BAB II PENGECILAN UKURAN PARTIKEL/KOMINUSI (SIZE REDUCTION) DAN ALATALATNYA Istilah pengecilan ukuran/kominusi (size reduction) digunakan dalam praktek dimana partikel padatan terpotong atau terpecah menjadi ukuran-ukuran yang lebih kecil. Dalam proses industri, partikel-partikel padatan diperkecil ukurannya dengan berbagai cara, untuk berbagai maksud. Misalnya: bongkahan-bongkahan bijih logam diremuk menjadi ukuranukuran yang bisa diproses lanjut dengan lebih mudah; bahanbahan kimia sintetis dihaluskan menjadi serbuk; lembaran-lembaran plastik dipotongpotong menjadi ukuran kecil dan bentuk tertentu, dan lain-lain. Produk-produk partikel yang diperdagangkan seringkali mempersyaratkan ukuran dan bentuk (morfologi) tertentu, karena akan berpengaruh terhadap unjuk kerjanya, penyimpanannya, penanganan dan pengangkutannya dan lain-lain. I.
PRINSIP-PRINSIP KOMINUSI Partikel padatan dapat dihancurkan (dikecilkan ukurannya) dengan berbagai
cara, tetapi pada umumnya hanya 4 cara saja yang seringkali dijumpai dalam mesinmesin pereduksi ukuran/mesin kominusi (size reduction machines), yaitu: (1) Kompresi (penekanan) — compression Biasanya untuk reduksi partikel yang keras dan kasar, menjadi beberapa partikel kecil. Contoh: pemecah kacang (nutcracke,) (2) Impak (pembenturan) — impaction Dipakai untuk mereduksi partikel yang keras, menjadi partiket-partikel berukuran laebih kecil sampai partikel halus. Contoh: palu (hammer) (3) Atrisi (penggerusan/gesekan) — attrition or rubbing Umunya dipakai untuk menghaluskan partikel-partikel lunak dan non-abrasive. Contoh: penggerus. (4) Pemotongan — cutting Digunakan untuk memotong partikel (biasanya berbentuk lempeng/tembaran) sehingga berukuiran lebih kecil atau mempunyai bentuk tertentu. Umumnya tidak menghasilkan partikel-partikel yang Iembut/halus. Contoh: gunting.
Universitas Gadjah Mada
Kriteria Alat Kominusi: Kriteria ideal untuk alat-alat kominusi secara umum adalah sebagai berikut: (1) Mempunyai kapasitas yang besar/fleksibel — bisa disesuaikan (2) Konsumsi energi kecil per satuan produk yang dihasilkan (3) Menghasitkan produk sesuai dengan spesifikasi (umumnya: berukuran tertentu dan seseragam mungkin). Salah satu ukuran efisiensi sebuah operasi kominusi adalah berdasarkan energi yang diperlukan untuk menciptakan luas permukaan yang baru, karena bertambahnya kecilnya ukuran partikel (semakin kecil ukuran partikel, semakin besar luas mukanya persatuan massa). Karakteristik Produk Kominusi: Tujuan dan kominusi adalah untuk memperoleh partikel berukuran kecil dan yang berukuran besar karena berbagai pertimbangan, misalnya: bertambahnya luas permukaan partikel karena perubahan ukuran maupun bentuknya. Tidak seperti alat kominusi ideal, alat yang nil biasanya tidak akan menghasilkan partikel berukuran seragam (uniformly sized), meskipun umpan yang diproses berukuran seragam. Produk kominusi selalu berupa campuran partikel dengan berbagai ukuran, dengan rentang ukuran maksimum sampai ukuran minimum (adakalanya sampai sub-mikron) tertentu. Perbandingan ukuran antara partikel terkecil dengan yang terbesar dapat mencapai order 104. Karena begitu besarnya rentang ukuran produk, anggapan bahwa ukuran partikel dapat diwakili dengan ‘satu’ ukuran rata-rata menjadi tidak valid, kecuali pemakaian partikel tersebut cukup jelas sehingga metode tentang pencarian ukuran rata-rata yang valid dapat dikenakan. II.
ALAT-ALAT KOMINUSI Alat-alat
kominusi,
secara
umum
dapat
dibedakan
menjadi:
crusher
(penghancur/peremuk), grinder (penggerus), ultrafine grinders (penggerus sangat lembut) dan cutting machines (mesin-mesin pemotong). Crusher pada umumnya digunakan
untuk
memecahkan
bongkahan-bongkahan
partikel
besar menjadi
bongkahan-bongkahan kecil. Crusher primer (primary crusher) banyak digunakan pada pemecahan bahan-bahan tambang dan ukuran besar menjadi ukuran antara 6 in sampai 10 in (150 sampai 250 mm). Crusher sekunder (secondary crusher) akan meneruskan kerja crusher primer, yaitu menghancurkan partikel padatan hasil crusher primer menjadi berukuran sekitar ¼ in (6 mm). Selanjutnya, grinder akan
Universitas Gadjah Mada
menghaluskan partikel-partikel keluaran crusher sekunder. Produk dan grinder antara (intermediate grinder) berukuran sekitar 40 mesh ( mm). Penghalusan sampai ukuran sekitar 200 mesh ( mm) dilakukan oleh grinder halus (fine grindei). Ukuran partikel yang Iebih halus (antara 1 sampai 50 pm) dapat diperoleh dengan ultrafine frinder. Cutter umumnya didesain untuk memberikan bentuk dan ukuran partikel tertentu, yaitu dengan panjang antara 2 sampai 10 mm. Jenis-jenis pokok dan alat kominusi adalah sebagai berikut: A. Crushers(kasar dan halus). Mekanisme penghancuran dilakukan dengan cara penekanan (compression). Ada beberapa jenis, diantaranya: 1. Jawcrushers(dan berbagai modiflkasinya). 2. Gyratoly crusher (dan berbagai jenis/modifikasinya). 3. Crushing Rolls (mesin penggilas): toothed rolldan smooth-roll crusher. B. Grinders (intermediate dan fine). Mekanisme kominusi dilakukan dengan cara pembenturan/pemukulan (impact dan atrisi (gesekan antar partikel). Beberapa jenis grinder diantaranya: 1. Hammer Mills, Impactor 2. Rolllng-compression mills, diantaranya: (a). Bowl Mills, (b). Roller Mills. 3. Attrition Mills 4. Tumbling Mills, diantaranya: (a). Rod-Mills, (b). Ball-Mills, Pebble Mills, (c). Tube Mills, Compartment Mills. C. Ulltrafine Grinder, diantaranya: 1. Hammer Mills, dilengkapi dengan alat klasiflkasi internal 2. fluid-energy mills 3. Agitated Mills D. Cutting machines, diantananya: 1. Pemotong pisau (Knife cuttet) 2. Penyayat (Dicers) 3. Slitters.
Universitas Gadjah Mada
A. CRUSHERS Crusher merupakan mesin penghancur padatan berkecepatan rendah, digunakan untuk padatan kasar dalam jumlah yang besar. A.1.Jaw Crushers. Karakteristik umum Jaw Crusher: •
Umpan masuk dan atas, diantara dua jw yang membentuk huruf V (terbuka bagian atasnya).
•
Salah satu jaw biasanya tidak bergerak (fixed), jaw j yang lain bergerak horizontal
•
Sudut antara 2 jaw antara 20° 20 sampai 30°.
•
Kecepatan buka-tutup tutup jaw antara 250 sam pai 400 kali per menit.
Ada beberapa jenis crusher yang sering dijumpal, diantaranya: A.1.(a). Blake Jaw Crusher A.1.(b). Dodge Type Crusher / Double Toggle Crusher. A.1.(c). Roller Bearing Jaw Crusher A.1.(a). Blake Jaw Crusher Beberapa mesin Blake Crusher dengan bukaan umpan padatan padatan berukuran 72 x 96 in (1.8 x 2.4 m) dapat memproses batuan berdiamater 6 ft (1.8 rn), rn), dengan kapasitas sampai 1000 ton/jam, dengan ukuran produk maksimum 10 in (250 mm).
Prinsip kerja: Roda (flywheel) berputar menggerakkan lengan pitman naik turun karena adanya sumbu eccentric. Gerakan naik-turun dan lengan pitman menyebabkan toggle bergerak horizontal (kekiri dan kekanan)
movable jaw bergerak menekan dan
memecah bongkah-bongkah padatan yang masuk dan melepaskannya saat movable jaw bergerak menjauhi fixed jaw. Ukuran standard Blake Jaw Crusher (feed opening position, daya, kapasitas) dapat dilihat pada buku teks (Table 6 Brown (1955), atau Table 20-8 Perry 7th ed.) A.1.(b). Dodge Crusher/ Double Toggle Crusher! Overhead Eccentric Crusher Biasanya berukuran Iebih kecil dan Blake Crusher. Movable jaw bagian bawah dipasang tetap sehingga lebar dan discharge opening relatif konstan. Ukuran bahan yang keluar akan Iebih uniform, tetapi sangat rawan terhadap kebuntuan (clogged/chokea) akibat lubang bukaan keluar (discharge opening) yang tetap. Prinsip kerja: Perputaran sumbu eccentric mengakibatkan lengan pitman bergerak naik-turun. Gerakan ini menyebabkan movable jaw frame sebelah atas bergerak horisontal kekirikekanan menekan bongkah-bongkah padatan sampal pecah dan melepaskannya kebawah. Movable jaw frame bagian bawah relatif tidak bergerak. Ukuran standard Dodge Crusher dapat dilihat pada Tabel 7 Brown (1955)
Universitas Gadjah Mada
A.1.(c). Roller Bearing/ Overhead Eccentric Jaw Crusher Pada prinsipnya merupakan kombinasi antara Blake Crusher dan Dodge Crusher, yaiotu memberikan 2 crushing strokes (2 Iangkah pemecahan) per satu putaran sumbu eccentric. Prinsip kerja: Saat sumbu eccentric berputar, putar, bagian atas movable jaw bergerak horisontal (kekanan kekiri) sedangkan bagian bawah bawah movable jaw j w bergerak dengan arah yang berlawanan (kekiri-kekanan), kekanan), i.e saat bagian atas movable jaw bergerak menjauh (kekiri),
maka
bagian
bawah
movable
jaw
bergerak bergerak
menekan
(kekanan),
membenturkan padatan dengan dinding (crushing p/ate) dan memecahnya. Ukuran standard Roller Bearing Jaw/Overhead Eccentric Jaw dapat dilihat pada Table 20-9 Perry 7th ed.
A.2. Gyratory Crusher Gyratory y crusher secara sepintas terlihat seperti jaw crusher, dengan jaw berbentuk melingkar (sirkular), diantara mana material padata dihancurkan. Kecepatan kepala dan jaw penghancur (crushing head) umumnya antara 125 sampai 425 girasi/menit. •
Lebih efisien untuk kominusi kapasitas besar (dibandingkan dengan jaw crushers), terutama untuk kapasitas > 900 ton/jam. Kapasitas Gyratoiy crushers bervariasi dari 600 - 6000 ton/jam, tergantung ukuran produk yang diinginkan (antara 0.25 - 1 inch). Kapasitas gyratory crusher terbesar mencapai 3500 ton/jam.
•
Discharge dan gyratoly crusher lebih kontinyu (dibandingkan dengan jaw crushe,).
•
Konsumsi tenaga per ton material lebih rendah dibanding jaw crushers.
•
Perawatannya lebih mudah.
Prinsip kerja: Roda berputar, memutar countershaft dan gearing, dan piringan iringan C. Selanjutnya, piringan C akan memutar main main-shaft shaft yang terpasang eccentric pada piringan C. Karena main-shaft bergerak eccentric, crushing head akan bergerak eccentric
menghimpit padatan (discharge opening minimum), memecahnya dan melepaskannya (sampai discharge opening maksimum).
Perbandingan kapasitas dan ukuran Gyratoiy Crushers dan Jaw Crushers Table 20 20-10 Perry 7th ed. •
Ukuran standard Gyratory Crushers Table 8 Brown (1955); Table 20-11 11 Perry 7th ed.
•
Perbandingan kapasitas Gyratory Crushers dan Jaw Crushers Table 20 20-10 Perry 7th ed.
A.2.(a). Cone Crusher Prinsip kerja: Seperti Gyratory Crushers.. Crushing head disangga oleh beberapa eccentric journals yang diputar oleh beberapa bevel gears. Bevel gears digerakkan digerak an oleh sumbu utama (main shaft).
•
Baik digunakan sebagai alat penghancur sekunder (secondary crusher crusher). Bentuk konis menyediakan ‘luasan kerja’ (= luas gilas) yang lebih besar.
•
Ukuran umpan: 0.8 -14.3 14.3 inch (< umpan Gyratory Crusher) Crushe Ukuran produk antara 0.5 inch - 20 mesh (0.033 inch).
•
Ukuran standard Cone Crushers Crushers: Table 20-12 dan 20-13, Perry 7th ed.
A.3. Crushing Rolls Crushing rolls biasanya digunakan untuk memecah padatan lunak (hardness rendah), misalnya: batubara, gipsum, limestone, bata tahan api dan lain-lain lain lain padatan dengan skala MOHS <4. •
Biasanya, alat-alat alat yang dirancang untuk ini juga akan menghasilkan produk berukuran kecil (veiy fine particles) dengan jumlah cukup banyak!
A.3.(a). Smooth Roll Crusher Ukuran umum smooth-roll roll crusher diameter 24 in (600 mm), panjang 12 in (300 mm), sampai dengan diameter 78 in (2000 mm), panjang 36 in (914 mm). Kecepatan putaran antara 50 – 300 rpm. Umpan padatan berukuran sampai dengan 1/2 sampai 3 in (12 mm sampai 75 mm), dengan produk berukuran antara 1/2 in (12 m) m) sampai 20 20mesh. Akan tetapi, ukuran partikel dapat secara fleksibel diatur dengan mengatur jarak antara 2 batangan rol penggilas. Operasi efektif biasanya pada rasio ukuran produk: umpan antara 1:4 sampal 1:3.
Prinsip kerja: Dua batangan logam horizontal horizontal diputar dengan arah yang berlawanan dengan ecepatan yang sama. Umpan masuk ke celah-celah celah celah roll, tertekan dan pecah. Ukuran produk dapat diatur dengan mengatur jarak antara 2 silinder. •
Sebagai alat penghancur, saat ini kurang disukai karena roll-nya nya mudah koyak; terutama jika digunakan untuk material keras batuan keras.
Roll-Crusher Crusher tidak cocok untuk
•
Biasanya banyak digunakan untuk penghancuran batubara; oil shale, fosfat dan batuanbatuan dengan kandungan silikat rendah! rend
A.3.(b). Toothed Rolled Crushers (Single atau Double) Kapasitas: s/d 500 ton/jam; ukuran umpan: sampai dengan 20 inch (500 mm). Prinsip kerja: Roda (Flywheel)) berputar, akan memutar toothed roll yang terhubung dengan flywheel. Bongkahan padatan yang masuk akan tergencet pada wear plate/crushing plate dan akan pecah. Gigi-gigi gigi pada roll selanjutnya akan menggerus partikel-partikel partikel partikel padatan menjadi ukuran yang lebih kecil lagi.
•
Toothed Rolled Crushers balk untuk bahan yang tidak terlalu keras. Untuk bahan b yang terlalu keras, gigi-gigi gigi pada roll dapat rontok/patah!
•
Ukuran standard Toothed Rolled Crushers: belum ada data pada textbook!
Gambar dibawah adalah contoh operasi single-rolled toothed crusher untuk memecah batubara:
A.3.(c). Disintegrator/Cage age Mills. Cage Mills terdiri dari batang--batang batang silinder panjang saling perputar berlawanan arah dengan kecepatan yang sama. Sering digunakan untuk menggilas bahan tambang (quarry rock); batuan fosfat; fertilizer (pupuk padat) Sebagai disintegrator, seringkali digunakan untuk menggilas bahan-bahan bahan bahan lempung; tulang dll.. Ukuran umpan maksimum: 8 inch; ukuran produk dapat mencapai mencapai 325 mesh ( 0,0017 inch).
Prinsip kerja: Bahan masuk akan terseret diantara 2 cages, tergerus dan hancur. Dalam satu bans dapat terdiri atas: 2, 3, 4, 6 dan 8 silinder berurutan. Hasil gilasan berkali-kali antara cages menyebabkan ukuran produk dapat sangat kecil (pulverized). Jika bahan yang diolah lunak dan lengket (stick, misalnya lempung, hasil gerusan dapat berupa lembaran-lembaran seperti slab (slab like). B. GRINDER/ IMPACTOR Istilah grinder biasanya digunakan untuk mesin-mesin kominusi dengan kapasitas sedang. Produk dan crusher, jika perlu dihaluskan lagi, biasanya dilakukan oleh grinder. B.1. Hammer Mill dan Impactor Bagian penggerak dari hammer mill dan impactor adalah rotor yang berputar dengan kecepatan tinggi didalam casing silinder. Sumbu rotor biasanya horisontal. Kapasitas: Untuk Hammer Mll tergantung kehalusan produk yang diinginkan, misal: 0.1 sampai 15 ton/jam untuk ukuranproduk 200-mesh atau lebih halus. Untuk Impactor bisa s/d 600 ton/jam Ukuran umpan: hampir sama dengan toothed rolled crushers Ukuran produk: antara 1 in (25 mm) sampai dengan 20-mesh, tetapi dapat dibuat lebih lebih fleksible, sesuai dengan ukuran grid yang terpasang (jika alatnya dilengkapi ukuran produk bisa sangat halus). Hammer Mill lebih serbaguna pemakaianya: menumbuk bahan-bahan berserat (misalnya kulit kayu dan kulit); bahan-padatan yang agak lengket (sticky material, misalnya lempung) sampai pada batuan keras! Gambar dibawah adalah contoh reversible hammer-mill untuk memecah batuan. Perhatikan bahwa hammer mill dilengkapi dengan kisi-kisi (grid):
Universitas Gadjah Mada
Gambar dibawah adalah beberapa contoh Impactor.
Prinsip kerja: Bongkahan padatan yang masuk dipecah oleh palu palu-palu (hammers) yang terpasang pada ujung cakram yang berputar (revolving dish). Pada non-reversible reversible hammer-mill, hammer padatan yang pecah selanjutnya digerus pada dinding dan keluar melalul kisi kisi-kisi (grid). Pada reversible hammer-mill, hammer butir-butir butir padatan akan ditumbuk berkali berkali-kali oleh hammer ke crushing plate/breaker plate/anvils yang dibuat bergerigi. Butiran pecah karena terpukul oleh palu, alu, terbentur dinding (crushing plate) atau bertumbukan dengan butir lain. Ukuran padatan keluar dapat diatur dengan memasang kisi-kisi kisi kisi (grid) dengan ukuran lubang kisi seperti yang diinginkan.
•
Reversible hammer-mil/ mil/ Impactor arah putaran hammer dapat dibalik, tanpa menggangu operasi.
•
Non-reversible hammer-miI miIl arah putaran palu tidak dapat dibalik!
Ukuran standard Hammer Mills dan Impactor Breakers Tabel 20-14 20 14 dan Tabel 20 20-15 Perry 7th ed. Gambar dibawah adalah salah satu jenis hammer mill yang dilengkapi dilengkapi dengan saringan (screen) untuk mendapatkan partikel yang yang Iebih halus (fine particles/ powder powder):
B.2. ROLLING COMPRESSION MILLS Diantaranya: B.2.(a). Roller Mill B.2.(b). Bowl Mill. B.2.(a). Roller Mill Roller Mill seperti gambar diatas sering juga disebut sebagal Ring-Roller Roller Mill atau medium- speed mill. Bagian utamanya terdiri dari da roll-roll roll penghancur (crushing roll) dan confining ring. Energi untuk menggerus per ton Iebih rendah (sebagai gambaran: ball-mill 13 hp/ton; hammer-mill mill “.‘ 22 hp/ton; roller-mill r ‘‘ 9 hp/ton).
Prinsip kerja: Hampir sama dengan Bowl (Rolle,) Mill, hanya saja partikel padatan tergerus diantara roll- roll dan confining ring. Plow (‘pengaduk’) yang terpasang pada apron dibawah crushing-roll roll berfungsi untuk mengaduk partikel-partikel partik partikel dan melemparkannya ke zone penghancuran (crushing zone). Alat ini seringkali dilengkapi dengan ayakan internal (internal screen) untuk menapis partikel-partikel partikel partikel padatan dengan ukuran yang tidak diinginkan (partikel yang terlalu besar). Produk dengan dengan ukuran yang diinginkan keluar lewat atas terbawa oleh udara yang dihembuskan kedalam alat.
B.2.(b). Bowl Mill (Penggiling Mangkok) Alat utamanya berupa sebuah mangkok yang dilengkapi dengan roll-roll roll roll didalamnya (mangkok dan roll masing-masing masing mempunyai memp alat penggerak sendiri-sendiri/terpisah). sendiri/terpisah).
Prinsip kerja: Umpan masuk dari feed hopper kedalam mangkok yang berputar (mangkok dilapisi dengan bahan dengan kekerasan > kekerasan bahan yang digerus
grinding ring).
Didalam mangkok tersebut, butiran-butiran padatan tergerus oleh roller yang berputar berlawanan arah dengan arah putaran mangkok. Partikel-partikel yang cukup halus akan terbawa keatas oleh udara (yang dihembuskan kedalam roller-mill) dan keluar keatas. Diluar, produk selanjutnya ditangkap menggunakan cyclone.
Universitas Gadjah Mada
B.3. ATTRITION MILLS Dalam sebuah attrition mill, partikel-partikel padatan lunak digesek diantara permukaan dan cakram-cakram yang berputar. Sumbu cakram biasanya horisontal, kadangkadang vertical. Berdasarkan putaran cakram, ada dua jenis attrition mill, yaitu: (a). Single-runner satu cakram diam, cakram yang lain berputar; (b). Double-runner mi/ kedua cakram tar berlawanan arah dengan kecepatan tinggi. Seringkali kedalam mill dihembuskan (terutama pada double runner mill, dimana ukuran produk lebih halus) untuk mengeluarkan padatan halus (serbuk) dan menjaga gap (yaitu ruang antara cakram dengan casing) agar tidak tersumbat (choking). Pada single runner mill, diameter cakram 10 sampai 54 in (250 sampai 1370 mm), dan antara kecepatan putar antara 350 sampai 700 rpm. Pada double runner mill tinggi, yaitu antara 1200 sampai 7000 rpm. Ukuran umpan maksimum sekitar 1/2 in (12 mm), dan harus dimasukkan dengan kecepatan putar yang terkontrol. Ukuran produk, biasanya lolos 200-mesh. Gambar dibawah adalah contoh sebuah beberapa jenis attrition mill.
Universitas Gadjah Mada
B.4. TUMBLING MILLS Tumbling Mills umumnya berbentuk silinder horisontal yang berputar perlahan pada sumbu horisontalnya. Didalamnya terdapat padatan padatan-padatan padatan keras (biasanya logam) yang mengisi sekitar 50% volume ruang silinder (disebut sebagai grinding medium). Karená putaran mill, grinding medium akan terangkat sampai ketinggian tertentu, kemudian jatuh dan menimpa/memukul padatan-padatan padatan yang ada dibawahnya. Grinding medium dapat berbentuk: batangan logam (dalam rod mill), ), rantai logam atau bola-bola logam (dalam rod mill). mill Tumbling mill tidak cocok digunakan untuk menghaluskan padatan yang abrasive. Kapasitas dan Kebutuhan n Energi: Rod-Mill
:
5 - 200 ton/jam, dengan produk ukuran 10-mesh. 10 mesh. Kebutuhan energi total untuk padatan keras sekitar 4 KWh/ton.
Ball-Mill
:
1 - 50 ton/jam, dengan 70% sampai 90% produk berukuran lebih kecil dan 200 mesh. Kebutuhan energi untuk padatan keras sekitar 16 KWh/ton.
B.4.(a). Ball-Mill Merupakan salah satu bentuk tumbling-mill. Biasanya berupa kompartemen ((shell) yang berbentuk silinderr atau konis yang berputar pada sumbu horisontalnya. Didalamnya berisi bola-bola bola penggilas sebagai media penghancur. Tergantung pada bahan yang akan dihancurkan, bola-bola bola bola penggilas dapat terbuat dan: besi, baja, porselen dil. Biasanya, (L/D untuk Ball-Mills Ball ls ‘‘ 1.0 (lihat dimensi gambar dibawah). Prinsip kerja: Silinder/kompartemen berputar pada sumbu horisontalnya. Partikel-partikel Partikel partikel padatan didalam akan terlempar dan tergilas bola-bola bola penggilas menjadi butir--butir yang sangat halus. Produk halus dikeluarkan dengan: •
overflow melalui lubang yang terpasang pada sumbu (hollow trunnion), dan/atau
•
kemiringan dan partikel keluar melalui lubang-lubang lubang lubang pada periferi (lubang (lubang-lubang pada sisi bagian keluar mill), dan/atau
•
dihembus oleh udara (untuk partikel partikel-partikel yang sangat halus dan kering).
•
•
Ukuran umpan Ball-Mills Mills tergantung padatingkat kerapuhan umpan padatan. -
Untuk padatan yang sangat rapuh (veiy fragile): 2.5 - 4cm (1-1.5 1.5 inch) dia.
-
Ukuran umum umpan: ‘s.’ 1 cm (i’ 0.5 inch)
Ukuran bola-bola penggilas (diameter): 1 - 6 inch. Volume bola-bola bola penggilas: ‘S.’ 50% volume kompartemen.
•
Reduction Ratio 20:1 sampai 200:1
Ball-Mill Mill dapat dioperasikan pada keadaan kering (dry (d y millng) maupun basah (wett (wettmiIIing). ng). Operasi pada keadaan basah dapat meningkatkan meningkatkan kapasitas maupun efisiensi mill. •
Ruang dalam ball mill (the chambet) kadang-kadang kadang disekat-sekat sekat (dengan sekat yang berlubang/grate), dan masing-masing masing ruang/sub-kompartemen kompartemen diisi dengan bola-bola bola penggilas dengan ukuran yang berbeda (lihat gambar dibawah). dibawah). Praktek menunjukkan bahwa semakin besar ukuran bola, semakin halus produk yang dihasilkan.
•
Dibawah ini adalah contoh sekat berlubang (grate) untuk pemisah antar subkompartemen. Grate semacam mi juga dipasang pada sisi keluar (discharge opening) mill. Grate ini juga berfungsi untuk membantu menaikan padatan setinggi setinggitingginya, sebelum dijatuhkan (tumbled). (tumble
•
Pada dinding-dinding dinding kompartemen, seringkali juga dipasang liners untuk membantu ‘pengadukan’ dan penggilasan, dengan memperbesar efek benturan antara partikel dengan dinding. Dibawah ini adalah contoh bagian dalam dan sebuah ball-mill.
Analisis kecepatan putaran tumbllng tumbllng-mill Karena gaya sentrifugal akibat putaran silinder mill, bola-bola bola bola grinding medium akan menempel pada dinding dalam mill dan terangkat bersamaan dengan putaran mill. Pada posisi tertentu, dimana gaya gravitasi pada bola mengatasi mengatasi gaya sentrifugalnya, bola akan jatuh. Semakin cepat putaran mill, maka semakin tinggi bolabola-bola akan terangkat. Jika kecepatan putar mill melebihi kecepatan kritis tertentu, dimana gaya
sentrifugal tidak dapat diatasi oleh gaya gravitasi (pada posisi bola bola paling tinggi), maka bola akan selalu menempel pada dinding mill. Pada keadaan dimana gaya sentrifugal diposisi bola paling atas sama dengan gaya gravitasinya, bola dikatakan mulai mengalami centiffuging (sentrifugasi). Kecepatan minimum dimana centrifuging centrifuging terjadi disebut sebagai kecepatan kritis. Keadaan centrifuging harus dihindari, sebab pada kondisi ini grinding partikel padatan akan sangat kecil terjadi. Tinjau sebuah mill dengan jan-jan jan dalam R, berisi bola-bola bola berdiameter r dan massa m. Kecepatan atan putar mill o = 2. .n, n, dimana n = kecepatan rotasi mill, putaran/waktu. Gaya sentripetal akibat gravitasi yang dialami bola adalah sebesar Fg g = mg.cos( ). Sedangkan gaya sentrifugal bola akibat putaran mill adalah, F = m.[4.
2. 2
n (R (R-r)].
Neraca gaya pada ada bola, pada keadaan kesetimbangan gaya (lihat gambar dibawah):
C. ULTRAFINE GRINDER Banyak produk-produk produk serbuk mempersyaratkan ukuran sangat halus, sekitar 1 1-20 µm. Mills yang dapat menghaluskan padatan sampai ukuran tersebut diatas disebut dengan ultrafine e grinder. Penghalusan ultra halus (ultrafine grinding) dapat dilakukan dengan beberapa cara, antara lain dengan (a). Hammer mill berkecepatan sangat tinggi, dilengkapi dengan kisi-kisi kisi penyaring padatan; (b).. Fluid energy atau jet jet-mills, atau (c). wet-grinding grinding dalam sebuah mill berpengaduk.
C.1. Hammer Mills Salah satu jenis hammer mill dengan klasifikasi internal untuk mendapatkan partikel ultra halus adalah Mikro-Atomizer Atomizer (lihat Fig.27-11, Fig.27 11, p.788 McCabe). Mill jenis mi dapat menghasilkan partikel berukuran 1-20 1 µm, m, dengan kapasitas 1 atau 2 ton/jam. Kebutuhan energinya sekitar 40 KWh/ton. C.2. Fluid Energy MilI Dalam mill ini partikel-partikel partikel padatan disuspensikan dalam arus gas pembawa berkecepatan tinggi. Aliran padatan-gas padatan gas dibuat sirkular atau eliptikal (melingkar (melingkarlingkar). Reduksi ukuran dapat terjadi karena benturan atau gesekan antara partikel padatan dengan dinding saluran/mill. uran/mill. Reduksi ukuran paling dominan terjadi karena tumbukan dan gesekan antara partikel sendiri (intraparticle attrition). Fluid energy mill dapat menerirna urn pan berukuran sampai dengan /2 in (13 mm), tetapi akan lebih efektif bekerja jika umpan berukuran sekitar 100 mesh, dengan kapasitas mencapai 1 ton/jam (non-sticky (non sticky solids). Ukuran produk dapat mencapai /2 sampai 10 µm. Gambar ar dibawah adalah contoh dan fluid energy miIl. miI
Gas pembawa biasanya udara tekan atau steam lewat panas (superheated steam) yang dilewatkan melalul sebuah energizing energ nozzle. Gambar dibawah ini merupakan contoh lain dan fluid energy miIl. miI
C.3. Agitated Mills (Mill Teraduk/ Berpengaduk). Untuk beberapa operasi kominusi partikel ultrahalus, beberapa mill yang tidak berputar dan secara batch menggunakan grinding medium padat yang diisikan kedalam vessel tersebut. Mill ini biasanya berukuran kecil. Grinding medium digerakkan dengan berikan vibrasi pada vessel atau memberikan pengaduk dengan impeler berlengan Penggerusan partikel dilakukan oleh grinding medium yang bergerak menumbuk partikel. artikel. Alat dibawah merupakan salah satu contoh alat agitated mill untuk u uksi partikel berukuran koloid.
Mg/rated Mill (mill berpengaduk) jenis ini seringkali disebut juga stirred media media-mills Tabel dibawah wah menunjukkan beberapa bahan padat yang dihaluskan menggunakan stirred media mills.
III.
OPERASI PERALATAN DAN UNIT KOMINUSI
Untuk operasi mesin-mesin kominusi yang ekonomis, pemilihan peralatan dan prosedur operasinya harus mendapatkan perhatian yang selayaknya. Unjuk kerja mesin dapat dijaga baik jika diperhatikan kaftor-faktor dibawah ini: (a) Ukuran umpan harus sesual dengan spefifikasi yang diijinkan mesin kominusi. (b) Laju umpan masuk harus dijaga seseragam mungkin. (c) Padatan-padatan yang terlalu keras dan tidak dapat dipecah/dihancurkan oleh mesin, harus disingkirkan dan umpan (feed selection) (d) Panas yang ditimbulkan, terutama pada penghancuran bahan-bahan yang sensitive terhadap panas, harus dibuang. Alat-alat pendinginan, sebagai bagian dan alat-alat tambahan (auxillary equioments) harus disediakan. Dalam banyak mill, umpan masuk berukuran tertentu akan dihancurkan menjadi produk dengan rentang ukuran tertentu pula. Jika diinginkan ukuran produk yang halus dan umpan berbentuk bongkahan besar, maka diperlukan beberapa alat kominusi yang cocok yang disusun berdasarkan urut-urutan proses yang sesuai. Gambar dibawah memberikan sketsa umum diagram alir sebuah sirkuit mesin grinding.
Universitas Gadjah Mada
Dibawah ini beberapa contoh diagram alir proses kominusi pada berbagai proses:
Tabel dibawah memberikan panduan untuk pemilihan alat-alat alat alat kominusi yang sesua sesuai. Dua parameter utama yang ditinjau hádala: kekerasan padatan (hardness) dan ukurannya.
IV. KONSUMSI ENERGI Mills Sejumlah besar energi dikonsumsi dalam operasi kominusi. Misalnya dalam berbagai tahapan proses pembuatan semen; pada pemecahan batubara dan batuan mineral; penghancuran bijih logam untuk preparasi pengambilan pengambilan logam murni (Al, Cu, Fe dll dll). Operasi kominusi mungkin merupakan salah satu operasi yang paling tidak eflsien dibandingkan alat-alat alat unit operasi lain, karena hampir 99% energi terbuang terbua untuk mengoperasikan alat, memproduksi panas dan kebisingan. Hanya sekitar 1% energi yang diunakan untuk menghasllkan permukaan baru. Semakin kecil ukuran produk (semakin besar luas permukaan baru yang tecipta), maka semakin besar energi yang diperlukan.. Kebutuhan energi menurun dengan semakin besarnya ukuran produk, kira kirakira mengikuti pola logaritmik. Gambar dibawah menunjukkan tingkat konsumsi energi dibandingkan dengan ukuran produk yang dihasilkan.
IV.1. Estimasi Energi untuk Kominusi (a). Pendekatan teoritis Pendekatan ini mengasumsikan bahwa energi yang diperlukan untuk memecah partikel padatan sebanding dengan luas permukaan yang tercipta, sehingga:
Wn =
es ( Ava − Awb )
Dimana :
ηc
Wn = energi yang diserap oleh padatan persatuan massa es
= energi permukaan (surface (sur energ persatuan luas permukaan padatan
Awb = luas permukaan padatan sebelum padatan pecah persatuan massa Awa = luas permukaan padatan sesudah padatan pecah persatuan massa. c
= efisiensi crushing, crushing, yaitu rasio antara energi yang permukaan yang tercipta karena crushing terhadap energi yang diserap oleh padatan.
Energi permukaan ukaan yang tercipta oleh pecahnya partikel kecil dibandingkan dengan total energy mekanis yang tersimpan dalam padatan pada saat partikel pecah, dan sebagian besar mekanis ini berubah menjadi panas. Oleh karena karena itu, efisiensi crushing
pada umumnya Sangat rendah. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa efisiensi crushing,
0,06% sampai 1%.
Total energi yang diberikan, W, digunakan untuk mengatasi friksi pada alat kominusi a pada bagian-bagian yang bergerak), sisanya digunakan untuk crushing. Jika didefinisikan efisiensi mekanis,
m
, sebagai rasio antara energi yang diserap dengan
energi diberikan, maka:
W=
Wn
ηm
=
es ( Awa − Awb )
η cη m
Jika laju umpan adalah m (massa per satuan waktu), maka total tenaga yang diperlukan mesin adalah:
P = W .m =
es .m.( Awa − Awb )
η cη m
Jika luas persatuan massa:
Aw =
6 , Ds .Φ s .ρ p
Dengan :
Ds = volume –surface mean diameter (diameter rata-rata volumepermukaan) s p
maka : P =
= sphericityfactordari partikel. = rapat massa padatan,
6.m.es
η cη m ρ p
1 1 − Φ sa Dsa Φ sb Dsb
(b). Penekatan Empirik: Hukum Kick dan Rittinger
•
Hukum Rittinger. Hukum Rittinger (1867) menyatakan bahwa kerja yang diperlukan untuk memecah partikel sebanding dengan luas permukaan yang terbentuk. Hukum ini pada dasarnya sama dengan pendekatan teoritis diatas, dengan anggapan untuk mesin dan padatan tertentu,
n
n
tetap, dan
tidak tergantung pada ukuran umpan maupun
produk. Jika sphericity umpan dan produk sama, dan efisiensi mekanis,
m,
konstan
maka persamaan berbasis teoritis diatas dapat dimodifikasi menjadi hukum Rittinger sebagai berikut:
P = Kr
1 1 − Dsa Dsb
Universitas Gadjah Mada
dimana: Kr = kosntanta Rittinger.
•
Hukum Kick Hukum Kick (1885) menyatakan bahwa kerja diferensial yang diperlukan untuk memecah partikel padatan hampir mirip dengan kerja yang dibutuhkan untuk deformasi plastik, yaitu sebanding dengan rasio ukuran partikel partikel sebelum dan sesudah pecah:
d
dDs P =K , m Ds
menghasilkan persamaan Kick :
P D = − K k In sb m Dsa
(c) Pendekatan Empirik: Hukum Bond Hukum Bond (1952) sejauh ini merupakan pendekatan yang paling realistik untuk perkirakan kebutuhan energi untuk crushing dan grinding. Menurut Bond, kerja yang bahkan hkan untuk membentuk partikel ukuran Dp dari suatu padatan yang sangat besar adalah sebanding dengan akar pangkat dua dan perbandingan luas muka dengan volume jk, s,Jv,,, dimana s,2!v = 6/(5.D). Bentuk akhir dan Hk. Bond adalah:
P K = b m Dp dimana: Kb Konstanta Bond, yang nilainya n lainya tergantung pada jenis mesin dan bahan yang dlpecah. Nilai Kb terhubungkan dengan nilai indeks kerja (work inde index) Wi. W i didefinisikan sebagai ai total energi ener i kotor yang diperlukan untuk (dalam KWh/ton umpan) untuk mereduksi ukuran u sebuah padatan atan berukuran sangat besar menjadi produk yang 80%-nya nya berukuran lolos lo ayakan 100 µm. Jika Dp dalam m mm, P dalam kWatt dan m dalam ton/jam, maka:
Jika 80°k umpan lolos s ayakan berukuran Dpb mm, dan 80% produk lolo los ayakan berukuran Dpa mm, maka:
Nilai work index untuk beberapa bahan dapat dilihat pada tabel dibawah ini ini: Contoh: Berapa tenaga yang dibutuhkan untuk memecah ilmestone sebanyak 100 ton/jam, jika 80°h dan umpan berukuran lolos lo s ayakan 2 in, dan 80% produk berukuran lo lolos ayakan 0.125 in? Jawab: Dari tabel diatas, work index untuk limestone adalah 12.74. m = 100 ton/jam. Dpb = 2 x 25.4 mm = 50.8 mm; Dpa 0.125 X 25.4 mm = 3.175 mm. Tenaga yang diperlukan adalah:
Catatan: Persamaan untuk mengestimasi kebutuhan energi untuk kominusi secara umum dapat dituliskan dalam bentuk:
Dimana untuk:
•
n=1
Kick’s law (bentuk persamaan logaritmik)
•
n=2
Rittinger’s law (bentuk persamaan berbanding terbalik linier)
•
n = 1.5
Bond’s law (bentuk persamaan berbanding terbalik dengan akar
kuadrat).
Universitas Gadjah Mada
