BAB I

PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang

Pada proses penambangan batubara, batubara mentah tidak disarankan

langsung digunakan. Perlu adanya suatu proses pengolahan salah satunya adalah

proses pencucian. Dalam proses penambangan batubara mentah masih banyak

terdapat zat-zat pengotor seperti sulfur, lumpur, kayu, dan logam. Maka dari itu

diperlukan proses pencucian selain untuk membersihkan batubara dari zat-zat

pengotor tersebut juga berfungsi sebagai penambah kualitas dari batubara.

Di dalam proses pencucian terdapat proses dimana batubara akan

dipisahkan berdasarkan kualitas yang diinginkan berdasarkan demand dari

konsumen.

Pencucian batubara ialah usaha yang dilakukan untuk memperbaiki

kualitas batubara, agar batubara tersebut memenuhi syarat penggunaan tertentu

atau sesuai dengan permintaan pasar. fasilitas pencucian ini dinamakan dengan

“Coal Preparation Plant” yang membersihkan batubara dari pengotor-

pengotornya. Pengotor batubara dapat berupa pengotor homogen yang terjadi di

alam saat pembentukan batubara itu sendiri, yang disebut dengan inherent

impurities, maupun pengotor yang dihasilkan dari operasi penambangan itu

sendiri yang disebut extraneous impurities.

Batubara dari ROM (Rune Of Mine) terdiri dari dua kategori yaitu ;

batubara bersih dan batubara kotor. Masing-masing kategori dilakukan pereduksi

ukuran atau peremukan sedangakan batubara kotor dilanjutkan dengan proses

pencucian. Pencucian sangat tergantu pada batubara yang mengandung material

pengotor berupa tanah, parting, dan kapasitas peralatan pengolahan serta

perawatannya.

Karakteristik batubara dan impurities yang utama ditinjau dari segi

pencucian secara mekanis ialah komposisi ukuran yang disebut size consist,

perbedaan berat jenis dari material yang dipisahkan, kimia permukaan, friability

relatif dari batubara dan impurities-nya serta kekuatan dan kekerasan dalam

proses pencucian batubara untuk memisahkan dari mineral pengotor, dipakai

berbagai jenis peralatan konsentrasi berdasarkan sifat-sifat batubara dari minera

pengotor. Perbedaan tersebut berupa sifat fisik atau mekanik dari butiran tersebut,

seperti halnya berat jenis, ukuran, warna, gaya sentripetal, gaya sentrifugal,

ataupun desain peralatan itu sendiri. Untuk menentukan kesesuaian alat yang

digunakan dalam mencuc batubara syarat yang diperlukan adalah ukuran butir

dari batubara yang akan dicuci, spesifik gravity dan kapasitas produksi yang

digunakan.

BAB II

PEMBAHASAN

II.1 Pengertian Pencucian Batubara

Pencucian batubara ialah usaha yang dilkakukan untuk memperbaiki

kualitas batubara, agar batubara tersebut memenuhi syarat penggunaan tertentu

atau sesuai dengan permintaan pasar dengan cara membersihkan batubara dari

pengotornya (Nukman,2009). Pengotor batubara dapat berupa pengotor homogen

yang terjadi di alam saat pembentukan batubara itu sendiri, yang disebut dengan

Inherent Impurities, maupun pengotor yang dihasilkan dari operasi penambangan

itu sendiri, yang disebut extraneous impurities.

II.2 Macam-Macam Alat Pencucian Batubara

1. Jig

Pencucian dengan alat ini didasarkan pada perbedaan spesific gravity.

Proses yang dilakukan Jig ini adalah adanya stratifikasi dalam bed sewaktu

adanya air hembusan. Kotoran cenderung tenggelam dan batubara bersih akan

timbul di atas.

Basic jig, Baum jig sesuai digunakan untuk pencucian batubara ukuran

besar, walaupun Baum Jig dapat melakukan pencucian pada batubara ukuran

besar tetapi lebih efektif melakukan pencucian pada ukuran 10 – 35 mm

dengan spesifik gravity 1,5 –1,6. Modifikasi Baum jig adalah Batac jig yang

biasa digunakan untuk batubara ukuran halus.

Untuk batubara ukuran sedang, prinsipnya sama yaitu pulsing (tekanan) air

hembusan berasal dari samping atau dari bawah bed. Untuk menambah bed

atau mineral keras yang digunakan untuk meningkatkan stratifikasi dan

menghindari percampuran kembali, mineral yang digunakan biasanya adalah

felspar yang berupa lump silica dengan ukuran 60 mm.

2. Dense Medium Separator (DMS)

Dense medium ini juga dioperasikan berdasarkan perbedaan spercific

gravity. Menggunakan medium pemisahan air, yaitu campuran magnetite dan

air. Medium campuran ini mempunyai spesific gravity antara batubara dan

pengotornya. Slurry magnetite halus dalam air dapat mencapai densitas relatif

sekitar 1,8 ukuran batubara yang efektif untuk dilakukan pencucian adalah 0,5

– 150 mm dengan Spesifik gravity 1,3 – 1,9 type dense-medium separator

yang digunakan dapat berupa bath cyclone dan cylindrical centrifugal. Untuk

cylinder centrifugal separator digunakan untuk pencucian batubara ukuran

besar dan sedang.

Dense medium cyclone bekerja karena adanya kecepatan dense medium,

batubara dan pengotor oleh gaya centrifugal. Batubara bersih ke luar menuju

ke atas dan pengotornya menuju ke bawah. Gambar 2 menunjukkan contoh

dense medium bath dan dense medium cyclone. Faktor penting dalam operasi

berbagai dense medium sistem didasarkan pada magnetite dan efisiensi

recovery magnetite yang digunakan lagi.

3. Hydrocyclone

Hydrocyclone adalah water based cyclone dimana partkel-partikel berat

mengumpul dekat dengan dinding cyclone dan kemudian akan ke luar lewat

cone bagian bawah. Partikel-partikel yang ringan (partikel bersih) mennuju

pusat dan kemudian ke luar lewat vortex finder. Diameter cyclone sangat

berpengaruh terhadap efektifitas pemisahan. Kesesuaian ukuran partikel

batubara yang akan dicuci adalah 0,5 – 150 cm dengan spesifik gravity 1,3 –

1,5

4. Concentration Tables

Proses konsentrasi table adalah konsentrasi dengan meja miring terdiri dari

rib-rib (tulang-tulang) bergerak ke belakang dan maju terus menerus dengan

arah yang horisontal. Partikel-partikel batubara bersih (light coal) bergerak ke

bawah table, sedangkan partikel-partikel kotor (heavy partical) merupakan

partikel yang tidak diinginkan terkumpul dalam rib dan bergerak ke bagian

akhir table.

Batubara ukuran halus dapat dicuci dengan alat ini secara murah tetapi

kapasitasnya kecil dan hanya efektif untuk melakukan pencucian pada

batubara dengan spesific gravity lebih besar 1,5 dengan ukuran partikel

batubara yang dicuci 0,5 – 15 mm.

5. Froth Flotation

Froth Flotation merupakan metode pencucian batibara yang banyak

digunakan untuk ukuran batubara halus. Froth flotation cell digunakan untuk

membedakan karakteristik permukaan batubara. Campuran batubara dan air

dikondisikan dengan reagen kimia supaya gelembung udara melekat pada

batubara dan mengapung sampai ke permukan, sementara itu partikel-partikel

yang tidak diinginkan akan tenggelam. Gelembung udara naik ke atas melalui

slurry di dalam cell dan batubara bersih terkumpul dalam gelembung busa

berada di atas. Kesesuaian ukuran butir batubara yang dicuci < 0,5 mm dengan

spesifik gravity 1,3.

II.3 Tahap-Tahap Pencucian Batubara

Proses pencucian batubara pada washing plant dapat diuraikan sebagai berikut :

1. Tahap preparasi

Tahap preparasi umpan (persiapan umpan) pada pencucian perlu dilakukan

dengan tujuan :

a. memperoleh ukuran butir yang cocok dengan desain peralatan pencucian

b. supaya kotoran mudah terliberasi dari tubuh batubara.

Dalam tahap preparasi kegiatan yang dilakukan pemisahan Raw Coal kasar (+75

mm) pemisahan raw coal kasar ini terjadi di Chain Conveyor yang dibawahnya di

pasang grizzly yang berukuran 75 mm.

2. Tahap Pra Pencucian

Tujuan dari tahap ini adalah menghilangkan material pengotor yang melekat

pada batubara dan mengurangi batubara yang berukuran -0,5 mm.

Dalam tahap pencucian kegiatan yang dilakukan meliputi :

a.  Prewetting (pembahasan awal)

b.  Descliming

3. Tahap Pencucian dan Pengurangan Kandungan Air

Tahap pencucian ini terjadi di dalam baum jig dan hydrocyclone

a. Baum Jig

Batubara pretreatment yang berukuran -75 mm dialirkan ke baum

jig melalui lubang umpan (jig fedd sluice). Pada baum jig, umpan

mengalami konsentrat gaya berat, sehingga diperoleh tiga macam produk

yaitu :

1. Batubara tercuci

Batubara tercuci hasil konsentrasi gaya berat berukuran -75 mm +

0,5 mm diteruskan ke dalam static screen dan double deck vibrating

screen untuk dikurangi kandungan airnya, serta dilakukan pemisahan

ukuran partikelnya. Double deck vibrating screen mempunyai lubang

bukaan sebelah atas 5 mm dan lubang bukaan sebelah bawah 0,5 mm,

sehingga terjadi pemisahan ukuran batubra tercuci setelah melewati

double deck vibrating screen sebagai berikut :

a). batubara tercuci ukuran -75 mm + 5 mm

Batubara tercuci ukuran -75 mm + 5 mm ini diangkut oleh belt

conveyor.

b). Batubara tercuci ukuran -5 mm + 0,5 mm

Batubara tercuci ukuran -5 mm + 0,5 mm ini dibawa oleh belt

conveyor dan selanjutnya bersama produk kasat di bawa ke

storage.

c). Batubara tercuci ukuran -0,5 mm

Batubara tercuci ukuran -0,5 mm ini ditampung pada dua

macam sumuran (sump). Untuk yang lolos dari descliming

screen ditampung effluent sump, sedangkan yang lolos dari

sizing screen ditampung pada main sump. Batubara yang masuk

ke effluent sump, bersama-sama dengan air dipompakan ke

effluent cyclone dan yang masuk ke main sump dipompakan ke

classifying cyclone untuk kemudian diproses lebih lanjut pada

unit pencucian berikutnya.

2. Produk menengah (middling)

Produk menengah dari baum jig diangkut dengan elevator A. dan

ditumpahkan ke dalam bak penampung kotoran (discard bin)

3. Batuan pengotor (Discard)

Batuan pengotor dari pengotor produk baum jg diangkut dengan

elevator B yang kemudian ditumpahkan ke dalam discard bin. Selanjutnya

produk menengah dan produk pengotor ini dibuang ke tempat

pembuangan dengan alat angkut truck.

c. Hydrocyclone

Umpan (feed) dari hydrocyclone berasal dari effluent sump dan

main sump. Material yang masuk ke dalam hyrocylone tersebut akan

mengalami konsentrasi gaya karena adanya gaya sentrifugal yang terjadi di

dalam cyclone, sehingga akan menghasilkan produk limpahan atas

(overflow) dan produk limpahan bawah (under flow). Limpahan bawah

tersebut selanjutnya akan menjadi umpanm pada slurry screen.

Produk limpahan atas dari hydrocyclone selanjutnya diproses pada

peralatan sebagai berikut :

1. Head box

Pada head box produk limpahan atas dari cyclone tersebut terbagi lagi

menjadi dua macam produk, yaitu produk limpahan atas dari head box

yang dipompakan lagi pada lounder untuk dipakai pencucian kembali dan

produk limpahan bawah yang selanjutnya dialirkan ke thickener.

2. Bak pengendap (thickener)

Over flow dari cyclone dialirkan ke bak penampungan (thickener).

Material yang masuk ke thickener merupakan material pengotoryang telah

bercampur membentuk lumpur, walau pada kenyataannya masih banyak

produk batubara umuran 0,5 mm yang terbawa bersama kotorannya.

Didalam thickener dengan bantuan flocculant terjadi proses pengendapan.

II.4 Desulfurisasi

Desulfurisasi batubara meruakan suatu proses penurunan kadar sulfur dari

batubara. Kandungan sulfur tersebut dapat menyebabkan pencemaran lingkungan,

menyebabkan kerusakan dan memperpendek umur dari alat produksi. Agar

batubara dapat dimanfaatkan lebih banyak sebagai bahan bakar maka dilakukan

proses penurunan kadar sulfur yang biasanya disebut dengan proses desulfurisasi.

Desulfurisasi batubara dibutuhkan tidak hanya untuk meminimalkan pencemaran

lingkungan yang diakibatkan emisi dari sulfur oksida selama pembakaran

batubara, tetapi juga untuk meningkatkan kualitas batubara.

Berdasarkan prosesnya, desulfurisasi batubara dapat dilakukan dengan

metode kimia, fisika dan biologi. Metode fisika terbatas hanyak dapat mereduksi

jenis sulfur anorganik dalam batubara, sedangkan sulfur organik tidak dapat

direduksi, kecuali bila dilakukan pada suhu yang sangat tinggi maka sulfur

organik memungkinkan juga untuk direduksi. Sedangkan metode kimia dan

biologi dapat mereduksi baik sulfur anorganik maupun sulfur organik dalam

batubara, hanya saja metode biologi menggunakan bantuan mikroba yang bekerja

pada suhu rendah sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mereduksi sulfur relatif

lama dari metode kimia.

II.5 Desulfurisasi Secara Fisika

Beberapa teknologi desulfurisasi secara fisika antara lain :

A. Pemisahan Magnet

Dalam proses pemisahan magnet (magnetic separation) dilakukan atas

perbedaan muatan listrik (paramagnetik) bahan dalam campuran. Sulfur dalam

bentuk pirit (FeS2) memiliki sifat paramagnetik, dapat melekat pada magnet

sehingga dapat dipisahkan dari campuran batubara. Metode ini sangat

sederhana, sebab tidak memerlukan bahan-bahan aditif dan pereaksi kimia,

hanya membutuhkan power untuk menggerakkan magnetdan mengalirkan

bahan batubara. Namun metode ini agak sulit mereduksi abu batubara

khususnya jenis abu yang mengandung logam-logam diamagnetik sehingga

fixed carbon dan nilai kalor sulit dipertahankan.

B. Kolam Flotasi

Proses flotasi berlangsung pada suatu sistemyang terdiri dari tiga fasa

yaitu fasa gas, caira, dan padat yang saling berinteraksi sedemikian rupa

(dengan tambahan flotation agent) sehingga terjadi pemaisahan aantara

komponen hidrofobik (anti air) dan komponen hidrofilik (suka air) Suatu

partikel yang akan dipisahkan (diapungkan) dalam sistem flotasi, biasanya

digunakan media pengangkut berupa gelembung udara. Partikel ini berukuran

halus, bersifat hidrofobik atau dibuat hidrofobik oleh kolektor (surfaktan)

dapat melekat pada permukaan gelembung udara dengan adanya gaya adhesi.

Untuk memudahkan pemisahan dan flotability, biasanya ditambahkan

flotation agent berupa kolektor ke dalam sistem flotasi, berfungsi sebagai

surfaktan dimaksutkan untuk menurunkan tegangan antara permukaan antara

partikel padat-udara, penurunan tegangan tersebut menyebabkan peningkatan

gaya adhesi antara partikel padat dengan permukaan gelembung udara.

Sehingga partikel padat mudah terflotasi dengan gelembung udara.

C. Flokulasi Selektif

Metode ini dikembangkan untuk meningkatkan efisiensi pengurangan

kadar sulfur dari batubara dengan kolom flotasi konvensional. Prinsip

pemisahan adalah dengan penambahan reagent flokulan kedalam kolom flotasi

yang secara selektif mampu membentuk flok batubara sehingga meningkatkan

efisiensi pemisahan.

II.6 Desulfurisasi Secara Biologi

Beberapa teknlogi desulfurisasi secara biologi antara lain :

A. Desulfurisasi Menggunakan Mikroba

Beberapa industri batubara mengembangkan teknik ini dengan

menggunakan campuran kultur alga dan bakteri yang mempunyai kemampuan

untuk mengoksidasi sulfur anorganik dan organik dalam batubara. Ada tiga

jenis bakteri yang biasa digunakan untuk bioksidasi sulfur dalam pirit, yaitu

Meshophiles (Thiobacillus Ferrooxidans), Thermophiles dan Exterm

Thermophiles (Acidanius Brierleyl dan Metallosphaera Sedula).

Bakteri ini menggunakan reaksi oksidasi pirit sebagai sumber energi

Oksidasi Fe+2 dan S-2 menjadi Fe+3 dan SO4 -2 berdasarkan reaksi berikut

(Thomas,1995) :

4FeS2 + 15O2 + 2H2O 4Fe+2 + 8SO4-2 + 4H+

Total sulfur yang dapat direduksi dengan metode desulfurisasi mikroba diatas mencapai 97%. Namun banyak variabel yang sangat peka dan harus dikontrol ketat seperti pH dan suhu (Andrews and Maczuga, 1984). Jenis mikroba Brevibacterium sp.DO Pseudomonas aeruginosa OS1 juga bisa digunakan untuk desulfurisasi batubara, khususnya jenis sulfur organik.

B. Desulfurisasi Kombinasi Metode Flotasi dan Mikroba

Metode ini menggunakan bakteri besi (iron bacteria) yang berfungsi sebagai

katalis untuk mengoksidasi sulfur pirit. Secara konvensional proses

desulfurisasi batubara dengan mikroba ini memerlukan waktu lama (sekitar 1

minggu) untuk memisahkan sulfur dari batubara secara efektif, namun

kombinasi metode flotasi dan leaching dengan menggunakan mikroba sebagai

katalis, waktu pemisahan bisa dipercepat. Secara konvensional proses leaching

sulfur pirit dalam batubara dengan katalis bakteri besi berlangsung sebagai

berikut :

2FeS2 + 7O2 + 2H2O 2FeSO4 + 2H2SO 4

2FeSO4 + ½ O 2 + H2SO4 Fe2(SO4)3 + H2O

FeS2 + Fe2(SO4)3 3FeSO4 + 2S

2S + O2 + 2H2O 2H2SO4

II.7 Desulfurisasi Secara Kimia

Beberapa teknlogi desulfurisasi secara kimia antara lain :

A. Desulfurisasi Menggunakan Etanol

Metode ini efektif untuk mengurangi sulfur anorganik dan sulfur organik

dalam batubara, telah dikembangkan sampai tahap pilot plant dengan proses

alir (continous process). Jenis reaktor yang digunakan berupa fluidized bed

dan moving bed.

B. Desulfurisasi Dengan Oksidasi Selektif

Proses desulfurisasi dilakukan dalam reaktor fluidisasi pada suhu antara

650–800ᴼF dengan menggunakan uap dan udara. Proses yang dikembangkan

oleh Battle Columbus Devision mampu mengurangi kadar sulfur total sebesar

95% dengan kehilangan panas rata-rata sebesar 15%. Gas SO2 yang

dihasilkan proses ini kemudian diproses lebih lanjut dalam unit DeSOx. Oleh

Palmer et al (1994) melakukan desulfurisasi batubara menggunakan oksidasi

selektif dengan campuran pereaksi hidrogen peroksida dan asam asetat yang

akan membentuk asan peroksi asetat secara in situ. Kelebihan pereaksi ini

mampu mereduksi semua kandungan sulfur anorganik dan sebagian sulfur

organik dalam batubara.

C. Desulfurisasi Menggunakan Asam Sulfonat Triflorometan (TFMS)

Metode ini menggunakan pelarut organik (toluena) dan asam sulfonat

triflorometan (TFMS) sebagai katalis. Metode ini dikembangkan hanya untuk

mengurangi kadar sulfur organik yang sulit dipisahkan dengan metode

konvensional. Proses desulfurisasi dilakukan dalam reaktor slury pada suhu

sekitar 200ᴼC. Pada konsentrasi TFMS 45,2 % mmol/g batubara diperoleh

tingkat desulfurisasi 48,7%.

D. Desulfurisasi Menggunakan Larutan Barium Klorida

Metode ini umumnya hanya efektif untuk menghilangkan sulfur anorganik

terutama pirit, berdasarkan reaksi sebagai berikut :

FeS2 + 2BaCl2 + 22H2O 2BaSO4 + FeCl2 + 14H2O +7H2

Reduksi sulfur organik tidak efektif dengan pereaksi ini karena BaCl2

merupakan oksidator lemah. Disamping itu, sulitnya pemisahan endapan

BaSO4 yang terbentuk diproses ini menjadi problem lain sehingga metode ini

kurang dikembangkan.

E. Desulfurisasi Menggunakan Oksidator Besi Sulfat atau Besi Klorida

Metode ini cukup efektif untuk mengurangi kadar sulfur khususnya sulfur

anorganik (pirit) dalam batubara. Prinsip utama desulfurisasi ini adalah

dengan meggunakan reaksi oksidasi-reduksi. Keuntungan proses ini adalah

larutan Fe2(SO4)3 memungkinkan direcovery untuk di reuse sehingga bisa

menghemat biaya produksi, tetapi laju reaksinya relatif lambat pada suhu

kamar

FeS2 + Fe2(SO4)3 3FeSO4 + 2S

2S + O2 + 2H2O 2H2SO 4

2FeSO4 + O2 + H2SO4 Fe2(SO4)3 + H2O

Demikian juga menggunakan oksidator besi (III) klorida memungkinkan

mereduksi sulfur anorganik dalam batubara, dengan suhu reaksi berkisar 120-

150ᴼC.

F. Desulfurisasi Menggunakan Pereaksi Asam H2O2 / H2SO4, HCL dan HNO3

Pereaksi asam HCl, HNO3 dan H2O2/H2SO4 terbukti dapat mereduksi

sulfur dalam batubara high sulphur pada suhu reaksi 80ᴼC. Larutan hidrogen

peroksida, H2O2 yang diencerkan kedalam larutan encer H2SO4 0,1 N secara

kimia bereaksi dengan material sulfur yang terkandung dalam batubara.

Reaksi ini berlangsung dalam suasana asam, dimana hidrogen peroksida

mengoksidasi mineral-mineral sulfida (dalam bentuk pyrit) yang dapat

digambarkan dengan reaksi berikut :

FeS2 + 7/2 O2 + H2O Fe2+ + 2SO42- + 2H+ (1)

Fe2+ + 1/4 O2 + H+ Fe3+ + 1/2 H2O (2)

Fe3+ + 3H2O Fe(OH)3 + 3H+ (3)

FeS2 + 15/4 O2 + 7/2 H2O 2H2SO4 + Fe(OH)3 (4)

Persamaan reaksi (1) menunjukkan oksidasi dari kristal pirit oleh oksigen,

persamaan reaksi (2). menunjukkan oksidasi dari ferrous iron (Fe2+) menjadi

Ferric iron dan persamaan reaksi (3). menunjukkan hidrolisis ferric iron dan

pengendapannya menjadi besi hidroksida Fe(OH)3. Bila ketiga persamaan

tersebut dijumlah akan memberikan hubungan stokiometri secara menyeluruh

seperti pada persamaan reaksi (4).

DAFTAR PUSTAKA

Marthen, Mery. 2014. “Desulfurisasi Batubara Secara Kimia Dengan Solvent

Leaching Method Menggunakan H2O2 dalam Larutan H2SO4”. Program Studi

Teknik Kimia, Universitas Fajar. Makassar.