TUGAS AKHIR

Ronny Mustaqiem 2709100091

Dosen Pembimbing Sungging Pintwantoro, Ph. D

JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGI

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA

2014

EKSTRAKSi CUPRONIKEL DARI BJIH TEMBAGA DAN NIKEL LATERIT PADA MINI BLAST FURNACE DENGAN REDUKTOR

CAMPURAN ARANG TEMPURUNG KELAPA DAN BATUBARA

Latar Belakang

Ketersediaan Sumber Daya Alam

UU Minerba UU MINERBA no 4. Tahun 2009 (aktif 12

januari 2014)

Peningkatan Ekonomi

SKILL

PERUMUSAN

Tujuan

Mengetahui: Pengaruh dan nilai optimal variasi berat batubara dan arang sebagai reduktor serta bahan bakar pada proses produksi Cupronikel

Batasan Masalah

• Semua layer di dalam Mini Blast Furnace dianggap rata

• Kadar Cu dan Ni dalam bahan baku mineral dianggap homogen

• Slag, logam,dan matte yang dihitung adalah yang berada di dalam cetakan

• Kadar oksigen, kecepatan semburan udara pada tuyere dianggap sama untuk semua proses

• Kinerja serta kondisi alat dianggap sama untuk semua proses

Rasio Optimal Proses Produksi

DASAR TEORI

Logam Proses

Tembaga

Temperatur Lebur: 1085 °C

Masa Jenis T lebur: 8.02 g/cm3

Nikel

Temperatur Lebur: 1455 °C

Masa Jenis T lebur: 7.81 g·cm−3

BAHAN BAKU

• CuCO3.Cu(OH)2

• CuO

• Cu2O

• CuFeS2

• CuS

• NiO

Bijih Tembaga Nikel Laterit

Bahan Bakar dan Reduktor

Batubara

Gross calor value : 6500 cal/g

Kadar karbon dan Sulfur, volatile mater, tar, kekuatan

Arang Tempurung kelapa

Gross calor value : 6900 cal/g

Produk Harapan Penggunaan:

• tubes for light-duty condensors, feedwater heaters and evaporators used in power stations and desalination plants

• pipes carrying seawater to fire mains, cooling water systems and ship sanitary systems

• underwater fencing

• cabled tubes for hydraulic and pneumatic lines

• fasteners, crankshafts, hulls and other marine hardware used in boats

• silver-colored circulation coins

• medical equipment

• automobile parts

• jewelry

Cupronickel Ingots

Properties

Harga

Komoditas barang Harga Keterangan

Nikel US$ 15.630 /kg sumber dari LME

Tembaga US$ 6.720 / kg sumber dari LME

NPI US$ 16.00/kg untuk kadar nikel 8%

Cupronickel US$ 20-40 / kg tergantung kadar nikel

Batubara IDR 1150 / kg dari Binuang Kalsel

Green Coke IDR 2000 /kg agak susah didapat

Kokas IDR 7800 /kg ketersediaan tidak menentu

Arang Tempurung kelapa IDR 3500 /kg beli dari pembuat di Mojokerto

Arang Tempurung kelapa IDR 5500 /kg beli di Surabaya

Kapur IDR 1200 /kg Beli di Gresik

Mini Blast Furnace

Mini Blast

furnace

Tungku Gas

Water

Scrubber

cerobong

Proses Smelting secara Umum

Tembaga

• Kadar Cu minimal 40% jika dari ore dan 30% jika dari kosentrat

• Menggunakan kokas atau batubara antrasit

• Kapasitas besar (min. 10 ton skali charging)

• Selain Blast furnace di gunakan Furnace jenis Flash, dll

• Dihasilkan matte atau logam

• Slag dan logam keluar lewat lubang yang berbeda

Nikel

• Mengunakan bahan bakar kokas

• Kapasitas produksi besar sebab kadar nikel dalam laterit sedikit/ kecil

• Dihasilkan NPI, nikckel matte, nikel logamnur listril

• Selain Blast furnace juga digunakan tanur putar dan tanur listrik

• Slag dan logam keluar lewat lubang yang berbeda

Proses Smelting dengan Mini Blast Furnace

• DIRECT Smelting

• Slag dan molten metal keluar dari lubang yang sama

• Menggunakan batubara

• Dapat digunakan pada ore dengan kadar 8 % Cu

• Kapasitas total 1,2 ton skali charge

Hasil Mini Blast Furnace

Tembaga

Slag Tembaga

Ferronickel

Slag Ferronickel

Reaksi

• 1. Malasit

• CuCO3.Cu(OH)2 + Heat 2CuO + CO2 + H2O

• 2CuO + 2CO 2Cu + 2CO2

• 2. Chalcopirit

• CuFeS2 + heat CuS (matte) + FeS

• CuS + O2 Cu + SO2

• 3. Tenorit

• CuO + CO Cu + CO2

• 4. Kuprit

• Cu2O +CO 2Cu + CO2

Reaksi (lanjutan)

•

Sedangkan pada nikel laterit , yangmana berupa nikel oksida

• NiO + CO -> Ni + CO2

Karbon monoksida didapat dari proses pembakaran yang tidak sempurna serta proses endotermis antara karbon dioksida dan karbon dari sumber karbon

• C + ½ O2 -> CO C + O2 -> CO2

CO2 + C -> 2CO

Reaksi (lanjutan)

• CaCO3 + heat = CaO + CO2

• SiO2(s) + heat = SiO2(l)

• FeO + SiO2 = FeO.SiO2

• FeO + SiO2 = FeSiO3

• CaO + SiO2 = CaSiO3

• Slag : FeO-SiO2-MgO-CaO-CaSO4-Al2O3-FeSiO3-CaSiO3

Metode

Item and tools

Alat

• Crusher

• Timbangan

• Mini Blast Furnace

• Helm

• Masker Gas

• Sarung Tangan

• Kunci 19 dan 24

• Kaca Mata

• Sepatu Safety

• Gerinda

• Betoneser Tusuk

• Cetakan

• Infrared termoeter

• Inverter

• Skop

• Palu

Bahan

• Bijih Tembaga

• Nikel Laterit

• Batubara

• Arang tempurung Kelapa

• Flux

• Kayu

• Clay dan Pasir

• Bensin + oli bekas

• Batu Bata

• Kain

Teknis Pelaksanaan

• Bed tungku disiapkan dengan menggunakan campuran antara clay dan batu tahan api, kemudian di masukkan potongan kayu sebagai pembakar batu bara awal, dan dimasukkan batu bara sebagai bahan bakar awal. Batu bara yang di masukkan sampai mencapai ketinggian sedikit diatas melting zone, atau 60 cm diatas lubang tuyere.

Teknis Pelaksanaan (lanjutan)

• Kayu dinyalakan, kemudian ditunggu sampai batu bara yang berada di atasnya sudah membara sempurna. Hal ini dapat kita lihat dari asap yang dihasilkan. Bersamaan dengan penyalaan kayu ini, blower hisap dinyalakan dan diatur kecepatannya di kontrol panel. Pengaturan kecepatan ini menggunakan inverter

Teknis Pelaksanaan (lanjutan)

• . Bahan baku, flux, dan reduktor dengan rasio 1/0.75/0.85 dimasukkan secara bergantian sampai dengan penuhnya tungku kupola dan dilakukan terus menerus sampai habisnya bahan baku, atau sampai diakhirinya pembakaran.

• Lubang tuyere ditutup, positif blower (blower tiup) dinyalakan secara bertahap dengan menggunakan inverter dari 800 rp hingga 1440 rpm,. Parameter setingan yang tepat adalah tingkat cair pada slag. Blower hisap juga dilakukan perubahan setingan, sampai didapatkan setingan yang tepat dengan parameter tingkat kepekatan asap.

Teknis Pelaksanaan (lanjutan)

• Lubang tap tetap dalam posisi terbuka, dan cairan ditampung dalam cetakan. Logam cair dikeluarkan bersamaan dengan slag melalui lubang tap, dan ditampung dalam cetakan. Slag dibiarkan mengalir keluar dari cetakan dan memberi waktu bagi logam cair untuk mengendap dibawah cetakan. Setelah tampak logam cair, cetakan diganti dengan cetakan yang kedua, kemudian cetakan yang berisi logam cair ditunggu sejenak agar temperatur menurun dan logam cair sudah membeku, kemudian hasil cetakan dikeluarkan. Tidak ada pengeluaran slag melalui lubang slag yang ada di kupola, dikarenakan mudahnya cairan logam dan slag ini membeku

Smelting pada MBF Reduktor

Flux

Copper ore Atambua Copper ore Batumakap Nikel Laterit

Cu-Ni Matte Slag

ANALISA

Bijih Tembaga

Atambua

Batumakap

Nikel Laterit Element Concentration [%]

Stddev.

[%]

Magnesium Oxide Mg 4.37 2.17

Silicon Oxide SiO2 0.62 0.32

Potassium Oxide K2O 0.04 0.39

Calcium Oxide CaO 0.78 0.01

Vanadium V 0.01 0.02

Chromium Cr 1.01 0.01

Hydrated Iron Oxide FeO(OH) 39.73 0.01

Nickel Ni 1.6 0.06

Copper Cu 0.04 0.01

Zinc Zn 0.04 0.01

Bismuth Bi 0.01 0.01

2FeO(OH) + ½ O2 + Heat 2FeO + H2O 2FeO + CO 2Fe + CO2 2NiO(OH) + ½ O2 + Heat 2NiO + H2O 2NiO + CO Ni + CO2 Sehingga persamaan umumnya adalah 2FeO(OH) + 2 NiO(OH) + O2 + Heat 2Fe + 2 Ni + 2H2O + 2 CO2

Proses Smelting

• Layer:

1. Batubara + Arang tempurung kelapa

2. Ore Mix ( Coper Ore + Laterit)

3. Kapur

Perbandingan Reduktor : Ore : Flux = 0,85 : 1 : 0,75

Yang Harus Diperhatikan

Penyalaan

• Ketinggian Bed dan Coal bed

• Penyalaan awal harus rata

Pengetahuan bahan

• 1. Kadar Unsur

• 2. Jenis senyawa logam

• 3. jenis senyawa slag

• 4. Ketersediaan

Yang Harus Diperhatikan (lanjutan)

Maintenance aliran

• Menjaga aliran molten material yang keluar mulai dari awal hingga akhir, jangan sampai tersumbat

• Hindari adanya panas yang terbuang

Keselamatan

• Keselamatan Pelaksana

• Keselamatan Masyarakat sekitar dan lingkungan

Data Variabel 1 Variabel 2 Variabel 3 Variabel 4 Variabel 5 Tanpa Arang

Temperatur tapping 1105 C 1109 C 1154 C 1210 C 1214 C 1085 C

T 1 649 C 689 C 649 C 726 C 773 C 640 C

T 2 342 C 343 C 382 C 380 C 348 C 542 C

Logam yang dihasilkan 6 kg 5 kg 4.1 kg 6 kg 1 kg 0 kg

Matte yang dihasilkan 0,8 kg 1.3 kg 2,6 kg 2.3 kg 2,1 kg 2,8 kg

Slag 124 kg 131 kg 139 kg 129 kg 93 kg 93 kg

Flow rate awal 1.576 kg/min 2.120 kg/min 2,111 kg/min

2,209 kg/min 1,244 kg/min 0,57 kg/min

Flow rate stabil 1,888 kg/min 2,368 kg/min 2,389 kg/min

2,402 kg/min 1,576 kg/min 0,663 kg/min

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0 20 40 60

Flo

w r

ate

(kg

/min

)

% arang tempurung Kelapa

Flow rate awal

Flow rate stabil

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 10 20 30 40 50 60

Tem

pe

ratu

r (C

elc

ius)

% Arang tempurung Kelapa

T. Tapping

T1

T2

Analisa Logam

% Arang Tempurung kelapa Cu Ni Fe

0 0 0 0

10 84,51333 6,44 6,486667

20 80,52333 10,59 6,823333

30 84,94667 8,6 7,496667

40 52,69 3,93 27,17

50 62,50667 3,843333 22,18667

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 10 20 30 40 50 60

% K

adar

Lo

gam

% Arang Tempurung Kelapa

Fe

Ni

Cu

1

2 4

5

3

Analisa Slag Variabel %Cu %Ni %Fe

0 6,33 0,201 12,38

10 3,67 0,203 13,31

20 2,26 0 14,12

30 5,14 0,44 15,73

40 5,02 0,389 15,7

50 2,92 0 12,65

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 10 20 30 40 50 60

% K

adar

un

sur

dal

am s

lag

% Arang tempurung kelapa

%Cu

%Ni

%Fe

KESIMPULAN DAN SARAN

Kesimpulan 1. Variasi campuran reduktor dan bahan bakar yang paling baik adalah 20 % arang tempurung kelapa 80 % batubara 2. Semakin banyak campuran arang tempurung kelapa membuat temperature di tap hole dan T 1(115 cm diatas tap hole) meningkat namun karena permeabilitas yang semakin buruk menyebabkan rentang temperaturnya bertambah terhadap dan T2 (168 cm diatas tap hole). 3. Terlalu banyak arang (50% arang temprung kelapa) menyebabkan bahan bakar cepat habis dan tidak mampu mereduksi ore sepenuhnya. 4. Semakin banyak fayalite yang terbentuk di dalam slag maka kekentalannya semakin menurun.

Saran 1. Untuk laterit dengan kadar dibawah 1,6% Ni maka perbandingan berat untuk laterit harus ditambah agar nikel yang terbentuk sesuai. 2. Slag memiliki kadar Fe 15 % serta kadar arsen yang rendah ehingga dapat digunakan atau diolah kembali dengan aman 3. Pengukuran temperature menggunakan thermokopel tipe S yang dipasang permanen pada MBF sehingga memudahkan pengkuran dan aman baik terhadap proses maupun pelaksana 4. perlu dilakukan proses tahap lanjut (refinery) agar cupronikel yang dihasilkan dari MBF memiliki kadar besi yang rendah

SEKIAN