Paper Particle Size
-
Upload
zebian-paskalis-pratama -
Category
Documents
-
view
78 -
download
2
description
Transcript of Paper Particle Size
Oleh :
Amelia Syifa H. ( 1306368204 )
Ira Ariyani ( 1306368210 )
Masnita Simbolon ( 1306368305 )
Johanes James ( 1306368280 )
Tugas Paper Pengolahan Mineral
Partikel Sizing
Teknik Metalurgi dan
MaterialUniversi
tas Indonesi
Introduction
Pada tahap pemisahan, analisa ukuran partikel produk digunakan untuk
menentukan ukuran optimum suatu umpan dalam proses tertentu agar tercapai
efisiensi maksimum dan menentukan batas ukuran yang dapat menyebabkan loss,
sehingga loss tersebut dapat dikurangi. Dikarenakan pada saat pengujian ukuran,
hanya bisa mengukur sejumlah kecil material yang akan digunakan, sangat
penting diingat bahwa sampel yang diuji tersebut haruslah mampu
merepresentasikan secara keseluruhan si material itu sendiri.
Particle size and shape
Tujuan sebenarnya dari pengukuran partikel secara akurat adalah untuk
mendapatkan suatu data kuantitatif mengenai ukuran dan distribusi ukuran
partikel suatu material. Akan tetapi, bentuk partikel yang irregular biasanya tidak
dapat diukur. Untuk itu, pada partikel irregular, sering dugunakan istilah diameter
ekivalen.
Berdasarkan prosesnya masing-masing, didefinisikan pula istilah-istilah diameter
ekivalen lainnya.
Stoke diameter = berdasarkan teknik sedimentasi dan elutriasi.
Projected area diameter= diukur secara mikroskopis
Sieve-aperture diameter= diukur dengan teknik ayakan.
Teknik Metalurgi dan
MaterialUniversi
tas Indonesi
Sieve Analysis
Sieve analysis merupakan metode yang paling pertama kali digunakan
dalam analisa ukuran partikel. Tekniksnya, material sampel disebarkan
merata ke dalam ayakan, lalu partikel-partikel yang jatuh dari saringan
ayakan tersebut ditimbang beratnya untuk mendapatkan size fractionnya.
Proses sieving dibagi jadi dua proses, yaitu :
1. Pembuangan partikel-partikel yang dianggap berukuran lebih kecil dari
ukuran celah/lubang kisi ayakan itu sendiri
2. Pemisahan partikel-partikel yang berukuran hampir mendekati ukuran
yang diinginkan. Prosesnya bertahap dan hanya beberapa kali (jarang)
yang mencapai akhir proses.
Kedua proses ini memerlukan ayakan yang dibuat sedemikian rupa sehingga
diharapkan seluruh partikel material dapat melewati ayakan.
Efektivitas dari proses uji ayak ini ditentukan oleh seberapa banyak jumlah
material yg ditaruh di ayakan dan dengan mekanisme ayak seperti apa dilakukan.
Jika material yang diisikan ke dalam ayakan terlalu besar, bagian bawah material
tersebut justru akan sulit untuk melewati ayakan karena tidak tepatnya posisi
material tadi yang terlalu besar. Di sisi lain, partikel yang akan diayak harus
dalam jumlah yang cukup untuk merepresentasikan material secara keseluruhan.
Sehingga, ukuran minimum sampel pun diatur.
Test Sieves
Pengujian penyaring ini didisain untuk besar celah tertentu, dimana besar celah ini
merupakan diameter lubang lingkaran dari penyaring itu. Jenis-jenis ukuran
lubang penyaring ini sudah banyak digunakan, yang paling populer diantaranya
German Standard, DIN 4188 ; ASTM Standard, E11 ; The American Tyler
Series ; The French Series, AFNOR ; dan The British Standard, BSS 410.
Penyaring woven(Tenun)-wire didisain untuk besaran lubang yang mengacu
pada nomor kawat per inci, atau sama dengan lubang persegi per inci. Metode ini
sudah secara luas digunakan dan sampai 1962 dibentuk disain dasar di BS 410.
Tapi hal ini memiliki kerugian dimana jenis lubang penyaring yang sama pada
jenis-jenis standar yang ada memiliki perbedaan, tergantung dari ketebalan pada
kawat yang digunakan pada woven-wire. Penyaring saat ini dibentuk dengan
ukuran lubang yang bisa memberikan informasi yang diperlukan kepada
penggunanya.
Banyak para pekerja masih mengacu pada ukuran penyaring denagn tingkat-
tingkat nomor lubang, table 4.2 menjelaskan nomor lubang dari BSS 410 dengan
ukuran besaran celah.
Tabel 4.2. BSS 410 wire-mesh sieves
Mesh number Nominal aperture size (µm) Mesh number Nominal aperture size (µm)
3 5600 36 425
3.5 4750 44 355
4 4000 52 300
5 3350 60 250
6 2800 72 212
7 2360 85 180
8 2000 100 150
10 1700 120 125
12 1400 150 106
14 1180 170 90
16 1000 200 75
18 850 240 63
22 710 300 53
25 600 350 45
30 500 400 38
Pengujian penyaringan tidak tersedia dengan ukuran celah lebih kecil dari
37µm. Penyaring micromesh tersedia pada ukuran lubang dari 5 µm samapi 150
µm dan dibuat oleh nikel electroforming pada lubang persegi dan melingkar. Tipe
populer yang lain adalah “micro-plate sieve” yang diproduksi oleh electoetching
nickel plate.
Micro-sieves digunakan untuk penyaringan kering atau basah dimana
tingkat akurasi yang sangat tinggi disyaratkan pada analisis ukuran partikel.
Toleransi pada penyaringan ini lebih baik dari penyaringan woven-wire, celah
yang diperbolehkan ±2 µm dari ukuran besaran.
Pilihan Ukuran Penyaring
Masing-masing seri dari standar celah memiliki hubungan yang tetap satu sama
lain. Kebanyakan seri penyaring modern didasarkan pada akar keempat dari 2
rasio atau pada skala meter, akar kesepuluh dari 10, dimana bisa dibuat
kemungkinanyang lebih dekat dari partikel.
Bagi kabanyakan analisis ukuran, hal itu biasanya tidak dapat dipraktikkan dan
tidak bisa digunakan dalam seri partikel. Sebagai alternative penyaring, seri akar
kedua sudah cukup biasa dimana memiliki ukuran yang besar untuk sebuah
partikel. Atau pekerjaan yang membutuhkan akurasi, penyaring seri akar keempat
bisa digunakan.
Umumnya, besr penyaringan harus dipilih bahwa tidak boleh lebih dari 5 %
sampel yang melewati penyaring. Batas ini tentu saja bisa dikurangi untuk
akurasi yang tinggi.
Sub Sieve Techniques
Teknik sub-sieving biasa digunakan untuk menganalisa partikel bijih
logam berukuran dibawah 40 mm. Metode yang sering digunakan yaitu metode
sedimentasi , teknik elutriasi, pengukuran mikroskopik, dan elektronik.
Banyak konsep yang digunakan untuk menganalisa ukuran partikel dalam
sub-sieve range. Perlu kehati-hatian ketika menggabungkan distribusi ukuran
partikel dari metode yang berbeda-beda. Akan lebih baik apabila satu metode
digunakan untuk satu jangkauan distribusi (range of single distribution) partikel,
namun pada kenyatannya memang tidak mungkin. Untuk mengatasi masalah
tersebut, kita bisa memperhatikan hal berikut.
Stokes’ Equivalent Diameter
Dalam teknik sedimentasi, material terdispersi dalam cairan dan
ditempatkan dalam kondisi yang terkontrol dengan baik. Sedangkan, untuk
“teknik elutriation” sampel diukur dengan mendispersikan material dengan
melawan kenaikan kecepatan cairan. Kedua teknik pemisahan didasarkan pada
ketahanan terhadap pergerakan cairan. Ketahanan terhadap cairan menentukan
kecepatan terminal dimana partikel mencapai dasar cairan akibat pengaruh gaya
gravitasi.
Untuk partikel yang lebih kecil dari sub-sieve range, kecepatan
terminalnya:
Dimana:
V= kecepatan terminal partikel
d= diameter partikel
g= kecepatan gravitasi
Ds= massa jenis partikel
Df= massa jenis cairan
η= viskositas fluida
Hukum stoke hanya valid pada daerah aliran laminar dimana batas ukuran
partikel yang lebih besar dapat diuji dengan metode sedimentasi maupun metode
elutriasi. Batas penentuan ukuran partikel tersebut disebut dengan bilangan
reynold, sebagai berikut:
R = Vd Df
η
Dimana:
R = bilangan reynolds
Secara umum hukum stoke dapat diterapkan untuk partikel yang lebih
kecil dari 40 µm yang terdispersi dalam cairan, untuk partikel yang besar dari 40
µm akan terbuang pada proses pengayakan.
a. Sedimentasi (Sedimentation Methods)
Metode ini digunakan berdasarkan pengukuran tingkat kecepatan settling
partikel secara seragam dalam sebuah fluida. Material yang akan diukur didispersi
dalam fluida dan ditempatkan dibawah kondisi yang terkontrol dengan baik.
Pengukuran dari laju endapan partikel serbuk yang tersebar merata dalam cairan
harus memenuhi range ukuran partikel 2-200 mikron.
Jenis metode yang digunakan dalam proses sedimentasi ini ada dua macam yaitu :
1. Beaker decantation
2. Andreasen pipette
Beaker Decantation
Prinsip kerja dari metode ini adalah :
1. Ukuran mineral yang dimasukkan ke dalam beaker relatif sama, namun
massa jenisnya berbeda
2. Mineral yang diuji tersebar merata pada beaker yang berisi fluida
t = h/v
3. Material yang diuji terdispersi secara seragam pada beaker yang berisi air
4. Dalam beaker tersebut dimasukkan tabung syphon hingga kedalaman (h) di
bawah water-level, sesuai dengan 90% kedalaman air (L)
5. Boleh ditambahkan wetting agent untuk memastikan seluruh partikel-
partikel terdispersi
Setiap
partikel
mempunyai ukuran dan kecepatan settling (v) yang bervariasi. Untuk menghitung
waktu yang dibutuhkan partikel untuk settling bisa menggunakan rumus berikut :
Keuntungan dari penggunaan beaker deacantation :
a. Murah dan sederhana
b. Dapat melakukan pemisahan berdasarkan massa jenis mineral
c. Mineral yang didapat dapat dianalisis secara kimia dan mineralogi
Sedangkan kekurangannya adalah :
a. Waktu yang dibutuhkan untuk partikel yang kecil relatif lama
b. Tidak boleh ada turbulensi
Andreasen Pipette
Prinsip kerja dari metode ini adalah :
1. Metode ini menggunakan botol silinder dan pipet yang terhubung dengan
reservoir 10ml
2. 3-5% sampel tersebar merata dalam fluida dengan penambahan air
kedalam botol
3. Suspensi dibiarkan mengendap lalu sampel ditarik keatas dengan
menggunakan penghisap
4. Setelah itu sampel dimasukkan kedalam collecting dish
5. Tiap sampel diambil dan dikeringkan kemudian ditimbang
6. Berat dari hasil tersebut dibandingkan dengan material yang sama
volumenya dengan suspensi yang asli
Keuntungan dari penggunaan Andreasen Pipette :
a. Mudah dan sederhana
b. Waktu yang dibutuhkan tidak terlalu lama
Sedangkan kekurangannya adalah sebagai berikut :
a. Sampel yang diambil tiap representatif dari material lebih kecil dari
ukuran partikular sehingga tidak bisa dianalisa secara kimia dan
mineralogi
b. Tidak boleh ada turbulensi
b. Teknik Elutriasi (Elutriation
Technique)
Elutriation adalah proses untuk memisahkan partikel berdasarkan ukuran,
bentuk dan kepadatan, menggunakan aliran gas atau cairan yang mengalir ke arah
yang biasanya berlawanan dengan arah sedimentasi. Metode ini terutama
digunakan untuk partikel yang lebih kecil dari 1 μm. Semakin kecil atau ringan,
partikel akan naik ke atas (overflow) karena kecepatan sedimentasi terminal
partikel tersebut lebih rendah dari kecepatan fluida.
Semua elutriator terdiri dari satu atau lebih kolom penyortiran dimana
fluida naik pada kecepatan yang konstan. Feed partikel dimasukkan ke kolom
penyortiran yang akan memisahkannya menjadi 2 fraksi sesuai dengan kecepatan
terminalnya yang dihitung dengan hukum stoke.
Partikel – partikel yang memiliki kecepatan terminal lebih rendah daripada
kecepatan fluidanya, maka akan mengalir ke atas, sedangkan partikel yang
memiliki kecepatan yang lebih besar daripada kecepatan fluidanya, maka akan
turun ke bawah. Elutriasi dilakukan sampai tidak terlihat tanda-tanda klasifikasi
lebih lanjut yang terjadi.
Waktu yang dibutuhkan agar volume berubah pada kolom penyortiran
yaitu h/v, dan waktu yang diperlukan ukuran partikel d1 (partikel yang kecil)
untuk bergerak dari bawah ke atas pada kolom penyortir yaitu h/v1.
Oleh karena itu jumlah perubahan volume yang diperlukan untuk
memindahkan semua partikel d1 pada kolom penyortir adalah
Jumlah volume yang berubah dari nilai d1/d adalah
Kelebihan dari elutriasi
adalah perubahan volume yang tidak membutuhkan perhatian operator. Tetapi
juga memiliki kerugian yaitu kecepatan fluida yang tidak konstan, fluida yang
melintasi kolom penyortir akan menjadi minimum pada dinding kolom dan
maksimum pada tengah kolom.
Microscopic Particle Sizing and Image Analysis
Microscopy dapat digunakan sebagai metode analisis mutlak untuk analisis
ukuran partikel karena merupakan satu-satunya metode dimana partikel-partikel
diamati dan diukur. Gambar dari partikel dilihat dalam mikroskop adalah 2
dimensi dan dari gambar tersebut dapat diperkirakan ukuran partikel yang harus
dibuat. Pengukuran mikroskopis membandingkan area yang diproyeksikan dari
partikel dengan bidang referensi lingkaran,atau graticules,diketahui ukuran dan itu
merupakan hasil yang sangat penting bahwa daerah partikel yang diproyeksikan
adalah merupakan sampel dari ukuran partikel.Ini memerlukan orientasi acak
dalam 3 dimensi dari partikel pada mikroskop.
Metode mikroskop optik dapat digunakan pada partikel dengan ukuran 0,8 – 150
µm,dan dibawah 0.001µm menggunakan mikroskop elektron.
Pada dasarnya semua metode mikroskopic digunakan pada sampel laboratorium
yang sangat kecil yang harus dikumpulkan dengan sangat berhati-hati agar dapat
benar-benar representatif.
Pada mikroskop optik manual,partikel yang tersebar dilihat dengan transmisi dan
area dari gambar diperbesar dibandingkan dengan area lingkaran.
Jumlah relatif partikel ditentukan pada serangkaian kelas ukuran yang ada. Ini
mewakili distribusi ukuran dengan nomor,dengan ini memungkinkan untuk
menghitung distribusi menurut volume,kerapatan partikel dan berat partikel.
Analisa manual dari mikroskop geser rawan kesalahan.Dan sekarang sistem
semiotomatis dan otomatis telah dikembangkan untuk mempercepat analisa dan
memperkecil kesalahan metode manual.
Perkembangan dari analisis kuantitatif gambar telah memungkinkan penggunaan
ukuran partikel yang halus untuk sampel laboratorium.Penganalisa gambar
menerima sampel dalam berbagai macam bentuk foto,electron micrograph yang
sudah terintegrasi pada sistem sofware. Gambar 4.13 menunjukkan gambar
elektron dari partikel mineral yang diperoleh dengan cara scanning mikroskop
electron. Plot merupakan dasar dari analisa dari beberapa ratus ribu partikel dari
sampel asli,dan akan ditunjukkan secara otomatis pada sistem software.Image
analisys tersedia dalam berbagai bentuk perhitungan dari banyak hal (seperti
ukuran,permukaan daerah dan batas panjang) untuk banyak metode
gambar,seperti optical dan electron.
Electrical Resistance Method
Beckman Coulter Counter memanfaatkan perubahan arus dalam sebuah rangkaian
listrik dikurangi dengan kehadiran dari sebuah partikel. Partikel-partikel mengalir
melalui celah kecil mempunyai elektrode terbenam di kedua sisinya. Konsentrasi
partikel pada hakikatnya partikel yg melewati celah pada satu waktu.
Setiap bagian partikel menggantikan elektrolit dalam celah kecil, sejenak
mengubah perlawanan antara elektroda dan menghasilkan tegangan yang besarnya
sebanding dengan partikel volume. pulsa yang diperkuat yang diumpankan ke
rangkaian yang memiliki layar yang dapat mengatur level tegangan, dan pulsa
tersebut yang mencapai atau melampaui tingkat ini dihitung, perhitungan ini
merepresentasikan jumlah partikel lebih besar dari volume yg telah di tentukan
sebelumnya
Dengan mengambil serangkaian perhitungan variasi amplifikasi dan pengaturan
ambang batas, data langsung diperoleh untuk menentukan jumlah frekuensi
terhadap volume yang dapat digunakan untuk menentukan ukuran distribusi.
Sebagai alat partikel ukuran volume,diameter yang ekuivalen dihitung dari sebuah
lingkaran yang memiliki volume yang sama.
Secara sederhana prinsip kerjanya ialah
Perubahan arus dalam aliran listrik dianggap sebagai perwakilan partikel
Partikel digantungkan dalam larutan konduktif, yang mengalir melalui
lubang kecil dan mempunyai elektroda tercelup di sisi yang lain
Konsentrasi partikel tersebut ditransverse melalui lubang secara bersamaan
Setiap perpindahan partikel Þ memindahkan elektrolit Þ perubahan
tahanan diantara elektroda Þ menghasilkan simpangan tegangan yang
secara proporsional menunjukkan volume partikel.
Resultan dari simpangan tegangan ini diperkuat dan kemudian dihitung
Instrumen difraksi laser
Dalam beberapa tahun terakhir, beberapa instrumen yg memiliki prinsip difraksi
sinar laser dengan partikel menjadi nyata termasuk Malvem Master - Sizer dan
Microtrac. Sinar laser dilewatkan melalui suspensi yang encer dari partikel-
partikel yang beredar melalui sel optik. Cahayanya dihamburkan oleh partikel dan
dideteksi oleh solid state detector yang dapat mengukur intensitas cahaya pada
rentang sudut. Sebuah Teori hamburan cahaya digunakan untuk menghitung
distribusi ukuran partikel dari distribusi cahaya pola, partikel lebih halus
mempengaruhi untuk lebih menyebar daripada partikel kasar. Instrumen
sebelumnya yang menggunakan teori Fraunhofer lebih cocok untuk partikel kasar
di memiliki kisaran 1- 2.000 pm
The laser diffraction instrument principle (from Napier-Munn et al., 1996;
Courtesy JKMRC, The
University of Queensland)
Instrumen difraksi laser cepat, mudah dalam penggunaan, dan memberikan hasil
yang dapat diulang. Akan tetapi, Teori hamburan cahaya tidak memberikan
definisi tentang ukuran yang kompatibel dengan metode lain, seperti sieving.
Dalam sebagian besar aplikasi pengolahan mineral, misalnya, laser diffraction size
distributions cenderung muncul lebih kasar daripada metode lainnya. Austin dan
Shah (1983) telah menyarankan sebuah prosedur untuk konversi antar difraksi
laser dan sieve size distribusi, dan konversi sederhana dapat dikembangkan
dengan regresi untuk karakteristik material yang konsisten. Selain itu hasil dapat
bergantung pada indeks bias relatif partikel padat dan medium cair.
Untuk alasan ini, laser diffraction size analysers harus digunakan dengan hati-hati.
Untuk perbandingan di beberapa lingkungan atau bahan-bahan, atau dengan data
diperoleh dengan metode lain, kehati-hatian harus digunakan dalam menafsirkan
data. instrumen ini tentu saja tidak memberikan pecahan sampel untuk analisis
selanjutnya
cara kerja :
Bubuk yang akan diperiksa terdispersi dalam bentuk cair, kemudian akan
disebar melalui cell kaca
Sinar parallel yang berasal dari laser berkekuatan rendah menyinari bagian
atas dari cell dan sinar yang pergi/ hilang akan difokuskan oleh alat sistem
optik yang bersifat konvergen
Keuntungannya antara lain :
Mudah untuk digunakan
Hasil cepat didapat
Reproduksibiltas tinggi
Adapun kekurangannya :
Membutuhkan biaya yang tinggi
On-line analisis ukuran partikel
sejak 1971, sistem PSM dihasilkan oleh Armco Autometrics (kemudian
dilanjutkan oleh Svedala dan sekarang oleh Thermo Gamma - Metrik) sekarang
telah dipasang di sejumlah pabrik pengolahan mineral (Hathaway dan Guthnals,
1976).
PSM-400 System
PSM sistem yang terdiri dari tiga bagian: udara eliminator, bagian sensor, dan
bagian elektronik. Eliminator udara menarik sampel dari proses dan membuang
gelembung udara. Hasil tersebut lalu melewati sensor. Pengukuran tergantung
pada berbagai penyerapan gelombang ultrasonik dalam suspensi dari ukuran
partikel yang berbeda karena konsentrasi solid juga membutuhkan penyerapan
radiasi ultrasonik, dua pasang pemancar dan penerima, operasi pada frekuensi
yang berbeda yang digunakan untuk mengukur Ukuran partikel dan konsentrasi
padatan pulp, pengolahan informasi ini dilakukan secara elektronik.
PSM-400 System
Versi terbaru dari PSM, Thermo GammaMetrics' PSM-400MPX mampu
menangani slurries hingga 60% padatan w / w dan output lima ukuran pecahan
secara bersamaan. Prinsip-prinsip pengukuran lainnya sekarang tersedia dalam
bentuk komersial untuk slurries. The Outokumpu PSI 100 sistem mengukur
ukuran individu partikel dalam slurry stream secara langsung menggunakan
reciprocating caliper sensor yang mengubah posisi (dan juga ukuran) menjadi
sinyal listrik (Saloheimo andAntilla, 1994). Outokumpu juga telah
mengembangkan versi on-line dari difraksi laser principlethe PSI 500 (Kongas et
al., 2003).
Analisis gambar umumnya digunakan dalam sizing batu dalam conyeyor belt.
Sistem yang tersedia termasuk yang disediakan oleh Split Engineering, WipFrag,
dan Metso. kamera tetap dengan
pencahayaan yang tepat menangkap gambar dari partikel-partikel di conveyor belt
, dan lalu dengan menggunakan software dilakukan koreksi dan dihitung distribusi
ukuran partikel.
Masalah umum dengan sistem pencitraan adalah ketidakmampuan untuk
"melihat" partikel dibawah lapisan atas dan sulitnya mendeteksi partikel halus.
Namun, mereka berguna dalam mendeteksi perubahan ukuran dalam rangkaian
crusher, dan semakin digunakan dalam mengukur feed untuk SAG mill untuk
digunakan dalam kontrol mill.
Secara singkat cara kerjanya ialah :
Eliminator udara menarik sampel dari aliran proses dan menghilangkan
gelembung udara yang naik. Pulp yang tidak berudara akan melewati
diantara sensor
Pengukuran tergantung pada banyaknya absorpsi dari gelombang
ultrasonic pada suspensi dari ukuran partikel yang berbeda-beda
Konsentrasi padatan juga mempengaruhi dari absorpsi radiasi ultrasonic,
dua bagian transmitter dan receiver dioperasikan pada frekuensi yang
berbeda-beda yang bekerja untuk mengukur ukuran partikel dan
konsentrasi padatan dari pulp
Informasi dari proses ini dilakukan oleh section/bagian elektronik
Referensi
B.A Wills. Mineral Processing Technology. Camborne School of Mines,
Cornwall, England
http://www.particletesting.com/Services-Provided/Microscopy.aspx
http://www.usp.org/sites/default/files/usp_pdf/EN/USPNF/
revisionGeneralChapter788.pdf