KUALITAS

BATUBARA

DISAJIKAN OLEH: DR. CHAIRUL NAS

PADA WORKSHOP PERTAMBANGAN BATUBARA

PT. KALIMANTAN PRIMA PERSADADI BANJARMASIN, 18 APRIL 2012

KUALITAS BATUBARA

• PEMBENTUKAN KUALITAS BATUBARA• Faktor-faktor pembentukan kualitas

batubara

• Distribusi kualitas batubara

• PARAMETER KUALITAS DAN

PENGGUNAAN BATUBARA• Proximate

• Ultimate

• Parameter lainnya

PEMBENTUKAN BATUBARA

Kondisi umum yang diperlukan:• Ada tumbuh-tumbuhan (karena batubara berasal dari

tumbuhan)

• Kecepatan tumbuh lebih besar dari kecepatan degradasi

• Pembusukan lebih kecil dari penumpukan tumbuhan mati

• Ada pengawetan/penyimpanan sisa-sisa tumbuhan yang mati di tempat (autochthonous) atau sudah berpindah tempat (allochthonous) lalu ditimbun oleh sedimen

• Terhindar dari intervensi sedimentasi klastik

• Terhindar dari gangguan air laut

• Terhindar dari proses pembusukan total

Dikontrol oleh 2 faktor:

• Faktor-faktor Allogenik

• Faktor-faktor Autogenik

PROSES PEMBATUBARAAN

• Peatification (biochemical coalification)

• Degradation and decomposition

• Effects of water level

• Effects sedimentation rate

• Effects of pH

• Effects of peat pressure (burial), compaction, expulsion of water from peat by peat load

• Coalification (physico-chemical coalification or geochemical coalification)

• Effects of temperature (heat)

• Effects of time (duration of coalification process)

• Effects of pressure (sometime retarding rank)

From Esterle, 2010

• Color commonly brown to black

• Mostly bedded, made of alternating or intercalating some different lithotype bands (vitrain, clarain, fusain, durain)

• Luster of each lithotype different (varies from very bright to very dull)

• Defferent fracture or breakage pattern of each lithotype

• Thickness of lithotype bands (mm to cm)

• Lithotype bands association in a coal seam (intensity/frequency)

• Resinous bodies, exudatinite, plant remains (trees, stems, roots) within coal beds

• Discrete inorganic matter in coal seams (dirt band, clay band, parting, pyrite)

• Silicified materials common in coal seams

• Rock balls in coal seams

• Lithotype of Indonesia coal (commonly faintly bedded)

• Most coal seams are cleated (butt and face cleats)

MEGASCOPIC OF COAL (INDONESIA)

Microscopic of coal - Indonesia

• Coal Type is determined mainly by maceral association and for some extends also by mineral occurrence in coal

• microlithotype, maceral association and mineral in coal (monomaceralic, bimaseralic, trimaseralic, karbominerit)

• Maceral composition and maceral content in coal (vitrinite, liptinite, inertinite)

• Maceral composition of Indonesia coal– rich in vitrinite

– significant liptinite content

– minor inertinite

• Coal Rank is determined by the degree of organic metamorphism in coal (maturity)

• Rank classification of coal: lignite, sub-bituminous, bituminous, semi-anthracite, anthracite, meta-anthracite

• Vitrinite Reflectance, Calorific Value (CV), Volatile Matter, as rank indicators in coal

• Rank in Indonesian coals:– Paleogene coals (commonly high rank)

– Neogene coals (commonly low rank; some high rank coals)

ASAL MACERAL BATUBARA

diambil dari presentasi

Joan Esterle, 2010

KONTROL GEOLOGI TERHADAP

KUALITAS BATUBARA

• jenis tumbuhan asal dan kondisi rawa gambutAuto

• gangguan (intervensi dan invasi) sedimentasi klastik Auto

• gangguan (invasi) air laut dan payau Auto

• aliran panas pada cekungan batubara Allo

• kegiatan vulkanik/gunung api (intrusi)Allo

• kondisi lingkungan pengendapan Auto

• sejarah penimbunan (tertimbun lama dan dalam) Allo

KUALITAS BATUBARA

TERKAIT DENGAN

PENGGUNAANNYA

KUALITAS BATUBARAKualitas batubara: sifat fisik dan kimia batubara yang

berpengaruh pada penggunaannya

Kualitas batubara sangat berkaitan erat dengan:

• Type: komposisi maseral

• Grade: kandungan mineral matter

• Rank: derajat kematangan

Sifat kimia batubara antara lain :• Proximate

• Ultimate

• Sifat kimia lainnya

Sifat fisik batubara antara lain:• Densitas dan HGI, dll

Sifat pembakaran: CV, AFT, CSN, Dilatasi, Fluiditas, dll

COAL

HUMIC COALMOSTLY BANDED

VITRINITE AND INERTINITE

MINOR LIPTINITE

SAPROPELIC

COALMOSTLY UNBANDED

LIPTINITE RICH

CANNEL COAL

BLACK

SPORINITE RICH

BOGHEAD COAL

BROWNISH

ALGINITE RICH

OIL SHALE

BROWN

ALGINITE RICH

SHALE

STEAMING COAL

LIGNITE UP TO

ANTHRACITE

COKING COAL

MOSTLY BITUMINOUS

COAL

MACERALS

VITRINITE

GROUP

MODERATELY BRIGHT

INERTINITE

GROUP

BRIGHT

LIPTINITE

GROUP

DARK

TELO

VITRINITE

STRUCTURED

DETRO

VITRINITE

UNSTRUCTURED

GELO

VITRINITE

PRIMARY

SECONDARY

Telo-

inertinite

Detro-

inertiniteGelo-

inertinite

PRIMARY

LIPTINITES

SECONDARY

LIPTINITES

SPORINITE

CUTINITE

SUBERINITE

ALGINITE

LIPTO-

DETRINITE

RESINITE

EXUDA-

TINITE

BITUMINITE

FLUORINITE

telinite

telocollinite

desmocollinite

vitrodetrinite

gelocollinite

corpogelinite

fusinite

semi-fusinite

sclerotinite

inerto-

detrinite

micrinite

macrinite

KOMPOSISI MASERAL, VIT. REFLECTANCE

DAN KUALITAS BATUBARA

• PENGARUH PADA MOISTURE, NILAI KALORI

DAN VOLATILE MATTER

• PENGARUH PADA HARGROVE GRINDIBILITY

INDEX (HGI)

• PENGARUH PADA SIFAT PENGKOKASAN

• PENGARUH PADA SIFAT PRODUK KOKAS

Bahan inorganikdalam batubara

diambil dari presentasi

Joan Esterle, 2010

RANTAI KARBON AROMATIK DAN ALIFATIK

ASTM COAL RANK CLASSIFICATION

PARAMETER KUALITAS

BATUBARA

• PROXIMATE

• ULTIMATE

• PARAMETER LAIN

Total Moisture

Mineral matter

Pure coal

Surface moisture

Air-dried moisture

Ash

Volatile

mineral matter

Volatile

organic matter

Volatile

matter

Fixed carbondm

mf

dry

ash fre

e

Dry

Air-d

ried

As r

eceiv

ed

PROXIMATE ANALYSIS OF COAL

MOISTURE

AIR DRIEDCOAL SAMPLE

DRY COAL

ASH YIELD FIXED CARBONVOLATILEMATTER

Non-VolResidue

heating

at 950

oC

calculated by difference

Heating at 105oC

CARBON

MINERAL MATTERS

HASIL PROXIMATE ANALISIS

• MOISTURE (IM, %)

• ASH YIELD (AC, %)

• VOLATILE MATTER (VM, %)

• FIXED CARBON (FC, %)

IM+AC+VM+FC = 100%

FC DIPEROLEH DARI HASIL PENGURANGAN

MOISTUREKANDUNGAN MOISTURE DI DALAM BATUBARA DAPAT

DIJELASKAN SBB:

1. Surface Moisture: Moisture Bebas hilang bila dikeringkan

pada suhu kamar normal. Setelah kering hanya Air Dried

Moisture yang tertinggal.

2. As Received Moisture: Semua Moisture yang terdapat di

dalam batubara pada waktu batubara tsb diterima di laboratorium

(Total Moisture); di dalamnya termasuk Surface Moisture.

3. Air Dried Moisture: Moisture yang tidak terjangkau dan tidak

kering oleh udara, sehingga pengeringannya perlu dengan paksa

melalui pemanasan 105oC di dalam media tertentu.

4. Equilibrium Moisture and Moisture Holding Capacity: menguji

kapasitas batubara dapat menyimpan moisture

MOISTURE

RENTAN TERJADI KESALAHAN

DISEBABKAN HAL-HAL SBB:

1. KESALAHAN PENANGANAN CONTO DI

LAPANGAN

2. KESALAHAN PENANGANAN DAN

PREPARASI CONTO DI LAB

3. KESALAHAN ANALISIS DI LAB (PERLU

“ROUND ROBIN”)

ASH YIELD (AC)• Abu yang tersisa setelah proses pembakaran batubara

(Ash Yield) berasal dari bahan-bahan inorganik yang terkandung di dalam batubara tsb.

• Bahan-bahan Inorganik yang juga sering disebut Mineral Matter (MM) terdapat di dalam batubara berupaInherent, Diskrit, dan Desiminated (tersebar). Secarakronologis pembentukannya, bahan-bahan Inorganik tsbdapat dibagi menjadi Primer dan Sekunder.

• Inherent Inorganic Matter sudah berada dalam batubarasejak tumbuh-tumbuhan pembentuk batubara, dankeberadaannya dalam batubara terikat di dalam strukturmolekul batubara.

• Sebagian besar Inorganic Matter di dalam batubaraterdapat berupa parting, lapisan-lapisan tipis berasosiasidengan maseral-maseral, bahan isian pada rongga-rongga struktur botani, bahan isian pada rekahan-rekahan.

VOLATILE MATTER (VM)

• Volatile Matter (zat terbang) adalah bagian

organik batubara yang terbang ketika batubara

dipanaskan pada temperature tertentu dalam

kondisi tanpa oksigen.

• Volatile Matter biasanya berasal dari gugus

hidrokarbon dengan rantai alifatik atau rantai

lurus yang mudah putus dengan pemanasan

tanpa oksigen (thermo cracking) menjadi gas

hidrokarbon yang lebih sederhana seperti gas

methana.

VOLATILE MATTER (VM)

• Kadar VM dalam batubara pada umumnya

ditentukan oleh peringkat batubara.

• Pada dasarnya, semakin tinggi peringkat

suatu batubara akan semakin rendah kadar

VMnya.

• VM biasanya baik digunakan sebagai

parameter RANK untuk batubara peringkat

tinggi.

• Ratio FC/VM dapat menentukan “Fuel Ratio”

dan “Coking Properties” dari batubara

Rank Batubara Tambang Air Laya

8,000

9,000

10,000

11,000

12,000

13,000

14,000

15,000

16,000

17,000

0 10 20 30 40 50 60

VMdmmf (%)

CV

mm

mf

(BT

U/T

on

)

Anthracit

e

Bituminous

Sub Bituminous

SULFUR

SULFUR

ORGANIK

Terikat secaraorganik di

dalam maseral

PIRITIK

Primer

Pada lapisanmaseral

Mengisistruktur botani

berupaFramboidal

Sekunder

Mengisirekahan makro

dan mikro

SULFAT

Gipsumdan

FeSulfat

VARIASI KANDUNGAN

SULFUR SECARA

LATERAL DAN

VERTIKAL

PADA LAPISAN

BATUBARA

SANGATTA,

KALIMANTAN TIMUR

PETA KONTUR

KANDUNGAN

SULFUR

LAPISAN BATUBARA

SANGATTA,

KALIMANTAN TIMUR

ULTIMATE ANALYSIS

Analisis Ultimate mengukur kandungan unsur-unsur kimia yang

terdapat di dalam bahan organik batubara saja. Unsur-unsur

tersebut adalah sebagai berikut:

• Carbon

• Hydrogen

• Nitrogen

• Sulphur

• Oxygen

Besarnya kandungan Carbon dan Hydrogen adalah fungsi dari

rank batubara, sementara Sulfur dan Nitrogen terikat

bersamanya sebagai pengotor di dalam bahan organik tersebut.

Hasil dari analisis Ultimate biasanya dinyatakan dalam basis dry

ash free (daf) dimana air dan bahan inorganik dikeluarkan.

4/18/2012 44

SIFAT PEMBAKARAN BATUBARA

• Nilai panas (Calorific Value) ; merupakan sejumlah panas yang dihasilkan per unit massa batubara ketika batubara dibakar– Gross CV ; jumlah panas yang

dibebaskan dari batubara yang dibakar dalam kondisi volume tetap

– Net CV ; panas yang dibebaskan batubara yang dibakar dalam kondisi tekanan tetap

– Net CV = gross CV – 0,212H – 0,024 M

• Dalam MJ/kg

– Net CV = gross CV – 50,7 H – 5,83 M

• Dalam Kkal/kg

– Net CV = gross CV – 91,2H – 10,5 M

• Dalam Btu/lb

• Dimana H = hidrogen dan M = moisture

• Ash Fusion Temperatur (AFT)

– Untuk mengetahui titik leleh abu

– Initial Deformation Temperatur (IDT) merupakan temperatur pertama kali ujung kerucut mulai membundar (tidak lancip)

– Softening temperatur

– Hemisphere temperatur

– Fluid temperatur

– Oksida besi, kalsium, potashium beraksi sebagi flux

• Free swelling index (CSN) merupakan pengukuran bertambahnya volume batubara ketika dipanaskan

– Digunakan sebagai parameter kualitas batubara kokas (coking coal)

• Roga index test : mengindikasikan sifat caking batubara

NILAI KALORI (CV)

• Nilai Kalori batubara tergantung padaperingkat batubaranya. Semakin tinggiperingkat batubara, semakin tinggi pula Nilai Kalorinya (nyata pada batubaraperingkat rendah).

• Pada batubara yang sama Nilai kaloridapat dipengaruhi oleh moisture dan jugaAbu. Semakin tinggi moisture atau abu, semakin kecil nilai kalorinya.

NILAI KALORI (CV)

NILAI KALORI (CV)

►International Standard : (MJ/kg) Net CV = Gross CV – 0.212(H) - 0.008(O) - 0.0245(M)

►British Standard : (MJ/kg) Net CV = Gross CV – 0.212(H) - 0.007(O) - 0.0244(M)

►ASTM Standard : (J/g) Net CV = Gross CV – 215.5J/g X (H)

►ASTM Standard : (Btu/lb) Net CV = Gross CV – 92.67Btu/lb X (H)

Semua Nilai dinyatakan dalam basis yang sama

PETA KONTUR CV (mmmf) dalam BTU/lb

Lapisan Batubara Sangatta

Kalimantan Timur

4/18/2012 49

PENGUJIAN SIFAT FISIK BATUBARA

• Densitas :

– Tergantung dari peringkat batubara dan kandungan mineral matternya

– Pengujian langsung dilapangan akan memberikan harga densitas semu atau apparent density

– Untuk pengujian true density batubara harus diremukan sampai halus dan menggunakan piknometer

– Densitas tidak sama dengan spesifik gravity karena SG adalah densitas dengan menggunakan referensi air 40

C

• Hardness dan grindability :

– Digunakan analisis Hardgrove Grindability Index (HGI)

– Menunjukan sulit- tidaknya batubara bila digerus

– HGI rendah menunjukan batubara sulit untuk digerus

– Sedangkan HGI tinggi menunjukan batubara mudah untuk digerus

– HGI < 50 menunjukan rendah

– HGI beruhubungan dengan kandungan volatile matter batubara

• Abrasion index :

– Untuk mengukur abrasivitas batubara

– 2 kg batubara ukuran –6,7 mm ditempatkan ke dalam mill, diputar dengan kecepatan 1500 r/min dengan revulosi 12000

– Dihitung berdasarkan hilangnya berat dari keempat blade

– Digunakan untuk penentuan pemakaian “large pulverising mill”

• Particle size distribution :

– Distribusi ukuran batubara tergantung dari beberapa faktor diantaranya :

• Proses penambangannya

• Handling-nya

• Kekerasan, dan derajat fracturing (cleat)

PARAMETER KUALITAS: POWER PLANT

• Proximate, CV dan S serta:

• Ultimate (C, H, N, S, dan O)

• Chlorine

• HGI

• Abrasion Index

• Ash analysis

• Ash Fusion Temperatures

• Trace elements

PARAMETER KUALITAS: KOKAS

54JORC Presentation Copyright

Proximate, CV, S and RD serta beberapa parameter lain seperti:

• Ultimate

• Chlorine

• Phosphorus

• HGI

• Ash Composition

• Ash fusion temperatures

• CSN

• Gray-King coke type

• Dilatation

• Fluidity

• Maceral analysis

• Vitrinite reflectance

VIT

RIN

ITE

VO

L (

%)

VITRINITE REFLECTANCE (%)

COAL USES IN TERMS OF COAL RANK AND TYPE(Cook, 2008)

STEAM COALS

MED RANK

COKING COALS

HV

MV

MV LV2LV1

LV1

100

80

60

40

20

0

0.2 21.81.61.41.210.80.60.4

Crucible Swelling Number (CSN)

The Crucible Swelling Number (CSN) is an index to

measure the swell ability of coal when heated in the

absence of air. To determine the CSN by the ASTM

method, one gram of powdered coal is heated and the

result is compared to a series of standard sections.

The CSN of the coal sample is the number according

to the standard ranging from 0 to 9++. Tests of CSN

are commonly used as an initial indication of coking

properties of coal. The value of CSN is very sensitive

to coal oxidation, thus the variation is probably

related to the freshness of the samples taken. Since

CSN is non-additive the values would be reduced if

samples are not fresh

DILATATIONDilatation is a measure of change in the length when a coal

pencil is slowly heated in the absence of air in a confined tube

using “Audibert Arnu dilatometer”. The change caused by the

increase of temperature is continuously recorded. In the early

stage of heating the pencil firstly shortens and then starts to

lengthen as the temperature is slowly increased. The data

obtained from this dilatation test include: 1) the softening

temperature; 2) the temperature of maximum contraction; 3)

percentage of maximum contraction; 4) the temperature of

maximum dilatation; and 5) percentage of maximum dilatation.

The most important value from the data would be the total

maximum dilatation. The maximum dilatation can be regarded

as a more precise measure of swelling, and should be used

together with the values of CSN.

TOTAL DILATATION

50 40 30 20 10 0

0.5

0

.7 0.9

1

.1 1

.3 1.5

1.7

1

.9

ME

AN

MA

XIM

UM

RE

FL

EC

TA

NC

E O

F V

ITR

INIT

E (

%)

PETROGRAPHIC COMPOSITION – INERTS %

G1

G3

G2

G4

G5

G6

250

250

100

100

50

50

0

0

KALIMANTAN

COKING COAL

OPTIMUM INERT LINE

FLUIDITY

Fluidity is a measure of the degree of plasticity or

ductility of coal when heated in the absence of air using

Gieseler plastometer. In the plastometer, a constant

torque is applied to a mechanical stirrer within the coal

sample. The coal will show initial softening at a particular

temperature and then is fused when the stirrer starts to

move at five dial divisions per minute (5 ddpm). As the

temperature is increased and the sample reaches its

maximum fluidity, the stirrer will rotate to a maximum

ddpm, and finally slows gradually when the coal starts

the process of resolidification. The data obtained from

this fluidity test include: 1) the temperature of initial

softening; 2) the fusion temperature; 3) the temperature

at the maximum fluidity; 4) the ddpm value at the

maximum fluidity; 5) the temperature of resolidification.

Kal. coal

MAX. FLUIDITY

50 40 30 20 10 0

0.5

0

.7 0.9

1

.1 1

.3 1.5

1.7

1

.9

ME

AN

MA

XIM

UM

RE

FL

EC

TA

NC

E O

F V

ITR

INIT

E (

%)

PETROGRAPHIC COMPOSITION – INERTS %

G1

G3

G2

G4

G5

G6OPTIMUM INERT LINE

100

1000

5000

10000

COKING COAL

From: Mike Friederich presentation 2008

Composition Unit Minimum Maximum Average

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

Na2O

K2O

TiO2

MnO

SO3

P2O5

%

%

%

%

%

%

%

%

%

%

%

19.39

4.81

7.44

0.38

0.21

0.14

0.24

0.18

0.01

<0.01

0.01

69.84

28.65

67.39

1.71

0.75

1.56

1.21

0.81

0.05

1.44

0.27

44.87

15.18

32.80

0.95

0.40

0.69

0.66

0.60

0.03

0.40

0.11

ASH COMPOSITION OF AYUH – SWALANG COALS, BUNTOK

Quality Parameters

MAIN SEAM BASAL SEAM

CORE TEST PIT TEST PIT

Inh. Moisture (%, adb)

Ash content (%, adb)

Vol. Matter (%, adb)

Fixed Carbon (%, adb)

Cal. Value (kcal/kg, adb)

Sulfur Content (%, adb)

P in air-dried coal (%)

CSN

Rvmax (%)

Max. Fluidity (ddpm)

1.10 – 1.61

1.84 – 5.80

34.20 – 35.59

58.90 – 61.50

7963 – 8449

0.46 – 1.03

0.003-0.008

9 – 9++

0.83 – 0.90

22936 - 31070

1.83 – 2.50

3.41 – 6.00

31.50 – 33.58

60.00 – 61.18

7600 – 8118

0.71 – 1.85

-

-

0.92 - 0.93

2.01 – 5.05

4.70 – 7.53

28.93 – 30.59

58.49 – 62.70

6747 – 8005

0.46 – 0.64

-

-

-

QUALITY OF NANTOY COAL, MUARA TEWE

Group Group Rank

(Romax)

Inert

Content

Max.

Dilation

Max.

FluidityCSN Volatile

MatterCoke Strength

Name No. (%) (%) (%) (ddpm) (%) JIS D15/30 - ASTM 25mm

KEYSTONE G1 > 1.50 8-30 0 to 70 5-100 6-9 16-19 92-93.5 50-65

PITTSTON G2 1.0-1.4 8-30 80 to 260 1500-30000 7-9+ 22-34 91-94 48-65+

BALMER G3 1.2-1.5 25-45 -10 to 100 3-1500 5-8 19-26 90.5-93.5 40-62

MOURA G4 0.9-1.2 25-45 -10 to 100 3-2500 5-8 25-32 90-92.5 45-57

KELLERMAN G5 0.8-1.0 0-25 100 to 3001500-

&gt300007-9+ 32-38 75-90.5 20-48

BIG BEN G6 < 0.9 5-20 -10 to 100 3-1000 5-7 37-40 50-80 0-30

CLASSIFICATION OF COKING COAL QUALITY BY GROUP

(AFTER NIPPON STEEL CORP.)

STOCKPILE DAN KUALITAS BATUBARA

• SAMPLING BATUBARA PADA STOCKPILE

• KUALITAS IN-SITU VS KUALITAS DI STOCKPILE

• PEMANTAUAN DAN PENCEGAHAN SWABAKAR