IS.fiN 1410-1998
Prosiding Presentasi IImiah Daur Bahan Bokor Nuklir PEBN-BATAN.Jakorta 18-19Maret 1996
RANCANGAN SISTEM PENGOLAHAN BIJIB URANWM ASAL RIRANG : HORIZONTAL BELT FILTER Djoko Wasisto,Mainar Sj. PusatPengembangan BahanGalian Nuklir
ASBTRAK RANCANGAN SISTEM PENGOLAHAN BIm-I URANrnSM ASAIJRIRANG : Peral1canganHori-zontal Belt Filter telah dilakukan dalam skala laboratoriumpada kapasitaspengolal1an 250 g/menit. Hasilperancanganyang diperoleh yaitu kecepatanpenyaringan0,4 g/cm2menit, kecepatantinier belt 100 cm/menit,panjangdan lebar belt 125 cm dan 5 em, sertasiklus peuyaringa1U1ya 1,25menit. Dalam operasialai tersebutmemberikankadar padatan (prodltk) sekitar 77,9-79,1 %.
ABSTRACT RIRANG URANlllM ORE PROCESSINGSYSTEMDESIGN HORIZONTALBELT FILTER. Horizontal Belt Filter is one of the solid-liquid separation process equipment.The design of Horizontal Belt Filter have been conductedfor capacity of 250 g In/inute.The result obtained wasfiltering velocity of 0,4 g Icm2minute. The linier belt speeds100 cm/minute.The length and width ofthe belt 125 cm and 5 cm also thefiltering cycle of 1,25 minute. The operation ofthat equipmentgive result about 77,9-79,1 % ofproduct cake.
PENDAHULUAN Unit pemisahan fuse padat-cair dalam proses pengolahan bijih uranium merupakan langkah yang cukup penting clan memberikan kontribusi biaya operasi relatif cukup tinggi, sekitar 1535%1. Pemisahan rase padat-cair adalah proses memisahkan padatan clan cairan yang dapat dilakukan dengan cara sedimentasi atau filtrasi. Sedimentasi didefinisikan sebagai pemisahan bagian cair dari padalc'ln dengan membiarkan zat padat mengenap karena pengaruh gravitasi dalam tangki pengenap (thickner). Filtrasi adalah proses pemisahan padatan dan cairan dengan mengunakan media penyaring yang berpori untuk menahan zat padat tetapi dilewati
olch cairan. Penggunaan tangki pengenap, untuk proses pemisalmn rase padat-cair telah banyak dipelajari. Penggunaan unit ini selain mempunyai hambatan pada transportasi padatan juga sering menghasilkan larutan yang tidak memenllhi persyaratan umpan proses pemumian, karena kandungan suspensi padatan dalam larutan yang dihasilkan bervariasi sampai 200 ppm 3. Salah satll
altematif untuk mengatasi mas.1lahtersebllt di alas dapat menggunakan sistem filtrasi. Sistem filtrasi bisa dilakukan secara carll mallplln
memperolch model aJat filtrasi digunakan dengan sistim kontinyu.
yang dapat
TEORI ProsesPenyaringan (Filtrasi)
Proses penyaringan merupakan proses pemisahanrase padat cair yang menggunakan media penyaring (filter). Proses ini bisa menghasilkanlarutan (leach liquor) yang cukup jernih sampaikira-kira 10 ppm. Horizontal Belt Filter adalah salah satu alat filtrasi kontinyu yang terdiri atas dua bagian yang cukup venting
yaknr : a. Penyaringan(filtrasi) b. Pencucianpadatan a. PeIlyariIlgan (filtrasi) Rumus das.'lr proses penyaringan, menggunakan sistim catu (batch) adalah hubungan antara keccpat-an aliran filtrat yang mclalui padatan (cake) dan media penyaring diberikan scbagai bcrikut 2 :
dVr PA dtr = ~(av.Wc/A+Rm)
(I)
kontinyu. Padamakalah ini dibahas perancanganHorizontal Belt Filter dengan tlljuan untuk
340
dcngan: Vr = volnme filtrat m3; tr = waktu pcmbentukan cake, dt; P = tekanan filtrasi
"""""""'"
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakor Nuklir PEBN-BArAN.Jakarta 18-19Maret 1996
(tekanan vakum), N/m2 ,A = luas muka filtrasi(m2); ~ = viskositas filtrat, N dtlm2 av = tallanan cake,rata-rata, m/kg , Wc = Massa cake, kg Rm = tahanankain filter, mol Neracamassapadatan(cake)=
Jika sebuahBelt Filter yang mempunyai panjang z dan lebarh seksifiltrasi dan pencucianmasingmasing zf dan zw, denganzw = B zf, maka waktu filtrasi terhadap pembentukancake akan sesuai denganpersamaanberikut : tr = ZtIY
Wc = C. Vr= A.L (l-e) Ys
(2)
dengan: B = Perbandinganseksifiltrasi daD
dengan: C = Konsentrasipadatan= massa
pencucian V = Kecepatanlinier Belt Filter.
padatan/volume filtrat, kg/m3. L = Ketebalanpadatan(cake),m e = Porositaspadatan,% Ys = Densitaspadatan,kg/m3
Dengan menganggaptahanan kain filter dapat diabaikanmaka rumus dasarprosesfiltrasi dapat ditulis sebagaiberikut: Vr2 =Ktr
(8)
2PA2
2P (Zr h)2
dengan: K =
Pada proses yang kontinyu, kecepatan aliran filtrat Qr daD volume filtrat Vr mempunyai hubungan sebagaiberikut:
L2 (l-e) Ys Rm L =C.P tr
(4) (10)
Qr= V/tr
Untuk Belt Filter, waktu pembentukancake,tf = z"v dan di daJamprosesyang kontinyu, maka produksi cakeadalahsebagaiberikut : C.Qr= V L. h(l-e) Ys
avC
= KonstanteRuth's, m6/dt
dengan K
avoYs2(1-e)2 ---+ 2
(9)
avC
(3)
Integrasi persamaan (3) pada tekanan filtrasi konstan akan diperoleh :
=
Dengan menggabungkanpersamaan(8), (9) dan (10), maka bisa diperoleh persamaan sebagai berikut : 2PZf h2 U
(5)
=
Qr= dengan: Zf Qf V h
(II)
av.C = Seksifiltrasi, m = Kecepatanalir filtrat, m3!dt = Kecepatanlinier Belt Filter, rn/dt = LebarBelt Filter, m
deugau,U = Porevelocitydari pencuciandi dalam cake, mIdi. b.Pencucian padatan ( cake)
Kemudian persamaan(4) menjadi 2 P Zf h. c C.Qf = c
(6)
Dengan menganggapbahwa proses pencucian dilakukan pada tekananvakum yang sarna.maka kecepatanpencuciandapatditulis sebagaiberikut :
{ av Ys (l-e) L + 2Rm } Pz h Qr =
Dengan menyusunkembali persamaandi alas, makabisa diperolehproduksicake. 2CPzrh
av Ys (l-e) C.Qr=
(7) 2 Rln L + av Ys (i-e)
R.,
P (Zwh)2 =
av Wc
(12)
dengan: R.,= Tahanancake,m We= Massacake,kg massacake,dihitung denganpersamaansebagai berikut : Wc = C. Vr= C.Qr.tr=
C.Qr(z,Iv)
(13)
341
ProsidingPresentasiIlmiah Dour BahanBakar Nuklir PEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996
Denganmenggabungkanpersamaan(11), (12) daD (13) diperolehpersamaansebagaiberikut: B4
Qw=
P Zrh2.V
= 2
,.(14) U av
Pembagjan persamaan (14) dengan persamaan (7) memberikan perbandingan kecepatan alir pencucian terhadap filtrat.
Q.JQr= B2/2
(15)
Bila R = Wash ratio, yakni jumlah dari void volume yang digunakan di dalam proses pencucian dan e = cake porosity, makajumlah void volume yang diproses dengan unit waktu adalahv.h.L.e, denganL = tebal cake. Oleh sebab itu wash ratio diberikan dengan persamaan berikut :
Cara Perhitungan Jika F kapasitaspengolahan(penyaringan)~ harga tf tertentu, maka akan memberi nilai V tertentu pula sehingga luas muka penyaringan yang diperlukan: F A= V Kecepatan linier belt ( V ) berdasarkan pengalamandati Sepa Pilot Plant Perancis harga V = I -4 m/menit. Sesuai dengan rumus (5) yaitu jumlah cake yang dihasilkanadalah: C.Qr = v h L ( 1 -e ) Ys
(5)
daD dari rumus (2) Wc = A L (I -e) Ys,
atau
Wc = L(I -e)Ys persamaan ini disubsitusikan ke A
R = Q..,I(v.L.h.e)
(16)
Wc persamaan(5) diperoleh
C.Qr = V h -A
sehingganeracamassadari cake menjadi:
Harga Wc/A adalah berat cake kering per satuan luas ditentukan dengan melakukan percobaan C.Qc= v.L.b (l-e) Ys ...(17) labora-torium untuk mencari hubungan antara Persamaan(17) dimasukkankedalampersamaan cake kering per satuan luas dengan tebal cake, kecepatanfiltrasi dan volume cairanyang disaring (16), menghasilkanpers.1maan berikut : setiapsiklus penyaringan. (18)
Dan penggabunganper&'1maan (18) denganpersamaan (15) akan menghasilkan persamaan berikut: 2
(l-e) Ys
R = ---B2
2
(19)
Perhitungan Ditentukan kapasitas pengolahan sebanyak 15 kg/jam = 250 g/menit. Waktu penyaringan tf = 1,25 meDii daD lebar belt = h = 5 cm. Jika diambil tebal cake(L) = 0,4 cm dari data per-coba.w diperoleh harga Wc/A = 0,5 g/cm2. Dengan rumus diatas dihitung belt (v)
e.C
--
CQr
TATA KERJA PERANCANGAN Horizontal Belt Filter Perhitungan perancangandilakukan dengan menggunakan beberapa asumsi. Cara perhitungan ini hanya terbataspada daerah penyaringan, sebab pada prinsipnya daerah pencucian tidak banyak berbeda dengan daerah penyaringan.Beberapaasumsisebagaiberikut (3): a. Mengabaikan perubah-perubahyang kurang dominan seperti tahanankain filter, viskositas cairan dan lain-lain. b. Tekananpompavakumkonstan. c. Faktor pengalamandan informasipihak lain. d. Data diambil dari percobaanlaboratorium. 342
kecepatan linier
y=
250 g/menit
= 100 crn/menit.
=
Wc/A.h
5 cm x 0,5 g/cm1
Panjang minimum belt (zr) 100 cm/menit x 1,25 meDii = 125 cm Luas daerah penyaringan = panjang x lebar = 125 cm x 5 cm = 625 cm2. Maka kecepatanpenyaringan F V = ---= A
250 g/menit = 0,4 g/ cm2 meRit 625 cm2
Jika diambil tebal cake (L) = 0,5 cm dari data percobaan diperoleh harga Wc/A = 0,66 g/cm2. Dengan rnmus diat.'1s dihitung belt (v)
kecepatan tinier
Prosiding Presenlasi Ilmiah Daur Bahan Bakar Nuklir PEBN-BATAN.Jakarla 18-/9Marel 1996
BASIL DAN BAHASAN Dari hasil perhitungan untuk tebalcake 0,5 cm diperoleh kecepatan belt 76 cm/menit daD tebal cake 0,4 cm diperoleh kecepatan belt 100 cm/menit = Im/menit. Dari kedua harga tersebut
Persiapan Bahan Bijih uranium (residu) sebanyak 30 kg dilindi mengunakan H2SO4 dan Mn02 di dalam tangki ber-pengaduk. Pelindian dilakukan pada konsentrasi padatan 50 % dan suhu 60 °C selama kurang lebih 6 jam. Setelah proses pelindian selesai pulp (slurry) ditampung di dalam tangki penampung. Kemudian di buat larutan floculan superfloc N-IOO dengan konsentrasi 0,5 g/lt, sebanyak kurang lebih 20 It. Sebelum percobaan dimulai dilakukan hal-hal sebagai berikut : a. Nyatakan bahwa motor listrik, pompa cairan dan pompa vakum bisa berjalan dengan baik. b. Tutup semua kran pemasukan dan pengeluaran. c. Basahi kain filtrasi dengan menggunakan air secara merata. d. Isi tangki pencampur (fiokulan dan pulp) S<'lmpai permukaan over flow dengan menjalankan agitator setelah permukaan mencapai kurang lebih 30 % dari tinggi tangki. e. Ketika percobaan filtrasi akan dimulai, isi daerah filtrasi (cloth) dengan slurry (pulp) secara merata dengan ketebalan kurang lebih O,5cm.
Selanjutnya untuk menjalmlkan Horizontal Belt Filter dilakukan langkah-langkahsebagaiberikut : a. Jalankanpompa vakum denganmembukakran secaraperiahan-lahan. b. Jalankan secara ber5<'lma-5<'lma pemasukan umpan (pulp) dan pompa flokulan sert.'l menjalankanHorizontal Belt Filter. c. Pernasukan umpan (pulp) dilakukan secara periodik sebanyakuranglebih 250g/menit. Padatandiambil secaraperiodik kurang lebih 10 meDii sekali untuk diukur kadar airnya, sedangkan filtrat ditampung pada tangki penampung untuk digunakan pada proses berikutnya.
kecepatan belt yang dengan Pilot Plant Perancis yaitu antara 1 -4 m/menit adalah pada tebal cake 0,4cm. Maka hasil perancangan alat Horizontal Belt Filter, dalam skala laboratorium dengan kapasitas pengolahan 250 g/menit ditunjukkan dalam Gambar 1 daDTabel-1
T~~_t.. Hasil perancan~anHorizontal Belt Fil!!-r .N~I.--JJasil rancan2an/~itunR8/1
1. 2 3 4 S
6
Kapasitaspenyanngan Kecepatan penyaringan Kecepatanlinier belt
PanjangBelt Filter LebarBelt Filter ~~I.USlJenyarin2an
Nilai
250 g/menit 0,4 g/cm2 menit 100 cmlmenit 125 cm
5cm 1,25 menit
Sedangkanhasilpercobaan untuk mengetahuikadar padatanyang keluar dari Horizontal Belt Filter (produk cake)ditunjukkandalamtabel-2 berikut : Tabel-2.Kadarpadatan(produk cake)keluar dari Horizontal Belt Filter PercobaanI
PercobaanII
J4J
Pro.fiding Pre.fenta.fi /lmiah Dour Bahan Bokor Nuklir PEBN-BArAN. Jakarta 18-/9 Maret 1996
PercobaanIII
4. Panjang "Belt Filter"
= 125cm
5. Lebar "BeltFilter"
=
5cm
6. Siklus penyaringan
=
1,25 menit
UCAPANTERIMA KASm Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikanucapan terima kasih kepada Ka Bid TPBN yang telah memberikanbimbingan dan pengarahan,juga kepadasemuapihak yang telah membantudalam pelak-sanaanperancangandan uji coba alat tersebut sehingga bisa berjalan denganbaik.
DAFTARPUSTAKA Dari percobaanyang telah dilakukan,terdapat beberapa kendala antara lain basil filtrat penyaringanagak keruh, hal ini disebabkanoleh kain filter (cloth) yang mempunyai pori-pori cukup besar, sehingga butiran padatan yang cukup halus bisa melewati kain filter tersebut. Selama operasijuga seringdialami,padatekanan vakum yang maksimum (6.10-2 Pa), kain filter terhenti, sedangkan pulley atau motor listrik tetapberjalan (terjadi slip).Untuk menghindarihal tersebut perlu diberikan gaya gesekyang cukup besar antara permukaan pulley daD Belt Filter Dengan demikian operasi Horizontal Belt Filter bisa sepertiyang diharapkan.Dalam tabel-2, daTi percobaanI sampai dengan III nampak bahwa kadar padatan(produk cake) yang keluar dari Horizontal Belt Filter tersebutmemberikanbasil rata-rata 77,9, 79,1 daD 78,5 %. Sedangkan menurut simo plant, Perancis, kadar padatan yang dihasilkan sekitar 80 %. Kadar padatan dari percobaanI sampaidenganIII masihdibawah 80 %.Keadaanini diakibatkan oleh selama operasi sering dialam kendala seperti yang telah disebutkandiatas, sehingga untllk memperlancar operasi selama percobaan tersebut dilakukan denganmenggunakantekananvakum sedikit lebih kecil dari keadaanmaksimum. Hal ini dilakukap dengan cara membuka kran buangan,akibatnya kadar
padatan yang
dihasilkan
belum
bisa
mencapai80%.
SIMPULAN Berdasarkan data percobaan laboratorium dan asumsi dengan kapasitas pengolahan ditetapkan dengan 15kg/jam dantebal 0,4 cm diperoleh rancangan model alathorizontal Belt Filter sebagai berikut: I. Kapasitas penyaringan = 15kg/jam. 2. Kecepatan penyaringan = 0,4 'l/cm2 mellit 3. Kecepatan linier belt = 100 cln/menit ldd
I. MASHUDIYONO ZUCHRI, scientific visit and shorttraining courseof uranium ore processing in France",report,October-December,(1987). 2.PERRY RH., Chemical Engineering Hand Book", MC. Graw-Hill, Kogakusha,3th.edition, (1993). 3. Djoko Wasisto, "Metode perancangan Horizontal Belt Filter pada PengolahanBijih Uranium", ProsesTeknologi TPBN -PPBGNBAT AN, Jakarta,SeminarNasional Teknologi Industri VI, Surabaya27-28 Januari,(1993). 4.MERRIT R.C., "The Extraction Metallurgy of Uranium", Colorado School of Mines Research Institute, Golden,Colorado,U.S.A., (1971). Tanya Jawab
1. Edy Sulistyono: .Bila dilihat dari rumus kecepatanlinier belt yang dipakai tidak terlihat ukuran porosit.1S filter yang digunakan,mohon dapatdijelaskan karena ukuran meshberapa yang digunakan sangatberpengaruhpada kecepatanliniemya. Mainar : .Porositas kain filter tidak mempengaruhi kecepatanlinier belt tetapi berpengaruhpada kecepatanfiltrasi sesuai persarnaan(I). oleh sebab itu pada rumus kecepatan linier belt memang tidak ada parameter porositas bahan belt. .Pemilihan kain filter sesuaidenganbahanyang akan disaring bersifat asam, maka kain filter dipilih yang tahan asamdengandiameterpori < dari butir bahanyang disaring (- 65 mesh). 2. Faizal Riza : .Sampai di mana faktor-faktor pengalamandaD informasi yang lain dapat dimanfaatkandalam perancanganalai HBF ini.
Prosidi"g Prese"tasillmiah Daur Baha" Bakar Nuklir PEBN-BATAN.Jakarta18-19Maret 1996
.Apakah kinerja alat tersebut sudah dapat berjalan dengan baik daD bagaimana dengan kendala-kendala pengoperasian HBF ini, mengingatHBF ini cukuprumit.
Mainar : .Penggunaan
informasi
daTi
pihak
digunakan untuk membantu melengkapi data perhitunganperancangan. .Belum. Denganmengadakansedikit modifikasi alat tersebutakan dapatberfungsisesuaidengan yangdiharapkan.
lain
345
Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakor Nuklir PEBN-BATAN. Jakarta 18-19Maret 1996
346
