BAB III

EKSTRAKSI NIKEL MATTE

Secara umum, mineral bijih di alam ini dibagi dalam 2 (dua) jenis

yaitu mineral sulfida dan mineral oksida. Begitu pula dengan bijih nikel,

ada sulfida dan ada oksida. Masing-masing mempunyai karakteristik

sendiri dan cara pengolahannya pun juga tidak sama. Dalam bahasan kali

ini akan dibatasi pengolahan bijih nikel dari mineral oksida (Laterit).

Bijih nikel dari mineral oksida (Laterite) ada dua jenis yang

umumnya ditemui yaitu Saprolit dan Limonit dengan berbagai variasi

kadar. Perbedaan menonjol dari 2 jenis bijih ini adalah kandungan Fe

(Besi) dan Mg (Magnesium), bijih saprolit mempunyai kandungan Fe

rendah dan Mg tinggi sedangkan limonit sebaliknya. Bijih Saprolit dua

dibagi dalam 2 jenis berdasarkan kadarnya yaitu HGSO (High Grade

Saprolit Ore) dan LGSO (Low Grade Saprolit Ore), biasanya HGSO

mempunyai kadar Ni ≥ 2% sedangkan LGSO mempunyai kadar Ni.

Tingkat kebasaan ini menentukan brick/ refractory/bata tahan api

yang harus digunakan di dalam tungku (furnace), jika basisitas tinggi

maka refractory yang digunakan juga sebaiknya mempunyai sifat basa

agar slag (terak) tidak bereaksi dengan refractory yang akan

menghabiskan lapisan refractory tersebut. Basisitas juga menentukan

viscositas slag, semakin tinggi basisitas maka slag semakin encer dan

mudah untuk dikeluarkan dari furnace. Namun basisitas yang terlalu

tinggi juga tidak terlalu bagus karena difusi Oksigen akan semakin besar

sehingga kehilangan Logam karena oksidasi terhadap logam juga semakin

besar.

Setelah bahan galian ditambang dan lalu di dangkut dengan alat muat

(wheel loader) menuju ke stockfile. Dan setelah diangkut sebaiknya

melakukan proses pengolahan nickel. Biasanya, pengolahan bijih nikel

sulfida dilakukan dengan menggunakan proses pyrrometalurgy yang

menghasilkan nikel dalam bentuk nikel matte. Adapun tahap-tahap yang

dilakukan untuk melakukan proses pengelolahan nikel melalui beberapa

tahap utama yaitu, crushing, Pengering, Pereduksi, peleburan, Pemurni,

dan Granulasi dan Pengemasan.

1. Crushing

Dimana proses ini bertujuan untuk reduksi ukuran dari ore

agar mineral berharga bisa terlepas dari bijihnya. Berbeda dengan

pengolahan emas, dalam tahap ini untuk nikel ore ini hanya

dibutuhkan ukuran maksimal 30 mm sehingga hanya dibutuhkan

crusher saja dan tidak dibutuhkan grinder.

2. Pengeringan di Tanur Pengering (Drying)

Dari stockpile, hasil tambang (ore) diangkut menuju apron

feeder. Di apron feeder ore mengalami penyaringan dan

pengaturan beban sebelum diangkut dengan belt conveyor menuju

dryer atau tanur pengering. Diruang pembakaran tersebut terdapat

alat pembakar yang menggunakan high sulphur oil atau yang biasa

disebut minyak residu sebagai bahan bakar. Dalam tahap

pengeringan ini hanya dilakukan penguapan sebagian kandungan

air dalam bijih basa dan tidak ada reaksi kimia. Ore kemudian

dihancurkan dan kemudian dikumpulkan di gudang bijih kering (Dry

Ore Storage).

Dimana drying atau pengeringan dibutuhkan untuk

mengurangi kadar moisture dalam bijih. Biasanya kadar moisture

dalam bijih sekitar 30-35 % dan diturunkan dalam proses ini

dengan rotary dryer menjadi sekitar 23% (tergantung desain yang

dibuat). Dalam rotary dryer ini, pengeringan dilakukan dengan cara

mengalirkan gas panas yang dihasilkan dari pembakaran pulverized

coal dan marine fuel dalam Hot Air Generator (HAG) secara Co-

Current (searah) pada temperature sampai 200 C.

3. Kalsinasi dan Reduksi di Tanur Pereduksi

Tujuannya untuk menghilangkan kandungan air di dalam

bijih, mereduksi sebagian nikel oksida menjadi nikel logam, dan

sulfidasi. Setelah proses drying, bijih nikel yang tersimpan di

gudang bijih kering pada dasarnya belumlah kering secara

sempurna, karena itulah tahapan ini bertujuan untuk

menghilangkan kandungan air bebas dan air kristal serta mereduksi

nikel oksida menjadi nikel logam.

Proses ini berlansung dalam tanur reduksi. Bijih dari gudang

dimasukkan dalam tanur reduksi dengan komposisi pencampuran

menggunakan ratio tertentu untuk menghasilkan komposisi silika

magnesia dan besi yang sesuai dengan operasional tanur listrik.

Selain itu dimasukkan pula batubara yang berfungsi sebagai bahan

pereduksi pada tanur reduksi maupun pada tanur pelebur. Untuk

mengikat nikel dan besi reduksi yang telah tereduksi agar tidak

teroksidasi kembali oleh udara maka ditambahkanlah belerang.

Hasil akhir dari proses ini disebut kalsin yang bertemperatur sekitar

700oC.

Tujuan utama proses ini adalah menghilangkan air kristal

yang ada dalam bijih,air kristal yang biasa dijumpai adalah

serpentine (3MgO.2SiO2.2H2O) dan goethite (Fe2O3.H2O). Proses

dekomposisi ini dilakukan dalam Rotary Kiln dengan tempetatur

sampai 850 oC menggunakan pulverized coal secara Counter

Current.

Reaksi dekomposisi air kristal yang terjadi adalah sebagai

berikut:

a. Serpentine

Reaksi dekomposisi dari serpentine adalah sebagai berikut:

3MgO.2SiO2.2H2O = 3 MgO + 2 SiO2 + 2 H2O

Reaksi ini terjadi pada temperatur 460-650 C dan tergolong

reaksi endotermik. Pemanasan lebih lanjut MgO dan SiO2 akan

membentuk forsterite dan enstatite yang merupakan reaksi

eksotermik.

2MgO + SiO2 = 2MgO.SiO2

MgO + SiO2 = MgO.SiO2

b. Goethite

Reaksi dekomposisi dari goethite adalah sebagai berikut:

Fe2O3.H2O = Fe2O3 + H2O

Reaksi ini terjadi pada 260C – 330C dan merupakan reaksi

endotermik. Disamping menghilangkan air kristal, pada proses

ini juga biasanya didesain sudah terjadi reaksi reduksi dari NiO

dan Fe2O3. Dalam teknologi Krupp rent, semua reduksi

dilakukan dalam rotary kiln dan dihasilkan luppen. Sedangkan

dalam technology Electric Furnace, hanya sekitar 20% NiO

tereduksi secara tidak langsung dalam rotary kiln menjadi Ni

dan 80% Fe2O3 menjadi FeO sedangkan sisanya dilakukan

dalam electric furnace. Produk dari rotary kiln ini disebut dengan

calcined ore dengan kandungan moisture sekitar 2% dan siap

dilebur dalam electric furnace.

4. Peleburan di Tanur Listrik (smalting)

Untuk melebur kalsin hasil kalsinasi/reduksi sehingga

terbentuk fasa lelehan matte dan Slag. Kalsin panas yang keluar

dari tanur reduksi sebagai umpan tanur pelebur dimasukkan

kedalam surge bin lalu kemudian dibawa dengan transfer car ke

tempat penampungan. Furnace bertujuan untuk melebur kalsin

hingga terbentuk fase lelehan matte dan slag. Dinding furnace

dilapisi dengan batu tahan api yang didinginkan dengan media air

melalui balok tembaga. Matte dan slag akan terpisah berdasarka

berat jenisnya. Slag kemudian diangkut kelokasi pembuangan

dengan kendaraan khusus.

Proses peleburan dalam electric furnace adalah proses

utama dalam rangkaian proses ini. Reaksi reduksi 80% terjadi

secara langsung dan 20% secara tidak langsung pada temperature

sampai 1650 C. Reaksi reduksi langsung yang terjadi adalah

sebagai berikut:

NiO(l) + C(s) = Ni(l) + CO(g)

FeO(l) + C(s) = Fe(l) + CO(g)

Beberapa material yang mempunyai afinitas yang tinggi

terhadap oksigen juga tereduksi dan menjadi pengotor dalam

logam.

SiO2(l) + 2C(s) = Si(l) + 2CO(g)

Cr2O3(l) + 3C(s) = 2Cr(l) + 3CO(g)

P2O5(l) + 5C(s) = 2P(l) + 5CO(g)

3Fe(l) + C(s) = Fe3C(l)

Karbon disupplay dari Antracite (tergantung desain), dan

reaksi terjadi pada zona leleh elektroda. CO(g) yang dihasilkan dari

reaksi ini ditambah dengan CO(g) dari reaksi boudoard mereduksi

NiO dan FeO serta Fe2O3 melalui mekanisme solid-gas reaction

(reaksi tidak langsung):

NiO(s) + CO(g) = Ni(s) + CO2(g)

CoO(s) + CO(g) = Co(s) + CO2(g)

FeO(s) + CO(g) = Fe(s) + CO2(g)

Fe2O3(s) + CO(g) = 2FeO(s) + CO2(g)

Oksida stabil seperti SiO2, Cr2O3 dan P2O5 tidak tereduksi

melalui reaksi tidak langsung. Sampai di sini Crude Fe-Ni sudah

terbentuk dan proses sudah bisa dikatakan selesai.

5. Pengkayaan di Tanur Pemurni (refining)

Bertujuan untuk menaikkan kadar Ni di dalam matte dari

sekitar 27 persen menjadi di atas 75 persen. Matte yang memiliki

berat jenis lebih besar dari slag diangkut ke tanur pemurni /

converter untuk menjalani tahap pemurnian dan pengayaan. Proses

yang terjadi dalam tanur pemurni adalah peniupan udara dan

penambahan sililka. Silika ini akan mengikat besi oksida dan

membentuk ikatan yang memiliki berat jenis lebih rendah dari

matte sehingga menjadi mudah untuk dipisahkan.

Pada proses ini yang paling utama adalah

menghilangkan/memperkecil kandungan sulfur dalam crude Fe-Ni

dan sering disebut Desulfurisasi. Dilakukannya proses ini berkaitan

dengan kebutuhan proses lanjutan yaitu digunakannya Fe-Ni

sebagai umpan untuk pembuatan Baja dimana baja yang bagus

harus mengandung Sulfur maksimal 20 ppm sedangkan kandungan

Sulfur pada Crude Fe-Ni masih sekitar 0,3% sehingga jika

kandungan sulfur tidak diturunkan maka pada proses pembuatan

baja membutuhkan kerja keras untuk menurunkan kandungan

sulfur ini.

Sedangkan reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:

CaC2 (S) + S = CaS (S) + 2C (Sat)

Na2CO3 + S + Si = Na2S + (SiO2) + CO

Na2Co3 + SiO2 = Na2O . SiO2 + CO2

Reaksi ini merupakan reaksi eksotermik sehingga tidak

membutuhkan pemanasan lagi pasca smelting.

Proses selanjutnya adalah converting, sebenarnya proses ini

masih dalam bagian refining hanya untuk membedakan antara

menurunkan sulfida dengan menurunkan pengotor lain seperti Si, P,

Cr dan C sesuai dengan kebutuhan. Sedangkan prosesnya sama

hanya saja reaksi lebih dominan oksidasi dari oksigen.

Si (l) + O2 (g) = SiO2 (l) ↔ SiO2 (l) + CaO (l) = CaO . SiO2 (l)

Cr (l) + 5O2 (g)= 2Cr2O3 (l)

4P (l)+ 5O2 (g)= 2P2O5 (l) ↔CaO (l)+P2O5 (l)= CaO. P2O5 (l)

C(l) + ½ O2 (g)= CO (g)

C(l) + O2 (g)= CO2 (g)

6. Granulasi dan Pengemasan

Untuk mengubah bentuk matte dari logam cair menjadi

butiran-butiran yang siap diekspor setelah dikeringkan dan

dikemas. Matte dituang kedalam tandis sembari secara terus

menerus disemprot dengan air bertekanan tinggi. Proses ini

menghasilkan nikel matte yang dingin yang berbentuk butiran-

butiran halus. Butiran-butiran ini kemudian disaring, dikeringkan

dan siap dikemas.

Dari mekanisme pengolahan nikel di atas dapat dibuat bagan alir

pengolahan nikel seperti pada gambar di bawah ini.