Pengaruh Koagulan dan Flokulan Terhadap Pengendapan di Dalam Thickener Untuk Pemanfaatan Tailing

di PT Antam Tbk Unit Bisnis Pertambangan Emas Pongkor

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Dalam Mendapatkan Gelar Sarjana Teknik Metalurgi

di Institut Teknologi Bandung

Oleh:

Pulung Adi Prakoso 12104096

PROGRAM STUDI TEKNIK METALURGI FAKULTAS TEKNIK PERTAMBANGAN DAN PERMINYAKAN

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2009

LEMBAR PENGESAHAN

PENGARUH KOAGULAN DAN FLOKULAN TERHADAP PENGENDAPAN

DI DALAM THICKENER UNTUK PEMANFAATAN TAILING

DI PT ANTAM Tbk UNIT BISNIS PERTAMBANGAN

EMAS PONGKOR

TUGAS AKHIR

Bandung, Maret 2009

Disetujui untuk

Program Studi Teknik Metalurgi

Oleh:

Pembimbing

Dr. Ir. Edy Sanwani, MT

NIP 132096457

Pulung Adi Prakoso

ii

“Yes, there were times

I'm sure you knew

When I bit off more than I could chew

But through it all,

when there was doubt

I ate it up and spit it out

I faced it all and I stood tall

And did it my way”

Kupersembahkan untuk:

Ayah, Ibu dan Adik-adikku tercinta

iii

Pengaruh Koagulan dan Flokulan Terhadap Pengendapan di Dalam Thickener Untuk Pemanfaatan Tailing

di PT Antam Tbk Unit Bisnis Pertambangan Emas Pongkor

Pulung Adi Prakoso 12104096

Ringkasan

Proses pengisian ulang (backfilling) tambang bawah tanah adalah salah satu faktor penting dalam sistem penambangan cut and fill yang diterapkan di PT Antam Tbk UBPE Pongkor. Sebelum dilakukan pengisian ke dalam stope, slurry tailing pengolahan bijih emas diendapkan di dalam unit thickener dengan tujuan untuk meningkatkan persen solid underflow (menjadi 55-60% solid) dan menghasilkan air limpahan (overflow) yang jernih. Underflow yang dihasilkan digunakan untuk pengisian ulang sedangkan overflow digunakan untuk proses pengeboran di tambang bawah tanah. Agar kualitas overflow ini tinggi (jernih) dan proses pengendapan berjalan dengan cepat maka diperlukan penambahan bahan penggumpal yang disebut koagulan dan flokulan. Koagulan berfungsi untuk menetralkan muatan listrik pada partikel-partikel halus sehingga dapat meningkatkan jarak efektif gaya tarik-menarik London-Van Der Waals dan membentuk partikel-partikel kecil. Flokulan bekerja dengan cara mengaglomerasi partikel padat tailing sehingga terjadi proses sedimentasi yang cepat. Kondisi aktual di lapangan tidak menghasilkan overflow yang jernih sehingga menghambat proses penambangan. Agar diperoleh koagulan dan flokulan yang dapat bekerja baik pada kondisi operasi di thickener maka koagulan dan flokulan harus diuji dahulu secara batch sedimentation di laboratorium. Variabel pengujian disesuaikan dengan kondisi operasi di thickener. Pada dasarnya variabel pengujian ini adalah faktor-faktor yang mempengaruhi operasi koagulan dan flokulan, seperti konsentrasi koagulan dan flokulan, persen padatan slurry taling, derajat keasaman (pH) slurry tailing, dan dosis koagulan dan flokulan. Hasil percobaan menunjukkan bahwa slurry yang memiliki komposisi 21% solid dengan pH 8 merupakan kondisi yang efektif dan optimum. Slurry tersebut membutuhkan koagulan dengan konsentrasi sebesar 5 kg/125 L (40.000 ppm) sebanyak 82,94 gr/ton padatan slurry dan konsentrasi flokulan sebesar 1,5 kg/m3 (1500 ppm) sebanyak 16,17 gr/ton padatan slurry untuk mengendap. Kondisi operasi tersebut menghasilkan kecepatan pengendapan sebesar 5,07 m/jam dan menghasilkan overflow dengan harga total suspended solid sebesar 27 mg/L (jernih). Selain itu, hasil percobaan menghasilkan penghematan biaya operasional sebesar 8,97%.

vii

The Influence of Coagulant and Flocculant on the Sedimentation Inside The Thickener for Tailing Utilization at PT Antam Tbk

Pongkor Gold Mine Business Unit

Pulung Adi Prakoso 12104096

Abstract

Underground mine refilling process (backfilling) is one of important factors in cut and fill mining system that is applied at PT Antam Tbk UBPE Pongkor. Before the tailing slurry is filled into stope, it is precipitated in a thickener unit to improve percent solid of underflow (become 55-60% solid) and produce clear overflow water. The underflow is used for backfilling whereas the overflow is used for drilling process in underground mine. To produce a high quality of overflow and quick precipitation process, agglomerating materials, called as coagulant and flocculant, are required to be added into the thickener. The function of coagulant is to neutralize fine particle’s charge, so that the effective gap of London-Van Der Waals forces can be increased and small particles could be formed. Flocculant could agglomerate tailing solid particles and therefore a faster sedimentation process can be obtained. In the actual condition, clear overflow could not be produced, so that the mining process could also be obstructed. To find the best and suitable coagulant and flocculant concentrations (dosages) for thickening process, the coagulant and flocculant must be tested by batch sedimentation in laboratory. Variables for sediment test were chosen in relation with operating conditions in the thickener. Basically, the test variables are factors that affect coagulation and flocculation processes such as concentration of coagulant and flocculant, percent solid of tailing, acidity (pH), and coagulant and flocculant dosages. The results of experiment shows that slurry conditions with 21%-solids and pH 8 are the optimum and effective conditions. This slurry require coagulant concentration of 5 kg/125 L (40,000 ppm), coagulant dosage of 82.94 gr/dry ton solid tailing, flocculant concentration of 1.5 kg/m3 (1,500 ppm), flocculant dosage of 16.17 gr/dry ton solid tailing to precipitate. These operating conditions produce sedimentation rate of 5.07 m/hour and clear overflow with total suspended solid of 27 mg/L. Furthermore, from the results of experiment and operational cost optimation it was shown that operational cost could be saved by 8.97%.

viii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, karena atas berkat dan

limpahan karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penulisan tugas

akhir ini dengan baik. Pelaksanaan tugas akhir ini merupakan bagian kurikulum

pendidikan di kampus untuk memenuhi syarat lulus sarjana.

Selama melaksanakan penelitian di PT Antam Tbk Unit Bisnis Pertambangan

Emas (UBPE) Pongkor, penulis diperkenalkan kepada dunia pertambangan

langsung di lapangan. Dalam menyelesaikan tugas akhir ini penulis banyak

mendapatkan bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis ingin mengucapkan

terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Bapak Dr. Ir. Sunara Purwadaria M.Sc. sebagai ketua Program Studi

Teknik Metalurgi.

2. Bapak Dr. Ir. Eddy Agus Basuki, M.Sc. yang telah memberikan semangat

dan saran terhadap penulisan tugas akhir ini.

3. Bapak Dr. Ir. Edy Sanwani, MT selaku pembimbing yang dengan penuh

kesabaran telah banyak memberikan bimbingan dan saran kepada penulis.

4. Bapak Prof. Dr. Ir. Syoni Soepriyanto M.Sc selaku dosen wali, yang terus

mendorong agar dapat segera menyelesaikan tugas akhir dan melangkah

ke level berikutnya.

5. Para staf pengajar dan staf tata usaha Program Studi Teknik Metalurgi.

6. Bapak Risono, S.T., Assisten Manager Reloading Backfill PT Antam Tbk

UBPE Pongkor selaku pembimbing di lapangan yang telah memberikan

saran, koreksi, dan pengalaman berharga kepada penulis.

7. Bapak Agus Zamzam J., S.T., Process Plant Manager PT Antam Tbk

UBPE Pongkor yang telah mempersilahkan penulis untuk berdiskusi di

laboratorium maupun di kantor pengolahan selama penelitian di lapangan.

iv

8. Bapak Ir. Iwan Dharma S, Engineering Manager PT Antam Tbk UBPE

Pongkor yang telah membantu penulis selama melakukan penelitian di

lapangan.

9. Bapak Nurmat, Bapak Nur Amin, dan Bapak Apendi selaku Pengawas

Senior Reloading Backfill PT Antam Tbk UBPE Pongkor.

10. Bapak Chandra, S.T. dan Bapak Hamzah Kurniadani, S.T. selaku

pembimbing percobaan di laboratorium yang telah banyak memberikan

saran dan koreksi kepada penulis.

11. Bapak Ibnu Sudiarto dan Ibu Sri Wahyuningsih selaku Ayah dan Ibu yang

selalu memberikan dukungan dengan segenap kemampuan dan kekuatan

yang mereka miliki tanpa mengenal lelah, terima kasih Ayah dan Ibu.

12. Adik-adik saya Satrio Adi Prabowo dan Bimo Adi Prasetyo yang selalu

membawa kecerian hingga membangkitkan kembali semangat yang sesaat

tiba-tiba menghilang.

13. Rekan-rekan di PT Antam Tbk UBPE Pongkor: Bpk Muhidin, Bpk Rudi

Massie, Bpk Helminton, Bpk Lukman, Bpk Munadji, Bpk Daldi, Bpk

Damanhuri, Bpk Rojak, Bpk Ery, Bpk Setia Hendrawan, Bpk Agus

Triasmono, Bpk Hezron, Ibu Dessy, Bpk Abidin, Bpk Ulil Amri, Bpk

Andityo, dan Bpk Michael yang telah menyediakan fasilitas dan sebagai

teman diskusi dalam penyelesaian tugas akhir ini.

14. Bapak Datun, Ibu Febri, Bapak Iwan “Black” Kusrianto, dan para staf

Laboratorium Metalurgi PT Antam Tbk UBPE Pongkor.

15. Ibu Kostan, The Magnificent Seven (Alrizal, Andry, Hendra, Lidyan,

Nurman, Zulkarnain), serta rekan-rekan tambang 2004 (Go Fight Win !!)

terima kasih atas segala dukungan dan kebersamaan yang tak akan pernah

dapat dilupakan.

16. Kepada seluruh rekan HMT ITB dan IMMG ITB terima kasih atas segala

kebersamaan dan kenangan indah yang telah diberikan.

v

Penulis menyadari bahwa masih terdapat banyak kekurangan, baik dalam hal

penulisan laporan ini maupun dalam hal materi di lapangan. Oleh karena itu,

penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun demi kemajuan

bersama.

Bandung, Maret 2009

Penulis

vi

DAFTAR ISI

Halaman

Halaman Judul ................................................................................................ i Lembar Pengesahan ........................................................................................ ii Kata Pengantar ................................................................................................ iv Ringkasan ........................................................................................................ vii Abstract ........................................................................................................... viii Daftar Isi ......................................................................................................... ix Daftar Gambar.................................................................................................. xi Daftar Tabel ..................................................................................................... xiii Daftar Lampiran............................................................................................... xiv

BAB I PENDAHULUAN ......................................................................... 1 1.1 Latar Belakang Penelitian .......................................................... 1 1.2 Tujuan Penelitian ....................................................................... 3 1.3 Batasan Penelitian...................................................................... 4 1.4 Metodologi Penelitian................................................................ 5 1.5 Manfaat Penelitian .................................................................... 7 1.6 Sistematika Penulisan ............................................................... 7

BAB II DASAR TEORI .......................................................................... 8 2.1 Aplikasi Backfill di PT Antam Tbk UBPE Pongkor.................. 8 2.2 Definisi Thickener...................................................................... 9 2.3 Sedimentasi dan Aglomerasi Partikel ........................................ 10 2.3.1 Pengendapan pada Kondisi Free Settling ..................... 10 2.3.2 Pengendapan pada Kondisi Hindered Settling............... 13 2.4 Luas Permukaan dan Kedalaman Thickener ............................. 14 2.5 Pengendapan pada Tabung Silinder .......................................... 16 2.6 Mekanisme Koagulasi dan Flokulasi ......................................... 20 2.6.1 Koagulasi ....................................................................... 21 2.6.2 Flokulasi......................................................................... 25

BAB III PERCOBAAN DAN HASIL PERCOBAAN .............................. 30 3.1 Pengambilan Data Operasi di Lapangan ................................... 30 3.2 Pengambilan Sampel ................................................................. 31 3.3 Preparasi .................................................................................... 32 3.3.1 Preparasi Sampel Slurry................................................. 32 3.3.2 Preparasi Larutan Koagulan dan Flokulan..................... 33 3.4 Percobaan Uji Pengendapan ...................................................... 34 3.4.1 Percobaan Uji Pengendapan Pertama dengan Variasi Konsentrasi Koagulan dan Variasi Konsentrasi Flokulan ......................................................................... 36 3.4.2 Percobaan Uji Pengendapan Kedua dengan Variasi Persen Solid Slurry......................................................... 37

ix

3.4.3 Percobaan Uji Pengendapan Ketiga dengan Variasi Derajat Keasaman (pH).................................................. 37 3.4.4 Percobaan Uji Pengendapan Keempat dengan Variasi Dosis Koagulan dan Variasi Dosis Flokulan ................. 38 3.5 Hasil Percobaan Uji Pengendapan ............................................. 38 3.5.1 Uji Pengendapan dengan Variasi Konsentrasi Koagulan dan Variasi Konsentrasi Flokulan ................. 38 3.5.2 Uji Pengendapan dengan Variasi Persen Solid Slurry.............................................................................. 39 3.5.3 Uji Pengendapan dengan Variasi Derajat Keasaman (pH) ................................................................................ 41 3.5.4 Uji Pengendapan dengan Variasi Dosis Koagulan dan Variasi Dosis Flokulan............................................ 42

BAB IV PEMBAHASAN ............................................................................ 45 4.1 Uji Pengendapan dengan Variasi Konsentrasi Koagulan dan Variasi Konsentrasi Flokulan.............................................. 45 4.2 Uji Pengendapan dengan Variasi Persen Solid Slurry ........................................................................................ 48 4.3 Uji Pengendapan dengan Variasi Derajat Keasaman (pH) ........ 50 4.4 Uji Pengendapan dengan Variasi Dosis Koagulan dan Dosis Flokulan ........................................................................... 53 4.5 Optimasi Biaya Operasional Thickener Backfill ........................ 56

BAB V KESIMPULAN dan SARAN ........................................................ 57 5.1 Kesimpulan ................................................................................ 57 5.2 Saran ......................................................................................... 58

Daftar Pustaka ............................................................................................. 60 Lampiran ...................................................................................................... 61

x

DAFTAR GAMBAR

Gambar Halaman

1.1 Diagram Alir Penelitian................................................................ 6

2.1 Skematik Thickener ...................................................................... 8

2.2 Sistem Pemisahan Antara Padatan dan Air dengan Penambahan Koagulan dan Flokulan dalam Unit Thickener ...................................................................................... 9

2.3 Arah Gaya-gaya Pergerakan Partikel di Dalam Air ..................... 11

2.4 Skema Neraca Air pada Thickener ............................................... 14

2.5 Proses Batch Sedimentation pada Berbagai Distribusi Ukuran Partikel............................................................................. 17

2.6 Proses Batch Sedimentation pada Distribusi Ukuran Partikel yang Relatif Kecil ........................................................... 18

2.7 Kurva Ketinggian Zona-zona yang Terbentuk pada Batch Sedimentation Terhadap Waktu ......................................... 19

2.8 Variasi Ukuran Padatan dalam Media Air.................................... 20

2.9 Gaya Tolak-menolak Antar Partikel Bermuatan Negatif ............. 22

2.10 Destabilisasi Partikel Koloid ........................................................ 23

2.11 Mekanisme Penetralan Muatan Listrik......................................... 24

2.12 Mekanisme Flokulasi (1).............................................................. 25

2.13 Mekanisme Flokulasi (2).............................................................. 26

2.14 Mekanisme Flokulasi (3).............................................................. 26

2.15 Struktur Kimia Polyacrylamide dan Turunannya......................... 28

2.16 Daerah Aktivitas Flokulan pada Selang pH 1-14 ......................... 29

3.1 Clarity Wedge ............................................................................... 30

3.2 Sampel Padat Kering Setelah di-Oven ......................................... 32

3.3 Alat Gerus Disk Mill..................................................................... 32

3.4 Sampel Padat Kering Setelah Digerus.......................................... 33

3.5 Flocculator (Motor Stirrer) .......................................................... 33

3.6 Percobaan Uji Pengendapan di Dalam Tabung Silinder 500 ml ............................................................................. 34

3.7 Alat Suntik (Spuid) ....................................................................... 35

xi

Gambar Halaman

3.8 Spektrofotometer .......................................................................... 36

4.1 Grafik Kecepatan Pengendapan vs Konsentrasi Flokulan............ 45

4.2 Grafik Total Suspended Solid vs Konsentrasi Flokulan ............... 46

4.3 Grafik Kecepatan Pengendapan vs Konsentrasi Koagulan .......... 47

4.4 Grafik Kecepatan Pengendapan vs % Solid Slurry ...................... 49

4.5 Grafik Total Suspended Solid vs % Solid Slurry.......................... 49

4.6 Kecepatan Pengendapan vs Derajat Keasaman (pH) ................... 51

4.7 Total Suspended Solid vs Derajat Keasaman (pH)....................... 52

4.8 Grafik Kecepatan Pengendapan vs Dosis Flokulan...................... 53

4.9 Grafik Total Suspended Solid vs Dosis Flokulan ......................... 54

4.10 Grafik Kecepatan Pengendapan vs Dosis Koagulan .................... 55

4.11 Grafik Total Suspended Solid vs Dosis Koagulan........................ 55

xii

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman

3.1 Data Kondisi Operasi Thickener di PT Antam Tbk UBPE Pongkor Saat Ini................................... 31

3.2 Variasi Konsentrasi Koagulan dan Flokulan................................ 37

3.3 Hasil Uji Pengendapan dengan Variasi Konsentrasi Koagulan dan Variasi Konsentrasi Flokulan................................ 39

3.4 Hasil Uji Pengendapan dengan Variasi Persen Solid Slurry ............................................................................................ 40

3.5 Hasil Uji Pengendapan Optimum dan Kecepatan Pengendapan Minimum yang Diperlukan .................................... 40

3.6 Hasil Uji Pengendapan dengan Variasi Derajat Keasaman (pH)............................................................................................... 41

3.7 Hasil Uji Kecepatan Pengendapan pada Komposisi 21 dan 24% Solid dengan Dua Variasi Dosis Koagulan dan Flokulan yang Berbeda .......................................................... 42

3.8 Konversi Dosis Koagulan dan Flokulan untuk Slurry 21% Solid...................................................................................... 43

3.9 Hasil Uji Pengendapan dengan Variasi Dosis Koagulan dan Variasi Dosis Flokulan .......................................................... 44

4.1 Perhitungan Biaya Operasional Thickener Backfill...................... 56

xiii

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran Halaman

A Kondisi Ideal Thickener Saat Ini (kecepatan pengendapan minimum) .............................................. 61 B Perhitungan Campuran Komposisi Sampel Padat dan Cair dalam Percobaan.............................................................. 63 C Percobaan Pendahuluan ................................................................. 65 D Metode Sampling ........................................................................... 68 E Perhitungan Dosis Koagulan dan Dosis Flokulan dalam Percobaan ............................................................................ 71 F Gambar Alat Operasi dalam Sistem Thickener Backfill di PT Antam Tbk UBPE Pongkor.................................................. 73 G Komponen dan Skematik Aliran Slurry di Dalam Thickener ........ 76 H Data Operasional Harian Thickener Bulan Oktober 2008 ............. 78 I Proses Pengolahan Bijih Emas di PT Antam Tbk Unit Bisnis Pertambangan Emas Pongkor ........................................................ 92

xiv