Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015 Kinematika Partikel pada ... dan dinamika partikel dan gelembung. ......

download Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015 Kinematika Partikel pada ... dan dinamika partikel dan gelembung. ... pemisahan dan dipengaruhi oleh kinematika partikel sebelum dan saat berinteraksi

of 7

  • date post

    06-Feb-2018
  • Category

    Documents

  • view

    222
  • download

    3

Embed Size (px)

Transcript of Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015 Kinematika Partikel pada ... dan dinamika partikel dan gelembung. ......

  • Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

    KE-63

    Kinematika Partikel pada Proses Flotasi

    Warjito1, a*, Harinaldi 2, b , Kevin Irdyan Hardwin3.c, Yudistira4.d, Manus Setyantono5, e

    1,2,3,4,5Departemen Teknik Mesin, Universitas Indonesia, Depok 16424 Jawa Barat, Indonesia.aEmail : warjito@eng.ui.ac.id , bEmail : harinald@eng.ui.ac.id dEmail : den_yudis@yahoo.co.id

    eEmail : manus_setyantono@yahoo.co.id

    ABSTRAKFlotasi adalah teknologi pemisahan material berharga dari kotoran dan bekerja berdasarkan sifatpermukaaan material yaitu hidrophobik (takut air) dan hidrophilik (suka air). Efisiensi prosespemisahan dengan flotasi ditentukan oleh beberapa sub proses yaitu tubrukan antara gelembung danpartikel, penempelan partikel pada permukaan gelembung dan stabilitas agregat gelembung-partikel. Sub proses tersebut ditentukan oleh sifat permukaan, geometri dan ukuran serta pergerakanpartikel maupun gelembung. Penelitian ini bertujuan untuk memahami pergerakan partikel sebelumdan saat berinteraksi dengan gelembung sehingga diperoleh pemahaman tentang pengaruh geometridan ukuran partikel pada proses tersebut. Partikel yang digunakan berasal dari tambang mineral diIndonesia dan berukuran mesh 300, 212, 150 dan 106 mikron. Sel flotasi berupa bak air transparan.Digunakan particle feed berupa pipet Burnet untuk melepas partikel ke dalam sel flotasi.Gelembung yang digunakan berdiameter 0,9 mm, dihasilkan oleh nosel berdiameter 0,3 mm. Udaradiberikan oleh programmable syringe pump pada debit 1,5 l/min. Pergerakan partikel direkamdengan menggunakan High Speed Video Camera. Image yang dihasilkan diproses dengan imageprocessing software untuk mendapatkan lintasan dan pergerakan partikel. Data hasil pengamatandan pengukuran dengan menggunakan SEM diperoleh hasil bahwa partikel yang digunakandominan berbentuk bladed sub angular. Kecepatan terminal partikel dipengaruhi oleh ukuran,semakin besar ukuran partikel semakin tinggi kecepatan terminalnya. Probabilitas interaksi antarapartikel sangat ditentukan oleh jarak antara partikel dengan sumbu gelembung saat awal pergerakanpartikel yang disebut dengan Rc. Jarak Rc paling efektif didapatkan pada jarak Rc = 0 atau tepatditengah gelembung dan jarak Rc = 1/2 jari-jari gelembung.

    Kata kunci: Flotasi, gelembung, partikel, kecepatan terminal, Interaksi partikel-gelembung.

    PendahuluanProses flotasi adalah proses pemisahan

    material berharga dari pengotornya denganmenggunakan sifat permukaan hidrophobikdan hidrophilik material [1, 2]. Pada prosesflotasi umumnya gelembung udara dilepaspada bagian bawah sel flotasi dan partikeldilepas pada bagian atas sel flotasi. Gayagravitasi dan gaya apung menyebabkanpartikel bergerak ke bawah dan gelembungudara bergerak naik sehingga pada suatutempat terjadi interaksi antara gelembungdengan partikel. Hasil interaksi inimenyebabkan partikel yang memiliki sifathidrophobik menempel pada gelembungudara, membentuk agregat partikel

    gelembung dan terbawa ke bagian atas selflotasi terpisah dari partikel pengotornya yangtertinggal di air karena memiliki sifathidrophilik [2].

    Aspek-aspek penting dalam proses flotasimeliputi aspek engineering, fisik dan kimia.Aspek engineering meliputi desain sistemflotasi, pembuatan gelembung dan sistempelepasan partikel. Aspek fisik meliputigeometri dan dinamika partikel dangelembung. Sedangkan aspek kimia meliputimekanisme penempelan partikel padapermukaan gelembung dimana melibatkanreagent untuk mengubah sifat permukaanpartikel.

  • Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

    KE-63

    Efisiensi proses flotasi ditentukan olehprobabilitas tumbukan, probabilitaspenempelan partikel pada permukaangelembung dan terbentuknya agregat stabilgelembung partikel. Proses interaksi partikeldengan gelembung terbagi menjadi sub prosestumbukan, partikel meluncur pada permukaangelembung dan diikuti dengan terbentuknyaagregat partikel gelembung atau partikelterlepas dari permukaan gelembung. Subproses tersebut menentukan efisiensipemisahan dan dipengaruhi oleh kinematikapartikel sebelum dan saat berinteraksi dengangelembung.

    Kinematika partikel ditentukaan olehbeberapa variabel seperti geometri dan ukuranpartikel. Pengaruh geometri dan ukuran padakinematika partikel telah diteliti sebelumnya[3]. Penelitian-penelitian tersebut telahmampu menjelaskan berbagai phenomena,namun demikian umumnya penelitian tersebutmenggunakan geometri berbentuk bola danterbuat dari gelas, padahal geometri partikelmineral yang nyata berbentuk jauh dari bolasehingga aplikasi langsungnya terbatas.

    Diperlukan pengetahuan tentangkinematika partikel dengan geometri singulardan terbuat dari bahan mineral untukmemahami proses flotasi sesungguhnya.Karena itu diperlukan penelitian kinematikapartikel dengan menggunakan partikel darihasil tambang dengan bentuk angular.Penelitian ini bertujuan untuk mempelajarikarakteristik kinematika partikel tambangbergeometri angular yang meliputi pengaruhgeometri dan ukuran pada lintasan, kecepatanterminal dan interaksi dengan gelembung.

    Metode

    Metode penelitian mengikuti diagramalur seperti ditunjukkan pada gambar 1.Experimental set up terdiri dari kolom flotasi,bubble generator, image capturing device danimage processing software. Kolom flotasiberupa wadah fluida berbentuk balok terbuatdari kaca dengan ukuran 9 x 9 dan tinggikolom 26 cm. Bubble generator adalahperalatan penghasil gelembung, terdiri darinosel dengan diameter 0,3 mm yangdilengkapi programmable control syringe.Peralatan ini menghasilkan gelembung

    dengan diameter rata-rata 1,8 mm. Imagecapturing device terdiri dari High Speed videoCamera , lensa mikro dan sistempencahayaan. Pada penelitian ini imagediambil dengan kecepatan 1000 frame/second.Image processing software digunakan untukmengolah data image menjadi data kuantitatif.Dalam penelitian ini digunakan softwareimage J. Partikel yang digunakan padapenelitian ini adalah partikel hasil asli darisalah satu perusahaan pertambangan terbesardi Indonesia. Partikel tersebut memilikiukuran 106, 150, 212, dan 300 mikro meter.Pada penelitian ini digunakan dua jenis fluidayaitu fluida dengan campuran reagent danfluida air (H2O). Reagent ini berfungsi untukmengubah sifat fluida menjadi hydrophobic.Larutan reagent yang digunakan padapenelitian ini adalah larutan bertipe primarycollector 7249. Gambar skematik experimentset up ditunjukkan pada gambar 2.

    Gambar 1 Diagram alur penelitian

    Gambar 2 Skematik experimental set up

  • Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

    KE-63

    HASIL DAN PEMBAHASAN

    Deskripsi PartikelImage partikel hasil Scanning Electron

    Microscope (SEM) untuk partikel ukuransieve diameter [1, 4] 300, 212, 150 dan 106mikro ditunjukkan pada gambar 3.

    Gambar 3 Hasil foto SEM

    Selanjutnya image ini diproses denganimage software (Image J) sehingga dapatdiketahui dan dihitung sphericity, roundness,zingg form index dan roundness degree [4, 5,6]. Hasil image processing menunjukkanbahwa bentuk partikel adalah bladed-subangular kecuali untuk partikel berukuransieve diameter 300 mikrometer sepertiditunjukkan pada gambar 4 dan 5.

    Tabel 1 Nilai sphericity, roundness, zinggform index dan roundness degree

    Gambar 4 Zingg form index

    Gambar 5. Perbandingan sphericity dengannilai roundness class

    Lintasan (Trajectory) PartikelKinematika partikel di dalam kolom flotasi

    direkam dengan menggunakan high speedvideo camera dengan kecepatan pengambilangambar 500 frame/second. Tipikal frameditunjukkan pada gambar 6.

    Gambar 6. Visualisasi lintasan partikeldiambil dengan video camera pada 500 fps.

    Visualisasi menunjukkan bahwa partikelbergerak ke bawah dengan gerakan relatiflurus dan kemudian menumbuk gelembungyang diam. Setelah menumbuk gelembung,partikel akan menempel atau terlepas daripermukaan gelembung. Lintasan partikel dan

  • Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

    KE-63

    interaksi dengan gelembung dipengaruhi olehukuran dan lokasi awal partikel.

    Image dari high speed video cameraselanjutnya diproses dengan image processingsoftware untuk mengetahui lokasi partikelsetiap waktu. Lokasi pelepasan partikeldinyatakan sebagai Rc yang menunjukkanjarak lokasi pelepasan dengan sumbugelembung (sumbu nosel). Pada penelitian ininilai Rc divariasikan mulai dari Rc = 0 (posisi1), yakni partikel berada tepat di sumbugelembung, Rc = 1/2 r (posisi 2), Rc = r(posisi 3) dan Rc > r (posisi 4) dengan rmenyatakan jari-jari gelembung. Hasil imageprocessing dinyatakan sebagai trayektoripartikel ditunjukkan oleh grafik pada gambar7, 8, 9, dan 10. Dari grafik-grafik tersebutdapat diketahui pengaruh ukuran dan lokasipelepasan partikel pada interaksi partikel dangelembung. Posisi sumbu nosel pada grafik-grafik ini adalah pada x = 0.

    Partikel berukuran 300 mikro meter padaposisi 1 dan 2, berinteraksi dengangelembung, menempel pada permukaangelembung kemudian meluncur padapermukaan gelembung dan terlepas kembali.Sedangkan partikel pada posisi 3 dan 4 tidakberinteraksi dengan gelembung. Trayektoripartikel ini ditunjukkan pada gambar 7.

    Pola interaksi partikel berukuran 212mikro meter berbeda dengan partikelberukuran 300 mikro meter. Partikel iniberinteraksi dengan gelembung untuk posisi1, 2, dan 3. Partikel menempel dan meluncurpada permukaan gelembung kemudianberhenti membentuk agregat partikelgelembung. Hal ini dikarenakan bentuk daripartikel 212 mikron yang lebih bladed ataulebih bulat sehingga luas permukaan untukmenempelnya lebih besar, selain itu bentuksub-angularnya juga membuat penempelandengan gelembung semakin efisien. Kondisiyang serupa terjadi pada partikel berukuran150 dan 106 mikro meter seperti ditunju