO 2 FeO di dalam terak tanur anoda, derajat oksidasi, volume oksigen, waktu oksidasi, temperatur operasi, dan kadar timbal dalam tembaga blister. Hasil penelitian menunjukkan bahwa variabel yang memberikan pengaruh signifikan adalah nisbah SiO 2 FeO di dalam terak tanur anoda, derajat oksidasi, dan temperatur sedangkan variabel variabel yang lain pada umumnya tidak menunjukkan dampak yang berarti. iv

5 A STUDY ON LEAD (Pb) BEHAVIOR AT DELEADING PROCESS IN ANODE FURNACE OF PT. SMELTING, GRESIK ABSTRACT Fire refining in anode furnace is one step of copper processing which is intended to reduce impurities content in blister copper, especially sulfur. There are other impurities that may create problems in further processing of anode copper, such as lead, when its content in the metal exceeds a certain limit. Beyond such limit, the subsequent electrorefining of copper anode will not perform well due to the occurence of passivation at the copper anode. Therefore, oxidation refining of blister copper in the anode furnace should also serve as a deleading process so as to reduce the lead content in the anode copper down to a certain tolerable value. Since lead can be oxidized into a basic oxide, PbO, it will form silicate complexes with silica (SiO 2 ), that will subsequently enter into a silica based acid slag. The oxidation is conducted by oxygen enriched blast air. The effects of operating variables on the deleading process which were investigated are the SiO 2 FeO ratio in anode furnace slag, the degree of oxidation, volume of oxygen, oxidation time, the operating temperature, and lead content in blister copper. Experimental results show that the SiO 2 FeO ratio in anode furnace slag, the degree of oxidation, and the operating temperature are the major operating variables that have significant effects upon the deleading performance. v

6 KATA PENGANTAR Puji syukur ke hadirat Allah Swt. yang telah melimpahkan rahmat, kasih sayang, serta ilmu Nya sehingga penulis mampu menyelesaikan penelitian tugas akhir yang berjudul Studi Perilaku Unsur Timbal (Pb) pada Proses Deleading di Tanur Anoda PT. Smelting, Gresik. Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada : 1. Bapak Dr. Ir. Eddy Agus Basuki, ketua Program Studi Teknik Metalurgi; 2. Bapak Prof. Dr. Ir. Arief S. Sudarsono, dosen wali; 3. Bapak Dr. Ir. Rozik Boedioro Soetjipto, dosen pembimbing tugas akhir; 4. Bapak dan Ibu staf pengajar Program Studi Teknik Metalurgi dan Teknik Pertambangan ITB yang telah membagi segala ilmu dan pengetahuannya; 5. Bapak dan Ibu staf tata usaha dan seluruh pegawai Program Studi Teknik Metalurgi dan Teknik Pertambangan ITB atas semua bantuan yang diberikan; 6. Bapak Ir. Budi Priyo Handogo yang telah memberikan izin penelitian tugas akhir di PT. Smelting, Gresik; 7. Bapak Ir. Antonius Prayoga yang telah memberikan izin penelitian di tanur anoda PT. Smelting, Gresik; 8. Bapak Dadan Ibrahim, S.T. dan Bapak Soegijarno, S.T. atas bimbingannya selama pelaksanaan tugas akhir di PT. Smelting, Gresik; 9. Bapak Dr. Ir. Akskadi Djohari, Bapak Kuswara, dan Bapak Rizki Syafari yang telah memberikan izin analisis sampel di laboratorium PT. Smelting, Gresik; 10. seluruh kru tanur anoda PT. Smelting, Gresik atas bantuannya; 11. seluruh kru teknikal dan laboratorium PT. Smelting, Gresik atas segala bantuannya selama proses preparasi dan analisis sampel; 12. kawan kawan mahasiswa Teknik Metalurgi dan Teknik Pertambangan ITB; 13. serta seluruh pihak yang telah membantu pelaksanaan tugas akhir ini. Bandung, Oktober 2007 Penulis vi

7 DAFTAR ISI halaman HALAMAN JUDUL...i LEMBAR PENGESAHAN...ii HALAMAN PERSEMBAHAN...iii RINGKASAN...iv ABSTRACT...v KATA PENGANTAR...vi DAFTAR ISI...vii DAFTAR GAMBAR...x DAFTAR TABEL...xii DAFTAR LAMPIRAN...xiii BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Tujuan Penelitian Ruang Lingkup Penelitian Sistematika Penulisan...3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Unsur Timbal dalam Peleburan Tembaga Pemurnian Oksidasi Termodinamika Terak Teori molekul terak Teori ion terak Neraca Massa Unsur Pengotor Interaksi Elektrostatik Unsur As, Sb, dan Pb Aspek Kinetika Proses Deleading...17 vii

8 BAB III METODOLOGI PENELITIAN Diagram Alir Metode Penelitian Deskripsi Proses Deleading pada Tanur Anoda Prosedur Percobaan Pengambilan sampel Preparasi sampel Analisis kimia Gambaran Umum Metode Penelitian BAB IV PEMBAHASAN Termodinamika Kesetimbangan Lelehan Tembaga dan Terak Analisis Hubungan Berbagai Variabel dengan Koefisien Distribusi Hubungan Nisbah SiO 2 FeO dengan Koefisien Distribusi Timbal Hubungan Derajat Oksidasi dengan Koefisien Distribusi Timbal Hubungan Volume Oksigen dengan Koefisien Distribusi Timbal Hubungan Waktu Oksidasi dengan Koefisien Distribusi Timbal Hubungan Temperatur Akhir Oksidasi dengan Koefisien Distribusi Timbal Hubungan Kadar Timbal dalam Tembaga Blister dengan Koefisien Distribusi Aspek Kinetika Proses Deleading...48 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Saran viii

9 DAFTAR PUSTAKA...xiv LAMPIRAN ix

10 DAFTAR GAMBAR halaman Gambar 2.1 Skema Tanur Anoda selama Proses Deleading...19 Gambar 2.2 Antarmuka Antara Dua Fasa Gambar 3.1 Diagram Alir Metode Penelitian...23 Gambar 3.2 Skema Proses Pemurnian Oksidasi...25 Gambar 3.3 Tanur Anoda Gambar 3.4 Sampel Ingot dan Pin Tembaga...26 Gambar 3.5 Terak Tanur Anoda...27 Gambar 3.6 Perangkat Instrumen Analisis Gas LECO Gambar 3.7 Spektrometer Emisi Atom ICP dan Larutan Sampel Gambar 4.1 Nilai γ PbO dalam terak terner SiO 2 CaO FeO x pada 1300 C...34 Gambar 4.2 Koefisien Aktivitas Oksida oksida Logam di dalam Terak Fayalitik...35 Gambar 4.3 Grafik Hubungan Persentase Berat SiO 2 dalam Sistem Biner SiO 2 FeO dengan Koefisien Distribusi Timbal...36 Gambar 4.4 Diagram Fasa Persen Berat PbO SiO Gambar 4.5 Grafik Hubungan Berat Silika dengan Kadar Timbal Gambar 4.6 Persentase Tembaga dalam Terak Tanur Anoda...41 Gambar 4.7 Grafik Hubungan Volume Oksigen dengan Koefisien Distribusi Timbal Gambar 4.8 Grafik Hubungan Waktu Oksidasi dengan Koefisien Distribusi Timbal Gambar 4.9 Grafik Hubungan Temperatur Akhir Oksidasi dengan Koefisien Distribusi Timbal...44 Gambar 4.10 Koefisien Aktivitas Pengotor Logam dalam Lelehan Tembaga...46 x

11 Gambar 4.11 Grafik Hubungan Kadar Timbal dalam Tembaga Blister dengan Koefisien Distribusi Timbal...47 xi

12 DAFTAR TABEL halaman Tabel 2.1 Urutan Sifat Asam Basa Senyawa senyawa Oksida...12 Tabel 3.1 Variasi Jumlah Terak Tanur Pembersih dan Pasir Silika...25 Tabel 4.1 Nilai Variabel variabel untuk Tiap Lot (a) Tabel 4.2 Nilai Variabel variabel untuk Tiap Lot (b)...33 Tabel 4.3 Perbandingan Mol SiO 2 dan Mol PbO dalam Terak Tanur Anoda Tabel 4.4 Hubungan Berat Silika dengan Kadar Timbal...39 Tabel 4.5 Nilai Variabel variabel untuk Lot 6386, 6387, dan Tabel 4.6 Koefisien Aktivitas Pengotor Logam dalam Lelehan Tembaga...45 xii

13 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran A Data data Operasi Perusahaan Lampiran B Data data Hasil Analisis Lampiran C Perhitungan Neraca Massa Unsur Cu dan Pb xiii