ANALISA SIFAT DIELKTRIK PADA PROSES REDUKSI MINERAL PASIR BESI AKIBAT

GELOMBANG MIKRO DENGAN REDUKTOR ARANG

PUTU GITARANI CAHAYA PUTRI WIJAYA

2709 100 039

DOSEN PEMBIMBING :

DR. SUNGGING PINTOWANTORO, S.T.,M.T.

JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGI

FTI-ITS

Latar Belakang

Indonesia memiliki SDA yang melimpah

Potensi pasir besi terdapat dipesisir Jawa, Sumatera,

Sulawesi dan gugusan Nusa Tenggara

(Franklin, 2006)

UU No 4 Tahun 2009 danPeraturan Menteri Energidan Sumber Daya Mineral

Nomor 7 Tahun 2012(Kementerian ESDM RI,

2012)

KONSUMSI BAJA NEGARA ASIA (2010)

NO NEGARA KONSUMSI KG/KAPITA

1 SINGAPURA 665

2 CHINA 508

3 THAILAND 290

4 MALAYSIA 199

5 VIETNAM 115

6 INDONESIA 32

Sumber : Kementerian Perindustrian, IISIA

MetodePengolahan

Mineral

Pyrometallurgi

Kelemahan :

1. Memerlukan input energi yang tinggi

2. Menghasilkan gas SO2 (polutan) dalam

jumlah besar

3. Biaya operasionaltinggi

Hydrometallurgi

Kelemahan :

1. Memerlukanwaktu proses yang

lama

2. Hanya untukmineral tertentu

Gelombang Mikro(Microwave)

Proses dapat berlangsung dengan cepat

Dapat mengurangi emisi gas

Cara pengoperasian yang mudah

Dapat digunakan pada material serbuk

Ishizaki, ISIJ Intl. vol 46 (2006) No 10, 1403-1409

Faktor-faktor yang mempengaruhi interaksigelombang mikro dengan material

Konduktivitas thermal

Temperatur

Tingkat daya

Ukuran partikel

Sifat dielektrik

Jumlah atau massa sampel

Perumusan Masalah

Bagaimana pengaruh sifat dielektrik padaproses reduksi mineral pasir besi akibatgelombang mikro dengan reduktor arang

Batasan Masalah

1.

• Konsentrat pasir besi dan pereduksi yang digunakan dianggaphomogen

2.

• Mineral yang terkandung pada pasir besi yang digunakanMagnetite (Fe3O4)

3.• Tekanan udara dianggap konstan

4.• Pengaruh pancaran gelombang mikro dianggap sempurna

5.• Batu tahan api dianggap isolator sempurna

Tujuan Penelitian

Mengetahui pengaruh sifat dielektrik padaproses reduksi mineral pasir besi akibat

gelombang mikro dengan reduktor arang

Manfaat Penelitian

Mengembangkan teknologi alternatifpengolahan pasir besi di Indonesia yang ramah lingkungan dalam peningkatan

kadar Fe pada mineral pasir besi

Sebagai bahan masukan bagi pemerintahdan masyarakat untuk mengembangkanpemanfaatan radiasi gelombang mikro

untuk pengolahan material di dalamnegeri

Tinjauan Pustaka

• Kandungan dalam pasir besi adalahmagnetite (Fe3O4), hematite (Fe2O3), taconite, limonite, siderit.

Pasir Besi

• Besi adalah unsur logam penyusunsekitar 5% kerak bumi, dengan warnaabu-abu gelap keperakan.

• Magnetite dikenal sebagai black iron oxide, magnetic iron ore, loadstone, atauHercules stone (Teja dan Koh, 2009).

Magnetite (Fe3O4)

(sesuai hasil Uji X-Ray Fluorescense)

(sesuai hasil Uji X-Ray Diffraction)

Komposisi Unsur Pasir BesiUnsur Al Si Ca Ti Mn Fe Cu Zn

Content Unit (%Wt)

5.0 8.0 2.51 5.91 0.56 74.5 0.08 0.08

Komposisi Fix Carbon pada Arang batok

Element Unit Compound(%Wt)

C 86.29

O 10.59

Al 3.12

Microwave

Gelombang mikro (microwave) memiliki frekuensi antara 300 MHz-300 GHz dan memiliki panjang gelombang dari 1-300 mm

PANAS

Terjadi gesekan/friksi antar molekul

Molekul berpindah dengan cepat

Menciptakan dipol listrik

Mempolarisasi atom atau molekul

Gelombang mikro

Konsep Dasar PemanasanMenggunakan Gelombang Mikro

Sifat Dielektrik

Sifatdielektr

ik

Permitivitas

Real

Imajiner

Return loss

Reflection loss

Adsorbtioncoefficient

Vector Network Analyzer (VNA)

Cads = (1-10RL/10) x 100%(Choi Illbeom, 2012)

Vector Network Analyzer (VNA)

Alat uji Vector Network Analyzer (VNA) FieldFox RF VNA Agilent Tecnologiest

Proses Reduksi Pasir Besi

Fe3O4 + CO 3FeO + CO2 ΔH = 8.664 cal(T= 5700)

FeO + CO Fe + CO2 ΔH = - 4.236 cal(T= 7100)

2 Fe3O4 + 2 CO 6 FeO + 2 CO2 ΔH = 17.328 cal 6 FeO + 6 CO 6 Fe + 6 CO2 ΔH = -25.416 cal 2 Fe3O4 + 8 CO 6 Fe + 8 CO2 ΔH = -8.088 cal

Fe3O4 + 4 CO 3 Fe + 4 CO2 ΔH = -4.044 cal

Penelitian SebelumnyaPenulis Judul Hasil

Katoro Ishizakiand Kazuhiro Nagata

Selectivity of Microwave Energy Consumption in the Reduction of Fe3O4

with Carbon Black in Mixed Powder

Penelitian ini dilakukan denganmencampurkan magnetite dan karbonhitam yang disinari gelombang mikrodengan daya 2.8 kW pada frekuensi 2.45 GHz. Hasil yang diperoleh adalahmagnetite selektif menyerap energigelombang mikro di bawah 650°C, prosesreduksi magnetite ke wustite terjadipada kisaran temperatur 400 ° C.

Dimas NurMuharram

Analisa Proses ReduksiBesi Oksida denganVariasi Reduktor (Arang, Batubara, Grafit) danLama PenyinaranMenggunakanGelombang Mikro

Penelitian ini dilakukan denganpenyinaran gelombang mikro dengandaya 800 watt, serta lama penyinaran 40, 50 dan 60 menit. Dengan pengujian XRD dan SEM-EDX diperoleh hasil bahwawaktu reduksi yang optimal adalah 60 menit dengan menggunakan reduktorgrafit, dengan peningkatan kadar Fe 76.703%.

Penelitian Sebelumnya (2)Penulis Judul Hasil

Widya Emilia Primaningtyas

Studi Proses Reduksi PasirBesi MenggunakanGelombang Mikro denganVariasi Waktu Radiasi danBerat Total Bahan ReduksiMenggunakan RedukstorGrafit

Penelitian ini dilakukan denganmelakukan reduski pasir besi dengandaya 3000 watt dan variasi berat total campuran 20, 40 dan 60 gram denganwaktu radiasi 40, 60 dan 80 menit.Hasil yang paling optimal diperoleh padahasil reduksi dengan berat total 40 gram dan pada waktu radiasi 80 menit yaitudengan kadar Fe sebesar 98.09%

Metodologi Penelitian

Perencanaan Eksperimen

WaktuRadiasi(menit)

Temperatur(0C)

Dielectric Properties Kadar Fe(% Wt)

Pengujian

Reflection Loss (dB)

Coefficient Adsorbtion

(%)

0 27-2.544 44.3

74.50

XRFVNA

40 649-2.078 38

76.43

50 751-2.038 37.4

78.48

60 668-1.934 35.9

80.91

70 699-1.832 34.4

82.81

80 768-2.709

46.4 88.08

Analisa Data

Hubungan Waktu Peradiasian terhadap Temperatur

27

649

751

668699

768

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0 40 50 60 70 80

Tem

pe

ratu

r (0 C

)

Waktu Radiasi (menit)

Hasil Uji XRF Kadar Fe pada Variasi Waktu Radiasi

74.5 76.43 78.48 80.91 82.8188.08

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 40 50 60 70 80

Kad

ar F

e (

%W

t)

Waktu Radiasi (menit)

Waktu(menit)

Compuond (%Wt)

Al Si Ca Ti Fe Cu Mn

40 1.6 4.6 2.17 5.45 76.43 0.13 0.51

50 4.0 6.2 2.87 6.22 78.48 0.12 0.54

60 4.0 6.7 2.56 5.89 80.91 0.11 0.54

70 3.0 4.6 1.53 5.59 82.81 0.102 0.45

80 - 1.9 0.91 5.57 88.08 - 0.43

Hasil Pengujian Vector Network Analyzer

Hubungan Frekuensi terhadap nilai Reflection Losspada variasi sampel pasir besi

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

Ref

lect

ion

Lo

ss (

dB

)

Frekuensi (GHz)

0 menit

40 menit

50 menit

60 menit

70 menit

80 menit

Hubungan Frekuensi terhadap KoefisienPenyerapan pada variasi sampel pasir besi

0

10

20

30

40

50

60

70

80

1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

Ko

efis

ien

Pe

nye

rap

an (

%)

Frekuensi (GHz)

0 menit

40 menit

50 menit

60 menit

70 menit

80 menit

Hubungan waktu radiasi terhadap koefisienpenyerapan pasir besi pada frekuensi 2.5 GHz

38 37.435.9

34.4

46.4

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

40 50 60 70 80

Ko

efi

sien

Pen

yera

pan

(%

)

Waktu (menit)

Hubungan Koefisien Penyerapan terhadap Kadar Fe

Waktu(menit)

KoefisienPenyerap

an (%)

Kadar Fe (%Wt)

40 38 76.43

50 37.4 78.48

60 35.9 80.91

70 34.4 82.81

80 46.4 88.08

76.43 78.4880.91 82.81

88.08

38 37.4 35.9 34.4

46.4

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

40 50 60 70 80

Waktu (menit)

Kadar Fe (%Wt)

Koef. Penyerapan (%)

Kesimpulan dan SaranKesimpulan1. Semakin rendah nilai reflection loss suatu material, semakin

tinggi koefisien penyerapan gelombang mikro, sehingga proses reduksi akibat gelombang mikro dapat terjadi.

2. Sifat dielektrik sampel, dengan massa total 150 gram dan daya 4000 watt , yang paling baik pada frekuensi 2.5 GHz adalahpada waktu radiasi 80 menit dengan koefisien penyerapangelombang mikro sebesar 46.4%.

3. Kadar Fe dari sampel pasir besi yang paling tinggi terjadi padawaktu radiasi 80 menit yaitu sebesar 88.08%.

Saran1. Penggunaan massa total sampel dan waktu radiasi yang

lebih lama.

2. Penggunaan crucible yang tahan terhadap temperatur yang lebih tinggi.

3. Penggunaan frekuensi yang lebih banyak dan range yang lebih besar pada pengujian VNA untuk mengetahuipenyerapan gelombang mikro yang paling optimal.