MAKALAH KIMIA BAHAN GALIAN. BESI (Fe)

Transkripsi

1 MAKALAH KIMIA BAHAN GALIAN BESI (Fe) OLEH: LALU SHAFWAN HADI EL-WATHAN (G1C ) HISMAWADI (G1C ) MARATUL HUSNA RAMADHANI (G1C ) MEGA PUTRI NURMANTIKA (G1C ) NENENG KHAERUNNISA (G1C ) PROGRAM STUDI KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS MATARAM 2009/2010

2 KATA PENGANTAR Puji syukur kita panjatkan ke hadirat Allah SWT. yang sampai dengan saat ini masih memberikan kita kesehatan jasmani maupun rohani sehingga kita dapat merasakan nikmatnya iman dalam persaudaraan. Tak lupa shalawat serta salam kita haturkan ke junjungan alam nabi besar Muhammad SAW. karena dialah merupakan satu-satunya suri tauladan terbaik yang harus kita contoh sampai dengan zaman sekarang ini. Salah satu nikmat yang diberikan tuhan kepada kita adalah berupa tersedianya berbagai sumber daya alam yang melimpah di dalam maupun di permukaan bumi tempat tinggal kita ini. Berbagai sumber daya alam tersebut dapat dimanfaatkan olah manusia untuk mempermudah dan meningkatkan taraf hidupnya. Salah satunya adalah besi seperti yang akan diuraikan dalam makalah bahan galian ini. Besi merupakan logam yang sangat penting dalam kehidupan. Sebagian besar alat-alat yang banyak digunakan oleh manusia terbuat dari besi shingga bisa dikatakan kebutuhan manusia akan besi sangatlah tinggi. Sampai saat ini telah banyak dilakukan penambangan besi baik itu secara tradisional maupun modern oleh perusahaan-perusahaan besar. Namun dengan banyaknya perusahaan itu, tidak sedikit limbah yang dihasilkan sehingga menimbulkan pencemaran yang dapat berakibat buruk bagi manusia. Terima kasih kami ucapkan kepada dosen mata kuliah Kimia Bahan Galian yang telah memberikan kami kesempatan untuk menyusun makalah ini. Dan juga untuk teman-teman yang tidak bisa disebutkan namanya satu persatu, terima kasih atas segala bantuannya. Demikianlah makalah ini kami persembahkan, semoga bermanfaat untuk kita semua walaupun masih banyak terdapat kekuranga yang perlu dibenahi di dalamnya. Sekian. Wassalam Mataram, 3 April 2010, Penulis i

3 DAFTAR ISI KATA PENGANTAR i DAFTAR ISI ii DAFTAR GAMBAR iii DAFTAR TABEL. iv BAB I PENDAHULUAN.. 1 BAB II SIFAT FISIK DAN KIMIA BESI. 4 BAB III MINERALOGI BESI 7 BAB IV EKSPLORASI DAN PENGOLAHAN BESI. 11 BAB V APLIKASI DAN PEMANFAATAN BESI SERTA EFEK NEGATIF DARI PERTAMBANGANNYA BAB VI PENUTUP 33 DAFTAR PUSTAKA. 34 ii

4 DAFTAR GAMBAR Gambar 3.1 Bijih besi... 7 Gambar 4.1 Proses pengolahan besi dengan alat Blast Furnace

5 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 sifat fisik logam besi... 4 Tabel 2.2 Sifat kimia logam besi.. 5 Tabel 2.3 Sifat-sifat lain besi... 6 Tabel 3.1 Cebakan-cebakan placer berdasarkan genesanya... 9 Tabel 3.2 Mineral-mineral bijih besi bernilai ekonomis... 10

6 BAB I PENDAHULUAN Salah satu bahan tambang yang banyak terdapat di bumi dan sampai saat ini telah banyak dimanfaatkan dalam berbagai keperluan adalah besi. Besi paling banyak dimanfaatkan sebagai campuran utama baja (alloy). Penghasil utama besi adalah bijih besi karena besi sangat jarang ditemukan dalam keadaan bebas. Besi merupakan unsur yang ditemukan berlimpah di alam. Selain itu, besi juga ditemukan di matahari dan bintang lainnya dalam jumlah yang seadanya. Inti atomnya sangat stabil. Besi merupakan bahan galian yang paling banyak dan beragam kegunaannya karena disebabkan oleh kelimpahan besi di kerak bumi sangat besar dan juga pengolahannnya relatif murah dan memerlukan biaya yang cukup murah. Selain itu juga besi mempunyai sifat-sifat yang menguntungkan (mempunyai banyak manfaat) dan dapat dengan mudah dimodifikasi. Inti bumi dengan radius mil, terdiri dari besi dengan 10 persen hidrogen teroklusi. Besi merupakan unsur keempat yang berlimpah ditemukan di kerak bumi. Bijih besi yang umum adalah hematit, yang sering terlihat sebagai pasir hitam sepanjang pantai dan muara aliran sungai. Besi merupakan logam kedua yang paling banyak di bumi ini. Karakter dari endapan besi ini bisa berupa endapan logam yang berdiri sendiri namun seringkali ditemukan berasosiasi dengan mineral logam lainnya. Kadang besi terdapat sebagai kandungan logam tanah (residual), namun jarang yang memiliki nilai ekonomis tinggi. Endapan besi yang ekonomis umumnya berupa Magnetite, Hematite, Limonite dan Siderite. Kadang kala dapat berupa mineral: Pyrite, Pyrhotite, Marcasite, dan Chamosite. Besi bersifat keras, rapuh, dan umumnya mudah dicampur, dan digunakan untuk menghasilkan alloy lainnya, termasuk baja seperti yang dikatakan sebelumnya. Besi tempa yang mengandung kurang dari 0.1% karbon, sangat kuat, dapat dibentuk, tidak mudah bercampur dan biasanya memiliki struktur berserat. Baja karbon adalah alloy besi dengan sedikit Mn, S, P, dan Si. Alloy baja adalah baja karbon dengan tambahan seperti nikel, krom, vanadium dan lain-lain. Besi relatif murah, mudah didapat, sangat berguna dan merupakan logam yang sangat penting sehingga sampai saat ini telah dilakukan banyak cara untuk mendapatkan besi dari alam. Penyelidikan umum dan eksplorasi bijih besi di Indonesia sudah banyak dilakukan oleh berbagai pihak, sehingga diperlukan penyusunan pedoman teknis eksplorasi bijih besi. Pedoman dimaksudkan sebagai bahan acuan berbagai pihak dalam melakukan kegiatan 1

7 penyelidikan umum dan eksplorasi bijih besi primer, agar ada kesamaan dalam melakukan kegiatan tersebut diatas sampai pelaporan. Tata cara eksplorasi bijih besi primer meliputi urutan kegiatan eksplorasi sebelum pekerjaan lapangan, saat pekerjaan lapangan dan setelah pekerjaan lapangan. Kegiatan sebelum pekerjaan lapangan ini bertujuan untuk mengetahui gambaran mengenai prospek cebakan bijih besi primer, meliputi studi literatur dan penginderaan jarak jauh. Penyediaan peralatan antara lain peta topografi, peta geologi, alat pemboran inti, alat ukur topografi, palu dan kompas geologi, loupe, magnetic pen, GPS, pita ukur, alat gali, magnetometer, kappameter dan peralatan geofisika. Dalam sejarahnya, teknologi pembuatan besi yang kemudian berkembang dengan semakin meningkatnya kemampuan tanur peleburan untuk melebur logam pada temperatur yang semakin tinggi oleh sebab ditemukannya kokas batubara, memberi manfaat dengan ditemukannya baja. Karena baja dikenal sangat tangguh, kuat, keras, dan tidak mudah patah serta mudah dibentuk, membuat logam ini dengan cepat mengisi peradaban manusia secara luas. Selain untuk peralatan tempur dan persenjataan, pada jaman kekaisaran roma telah dicatat pemakaian besi dan baja untuk pembuatan transport air dalam jarak ratusan mil, penguat jembatan disekeliling istana, serta sistem pembuangan limbah untuk publik. Selain itu di berbagai belahan dunia lainnya baja juga digunakan untuk penguat bangunan serta komponen alat transportasi seperti kereta kuda. Salah satu perusahaan penambangan besi yang terkenal di dunia adalah Baffinland Iron Mines Corporation. Kegiatan utama dari perusahaan ini adalah eksplorasi mineral dan pengembangan bijih besi. Perusahaan ini memiliki tiga pertambangan sewa di Sungai Mary Area, Baffin Island, Nunavut, Kanada. The Group explores and develops minerals with a sole focus on the advancement of its Mary River Property, which consists of four high-grade hematite/magnetite deposits. Perusahaan inilah yang mengeksplorasi dan mengembangkan mineral-mineral dengan fokus untuk memajukan Properti Sungai Marianya, yang terdiri dari empat kelas tinggi deposito bijih besi/magnetit. Terjadinya peningkatan kebutuhan yang sangat pesat akan baja pada 500 tahun sebelum Masehi didaratan Eropa, Afrika utara dan hampir seluruh wilayah Asia,mendorong pengembangan teknik pertambangan bijih besi. Saat itu pencarian sumberdaya mineral besi relatif mudah, terdapat ketersediaannya dalam jumlah yang cukup besar serta lokasi yang mudah dijangkau, namun demikian tuntutan akan produktifitas, kemudahan pengambilan serta faktor keamanan menuntut pengembangan metoda penambangan bijih besi secara sistematik. Besar kemungkinan pengaruh aktifitas penambangan terhadap lingkungan belum mendapat

8 perhatian yang cukup serius, meskipun telah dicatat pemakaian pompa untuk menghindari terjadinya banjir akibat aktifitas penambangan tersebut. Namun demikian umumnya dipercaya bahwa mulai saat itulah metoda penambangan yang menjadi dasar metoda penambangan modern mulai seperti misalnya perencanaan tambang berdasarkan perkiraan penyebaran bijih, penerapan jenjang serta penirisan air tambang. Di Indonesia banyak limbah dari pabrik-pabrik besi yang tidak dimanfaatkan sehingga dapat menjadi pencamar yang merugikan. Namun bukan berarti tidak dilakukan usaha-usaha yang bertujuan untuk memanfaatkan limbah-limbah tersebut. Telah dilakukan banyak penelitian salah satunya adalah pemanfaatan limbah pasir besi sebagai bahan campuran beton dalam pembuatan aspal beton pada jalan. Hasil penelitian membuktikan bahwa pemakaian limbah pasir besi sebagai campuran sebesar 9% pada agregat halus (pasir) mampu meningkatkan stabilitas campuran aspal beton sebesar 10% dan beberapa keuntungan lainnya. BAB II SIFAT FISIK DAN KIMIA BESI 2.1 Sifat Fisik Dalam suhu kamar besi berwujud padat dengan massa jenis 7,86 g/cm 2. Besi akan melebur pada suhu 1538 o C dan pada saat lebur tersebut besi mempunyai kerapatan sekitar 6,98 g/cm 2. Titik didih besi sangat tinggi hampir dua kali titik leburnya yaitu sebesar 2861 o C. Besi bersifat keras, rapuh, dan umumnya mudah dicampur, dan digunakan untuk menghasilkan alloy lainnya, termasuk baja seperti yang dikatakan sebelumnya. Besi tempa yang mengandung kurang dari 0.1% karbon, sangat kuat, dapat dibentuk, tidak mudah bercampur dan biasanya memiliki struktur berserat. Besi relatif murah, mudah didapat, sangat berguna dan merupakan logam yang sangat penting sehingga sampai saat ini telah dilakukan banyak cara untuk mendapatkan besi dari alam. Berikut tabel sifat-sifat fisika dari logam besi: Fase Massa jenis (sekitar suhu kamar) Massa jenis cair pada titik lebur Titik lebur Titik didih padat 7,86 g/cm³ 6,98 g/cm³ 1811 K (1538 C, 2800 F) 3134 K (2861 C, 5182 F)

9 Kalor peleburan Kalor penguapan Kapasitas kalor 13,81 kj/mol 340 kj/mol (25 C) 25,10 J/(mol K) Tekanan uap P/Pa k 10 k 100 k pada T/K Sumber: wikipedia.com Tabel 2.1 Sifat fisik logam besi 2.2 Sifat Kimia Besi mempunyai empat isotop stabil yang stabil yaitu: Fe, Fe, Fe and Fe. Kelimpahan isotop-isotop Fe dalam alam sekitar adalah lebih kurang 54 Fe (5.8%), 56 Fe

10 (91.7%), 57 Fe (2.2%) dan 58 Fe (0.3%). 60 Fe adalah radionuklida yang telah pupus dan mempunyai waktu setengah yang panjang (1,5 juta tahun). Kebanyakan hasil penyelidikan terdahulu dalam penelitian komposisi Fe bertumpu kepada penentuan jenis 60 Fe akibat dari nukleosintesis (yaitu kajian meteorit) dan pembentukan bijih besi. Besi murni cukup reaktif. Dalam udara lembab akan cepat teroksidasi dan membentuk besi (III) oksida hidrat (karat) yang tidak sanggup melindungi karena zat ini akan hancur dan membiarkan permukaan logam yang baru terbuka. Logam besi mudah larut dalam asam mineral. Dengan asam bukan pengoksidasi tanpa udara, diperoleh Fe (II). Dengan adanya udara atau bila digunakan HNO 3 encer panas, sejumlah besi akan menjadi Fe (III). Media pengoksidasi yang sangat kuat seperti HNO 3 pekat atau asam-asam yang mengandung dikromat akan membuat besi pasif. Dari sifat-sifat di atas, salah satu kelemahan besi adalah mudah mengalami korosi. Korosi menimbulkan banyak kerugian karena mengurangi umur pakai berbagai barang atau bangunan yang menggunakan besi atau baja. Sebenarnya korosi dapat dicegah dengan mengubah besi menjadi baja tahan karat (stainless steel), akan tetapi proses ini terlalu mahal untuk kebanyakan penggunaan besi. Ciri-ciri atom Struktur kristal kubus pusat badan Bilangan oksidasi 2, 3, 4, 6 (oksida amfoter) Elektronegativitas Energi ionisasi 1,83 (skala Pauling) pertama: 762,5 kj/mol ke-2: 1561,9 kj/mol ke-3: 2957 kj/mol Jari-jari atom Jari-jari atom (terhitung) 140 pm 156 pm Jari-jari kovalen 125 pm Sumber: Wikipedia.com Tabel 2.2 Sifat kimia logam besi Adapun berbagai reaksi kimia dari senyawa besi antara lain: a. Besi(III) klorida merupakan asam Lewis yang relatif kuat, dan bereaksi membentuk adduct dengan basa-basa Lewis. Contohnya adalah reaksi dengan trifenilfosfin oksida, membentuk adduct FeCl 3 (OPPh 3 ) 2 dimana Ph = fenil.

11 b. Besi(III) klorida bereaksi dengan garam klorida lainnya membentuk ion tetrahedral FeCl 4 yang berwarna kuning. Garam-garam dari FeCl 4 dalam asam klorida dapat diekstraksikan ke dietil eter. c. Jika dipanaskan bersama besi(iii) oksida pada temperatur 350 C, besi (III) klorida membentuk besi oksiklorida, sebuah padatan berlapis. FeCl 3 + Fe 2 O 3 3 FeOCl d. Dalam suasana basa, alkoksida dari logam alkali bereaksi membentuk kompleks dimer 2 FeCl C 2 H 5 OH + 6 NH 3 (Fe(OC 2 H 5 ) 3 ) NH 4 Cl e. Besi(III) klorida bereaksi dengan cepat terhadap oksalat membentuk kompleks [Fe(C 2 O 4 ) 3 ] 3. Garam-garam karboksilat lainnya juga membentuk kompleks, seperti sitrat dan tartarat f. Besi(III) klorida adalah agen oksidator yang sedang, mampu mengoksidasi tembaga(i) klorida to menjadi tembaga(ii) klorida. Agen pereduksi seperti hidrazin dapat mengubah besi(iii) klorida menjadi kompleks dari besi(ii). Sifat lain-lain besi Sifat magnetik Resistivitas listrik Konduktivitas termal Ekspansi termal Kecepatan suara (pada wujud kawat) Modulus Young Modulus geser Modulus ruah feromagnetik (20 C) 96,1 nω m (300 K) 80,4 W/(m K) (25 C) 11,8 µm/(m K) (suhu kamar) (elektrolitik) 5120 m/s 211 GPa 82 GPa 170 GPa Nisbah Poisson 0,29 Skala kekerasan Mohs 4,0 Kekerasan Vickers 608 MPa Kekerasan Brinell 490 MPa Sumber: wikipedia.com Tabel 2.3 Sifat-sifat lain besi

12 BAB III MINERALOGI BESI Gambar 3.1 Bijih besi Bijih besi adalah batuan dan mineral dari mana logam besi dapat diekstraksi secara ekonomis. Bijih biasanya kaya besi oksida dan mempunyai warna yang bervariasi muali dari abu-abu gelap, kuning terang, ungu, dan berkarat merah. Besi itu sendiri biasanya ditemukan dalam bentuk magnetit (Fe 3 O 4), bijih besi (Fe 2 O 3), goethite (FeO(OH)), limonit (FeO(OH), dan siderite (FeCO 3 ). Bijih besi juga dikenal sebagai "bijih alam" dimana nama ini mengacu pada tahun-tahun awal pertambangan besi. Bijih besi merupakan bahan baku yang digunakan untuk membuat besi babi, yang merupakan salah satu bahan baku utama untuk membuat baja. Dari semua besi, 98% dari bijih besi yang ditambang digunakan untuk membuat baja. Sesungguhnya, telah dinyatakan sebelumnya bahwa bijih besi adalah bagian terbesar dari integral ekonomi global dibandingkan dengan komoditi lainnya, kecuali mungkin minyak. Logam besi hampir tidak dikenal di permukaan bumi kecuali sebagai besi-nikel paduan dari meteorit dan sangat langka dalam bentuk mantel xenoliths. Oleh karena itu, semua sumber zat besi yang digunakan oleh industri manusia dieksploitasi dari besi oksida mineral yang merupakan bentuk utama yang digunakan dalam industri yang bijih besi. Proses terbentuknya bahan galian sangatlah kompleks yaitu lebih dari satu proses bekerja bersama-sama. Meskipun dari satu jenis bahan galian logam, apabila terbentuk oleh proses yang berbeda-beda, maka akan menghasilkan tipe endapan yang berbeda pula. Beberapa proses pembentukan bijih besi antara lain: 1. Diferensiasi magmatik

13 2. Larutan hidrotermal 3. Proses sedimentasi 4. Proses pelapukan Dari proses di atas, tiap-tiap proses akan menghasilkan endapan bijih besi yang berbeda dalam hal mutu, besar cadangan, maupun jenis mineral ikutannya. Dengan mengetahui proses pembentukan besi di atas, maka akan sangat membantu dalam pencarian, penemuan, ataupun pengembangannya. 3.1 Besi primer (ore deposits) Proses terjadinya cebakan bahan galian bijih besi berhubungan erat dengan adanya peristiwa tektonik pra-mineralisasi. Akibat peristiwa tektonik, terbentuklah struktur sesar, struktur sesar ini merupakan zona lemah yang memungkinkan terjadinya magmatisme, yaitu intrusi magma menerobos batuan tua. Akibat adanya kontak magmatik ini, terjadilah proses rekristalisasi, alterasi, mineralisasi, dan penggantian (replacement) pada bagian kontak magma dengan batuan yang diterobosnya. Perubahan ini disebabkan karena adanya panas dan bahan cair (fluida) yang berasal dari aktivitas magma tersebut. Proses penerobosan magma pada zona lemah ini hingga membeku umumnya disertai dengan kontak metamorfosa. Kontak metamorfosa juga melibatkan batuan samping sehingga menimbulkan bahan cair (fluida) seperti cairan magmatik dan metamorfik yang banyak mengandung bijih. 3.2 Besi sekunder (endapan placer) Cebakan mineral alochton dibentuk oleh kumpulan mineral berat melalui proses sedimentasi, secara alamiah terpisah karena gravitasi dan dibantu pergerakan media cair, padat dan gas/udara. Kerapatan konsentrasi mineral-mineral berat tersebut tergantung kepada tingkat kebebasannya dari sumber, berat jenis, ketahanan kimiawi hingga lamanya pelapukan dan mekanisma. Dengan nilai ekonomi yang dimilikinya para ahli geologi menyebut endapan alochton tersebut sebagai cebakan placer. Jenis cebakan ini telah terbentuk dalam semua waktu geologi, tetapi kebanyakan pada umur Tersier dan masa kini, sebagian besar merupakan cadangan berukuran kecil dan sering terkumpul dalam waktu singkat karena tererosi. Kebanyakan cebakan berkadar rendah tetapi dapat ditambang karena berupa partikel bebas, mudah dikerjakan dengan tanpa penghancuran; dimana pemisahannya dapat menggunakan alat semi-mobile dan relatif murah. Penambangannya biasanya dengan cara pengerukan, yang merupakan metoda penambangan termurah.

14 G e n e s a Terakumulasi in situ selama pelapukan Terkonsentrasi dalam media padat yang bergerak Terkonsentrasi dalam media cair yang bergerak (air) J e n i s Placer residual Placer eluvial Placer aluvial atau sungai Placer pantai Terkonsentrasi dalam media gas/udara yang bergerak Placer Aeolian (jarang) Tabel 3.1 Cebakan-cebakan placer berdasarkan genesanya Placer residual Partikel mineral/bijih pembentuk cebakan terakumulasi langsung di atas batuan sumbernya (contoh: urat mengandung emas atau kasiterit) yang telah mengalami pengrusakan/penghancuran kimiawi dan terpisah dari bahan-bahan batuan yang lebih ringan. Jenis cebakan ini hanya terbentuk pada permukaan tanah yang hampir rata, dimana didalamnya dapat juga ditemukan mineral-mineral ringan yang tahan reaksi kimia (misal : beryl). Placer eluvial Partikel mineral/bijih pembentuk jenis cebakan ini diendapkan di atas lereng bukit suatu batuan sumber. Di beberapa daerah ditemukan placer eluvial dengan bahan-bahan pembentuknya yang bernilai ekonomis terakumulasi pada kantong-kantong (pockets) permukaan batuan dasar. Placer sungai atau alluvial Jenis ini paling penting terutama yang berkaitan dengan bijih emas yang umumnya berasosiasi dengan bijih besi, dimana konfigurasi lapisan dan berat jenis partikel mineral/bijih menjadi faktor-faktor penting dalam pembentukannya. Telah dikenal bahwa fraksi mineral berat dalam cebakan ini berukuran lebih kecil daripada fraksi mineral ringan, sehubungan; Pertama, mineral berat pada batuan sumber (beku dan malihan) terbentuk dalam ukuran lebih kecil daripada mineral utama pembentuk batuan. Kedua, pemilahan dan susunan endapan sedimen dikendalikan oleh berat jenis dan ukuran partikel (rasio hidraulik). Placer pantai Cebakan ini terbentuk sepanjang garis pantai oleh pemusatan gelombang dan arus air laut di sepanjang pantai. Gelombang melemparkan partikel-partikel pembentuk cebakan ke pantai dimana air yang kembali membawa bahan-bahan ringan untuk dipisahkan dari mineral berat. Bertambah besar dan berat partikel akan diendapkan/terkonsentrasi di pantai, kemudian 9

15 terakumulasi sebagai batas yang jelas dan membentuk lapisan. Perlapisan menunjukkan urutan terbalik dari ukuran dan berat partikel, dimana lapisan dasar berukuran halus dan/ atau kaya akan mineral berat dan ke bagian atas berangsur menjadi lebih kasar dan/atau sedikit mengandung mineral berat. Placer pantai (beach placer) terjadi pada kondisi topografi berbeda yang disebabkan oleh perubahan muka air laut, dimana zona optimum pemisahan mineral berat berada pada zona pasang-surut dari suatu pantai terbuka. Konsentrasi partikel mineral/bijih juga dimungkinkan pada terrace hasil bentukan gelombang laut. Mineral-mineral terpenting yang dikandung jenis cebakan ini adalah : magnetit, ilmenit, emas, kasiterit, intan, monazit, rutil, xenotim dan zirkon. Mineral ikutan dalam endapan placer Suatu cebakan pasir besi selain mengandung mineral-mineral bijih besi utama tersebut dimungkinkan berasosiasi dengan mineral-mineral mengandung Fe lainnya diantaranya : pirit (FeS 2 ), markasit (FeS), pirhotit (Fe 1-x S), chamosit [Fe 2 Al 2 SiO 5 (OH) 4 ], ilmenit (FeTiO 3 ), wolframit [(Fe,Mn)WO 4 ], kromit (FeCr 2 O 4 ); atau juga mineral-mineral non-fe yang dapat memberikan nilai tambah seperti : rutil (TiO 2 ), kasiterit (SnO 2 ), monasit [Ce,La,Nd, Th(PO 4, SiO 4 )], intan, emas (Au), platinum (Pt), xenotim (YPO 4 ), zirkon (ZrSiO 4 ) dan lain-lain. Endapan besi yang ekonomis umumnya berupa Magnetite, Hematite, Limonite dan Siderite. Kadangkala dapat berupa mineral: Pyrite, Pyrhotite, Marcasite, dan Chamosite. Dari mineral-mineral bijih besi, magnetit adalah mineral dengan kandungan Fe paling tinggi, tetapi terdapat dalam jumlah kecil. Sementara hematit merupakan mineral bijih utama yang dibutuhkan dalam industri besi. Mineral-mineral pembawa besi dengan nilai ekonomis dengan susunan kimia, kandungan Fe dan klasifikasi komersil dapat dilihat pada Tabel dibawah ini. Mineral Susunan kimia Kandungan Fe (%) Klasifikasi komersil Magnetit FeO, Fe 2 O 3 72,4 Magnetik atau bijih hitam Hematit Fe 2 O 3 70,0 Bijih merah Limonit Fe 2 O 3.nH 2 O Bijih coklat Siderit FeCO 3 48,2 Spathic, black band, clay ironstone Sumber: Iron & Ferroalloy Metals in (ed) M. L. Jensen & A. M. Bafeman, 1981; Economic Mineral Deposits, P Tabel 3.2 Mineral-mineral bijih besi bernilai ekonomis

16 BAB IV EKSPLORASI DAN PENGOLAHAN BESI 4.1 Eksplorasi Besi Penyelidikan umum dan eksplorasi bijih besi di Indonesia sudah banyak dilakukan oleh berbagai pihak, sehingga diperlukan penyusunan pedoman teknis eksplorasi bijih besi. Pedoman dimaksudkan sebagai bahan acuan berbagai pihak dalam melakukan kegiatan penyelidikan umum dan eksplorasi bijih besi primer, agar ada kesamaan dalam melakukan kegiatan tersebut diatas sampai pelaporan. Tata cara eksplorasi bijih besi primer meliputi urutan kegiatan eksplorasi sebelum pekerjaan lapangan, saat pekerjaan lapangan dan setelah pekerjaan lapangan. Kegiatan sebelum pekerjaan lapangan ini bertujuan untuk mengetahui gambaran mengenai prospek cebakan bijih besi primer, meliputi studi literatur dan penginderaan jarak jauh. Penyediaan peralatan antara lain peta topografi, peta geologi, alat pemboran inti, alat ukur topografi, palu dan kompas geologi, loupe, magnetic pen, GPS, pita ukur, alat gali, magnetometer, kappameter dan peralatan geofisika. Kegiatan pekerjaan lapangan yang dilakukan adalah penyelidikan geologi meliputi pemetaan; pembuatan paritan dan sumur uji, pengukuran topografi, survei geofisika dan pemboran inti. Kegiatan setelah pekerjaan lapangan yang dilakukan antara lain adalah analisis laboratorium dan pengolahan data. Analisis laboratorium meliputi analisis kimia dan fisika. Unsur yang dianalisis kimia antara lain: Fe total, Fe 2 O 3, Fe 3 O 4, TiO 2, S, P, SiO 2, MgO, CaO, K 2 O, Al 2 O 3, LOI. Analisis fisika yang dilakukan antara lain: mineragrafi, petrografi, berat jenis (BD). Sedangkan pengolahan data adalah interpretasi hasil dari penyelidikan lapangan dan analisis laboratorium. Tahapan eksplorasi adalah urutan penyelidikan geologi yang umumnya dilakukan melalui empat tahap sebagai berikut: Survei tinjau, prospeksi, eksplorasi umum, dan eksplorasi rinci. Survei tinjau, tahap eksplorasi untuk mengidentifikasi daerah-daerah yang berpotensi bagi keterdapatan mineral pada skala regional. Prospeksi, tahap eksplorasi dengan jalan mempersempit daerah yang mengandung endapan mineral yang potensial. Eksplorasi umum, tahap eksplorasi yang rnerupakan deliniasi awal dari suatu endapan yang teridentifikasi.

17 Eksplorasi rinci, tahap eksplorasi untuk mendeliniasi secara rinci dalarn 3 dimensi terhadap endapan mineral yang telah diketahui dari pencontohhan singkapan, paritan, dan lubang bor, shafts dan terowongan. Penyelidikan geologi adalah penyelidikan yang berkaitan dengan aspek-aspek geologi diantaranya: pemetaan geologi, parit uji, dan sumur uji. Pemetaan adalah pengamatan dan pengambilan contoh yang berkaitan dengan aspek geologi dilapangan. Pengamatan yang dilakukan meliputi: jenis litologi, mineralisasi, ubahan dan struktur pada singkapan, sedangkan pengambilan contoh berupa batuan terpilih. Penyelidikan Geofisika adalah penyelidikan yang berdasarkan sifat fisik batuan, untuk dapat mengetahui struktur bawah permukaan, geometri cebakan mineral, serta sebarannya secara horizontal maupun secara vertikal yang mendukung penafsiran geologi dan geokimia secara langsung maupun tidak langsung. Pemboran inti dilakukan setelah penyelidikan geologi dan penyelidikan geofisika. Penentuan jumlah cadangan (sumberdaya) mineral yang mempunyai nilai ekonomis adalah suatu hal pertama kali yang perlu dikaji, dihitung sesuai standar perhitungan cadangan yang berlaku, karena akan berpengaruh terhadap optimasi rencana usaha tambang, umur tambang dan hasil yang akan diperoleh. Dalam hal penentuan cadangan, langkah yang perlu diperhatikan antara lain: 1) Memadai atau tidaknya kegiatan dan hasil eksplorasi. 2) Kebenaran penyebaran dan kualitas cadangan berdasarkan korelasi seluruh data eksplorasi seperti pemboran, analisis contoh, dll. 3) Kelayakan penentuan batasan cadangan, seperti Cut of Grade, Stripping Ratio, kedalaman maksimum penambangan, ketebalan minimum dan sebagainya bertujuan untuk mengetahui kondisi geologi dan sebaran bijih besi bawah permukaan. 4) Tata cara eksplorasi pasir besi meliputi urutan kegiatan eksplorasi pasir besi mulai dari kegiatan sebelum pekerjaan lapangan, saat pekerjaan lapangan dan setelah pekerjaan lapangan yang dilakukan untuk mengetahui potensi pasir besi. 5) Kegiatan sebelum pekerjaan lapangan seperti: a) Studi Literatur yang dilakukan meliputi: pengumpulan dan pengolahan data serta laporan kegiatan sebelumnya. b) Studi Penginderaan Jarak Jauh dengan jenis data yang dapat digunakan dalam studi ini meliputi: data Citra Landsat MSS TM/Tematic mapper, SLAR, Spot image dan foto udara. Dengan data penginderaan jarak jauh ini

18 dapat dilakukan interpretasi gejala gejala geologi yang berguna sebagai acuan dalam eksplorasi pasir besi. c) Studi Geofisika dengan Eksplorasi Bijih Besi (Iron Ore) Menggunakan Metode Magnetik Eksplorasi Geofisika Ekplorasi merupakan penyelidikan awal di bidang pertambangan yang bertujuan untuk mengetahui potensi mineral atau bahan galian di suatu wilayah penelitian. Hasil sebuah ekplorasi biasanya berupa karakteristik bahan tambang, sebaran mineral, atau jumlah cadangan mineral. Di dalam eksplorasi geofisika biasanya digunakan beberapa metode seperti metode geolistrik (geoelectric), metode magnetik, metode gravitasi dan seismik. Masing-masing metode diterapkan sesuai dengan objek bahan galian yang akan diselidiki. Misalnya, metode geolistrik sangat cocok untuk mengetahui potensi air tanah (ground water). Metode ini juga dapat diterapkan untuk eksplorasi mineral seperti bijih besi dan mangan. Namun, akurasinya rendah dikarenakan nilai resistivitas skala laboratorium untuk beberapa jenis mineral berbeda dengan skala lapangan. Hal ini tentunya dipengaruhi oleh struktur batuan. Contoh lainnya adalah metode magnetik, cocok digunakan untuk eksplorasi mineral magnetis seperti bijih besi seperti magnetit dan hematit. Metode ini didasarkan pada nilai anomali medan magnet bumi di suatu kawasan survei. Sebagaimana kita ketahui bahwa bumi memiliki sifat seperti magnet (dwi kutub) yaitu kutub utara dan selatan. Dalam makalah ini akan diulas secara singkat mengenai eksplorasi mineral dengan metode magnetik atau biasa juga disebut sebagai metode geomagnetik. Untuk memahami metode geomagnetik, ada baiknya diulas secara ringkas beberapa teori dasar tentang kemagnetan dan beberapa kajian yang berkaitan dengannya. Kegiatan Pekerjaan Lapangan 1) Pemetaan Geologi dalam penyelidikan pasir besi meliputi pemetaan batas pasir pantai dengan litologi lainnya, sehingga dapat diperoleh gambaran sebaran endapan pasir besi. 2) Pengukuran Topografi dilakukan untuk menggambarkan morfologi pantai dan perencanaan penempatan titik-titik lokasi pemboran dan sumur uji serta lintasan geofisika. Urutan kegiatan yang dilakukan dalam pengukuran topografi adalah sebagai berikut: a) Penentuan koordinat titik awal pengukuran pada punggungan sand dune. b) Pembuatan garis sumbu utama (base line, dan

19 c) Pengukuran siku-siku untuk garis lintang (cross line). Garis sumbu utama diusahakan searah dengan garis pantai dan garis-garis lintang yang merupakan tempat kedudukan titik bor, arahnya dibuat tegak lurus terhadap sumbu utama dengan interval jarak tertentu. Geofisika (Geomagnetik) metode geofisika yang digunakan dalam studi ini adalah metode geomagnetik yang meliputi: aeromagnetic dan groundmagnetic, namun jarang diterapkan. Tujuan dari penerapan metode ini adalah untuk mencari sebaran anomali magnetik daerah pantai yang dieksplorasi. Pemboran ini dimaksudkan untuk mengambil contoh-contoh pasir besi pantai baik yang ada diatas permukaan laut maupun yang berada dibawahnya. Pekerjaan pemboran pasir besi dilakukan dengan menggunakan bor dangkal baik yang bersifat manual (Doormer) maupun bersifat semi mekanis. Kegiatan yang dilakukan adalah sebagai berikut: 1) Penentuan lokasi titik bor, 2) Setting alat bor, 3) Pembuatan lubang awal dilakukan dengan menggunakan mata bor jenis Ivan sampai batas permukaan air tanah, 4) Setelah menembus lapisan air tanah, pemboran dilakukan dengan menggunakan casing yang didalamnya dipasang bailer, 5) Pemboran dihentikan sampai batas batuan dasar. Pengambilan contoh pasir besi yang terletak di atas permukaan air tanah diambil dengan sendok pasir (sand auger) jenis Ivan berdiameter 2,5 inchi, sedangkan contoh pasir yang berada di bawah permukaan air tanah dan bawah permukaan air laut diambil dengan bailer yang dilengkapi ball valve. Contoh-contoh diambil untuk setiap kedalaman 1,5 meter atau setiap satu meter dan dibedakan antara contoh dari horizon A, contoh horizon B dan contoh dari horizon C. Pola pemboran dan interval titik bor yang digunakan pada pekerjaan ini disesuikan dengan tahapan survei, sebagai contoh pada tahapan eksplorasi rinci digunakan pola pemboran dengan interval 100 m x 20 m. Pembuatan Sumur Uji, pada umumnya dilakukan pada pasir besi undak tua yang telah mengalami kompaksi. Kegiatan ini dimaksudkan untuk mengambil contoh-contoh pasir besi pantai sampai pada kedalaman tertentu sampai mencapai permukaan air dan untuk mengetahui profil/penampang tegak perlapisan pasir besi. Kegiatan yang dilakukan adalah sebagai berikut: 1) Penentuan lokasi sumur uji. 14

20 2) Penggalian dengan luas bukaan sumur 1m x 1m atau 1,5m x 1,5m. 3) Bila terjadi runtuhan maka dibuat penyangga. 4) Pembuatan sumur dihentikan apabila telah mencapai permukaan air atau telah mencapai batuan dasar. 5) Pengambilan contoh pasir besi dari sumur uji diambil dengan interval setiap satu meter menggunakan metode channel sampling, dengan ukuran 5 cm x 10 cm. 6) Preparasi Contoh, proses preparasi di lapangan untuk contoh bor dan sumur uji dapat dilakukan dengan dua metode, yaitu: increment atau Riffle splitter. Contoh yang diambil harus homogen dari setiap interval kedalaman. Dengan pengambilan yang cukup representatif akan menjamin ketelitian dalam analisa kimia, perhitungan sumber daya atau cadangan dari endapan pasir besi pantai. Pengambilan contoh-contoh tersebut didasari oleh prosedur baku dalam eksplorasi endapan pasir besi pantai. Kegiatan yang dilakukan dalam proses preparasi dengan metode increment mengacu pada Japan Industrial Standard (J.I.S), yaitu: 1) Contoh pasir hasil pemboran atau sumur uji ditampung pada suatu wadah dan diaduk hingga homogen. 2) Contoh tersebut di atas dimasukkan dalam kotak increment, diratakan dan dibagi dalam garis kotak- kotak. 3) Contoh direduksi dengan menggunakan sendok increment dari kotak increment, dari tiap-tiap kotak ditampung dalam kantong contoh. 4) Contoh hasil reduksi kemudian dikeringkan. 5) Contoh yang sudah dikeringkan dari tiap tiap interval dibagi menjadi 3 bagian. Satu bagian untuk contoh individu, satu bagian untuk contoh komposit dan satu bagian untuk duplikat. 6) Satu bagian contoh dari tiap interval digabungkan dengan interval lainnya menjadi contoh komposit. Kegiatan yang dilakukan dalam proses preparasi dengan metode riffle splitter, yaitu: 1) Contoh pasir hasil pemboran atau sumur uji ditampung pada suatu wadah dan diaduk hingga homogen, kemudian dikeringkan. 2) Contoh yang telah kering direduksi dengan riffle splitter hingga mendapatkan berat yang diinginkan (+ 3 kg).

21 ܤ 3) Contoh yang sudah mengalami splitting dari tiap tiap interval dibagi menjadi 3 bagian. Satu bagian untuk contoh individu, satu bagian untuk contoh komposit dan satu bagian untuk duplikat. 4) Satu bagian contoh dari tiap interval digabungkan dengan interval lainnya menjadi contoh komposit. Penentuan Persentase Kemagnetan (MD), diawali dengan pemisahan mineral magnetik dengan non-magnetik, sebagai berikut: 1) Hasil preparasi contoh dilapangan sebanyak 1 kg, direduksi hingga gr menggunakan splitter (contoh hasil reduksi). 2) Contoh hasil reduksi ditaburkan dalam suatu tempat secara merata. 3) Pemisahan dilakukan dengan menggerak-kan magnet batang 300 gauss berulangulang minimal 7 kali di atas selembar kaca setebal 2 mm yang dibawahnya tertabur contoh pasir untuk mendapatkan contoh konsentrat yang cukup bersih. Jarak antara magnet batang dengan lapisan pasir harus dibuat tetap untuk menghindari perbedaan kuat medan magnet. 4) Konsentrat yang diperoleh dari pemisahan magnet, ditimbang dalam satuan gram. Dengan membandingkan berat konsentrat dan berat contoh hasil reduksi, maka didapat harga persentase magnetik dengan rumus: ݐ = ܤݎݎݎݐݐݐݐݐݐݐݐݐݐݐݐ ݐݏܤܤݐݎݎݎݐܯ ܦ ௧௧ ௦௨ %ݔ 100 ௦ 5) Penentuan Berat Jenis insitu dilakukan dengan cara sebagai berikut: a) Penghitungan volume contoh dari bor berdasarkan perhitungan volume bagian dalam dari casing dengan rumus: V= π x r 2 x t, dengan V = Volume contoh π = Konstanta (3,14) r t = jari-jari bagian dalam casing = ketinggian contoh dalam casing b) Penentuan berat dengan cara menimbang setiap interval contoh Kegiatan Setelah Pekerjaan Lapangan Analisa Laboratorium dilakukan setelah contoh-contoh telah dikumpulkan (Gambar 6). Pekerjaan analisa laboratorium meliputi analisa kimia dan fisika. Analisa kimia dilakukan terhadap contoh individu untuk mengetahui kandungan unsur dalam konsentrat, antara lain:

22 Fetotal (FeO dan Fe 2 O 3, Fe 3 O4) dan Titan. Analisa kimia dapat dilakukan dengan beberapa metode, antara lain AAS, volumetrik, XRF dan ICP.

23 Analisa fisika yang dilakukan antara lain analisa mineral butir, analisa ayak, analisa sifat magnetik dan berat jenis. Analisa mineral butir dilakukan untuk mengetahui jenis dan persen berat mineral baik untuk fraksi magnetik maupun nonmagnetik contoh yang dianalisa mineral butir berasal dari contoh komposit, yang mewakili wilayah/blok pemboran. Analisa ayak dimaksudkan untuk mengetahui ukuran butiran pasir besi yang dominan. Analisa ayak dilakukan terhadap contoh pilihan berasal dari bagian-bagian blok interval dalam bentuk contoh komposit berat 500 gram yang dibagi menjadi 6 fraksi, yakni: 1) butiran yang lebih besar + 2 mm atau + 10 mesh, 2) butiran antara 2 + 1mm atau mesh, 3) butiran antara 1 + ½ mm atau mesh, 4) butiran antara 1/2 + ¼ mm atau mesh, 5) butiran antara 1/4 + 1/8 atau mesh, dan 6) butiran yang lebih kecil dari 1/8 mm. Masing-masing fraksi jumlahnya dinyatakan dalam persen berat yang dapat digambarkan dalam bentuk diagram balok sehingga sebaran fraksi pasir besi yang dominan dapat diketahui. Analisa berat jenis dimaksudkan untuk mengetahui berat jenis pasir besi. Analisa dilakukan dengan cara contoh asli (crude sand) seberat 100 gram dimasukkan ke dalam air yang diketahui volumenya di dalam gelas ukur. Untuk memudahkan perhitungan ditetapkan volume 200 cc, apabila kenaikan air menjadi A cc, maka volume pasir yang dimasukkan = A 200 cc. Jadi berat jenis = 100 / (A-200) gram /cc. Pengolahan Data dari hasil pengamatan dan analisa laboratorium diolah dan ditafsirkan secara seksama untuk memberikan gambaran tentang kondisi geologi daerah penelitian yang berkembang dari aspek genetik, posisi, hubungan serta distribusinya. Data hasil analisa MD dan pemboran dibuat profil penyebaran endapan pasir besi terhadap sumbu panjang (sejajar pantai) dan sumbu pendek (tegak lurus pantai) dan isograde. Lokasi-lokasi pengambilan contoh diplot dalam peta topografi hasil pengukuran (Peta Lokasi Pengambilan Contoh dan Peta Isograde). Peta-peta yang dihasilkan bertujuan untuk keperluan penambangan, misalnya: peta isograde dan peta topografi serta penampang tegak sebaran bijih besi ke arah kedalaman baik sejajar garis pantai maupun yang memotong tegak lurus garis pantai. Bentuk bentuk gumuk pasir baik yang front maupun back dunes dipetakan secara rinci. Perhitungan sumber daya secara manual dilakukan dengan beberapa metode, antara lain:

24 1) Metode daerah pengaruh dengan rumus : C = (L x t) X MD x SG Dimana: C = Sumber daya dalam ton L = Luas daerah pengaruh dalam m 2 t = Tebal rata-rata endapan pasir besi dalam meter MD = prosentase kemagnetan dalam % SG = Berat Jenis dalam ton/m 3 2) Metode Geostatistik Metode ini digunakan untuk membantu dalam perhitungan estimasi sumber daya/cadangan endapan bahan galian dimana nilai contoh merupakan realisasi fungsi acak (statistik spasial). Pada hipotesis ini, nilai contoh merupakan suatu fungsi dari posisi dalam cebakan, dan posisi relatif contoh dimasukkan dalam pertimbangan. Kesamaan nilai-nilai contoh yang merupakan fungsi jarak contoh serta yang saling berhubungan ini merupakan dasar teori statistik spasial. Metode ini jarang dilakukan dalam perhitungan estimasi sumber daya /cadangan pasir besi. Untuk mengetahui sejauh mana hubungan spasial antara titik titik di dalam cebakan, maka harus diketahui fungsi strukturalnya yang dicerminkan oleh model semivariogramnya. Menetapkan model semivariogram merupakan langkah awal dalam perhitungan geostatistik, selanjutnya dengan perhitungan varian estimasi, varian dispersi, varian kriging, dll. Metode geostatistik yang digunakan dalam eksplorasi pasir besi adalah varian estimasi. Pada metode ini estimasi suatu cadangan dicirikan oleh suatu ekstensi/pengembangan satu atau beberapa harga yang diketahui terhadap daerah sekitarnya yang tidak dikenal. Suatu harga yang diketahui (diukur pada contoh inti, atau pada suatu blok) diekstensikan terhadap bagian-bagian yang diketahui pada satu endapan bijih. Ada beberapa cara estimasi yang sudah dikenal pada kegiatan pertambangan antara lain: a) Estimasi kadar rata-rata suatu cadangan bijih berdasarkan rata-rata suatu kadar yang didapat dari analisis contoh pemboran/sumur uji. b) Estimasi endapan bijih pada suatu tambang atau blok-blok penambangan dengan menggunakan sistem poligon sebagai daerah

25 pengaruh, yang antara lain didasari oleh titik-titik pengamatan berikutnya, pembobotan secara proporsional yang berbanding terbalik dengan jarak dan lain-lain. Tujuan dari penggunaan metode ini antara lain untuk memperoleh gambaran tiga dimensi dari bentuk endapan pasir besi. Pada penerapannya untuk perhitungan dalam geostatistik umumnya memerlukan bantuan komputer. Geoplan merupakan perangkat lunak yang diperlukan dalam paket perhitungan variogram. Selain itu juga digunakan perangkat lunak program KRIG3D yang merupakan paket program kriging, varian estimasi dan varian dispersi. 4.2 Pengolahan Besi Bijih besi dari tambang biasanya masih bercampur dengan pasir, tanah liat, dan batubatuan dalam bongkah-bongkahan yang tidak sama besar. Untuk kelancaran proses pengolahan bijih besi, bongkah-bongkah tersebut dipecahkan dengan mesin pemecah, kemudian disortir antara bijih besih dan batu-batuan ikutan dengan tromol magnet. Pekerjaan selanjutnya adalah mencuci bijih besi tersebut dan mengelompokkan menurut besarnya, bijihbesi halus dan butir-butir yang kecil diaglomir di dalam dapur sinter atau rol hingga berupa bola-bola yang dapat dipakai kembali sebagai isi dapur. Setelah bijih besi itu dipanggang di dalam dapur panggang agar kering dan unsur-unsur yang mudah menjadi gas keluar dari bijih kemudian dibawa ke dapur tinggi diolah menjadi besi kasar. Pembuatan Besi Kasar Bahan utama untuk membuat besi kasar adalah bijih besi. Berbagai macam bijih besi yang terdapat di dalam kulit bumi berupa oksida besi dan karbonat besi, diantaranya yang terpenting adalah sebagai berikut: a. Batu besi coklat (2Fe 2 O 3 + 3H 2 O) dengan kandungan besi berkisar 40%. b. Batu besi merah yang juga disebut hematit (Fe 2 O 3 ) dengan kandungan besi berkisar 50%. c. Batu besi magnet (Fe 2 O 4 ) berwarna hijau tua kehitaman, bersifat magnetis dengan mengandung besi berkisar 60%. d. Batu besi kalsit atau spat (FeCO 3 ) yang juga disebut sferosiderit dengan mengandung besi berkisar 40%. Bahan utama besi dan paduannya adalah besi kasar, yang dihasilkan dalam tanur tinggi. Bijih besi yang dicampur dengan kokas dan batu gamping (batu kapur) dilebur dalam tanur

26 ini. Komposisi kimia besi yang dihasilkan bergantung pada jenis bijih yang digunakan. Jenis bijih besi yang lazim digunakan adalah hematit, magnetit, siderit dan himosit. Hematit (Fe 2 O 3 ) adalah bijih besi yang paling banyak dimanfaatkan karena kadar besinya tinggi, sedangkan kadar kotorannya relatif rendah. Meskipun pirit (FeS 2 ) banyak ditemukan, jenis bijih ini tidak digunakan karena kadar sulfur yang tinggi sehingga diperlukan tahap pemurnian tambahan. Karena di alam ini besi berbentuk oksida dan karbonat, atau sulfida sehingga hampir semua proses produksinya diawali dengan reduksi dengan gas reduktor H 2 atau CO. Proses Reduksi Tidak Langsung (Indirect Reduction) Pada proses ini menggunakan tungku tanur tinggi (blast furnace) dengan porsi 80% diproduksi dunia. Besi kasar dihasilkan dalam tanur tinggi. Diameter tanur tinggi sekitar 8m dan tingginya mencapai 60 m. Kapasitas perhari dari tanur tinggi berkisar antara Megagram besi kasar. Bahan baku yang terdiri dari campuran bijih, kokas, dan batu kapur, dinaikkan ke puncak tanur dengan pemuat otomatis, kemudian dimasukkan ke dalam hopper. Untuk menghasilkan 100 Megagram besi kasar diperlukan sekitar 2000 Megagram bijih besi, 800 Megagram kokas, 500 Megagram batu kapur dan 4000 Megagram udara panas. Bahan baku tersebut disusun secara berlapis-lapis. Udara panas dihembuskan melalui tuyer sehingga memungkinkan kokas terbakar secara efektif dan untuk mendorong terbentuknya karbon monoksida (CO) yang bereaksi dengan bijih besi dan kemudian menghasilkan besi dan gas karbon dioksida (CO 2 ). Dengan digunakannya udara panas, dapat dihemat penggunaan kokas sebesar 30% lebih. Udara dipanaskan dalam pemanas mula yang berbentuk menara silindris, sampai sekitar 500 o C. Kalor yang diperlukan berasal dari reaksi pembakaran gas karbon monoksida yang keluar dari tanur. Udara panas tersebut memasuki tanur melalui tuyer yang terletak tepat di atas pusat pengumpulan besi cair. Batu kapur digunakan sebagai fluks yang mengikat kotoran-kotoran yang terdapat dalam bijih-bijih, dan membentuk terak cair. Terak cair ini lebih ringan dari besi cair dna terapung diatasnya dan secara berkala disadap. Besi cair yang telah bebas dari kotorankotoran dialirkan kedalam cetakan setiap 5 6 jam. Disamping setiap Megagram besi dihasilkan pula 0,5 Megagram terak dan 6 Megagram gas panas. Terak dapat dimanfaatkan sebagai bahan bangunan (campuran beton) atau sebagai bahan isolasi panas. Gas panas dibersihkan dan digunakan untuk pemanas mula udara, untuk membangkitkan energi atau sebagai media pembakar dapur-dapur lainnya. Komposisi besi

27 kasar dapat dikendalikan melalui pengaturan kondisi operasi dan pemilihan susunan campuran bahan baku. Gambar 4.1 Proses pengolahan besi dengan alat Blast Furnace Proses Reduksi Langsung (Direct Reduction) Pada proses reduksi langsung bijih besi bereaksi dengan gas atau bahan padat reduksi membentuk sponge iron (Proses ini diterapkan di PT Krakatau Steel, CIlegon). Disini bijih besi/pellet direaksikan dengan gas alam dalam dua unit pembuat sponge iron, yang masingmasing berkapasitas 1 juta ton pertahun. Sponge iron yang dihasilkan PT Krakatau Steel memiliki komposisi kimia; Fe: %; C: 1,5 2,5%; SiO2: 1,25 3,43%; Al 2 O3: 0,61 1,63%; CaO: 0,2 2,1%; MgO: 0,31 1,62%; P: 0,014 0,027%; Cu: 0,00 0,004 %; Kotoran (oksida lainnya): 0,1 0,5 % dengan tingkat metalisasi sebesar %. Sponge Iron yang berbentuk butiran kemudian diolah lebih lanjut dalam dapur listrik. Disini sponge iron bersama-sama besi tua (scrap), dan paduan ferro dilebur dan diolah menjadi billet baja. Untuk menghasilkan 63 Megagram sponge iron diperlukan sekitar 100 megagram besi pellet. Proses ini sangat efektif untuk mereduksi oksida-oksida dan belerang sehingga dapat dimanfaatkan bijih besi berkadar rendah. Proses Yang Terjadi pada Blast Furnance (Dapur Tinggi) Prinsip dari proses dapur tinggi adalah prinsip reduksi. Pada proses ini zat karbon monoksida dapat menyerap zat asam dari ikatan-ikatan besi zat asam pada suhu tinggi. Pada pembakaran suhu tinggi o C dengan udara panas, maka dihasilkan suhu yang dapat

28 menyelenggarakan reduksi tersebut. Agar tidak terjadi pembuntuan karena proses berlangsung maka diberi batu kapur sebagai bahan tambahan. Bahan tambahan bersifat asam apabila bijih besinya mempunyai sifat basa dan sebaliknya bahan tambahan diberikan yang bersifat basa apabila bijih besi bersifat asam. Gas yang terbentuk dalam dapur tinggi selanjutnya dialirkan keluar melalui bagian atas dan ke dalam pemanas udara. Terak yang menetes ke bawah melindungi besi kasar dari oksida oleh udara panas yang dimasukkan, terak ini kemudian dipisahkan. Proses reduksi di dalam dapur tinggi tersebut berlangsung sebagai berikut: Zat arang dari kokas terbakar menurut reaksi : C + O 2 CO 2 sebagian dari CO2 bersama dengan zat arang membentuk zat yang berada ditempat yang lebih atas yaitu gas CO. CO 2 + C 2 CO Di bagian atas dapur tinggi pada suhu 3000 sampai 8000 C oksid besi yang lebih tinggi diubah menjadi oksid yang lebih rendah oleh reduksi tidak langsung dengan CO tersebut menurut prinsip: Fe 2 O 3 + CO 2FeO + CO 2 Pada waktu proses berlangsung muatan turun ke bawah dan terjadi reduksi tidak langsung menurut prinsip : FeO+CO FeO+CO 2 Reduksi ini disebut tidak langsung karena bukan zat arang murni yang mereduksi melainkan persenyawaan zat arang dengan oksigen. Sedangkan reduksi langsung terjadi pada bagian yang terpanas dari dapur, yaitu langsung di atas pipa pengembus. Reduksi ini berlangsung sebagai berikut: FeO+C Fe+CO CO yang terbentuk itulah yang naik ke atas untuk mengadakan reduksi tidak langsung tadi. Setiap 4 sampai 6 jam dapur tinggi dicerat, pertama dikeluarkan teraknya dan baru kemudian besi. Besi yang keluar dari dapur tinggi disebut besi kasar atau besi mentah yang digunakan untuk membuat baja pada dapur pengolahan baja atau dituang menjadi balok-balok tuangan yang dikirimkan pada pabrik-pabrik pembuatan baja sebagai bahan baku. Besi cair dicerat dan dituang menjadi besi kasar dalam bentuk balok-balok besi kasar yang digunakan sebagai bahan ancuran untuk pembuatan besi tuang (di dalam dapur kubah) atau masih dalam keadaan cair dipindahkan pada bagian pembuatan baja (dapur Siemen Martin). Terak yang keluar dari dapur tinggi dapat pula dimanfaatkan menjadi bahan pembuatan pasir terak atau

29 wol terak sebagai bahan isolasi atau sebagai bahan campuran semen. Besi cair yang dihasilkan dari proses dapur tinggi sebelum dituang menjadi balok besin kasar sebagai bahan ancuran di pabrik penuangan, perlu dicampur dahulu di dalam bak pencampur agar kualitas dan susunannya seragam. Dalam bak pencampur dikumpulkan besi kasar cair dari bermacammacam dapur tinggi yang ada untuk mendapatkan besi kasar cair yang sama dan merata. Untuk menghasilkan besi kasar yang sedikit mengandung belerang di dalam bak pencampur tersebut dipanaskan lagi menggunakan gas dapur tinggi. Pembuatan Baja dari Besi Kasar Besi kasar sebagai hasil dari dapur tinggi masih banyak mengandung unsurunsur yang tidak cocok untuk bahan konstruksi, misalnya zat arang (karbon) yang terlalu tinggi, fosfor, belerang, silisium dan sebagainya. Unsur-unsur ini harus serendah mungkin dengan berbagai cara. Untuk menurunkan kadar karbon dan unsur tambahan lainnya dari besi kasar digunakan dengan cara sebagai berikut: 1) Proses Konvertor: a) Proses Bessemer untuk besi kasar dengan kadar fosfor yang rendah. Konvertor Bessemer adalah sebuah bejana baja dengan lapisan batu tahan api yang bersifat asam. Dibagian atasnya terbuka sedangkan pada bagian bawahnya terdapat sejumlah lubang-lubang untuk saluran udara. Bejana ini dapat diguling-gulingkan. Korvertor Bessemer diisi dengan besi kasar kelabu yang banyak mengandung silisium. Silisium dan mangan terbakar pertama kali, setelah itu baru zat arang yang terbakar. Pada saat udara mengalir melalui besi kasar udara membakar zat arang dan campuran tambahan sehingga isi dapur masih tetap dalam keadaan encer. Setelah lebih kurang 20 menit, semua zat arang telah terbakar dan terak yang terjadi dikeluarkan. Mengingat baja membutuhkan karbo sebesar 0,0 sampai 1,7 %, maka pada waktu proses terlalu banyak yang hilang terbakar, kekurangan itu harus ditambahi dalam bentuk besi yang banyak mengandung karbon. Dengan jalan ini kadar karbon ditingkatkan lagi. dari oksidasi besi yang terbentuk dan mengandung zat asam dapat dikurangi dengan besi yang mengandung mangan. Udara masih dihembuskan ke dalam bejana tadi dengan maksud untuk mendapatkan campuran yang baik. Kemudian terak dibuang lagi dan selanjutnya muatan dituangkan ke dalam panci penuang. Pada proses Bessemer menggunakan besi kasar dengan kandungan fosfor dan belerang yang rendah tetapi kandungan fosfor dan belerang masih tetap 23