Romeyndo Gangga Wilman dan Johny Wahyuadi Soedarsono Teknik Metalurgi dan Material Fakultas Teknik Universitas Indonesia

Transkripsi

1 STUDI PENGARUH RASIO MASSA PELET KOMPOSIT BIJIH BESI/BATUBARA TERHADAP HASIL REDUKSI LANGSUNG PELET KOMPOSIT BIJIH BESI/BATUBARA DENGAN MENGGUNAKAN SINGLE CONVEYOR BELT HEARTH FURNACE Romeyndo Gangga Wilman dan Johny Wahyuadi Soedarsono Teknik Metalurgi dan Material Fakultas Teknik Universitas Indonesia Abstrak Dalam pengolahannya, proses reduksi bijih besi secara umum terbagi atas dua metode yaitu reduksi langsung (direct reduction) dan reduksi tidak langsung (indirect reduction). Indirect reduction dilakukan dalam blast furnace dengan reduktor berupa kokas atau char dengan temperatur di atas titik lebur besi dengan produk berupa lelehan logam Fe. Sedangkan proses reduksi langsung adalah proses reduksi dengan menghindari fasa cair dan menggunakan batubara atau minyak bumi sebagai reduktornya dan membutuhkan feed bijih besi dengan kadar Fe yang tinggi seperti yang dimiliki bijih besi di Indonesia. Dalam penelitian ini, proses reduksi langsung yang menggunakan pelet komposit bijih besi/batubara dilakukan dengan menggunakan teknologi single conveyor belt hearth furnace. Pelet yang digunakan pada penelitian ini berasal dari Kalimantan Selatan, Indonesia. Sampel merupakan mineral besi jenis lump ore dengan ukuran partikel -140#. Reduktor yang digunakan adalah batubara yang memiliki calorific value tertentu dan sebagai pengikat (binder) butir-butir campuran bijih besi/batubara pada proses peletasi digunakan bentonit 1% yang memiliki nilai plastisitas tertentu. Komposisi (mass ratio) dari pelet komposit tentunya mempengaruhi perolehan besi yang dihasilkan, karena penentuan mass ratio dari pelet komposit menentukan jumlah reduktor yang digunakan. Mass ratio pelet yang paling efisien dapat menentukan perolehan fasa Fe yang diperoleh, sehingga kita dapat menentukan mass ratio yang menghasilkan Fe paling banyak, dalam skala laboratorium. Tujuan penelitian yaitu untuk mengetahui pengaruh mass ratio pelet sehingga dapat diperoleh mass ratio yang paling efisien pada proses reduksi langsung dengan teknologi single conveyor belt hearth furnace Kata kunci : reduksi, single conveyor belt hearth furnace, bijih besi, batubara, mass ratio, fasa.

2 Abstract The treatment process requires the separation of iron from iron ore with impurities-impurities. This process is called the iron ore reduction process. In processing, iron ore reduction process is generally divided into two methods: direct reduction (direct reduction) and reduction (indirect reduction). Indirect reduction is done in a blast furnace with a reducing agent such as coke or char at temperatures above the melting point of the product in the form of molten iron to Fe metal. While the direct reduction process is the reduction process by avoiding the liquid phase and the use of coal or oil as needed feed reduktornya and iron ore with high Fe levels like those of iron ore in Indonesia. In this study, the direct reduction process using composite pellets of iron ore / coal performed using a single technology conveyor belt furnace hearth. Pellets used in this study came from South Kalimantan, Indonesia. The sample is a mineral type of lump iron ore with a particle size of #. Reducing agent used is coal that has a certain calorific value and the binder (binder) mixed grains of iron ore / coal used in the process pelletasi 1% bentonite which has a certain plasticity. Composition (mass ratio) of composite pellets of course affect the acquisition of iron is produced, because the determination of the mass ratio of the composite pellets were used to determine the amount of reducing agent. Mass ratio pellets to determine the most efficient acquisition of Fe phase obtained, so that we can determine the mass ratio that produces Fe at most, on a laboratory scale. The purpose of research is to determine the effect of pellet mass ratio that can be obtained in the most efficient mass ratio in the direct reduction technology with a single conveyor belt furnace hearth. Keywords: reduction, single conveyor belt hearth furnace, iron ore, coal, mass ratio, phase. Latar Belakang Indonesia memiliki cadangan bijih besi yang besar, menduduki peringkat 21 besar produksi besi dan baja di Dunia [1]. Banyaknya cadangan yang cukup besar dan harga bijih besi yang relatif bersaing menyebabkan komoditas bijih besi menjadi salah satu bahan tambang yang penting di Indonesia.

3 Banyak perusahaan telah bereksplorasi di berbagai tempat, namun sayangnya bahan tambang ini belum dimanfaatkan secara optimal karena seluruhnya diekspor ke luar negeri. Pada tahun 2009 Indonesia mengekspor lebih dari 6,513 juta ton bijih besi (Steel Statistical Yearbook, 2010; Media Industri, 2010) dalam bentuk iron ore atau bijih besi mentah. Pendirianindustry ironmaking untuk memproduksi Sponge Iron yang sedang dilakukan hanya dapat mengolah bijih besi kadar tinggi. Kenyataannya cadangan bijih besi lokal yang terbanyak jumlahnya yaitu jenis laterit, dengan kadar Fe yang rendah, belum dimanfaatkan sebagai bahan baku. Beberapa penemuan dalam industry ironmaking sudah ditemukan seperti Blast Furnace, Rotary Hearth Furnace, TRP-9810 Technology [2] ataupun Itmk3 [3] sangat bermanfaat dalam pengolahan bijih besi yang akan dibuat di Indonesia bila terlaksana. Namun, alat-alat yang digunakan adalah alat-alat massproduction dan ditinjau dari harga dari alat-alat yang digunakan cenderung mahal dan relatif kurang terjangkau untuk industri-industri di Indonesia. Pada proses reduksi langsung terdapat beberapa parameter yang mempengaruhi terbentuknya Fe pada produk reduksi langsung, salah satunya yaitu rasio massa. Pada proses reduksi langsung yang menggunakan batubara sebagai reduktornya akan dihasilkan gas CO yang berfungsi untuk mereduksi besi oksida yang dikandung bijih besi. Reaksi pembentukan gas CO membutuhkan karbon,yang diperoleh dari batubar sehingga jumlah kandungan batubara yang diberikan sangatlah berpengaruh terhadap tersedianya gas CO untuk mereduksi besi oksida. Oleh karena itu, pada studi ini akan diteliti efek kandungan batubara dalam komposisi pelet terhadap perubahan senyawa, perubahan struktur makro yang terjadi,serta menentukan komposisi yang paling efisien pada produk reduksi langsung dengan menggunakan teknologi yang prinsip kerjanya mirip dengan teknologi Paired Straight Hearth Furnace yaitu dengan menggunakan tungku yang di dalamnya terdapat sebuah conveyor untuk menjalankan bijih besi.

4 Tinjauan Teoritis Rasio massa bijih besi/batubara adalah salah satu parameter, selain temperatur dan waktu tahan dan yang mempengaruhi terbentuknya Fe pada proses reduksi langsung. Pengaruh temperatur terhadap berlangsungnya proses reduksi besi oksida pada bijih besi dapat dilihat dari Diagram Boudouard-Baur-Glaessner [4], yang juga merupakan dasar untuk reduksi langsung dengan karbon. Diagram Boudouard- Baur-Glaessner menunjukkan bahwa setiap reaksi reduksi besi oksida membutuhkan gas CO, yang berarti bahwa senyawa yang terbentuk pada proses reduksi langsung dipengaruhi oleh persentase dari gas CO yang terbentuk. Persentasi dari gas CO yang terbentuk tersebut tentunya berkaitan dengan jumlah batubara yang dikandung dalam pelet. Dari diagram Boudouard-Baur-Glaessner tersebut juga dapat diketahui jumlah kandungan gas CO yang dihasilkan pada temperatur tertentu. Metodologi Penelitian Batu besi yang berasal dari Kalimantan Selatan, Indonesia, dengan ukuran partikel -140#, dilakukan karakterisasi X Ray Diffraction (XRD) untuk mengetahui senyawa yang dikandungnya dan X-ray fluorescence spectrometry (XRF) untuk mengetahui komposisi unsur yang dikandungnya serta Simultaneous Thermal Analysis (STA) untuk mengetahui reaksi-reaksi yang terjadi pada bijih besi berdasarkan perubahan entalpi dan massa. Setelah itu serbuk bijih besi dicampur dengan serbuk batubara, yang telah diuji STA, dengan rasio massa bijih besi : bajubara 2:1,1:1, dan 1:2 kemudian ditambahkan bentonit sebagai pengikat (binder) butir-butir campuran bijih besi/batubara. Campuran tersebut lalu diaduk (mixing) dan dipeletasi menghasilkan bola-bola pelet dengan diameter sekitar 14mm. Pelet komposit tersebut lalu dilakukan karakterisasi STA. Setelah itu dilakukan pemanasan awal pada pelet pada temperatur 200 o C selama 10 menit untuk mencegah terjadinya thermal shock saat proses reduksi langsung. Kemudian dilakukan proses reduksi langsung pada pelet komposit pada temperatur 900 o C dengan waktu tahan 30 menit. Hasil reduksi langsung, yang disebut direct reduced iron (DRI), kemudian diuji XRD untuk mengetahui senyawa yang dikandungnya dan dibandingkan dengan hasil XRD bijih besi sebelum direduksi. Selain itu, dilakukan juga pengamatan makro menggunakan mikroskop optik yang

5 dilengkapi kamera digital pada serbuk DRI. Pengamatan makrostruktur serbuk DRI bertujuan untuk melihat kecenderungan aglomerasi logam Fe yang terjadi pada DRI. Hasil Penelitian Hasil Pengujian STA Bijih Besi Analisa STA dilakukan pada rentang temperatur C dalam atmosfir nitrogen. Laju kenaikan temperatur sebesar 10 C/menit dan laju alir gas total 20 ml/menit. Gambar 1 menunjukkan hasil pengujian STA bijih besi berupa kurva TG dan kurva DSC. Gambar 1. Kurva TG-DSC sampel bijih besi Hasil Pengujian XRD Bijih Besi sebelum Direduksi Gambar 2. Grafik pola XRD (yang telah diolah) sampel bijih besi Hasil Pengujian XRF Bijih Besi Tabel 1. Komposisi kimia bijih besi Elemen Fe Al Si Ca % elemen 74,88 4,48 14,27 3,8

6 Hasil Pengujian STA Pelet Komposit Bijih Besi/Batubara Analisa STA dilakukan pada rentang temperatur C dalam atmosfir nitrogen. Laju kenaikan temperatur sebesar 10 C/menit dan laju alir gas total 20 ml/menit. Gambar 3 menunjukkan hasil pengujian STA pelet komposit bijih besi/batubara 1:1 berupa kurva TG dan kurva DSC. Gambar 3. Kurva TG-DSC pelet komposit bijih besi/batubara 1:1 Gambar 4menunjukkan hasil pengujian STA pelet komposit bijih besi/batubara 1:2 berupa kurva TG dan kurva DSC. Gambar 4 Kurva TG-DSC Sampel Pelet Komposit 1:2 Hasil Pengujian STA Batubara Analisa STA dilakukan pada rentang temperatur C dalam atmosfir nitrogen. Laju kenaikan temperatur sebesar 10 C/menit dan laju alir gas total 20 ml/menit.

7 kurva DSC. Gambar 4. menunjukkan hasil pengujian STA batubara berupa kurva TG dan Gambar 4. Kurva TG-DSC batubara Hasil Pengujian XRD Bijih Besi setelah Direduksi pada Berbagai Temperatur Gambar 5. Grafik pola XRD sampel tereduksi pada berbagai temperatur

8 Hasil Struktur Makro Pelet Komposit Bijih Besi/Batubara Sebelum dan Sesudah Reduksi (a) (b) (c) (d) Gambar 6. (a) Foto makro pelet sebelum direduksi, perbesaran 50x;(b) Foto makro pellet 2:1 setelah direduksi pada 900 o C, perbesaran 50x;(c) Foto makro pelet 1:1setelah direduksi pada 900 o C. perbesaran 50x;(d) Foto makro pelet 1:2 setelah direduksi pada 900 o C, perbesaran 50x (lingkaran oranye menunjukkan aglomerat-aglomerat yang terbentuk) Pembahasan Hasil Pengujian STA Bijih Besi Puncak Endotermik 1 yang berada pada temperatur sekitar 87,5 o C disebabkan oleh reaksi pembebasan kandungan air sampel. Puncak Endotermik 2 muncul pada temperatur sekitar 221,2 o C yang disebabkan oleh dehidroksilisasi goetit (FeO(OH), hydrated iron oxide) yang dikuti pembentukan dari hematit (Fe 2 O 3 ) [5].Pada kurva TG sampel bijih besi pada Gambar 1 tampak bahwa sampai temperatur sekitar 192,3 o C terjadi penghilangan berat sebesar 0,58% dari berat awal sampel. Hal ini disebabkan pelepasan kandungan air dari sampel. Lalu pada rentang temperatur 192,3 o -554 o C penghilangan berat yang terjadi menjadi 1,35% dari berat awal. Diasumsikan penghilangan berat tersebut terjadi karena adanya proses penghilangan air kristal dari senyawa goetit pada bijih besi [5].Dan di atas temperatur 554 o C tidak tampak kehilangan berat yang signifikan. Hasil Pengujian XRD Bijih Besi sebelum Direduksi Berdasarkan Gambar 2, bijih besi yang digunakan pada penelitian ini diasumsikan mengandung Magnetit (Fe 3 O 4 ), Hematit (Fe 2 O 3 ) dan Fayalit (Fe 2 SiO 4 ).

9 Hasil Pengujian XRF Bijih Besi Kandungan Fe yang dimiliki sampel bijih besi yang digunakan pada penelitian ini cukup tinggi, yaitu 74,88%. Kandungan Fe ini adalah Fe dalam bentuk oksidanya, yaitu Fe 2 O 3 dan Fe 3 O 4. Sedangkan unsur pengotor terbesar yang dimilikinya adalah Si dengan kadar 14,27%. Unsur Si ini diduga berasal dari senyawa fayalit yang dikandung bijih besi. Hasil Pengujian STA Pelet Komposit Bijih Besi/Batubara 1:1 Perubahan entalpi yang terjadi pada proses-proses termal di pelet komposit bijih besi/batu bara dengan rasio massa 1:1 akan memperlihatkan hasil yang sama dengan perubahan entalpi pada proses termal di bijih besi sebelum temperatur 600 o C. Hal ini terlihat pada kurva DSC di atas dimana terdapat puncak endotermik Endo 1 dan Endo 2 yang merupakan reaksi pembebasan kandungan air dan reaksi dehidroksilasi goethite yang diikuti pembentukan hematit. Menurut G. Liu dkk [4], kurva DSC pelet komposit akan menunjukkan hasil yang berbeda dengan kurva DSC bijih besi setelah temperatur 600 o C. Pada kurva DSC pelet komposit akan terdapat puncak eksotermik pada rentang temperatur o C dan puncak endotermik pada rentang temperatur o C dan o C. Reaksi eksotermik dan kedua reaksi endotermik tersebut berturut-turut diasosiasikan dengan reaksi reduksi hematit (Fe 2 O 3 ), magnetit (Fe 3 O 4 ) dan wustit (FeO) yang terjadi pada bijih besi oleh gas CO hasil gasifikasi karbon yang terdapat pada batu bara yang terjadi pada temperatur o C. Namun pada kurva DSC pelet komposit yang diperoleh tidak terdapat puncak-puncak tersebut. Hal ini disebabkan mungkin karena pada pelet yang diuji jumlah batu bara yang dikandungnya sedikit sehingga tidak cukup menyuplai karbon untuk membentuk gas CO sebagai reduktor bijih besi yang dikandung pelet. Dari kurva TG pada Gambar 3 terlihat pelet komposit mengalami kehilangan massa sekitar mg dari massa awal mg menjadi 28 mg. Dalam hal ini terlihat bahwa reaksi pembebasan kandungan air permukaan yang ditunjukkan pada puncak Endo 1 mengakibatkan berkurangnya massa sekitar 1.09 mg atau 10.05% dari total kehilangan massa.

10 Dalam kurva TG juga terlihat bahwa reaksi dehidroksilasi goethite yang ditunjukkan pada puncak Endo 2 mengakibatkan berkurangnya massa sekitar 0.75 mg atau 6.91% dari total kehilangan massa. Reaksi eksotermik dan kedua reaksi endotermik tersebut berturut-turut diasosiasikan dengan reaksi reduksi hematit (Fe 2 O 3 ), magnetit (Fe 3 O 4 ) dan wustit (FeO) yang terjadi pada bijih besi oleh gas CO hasil gasifikasi karbon mengakibatkan kehilangan massa sekitar 5.1 mg atau 47.05%, 1.15 mg atau 10.61%, serta 2.75 mg atau 25,38%. Hasil Pengujian STA Pelet Komposit Bijih Besi/Batubara 1:2 Pada proses-proses termal di pelet komposit bijih besi/batu bara dengan rasio massa 1:2 perubahan entalpi yang terjadi akan memperlihatkan hasil yang sama dengan perubahan entalpi pada proses termal di bijih besi sebelum temperatur 600 o C. Hal ini terlihat pada Gambar 4 dimana terdapat puncak Endo 1 dan Endo 2 yang

11 merupakan reaksi pembebasan kandungan air dan reaksi dehidroksilasi goethite yang diikuti pembentukan hematit. Menurut G. Liu dkk [4], sesudah temperatur 600 o C kurva DSC pelet kompositakan menunjukkan hasil yang berbeda dengan kurva DSC bijih besi. Pada kurva DSC pelet komposit akan terdapat puncak eksotermik pada rentang temperatur o C dan puncak endotermik pada rentang temperatur o C dan o C. Reaksi eksotermik dan kedua reaksi endotermik tersebut berturut-turut diasosiasikan dengan reaksi reduksi hematit (Fe 2 O 3 ), magnetit (Fe 3 O 4 ) dan wustit (FeO) yang terjadi pada bijih besi oleh gas CO hasil gasifikasi karbon yang terdapat pada batubara yang terjadi pada temperatur o C. Tetapi pada kurva DSC pelet komposit yang diperoleh tidak terdapat puncak-puncak tersebut yang mungkin disebabkan karena pelet yang diuji jumlah batubara yang dikandungnya masih kurang banyak sehingga kurang cukup menyuplai karbon untuk membentuk gas CO sebagai reduktor bijih besi yang dikandung pelet. Dari kurva TG pada Gambar 4 terlihat pelet komposit mengalami kehilangan massa sekitar mg dari massa awal mg menjadi 22 mg. Dalam hal ini terlihat bahwa reaksi pembebasan kandungan air permukaan yang ditunjukkan pada puncak Endo 1 mengakibatkan berkurangnya massa sekitar mg atau 10.73% dari total kehilangan massa. Dalam kurva TG juga terlihat bahwa reaksi dehidroksilasi goethite yang ditunjukkan pada puncak Endo 2 mengakibatkan berkurangnya massa sekitar 0.6 mg atau 4.86% dari total kehilangan massa. Reaksi eksotermik dan kedua reaksi endotermik tersebut berturut-turut diasosiasikan dengan reaksi reduksi hematit (Fe 2 O 3 ), magnetit (Fe 3 O 4 ) dan wustit (FeO) yang terjadi pada bijih besi oleh gas CO hasil gasifikasi karbon mengakibatkan kehilangan massa sekitar 5.6 mg atau 45.44%, 1.1 mg atau 8.92%, serta 2.8 mg atau 22,71%. Hasil Pengujian STA Batubara Puncak Endotermik 1 yang berada pada temperatur sekitar 74,2 o C disebabkan oleh reaksi pembebasan kandungan air sampel. Sedangkan pada temperatur sekitar 307 o C tampak Puncak Eksotermik 1 yang diasumsikan terjadi karena reaksi pembentukan tar dan pembebasan materi volatil yang dikandung batubara [7]. Sedangkan dilihat dari kurva TG sampel pelet batubara pada Gambar 4, sampai dengan temperatur sekitar 115 o C terjadi penghilangan berat sebesar 8,8% dari berat awal sampel batubara. Kehilangan berat ini terjadi karena reaksi pelepasan kandungan air sampel.

12 Pada rentang temperatur 115 o -405 o C diasumsikan terjadi reaksi pembentukan tar dan pembebasan materi volatil yang dikandung batubara yang menyebabkan kehilangan berat sebesar 20% dari berat awal sampel [6]. Kemudian pada rentang temperatur 405o- 987oC persentase kehilangan berat bertambah menjadi 55,9% dari berat awal yang diakibatkan reaksi gasifikasi karbon batubara [6]. Efek Rasio Massa Dari grafik XRD yang diperoleh, dapat terlihat peningkatan jumlah FeO dan Fe 3 O 4 dari rasio massa 2:1, 1:1, ke 1:2. Hal tersebut menunjukkan terjadinya reduksi pada pellet setelah percobaan dilakukan. Pada grafik 1:2 terdapat pula peningkatan jumlah Fe 2 O 3, yang diasumsikan terjadinya oksidasi kembali dari Fe 3 O 4 menjadi Fe 2 O 3. Pada grafik XRD yang diperoleh, hasil reduksi seluruh sampel pada temperature 900 o C tidak terdapat puncak FeO. Ini mungkin terjadi juga, karena Fe yang mengalami re-oksidasi membentuk FeO kemudian FeO juga re-oksidasi membentuk magnetite berdasarkan persamaan :

13 2Fe + O 2 = 2FeO 6FeO + O 2 = 2Fe 3 O 4 ΔF = ,9T kal/mol ΔF = ,8T kal/mol Re-oksidasi dapat terjadi karena pada saat pencampuran pelet tidak homogen (batubara tidak homogen tersebar pada pelet) sehingga pada saat pemanasan CO dari sisi permukaan pelet habis terlebih dahulu yang disebabkan oleh ketidakhomogenan sampel, yang menyebabkan Fe kontak langsung dengan O sehingga terdapat kemungkinan teroksidasi kembali. Ini memungkinkan Fe dapat bereaksi dengan oksigen membentuk FeO,FeO membentuk Fe 3 O 4 dan Fe 3 O 4 membentuk Fe 2 O 3. Pada grafik XRD terlihat bahwa tren peak hematite yang terdapat pada sampel awal menurun, seiring dengan peningkatan kandungan batubara dalam komposisi pelet. Pada temperature reduksi 500 o C hematit mulai mengalami reduksi menjadi magnetit oleh gas CO dimana hal tersebut dapat dilihat dari puncak-puncak hematite yang berubah menjadi puncak magnetite. Semakin menurunnya peak hematite,dengan pemberian perlakuan temperatur yang sama, disebabkan oleh semakin meningkatnya kadar gas CO yang dihasilkan oleh pelet yang memiliki kandungan batubara lebih, yaitu pelet komposisi rasio massa 1:2. Di bawah ini adalah reaksi reduksi hematite oleh gas CO menjadi magnetit : 3Fe 2 O 3 + CO 2Fe 3 O 4 + CO 2 Reaksi reduksi hematite membentuk magnetite terjadi pada rentang temperatur 500 o C dan 670 o C oleh gas CO hasil dari devolatilisasi batubara [7]. Gas CO mulai dihasilkan dari devolatilisasi batubara pada temperatur 450 o C [7 sehingga pembentukan magnetit tersebut akibat reduksi hematit bisa terjadi pada pelet komposit. Puncak SiO 2 muncul diduga karena terjadi dekomposisi fayalite saat reduksi berlangsung, dengan persamaan reaksi: 2FeO.SiO 2 + 2CO 2Fe + SiO 2 + 2CO 2 Pada grafik XRD terlihat bahwa semakin meningkatnya kandungan batubara yang dimiliki oleh pelet komposit maka intensitas peak SiO 2 akan meningkat juga. Hal ini diduga diakibatkan semakin banyaknya gas reduktor yang dihasilkan. Terlihat dalam reaksi dekomposisi fayalite dibutuhkan gas CO dalam

14 jumlah yang cukup, sehingga keberadaan gas tersebut sangat berpengaruh. Hal ini terlihat pada sampel rasio massa 1:2 yang memiliki kandungan batubara paling banyak, menunjukkan intensitas peak SiO 2 tertinggi, karena gas reduktor total yang terkandung pada sampel rasio massa 1:2 merupakan terbanyak dibandingkan sampel lainnya. Dey dkk. [4] menyatakan bahwa pada temperatur dibawah C reaksi reduksi terjadi dengan menggunakan gas CO. Namun pada temperatur diatas C reaksi yang lebih dominan adalah reaksi reduksi langsung antara besi oksida dan juga karbon. Hal tersebut juga dikuatkan dengan hasil penelitian Wang dkk. [8] yang menghasilkan kesimpulan serupa. Salah satu faktor yang berpengaruh terhadap kinetika reaksi reduksi langsung adalah kadar karbon yang ditambahkan. Untuk mengetahui pengaruh penambahan kadar karbon terhadap laju reaksi reduksi langsung, maka pada penelitian dilakukan variasi terhadap jumlah karbon yang ditambahkan. Hasil yang diperoleh dari penelitian ini mendekati dengan penelitian yang dilakukan oleh Dey dkk [4]. Dalam penelitian ini, variasi rasio massa yang dilakukan adalah 2:1, 1:1, dan 1:2. Analisa yang dilakukan menggunakan software Match! Dalam menganalisa peak apa saja yang diperoleh. Pada pelet komposit rasio massa 2:1, peak Fe yang ditemukan hanya satu, sehingga dapat diasumsikan tidak ada fasa Fe yang terbentuk pada pelet komposit rasio massa2:1. Berbeda dengan pelet komposit rasio massa 2:1, pada pelet komposit rasio massa 1:1 dan 1:2, terdapat 3 peak Fe yang terbentuk. Hal ini menunjukkann pada pelet komposit rasio massa 1:1 dan 1:2 terbentuk fasa Fe. Peak fasa Fe yang terbentuk pada pelet komposit rasio massa 1:2 lebih tinggi dibandingkan peak fasa Fe yang diperoleh pada pelet komposit rasio massa 1:1. Hal ini menunjukkan perolehan Fe pada pelet komposit rasio massa 1:2 lebih banyak dibandingkan pada pelet komposit rasio massa 1:1. Analisanya, hal ini disebabkan jumlah gas reduktor (CO) yang dihasilkan pada saat proses reduksi langsung lebih banyak dihasilkan pada pelet komposit mass ratio 1:2 dibandingkan pelet komposit rasio massa 1:1.

15 Hal ini dapat terlihat dari Diagram Bouduard bahwa proses reduksi FeO menjadi Fe terjadi pada perpotongan garis kesetimbangan Bouduard dan garis kesetimbangan Wustit pada 700 o C terlihat pada gambar 4.9. Sehingga pada temperatur 900 o C akan terbentuk Fe metal sesuai dengan persamaan reaksi: FeO + CO = Fe + CO 2 Pada diagram Boudard-Baur-Glaessner terlihat reaksi reduksi pembentukan Fe dapat berjalan jika besarnya persentasi CO minimal 60%. Sehingga semakin tinggi persentasi gas CO yang tersedia pada saat proses reduksi berlangsung maka semakin mudah terbentuk Fe pada produk akhir. Reaksi pembentukan gas CO dari karbon (gasifikasi karbon) merupakan reaksi endotermik sehingga membutuhkan temperature tinggi hingga 1000 o C agar bisa dihasilkan 100% gas CO. Reaksi gasifikasi karbon adalah sebagai berikut : C + O 2 CO 2 CO 2 + C CO Gas CO yang terbentuk akan digunakan sebagai reduktor besi oksida di dalam pellet untuk membentuk Fe. Analisis Foto Makro Tren yang diperoleh dari foto makro yang diperoleh adalah pada sampel rasio massa 2:1 terjadi aglomerat yang besar. Ini menunjukkan unsur-unsur yang paling banyak terkumpul adalah pada rasio massa 2:1, karena pada foto makro pelet rasio massa 2:1 terlihat aglomerat yang paling luas terjadi, dibandingkan dengan pelet rasio massa 1:1 dan 1:2. Kesimpulan Kesimpulan yang diperoleh dari penelitian yang telah dilakukan, mengenai rasio massa bijih besi : batubara yaitu : Efek dari rasio massa terhadap perubahan fasa adalah semakin banyaknya kandungan reduktor dalam komposisi pelet akan meningkatkan tingkat reduksi yang terjadi, yang

16 menghasilkan Fe (ataupun FeO) yang lebih banyak. Efek perbedaan rasio massa dari pelet terhadap perubahan struktur makro pada bijih besi tidak dapat dijelaskan secara spesifik berdasarkan komposisi, namun bisa terlihat aglomerat pada saat setelah pemanasan pada tiap-tiap sampel rasio massa. Rasio massa pelet yang paling efisien adalah rasio massa yang memiliki kandungan reduktor paling banyak (yang bisa memproduksi gas reduktor paling banyak), yaitu mass ratio 1:2, pada suhu 900 o C dan waktu tahan 30 menit, karena pada kondisi tersebut diperoleh peningkatan jumlah Fe dan FeO. Daftar Pustaka [1]. Suharno, Bambang. Diktat Kuliah Pembuatan Besi Baja. Departemen Metalurgi dan Material FTUI. Depok : 2008 [2]. Wallace, D. Huskonen. New Ironmaking Technology to Get Demo Plant. Metal Producing [3]. Hoffman, G. & Tsuge, O.. Itmk3 Application of new ironmaking technology for the iron mining industry. Mining Engineering, 56, 2004 [4]. Liu, G., Strezov, V., Lucas, J.A., Wibberley, L.J. (2004). Thermal investigations of direct iron ore reduction with coal. Thermochimica Acta, 410, [5]. Sah, R & Dutta, S. K. (2010). Kinetic Studies of Iron Ore Coal Composite Pellet Reduction by TG DTA. Indian Institute of Metals. [6]. Lin Yang, Jing-yu Ran, & Li Zhang. (2011). Mechanism and kinetics of pyrolysis of coal with high ash and low fixed carbon contents. Transactions of the ASME - M - Journal of Energy Resources Technology, 133, 9, [7]. Brown, Michael E. Introduction to thermal analysis- techniques and applications (2nd ed.). London : Kluwer academic publishers [8]. Q. Wang, Z. Yang, J. Tian, W. Li, and J Sun: Ironmaking and Steelmaking, vol. 24, pp