BAB II TEORI DASAR
2.1 Bijih Besi Bijih besi dibagi menjadi beberapa golongan diantaranya adalah golongan oksida, sulfida, dan hidroksida. Golongan oksida meliputi hematit dan magnetit sedangkan untuk golongan sulfida seperti pirit, kalkopirit, arsenopirit, dan pirotit. Limonit dan goetit termasuk ke dalam golongan hidroksida. Goetit merupakan mineral hidroksida besi memiliki sistem kristal orthorhombik berwarna kuning kecoklatan, massa jenisnya 4,3, dan tingkat kekerasan 5,3. Goetit atau bog iron ore umumnya memiliki kadar Fe sebesar 63% dan sulit untuk diolah secara komersial jika kadar pengotor (Mn) lebih dari 5 %. Persebaran goetit terdapat di daerah deposit bagian bawah lapisan tanah berlumpur diantaranya di Alsace-Lorraine, Wespalia, Bohemia, dan Danau Superior serta Gunung Apalachian di wilayah Amerika Serikat (Mottana,1977).
Gambar 2.1 Goetit (Pellant,1992) Limonit atau bijih besi lumpur (bog iron ore) dengan rumus kimia Fe2O3.nH2O merupakan kumpulan mineral yang dihasilkan dari proses oksidasi dan hidrasi mineral besi primer. Limonit ini dapat berupa stalaktit yang berwarna coklat karat Bab II Teori Dasar
8
(gossan) dengan goresan coklat kekuningan. Di permukaan tanah limonit berupa lapisan kuning cokelat atau topi besi (iron hat) yang menutupi lapisan bijih sulfida. Di alam limonit ditemukan pada urat-urat bijih besi yang mengandung mineral besi primer. Di alam limonit juga berperan sebagai semen alami yang mengikat batuan sedimen (pasir) di batuan konglomerat. Di lingkungan air seperti rawa-rawa dan tanah berlumpur, limonit terbentuk melalui proses penguapan pada mineral bijih besi yang dibantu bakteri-bakteri (Mottana,1977).
Gambar 2.2 Limonit (Pellant,1992) Hematite merupakan mineral besi golongan oksida dengan rumus kimia Fe2O3. Hematit biasanya berbentuk tipis dan pipih. Mineral ini memiliki permukaan yang dapat berubah warna jika sinar datang dari berbagai arah (iridescent). Hematit berwarna kemerahan atau merah tua, abu-abu gelap, dan hitam. Mineral ini memiliki tingkat kekerasan 5,5-6,5 dan massa jenisnya 4,2 sampai 5,25. Hematit memiliki sistem kristal rhombohedral formasi raksasa (massive formation) berbentuk kelopak mawar (iron rose). Seringkali warna batuan dari mineralnya merah dan coklat kemerahan, bersifat opaque dengan kilap metalik. Hematit memiliki goresan merah cerry gelap yang mudah untuk dibedakan antara hematit, magnetit, dan ilmenit. Hematit akan larut jika mineral ini dipanaskan dengan asam hidroklorik. Mineral ini terbentuk dari
Bab II Teori Dasar
9
proses oksidasi yang banyak ditemukan pada batuan beku. Daerah deposit terbesar terdapat di danau Superior (USA), Quebec (Kanada), Venezuela, Brasil, dan Angola. Hematit merupakan mineral utama dari logam besi dan biasanya digunakan juga sebagai zat pewarna (pigmen) dan polishing powder (Mottana,1977).
Gambar 2.3 Hematit (Pellant,1992) Magnetit atau lodestone (magnet alam) berwarna hitam dan tidak tembus cahaya dengan rumus kimia Fe3O4. Mineral ini memiliki susunan kristal sistem isometrik berupa oktahedron dan dodecahedron. Selain itu, mineral ini memiliki massa jenis 5,18 dan tingkat kekerasan 5,5 – 6,5. Mineral ini memiliki sifat fisik berupa kilap logam, ferromagnetik dan goresan berwarna hitam. Magnetit akan larut perlahan dengan asam hidroklorik. Magnetit juga mengandung titanium atau chromium. Daerah deposit magnetit yaitu berada di Norwegia, Romania, Rusia, dan Afrika Selatan (Mottana,1977).
Bab II Teori Dasar
10
Gambar 2.4 Magnetit (Pellant,1992) Ilmenit merupakan mineral golongan oksida dengan rumus kimia FeTiO3. Mineral ini memiliki sistem kristal heksagonal dan tingkat kekerasan 5–6. Mineral ini juga tidak tembus cahaya dan memiliki kilap sub-logam. Mineral ini berwarna hitam atau coklat gelap dengan goresan berwarna hitam sampai coklat kemerahan. Ilmenit akan larut berbentuk bubuk jika terkonsentrasi dengan asam hidroklorik. Jika dipanaskan mineral ini cenderung bersifat magnetik dan kurang magnetik dalam kondisi dingin. Karakteristik fisik bervariasi tergantung dengan jumlah magnesium dalam solid solution. Ilmenit membentuk solid solution dengan geikelite MgTiO3. Pada lingkungan batuan plutonik ilmenit terbentuk sebagai produk segregasi temperatur tinggi yang juga terjadi di daerah pegmatites dan nepheline syenittes. Daerah konsentrasi terbesar ilmenit terletak pada pasir terutama pada pasir laut atau batuan metamorphik seperti pada klorit. Kristal ilmenit besar ditemukan di daerah diorit di Kragero (Norwegia) sementara kristal berukuran kecil bersinar dan berbentuk menarik ditemukan di Novara (Italia) dan kawasan St.Gotthard (Swiss). Kristal ilmenite berukuran 2,5 cm (1 inch) ditemukan di kota Orange dan Warwick (NewYork). Deposit terbesar di Norwegia, India, Brasil, Kanada, Florida, dan Rusia. Ilmenite merupakan bijih utama dari titanium (Mottana,1977).
Bab II Teori Dasar
11
Gambar 2. 5 Ilmenit (Pellant,1992) Bijih besi yang terdapat di Indonesia dapat digolongkan dalam tiga golongan diantaranya (Alam, 2007) : 1. Golongan bijih besi primer Golongan ini umumnya berasal dari bijih hematit atau magnetit atau campuran keduanya. Kandungan Fe bervariasi, dari kandungan rendah (low grade) hingga kandungan tinggi (high grade). Bijih besi high grade memiliki kandungan Fe di atas 60 % sehingga dapat langsung digunakan sebagai bahan baku pembuatan baja. Sementara bijih besi low grade memiliki kandungan Fe yang rendah sehingga harus diberikan perlakuan benefisiasi agar kadar Fe-nya meningkat. Penyebaran bijih besi primer ini antara lain di Ketapang, Tamalang, Belitung, dan Solok. Golongan bijih besi primer dibedakan ke dalam dua jenis, yaitu : a. Bijih besi hematit Jenis ini biasanya terdapat bersama pengotor seperti silika dan alumina. Proses peningkatan kadar besi biasanya dilakukan dengan cara flotasi atau dengan menggunakan alat magnetic separator intensitas tinggi. Jenis ini merupakan bahan baku utama pembuatan besi baja.
Bab II Teori Dasar
12
b. Bijih besi magnetit Jenis bijih ini memiliki sifat magnetit yang kuat dibandingkan dengan bijih besi hematit sehingga proses peningkatan kadar Fe-nya dapat dilakukan dengan menggunakan alat magnetic separator intensitas tinggi. Penyebaran bijih besi jenis ini antara lain di daerah Pagelaran – Lampung, Air Abu – Sumatera Barat, dan Tapin – Kalimantan Selatan. 2. Golongan bijih besi laterit Golongan bijih besi ini berasal dari pelapukan batuan yang kaya akan besi. Jenis mineral dan mineraloid utamanya berupa goetit atau limonit. Kadar besi tidak terlalu tinggi, sekitar 35-45 persen (ada yang mencapai 50 persen atau lebih) karena mengandung air kristal. Proses benefisiasinya relatif sulit bila dibandingkan dengan benefisiasi jenis hematit dan magnetit. Penyebarannya di Indonesia antara lain di daerah Sebuku, Pomala dan Halmahera. 3. Golongan Pasir besi Golongan ini memiliki sifat magnet yang kuat dengan kandungan besi rendah, sekitar 25-40 persen karena mengandung titanoksida. Jenis mineral utamanya berupa titanomagnetit. Proses benefisiasi dapat dilakukan dengan alat magnetic separator intensitas rendah. Di Indonesia terdapat di daerah Yogyakarta.
2.2 Proses Pengolahan Mineral Proses pengolahan mineral sangat penting dalam memegang peran peningkatan kadar logam dan keekonomisannya. Proses tersebut meliputi beberapa tahapan proses antara lain yaitu kominusi, pengayakan, konsentrasi, dan material handling.
Bab II Teori Dasar
13
2.2.1 Kominusi Kominusi adalah usaha pengecilan ukuran bijih hasil proses penambangan agar dapat diproses lebih lanjut. Proses ini terdiri dari dua tahapan yaitu peremukan (crushing) dan penggerusan (grinding) bijih (Kelly dan Spottiswood,1982). Tujuan tahap kominusi adalah sebagai berikut : 1. Membebaskan mineral berharga dari ikatannya dengan mineral pengotor. Keterbebasan mineral berharga ini dinyatakan dengan derajat liberasi. 2. Mengecilkan ukuran partikel agar sesuai dengan metoda pemisahan yang akan dilakukan. 3. Mengekspos/memunculkan mineral berharga. Hal ini dilakukan untuk keperluan proses flotasi maupun proses hidrometalurgi dimana mineral berharga yang terekspos dapat diapungkan atau larut dalam pelarut. 4. Memperbesar luas permukaan mineral sehingga kecepatan reaksi pelarutan dapat berlangsung dengan baik. 5. Memenuhi permintaan pasar.
2.2.1.1 Proses Peremukan (Crushing) Proses peremukan (crushing) merupakan proses reduksi atau pengecilan ukuran bijih material yang berukuran kasar sekitar 50 mm–3 mm (Kelly dan Spottiswood, 1982). Proses ini dilakukan dengan menggunakan alat peremuk (crusher). Dalam proses peremukan ini dikenal dua proses utama, yaitu proses peremukan tahap pertama dan peremukan tahap kedua. Dengan proses peremukan tahap pertama, ukuran mineral dapat direduksi hingga menjadi 25 mm. Alat yang digunakan pada proses ini antara lain jaw crusher atau gyratory crusher (Gaudin,1939). Proses selanjutnya adalah proses peremukan tahap kedua, dimana reduksi ukuran dilakukan dari 25 mm hingga mencapai 3 mm. Alat untuk proses ini antara lain cone crusher, roll crusher, dan impact crusher (Gaudin,1939). Bab II Teori Dasar
14
Gambar 2.6 Jaw Crusher
Gambar 2.7 Roll Crusher
2.2.1.2 Proses Penggerusan (Grinding) Proses penggerusan (grinding) merupakan proses reduksi atau pengecilan ukuran bijih atau material yang berukuran halus. Proses penggerusan merupakan kelanjutan dari proses peremukkan. Berdasarkan media penggerusannya proses ini dapat dibagi menjadi sebagai berikut (Kelly dan Spottiswood, 1982) : 1. Ball mill, media penggerus berupa bola baja atau keramik, 2. Rod mill, media penggerus berupa batang-batang baja, Bab II Teori Dasar
15
3. Pebble mill,media penggerus berupa batuan yang keras, 4. Autogeneous mill, tanpa media penggerus atau media penggerusnya adalah bijih itu sendiri. 5. Semi-autogeneous mill, media penggerusnya adalah bijih itu sendiri ditambah bola-bola baja. Dari kelima jenis alat di atas, ball mill lebih sering digunakan pada proses kominusi akhir hingga diperoleh ukuran partikel yang halus. Hal ini disebabkan media penggerus yang berbentuk bola memiliki luas permukaan persatuan berat yang lebih besar daripada media batang pada rod mill.
Gambar 2.8 Ball Mill (Jar Mill)
Gambar 2.9 Bola keramik
Bab II Teori Dasar
16
Tiga mekanisme proses penggerusan (Wills,1981), yaitu : 1. Tumbukan
(impact)
atau
kompresi
(compression),
yaitu
proses
penggerusan dimana melibatkan gaya yang tegak lurus permukaan partikel.
Gambar 2.10 Impact atau Compression 2. Chipping, yaitu proses penggerusan dimana melibatkan gaya yang membentuk sudut dengan permukaan partikel.
Gambar 2.11 Chipping 3. Abrasi, yaitu proses penggerusan akibat adanya gesekan pada permukaan partikel.
Gambar 2.12 Abrasi Proses peremukan selalu dilakukan dengan cara kering sedangkan proses penggerusan dilakukan dengan cara basah atau kering. Ada beberapa faktor penentuan penggerusan dengan cara basah atau dengan cara kering (Kelly dan Spottiswood, 1982), yaitu : 1. Penggerusan dengan cara basah membutuhkan energi yang lebih rendah dibandingkan cara kering. 2. Proses pengklasifikasian dengan cara basah relatif mudah dan memerlukan ruang/tempat yang lebih kecil dibandingkan cara kering. Bab II Teori Dasar
17
3. Proses penggerusan cara basah lebih ekonomis karena tidak memerlukan dust collector dan tidak adanya proses pengeringan terlebih dahulu. 4. Korosi sering terjadi untuk penggerusan dengan cara basah sehingga proses ini diperlukan konsumsi media gerus dan bahan pelapis yang lebih banyak.
2.2.2 Pengayakan (Screening) Proses pengayakan atau screening merupakan proses sizing atau pemisahan mekanik yang berdasarkan ukuran bijih yang dilakukan setelah proses penggerusan. Proses pengayakan akan memisahkan mineral-mineral berdasarkan ukurannya. Alat yang digunakan berupa ayakan (screen). Untuk mineral-mineral yang sangat halus screen dapat dibuat dari kawat logam yang ditenun (woven metal wire). Tujuan utama proses pengayakan (Wills, 1981), yaitu : 1. Mempersiapkan umpan yang berselang ukuran kecil untuk proses konsentrasi. 2. Mencegah material-material undersize masuk ke dalam proses kominusi ukuran kasar, misalnya operasi peremukan dan penggerusan mineral halus.sehingga meningkatkan kapasitas dan efisiensi produk. 3. Mencegah material-material oversize masuk ke tahap berikutnya pada operasi kominusi sirkuit tertutup. 4. Menghasilkan produk dalam kelompok fraksi ukuran tertentu. Analisis hasil ayakan berupa fraksi sampel yang lolos dari bidang ayakan terhadap sampel yang diayak. Analisis tersebut diberikan dalam bentuk basis kumulatif dari setiap persentase sampel yang tidak lolos pada masing-masing screen.
Bab II Teori Dasar
18
Gambar 2.13 Seri Ayakan (Sieve Series) Ukuran ayakan sudah tertentu dan biasanya dinyatakan dalam satuan mesh. Mesh adalah satuan untuk menyatakan banyaknya lubang ayakan dalam satu inchi panjang linier. Misalnya ukuran ayakan 100 mesh, artinya terdapat 100 lubang ayakan dalam satu inchi panjang linier. Konversi ukuran mesh–µm pada ayakan ditunjukkan pada tabel di bawah ini. Tabel 2.1 Konversi ukuran ayakan mesh-µm (Kelly dan Spotiswood, 1982) Ukuran Ayakan Standar ASTM Standar Tyler (mm) (µm) (mesh) (mesh) 0,850 850 20 20 0,710 710 25 24 0,500 500 35 32 0,425 425 40 35 0,300 300 50 48 0,212 212 70 65 0,150 150 100 100 0,106 106 140 150 0,075 75 200 200 0,045 45 325 325
2.2.3 Konsentrasi Tahap konsentrasi adalah tahap pemisahan yang didasarkan pada sifat-sifat fisik dari mineral yang akan dipisahkan. Makin besar perbedaan sifat fisiknya akan semakin baik hasil konsentrasinya.
Bab II Teori Dasar
19
Berdasarkan sifat fisik mineral, proses konsentrasi digolongkan ke dalam lima kelompok (Wills, 1981), yaitu : 1. Sorting, pemisahan yang didasarkan pada perbedaan sifat optik (warna dan kilap) dari mineral yang akan pisahkan. 2. Konsentrasi gravitasi (gravity concentration), didasarkan pada perbedaan berat jenis dari mineral yang akan dipisahkan. 3. Pemisahan magnetik (magnetic separation), didasarkan pada perbedaan sifat magnet dari mineral yang akan dipisahkan. 4. Pemisahan elektrostatik (electrostatic separation), didasarkan pada sifat konduktivitas listrik dari mineral yang akan dipisahkan dan 5. Flotasi (flotation), didasarkan pada sifat permukaan mineral.
2.2.3.1 Konsentrasi Gravitasi Konsentrasi gravitasi merupakan metode pemisahan mineral berdasarkan berat jenis dan pengaruh gaya gravitasi, gaya dorong air, gaya gesek partikel, dan gaya sentrifugal sehingga mempengaruhi perbedaan kecepatan pengendapan partikel mineral dalam suatu media fluida. Proses konsentrasi dapat dilakukan dengan baik bila memiliki syarat utama yaitu perbedaan berat jenis mineral berharga dengan pengotor relatif besar. Faktor-faktor yang mempengaruhi gerakan relatif partikel mineral dalam fluida diantaranya ukuran, bentuk, dan berat jenis mineral yang akan dipisahkan. Perbedaan ini akan mempengaruhi besarnya kecepatan terminal partikel mineral tersebut dalam fluida. Kecepatan terminal suatu partikel dinyatakan sebagai berikut (Gaudin,1939) :
Bab II Teori Dasar
20
1. Untuk partikel berukuran kasar (diameter partikel lebih besar dari 0,5 cm) dengan menggunakan persamaan Newton, yaitu: 4.g.d ( D p − D f )
Vt =
3.Q.D f
(2-1)
2. Untuk partikel berukuran halus (diameter partikel lebih kecil dari 50 µm) dengan menggunakan persamaan Stokes, yaitu: Vt =
g .d 2 ( D p − D f )
Dengan
18µ
(2-2)
g = percepatan gravitasi d = diameter partikel Q = koefisien gesek atau tahanan spesifik Dp= densitas padatan Df = densitas fluida µ = viskositas fluida Vt = kecepatan terminal
Berdasarkan sifat gerak medianya, konsentrasi gravitasi dapat dibagi menjadi tiga macam (Kelly dan Spottiswood, 1982), yaitu : 1. Pemisahan dalam media yang relatif tenang, contohnya adalah sink and float separation atau heavy media separation. 2. Pemisahan dalam media yang bergerak horizontal/miring, contohnya adalah pemisahan pada meja goyang dan humprey spiral dan 3. Pemisahan dalam media yang bergerak vertikal, contohnya adalah jigging.
2.2.3.2 Konsentrasi Gravitasi Metode Tabling Proses konsentrasi metode tabling merupakan salah satu proses konsentrasi tertua. Proses ini sudah digunakan sejak abad ke-19. Alat yang digunakan adalah meja goyang. Meja goyang merupakan alat konsentrasi mineral yang memanfaatkan Bab II Teori Dasar
21
gerakan fluida dan hentakan meja untuk memisahkan mineral-mineral dari pengotornya. Secara umum, mineral-mineral yang dapat diproses pada meja goyang berukuran lebih halus dibandingkan dengan ukuran mineral yang diproses dengan metoda jigging (Curie, 1973).
(1). Komponen-komponen Meja Goyang Komponen komponen yang terdapat pada meja goyang dijelaskan sebagai berikut: a. Head motion Head motion tertutup merupakan komponen utama atau dasar dari meja goyang. Seperangkat head motion yang terdiri dari beberapa bagian antara lain kedua pitman yang terbuat dari besi tempa, toggle yang terbuat dari besi cor, dan roller bearing yang dilindungi oleh minyak pelumas yang mengendalikan gaya gesek tertentu (Wills,1981). Bagian bagian alat dari head motion ditunjukkan pada Gambar 2.14
Gambar 2.14 Head Motion dari Wilfley Table (Taggart,1976) Bagian-bagian dari head motion ( Gambar 14) : a. Pitman b. Pulley-driven eccentric c. Toggle d. Yoke e. Fixed block f. Spring atau Pegas g. Fixed block h. Rod ( penghubung yoke dengan meja)
Bab II Teori Dasar
22
Mekanisme kerja alat head motion diawali dengan proses ketika meja goyang sedang tidak dioperasikan spiral pegas (spring) dalam kondisi memanjang atau meregang dan toggle dalam keadaan mendatar. Saat meja goyang mulai dioperasikan, kedua pitman bergerak secara eksentrik sehingga toggle dalam keadaan miring. Akibatnya dek meja bergerak ke belakang atau mundur sampai pitman bergerak miring mencapai titik paling atas dan spiral pegas merapat. Lalu pitman kembali bergerak turun sehingga toggle dalam keadaan mendatar lagi dan spiral pegas kembali merenggang. Akibatnya dek meja kembali bergerak maju ke depan. Gerakan maju mundur terus berulang ketika meja goyang dioperasikan. Gerakan tersebut bersifat asimetris karena gerakan mundur (tarik) lebih kuat dibandingkan gerakan maju (dorong) (Gaudin, 1939). b. Pengatur stroke (stroke adjustment) Pengatur stroke pada meja goyang berupa sekrup yang dapat diputar yang terdapat pada bagian luar head motion. Sekrup tersebut bila diputar ke arah kanan, panjang sekrup akan semakin memendek mengakibatkan frekuensi stroke makin berkurang dan panjang stroke semakin besar. Sekrup ini berhubungan langsung dengan spiral pegas. Hal ini dapat dilihat bila sekrup memendek, spiral pegas semakin ditekan ke dalam akibatnya gaya lawan pegas bekerja makin besar dan pegas akan sulit bergerak merapatmerenggang (Outokumpu,2007).
Bab II Teori Dasar
23
Gambar 2.15 Head Motion dengan pengatur stroke ditunjukkan tanda panah warna merah c. Pengatur kemiringan Kemiringan dek memegang peranan penting dalam operasi meja goyang yang berkisar 1o-6o. Kemiringan dek dapat diatur dengan memutar kran sekrup di bagian bawah dek. Konektor yang terpasang miring merupakan penghubung antara dek dan kran sekrup. Besi penumpu terdapat dibagian atas dari konektor yang berfungsi menumpu dek. Bila kran sekrup diputar ke kanan besi penumpu akan bergerak mendorong konektor sehingga kemiringan dek bertambah (Outokumpu,2007). d Dek (meja) Dek merupakan alas meja berbahan koefisien gesek tinggi tempat terjadinya proses tabling dan stratifikasi mineral yang terbuat dari kayu, linoleum, karet, dan plastik dengan riffle yang tersusun di atasnya (Wills, 1981).
Bab II Teori Dasar
24
Feed Box Water Box Wadah Penampung Konsentrat
Head Motion Dek(Meja) Wadah Penampung Tailing Wadah Penampung Midling
Gambar 2.16 Komponen-komponen Wilfley Table e. Riffle Riffle berperan penting dalam peningkatan kapasitas di operasi meja goyang. Riffle adalah suatu media sejenis tanggul yang ditempelkan di atas dek dengan pola tertentu. Tipe riffle bermacam-macam sesuai penggunaan masing-masing proses tabling. Biasanya riflle terbuat dari kayu mahoni atau dari jenis kayu keras di atas permukaan dek yang terlapisi linoleum. Riffle biasanya memiliki ketebalan ½ inch dan lebar ¼ inch (Gaudin,1939). Riffle berfungsi untuk menahan partikelpartikel berat agar tidak ikut terbawa aliran air pencuci dengan membentuk arus eddy yang akan membantu proses konsentrasi mineral umpan dan membentuk aliran turbulen yang mengakibatkan terjadinya efek stratifikasi. Hubungan riffle dengan ukuran partikel dijelaskan bahwa jika tinggi riffle terlalu rendah (bila dibandingkan terhadap diameter partikel), maka partikel akan mudah terbawa laju aliran air pencuci menuju ke zona tailing. Apabila tinggi riffle sangat tinggi maka arus eddy tidak mampu mengaduk dan mengangkat partikel yang berada di lapisan terbawah di daerah antar riffle. Oleh karena itulah, partikel kasar yang mempunyai diameter besar membutuhkan riffle yang tinggi sedangkan partikel halus membutuhkan riffle yang rendah.(Burt,1984).
Bab II Teori Dasar
25
(a)
(b)
(c)
(d) Gambar 2.17 Tipe riffle pada wilfley table (Taggart,1976)(a)pola standard riffle, (b)tipe finishing riffle, (c)tipe roughing riffle dan (d) 1623 riffle f. Drives (motor penggerak) Motor merupakan komponen sumber penggerak meja goyang dengan sumber energi berupa listrik atau bahan bakar minyak. Putaran rotor pada
motor
ini
harus
bersifat
stabil
pada
wilfley
table
(Outokumpu,2007). g. Kotak umpan (feed box) dan kotak air pencuci (water box) Kotak umpan (feed box) merupakan kotak yang terletak di ujung kiri atas dari dek. Kotak ini berfungsi sebagai tempat jatuh umpan dari feeder ke atas permukaan dek melalui celah-celah pada bagian bawah dinding kotak umpan yang selanjutnya aliran umpan menuju permukaan dek. Bab II Teori Dasar
26
Kotak air (water box) berada diantara kotak umpan dan saluran air yang berfungsi mengalirkan air bersih ke atas permukaan dek melalui celah di bagian bawah kotak tersebut. Selain itu, saluran air dengan gate-gate mengatur aliran air bersih tersebut yang akan membantu membersihkan dan mendorong mineral-mineral berat yang terjebak dalam pengotor selama lintasan riffle. h. Wadah penampung konsentrat, midling, dan tailing (launder) Wadah penampung konsentrat, midling dan tailing ditempatkan di sepanjang sisi yang lebih rendah permukaannya. Produk pemisahan berupa konsentrat, midling dan tailing akan masuk pada wadah penampungan masing-masing. (2). Variabel-variabel Operasi pada Meja Goyang Variabel-variabel operasi dapat diatur pada meja goyang untuk mengoptimalkan proses pemisahan mineral. Gaudin (1939) membagi variabel menjadi dua jenis, yaitu variabel rancangan dan variabel operasi. Variabel rancangan adalah variabel yang sudah tetap. Variabel ini didasarkan pada fungsi dan tujuan penggunaan alat. Variabel rancangan meliputi bentuk dan ukuran meja, bentuk dan susunan riffle, bahan pelapis permukaan meja serta kadar dan ukuran umpan. Sementara variabel operasi merupakan variabel-variabel yang dapat diubah selama proses konsentrasi berlangsung untuk memperoleh hasil yang diinginkan. Variabel ini meliputi panjang dan frekuensi stroke, laju pengumpanan, berat jenis pulp umpan, kemiringan dek, dan letak penampungan produk. Kelly dan Spottiswood (1982) membagi variabel-variabel tersebut dalam empat bagian, yaitu variabel rancangan, kecepatan langkah, stroke dan kendali operasi. Variabel rancangan meliputi bentuk meja, bentuk riffle, susunan riffle, bahan pelapis permukaan meja dan kadar umpan. Kecepatan motor dan pulley size termasuk dalam variabel kecepatan langkah. Sementara toggle dan setting getaran Bab II Teori Dasar
27
termasuk dalam variabel stroke. Variabel kendali operasi mencakup kemiringan meja, berat jenis pulp, laju air pencuci, dan letak penampungan produk. Pada operasi konsentrasi dengan menggunakan meja goyang, variabel yang dapat diatur oleh operator adalah variabel operasi. Hakim (1997) menggunakan variabel operasi laju air pencuci, kadar umpan, berat jenis pulp, laju pengumpanan, kemiringan meja, dan frekuensi stroke yang memfokuskan variabel panjang stroke, laju air pencuci, laju pengumpanan, dan kemiringan dek untuk melihat pengaruh ketiga variabel tersebut terhadap kadar dan perolehan. Wijaya (2006) menititkberatkan menggunakan variabel operasi kemiringan dek, ukuran butiran dan frekuensi stroke untuk melihat pengaruh ketiga variabel tersebut terhadap peningkatan kadar dan perolehan. (3). Proses Pemisahan pada Meja Goyang Proses konsentrasi metode tabling merupakan proses pemisahan secara gravitasi dengan prinsip utama perbedaan berat jenis mineral-mineral logam berharga dan pengotornya. Jika perbedaan berat jenis tersebut besar maka pemisahan secara gravitasi relatif mudah dilakukan akan tetapi bila sebaliknya maka pemisahan dengan metode tabling sulit dilakukan. Kriteria konsentrasi (KK) merupakan suatu perkiraan apakah proses konsentrasi gravitasi dapat diterapkan untuk memisahkan mineral-mineral yang mempunyai perbedaan berat jenis serta selang ukuran yang dapat dipakai serta secara spesifik untuk menilai tingkat kesulitan pemisahan. KK merupakan hubungan antara berat jenis mineral berat, pengotor, dan fluida yang digunakan untuk pemisahan. KK dinyatakan dengan persamaan (Wills, 1981):
KK = Dengan
Dh − D
f
Dl − D
f
(2-3)
Dh = berat jenis mineral berat
Bab II Teori Dasar
28
Dl = berat jenis mineral ringan Df = berat jenis fluida yang digunakan Tabel 2.2 menyatakan hubungan antara nilai KK dan tingkat kemudahan pemisahan mineral berharga dan pengotornya dengan proses konsentrasi gravitasi
Tabel 2.2 Penggolongan pemisahan mineral berdasarkan kriteria konsentrasi (KK) (Taggart,1976) Nilai KK < 1,25
Keterangan untuk Pemisahan Mineral Pemisahan
mineral
tidak
mungkin
dilakukan dengan konsentrasi gravitasi Pemisahan mineral masih dapat dilakukan
1,25 – 1,5
pada ukuran gravel (kerikil) 1-10 mm atau 16 mesh sampai 0,371 inch tapi tidak pada ukuran sand 0,05-1 mm. Pemisahan
1,5 – 1,75
mineral
kemungkinan
sulit
dilakukan. Batas maksimal ukuran partikel (commercial lower size) sekitar 10 mesh Pemisahan mineral dapat dilakukan pada
1,75 – 2,5
ukuran yang lebih halus daripada -65 +100 mesh.
> 2,5
Bab II Teori Dasar
Pemisahan mineral sangat mudah dilakukan untuk semua ukuran partikel.
29
Proses pemisahan terjadi akibat adanya tiga gaya yang bekerja pada partikel dalam fluida (Gaudin,1939), yaitu : 1. Gaya gravitasi. Untuk partikel bulat dengan jari-jari r, maka gaya gravitasi sepanjang kemiringan adalah: F1 = m . g .sin α F1 =
(2-4)
4 π r3 g (Dp – Df) sin α 3
(2-5)
dengan F1 = Gaya tarik gravitasi Dp = Berat jenis partikel Df = Berat jenis fluida α
= Sudut film terhadap arah horisontal
2. Gaya gesek antara partikel dengan permukaan bidang, dinyatakan dengan: F2 = -
4 π r3 g ф (Dp – Df) cos α 3
(2-6)
F2 = gaya gesek partikel dengan permukaan bidang ф = koefisien gesek 3. Gaya dorong fluida akan menyebabkan partikel dan fluida akan samasama bergerak
dengan kecepatan tertentu sehingga terjadi stratifikasi
secara vertikal (startifikasi diantara riffle) dan stratifikasi horisontal (stratifikasi melintasi riffle). Di setiap pergerakan partikel dan fluida terdapat tahanan partikel di dalam fluida merupakan fungsi dari kecepatan pengendapan partikel relatif lambat dan aliran fluida yang bersifat laminer. Gaya dorong fluida dengan adanya tahanan fluida adalah jumlah semua gaya yang terjadi di partikel itu sendiri. Diasumsikan tahanan tersebut merupakan tahanan stokes maka : R=6πµrV Sehingga gaya dorong fluida adalah: Bab II Teori Dasar
30
F3 = -
9 k π r3 g Df sin α + 6 k π r2 g θ Df sin α – 6 k π r µ vp 2
(2-7)
dengan k = koefisien rancangan F3 = gaya dorong fluida vp = kecepatan partikel θ = tebal aliran fluida µ = viskositas fluida Peranan ketiga gaya tersebut sangat menentukan perlapisan (stratifikasi) dan urutan partikel dengan partikel besar ringan paling depan diikuti partikel kecil ringan. Kemudian diikuti partikel besar berat serta partikel kecil berat paling akhir. Variabel-variabel yang menentukan kinerja ketiga gaya tersebut dalam proses stratifikasi partikel, yaitu :
a. Pengaruh Riffle pada Proses pemisahan Riffle yang terdapat pada meja berfungsi untuk menyebabkan arus
putar (arus eddy) di sekitarnya. Arus tersebut mengaduk dan mengangkat partikel-partikel yang tersangkut di antara riffle-riffle yang ditunjukkan pada Gambar 2.18 (a). Akibat adanya proses pengadukan tersebut partikel akan mengalami proses stratifikasi. Proses stratifikasi partikel secara vertikal akibat arus eddy dipengaruhi oleh berat jenis dan ukuran partikel yang ditunjukkan pada Gambar 2.18 (b)
Bab II Teori Dasar
31
(a)
. (b) Gambar 2.18 Peran riffle dalam proses pemisahan (a) A adalah pengaruh riffle terhadap arus eddy; B adalah arus eddy yang terjadi diantara riffle, (Taggart,1976) (b) proses stratifikasi partikel akibat adanya arus eddy. (Burt,1984) Hal ini dapat dijelaskan dengan mengasumsikan benda jatuh bebas dalam fluida, seperti ditunjukkan pada Gambar 2.16
m’g
mg
Ff Gambar 2.19 Gerak jatuh bebas dalam fluida (Hakim,1997) Jika suatu partikel berada dalam kesetimbangan di dalam suatu fluida dengan densitas fluida (Df). Partikel di dalam fluida dipengaruhi gaya gravitasi, gaya gesek yang diterima partikel dalam fluida dan gaya dorong fluida akibat arus eddy . Maka pada keadaan setimbang gaya pada partikel sebagai berikut : Fg = m.g – m’.g Fg = F1 =
4 π r3 g (Dp – Df) 3
(2-8) (2-9)
dengan Ff = gaya dorong fluida ke atas akibat arus eddy Bab II Teori Dasar
32
Fg = gaya berat partikel dalam fluida b. Pengaruh Stroke terhadap Proses Pemisahan Stroke merupakan variabel operasi yang penting dalam proses
konsentrasi menggunakan meja goyang. Stroke mendorong partikel ke arah longitudinal (sejajar sumbu meja) dengan gerakan bolak-balik secara asimetris sehingga dek (meja) mengalami gerakan mundur yang lebih kuat daripada gerakan maju. Stroke mengakibatkan partikel dengan densitas tinggi bergerak berlawanan arah dengan gerakan mundur meja (menuju zona konsentrat). Saat stroke menuju arah depan, ada gaya yang bergerak melawan arah maju dek. Gaya yang berlawanan tersebut adalah gaya gesek antar partikel dengan permukaan meja sehingga akan membentuk kecepatan antara
permukaan
bidang
dengan
fluida.
Kecepatan
tersebut
mempengaruhi kecepatan fluida tiap kedalaman. Peristiwa ini mempengaruhi kecepatan setiap partikel yang bergerak ke arah zona konsentrat. Partikel paling bawah mempunyai kecepatan paling tinggi sedangkan partikel yang berada pada posisi paling atas mempunyai kecepatan paling rendah. Setelah keluar dari riffle, stroke berperan mendorong partikel berat berukuran kecil paling jauh, disusul partikel berat berukuran besar, kemudian partikel ringan berukuran kecil serta partikel ringan berukuran besar menempati urutan paling akhir. Panjang stroke dapat diatur sedangkan frekuensi stroke ada yang dapat diubah dan ada pula yang dibuat tetap. Frekuensi yang dibuat tetap tidak memiliki hubungan dengan panjang stroke. Untuk penelitian ini panjang stroke dibuat tetap, tetapi frekuensi dapat diubah-ubah (Gaudin,1939).
Bab II Teori Dasar
33
Gambar 2.20 Akhir pergerakan partikel pada shaking table (Gaudin,1939)
c. Pengaruh Kemiringan Dek terhadap Proses Pemisahan
Efek transportasi partikel-partikel yang akan dipisahkan pada meja goyang dipengaruhi kemiringan dek dan bentuk riffle. Kemiringan dek yang kecil (landai) menyebabkan kecepatan aliran fluida secara tranversal rendah sehingga partikel terdorong masuk ke tempat penampungan konsentrat. mengakibatkan
banyak
Sementara kemiringan dek yang curam partikel
bergerak
masuk
ke
tailing
(Curie,1973). Dalam operasi konsentrasi menggunakan meja goyang, terdapat dua macam kemiringan, yaitu kemiringan yang ditentukan dari sisi kotak umpan sampai ujung sisi tailing (side tilt) dan kemiringan yang ditentukan sepanjang pergerakan (motion) dari mesin penggerak sampai ujung sisi konsentrat (longitudinal tilt). Longitudinal tilt biasanya dibuat tetap. Ukuran partikel dan berat jenis partikel juga mempengaruhi
kecepatan
partikel
pada
kemiringan
tertentu
(Burt,1984). Bab II Teori Dasar
34
d. Pengaruh Ukuran Partikel Bijih terhadap Proses Pemisahan
Ukuran partikel bijih merupakan salah satu variabel penting lainnya dalam proses pemisahan dengan meja goyang. Gaudin (1939) mengemukakan mineral-mineral berukuran kasar dan halus dapat diproses dengan meja goyang, tetapi berbeda cara penanganannya. Jika mineral berukuran kasar diproses meggunakan jumlah umpan yang banyak, air yang banyak, frekuensi stroke rendah, dan panjang stroke tinggi. Gaya dorong fluida dan gaya gesek yang lebih besar untuk mengangkat pengotor agar melewati riffle pada partikel berukuran kasar. Hal ini dapat terjadi jika menggunakan jumlah air yang banyak dan panjang stroke yang besar. Sementara untuk partikel yang berukuran halus penanganannya sebaliknya. Gaya dorong fluida yang diperlukan untuk mengangkat mineral-mineral pengotor serta gaya gesek antara partikel-partikel mineral dengan permukaan dek relatif lebih kecil. Bila diberikan perlakuan yang sama dengan mineral-mineral berat, akan terjadi ketidakseimbangan. Gaya dorong fluida lebih besar daripada gaya gravitasi sehingga mineral-mineral berat pun akan ikut terangkat yang akhirnya masuk ke dalam tailing. Hal ini mengakibatkan terjadinya kehilangan (losses). Chaterjee (1998) menyatakan bahwa kelompok pemisahan dengan meja goyang adalah untuk bijih berukuran butiran sekitar 0,012 mm sampai dengan 10 mm. Sementara untuk pemisahan mineral berukuran 0,007 – 0,1 mm sebaiknya digunakan Bartless Mozley table. Jenis Crossbelt table juga dapat digunakan, tetapi khusus bagi mineral
dengan ukuran 0,005 – 0,06 mm.
Bab II Teori Dasar
35
Gambar 2.21. Klasifikasi pemisahan mineral berdasarkan ukuran partikel (Chaterjee,1998) Chaterjee (1998) menunjukkan adanya pengaruh ukuran butiran terhadap recovery dalam metode tabling berbagai mineral seperti cassiterite, wolframite, dan bijih besi seperti yang ditunjukkan Gambar
2.22. Gambar 2.22 juga menjelaskan partikel berukuran (5 µm) dapat dilakukan proses pemisahan pemisahan dengan metode tabling sehingga dengan makin bertambahnya ukuran partikel maka perolehan konsentrat akan semakin meningkat.
Gambar 2.22 Pengaruh ukuran butiran partikel dengan perolehan untuk mineral-mineral tertentu pada pemisahan tabling. (A untuk cassiterite, B untuk wolframite dan Bab II Teori Dasar
36
C untuk bijih besi) (Chaterjee,1998) e. Pengaruh Laju Air Pencuci terhadap Proses Pemisahan
Laju air pencuci akan berperan dalam pemisahan secara transversal (tegak lurus sumbu meja). Selain itu, air pencuci digunakan sebagai sarana transportasi partikel dari kotak umpan ke penampungan produk (Gaudin,1939). Distribusi kecepatan berbeda untuk tiap kedalaman aliran fluida. Kecepatan pada dasar lapisan sebesar nol dan maksimum pada lapisan aliran fluida bagian atas. Hal ini merupakan asumsi dasar bahwa aliran fluida bergerak secara laminer. Sifat aliran fluida dapat ditentukan dari bilangan Reynold (Re). Bila Re kurang dari 2100 maka aliran fluida bersifat laminer, tetapi bila lebih, maka aliran bersifat turbulen. Bilangan Reynold dinyatakan dalam persamaan: 4θ ⋅ D f ⋅ g ⋅ sin α 2
Re =
Dengan
3µ
(2-10)
Df : berat jenis fluida θ : tebal aliran fluida µ : viskositas fluida α : kemiringan bidang
Pada bidang miring, gaya yang bekerja pada fluida dengan kemiringan α adalah: Fa = m . g .sin α
Bab II Teori Dasar
(2-11)
37
Dengan Fa = Df . A .( θ – y ). g sin α
(2-12)
Keterangan : Fa = gaya yang disebabkan pengaruh gravitasi y = jarak dari dasar bidang laipsan A = luas bidang lapisan pada fluida g = percepatan gravitasi Gaya yang dibutuhkan untuk menahan gerakan fluida sehingga kecepatan pada tiap luas bidang lapisan relatif tetap (Gaudin,1939), yaitu :
Fb dv =µ A dy
(2-13)
Fb = gaya penahan gerakan fluida
dv = perubahan kecepatan relatif tiap perubahan kedalaman fluida dy Pada kondisi setimbang Fa = Fb
µ⋅A
dv = D f ⋅ A ⋅ (θ − y ) ⋅ g ⋅ sin α dy
dv D f .g . sin α = ( θ − y) dy 2µ
v=
D f .g . sin α 2µ
(2 θ − y) y
(2-14)
dengan v = kecepatan aliran fluida pada jarak y dari bidang.
Bab II Teori Dasar
38
(4). Jenis-jenis Shaking Table
Teknologi pemisahan mineral dengan metode konsentrasi pada aliran film menggunakan meja goyang telah semakin berkembang. Berikut ini jenis-jenis meja goyang yang telah dikembangkan : a. Wilfley Table Wilfley table adalah jenis shaking table yang umum dan banyak digunakan. Wilfley table mulai diperkenalkan pada tahun 1895-1896, menandai kemajuan besar dalam bidang pemisahan konsentrasi aliran film. Kemajuan yang nampak dari wilfley table adalah diperkenalkannya riffle dan head motion. Riffle memiliki fungsi meningkatkan kapasitas dan membantu dalam pemisahan mineral kasar. Sementara head motion memberikan gerakan bolak-balik dek saat proses pemisahan berlangsung sehingga prosesnya berlangsung secara efektif (Gaudin,1939).
Gambar 2.23 Wilfley Table (Taggart,1976)
b. Garfield Table Berbeda dengan wilfley table dalam hal penempatan riffle. Garfield table memiliki riffle yang panjangnya yang sama dengan panjang dek. Proses flowing film concentration tidak mengalami perubahan karena tidak terdapat perubahan permukaan dek. Garfield table banyak digunakan untuk operasi tabling umpan yang kasar dengan kapasitas bijih yang dioperasikan lebih besar (Gaudin,1939). c. Butchart Table Bab II Teori Dasar
39
Perbedaan shaking table jenis ini dengan wilfley table terletak pada head motion dan riffle. Butchart table mempunyai riffle yang bengkok ke arah permukaan table yang lebih tinggi. Riffle memiliki panjang beberapa inchi, sepanjang diagonal dek dari kotak umpan. Riffle ini memaksa partikelpartikel untuk terdorong agar bergerak jauh ke arah permukaan dek yang lebih tinggi sebelum masuk dalam konsentrat. Butchart table hanya berfungsi untuk pemisahan partikel kasar (roughing) (Gaudin,1939).
Gambar 2.24 Butchart Table (a) dan (b) full length riffling (c) digonally terminated riffling (Taggart,1976) d. Card Table Perbedaan jenis ini dibandingkan dengan wilfley table terletak pada riffle. Pada card table riffle yang terpotong masuk ke dalam linolium kemudian mengarah ke bagian segitiga lebih panjang daripada yang terdapat dalam linolium dalam bagian segi empat. Head motion pun mempunyai perbedaan sedikit dengan wilfley table walaupun masih menggunakan prinsip toggle dan pitman (Gaudin,1939).
Bab II Teori Dasar
40
Gambar 2.25 Riffle pada Card Table(Taggart,1976)
Gambar 2.26 Head Motion dari Card Table (Taggart,1976) Bagian-bagian dari head motion ( Gambar 2.23) : a. Fixed pins b. Fixed toggle block c. Fixed Pins d. Lever arm e. Upper end f. Connecting arm g. Crankshaft h. Lever arm i. P adalah pin j. S adalah spring atau pegas e. Deister dan Deister-Overstrom Table Deister dan Deister-Overstrom table menggunakan head motion yang berbeda dan kira-kira berbentuk belah ketupat (rhombohedral). Bentuk belah ketupat ini memerlukan lantai dasar yang lebih kecil. Pada DeisterOverstrom table untuk pencucian batubara, setiap riffle yang kelima atau keenam memiliki bentuk yang lebih tinggi dibandingkan dengan riffleBab II Teori Dasar
41
riffle yang yang lain. Hal ini membuat genangan air lebih dalam pada daerah diantara riffle-riffle tersebut sehingga membantu pemisahan partikel-partikel kasar (Gaudin,1939).
Gambar 2.27 Deister-Overstorm Table (a) sand table, (b) slime table (Taggart,1976) f. Plat-O Table Meja goyang jenis ini mempunyai dua atau lebih bidang permukaan. Ketinggian riffle dibuat tetap kecuali pada titik dimana permukaan dek menaik untuk bertemu dengan bidang yang akan dibentuk oleh bagian atas riffle (Gaudin,1939).
Bab II Teori Dasar
42
Gambar 2.28 Riffle pada Plat-O Table jenis triplex untuk umpan kasar (Taggart,1976)
Bab II Teori Dasar
43
