PENDAHULUAN

A. TEORI PYROMETALURGI

Metalurgi didefinisikan sebagai ilmu dan teknologi untuk memperoleh

sampai pengolahan logam yang mencakup tahapan dari pengolahan bijih

mineral,pemerolehan (ekstraksi) logam, sampai ke pengolahannya untuk

menyesuaikan sifat-sifat dan perilakunya sesuai dengan yang dipersyaratkan

dalam pemakaian untuk pembuatan produk rekayasa tertentu.

Berdasarkan tahapan rangkaian kegiatannya, metalurgi dibedakan menjadi

dua jenis, yaitu metalurgi ekstraksi dan metalurgi fisika. Metalurgi ekstraksi yang

banyak melibatkan proses-proses kimia, baik yang temperatur rendah dengan cara

pelindian maupun pada temperatur tinggi dengan cara proses peleburan utuk

menghasilkan logam dengan kemurnian tertentu, dinamakan juga metalurgi kimia.

Meskipun sesungguhnya metalurgi kimia itu sendiri mempunyai pengertian yang

luas, antara lain mencakup juga pemaduan logam dengan logam lain atau logam

dengan bahan bukan logam. Beberapa aspek perusakan logam (korosi) dan cara-

cara penanggulangannya, pelapisan logam secara elektrolit,dll. Adapun proses-

proses dari ekstraksi metalurgi / ekstraksi logam itu sendiri antara lain adalah

pyrometalurgy (proses ekstraksi yang dilakukan pada temperatur tinggi).

Pyrometalurgi merupakan suatu proses ekstraksi metal dengan memakai

energi panas. Suhu yang dicapai ada yang hanya 50o – 250o C (proses Mond untuk

pemurnian nikel), tetapi ada yang mencapai 2.000o C (proses pembuatan paduan

baja). Suhu yang dibutuhkan pada pembentukan nikel laterit adalah 2000o C

dimana tubuh endapan nikel laterit terbentuk setelah tubuh batuan beku

tersingkap di permukaan dan mengalami pelapukan secara terus – menerus

yang mengakibatkan batuan menjadi laterit.

1

Batuan induk bijih nikel adalah batuan peridotit. Menurut Vinogradov

batuan ultra basa rata-rata mempunyai kandungan nikel sebesar 0,2 %. Unsur

nikel tersebut terdapat dalam kisi-kisi kristal mineral olivin dan piroksin,

sebagai hasil substitusi terhadap atom Fe dan Mg. Proses terjadinya substitusi

antara Ni, Fe dan Mg dapat diterangkan karena radius ion dan muatan ion yang

hampir bersamaan di antara unsur-unsur tersebut. Proses serpentinisasi yang

terjadi pada batuan peridotit akibat pengaruh larutan hydrothermal, akan

merubah batuan peridotit menjadi batuan serpentinit atau batuan serpentinit

peroditit. Sedangkan proses kimia dan fisika dari udara, air serta pergantian

panas dingin yang bekerja kontinu, menyebabkan disintegrasi dan dekomposisi

pada batuan induk.

Umpan yang baik adalah konsentrat dengan kadar metal yang tinggi agar

dapat mengurangi pemakaian energi panas. Penghematan energi panas dapat juga

dilakukan dengan memilih dan memanfaatkan reaksi kimia eksotermik

(exothermic).

Sumber energi panas dapat berasal dari :

1.  Energi kimia (chemical energy = reaksi kimia eksotermik).

2. Bahan bakar (hydrocarbon fuels) : kokas, gas dan minyak bumi.

3.  Energi listrik.

4. Energi terselubung/tersembunyi, panas buangan dipakai untuk pemanasan awal

(preheating process).

Peralatan yang umumnya dipakai adalah :

1. Tanur tiup (blast furnace).

2. Reverberatory furnace.

Sedangkan untuk pemurniannya dipakai :

1. Pierce-Smith converter.

2. Bessemer converter.

2

3. Kaldo cenverter.

4. Linz-Donawitz (L-D) converter.

5. Open hearth furnace.

Proses pirometalurgi terbagi atas 5 proses, yaitu :

1. Drying (Pengeringan)

Adalah proses pemindahan panas kelembapan cairan dari material.

Pengeringan biasanya sering terjadi oleh kontak padatan lembap

denganpembakaran gas yang panas oleh pembakaran bahan bakar fosil. Pada

beberapa kasus, panas pada pengeringan bisa disediakan oleh udara panas gas

yang secara tidak langsung memanaskan.

Biasanya suhu pengeringan di atur pada nilai diatas titik didih air sekitar

120oC.pada kasus tertentu, seperti pengeringan air garam yang dapat larut, sushu

pengeringan yang lebih tinggi diperlukan..

2. Calcining (Kalsinasi)

Kalsinasi adalah dekomposisi panas material. Contohnya dekomposisi

hydrate seperti ferric Hidroksida menjadi ferric oksida dan uap air atau

dekomposisi kalsium karbonat menjadi kalsium oksida dan karbon diosida dan

atau besi karbonat menjadi bsi oksida.

Proses kalsinasi membawa dalam variasi tungku/furnace termasuk shaft

furnace, rotary kilns dan fluidized bed reactor.

3. Roasting (Pemanggangan)

Adalah pemanasan dengan kelebihan udara dimana udara dihembuskan

pada bijih yang dipanaskan disertai penambahan regen kimia dan pemanasan ini

tidak mencapai titik leleh (didih).

Kegunaan Roasting adalah :

- Mengeluarkan sulfur, Arsen, Antimon dari persenyawaannya

3

- Merubah mineral sulfida menjadi oksida dan sulfur

2 ZnS + 3O2 2 ZnO + 2 SO4

- Membentuk material menjadi porous

- Menguapkan impurity yang foltair.

Dapur yang digunakan pada proses roasting, yaitu :

- Hazard Vloer Oven

- Suspensi roasting oven

- Fluiized bed roasting

4. Smelting

Adalah proses peleburan logam pada temperatur tinggi sehingga

logam ,eleleh dan mecair setelah mencapai titik didihnya.

Oven yang digunakan, yaitu :

a. Schacht Oven

b. Scraal Oven (revergeratory Furnace

c. Electric Oven (Electric Furnace)

Dalam pemakaian oven yang perlu diperhatikan, yaitu :

a. Ketahanan mekanis dari feeding

b. Kemurnian dari bahan bakar.

Smelting terbagi beberapa jenis, yaitu :

a. Reduksi smelting

b. Oksidasi smelting

c. Netral smelting

d. Sementasi smelting

e. Sulfida smeltig

f. Presipitasi smelting

g. Flash smelting (peleburan semprot)

h. Ekstraksi timbal dan seng secara simultan.

4

5. Refining (Pemurnian)

Pemurnian adalah pemindahan kotoran dari material dengan proses panas.

Dampak Negatif dari Esktraksi Metalurgi Secara Pirometalurgi

Pencemaran lingkungan yang terjadi adalah :

1. Panas yang terasa oleh para pekerja yang berada di sekitar peralatan lebur.

2. Gas buangan yang mengandung racun (CO, NO2, SO2, dll).

3. Debu dan padatan yang beterbangan di sekitar pabrik.

4. Terak (slag) yang bisa mengotori atau merusak lahan, walaupun dapat juga

dimanfaatkan sebagai material pengisi (land fill), pengeras jalan (road aggregate)

dan campuran beton ringan (light weight concrete aggregate).

5

PERIDOTIT - SERPENTINIT

B. MINERALOGI LATERIT

Air hujan kaya CO2 dari atmosfer

Z Sedikit pelindian zone limonit O Di musim hujan

N Konsentrasi residu penguapan pengendapan A dari Fe dan khromit Si, Al selama musim keringL I Fe-hidroksida (+Ni,Al) M Al-hidroksida O Mineral lempung naiknya air tanah N Mn-hidroksida (+Co) akibat gaya kapilerI Cr-spinelT

ZONE PELINDIANSilikat yang mengandung nikel terurai

Mg, Si, dan Ni larut

-------- --------------------------------------------SA

Z P Pengendapan kembali sebagianO R Ni, Mg, Si pada rekahanN O misal sebagai : - garnierit A L - krisopras

ITBAT Sebagian Mg mengendap U kembali pada rekahan A di batuan asalN misal : - gel magnesit A - serpentinSAL

Endapan nikel laterit merupakan hasil pelapukan lanjut dari batuan

ultramafik pembawa Ni-Silikat. Umumnya terdapat pada daerah dengan iklim

tropis sampai dengan subtropis. Pengaruh iklim tropis di Indonesia

6

Pengurangan larutan pembawa Ni,Mg,Si

Penambahan larutan pembawa Ni,Mg,Si

Serpentinisasi

BATUAN ULTRAMAFIK

mengakibatkan proses pelapukan yang intensif, sehingga beberapa daerah di

Indonesia memiliki profil laterit (produk pelapukan) yang tebal dan menjadikan

Indonesia sebagai salah satu negara penghasil nikel laterit yang utama. Proses

konsentrasi nikel pada endapan nikel laterit dikendalikan oleh beberapa faktor

yaitu, batuan dasar, iklim, topografi, airtanah, stabilitas mineral, mobilitas unsur,

dan kondisi lingkungan yang berpengaruh terhadap tingkat kelarutan mineral.

Genesa umum nikel laterit berdasarkan cara terjadinya, endapan nikel

dapat dibedakan menjadi 2 macam, yaitu endapan sulfida nikel – tembaga berasal

dari mineral pentlandit, yang terbentuk akibat injeksi magma dan konsentrasi

residu (sisa) silikat nikel hasil pelapukan batuan beku ultramafik yang sering

disebut endapan nikel laterit. Menurut Bateman (1981), endapan jenis konsentrasi

sisa dapat terbentuk jika batuan induk yang mengandung bijih mengalami proses

pelapukan, maka mineral yang mudah larut akan terusir oleh proses erosi,

sedangkan mineral bijih biasanya stabil dan mempunyai berat jenis besar akan

tertinggal dan terkumpul menjadi endapan konsentrasi sisa. Air permukaan yang

mengandung CO2 dari atmosfer dan terkayakan kembali oleh material – material

organis di permukaan meresap ke bawah permukaan tanah sampai pada zona

pelindihan, dimana fluktuasi air tanah berlangsung. Akibat fluktuasi ini air tanah

yang kaya akan CO2 akan kontak dengan zona saprolit yang masih mengandung

batuan asal dan melarutkan mineral – mineral yang tidak stabil seperti olivin /

serpentin dan piroksen. Mg, Si dan Ni akan larut dan terbawa sesuai dengan aliran

air tanah dan akan memberikan mineral – mineral baru pada proses pengendapan

kembali (Hasanudin dkk, 1992). Boldt (1967), menyatakan bahwa proses

pelapukan dimulai pada batuan ultramafik (peridotit, dunit, serpentin), dimana

pada batuan ini banyak mengandung mineral olivin, magnesium silikat dan besi

silikat, yang pada umumnya banyak mengandung 0,30 % nikel. Batuan tersebut

sangat mudah dipengaruhi oleh pelapukan lateritik. Air tanah yang kaya akan

CO2 berasal dari udara luar dan tumbuh – tumbuhan, akan menghancurkan olivin.

Terjadi penguraian olivin, magnesium, besi, nikel dan silika kedalam larutan,

cenderung untuk membentuk suspensi koloid dari partikel – partikel silika yang

7

submikroskopis. Didalam larutan besi akan bersenyawa dengan oksida dan

mengendap sebagai ferri hidroksida. Akhirnya endapan ini akan menghilangkan

air dengan membentuk mineral – mineral seperti karat, yaitu hematit dan kobalt

dalam jumlah kecil, jadi besi oksida mengendap dekat dengan permukaan tanah.

Proses laterisasi adalah proses pencucian pada mineral yang mudah larut

dan silika pada profil laterit pada lingkungan yang bersifat asam dan lembab serta

membentuk konsentrasi endapan hasil pengkayaan proses laterisasi pada unsur Fe,

Cr, Al, Ni dan Co (Rose et al., 1979 dalam Nushantara 2002) . Proses pelapukan

dan pencucian yang terjadi akan menyebabkan unsur Fe, Cr, Al, Ni dan Co

terkayakan di zona limonit dan terikat sebagai mineral – mineral oxida /

hidroksida, seperti limonit, hematit, dan Goetit (Hasanudin, 1992). Endapan bijih

nikel laterit, yaitu bijih nikel yang terbentuk sebagai hasil pelapukan batuan

ultramafik dan terkonsentrasi pada zona pelapukan (Peters, 1978).

Batuan induk bijih nikel adalah batuan peridotit. Menurut Vinogradov

batuan ultra basa rata-rata mempunyai kandungan nikel sebesar 0,2 %. Unsur

nikel tersebut terdapat dalam kisi-kisi kristal mineral olivin dan piroksin, sebagai

hasil substitusi terhadap atom Fe dan Mg. Proses terjadinya substitusi antara Ni,

8

Fe dan Mg dapat diterangkan karena radius ion dan muatan ion yang hampir

bersamaan di antara unsur-unsur tersebut. Proses serpentinisasi yang terjadi pada

batuan peridotit akibat pengaruh larutan hydrothermal, akan merubah batuan

peridotit menjadi batuan serpentinit atau batuan serpentinit peroditit. Sedangkan

proses kimia dan fisika dari udara, air serta pergantian panas dingin yang bekerja

kontinu, menyebabkan disintegrasi dan dekomposisi pada batuan induk. Pada

pelapukan kimia khususnya, air tanah yang kaya akan CO2 berasal dari udara dan

pembusukan tumbuh-tumbuhan menguraikan mineral-mineral yang tidak stabil

(olivin dan piroksin) pada batuan ultra basa, menghasilkan Mg, Fe, Ni yang larut;

Si cenderung membentuk koloid dari partikel-partikel silika yang sangat halus.

Didalam larutan, Fe teroksidasi dan mengendap sebagai ferri-hydroksida,

akhirnya membentuk mineral-mineral seperti geothit, limonit, dan haematit dekat

permukaan. Bersama mineral-mineral ini selalu ikut serta unsur cobalt dalam

jumlah kecil. Larutan yang mengandung Mg, Ni, dan Si terus menerus kebawah

selama larutannya bersifat asam, hingga pada suatu kondisi dimana suasana cukup

netral akibat adanya kontak dengan tanah dan batuan, maka ada kecenderungan

untuk membentuk endapan hydrosilikat. Nikel yang terkandung dalam rantai

silikat atau hydrosilikat dengan komposisi yang mungkin bervariasi tersebut akan

mengendap pada celah-celah atau rekahan-rekahan yang dikenal dengan urat-urat

garnierit dan krisopras. Sedangkan larutan residunya akan membentuk suatu

senyawa yang disebut saprolit yang berwarna coklat kuning kemerahan. Unsur-

unsur lainnya seperti Ca dan Mg yang terlarut sebagai bikarbonat akan terbawa

kebawah sampai batas pelapukan dan akan diendapkan sebagai dolomit, magnesit

yang biasa mengisi celah-celah atau rekahan-rekahan pada batuan induk.

Dilapangan urat-urat ini dikenal sebagai batas petunjuk antara zona pelapukan

dengan zona batuan segar yang disebut dengan akar pelapukan (root of

weathering).

9

Faktor-faktor yang mempengaruhi pembentukan bijih nikel laterit ini adalah:

a. Batuan asal.

Adanya batuan asal merupakan syarat utama untuk terbentuknya

endapan nikel laterit, macam batuan asalnya adalah batuan ultra basa.

Dalam hal ini pada batuan ultra basa tersebut: - terdapat elemen Ni yang

paling banyak diantara batuan lainnya - mempunyai mineral-mineral yang

paling mudah lapuk atau tidak stabil, seperti olivin dan piroksin -

mempunyai komponen-komponen yang mudah larut dan memberikan

lingkungan pengendapan yang baik untuk nikel.

b. Iklim

Adanya pergantian musim kemarau dan musim penghujan dimana

terjadi kenaikan dan penurunan permukaan air tanah juga dapat

menyebabkan terjadinya proses pemisahan dan akumulasi unsur-unsur.

Perbedaan temperatur yang cukup besar akan membantu terjadinya

pelapukan mekanis, dimana akan terjadi rekahan-rekahan dalam batuan

yang akan mempermudah proses atau reaksi kimia pada batuan.

c. Reagen-reagen kimia dan vegetasi

Yang dimaksud dengan reagen-reagen kimia adalah unsur-unsur

dan senyawa-senyawa yang membantu mempercepat proses pelapukan.

Air tanah yang mengandung CO2 memegang peranan penting didalam

proses pelapukan kimia. Asam-asam humus menyebabkan dekomposisi

batuan dan dapat merubah pH larutan. Asam-asam humus ini erat

kaitannya dengan vegetasi daerah. Dalam hal ini, vegetasi akan

mengakibatkan:

penetrasi air dapat lebih dalam dan lebih mudah dengan mengikuti

jalur akar pohon-pohonan

10

akumulasi air hujan akan lebih banyak

humus akan lebih tebal Keadaan ini merupakan suatu petunjuk,

dimana hutannya lebat pada lingkungan yang baik akan terdapat

endapan nikel yang lebih tebal dengan kadar yang lebih tinggi.

Selain itu, vegetasi dapat berfungsi untuk menjaga hasil pelapukan

terhadap erosi mekanis.

d. Struktur

Struktur yang sangat dominan yang terdapat didaerah Polamaa ini

adalah struktur kekar (joint) dibandingkan terhadap struktur patahannya.

Seperti diketahui, batuan beku mempunyai porositas dan permeabilitas

yang kecil sekali sehingga penetrasi air sangat sulit, maka dengan adanya

rekahan-rekahan tersebut akan lebih memudahkan masuknya air dan

berarti proses pelapukan akan lebih intensif.

e. Topografi

Keadaan topografi setempat akan sangat mempengaruhi sirkulasi

air beserta reagen-reagen lain. Untuk daerah yang landai, maka air akan

bergerak perlahan-lahan sehingga akan mempunyai kesempatan untuk

mengadakan penetrasi lebih dalam melalui rekahan-rekahan atau pori-pori

batuan. Akumulasi andapan umumnya terdapat pada daerah-daerah yang

landai sampai kemiringan sedang, hal ini menerangkan bahwa ketebalan

pelapukan mengikuti bentuk topografi. Pada daerah yang curam, secara

teoritis, jumlah air yang meluncur (run off) lebih banyak daripada air yang

meresap ini dapat menyebabkan pelapukan kurang intensif.

f. Waktu

Waktu yang cukup lama akan mengakibatkan pelapukan yang

cukup intensif karena akumulasi unsur nikel cukup tinggi.

11

Profil nikel laterit keseluruhan terdiri dari 4 zona gradasi sebagai berikut :

1. Iron Capping : Merupakan bagian yang paling atas dari suatu penampang

laterit. Komposisinya adalah akar tumbuhan, humus, oksida besi dan sisa-sisa

organik lainnya. Warna khas adalah coklat tua kehitaman dan bersifat gembur.

Kadar nikelnya sangat rendah sehingga tidak diambil dalam penambangan.

Ketebalan lapisan tanah penutup rata-rata 0,3 s/d 6 m. berwarna merah tua,

merupakan kumpulan massa goethite dan limonite. Iron capping mempunyai

kadar besi yang tinggi tapi kadar nikel yang rendah. Terkadang terdapat mineral-

mineral hematite, chromiferous.

2. Limonite Layer : Merupakan hasil pelapukan lanjut dari batuan beku ultrabasa.

Komposisinya meliputi oksida besi yang dominan, goethit, dan magnetit.

Ketebalan lapisan ini rata-rata 8-15 m. Dalam limonit dapat dijumpai adanya akar

12

tumbuhan, meskipun dalam persentase yang sangat kecil. Kemunculan bongkah-

bongkah batuan beku ultrabasa pada zona ini tidak dominan atau hampir tidak

ada, umumnya mineral-mineral di batuan beku basa-ultrabasa telah terubah

menjadi serpentin akibat hasil dari pelapukan yang belum tuntas. fine grained,

merah coklat atau kuning, lapisan kaya besi dari limonit soil menyelimuti seluruh

area. Lapisan ini tipis pada daerah yang terjal, dan sempat hilang karena erosi.

Sebagian dari nikel pada zona ini hadir di dalam mineral manganese oxide,

lithiophorite. Terkadang terdapat mineral talc, tremolite, chromiferous, quartz,

gibsite, maghemite.

3. Silika Boxwork : putih – orange chert, quartz, mengisi sepanjang fractured dan

sebagian menggantikan zona terluar dari unserpentine fragmen peridotite,

sebagian mengawetkan struktur dan tekstur dari batuan asal. Terkadang terdapat

mineral opal, magnesite. Akumulasi dari garnierite-pimelite di dalam boxwork

mungkin berasal dari nikel ore yang kaya silika. Zona boxwork jarang terdapat

pada bedrock yang serpentinized.

4. Saprolite : Zona ini merupakan zona pengayaan unsur Ni. Komposisinya

berupa oksida besi, serpentin sekitar <0,4% kuarsa magnetit dan tekstur batuan

asal yang masih terlihat. Ketebalan lapisan ini berkisar 5-18 m. Kemunculan

bongkah-bongkah sangat sering dan pada rekahan-rekahan batuan asal dijumpai

magnesit, serpentin, krisopras dan garnierit. Bongkah batuan asal yang muncul

pada umumnya memiliki kadar SiO2 dan MgO yang tinggi serta Ni dan Fe yang

rendah. campuran dari sisa-sisa batuan, butiran halus limonite, saprolitic rims,

vein dari endapan garnierite, nickeliferous quartz, mangan dan pada beberapa

kasus terdapat silika boxwork, bentukan dari suatu zona transisi dari limonite ke

bedrock. Terkadang terdapat mineral quartz yang mengisi rekahan, mineral-

mineral primer yang terlapukkan, chlorite. Garnierite di lapangan biasanya

diidentifikasi sebagai kolloidal talc dengan lebih atau kurang nickeliferous

serpentin. Struktur dan tekstur batuan asal masih terlihat.

13

5. Bedrock : bagian terbawah dari profil laterit. Tersusun atas bongkah yang lebih

besar dari 75 cm dan blok peridotit (batuan dasar) dan secara umum sudah tidak

mengandung mineral ekonomis (kadar logam sudah mendekati atau sama dengan

batuan dasar). Batuan dasar merupakan batuan asal dari nikel laterit yang

umumnya merupakan batuan beku ultrabasa yaitu harzburgit dan dunit yang pada

rekahannya telah terisi oleh oksida besi 5-10%, garnierit minor dan silika > 35%.

Permeabilitas batuan dasar meningkat sebanding dengan intensitas

serpentinisasi.Zona ini terfrakturisasi kuat, kadang membuka, terisi oleh mineral

garnierite dan silika. Frakturisasi ini diperkirakan menjadi penyebab adanya root

zone yaitu zona high grade Ni, akan tetapi posisinya tersembunyi.

14

PROSES PYROMETALURGI

A. SKEMA

15

Gambar 2.1. Diagram proses pemurnian bijih nikel dengan metoda

pyrometallurgy.

Secara umum proses pengolahan bijih nikel jalur

pyrometallurgy dibagi dalam beberapa tahap seperti dalam

diagram berikut:

16

Gambar 2.2. Diagram alir proses

B. PROSES

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%.

Tabel 1. Contoh Komposisi Saprolit Ore

Berdasarkan tabel 1, faktor yang paling penting diperhatikan adalah

basisitas (tingkat kebasaan) MgO/SiO2 atau ada juga yang mengukur berdasarkan

SiO2/MgO. Tingkat kebasaan ini menentukan brick/ refractory/bata tahan api

17

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.

Gambar 2.3. Kesetimbangan Metal-Slag

(Ket: Slag selalu berada di atas metal karena densitynya lebih rendah)

Setelah bijih mengalami proses pendahuluan yang meliputi crushing

drying, sintering, kemudian bijih diproses lanjut secara proses pyrometallurgy.

Reduksi yang terjadi pada proses ini hanya sebagian dari besi saja yang dapat

diikat menjadi terak, dan sebagian besar masih dalam bentuk ferro-nikel

alloy.Dalam hal ini untuk memisahkan besi dari nikel pada reaksi peleburan

tersebut ditambahkan beberapa bahan yang mengandung belerang (Gypsum atau

Pyrite). Karena perbedaan daya ikat besi dan nikel terhadap oksigen dan belerang,

18

sehingga proses ini didapatkan metal yaitu paduan Ni3S2 dan FeS dan sebagian

besar besi dapat diterakkan.

Metal yang dihasilkan ini masih mengandung lebih dari 60 % Fe dan

selanjatnya metal yang masih dalam keadaan cair terus diproses lagi dalam

konvertor. Proses-proses konvertor diberikan bahan tambah silikon untuk

menterakkan oksida besi.Terak hasil konvertor ini masih mengandung nikel yang

cukup tinggi,sehingga terak ini biasanya di proses ulang pada

peleburan(Resmelting).Proses selanjutnya metal di panggang untuk memisahkan

belerang.

1. Kominusi

Kominusi adalah proses reduksi ukuran dari ore agar mineral berharga bisa

terlepas dari bijihnya. Berbeda dengan pengolahan emas, dalam tahap kominusi

untuk nikel ore ini hanya dibutuhkan ukuran maksimal 30 mm sehingga hanya

dibutuhkan crusher saja dan tidak dibutuhkan grinder.

2. Drying

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

19

Hot Air Generator (HAG) secara Co-Current (searah) pada temperature sampai

200 C.

3. Calcining

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.

2 MgO + 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.

Di samping menghilangkan air kristal, pada proses ini juga biasanya didesain

20

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. Smelting

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):

21

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.

Yield (recovery) dari nikel pada EAF dapat didekati seperti pada gambar

berikut:

Gambar 2.4. Hubungan antara Fe yield dan Ni yield dalam EAF

22

Gambar 2.5. Hubungan antara Fe yield dan %Ni dalam Crude FeNi

Gambar 2.5. Diagram fasa biner Fe-Ni

Pada daerah interface (antar muka) Slag-Metal terjadi kesetimbangan sebagai

berikut:

Si(l) + 2FeO(l) = 2Fe(l) + SiO2(l)

Si(l) + 2NiO(l) = 2Ni(l) + SiO2(l)

NiO(slag) + Fe(metal) = Ni(metal) + FeO(slag)

23

Sekali lagi basisitas sangat penting dalam kondisi ini, sebagai contoh

proses yang didesain dengan basisitas 0,68 maka:

MgO = 0.68SiO2

MgO + SiO2 = 100%

0.68SiO2 + SiO2 = 100%

1.68SiO2 = 100% ®

SiO2 = 59.5% dan MgO = 40.5%

Korelasi antara slag melting point pada SiO2 59.5% dan MgO 40.5%

diilustrasikan oleh diagram terner FeO-MgO-SiO2 dalam gambar 6 (diambil dari

Slag Atlas, Verlagstahleisen, M.B.H., Duesseldorf, 1981 and I.J. Reinecke and H.

Lagendikj, INFACON XI Conference Proceeding, 2007).

5. Refining

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.

Proses ini dilakukan pada ladle furnace dengan agent sebagai berikut:

Tabel 2. Agent Untuk desulfurisasi

24

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)

C. KADAR BIJIH

Bijih-bijih nikel dapat diklasifikasikan menjadi 2 golongan :

25

1. Bijih sulfida , bijih ini mengandung:

0,5 - 5,6 % Ni

34 - 52 % Fe

2 - 22 % SiO2

4 - 6 % Al2O3

0,8 - 1,8 % Cu

21 - 28 % S

1,9 – 7 % CaO

2. Bijih Silikat , terdiri dari:

0,9 – 1,6 % Ni

0,01% Si

0,1 – 1,5 % CaO

5,1 – 22 % MgO

12 – 14 % Fe

34 – 42 % SiO2

Proses pengolahan bijih nikel menggunakan proses ELKEM, Pabrik 1

mulai beriperasi bulan Pebruari 1976, sedangkan Pabrik II mulai operasi

percobaannya pada bulan November 1994. Untuk konservasi energi, pada tahun

1988 mulai dioperasikannya satu unti Coal Firing System untuk menggantikan

bahan bakar minyak di Rotary Kiln dengan bahan bakar batu bara. Untuk

Optimasi Pabrik, diadakan pula penambahan satu unit proses pengeringan yaitu

Rotary Dryer yang beroperasi pada tahun 1991. Selain menggunakan bahan bakar

batu bara, Rotary Dryer ini juga memanfaatkan gas buang dari dapur listrik untuk

bahan pemanas.

Secara garis besar proses pengolahan bijih nikel dibagi dalam tiga tahap yaitu :

26

1. Tahap Praolahan. Bijih basah yang berasal dari wilayah penambangan

Utaram tengah, dan Selatan serta bijih basah yang berasal dari P. Gee

dicampur (blending) untuk mendapatkan komposisi yang sesuai.

Campuran bijih (blended ore) ini dikeringkan di dalam suatu Rotary

Dryer. Selanjutnya bijih kering mengalami proses kalsinasi di dalam

Rotary Kiln untuk menghilangkan kandungan Loss on Ignition (LOI).

Debu yang berasal dari tahap praolahan ini ditangkap pada unit

penangkapan debu, lalu diproses di dalam pelletizer untuk membuat pellet

yang akan diumpankan kembali ke dalam Rotary Kiln.

2. Tahap Peleburan.  Pada tahap ini calcined ore dilebur dan direduksi di

dalam capur listrik berkapasitas 20 MVA untuk Feni I dan 25 MVA untuk

Feni II. Sebagai bahan pereduksi digunakan Antracite. Proses reduksi ini

menghasilkan crude metal yang akan dimurnikan pada tahap selanjutnya,

sedangkan bahan yang tidak tereduksi berupa slag dikeluarkan dari dapur

listrik pada waktu-waktu tertentu untuk dibuang. Untuk pengaturan

kebasaan, slag ditambahkan batu kapur.

3. Tahap Pemurnian. Crude metal yang berasal dari tahap peleburan,

dikurangi kandungan belerangnya di dalam suatu unit penghilang sulfur

(Desulphurization). Sedangkan untuk mengurangi kandungan Si, C, dan P

dilakukan Blowing Oxygen dan penambahan Flux terhadap crude metal di

dalam unit Shaking Converter ( De-Siliconization dan De-Carbonization).

Gas Oxygen yang dipergunakan berasal dari Oxygen Plant. Untuk

membuat produk Feronikel berbentuk batangan (ingot), metal cair yang

telah dimurnikan dengan spesifikasi dan komposisi tertentu dicetak pada

unit Continuous Casting Machine Untuk membuat produk feronikel

berbentuk butiran (shot), metal cair ini dicetak pada unit Shot Making.

Bentuk batangan (ingot) diproduksi dalam dua jenis, yaiut High Carbon

dan Low Carbon. Sedangkan bentuk butiran (shot) yang diproduksi hanya

dalam jenis Low Carbon

27

D. COST

Tahun ini dan seterusnya akan menjadi penting untuk penurunan biaya

tunai total sebelum kredit oleh-produk. Tidak seperti tahun-tahun terakhir,

produsen nikel telah menemukan bahwa kekurangan tenaga kerja terampil dan

spesialis, bahan, truk, mesin dan peralatan dengan cepat mereda, menyebabkan

biaya yang lebih rendah. Minyak lebih sederhana harga dan akibatnya biaya yang

lebih rendah dari produk minyak-terkait, seperti diesel.

Tahun 2008 akan diingat sebagai puncak dan pembalikan cepat tahun

pertumbuhan permintaan yang luar biasa untuk komoditas dari negara

berkembang. Ini kewalahan pasokan bahan tenaga kerja terampil, dan peralatan,

mengakibatkan kenaikan harga yang dramatis untuk penambangan, penggilingan

dan biaya luar kantor. Margin bagi produsen nikel melebar ke tingkat historis tak

tertandingi.

Pendapatan yang diterima dari oleh kredit-produk penting untuk biaya kas

bersih dan profitabilitas. Sejumlah tambang memiliki biaya kas negatif. Proporsi

biaya produksi rekaman negatif akan menurun, dan proporsi produksi dengan

biaya melebihi harga nikel saat ini telah meningkat secara dramatis.

Hampir semua tambang nikel menghasilkan jumlah yang berarti dari

setidaknya satu logam mulia lainnya. Oleh karena itu, dalam banyak kasus,

penjualan oleh-produk memiliki dampak material terhadap keseluruhan biaya

produksi satu pon nikel. Ini berarti bahwa tambang polimetalik khususnya dapat

memiliki variasi yang sangat luas dalam jumlah biaya tunai. Modest penurunan

asumsi pendapatan dengan-produk dapat memindahkan tambang dengan biaya

moderat untuk ujung atas kurva biaya yang sangat cepat. Fluktuasi mata uang

telah mempengaruhi struktur biaya industri. Krisis ekonomi global telah melihat

mata uang dari ekonomi berbasis komoditas Australia, Kanada, Afrika Selatan

dan Amerika Selatan produsen terdepresiasi secara dramatis, yang mengalami

penurunan biaya.

28

Laporan Biaya Produksi Industri Nikel meliputi data operasional selama

rentang waktu 10 tahun, mewakili lebih dari 90% dari output dunia. Analisis

Volume multi perkiraan biaya produksi di 17 negara, termasuk banyak dari

fasilitas utama di seluruh dunia. Perkiraan biaya, meliputi proses produksi dari

konsumsi bahan baku baik untuk berkonsentrasi atau jadi logam disediakan.

Biaya Industri Nikel

Produksi dan kinerja keuangan selama sepuluh tahun berikutnya dengan

lima tahun sejarah.

Detil biaya kerusakan oleh proyek sampai dengan 30 komponen utama

seperti teknologi proses, produksi, tenaga kerja, penggunaan energi, royalti

dan biaya transportasi.

Akses ke menerbitkan laporan dan Teman-Excel berbasis Biaya

MODELLER melalui AME AME langsung, yang memungkinkan

29

pengguna untuk mengubah asumsi, biaya analisis sensitivitas, serta

memperkenalkan dan membandingkan proyek baru dan operasi:

o Perubahan biaya operasional, energi asumsi biaya

o Alter nilai tukar untuk setiap negara produsen

o Perubahan tarif angkut

o asumsi biaya terperinci untuk operasi masing-masing

o Memperkenalkan operasi baru atau proyek-proyek

Database menjamin akses terhadap informasi yang akurat dan tepat waktu

untuk sebagian besar operasi di dunia. analis kami melakukan pemeriksaan

menyeluruh atas data baik yang bersumber untuk memberikan jawaban yang

berharga, menghemat waktu dan usaha. Secara khusus, pekerjaan kami didasarkan

pada analisis rinci lembaran aliran, perusahaan riset mendalam, dan revisi

berkelanjutan dilengkapi dengan kunjungan tambang dan kontak teknis dengan

operasi individu.

Laporan Pasar Nikel Strategis

Pasar fundamental akan ditentukan oleh kecepatan dan ukuran pemulihan

dari resesi global. Pada tahap ini, 2009 akan menjadi tahun sulit bagi permintaan

konsumen global, dan kondisi deflasi akan tetap hingga 2010. Rencana rencana

30

stimulus fiskal di Cina, Amerika Serikat dan sejumlah negara yang lebih kecil

akan membantu dengan permintaan dan kepercayaan konsumen, dan ini akan

berpengaruh peningkatan permintaan komoditas di tahun 2010. Jangka panjang

perekonomian akan menghidupkan kembali, didorong oleh pengeluaran

pemerintah yang direncanakan Keynesian, terus urbanisasi di Asia dan

industrialisasi progresif di negara berkembang yang lebih luas. Namun,

pertumbuhan global akan di tingkat yang lebih sederhana dibandingkan dengan

sepuluh tahun terakhir. Dengan demikian pertumbuhan spektakuler ini didorong

oleh empat faktor utama, kombinasi tidak mungkin direplikasi waktu terlalu

cepat:

Besar peningkatan ketersediaan kredit bagi rumah tangga dan industri,

didorong oleh inovasi seperti sekuritisasi piutang, deregulasi industri

perbankan, asuransi kredit dan penerimaan meningkatkan risiko.

Tingkat pertumbuhan awal yang tinggi industrialisasi di Asia yang lebih

besar, dan pengembangan akibatnya wilayah ini menjadi industri yang

dominan di dunia dan pembangkit tenaga listrik logam. Dampak pada

dunia lebih besar daripada sebelumnya Revolusi Industri.

pertumbuhan produktivitas yang luar biasa didorong oleh revolusi TI yang

menyediakan komunikasi yang sangat besar, aliran data dan kemampuan

penyimpanan data di sebagian kecil dari biaya historis sebelumnya.

pertumbuhan besar dalam perdagangan internasional yang pada umumnya

dikelola dengan baik oleh Organisasi Perdagangan Dunia. Laju

pertumbuhan Senyawa 5% telah pernah terjadi sebelumnya dalam sejarah

ekonomi baru-baru ini.

Global PDB tingkat pertumbuhan akan pulih setelah resesi berakhir,

namun akan sedikit lebih sederhana di sekitar 2% per tahun di bawah tarif yang

berpengalaman dalam lima tahun terakhir.

Permintaan global untuk Nikel menurut Wilayah

31

Harga akan menerima dukungan banyak ekspansi di masa mendatang dan

proyek telah ditangguhkan, ditunda atau hanya dibatalkan tanpa kemungkinan

wajar melanjutkan sampai bukti-bukti kuat dari pertumbuhan permintaan

restorasi. Hal ini diperparah dengan tidak adanya pinjaman pada setiap skala

nyata, dan runtuhnya pendanaan pasar modal.

Dalam permintaan, pemulihan jangka panjang akan terjadi dari kombinasi

dari paket stimulus fiskal global, urbanisasi dilanjutkan dan membangun

infrastruktur di negara berkembang, dan pemulihan di keyakinan konsumen di

dunia Barat. Ketika ini terjadi, kemungkinan yang memasok mungkin sekali lagi

lag pertumbuhan permintaan seperti yang terjadi pada 2006/2007 dan

menyebabkan gelombang dalam harga nikel.

32

KESIMPULAN

Pyrometalurgi merupakan suatu proses ekstraksi metal dengan memakai

energi panas. Suhu yang dicapai ada yang hanya 50o – 250o C (proses Mond untuk

pemurnian nikel), tetapi ada yang mencapai 2.000o C (proses pembuatan paduan

baja). Yang umum dipakai hanya berkisar 500o - 1.600o C pada suhu tersebut

kebanyakan metal atau paduan metal sudah dalam fase cair bahkan kadang-

kadang dalam fase gas.

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).

Ferronikel terbentuk dari pelapukan mineral utama olivine dan

piroksin. Mineral ini merupakan golongan mineral oksida hidroksida non silikat,

33

mineral ini terbentuk dari unsure besi dan oksida kemudian mengalami proses

oksidasi menjadi Fe2O3 lalu mengalami presipitasi menjadi Fe2O3H2O.

DAFTAR PUSTAKA

http://www.chem-is-try.org/materi_kimia

http://extractivemetallurgy.blogspot.com/2008/12/proses-pengolahan-nikel-menjadi-feni.html

http://neraca+biaya+ferronikel.html

34