STUDI PERILAKU UNSUR TIMBAL (Pb) PADA PROSES
DELEADING DI TANUR ANODA PT. SMELTING, GRESIK
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk memenuhi syarat meraih gelar sarjana pada
Program Studi Teknik Metalurgi
Institut Teknologi Bandung
oleh :
Syaiful Ahsan
12102015
PROGRAM STUDI TEKNIK METALURGI
FAKULTAS TEKNIK PERTAMBANGAN DAN PERMINYAKAN
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
2007
LEMBAR PENGESAHAN
STUDI PERILAKU UNSUR TIMBAL (Pb) PADA PROSES DELEADING
DI TANUR ANODA PT. SMELTING, GRESIK
TUGAS AKHIR
Bandung, Oktober 2007 Disetujui untuk Program Studi Teknik Metalurgi Oleh :
Dr. Ir. Rozik Boedioro Soetjipto Pembimbing
ii
“Allah telah menurunkan air (hujan) dari langit dan mengalirlah air di lembahlembah menurut ukurannya, maka arus itu membawa buih yang mengambang. Dan dari sesuatu (bijih) yang mereka lebur dalam api untuk membuat perhiasan atau alatalat, ada (pula) buihnya seperti buih arus itu. Demikianlah Allah membuat perumpamaan (bagi) yang benar dan yang batil. Adapun buih itu akan hilang sebagai sesuatu yang tak ada harganya, sedangkan yang memberi manfaat kepada manusia akan tetap di bumi. Demikianlah Allah membuat perumpamaanperumpamaan.”
(Alquran Surah ArRa'd : 17)
Kupersembahkan untuk ayah, ibu, kakak, dan kedua adikku. Semoga selalu dalam lindungan Allah Swt.
iii
STUDI PERILAKU UNSUR TIMBAL (Pb) PADA PROSES
DELEADING DI TANUR ANODA PT. SMELTING, GRESIK
RINGKASAN
Pemurnian oksidasi yang dilakukan pada tanur anoda bertujuan untuk mengurangi kandungan pengotor di dalam tembaga blister, terutama unsur belerang. Tetapi terkadang terdapat pengotor dengan kadar terlalu tinggi yang dapat mendatangkan masalah, misalnya jika kandungan timbal berlebih. Jika kadar unsur timbal melampaui batas yang diizinkan, proses electrorefining tidak akan berlangsung dengan baik karena terjadinya pasivasi pada tembaga anoda. Oleh karena itu kadar timbal berlebih dalam tembaga blister juga diupayakan penurunannya pada proses pemurnian di dalam tanur anoda.
Sebagai logam yang dapat membentuk oksida basa PbO, timbal dapat diikat oleh senyawa –yang diperoleh dari bahan imbuh (flux)– yang dapat membentuk terak asam seperti silika, SiO2. Dengan didukung oleh oksigen sebagai oksidator, senyawa PbO yang kemudian membentuk kompleks dengan SiO2 akan masuk ke dalam fasa terak.
Pada penelitian ini variabelvariabel yang diamati dampaknya terhadap proses deleading yaitu nisbah SiO2FeO di dalam terak tanur anoda, derajat oksidasi, volume oksigen, waktu oksidasi, temperatur operasi, dan kadar timbal dalam tembaga blister.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa variabel yang memberikan pengaruh signifikan adalah nisbah SiO2FeO di dalam terak tanur anoda, derajat oksidasi, dan temperatur sedangkan variabelvariabel yang lain pada umumnya tidak menunjukkan dampak yang berarti.
iv
A STUDY ON LEAD (Pb) BEHAVIOR
AT DELEADING PROCESS IN ANODE FURNACE OF
PT. SMELTING, GRESIK
ABSTRACT
Fire refining in anode furnace is one step of copper processing which is intended to reduce impurities content in blister copper, especially sulfur. There are other impurities that may create problems in further processing of anode copper, such as lead, when its content in the metal exceeds a certain limit. Beyond such limit, the subsequent electrorefining of copper anode will not perform well due to the occurence of passivation at the copper anode. Therefore, oxidation refining of blister copper in the anode furnace should also serve as a deleading process so as to reduce the lead content in the anode copper down to a certain tolerable value.
Since lead can be oxidized into a basic oxide, PbO, it will form silicate complexes with silica (SiO2), that will subsequently enter into a silica based acid slag. The oxidation is conducted by oxygen enriched blast air. The effects of operating variables on the deleading process which were investigated are the SiO2FeO ratio in anode furnace slag, the degree of oxidation, volume of oxygen, oxidation time, the operating temperature, and lead content in blister copper. Experimental results show that the SiO2FeO ratio in anode furnace slag, the degree of oxidation, and the operating temperature are the major operating variables that have significant effects upon the deleading performance.
v
KATA PENGANTAR
Puji syukur ke hadirat Allah Swt. yang telah melimpahkan rahmat, kasih sayang, serta ilmuNya sehingga penulis mampu menyelesaikan penelitian tugas akhir yang berjudul Studi Perilaku Unsur Timbal (Pb) pada Proses Deleading di Tanur Anoda PT. Smelting, Gresik.
Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada : 1. Bapak Dr. Ir. Eddy Agus Basuki, ketua Program Studi Teknik Metalurgi; 2. Bapak Prof. Dr. Ir. Arief S. Sudarsono, dosen wali; 3. Bapak Dr. Ir. Rozik Boedioro Soetjipto, dosen pembimbing tugas akhir; 4. Bapak dan Ibu staf pengajar Program Studi Teknik Metalurgi dan Teknik Pertambangan ITB yang telah membagi segala ilmu dan pengetahuannya; 5. Bapak dan Ibu staf tata usaha dan seluruh pegawai Program Studi Teknik Metalurgi dan Teknik Pertambangan ITB atas semua bantuan yang diberikan; 6. Bapak Ir. Budi Priyo Handogo yang telah memberikan izin penelitian tugas akhir di PT. Smelting, Gresik; 7. Bapak Ir. Antonius Prayoga yang telah memberikan izin penelitian di tanur anoda PT. Smelting, Gresik; 8. Bapak Dadan Ibrahim, S.T. dan Bapak Soegijarno, S.T. atas bimbingannya selama pelaksanaan tugas akhir di PT. Smelting, Gresik; 9. Bapak Dr. Ir. Akskadi Djohari, Bapak Kuswara, dan Bapak Rizki Syafari yang telah memberikan izin analisis sampel di laboratorium PT. Smelting, Gresik; 10. seluruh kru tanur anoda PT. Smelting, Gresik atas bantuannya; 11. seluruh kru teknikal dan laboratorium PT. Smelting, Gresik atas segala bantuannya selama proses preparasi dan analisis sampel; 12. kawankawan mahasiswa Teknik Metalurgi dan Teknik Pertambangan ITB; 13. serta seluruh pihak yang telah membantu pelaksanaan tugas akhir ini.
Bandung, Oktober 2007 Penulis
vi
DAFTAR ISI halaman
HALAMAN JUDUL ........................................................................................ i
LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................ ii
HALAMAN PERSEMBAHAN .................................................................... iii
RINGKASAN ................................................................................................. iv
ABSTRACT .....................................................................................................v
KATA PENGANTAR ....................................................................................vi
DAFTAR ISI ..................................................................................................vii
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................x
DAFTAR TABEL ......................................................................................... xii
DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................xiii
BAB I
PENDAHULUAN ........................................................................... 1
1.1 Latar Belakang ........................................................................1
1.2 Tujuan Penelitian ....................................................................3
1.3 Ruang Lingkup Penelitian ..................................................... 3
1.4 Sistematika Penulisan .............................................................3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ..................................................................5
2.1 Unsur Timbal dalam Peleburan Tembaga ........................... 5
2.2 Pemurnian Oksidasi ................................................................6
2.3 Termodinamika Terak ......................................................... 10
2.3.1 Teori molekul terak .................................................... 10
2.3.2 Teori ion terak .............................................................13
2.4 Neraca Massa Unsur Pengotor ............................................ 16
2.5 Interaksi Elektrostatik Unsur As, Sb, dan Pb ....................17
2.6 Aspek Kinetika Proses Deleading ........................................ 17
vii
BAB III METODOLOGI PENELITIAN .................................................. 23
3.1 Diagram Alir Metode Penelitian ......................................... 23
3.2 Deskripsi Proses Deleading pada Tanur Anoda .................24
3.3 Prosedur Percobaan ..............................................................26
3.3.1 Pengambilan sampel ................................................... 26
3.3.2 Preparasi sampel .........................................................27
3.3.3 Analisis kimia .............................................................. 27
3.4 Gambaran Umum Metode Penelitian ................................. 30
BAB IV PEMBAHASAN ............................................................................ 31
4.1 Termodinamika Kesetimbangan Lelehan Tembaga dan Terak ...............................................................................31 4.2 Analisis Hubungan Berbagai Variabel dengan Koefisien Distribusi ...............................................................32 4.2.1 Hubungan Nisbah SiO2FeO dengan Koefisien Distribusi Timbal ........................................................ 33 4.2.2 Hubungan Derajat Oksidasi dengan Koefisien Distribusi Timbal ........................................................ 40 4.2.3 Hubungan Volume Oksigen dengan Koefisien Distribusi Timbal ........................................................ 41 4.2.4 Hubungan Waktu Oksidasi dengan Koefisien Distribusi Timbal ........................................................ 43 4.2.5 Hubungan Temperatur Akhir Oksidasi dengan Koefisien Distribusi Timbal ....................................... 44 4.2.6 Hubungan Kadar Timbal dalam Tembaga Blister dengan Koefisien Distribusi ....................................... 47 4.3 Aspek Kinetika Proses Deleading ........................................ 48
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ............................................................................49
5.2 Saran ...................................................................................... 50
viii
DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................xiv LAMPIRAN
ix
DAFTAR GAMBAR halaman Gambar 2.1 Skema Tanur Anoda selama Proses Deleading .................. 19 Gambar 2.2 Antarmuka Antara Dua Fasa .............................................. 19 Gambar 3.1 Diagram Alir Metode Penelitian .........................................23 Gambar 3.2 Skema Proses Pemurnian Oksidasi .....................................25 Gambar 3.3 Tanur Anoda ......................................................................... 25 Gambar 3.4 Sampel Ingot dan Pin Tembaga ...........................................26 Gambar 3.5 Terak Tanur Anoda ..............................................................27 Gambar 3.6 Perangkat Instrumen Analisis Gas LECO ......................... 28 Gambar 3.7 Spektrometer Emisi Atom ICP dan Larutan Sampel ....... 29 Gambar 4.1 Nilai γ PbO dalam terak terner SiO2CaOFeOx pada 1300°C ...........................................................................34 Gambar 4.2 Koefisien Aktivitas Oksidaoksida Logam di dalam Terak Fayalitik ......................................................................35 Gambar 4.3 Grafik Hubungan Persentase Berat SiO2 dalam Sistem Biner SiO2FeO dengan Koefisien Distribusi Timbal ........36 Gambar 4.4 Diagram Fasa Persen Berat PbO – SiO2 .............................37 Gambar 4.5 Grafik Hubungan Berat Silika dengan Kadar Timbal ..... 39 Gambar 4.6 Persentase Tembaga dalam Terak Tanur Anoda .............. 41 Gambar 4.7 Grafik Hubungan Volume Oksigen dengan Koefisien Distribusi Timbal ................................................................. 42 Gambar 4.8 Grafik Hubungan Waktu Oksidasi dengan Koefisien Distribusi Timbal .................................................................. 43 Gambar 4.9 Grafik Hubungan Temperatur Akhir Oksidasi dengan Koefisien Distribusi Timbal ....................................44 Gambar 4.10 Koefisien Aktivitas Pengotor Logam dalam Lelehan Tembaga .................................................................................46
x
Gambar 4.11 Grafik Hubungan Kadar Timbal dalam Tembaga Blister dengan Koefisien Distribusi Timbal ....................................47
xi
DAFTAR TABEL halaman Tabel 2.1 Urutan Sifat Asam Basa Senyawasenyawa Oksida ................ 12 Tabel 3.1 Variasi Jumlah Terak Tanur Pembersih dan Pasir Silika ......25 Tabel 4.1 Nilai Variabelvariabel untuk Tiap Lot (a) .............................. 33 Tabel 4.2 Nilai Variabelvariabel untuk Tiap Lot (b) .............................. 33 Tabel 4.3 Perbandingan Mol SiO2 dan Mol PbO dalam Terak Tanur Anoda ............................................................................... 38 Tabel 4.4 Hubungan Berat Silika dengan Kadar Timbal ........................ 39 Tabel 4.5 Nilai Variabelvariabel untuk Lot 6386, 6387, dan 6388 ........ 42 Tabel 4.6 Koefisien Aktivitas Pengotor Logam dalam Lelehan Tembaga .......................................................................................45
xii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran A Datadata Operasi Perusahaan Lampiran B Datadata Hasil Analisis Lampiran C Perhitungan Neraca Massa Unsur Cu dan Pb
xiii
