TUGAS AKHIR Ronny Mustaqiem 2709100091 Dosen Pembimbing Sungging Pintwantoro, Ph. D JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGI FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2014
EKSTRAKSi CUPRONIKEL DARI BJIH TEMBAGA DAN NIKEL LATERIT PADA MINI BLAST FURNACE DENGAN REDUKTOR CAMPURAN ARANG TEMPURUNG KELAPA DAN BATUBARA
Latar Belakang Ketersediaan Sumber Daya Alam
UU Minerba UU MINERBA no 4. Tahun 2009 (aktif 12 januari 2014)
SKILL
Peningkatan Ekonomi
PERUMUSAN Tujuan
Batasan Masalah
Mengetahui: Pengaruh dan nilai optimal variasi berat batubara dan arang sebagai reduktor serta bahan bakar pada proses produksi Cupronikel
• • • •
•
Semua layer di dalam Mini Blast Furnace dianggap rata Kadar Cu dan Ni dalam bahan baku mineral dianggap homogen Slag, logam,dan matte yang dihitung adalah yang berada di dalam cetakan Kadar oksigen, kecepatan semburan udara pada tuyere dianggap sama untuk semua proses Kinerja serta kondisi alat dianggap sama untuk semua proses
Rasio Optimal Proses Produksi
DASAR TEORI
Logam Proses Tembaga
Nikel
Temperatur Lebur: 1085 °C Masa Jenis T lebur: 8.02 g/cm3
Temperatur Lebur: 1455 °C −3 Masa Jenis T lebur: 7.81 g·cm
BAHAN BAKU Bijih Tembaga
• • • • •
CuCO3.Cu(OH)2 CuO Cu2O CuFeS2 CuS
Nikel Laterit
• NiO
Bahan Bakar dan Reduktor Batubara
Gross calor value : 6500 cal/g Kadar karbon dan Sulfur, volatile mater, tar, kekuatan
Arang Tempurung kelapa
Gross calor value : 6900 cal/g
Produk Harapan
Cupronickel Ingots
Penggunaan: • tubes for light-duty condensors, feedwater heaters and evaporators used in power stations and desalination plants • pipes carrying seawater to fire mains, cooling water systems and ship sanitary systems • underwater fencing • cabled tubes for hydraulic and pneumatic lines • fasteners, crankshafts, hulls and other marine hardware used in boats • silver-colored circulation coins • medical equipment • automobile parts • jewelry
Properties
Harga Komoditas barang
Harga
Keterangan
Nikel
US$ 15.630 /kg
sumber dari LME
Tembaga
US$ 6.720 / kg
sumber dari LME
NPI
US$ 16.00/kg
untuk kadar nikel 8%
Cupronickel
US$ 20-40 / kg
tergantung kadar nikel
Batubara
IDR 1150 / kg
dari Binuang Kalsel
Green Coke
IDR 2000 /kg
agak susah didapat
Kokas
IDR 7800 /kg
ketersediaan tidak menentu
Arang Tempurung kelapa
IDR 3500 /kg
beli dari pembuat di Mojokerto
Arang Tempurung kelapa
IDR 5500 /kg
beli di Surabaya
Kapur
IDR 1200 /kg
Beli di Gresik
Mini Blast Furnace cerobong
Mini Blast furnace
Tungku Gas Water Scrubber
Proses Smelting secara Umum Tembaga
Nikel
• Kadar Cu minimal 40% jika dari ore dan 30% jika dari kosentrat • Menggunakan kokas atau batubara antrasit • Kapasitas besar (min. 10 ton skali charging) • Selain Blast furnace di gunakan Furnace jenis Flash, dll • Dihasilkan matte atau logam • Slag dan logam keluar lewat lubang yang berbeda
• Mengunakan bahan bakar kokas • Kapasitas produksi besar sebab kadar nikel dalam laterit sedikit/ kecil • Dihasilkan NPI, nikckel matte, nikel logamnur listril • Selain Blast furnace juga digunakan tanur putar dan tanur listrik • Slag dan logam keluar lewat lubang yang berbeda
Proses Smelting dengan Mini Blast Furnace • DIRECT Smelting • Slag dan molten metal keluar dari lubang yang sama • Menggunakan batubara • Dapat digunakan pada ore dengan kadar 8 % Cu • Kapasitas total 1,2 ton skali charge
Hasil Mini Blast Furnace
Tembaga
Slag Tembaga
Ferronickel
Slag Ferronickel
Reaksi • •
1. Malasit CuCO3.Cu(OH)2 + Heat
2CuO + CO2 + H2O
•
2CuO + 2CO
2Cu + 2CO2
• •
2. Chalcopirit CuFeS2 + heat
CuS (matte) + FeS
•
CuS + O2
Cu + SO2
• •
3. Tenorit CuO + CO
Cu + CO2
• •
4. Kuprit Cu2O +CO
2Cu + CO2
Reaksi (lanjutan) • Sedangkan pada nikel laterit , yangmana berupa nikel oksida • NiO + CO -> Ni + CO2 Karbon monoksida didapat dari proses pembakaran yang tidak sempurna serta proses endotermis antara karbon dioksida dan karbon dari sumber karbon • C + ½ O2 -> CO C + O2 -> CO2 CO2 + C -> 2CO
Reaksi (lanjutan) • • • • • •
CaCO3 + heat = CaO + CO2 SiO2(s) + heat = SiO2(l) FeO + SiO2 = FeO.SiO2 FeO + SiO2 = FeSiO3 CaO + SiO2 = CaSiO3 Slag : FeO-SiO2-MgO-CaO-CaSO4-Al2O3FeSiO3-CaSiO3
Metode
Item and tools Alat • • • • • • • • • • • • • • • •
Crusher Timbangan Mini Blast Furnace Helm Masker Gas Sarung Tangan Kunci 19 dan 24 Kaca Mata Sepatu Safety Gerinda Betoneser Tusuk Cetakan Infrared termoeter Inverter Skop Palu
Bahan • • • • • • • • • •
Bijih Tembaga Nikel Laterit Batubara Arang tempurung Kelapa Flux Kayu Clay dan Pasir Bensin + oli bekas Batu Bata Kain
Teknis Pelaksanaan • Bed tungku disiapkan dengan menggunakan campuran antara clay dan batu tahan api, kemudian di masukkan potongan kayu sebagai pembakar batu bara awal, dan dimasukkan batu bara sebagai bahan bakar awal. Batu bara yang di masukkan sampai mencapai ketinggian sedikit diatas melting zone, atau 60 cm diatas lubang tuyere.
Teknis Pelaksanaan (lanjutan) • Kayu dinyalakan, kemudian ditunggu sampai batu bara yang berada di atasnya sudah membara sempurna. Hal ini dapat kita lihat dari asap yang dihasilkan. Bersamaan dengan penyalaan kayu ini, blower hisap dinyalakan dan diatur kecepatannya di kontrol panel. Pengaturan kecepatan ini menggunakan inverter
Teknis Pelaksanaan (lanjutan) •
•
. Bahan baku, flux, dan reduktor dengan rasio 1/0.75/0.85 dimasukkan secara bergantian sampai dengan penuhnya tungku kupola dan dilakukan terus menerus sampai habisnya bahan baku, atau sampai diakhirinya pembakaran. Lubang tuyere ditutup, positif blower (blower tiup) dinyalakan secara bertahap dengan menggunakan inverter dari 800 rp hingga 1440 rpm,. Parameter setingan yang tepat adalah tingkat cair pada slag. Blower hisap juga dilakukan perubahan setingan, sampai didapatkan setingan yang tepat dengan parameter tingkat kepekatan asap.
Teknis Pelaksanaan (lanjutan) •
Lubang tap tetap dalam posisi terbuka, dan cairan ditampung dalam cetakan. Logam cair dikeluarkan bersamaan dengan slag melalui lubang tap, dan ditampung dalam cetakan. Slag dibiarkan mengalir keluar dari cetakan dan memberi waktu bagi logam cair untuk mengendap dibawah cetakan. Setelah tampak logam cair, cetakan diganti dengan cetakan yang kedua, kemudian cetakan yang berisi logam cair ditunggu sejenak agar temperatur menurun dan logam cair sudah membeku, kemudian hasil cetakan dikeluarkan. Tidak ada pengeluaran slag melalui lubang slag yang ada di kupola, dikarenakan mudahnya cairan logam dan slag ini membeku
Copper ore Atambua
Reduktor
Cu-Ni
Copper ore Batumakap
Nikel Laterit
Smelting pada MBF
Flux
Matte
Slag
ANALISA
Bijih Tembaga
Atambua
Batumakap
Nikel Laterit Element Magnesium Oxide Mg Silicon Oxide SiO2 Potassium Oxide K2O Calcium Oxide CaO Vanadium V Chromium Cr Hydrated Iron Oxide FeO(OH) Nickel Ni Copper Cu Zinc Zn Bismuth Bi
2FeO(OH) + ½ O2 + Heat 2FeO + H2O 2FeO + CO 2Fe + CO2 2NiO(OH) + ½ O2 + Heat 2NiO + H2O 2NiO + CO Ni + CO2 Sehingga persamaan umumnya adalah 2FeO(OH) + 2 NiO(OH) + O2 + Heat
Concentration [%] 4.37 0.62 0.04 0.78 0.01 1.01 39.73 1.6 0.04 0.04 0.01
2Fe + 2 Ni + 2H2O + 2 CO2
Stddev. [%] 2.17 0.32 0.39 0.01 0.02 0.01 0.01 0.06 0.01 0.01 0.01
Proses Smelting • Layer: 1. Batubara + Arang tempurung kelapa 2. Ore Mix ( Coper Ore + Laterit) 3. Kapur Perbandingan Reduktor : Ore : Flux = 0,85 : 1 : 0,75
Yang Harus Diperhatikan Penyalaan • Ketinggian Bed dan Coal bed • Penyalaan awal harus rata
Pengetahuan bahan • 1. Kadar Unsur • 2. Jenis senyawa logam • 3. jenis senyawa slag • 4. Ketersediaan
Yang Harus Diperhatikan (lanjutan) Maintenance aliran • Menjaga aliran molten material yang keluar mulai dari awal hingga akhir, jangan sampai tersumbat • Hindari adanya panas yang terbuang
Keselamatan • Keselamatan Pelaksana • Keselamatan Masyarakat sekitar dan lingkungan
Variabel 1 1105 C 649 C 342 C 6 kg 0,8 kg 124 kg
Flow rate awal
1.576 kg/min
Flow rate stabil
1,888 kg/min
Variabel 2 1109 C 689 C 343 C 5 kg 1.3 kg 131 kg 2.120 kg/min 2,368 kg/min
Variabel 3 1154 C 649 C 382 C 4.1 kg 2,6 kg 139 kg
Variabel 4 1210 C 726 C 380 C 6 kg 2.3 kg 129 kg 2,209 2,111 kg/min kg/min 2,402 2,389 kg/min kg/min
Variabel 5 1214 C 773 C 348 C 1 kg 2,1 kg 93 kg
1,576 kg/min 0,663 kg/min
1400
3
1200
2,5
1000 800 T. Tapping 600
T1 T2
400
Tanpa Arang 1085 C 640 C 542 C 0 kg 2,8 kg 93 kg
1,244 kg/min 0,57 kg/min
Flow rate (kg/min)
Temperatur (Celcius)
Data Temperatur tapping T1 T2 Logam yang dihasilkan Matte yang dihasilkan Slag
2 1,5
Flow rate awal Flow rate stabil
1
0,5
200
0
0 0
10
20
30
40
% Arang tempurung Kelapa
50
60
0
20
40
% arang tempurung Kelapa
60
Analisa Logam % Arang Tempurung kelapa
Cu 0
Ni
Fe
0
0
0
10 84,51333
6,44 6,486667
20 80,52333
10,59 6,823333
30 84,94667
8,6 7,496667
40
52,69
3,93
27,17
50 62,50667 3,843333 22,18667 100 90
% Kadar Logam
80 70 60 50
Fe
40
Ni
30
Cu
20 10 0 0
10
20
30
40
% Arang Tempurung Kelapa
50
60
1
2
4
3
5
Analisa Slag Variabel
%Cu 0 10 20 30 40 50
%Ni 6,33 3,67 2,26 5,14 5,02 2,92
%Fe 0,201 0,203 0 0,44 0,389 0
12,38 13,31 14,12 15,73 15,7 12,65
18
% Kadar unsur dalam slag
16 14 12 10 %Cu 8
%Ni
6
%Fe
4 2 0 0
10
20
30
40
% Arang tempurung kelapa
50
60
KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan 1. Variasi campuran reduktor dan bahan bakar yang paling baik adalah 20 % arang tempurung kelapa 80 % batubara 2. Semakin banyak campuran arang tempurung kelapa membuat temperature di tap hole dan T 1(115 cm diatas tap hole) meningkat namun karena permeabilitas yang semakin buruk menyebabkan rentang temperaturnya bertambah terhadap dan T2 (168 cm diatas tap hole). 3. Terlalu banyak arang (50% arang temprung kelapa) menyebabkan bahan bakar cepat habis dan tidak mampu mereduksi ore sepenuhnya. 4. Semakin banyak fayalite yang terbentuk di dalam slag maka kekentalannya semakin menurun.
Saran 1. Untuk laterit dengan kadar dibawah 1,6% Ni maka perbandingan berat untuk laterit harus ditambah agar nikel yang terbentuk sesuai. 2. Slag memiliki kadar Fe 15 % serta kadar arsen yang rendah ehingga dapat digunakan atau diolah kembali dengan aman 3. Pengukuran temperature menggunakan thermokopel tipe S yang dipasang permanen pada MBF sehingga memudahkan pengkuran dan aman baik terhadap proses maupun pelaksana 4. perlu dilakukan proses tahap lanjut (refinery) agar cupronikel yang dihasilkan dari MBF memiliki kadar besi yang rendah
SEKIAN
