KARAKTERISTIK FISIK PELLET DAN SPONGE IRON PADA BAHANBAKU LIMBAH KARAT DENGAN PASIR BESI SEBAGAI PEMBANDING

Transkripsi

1 Prosiding Semirata FMIPA Universitas Lampung, 2013 KARAKTERISTIK FISIK PELLET DAN SPONGE IRON PADA BAHANBAKU LIMBAH KARAT DENGAN PASIR BESI SEBAGAI PEMBANDING Muhammad Amin*, Suharto*, Reni**, Dini** *UPT.Balai Pengolahan Mineral Lampung,** FMIPA Universitas Lampung Abstrak. Indonesia kaya akan bahan baku tambang, salah satunya adalah pasir besi dan bijih besi yang digunakan sebagai bahan baku pembuatan besi dan baja. Dalam proses pembuatan besi dan baja banyak cara dan proses yang dilakukan yaitu dengan dilebur langsung pada tanur tiup (blast furnace) dalam bentuk ore dengan hasil pig iron atau diolah terlebih dahulu menjadi sponge iron selanjutnya dilebur ditungku kupola atau tungku induksi (induction furnace). Pada proses pembuatan besi baja dengan jalur proses sponge iron terlebih dahulu bahan baku dibuat dalam bentuk pellet dengan diameter 80 mm 120 mm. Dalam penelitian ini dilakukan pembuatan sponge iron dengan menggunakan bahan baku pasir besi dan limbah karat besi sebagai pembanding. Dalam pembuatan pellet dengan alat pelletizing bahan baku utama pasir besi dan karat besi 77 % di tambahkan bentonit sebanyak 3 % yang berfungsi sebagai perekat dan batubara 20 % yang berfungsi sebagai reduktor. Setelah pellet terbentuk maka pellet dikeringkan dalam oven suhu 110 o C dan diuji masa jenisnya, selanjutnya pellet direduksi atau dibakar pada suhu 1200 o C selama 2 jam setelah dibakar dilakukan proses pendinginan dan akan didapat produk sponge iron dari bahan baku pasir besi dan limbah karat besi. Selanjutnya produk sponge iron dilakukan karakteristik fisik berupa masa jenis, porositas dan absorbsi. Dari hasil pengujian karakter maka didapatkan hasil masa jenis sponge dari pasir besi lebih baik sebesar 5,42 gr/ml lebih baik dibandingkan dengan bahan baku karat sebesar 4,00 gr/ml sedangkan karakter daya serap atau absorbsi pada bahan baku pasir besi lebih besar yaitu 23 % sedangkan pada karat besi sebesar 7,16 % hal ini dikarenakan porositas dari bahan baku pasir besi sudah tinggi sebesar 658,67 sehingga semakin bertambahnya porositas maka akan semakin luas permukaan dan tingkat absorbsinya pun semakin besar. Bahan baku pasir besi lebih baik dibandingkan besi karat dikarenakan pasir besi merupakan senyawa oksida besi (Fe 2 O 3 ) sehingga pada proses reduksi maka berjalan lebih sempurna dalam melepaskan oksigen bila dibandingkan karat besi yang berbentuk senyawa logam besi (FeO). Kata kunci: Pellet, Sponge iron, Pasir besi, Karat Besi, besi baja PENDAHULUAN Gambar 1. Potensi Cadangan Pasir Besi Secara umum pasir besi terdiri dari mineral optic yang bercampur dengan butiran-butiran dari mineral non logam seperti kuarsa, ampibol, piroksen, kalsit, feldspart dll, mineral tersebut terdiri dari magnetic, ilmenit, limonit dan hematite. MineraL bijih besi terutama berasal dari batuan basaltic dan andesit vulkanik. [1] Bijih besi dalam bentuk lump ore di pellet dengan komposisi tertentu lalu di reduksi, saat proses pellet bijih besi ukurannnya diperkecil, sedangkan suhu reduksi adalah berkisar antara o C Semirata 2013 FMIPA Unila 179

2 Muhammad Amin, dkk: KARAKTERISTIK FISIK PELLET DAN SPONGE IRON PADA BAHANBAKU LIMBAH KARAT DENGAN PASIR BESI SEBAGAI PEMBANDING Produk dari pada sponge iron ini adalah sebagai bahan baku untuk pembuatan baja dengan jenis produk type of iron-bassed atau ferro alloys.[2] Komposisi pellet dengan reduktor sebanyak 17 %, bijih besi 80 % dan bentonit 3 % sudah cukup baik karena pada saat selesai pelletisasi dan di keringkan pellet cukup keras sehingga sewaktu di masukkan ke dalam rotary kiln tidak hancur sehingga kalau pada saat proses reduksi dan rotary kiln di putar maka pellet tidak hancur maka perekat bentonit 3% cukup baik. Pada saat proses reduksi pellet bijih besi di dalam rotary kiln sebaiknya denmgan waktu tinggak selama 2 jam maka rotary harus di putar dengan 1 kali putaran setiap 15 menit sekali ini dimaksudkan agar sponge iron yang di hasilkan matang dengan rata,untuk mencegak agar tidak terjadi melting pada satu permukaan saja dan kalau ini terjadi maka sponge iron yang di hasilkan akan menggumpal satu dengan yang lainnya tidak memisah.[3] Proses reduksi langsung didefinisikan sebagai suatu proses menghasilkan besimetal dengan mereduksi bijih besi ataupun bentuk senyawa oksida lainnya dibawah temperatur lebur setiap material yang terlibat di dalamnya [Feinman., 1999]. Hasil proses reduksi langsung disebut dengan DRI (Direct Reduction Iron), karena hasilnya masih dalam bentuk padatan dan secara fisik pada permukaannya terlihat rongga-rongga atau porositas maka disebut juga dengan besi spons. [4] Gambar 2. Pellet Pasir Besi/ Karat Besi Gambar 3. Sponge Hasil Reduksi Pellet bijih besi di buat melelui proses peletizing, dengan prinsip utama pembuatan pellet bijih besi meliputi tiga tahapan yaitu: 1. Preparasi bahan baku, meliputi proses pengayakan dan grinding 2. Pembentukan bola pellet (balling), meliputi proses pencampuran, pengadukan dan pembentukan bahan baku menjadi bentuk bola silinder 3. Indurasi, yaitu proses peningkatan kekuatan pellet Sedangkan pellet biji besi adalah gumpalan berbentuk bola yang di buat dari partikel halus dengan bahan konsentrat bijih besi.[5] Upaya pemanfatan pasir besi lokal sebagai bahan baku besi baja, pasir besi yang digunakan sebagai bahan baku di campur dengan batubara sebagai bahan reduktor dan bentonit sebagai perekat lalu dibuat pellet. Semua bahan digiling dengan kehalusan mesh 100 dan di reduksi di furnace dan di lebur pada suhu 1500 o C selama beberapa jam. [6] Bijih besi dalam bentuk lump ore di pellet dengan komposisi tertentu lalu di reduksi, saat proses pellet bijih besi ukurannnya diperkecil, sedangkan suhu reduksi adalah berkisar antara o C Produk dari pada sponge iron ini adalah sebagai bahan baku untuk pembuatan baja dengan jenis produk type of iron-bassed atauferro alloys.[7] 180 Semirata 2013 FMIPA Unila

3 Prosiding Semirata FMIPA Universitas Lampung, 2013 Korosi adalah reaksi antara suatu logam dengan berbagai zat dilingkungan yang korosif sehingga menghasilkan senyawasenyawa yang tidak dikehendaki, contoh korosi yang paling lazim adalah perkaratan besi. Pada persitiwa korosi logam mengalami oksidasi, karat logam umumnya berupa oksida yang menghasilkan rumus Fe 2 O 3.xH 2 O suatu zat padat yang berwarna coklat merah. [8] Secara umum jenis ion yang mempengaruhi laju korosi anatara lain Oksigen: 4Fe + 6 H 2 O + 3O 2 4Fe(OH) 3 (1) 2Fe + O 2 + 2H 2 O 2Fe(OH) 2 (2) 4Fe(OH) 2 + O 2 4H 2 O + 2Fe 2 O 3 (3) Keberadaan pasir besi yang terdistribusi secara luas serta jumlahnya melimpah di Indonesia menjadi daya tarik secara ekonomi. Besi yang diperoleh dari bijih besi tidak dalam bentuk unsur murni Fe tetapi dalam bentuk besi oksida. Dalam pasir besi, oksida logam ini dijumpai dalam dua fase, Fe 2 O 3 dan Fe 3 O 4. Keduanya merupakan bahan magnetik yang menunjukkan sifat kemagnetan ketika berada dalam medan magnet. Fe 2 O 3 memiliki interaksi yang lebih lemah di dalam medan magnet dari pada Fe 3 O 4 yang memiliki inetraksi lebih kuat di dalam medan magnet.pasir besi ini dapat lebih dimanfaatkan dalam bidang material science dengan nilai ekonomi yang lebih tinggi dan ramah lingkungan [9] Gambar 5. Proses Reduksi Pellet pasir Besi/Karat Menjadi Sponge Iron Ditungku Rotary Kiln Suhu 1200 o C Untuk mengetahui karakteristik masingmasing dari pada sponge hasil reduksi yang berbahan pasir besi dan karat besi maka perlu dilakukan uji fisik yaitu: 1. Uji Massa Jenis yaitu pengukuran massa setiap satuan volume dari pada benda. Massa Jenis rata-rata setiap benda merupakan total massa dibagi dengan total volumenya. ρ = m m = massa sample kering v v = volume 2. Uji Porositas dan Absorbsi yaitu pengujian yang didfasarkan oleh penyerapan air oleh benda yang diuji dengan cara direndam dengan waktu tertentu. (W3 W1) Angka Porositas = x 100 % (W2 W3) W1 = Berat Awal Kering W2 = Berat Setelah Direndam W3= Berat Setelah Dilap Kering 3. Uji Absorbsi: (W3 W1) Angka Porositas = x 100 % (W1) W1 = Berat Awal Kering W3 = Berat Setelah Dilap Kering. Semirata 2013 FMIPA Unila 181

4 Muhammad Amin, dkk: KARAKTERISTIK FISIK PELLET DAN SPONGE IRON PADA BAHANBAKU LIMBAH KARAT DENGAN PASIR BESI SEBAGAI PEMBANDING METODE PENELITIAN Metodologi yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode percobaan langsung yaitu pemanasan langsung pada batuan perlit di laboratorium UPT-BPML- LIPI yang di dahului dengan studi literature mengenai teori yang mendukung tentang pembuatan sponge iron dari bahan baku pasir besi dan karat besi, yang dilanjutkan dengan metode percobaan langsung dengan cara melakukan pembuatan langsung sponge iron dari bahan baku pasir besi dan karat besi. Mula-mula bahan baku pasir besi dan karat besi dihaluskan dan diayak dengan kehalusan mesh lolos 100 sebanyak 80 %, lalu di tambahkan batubara 17 % dan bentonit sebagai perekat 3 % ketiga bahan tersebut diaduk rata sambil ditambahkan air secukupnya hingga menjadi seperti adonan agar bisa dibentuk menjadi pellet pada mesin peletizing. Setelah menjadi pellet dikeringkan suhu lembab dan dimasukan dioven suhu 110 o C. Pellet kering siap direduksi pada mesin rotary kiln dengan suhu mencapai 1200 o C, lalu didinginkan dan siap dikarakteristik fisik. Berikut adalah diagram alir pembuatan sponge iron : Gambar 6. Flow Chart Pembuatan Sponge HASIL DAN PEMBAHASAN Berdasarkan tabel 1 diatas dapat dilihat bahwa massa jenis untuk pellet yang berbahan baku dari karat besi lebih besar yaitu 3,69 gr/ml hal ini dikarenakan pada karat besi kandungan unsur Fe.Metal telah tinggi namun besi mengalami korosi yang mengakibatkan besi berubah menjadi besi oksida (Fe 2 O 3.xH 2 O), bila dibandingkan dengan massa jenis pellet berbahan pasir besi sebesar 1,53 gr/ml hal ini disebabkan bahan baku pasir besi masih banyak oksida pengotornya antara lain,sio 2, CaO, TiO 2, MgO dll yang semuanya mempengaruhi daripada massa jenis secara keseluruhan di pasir besi. Akan tetapi dari hasil pengujian massa jenis untuk sponge iron atau pellet yang telah mengalami pemanasan (reduksi) pada suhu 1200 o C, sponge iron berbahan baku pasir besi lebih tinggi yaitu sebesar 5,42 gr/ml hal ini disebabkan unsur oksida yang ada didalam pasir besi sebagian telah hilang pada saat pemanasan yang akhirnya kandungan besi pun akan meningkat, ini bila dibandingkan sponge iron pada bahan baku karat besi yang kandungan besi oksida yang terdapat pada karat mengalami penurunan karena pemanasan yang cukup tinggi sehingga massa jenis lebih rendah yaitu sebesar 4,00 gr/ml. Porositas yang ada pada sponge iron berbahan baku pasir besi lebih tinggi 658,67 % bila dibandingkan dengan porositas sponge iron berbahan baku karat besi sebesar 468,09 % ini dikarenakan oksida yang ada pada pasir besi mengalami penguapan pada saat pemanasan suhu tinggi juga lebih reaktif sehingga oksida-oksida tadi akan meninggalkan pori-pori yang berakibat sponge iron menjadi poros. 182 Semirata 2013 FMIPA Unila

5 Prosiding Semirata FMIPA Universitas Lampung, 2013 Hasil Pengujian: Tabel 1. Hasil Pengujian Pellet, Sponge Pasir Besi dan Karat Besi No. JENIS PENGUJIAN PASIR BESI RATA- RATA KARAT BESI RATA- RATA 1. Massa Jenis Pellet 1,01/1,75/1,82 1,53 3,84/3,70/3,53 3,69 (gr/ml) 2. Massa Jenis Sponge 5,85/5,23/5,20 5,42 3,93/4,04/4,04 4,00 (gr/ml) 3. Porositas (%) 243/833/ ,67 170/614,28/ ,09 4. Absorbsi (%) 9/10/ ,83/10,23/8,44 7,16 Berdasarkan uji daya absorbs pada sponge iron maka dapat dilihat hal yang cukup berbeda sekali pada sponge iron pasir besi daya absorb lebih banyak yaitu 23 % bila dibandingkan dengan sponge iron karat besi sebesar 7,16 % ini semua dipengaruhi oleh porositas dari kedua sponge iron tersebut pada sponge pasir besi porositas lebih tinggi dibandingkan dengan porositas pada sponge iron karat besi, seperti diketahui bahwa semakin tinggi porositas maka daya serap atau absorb nya pun akan semakin banyak karena pori-pori yang kosong akan menyerap air. SIMPULAN DAN SARAN 1. Berdasarkan data hasil pengujian dan pembahasan dalam penelitian ini maka dapat diambil simpulansebagai berikut: 2. Massa Jenis pada sponge iron akan naik karena telah mengalami reduksi bila dibandingkan dengan massa jenis pada pellet yang tidak mengalami reduksi. 3. Massa jenis sponge iron berbahan baku pasir besi lebih tinggi dibandingkan massa jenis sponge iron berbahan baku karat besi 4. Semakin tinggi porositas semakin tinggi pula daya serap atau absorb daripada sponge iron ini yang terjadi pada sponge pasir besi lebih tinggi dibandingkan sponge iron karat besi. 5. Suhu pemanasan atau reduksi mempengaruhi pada sponge iron yang dihasilkan. Saran Diharapkan aka ada penelitian lebih lanjut mengenai sponge iron ini dengan bermain pada suhu yang divariasikan sehingga akan didapat suhu pemanasan atau reduksi yang optimal. DAFTAR PUSTAKA 1. Pengecoran Logam.com, Eksplorasi Bijih Besi, diakses tgl 12 Juni Tupash Ranjan.M, Modeling Of Rotary Kiln For Sponge Iron Processing Using (FI) Fackage, Departemen of Chemical Enginering National Institute Of Technology, Rourkella , 2012, India. 3. Muhammad amin, Performa Rotary Kiln Dalam Proses Pembuatan Sponge Iron Dengan Menggunakan Bahan Bakar Batubara, Proseding Seminar IPT, 2012, Bandung 4. manalo.blogspot.com,07,2012, Reduksi Bijih Besi, di akses tgl 31 Oktober 2012 Semirata 2013 FMIPA Unila 183

6 Muhammad Amin, dkk: KARAKTERISTIK FISIK PELLET DAN SPONGE IRON PADA BAHANBAKU LIMBAH KARAT DENGAN PASIR BESI SEBAGAI PEMBANDING 5. Iskandar Muda, Trial Produksi Pembuatan Besi Spons Dari Fines Pellet Ukuran 3-5 mm Dengan Menggunakan Rotary Kiln, Proseding Seminar Nasional Besi dan Baja II, ITB, 2011, Bandung 6. Dedy Supiandy, Komposit Pasir Besi Sebagai Umpan Bahan Baku Pembuatan Besi Baja, Proseding Seminar Material Metalurgi, Puslit Metalurgi -LIPI, 2009, Serpong 7. Tupash Ranjan.M, Modeling Of Rotary Kiln For Sponge Iron Processing Using (FI) Fackage, Departemen of Chemical Enginering National Institute Of Technology, Rourkella , 2012, India. 8. Michael, Kimia 3, Erlangga, Jakarta, Lee, D.G., Ponvel, K.M., Hwang, S., Ahn, I.S., Lee, C.H., Immobilization of 10. Lipase on Hydrophobic Nano-Sized Magnetite Particles, Journal of Molecular Catalysis B:Enzymatic, 57, 62-66, Semirata 2013 FMIPA Unila