ABSTRAK ABSTRAK. Kata kunci : Pasir Besi, Microwave, Reduksi

Transkripsi

1 Instut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, 1 Analisa Proses Reduksi Besi Oksida Dengan Variasi Reduktor ( Arang, Batubara, Graf ) dan lama penyinaran Menggunakan Gelombang Mikro Dimas Nur Muharram 1, Sungging Pintowantoro, ST., M.T., Ph.D., Ir. Muctar Karokaro, M.Sc 1 Mahasiswa Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS Dosen Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS ABSTRAK ABSTRAK Besi dapat diperoleh dari proses ekstraksi bijih besi, salah satunya pasir besi. Proses reduksi pasir besi dengan penyinaran gelombang mikrodengan daya watt ini ggunakan variabel reduktor arang, batubara, graf serta lama penyinaran 4,, dan. Sampel hasil reduksi diamati perubahan fasa dengan pengujian XRD dan perubahan mikrostrukturnya dengan pengujian SEM-EDX untuk jelaskan mekanisme terjadinya proses reduksi pada pasirbesi dan reduktor. Dari hasil tersebut didapatkan waktu tinggal reduksi yang paling optimal yau. Serta untuk variasi reduktor yang optimum yangdigunakan adalah graf dengan capai peningkatan kadar Fe 76,7 %. dan dengan semakin lama penyinaran didapatkan semakin peningkatan kadar Fe. Kata kunci : Pasir Besi, Microwave, Reduksi PENDAHULUAN Dalam industri baja dikenal adanya proses metalurgi. Metalurgi u sendiri didefinisikan sebagai ilmu dan teknologi untuk memperoleh sampai pengolahan logam yang cakup tahapan dari pengolahan bijih mineral, pemerolehan (ekstraksi) logam, sampai ke pengolahannya untuk yesuaikan sifat-sifat dan perilakunya sesuai dengan yang dipersyaratkan dalam pemakaian untuk pembuatan produk rekayasa tertentu. Berdasarkan tahapan rangkaian kegiatannya, salah satunya dikenal sebagai metalurgi ekstraksi. Metalurgi ekstraksi banyak melibatkan proses-proses kimia, baik yang temperatur rendah dengan cara pelindian maupun pada temperatur tinggi dengan cara proses peleburan untuk ghasilkan logam dengan kemurnian tertentu, dinamakan juga metalurgi kimia. Adapun proses-proses dari ekstraksi metalurgi / ekstraksi logam u sendiri antara lain adalah pirometalurgi (proses ekstraksi yang dilakukan pada temperatur tinggi) dan hidrometalurgi (proses ekstraksi yang dilakukan pada temperatur yang relatif rendah dengan cara pelindian dengan media cairan). Pemanfaatan pasir besi di dalam negeri sampai saat ini sebagai bahan baku pembuatan se, sedangkan pemanfaatannya diluar negeri untuk bahan baku pembuatan besi telah dilakukan sejak lama yau oleh pabrik besi baja di Selandia Baru dan RRC. Mineralnya berupa taomagnete yang bersifat ferromagnet. Karena kandungan Fe yang rendah, maka harus dilakukan suatu cara untuk ingkatkan kandungan Fe dari konsentrat pasir besi. Sebuah teknologi revolusioner pembuatan baja telah dikembangkan oleh para peneli berdasarkan penggunaan energi microwave. Teknologi ini dapat ghasilkan DRI (Direct Reduced Iron) dari besi atau baja dari campuran, yang terdiri dari bubuk oksida besi, karbon bubuk dan flux agent. Teknologi ini dapat diproyeksikan untuk ghilangkan banyak langkah produksi baja saat ini, seperti pembuatan kokas, sintering, iron making dengan BF (Blast Furnace). METODOLOGI Pengujian yang dilakukan pada penelian ini adalah XRF test untuk getahui

2 Instut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, 1 komposisi dari spesi yang dilakukan pada Reduksi pasiir besi dengan berbagai reduktor Kemudian dilakukan pengujian XRD untuk getahui senyawa apa yang terbentuk kemudian dilakukan uji SEM untuk getahui morfologi permukaan dari sampel. Spesi yang digunakan dalam penelian ini adalah spesi Pasir besi dari lumajang yang telah di sparasi sebanyak kali agar didapat biji besi yang maksimal, sedangkan reduktornya yau arang, batubara, dan graf.. a. Tes XRF Setelah spesi dilakukan penyinaran gelombang mikro maka perlu diketahui unsur apa yang ada pada tiap sampel. Oleh karena u Untuk getahui unsur hasil reduksi tersebut pada sampel dapat diketahui dengan melakukan pengujian XRF. Dari pengujian XRF yang dilakukan, maka didapatkan hasil suatu % unsur, hal ini dilakukan agar dapat getahui berapa banyak perubahan kandungan unsur Fe yang terdapat pada setiap variabel reduktor dan lama penyinaran. Serta juga getahui seberapa banyak kandungan slug atau pengotor pada setiap sampel. b. Tes XRD Setelah spesi dilakukan penyinaran gelombang mikro maka perlu diketahui bagaimana reduksi yang terjadi pada tiap sampel. Untuk getahui gambaran reaksi reduksi pada sampel dapat diketahui dengan melakukan pengujian XRD. Pengujian XRD dilakukan dengan gambil sample yang berupa serbuk sebanyak. gram ggunakan alat Philips Analytical Pengujian dilakukan dengan sinar X ggunakan range sudut yang tergolong panjang, yakni o - o dan ggunakan panjang gelombang sebesar 1.46 Å. c. Ujis SEM-EDX SEM-EDX dilakukan setelah uji XRF dilakukan. Spesi. Analisa SEM ggunakan Scanning Electron Microscope (SEM) FEI, Inspect-S. Spesi dipreparasi dengan dilapisi emas dan dilakukan pengamatan pada 1- kv. Selama pengujian SEM, morfologi permukaan profil diamati untuk memperoleh informasi tentang morfologi produk korosi. Perbesaran gambar spesi kali. HASIL DAN PEMBAHASAN a. Uji XRF Dari pengujian XRF yang dilakukan, maka didapatkan hasil suatu % unsur, hal ini dilakukan agar dapat getahui berapa banyak perubahan kandungan unsur Fe yang terdapat pada setiap variabel reduktor dan lama penyinaran. Serta juga getahui seberapa banyak kandungan slug atau pengotor pada setiap sampel. Tabel 1 Hasil uji XRF komposisi pasir besi dan arang 4 : 11,4 gram ( dalam % berat ) 4 Mn P S Si Fe C,6 7,6,4 1 6,11 14, 64 1,, 6,6 7, 74,4,6,,1 Tabel hasil uji XRF komposisi pasir besi dan batubara 4 : 1,4 gram ( dalam % berat) 4 Mn P S Si Fe C,6,47,46,,11 6, 1 11,,,1 7,7 74, 6 74,1 1, 1,4 1,6

3 Instut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, 1 Tabel hasil uji XRF komposisi pasir besi dan graf 4 :,4 gram ( dalam % berat ) 4 Mn P S Si Fe C,4 6,4,47,7 1 7,7 4, 11,6 7, 14 74, 76,7 1,,6,7 Pada hasil uji XRF tabel 1 terlihat adanya peningkatan kadar Fe. Komposisi pasir besi dan arang 4 : 11,4 gram untuk waktu penyinaran gelombang mikro selama 4 terdapat kadar Fe sebesar 6,6%. Pada waktu penyinaran selama galami peningkatan kadar Fe yau sebesar 7,% namun peningkatan yang signifikan ini terjadi pada waktu penyinaran selam yau kadar Fe hanya berubah jadi 74,4%. Pada hasil uji XRF tabel terlihat adanya peningkatan kadar Fe. Komposisi pasir besi dan batubara 4 : 1,4 gram untuk waktu penyinaran gelombang mikro selama 4 terdapat kadar Fe paling besar yau 7,7%. Pada waktu penyinaran selama galami peningkatan kadar Fe cukup besar yau sebesar 74,6% dan pada waktu penyinaran selam yau kadar Fe galami sedik penurunan jadi 74,1%. Pada tabel Saat komposisi 4 :,4 gram dilakukan penyinaran selama 4, peningkatan kadar Fe jadi 7,14%. Peningkatan kadar Fe juga terjadi kembali pada lama penyinaran gelombang mikro selama dan yau sebesar 74,% dan 76,7%. Pada perbedaaan variasi reduktor antara arang, batubara, dan graf yang dipakai dapat diketahui peningkatan kadar Fe yang terjadi dengan melihat hasil dari pengujian XRF. Dengan variasi reduktor yang memiliki fix karbon yang sama yau,7 % galami peningkatan kadar Fe dimana terjadi peningkatan yang cukup signifikan dari kadar awal 6.7 %. Kenaikan kandungan Fe yang baik ke-1 terjadi pada kompossi pasir besi dan graf sebesar 4 :,4 gram dengan lama Penyinaran gelombang mikro selama pada komposisi ini terjadi peningkatan yang cukup besar yau sebesar 76,7% Fe. Kemudian yang baik ke- Pada waktu dengan komposisi pasir besi dan graf 4 :,4 gram dengan peningkatan 74,% Fe. Peningkatan terbesar ke- terjadi pada penyinaran gelombang mikro selama dengan perbandingan pasir besi dan graf 4 : 11,4 gram yau sebesar 74,4% Fe. Pada reduktor arang memiliki hasil kadar Fe yang paling rendah, hal ini dikarenakan kemungkinan masih adanya senyawa pengotor yang lain yang terbentuk pada proses reduksi. Grafik peningkatan kadar Fe pada berbagai perbandingan reduktor ini dapat dilihat pada gambar 1. Kadar Fe ( % ) Gambar 1 Grafik peningkatan kadar Fe pada berbagai reduktor ( arang, batubara, graf ) Grafik yang sangat signifikan pada peningkatan kadar Fe terjadi pada kompossi pasir besi dan graf 4 :,4 gram dengan lama Penyinaran gelombang mikro selama. b. Hasil uji XRD 4 Waktu Lama Penyinaran ( ) Setelah spesi dilakukan penyinaran gelombang mikro maka perlu diketahui bagaimana reduksi yang terjadi pada tiap sampel. Untuk getahui gambaran reaksi reduksi pada sampel dapat diketahui dengan melakukan pengujian XRD. arang batubara graf

4 Instut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, 1 Gambar 4 Hasil Uji XRD sample komposisi pasir besi dan arang 4 : 11,4 dengan lama penyinaran 4, dan Gambar Hasil Uji XRD sample komposisi pasir besi dan graf 4 :,4 dengan lama penyinaran 4, dan Gambar 6 Hasil Uji XRD sample komposisi pasir besi dan batubara 4 : 1, dengan lama penyinaran 4, dan Dari analisa XRD untuk komposisi pasir besi dan arang dengan perbandingan 4 : 11,4 gram pada lama penyinaran gelombang mikro selama nampak senyawa yang terbentuk berupa magnet (Fe O 4 ) dan ferr (Fe). Namun senyawa wust (FeO) tidak terlihat. Akan tetapi unsur ferr (Fe) nampak pada gambar 4 dengan tinggi puncak/peak 1 paling tinggi. Pada penyinaran gelombang mikro selama, senyawa magnet tereduksi lebih baik dengan dandai dengan semakin banyaknya unsur besi yang terbentuk. Ini dandai dengan unsur Fe berada pada peak yang lebih banyak dibandingkan pada penyinaran gelombang mikro selama 4. Pada komposisi 4 :,4 dalam lama penyinaran gelombang mikro yang berbeda yau selama 4,, dan terlihat masih sediknya terbentuk unsur Fe. Senyawa magnet yang terbentuk masih belum tereduksi secara yeluruh sehingga pertumbuhan wuste tidak terjadi dengan maksimal. Namun Hal ini dapat dilihat pada gambar bahwasannya unsur Fe yang banyak terjadi dan terbentuk pada lama penyinaran mikrowave selama. Akan tetapi pada lama penyinaran senyawa wust belum muncul dikarenakan senyawa magnet yang tereduksi kurang maksimal, dan pada lama penyinaaran 4 senyawa magnet yang ada dan sedik Fe yang terjadi. Hasil uji XRD Pada komposisi pasir besi dan batubara dengan perbandingan 4 : 1, masih banyak terdapatnya senyawa magnet dan wust hal ini dapat dilihat pada gambar 6, hal ini dikarenakan Peningkatan senyawa magnet sehubungan dengan pertambahan waktu penyinaran gelombang mikro. Wuste yang terbentuk masih belum tereduksi secara maksimal. Namun kandungan Fe pun juga galami peningkatan terutama pada lama penyinaran. Dari hasil uji XRD terhadap semua kompisisi, Peningkatan reduksi yang paling besar terdapat pada komposisi pasir besi dan graf 4 :,4 gram pada waktu penyinaran selama, seperti terlihat pada gambar 4. yau unsur Fe yang terbentuk dengan baik berada pada sudut Theta sebesar 4 o dengan besar intensas/peak 11 disertai dengan persebaran unsur Fe yang banyak. Pembentukan unsur Fe terjadi seiring dengan reduksi magnete jadi wuste dengan baik.

5 Instut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, 1 c. Hasil uji SEM-EDX Berikut adalah Hasil uji SEM-EDX % berat Fe = 41,1 O =, C =,1 % atom Fe =,14 O = 4,1 C = 7, Gambar 7. Mikrostruktur rasio pasir besi dan Arang dengan lama penyinaran % berat Fe =, O = 6, C = 4,7 % atom Fe = 1, O = 6, C =,6 Gambar. Mikrostruktur rasio pasir besi dan Batubara dengan lama penyinaran % berat Fe = 71, O = 1, C =.6 % atom Fe = 4,4 O =, C = 1. Gambar. Mikrostruktur rasio pasir besi dan Graf dengan lama penyinaran Pada pengujian SEM EDX yang dunjukkan pada gambar 7, gambar, serta gambar unjukkan bahwa tiap area yang dandai sebagian besar terkandung unsur Fe, O, dan C. Pada gambar 4.4 daerah yang dandai terkandung %Wt Fe sebesar 41,1, %Wt O sebesar,, serta %Wt C sebesar,1. Pada gambar 4.4 juga didapat %At Fe sebesar,14 %At O sebesar 4,1, serta %At C sebesar 7,. Pada gambar terjadi kenaikan baik pada %Wt maupun %At untuk unsur Fe dan unsur C jika dibandingkan dengan gambar 7 %Wt Fe jadi,, %Wt O berubah jadi sebesar 6,, serta %%Wt C jadi 6,. %At Fe pada gambar 4. sebesar 1,, %At O sebesar 6,, serta %At C sebesar,6. Pada gambar besaran %Wt maupun %At tidak terlalu berubah jika dibandingkan dengan gambar 4.. %Wt Fe sebesar 71,, %Wt O sebesar 1,, serta %Wt C sebesar,6. Pada skala atomik %At Fe sebesar 4,4, %At O sebesar,4, serta %At C sebesar 1,. Dari pengujian yang dilakukan pada tiap rasio pasir besi dan kokas dengan lama penyinaran yang bervariasi antara 4,, terdapat kandungan Fe pada tiap pasir besi dan variasi reduktor (arang, batubara, graf) sebesar 4:11,4 gram, 4 : 1, gram, serta4 :,4. KESIMPULAN Secara keseluruhan telah terjadi peningkatan kadar Fe seiring dengan dilakukannya lama penyinaran gelombang mikro terhadap pasir besi dan berbagai reduktor. Berdasarkan hasil uji XRF Kandungan konsentrat Fe paling besar terdapat pada kompossi pasir besi dan garf sebesar 4 :,4 gram dengan lama Penyinaran gelombang mikro selama yau sebesar 76,7 % Fe. Penggunaan mikrowave dengan daya watt pada penyinaran gelombang mikro belum bisa mereduksi secara sempurna pasir besi jadi Fe. Karena pada Proses reduksi yang terjadi dengan penggunaan daya watt masih banyak terdapat magnete (Fe O 4 )

6 Instut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, 1 SARAN 1. Proses reduksi selanjutnya sebaiknya ggunakan microwave dengan daya yang lebih besar.. Proses reduksi selanjutnya sebaiknya dilakukan dengan variasi waktu yang agak lama.. Penambahan pyrometer pada mikrowave untuk getahui kenaikan temperatur tiap detik. DAFTAR PUSTAKA Hendarto, Arie. Pemamfaatan Biji Besi Untuk Industri Baja, Iptek Voice, The Sound of Science, 1. Pickles, C. A. Microwaves In Extractive Metallurgy Part 1 Review of Fundatals, Departet of Mining Engineering, Queen s Universy, Goodwin Hall, Kingston, Ontario, Canada K7L N6. Minerals Engineering () Haque, Kazi E. Microwave Energy For Mineral Treatt Processes A Brief Review, CANMET, Booth Street, Ottawa, Ontario, Canada K1A G1, International Journal Of Mineral Processing, 7_1, 1-4. Herdianti, Hedi. Studi Pendahuluan Reduksi Pasir Besi dengan rduktor batubara, Tugas Akhir ITB,7. Takayama,S.,Matubara,A. And Sano,Saburo,microwave frequency effect for reduction of magnete.. K. Nagata, R. Kojima, T Murakami, M. Susa and H. Fukuyama: ISIJ nt., 41 (1)116. J. Jimbo, H. Tanaka, T. Sakaguchi and Y. Kuwata: Kobelco Tech.Rev,. (1),. T. Coetsee,P.C. Pistorius and E.E. de Villiers: Miner. Eng., 1(),1. T. Harada, H. Tanaka and H. Sugatsu: Kobe Steel Eng.,Rep., 1(1),. Y. Sawa,T. Yamamoto,K.Takeda and H. Itaya: Itaya: ISIJ int.,41(1),s17. K.Takeda: Kinzoku, 7 (),47. Kelly, R. A., and Rowson, N.A. Microwave Reduction of Oxidised Ile Concentrates, School of Chemical Engineering, The Universy of Birmingham, Birmingham BT1 TT, UK. Mineral Engineering, Vol., No. 11, pp , 1. M. A. M. Kharaisheh, T.J.R. Cooper and T. R. A Magee: J. Food Eng., (17),7

7 Instut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, 1 A. Idris,K. Khalid and W. Omar: Appl. Therm.Eng.,4(4), W. H. Sutton: Ceram. Bull., 6 (1),76. R. Roy, R. Peelamedu, l. Hurtt, J. Cheng and D. Agrawal: Matel.Res. Innovate.,6(),1. N. Standish and W. Huang: ISIJ Int., 1 (11),41 S. Zhong, H. E. Geotsman and R. L. Bleifuss: Miner. Metall. Process., (16),174. K. Nagata, K Ishizaki and T. Hayashi: Proc. Of the th japan-brazilzymp. On Dust Processing Energy Envirot in Metallurgical industries,1, (4),617. J. Chen, L. Liu, J. Zeng, R. Ren and J. Liu: Iron steel, (4),1. K. Mora, M. Guo, N. Oka and N. Sano: J. Mater. Cycles wastemanag., (),. Sandy, Herman. Analisis Ukuran Partikel campuran ( pasir besi, batubara, dan CaO ) dan lama penyinaran 11.