TUGAS AKHIR Ronny Mustaqiem 2709100091 Dosen Pembimbing Sungging Pintwantoro, Ph. D JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGI FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2014
EKSTRAKSi CUPRONIKEL DARI BJIH TEMBAGA DAN NIKEL LATERIT PADA MINI BLAST FURNACE DENGAN REDUKTOR CAMPURAN ARANG TEMPURUNG KELAPA DAN BATUBARA
Latar Belakang Ketersediaan Sumber Daya Alam UU Minerba UU MINERBA no 4. Tahun 2009 (aktif 12 januari 2014) SKILL Peningkatan Ekonomi
PERUMUSAN Tujuan Mengetahui: Pengaruh dan nilai optimal variasi berat batubara dan arang sebagai reduktor serta bahan bakar pada proses produksi Cupronikel Batasan Masalah Semua layer di dalam Mini Blast Furnace dianggap rata Kadar Cu dan Ni dalam bahan baku mineral dianggap homogen Slag, logam,dan matte yang dihitung adalah yang berada di dalam cetakan Kadar oksigen, kecepatan semburan udara pada tuyere dianggap sama untuk semua proses Kinerja serta kondisi alat dianggap sama untuk semua proses Rasio Optimal Proses Produksi
DASAR TEORI
Logam Proses Tembaga Nikel Temperatur Lebur: 1085 C Masa Jenis T lebur: 8.02 g/cm 3 Temperatur Lebur: 1455 C Masa Jenis T lebur: 7.81 g cm 3
BAHAN BAKU Bijih Tembaga Nikel Laterit CuCO3.Cu(OH)2 CuO Cu2O CuFeS2 CuS NiO
Bahan Bakar dan Reduktor Batubara Arang Tempurung kelapa Gross calor value : 6500 cal/g Kadar karbon dan Sulfur, volatile mater, tar, kekuatan Gross calor value : 6900 cal/g
Produk Harapan Cupronickel Ingots Penggunaan: tubes for light-duty condensors, feedwater heaters and evaporators used in power stations and desalination plants pipes carrying seawater to fire mains, cooling water systems and ship sanitary systems underwater fencing cabled tubes for hydraulic and pneumatic lines fasteners, crankshafts, hulls and other marine hardware used in boats silver-colored circulation coins medical equipment automobile parts jewelry
Properties
Harga Komoditas barang Harga Keterangan Nikel US$ 15.630 /kg sumber dari LME Tembaga US$ 6.720 / kg sumber dari LME NPI US$ 16.00/kg untuk kadar nikel 8% Cupronickel US$ 20-40 / kg tergantung kadar nikel Batubara IDR 1150 / kg dari Binuang Kalsel Green Coke IDR 2000 /kg agak susah didapat Kokas IDR 7800 /kg ketersediaan tidak menentu Arang Tempurung kelapa IDR 3500 /kg beli dari pembuat di Mojokerto Arang Tempurung kelapa IDR 5500 /kg beli di Surabaya Kapur IDR 1200 /kg Beli di Gresik
Mini Blast Furnace cerobong Mini Blast furnace Tungku Gas Water Scrubber
Proses Smelting secara Umum Tembaga Kadar Cu minimal 40% jika dari ore dan 30% jika dari kosentrat Menggunakan kokas atau batubara antrasit Kapasitas besar (min. 10 ton skali charging) Selain Blast furnace di gunakan Furnace jenis Flash, dll Dihasilkan matte atau logam Slag dan logam keluar lewat lubang yang berbeda Nikel Mengunakan bahan bakar kokas Kapasitas produksi besar sebab kadar nikel dalam laterit sedikit/ kecil Dihasilkan NPI, nikckel matte, nikel logamnur listril Selain Blast furnace juga digunakan tanur putar dan tanur listrik Slag dan logam keluar lewat lubang yang berbeda
Proses Smelting dengan Mini Blast Furnace DIRECT Smelting Slag dan molten metal keluar dari lubang yang sama Menggunakan batubara Dapat digunakan pada ore dengan kadar 8 % Cu Kapasitas total 1,2 ton skali charge
Hasil Mini Blast Furnace Tembaga Ferronickel Slag Tembaga Slag Ferronickel
Reaksi 1. Malasit CuCO3.Cu(OH)2 + Heat 2CuO + CO2 + H2O 2CuO + 2CO 2Cu + 2CO2 2. Chalcopirit CuFeS2 + heat CuS (matte) + FeS CuS + O2 Cu + SO2 3. Tenorit CuO + CO Cu + CO2 4. Kuprit Cu2O +CO 2Cu + CO2
Reaksi (lanjutan) Sedangkan pada nikel laterit, yangmana berupa nikel oksida NiO + CO -> Ni + CO 2 Karbon monoksida didapat dari proses pembakaran yang tidak sempurna serta proses endotermis antara karbon dioksida dan karbon dari sumber karbon C + ½ O 2 -> CO C + O 2 -> CO 2 CO 2 + C -> 2CO
Reaksi (lanjutan) CaCO3 + heat = CaO + CO2 SiO2(s) + heat = SiO2(l) FeO + SiO2 = FeO.SiO2 FeO + SiO2 = FeSiO3 CaO + SiO2 = CaSiO3 Slag : FeO-SiO2-MgO-CaO-CaSO4-Al2O3- FeSiO3-CaSiO3
Metode
Item and tools Crusher Timbangan Mini Blast Furnace Helm Masker Gas Sarung Tangan Kunci 19 dan 24 Kaca Mata Sepatu Safety Gerinda Betoneser Tusuk Cetakan Infrared termoeter Inverter Skop Palu Alat Bahan Bijih Tembaga Nikel Laterit Batubara Arang tempurung Kelapa Flux Kayu Clay dan Pasir Bensin + oli bekas Batu Bata Kain
Teknis Pelaksanaan Bed tungku disiapkan dengan menggunakan campuran antara clay dan batu tahan api, kemudian di masukkan potongan kayu sebagai pembakar batu bara awal, dan dimasukkan batu bara sebagai bahan bakar awal. Batu bara yang di masukkan sampai mencapai ketinggian sedikit diatas melting zone, atau 60 cm diatas lubang tuyere.
Teknis Pelaksanaan (lanjutan) Kayu dinyalakan, kemudian ditunggu sampai batu bara yang berada di atasnya sudah membara sempurna. Hal ini dapat kita lihat dari asap yang dihasilkan. Bersamaan dengan penyalaan kayu ini, blower hisap dinyalakan dan diatur kecepatannya di kontrol panel. Pengaturan kecepatan ini menggunakan inverter
Teknis Pelaksanaan (lanjutan). Bahan baku, flux, dan reduktor dengan rasio 1/0.75/0.85 dimasukkan secara bergantian sampai dengan penuhnya tungku kupola dan dilakukan terus menerus sampai habisnya bahan baku, atau sampai diakhirinya pembakaran. Lubang tuyere ditutup, positif blower (blower tiup) dinyalakan secara bertahap dengan menggunakan inverter dari 800 rp hingga 1440 rpm,. Parameter setingan yang tepat adalah tingkat cair pada slag. Blower hisap juga dilakukan perubahan setingan, sampai didapatkan setingan yang tepat dengan parameter tingkat kepekatan asap.
Teknis Pelaksanaan (lanjutan) Lubang tap tetap dalam posisi terbuka, dan cairan ditampung dalam cetakan. Logam cair dikeluarkan bersamaan dengan slag melalui lubang tap, dan ditampung dalam cetakan. Slag dibiarkan mengalir keluar dari cetakan dan memberi waktu bagi logam cair untuk mengendap dibawah cetakan. Setelah tampak logam cair, cetakan diganti dengan cetakan yang kedua, kemudian cetakan yang berisi logam cair ditunggu sejenak agar temperatur menurun dan logam cair sudah membeku, kemudian hasil cetakan dikeluarkan. Tidak ada pengeluaran slag melalui lubang slag yang ada di kupola, dikarenakan mudahnya cairan logam dan slag ini membeku
Copper ore Atambua Copper ore Batumakap Nikel Laterit Reduktor Smelting pada MBF Flux Cu-Ni Matte Slag
ANALISA
Bijih Tembaga Atambua Batumakap
Nikel Laterit Element Concentration [%] Stddev. [%] Magnesium Oxide Mg 4.37 2.17 Silicon Oxide SiO2 0.62 0.32 Potassium Oxide K2O 0.04 0.39 Calcium Oxide CaO 0.78 0.01 Vanadium V 0.01 0.02 Chromium Cr 1.01 0.01 Hydrated Iron Oxide FeO(OH) 39.73 0.01 Nickel Ni 1.6 0.06 Copper Cu 0.04 0.01 Zinc Zn 0.04 0.01 Bismuth Bi 0.01 0.01 2FeO(OH) + ½ O2 + Heat 2FeO + H2O 2FeO + CO 2Fe + CO2 2NiO(OH) + ½ O2 + Heat 2NiO + H2O 2NiO + CO Ni + CO2 Sehingga persamaan umumnya adalah 2FeO(OH) + 2 NiO(OH) + O2 + Heat 2Fe + 2 Ni + 2H2O + 2 CO2
Proses Smelting Layer: 1. Batubara + Arang tempurung kelapa 2. Ore Mix ( Coper Ore + Laterit) 3. Kapur Perbandingan Reduktor : Ore : Flux = 0,85 : 1 : 0,75
Yang Harus Diperhatikan Penyalaan Ketinggian Bed dan Coal bed Penyalaan awal harus rata Pengetahuan bahan 1. Kadar Unsur 2. Jenis senyawa logam 3. jenis senyawa slag 4. Ketersediaan
Yang Harus Diperhatikan (lanjutan) Maintenance aliran Menjaga aliran molten material yang keluar mulai dari awal hingga akhir, jangan sampai tersumbat Hindari adanya panas yang terbuang Keselamatan Keselamatan Pelaksana Keselamatan Masyarakat sekitar dan lingkungan
Data Variabel 1 Variabel 2 Variabel 3 Variabel 4 Variabel 5 Tanpa Arang Temperatur tapping 1105 C 1109 C 1154 C 1210 C 1214 C 1085 C T 1 649 C 689 C 649 C 726 C 773 C 640 C T 2 342 C 343 C 382 C 380 C 348 C 542 C Logam yang dihasilkan 6 kg 5 kg 4.1 kg 6 kg 1 kg 0 kg Matte yang dihasilkan 0,8 kg 1.3 kg 2,6 kg 2.3 kg 2,1 kg 2,8 kg Slag 124 kg 131 kg 139 kg 129 kg 93 kg 93 kg 2.120 2,209 Flow rate awal Flow rate stabil 1.576 kg/min 1,888 kg/min kg/min 2,368 kg/min 2,111 kg/min 2,389 kg/min kg/min 2,402 kg/min 1,244 kg/min 0,57 kg/min 1,576 kg/min 0,663 kg/min 1400 3 1200 2,5 Temperatur (Celcius) 1000 800 600 400 T. Tapping T1 T2 Flow rate (kg/min) 2 1,5 1 Flow rate awal Flow rate stabil 200 0,5 0 0 10 20 30 40 50 60 % Arang tempurung Kelapa 0 0 20 40 60 % arang tempurung Kelapa
Analisa Logam % Arang Tempurung kelapa Cu Ni Fe 0 0 0 0 10 84,51333 6,44 6,486667 20 80,52333 10,59 6,823333 30 84,94667 8,6 7,496667 40 52,69 3,93 27,17 50 62,50667 3,843333 22,18667 % Kadar Logam 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 10 20 30 40 50 60 % Arang Tempurung Kelapa Fe Ni Cu
1 2 4 3 5
Analisa Slag Variabel %Cu %Ni %Fe 0 6,33 0,201 12,38 10 3,67 0,203 13,31 20 2,26 0 14,12 30 5,14 0,44 15,73 40 5,02 0,389 15,7 50 2,92 0 12,65 18 16 % Kadar unsur dalam slag 14 12 10 8 6 4 %Cu %Ni %Fe 2 0 0 10 20 30 40 50 60 % Arang tempurung kelapa
KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan 1. Variasi campuran reduktor dan bahan bakar yang paling baik adalah 20 % arang tempurung kelapa 80 % batubara 2. Semakin banyak campuran arang tempurung kelapa membuat temperature di tap hole dan T 1(115 cm diatas tap hole) meningkat namun karena permeabilitas yang semakin buruk menyebabkan rentang temperaturnya bertambah terhadap dan T2 (168 cm diatas tap hole). 3. Terlalu banyak arang (50% arang temprung kelapa) menyebabkan bahan bakar cepat habis dan tidak mampu mereduksi ore sepenuhnya. 4. Semakin banyak fayalite yang terbentuk di dalam slag maka kekentalannya semakin menurun. Saran 1. Untuk laterit dengan kadar dibawah 1,6% Ni maka perbandingan berat untuk laterit harus ditambah agar nikel yang terbentuk sesuai. 2. Slag memiliki kadar Fe 15 % serta kadar arsen yang rendah ehingga dapat digunakan atau diolah kembali dengan aman 3. Pengukuran temperature menggunakan thermokopel tipe S yang dipasang permanen pada MBF sehingga memudahkan pengkuran dan aman baik terhadap proses maupun pelaksana 4. perlu dilakukan proses tahap lanjut (refinery) agar cupronikel yang dihasilkan dari MBF memiliki kadar besi yang rendah
SEKIAN