bijih laterit makalah
TRANSCRIPT
PENDAHULUAN
A. TEORI PYROMETALURGI
Metalurgi didefinisikan sebagai ilmu dan teknologi untuk memperoleh
sampai pengolahan logam yang mencakup tahapan dari pengolahan bijih
mineral,pemerolehan (ekstraksi) logam, sampai ke pengolahannya untuk
menyesuaikan sifat-sifat dan perilakunya sesuai dengan yang dipersyaratkan
dalam pemakaian untuk pembuatan produk rekayasa tertentu.
Berdasarkan tahapan rangkaian kegiatannya, metalurgi dibedakan menjadi
dua jenis, yaitu metalurgi ekstraksi dan metalurgi fisika. Metalurgi ekstraksi yang
banyak melibatkan proses-proses kimia, baik yang temperatur rendah dengan cara
pelindian maupun pada temperatur tinggi dengan cara proses peleburan utuk
menghasilkan logam dengan kemurnian tertentu, dinamakan juga metalurgi kimia.
Meskipun sesungguhnya metalurgi kimia itu sendiri mempunyai pengertian yang
luas, antara lain mencakup juga pemaduan logam dengan logam lain atau logam
dengan bahan bukan logam. Beberapa aspek perusakan logam (korosi) dan cara-
cara penanggulangannya, pelapisan logam secara elektrolit,dll. Adapun proses-
proses dari ekstraksi metalurgi / ekstraksi logam itu sendiri antara lain adalah
pyrometalurgy (proses ekstraksi yang dilakukan pada temperatur tinggi).
Pyrometalurgi merupakan suatu proses ekstraksi metal dengan memakai
energi panas. Suhu yang dicapai ada yang hanya 50o – 250o C (proses Mond untuk
pemurnian nikel), tetapi ada yang mencapai 2.000o C (proses pembuatan paduan
baja). Suhu yang dibutuhkan pada pembentukan nikel laterit adalah 2000o C
dimana tubuh endapan nikel laterit terbentuk setelah tubuh batuan beku
tersingkap di permukaan dan mengalami pelapukan secara terus – menerus
yang mengakibatkan batuan menjadi laterit.
1
Batuan induk bijih nikel adalah batuan peridotit. Menurut Vinogradov
batuan ultra basa rata-rata mempunyai kandungan nikel sebesar 0,2 %. Unsur
nikel tersebut terdapat dalam kisi-kisi kristal mineral olivin dan piroksin,
sebagai hasil substitusi terhadap atom Fe dan Mg. Proses terjadinya substitusi
antara Ni, Fe dan Mg dapat diterangkan karena radius ion dan muatan ion yang
hampir bersamaan di antara unsur-unsur tersebut. Proses serpentinisasi yang
terjadi pada batuan peridotit akibat pengaruh larutan hydrothermal, akan
merubah batuan peridotit menjadi batuan serpentinit atau batuan serpentinit
peroditit. Sedangkan proses kimia dan fisika dari udara, air serta pergantian
panas dingin yang bekerja kontinu, menyebabkan disintegrasi dan dekomposisi
pada batuan induk.
Umpan yang baik adalah konsentrat dengan kadar metal yang tinggi agar
dapat mengurangi pemakaian energi panas. Penghematan energi panas dapat juga
dilakukan dengan memilih dan memanfaatkan reaksi kimia eksotermik
(exothermic).
Sumber energi panas dapat berasal dari :
1. Energi kimia (chemical energy = reaksi kimia eksotermik).
2. Bahan bakar (hydrocarbon fuels) : kokas, gas dan minyak bumi.
3. Energi listrik.
4. Energi terselubung/tersembunyi, panas buangan dipakai untuk pemanasan awal
(preheating process).
Peralatan yang umumnya dipakai adalah :
1. Tanur tiup (blast furnace).
2. Reverberatory furnace.
Sedangkan untuk pemurniannya dipakai :
1. Pierce-Smith converter.
2. Bessemer converter.
2
3. Kaldo cenverter.
4. Linz-Donawitz (L-D) converter.
5. Open hearth furnace.
Proses pirometalurgi terbagi atas 5 proses, yaitu :
1. Drying (Pengeringan)
Adalah proses pemindahan panas kelembapan cairan dari material.
Pengeringan biasanya sering terjadi oleh kontak padatan lembap
denganpembakaran gas yang panas oleh pembakaran bahan bakar fosil. Pada
beberapa kasus, panas pada pengeringan bisa disediakan oleh udara panas gas
yang secara tidak langsung memanaskan.
Biasanya suhu pengeringan di atur pada nilai diatas titik didih air sekitar
120oC.pada kasus tertentu, seperti pengeringan air garam yang dapat larut, sushu
pengeringan yang lebih tinggi diperlukan..
2. Calcining (Kalsinasi)
Kalsinasi adalah dekomposisi panas material. Contohnya dekomposisi
hydrate seperti ferric Hidroksida menjadi ferric oksida dan uap air atau
dekomposisi kalsium karbonat menjadi kalsium oksida dan karbon diosida dan
atau besi karbonat menjadi bsi oksida.
Proses kalsinasi membawa dalam variasi tungku/furnace termasuk shaft
furnace, rotary kilns dan fluidized bed reactor.
3. Roasting (Pemanggangan)
Adalah pemanasan dengan kelebihan udara dimana udara dihembuskan
pada bijih yang dipanaskan disertai penambahan regen kimia dan pemanasan ini
tidak mencapai titik leleh (didih).
Kegunaan Roasting adalah :
- Mengeluarkan sulfur, Arsen, Antimon dari persenyawaannya
3
- Merubah mineral sulfida menjadi oksida dan sulfur
2 ZnS + 3O2 2 ZnO + 2 SO4
- Membentuk material menjadi porous
- Menguapkan impurity yang foltair.
Dapur yang digunakan pada proses roasting, yaitu :
- Hazard Vloer Oven
- Suspensi roasting oven
- Fluiized bed roasting
4. Smelting
Adalah proses peleburan logam pada temperatur tinggi sehingga
logam ,eleleh dan mecair setelah mencapai titik didihnya.
Oven yang digunakan, yaitu :
a. Schacht Oven
b. Scraal Oven (revergeratory Furnace
c. Electric Oven (Electric Furnace)
Dalam pemakaian oven yang perlu diperhatikan, yaitu :
a. Ketahanan mekanis dari feeding
b. Kemurnian dari bahan bakar.
Smelting terbagi beberapa jenis, yaitu :
a. Reduksi smelting
b. Oksidasi smelting
c. Netral smelting
d. Sementasi smelting
e. Sulfida smeltig
f. Presipitasi smelting
g. Flash smelting (peleburan semprot)
h. Ekstraksi timbal dan seng secara simultan.
4
5. Refining (Pemurnian)
Pemurnian adalah pemindahan kotoran dari material dengan proses panas.
Dampak Negatif dari Esktraksi Metalurgi Secara Pirometalurgi
Pencemaran lingkungan yang terjadi adalah :
1. Panas yang terasa oleh para pekerja yang berada di sekitar peralatan lebur.
2. Gas buangan yang mengandung racun (CO, NO2, SO2, dll).
3. Debu dan padatan yang beterbangan di sekitar pabrik.
4. Terak (slag) yang bisa mengotori atau merusak lahan, walaupun dapat juga
dimanfaatkan sebagai material pengisi (land fill), pengeras jalan (road aggregate)
dan campuran beton ringan (light weight concrete aggregate).
5
PERIDOTIT - SERPENTINIT
B. MINERALOGI LATERIT
Air hujan kaya CO2 dari atmosfer
Z Sedikit pelindian zone limonit O Di musim hujan
N Konsentrasi residu penguapan pengendapan A dari Fe dan khromit Si, Al selama musim keringL I Fe-hidroksida (+Ni,Al) M Al-hidroksida O Mineral lempung naiknya air tanah N Mn-hidroksida (+Co) akibat gaya kapilerI Cr-spinelT
ZONE PELINDIANSilikat yang mengandung nikel terurai
Mg, Si, dan Ni larut
-------- --------------------------------------------SA
Z P Pengendapan kembali sebagianO R Ni, Mg, Si pada rekahanN O misal sebagai : - garnierit A L - krisopras
ITBAT Sebagian Mg mengendap U kembali pada rekahan A di batuan asalN misal : - gel magnesit A - serpentinSAL
Endapan nikel laterit merupakan hasil pelapukan lanjut dari batuan
ultramafik pembawa Ni-Silikat. Umumnya terdapat pada daerah dengan iklim
tropis sampai dengan subtropis. Pengaruh iklim tropis di Indonesia
6
Pengurangan larutan pembawa Ni,Mg,Si
Penambahan larutan pembawa Ni,Mg,Si
Serpentinisasi
BATUAN ULTRAMAFIK
mengakibatkan proses pelapukan yang intensif, sehingga beberapa daerah di
Indonesia memiliki profil laterit (produk pelapukan) yang tebal dan menjadikan
Indonesia sebagai salah satu negara penghasil nikel laterit yang utama. Proses
konsentrasi nikel pada endapan nikel laterit dikendalikan oleh beberapa faktor
yaitu, batuan dasar, iklim, topografi, airtanah, stabilitas mineral, mobilitas unsur,
dan kondisi lingkungan yang berpengaruh terhadap tingkat kelarutan mineral.
Genesa umum nikel laterit berdasarkan cara terjadinya, endapan nikel
dapat dibedakan menjadi 2 macam, yaitu endapan sulfida nikel – tembaga berasal
dari mineral pentlandit, yang terbentuk akibat injeksi magma dan konsentrasi
residu (sisa) silikat nikel hasil pelapukan batuan beku ultramafik yang sering
disebut endapan nikel laterit. Menurut Bateman (1981), endapan jenis konsentrasi
sisa dapat terbentuk jika batuan induk yang mengandung bijih mengalami proses
pelapukan, maka mineral yang mudah larut akan terusir oleh proses erosi,
sedangkan mineral bijih biasanya stabil dan mempunyai berat jenis besar akan
tertinggal dan terkumpul menjadi endapan konsentrasi sisa. Air permukaan yang
mengandung CO2 dari atmosfer dan terkayakan kembali oleh material – material
organis di permukaan meresap ke bawah permukaan tanah sampai pada zona
pelindihan, dimana fluktuasi air tanah berlangsung. Akibat fluktuasi ini air tanah
yang kaya akan CO2 akan kontak dengan zona saprolit yang masih mengandung
batuan asal dan melarutkan mineral – mineral yang tidak stabil seperti olivin /
serpentin dan piroksen. Mg, Si dan Ni akan larut dan terbawa sesuai dengan aliran
air tanah dan akan memberikan mineral – mineral baru pada proses pengendapan
kembali (Hasanudin dkk, 1992). Boldt (1967), menyatakan bahwa proses
pelapukan dimulai pada batuan ultramafik (peridotit, dunit, serpentin), dimana
pada batuan ini banyak mengandung mineral olivin, magnesium silikat dan besi
silikat, yang pada umumnya banyak mengandung 0,30 % nikel. Batuan tersebut
sangat mudah dipengaruhi oleh pelapukan lateritik. Air tanah yang kaya akan
CO2 berasal dari udara luar dan tumbuh – tumbuhan, akan menghancurkan olivin.
Terjadi penguraian olivin, magnesium, besi, nikel dan silika kedalam larutan,
cenderung untuk membentuk suspensi koloid dari partikel – partikel silika yang
7
submikroskopis. Didalam larutan besi akan bersenyawa dengan oksida dan
mengendap sebagai ferri hidroksida. Akhirnya endapan ini akan menghilangkan
air dengan membentuk mineral – mineral seperti karat, yaitu hematit dan kobalt
dalam jumlah kecil, jadi besi oksida mengendap dekat dengan permukaan tanah.
Proses laterisasi adalah proses pencucian pada mineral yang mudah larut
dan silika pada profil laterit pada lingkungan yang bersifat asam dan lembab serta
membentuk konsentrasi endapan hasil pengkayaan proses laterisasi pada unsur Fe,
Cr, Al, Ni dan Co (Rose et al., 1979 dalam Nushantara 2002) . Proses pelapukan
dan pencucian yang terjadi akan menyebabkan unsur Fe, Cr, Al, Ni dan Co
terkayakan di zona limonit dan terikat sebagai mineral – mineral oxida /
hidroksida, seperti limonit, hematit, dan Goetit (Hasanudin, 1992). Endapan bijih
nikel laterit, yaitu bijih nikel yang terbentuk sebagai hasil pelapukan batuan
ultramafik dan terkonsentrasi pada zona pelapukan (Peters, 1978).
Batuan induk bijih nikel adalah batuan peridotit. Menurut Vinogradov
batuan ultra basa rata-rata mempunyai kandungan nikel sebesar 0,2 %. Unsur
nikel tersebut terdapat dalam kisi-kisi kristal mineral olivin dan piroksin, sebagai
hasil substitusi terhadap atom Fe dan Mg. Proses terjadinya substitusi antara Ni,
8
Fe dan Mg dapat diterangkan karena radius ion dan muatan ion yang hampir
bersamaan di antara unsur-unsur tersebut. Proses serpentinisasi yang terjadi pada
batuan peridotit akibat pengaruh larutan hydrothermal, akan merubah batuan
peridotit menjadi batuan serpentinit atau batuan serpentinit peroditit. Sedangkan
proses kimia dan fisika dari udara, air serta pergantian panas dingin yang bekerja
kontinu, menyebabkan disintegrasi dan dekomposisi pada batuan induk. Pada
pelapukan kimia khususnya, air tanah yang kaya akan CO2 berasal dari udara dan
pembusukan tumbuh-tumbuhan menguraikan mineral-mineral yang tidak stabil
(olivin dan piroksin) pada batuan ultra basa, menghasilkan Mg, Fe, Ni yang larut;
Si cenderung membentuk koloid dari partikel-partikel silika yang sangat halus.
Didalam larutan, Fe teroksidasi dan mengendap sebagai ferri-hydroksida,
akhirnya membentuk mineral-mineral seperti geothit, limonit, dan haematit dekat
permukaan. Bersama mineral-mineral ini selalu ikut serta unsur cobalt dalam
jumlah kecil. Larutan yang mengandung Mg, Ni, dan Si terus menerus kebawah
selama larutannya bersifat asam, hingga pada suatu kondisi dimana suasana cukup
netral akibat adanya kontak dengan tanah dan batuan, maka ada kecenderungan
untuk membentuk endapan hydrosilikat. Nikel yang terkandung dalam rantai
silikat atau hydrosilikat dengan komposisi yang mungkin bervariasi tersebut akan
mengendap pada celah-celah atau rekahan-rekahan yang dikenal dengan urat-urat
garnierit dan krisopras. Sedangkan larutan residunya akan membentuk suatu
senyawa yang disebut saprolit yang berwarna coklat kuning kemerahan. Unsur-
unsur lainnya seperti Ca dan Mg yang terlarut sebagai bikarbonat akan terbawa
kebawah sampai batas pelapukan dan akan diendapkan sebagai dolomit, magnesit
yang biasa mengisi celah-celah atau rekahan-rekahan pada batuan induk.
Dilapangan urat-urat ini dikenal sebagai batas petunjuk antara zona pelapukan
dengan zona batuan segar yang disebut dengan akar pelapukan (root of
weathering).
9
Faktor-faktor yang mempengaruhi pembentukan bijih nikel laterit ini adalah:
a. Batuan asal.
Adanya batuan asal merupakan syarat utama untuk terbentuknya
endapan nikel laterit, macam batuan asalnya adalah batuan ultra basa.
Dalam hal ini pada batuan ultra basa tersebut: - terdapat elemen Ni yang
paling banyak diantara batuan lainnya - mempunyai mineral-mineral yang
paling mudah lapuk atau tidak stabil, seperti olivin dan piroksin -
mempunyai komponen-komponen yang mudah larut dan memberikan
lingkungan pengendapan yang baik untuk nikel.
b. Iklim
Adanya pergantian musim kemarau dan musim penghujan dimana
terjadi kenaikan dan penurunan permukaan air tanah juga dapat
menyebabkan terjadinya proses pemisahan dan akumulasi unsur-unsur.
Perbedaan temperatur yang cukup besar akan membantu terjadinya
pelapukan mekanis, dimana akan terjadi rekahan-rekahan dalam batuan
yang akan mempermudah proses atau reaksi kimia pada batuan.
c. Reagen-reagen kimia dan vegetasi
Yang dimaksud dengan reagen-reagen kimia adalah unsur-unsur
dan senyawa-senyawa yang membantu mempercepat proses pelapukan.
Air tanah yang mengandung CO2 memegang peranan penting didalam
proses pelapukan kimia. Asam-asam humus menyebabkan dekomposisi
batuan dan dapat merubah pH larutan. Asam-asam humus ini erat
kaitannya dengan vegetasi daerah. Dalam hal ini, vegetasi akan
mengakibatkan:
penetrasi air dapat lebih dalam dan lebih mudah dengan mengikuti
jalur akar pohon-pohonan
10
akumulasi air hujan akan lebih banyak
humus akan lebih tebal Keadaan ini merupakan suatu petunjuk,
dimana hutannya lebat pada lingkungan yang baik akan terdapat
endapan nikel yang lebih tebal dengan kadar yang lebih tinggi.
Selain itu, vegetasi dapat berfungsi untuk menjaga hasil pelapukan
terhadap erosi mekanis.
d. Struktur
Struktur yang sangat dominan yang terdapat didaerah Polamaa ini
adalah struktur kekar (joint) dibandingkan terhadap struktur patahannya.
Seperti diketahui, batuan beku mempunyai porositas dan permeabilitas
yang kecil sekali sehingga penetrasi air sangat sulit, maka dengan adanya
rekahan-rekahan tersebut akan lebih memudahkan masuknya air dan
berarti proses pelapukan akan lebih intensif.
e. Topografi
Keadaan topografi setempat akan sangat mempengaruhi sirkulasi
air beserta reagen-reagen lain. Untuk daerah yang landai, maka air akan
bergerak perlahan-lahan sehingga akan mempunyai kesempatan untuk
mengadakan penetrasi lebih dalam melalui rekahan-rekahan atau pori-pori
batuan. Akumulasi andapan umumnya terdapat pada daerah-daerah yang
landai sampai kemiringan sedang, hal ini menerangkan bahwa ketebalan
pelapukan mengikuti bentuk topografi. Pada daerah yang curam, secara
teoritis, jumlah air yang meluncur (run off) lebih banyak daripada air yang
meresap ini dapat menyebabkan pelapukan kurang intensif.
f. Waktu
Waktu yang cukup lama akan mengakibatkan pelapukan yang
cukup intensif karena akumulasi unsur nikel cukup tinggi.
11
Profil nikel laterit keseluruhan terdiri dari 4 zona gradasi sebagai berikut :
1. Iron Capping : Merupakan bagian yang paling atas dari suatu penampang
laterit. Komposisinya adalah akar tumbuhan, humus, oksida besi dan sisa-sisa
organik lainnya. Warna khas adalah coklat tua kehitaman dan bersifat gembur.
Kadar nikelnya sangat rendah sehingga tidak diambil dalam penambangan.
Ketebalan lapisan tanah penutup rata-rata 0,3 s/d 6 m. berwarna merah tua,
merupakan kumpulan massa goethite dan limonite. Iron capping mempunyai
kadar besi yang tinggi tapi kadar nikel yang rendah. Terkadang terdapat mineral-
mineral hematite, chromiferous.
2. Limonite Layer : Merupakan hasil pelapukan lanjut dari batuan beku ultrabasa.
Komposisinya meliputi oksida besi yang dominan, goethit, dan magnetit.
Ketebalan lapisan ini rata-rata 8-15 m. Dalam limonit dapat dijumpai adanya akar
12
tumbuhan, meskipun dalam persentase yang sangat kecil. Kemunculan bongkah-
bongkah batuan beku ultrabasa pada zona ini tidak dominan atau hampir tidak
ada, umumnya mineral-mineral di batuan beku basa-ultrabasa telah terubah
menjadi serpentin akibat hasil dari pelapukan yang belum tuntas. fine grained,
merah coklat atau kuning, lapisan kaya besi dari limonit soil menyelimuti seluruh
area. Lapisan ini tipis pada daerah yang terjal, dan sempat hilang karena erosi.
Sebagian dari nikel pada zona ini hadir di dalam mineral manganese oxide,
lithiophorite. Terkadang terdapat mineral talc, tremolite, chromiferous, quartz,
gibsite, maghemite.
3. Silika Boxwork : putih – orange chert, quartz, mengisi sepanjang fractured dan
sebagian menggantikan zona terluar dari unserpentine fragmen peridotite,
sebagian mengawetkan struktur dan tekstur dari batuan asal. Terkadang terdapat
mineral opal, magnesite. Akumulasi dari garnierite-pimelite di dalam boxwork
mungkin berasal dari nikel ore yang kaya silika. Zona boxwork jarang terdapat
pada bedrock yang serpentinized.
4. Saprolite : Zona ini merupakan zona pengayaan unsur Ni. Komposisinya
berupa oksida besi, serpentin sekitar <0,4% kuarsa magnetit dan tekstur batuan
asal yang masih terlihat. Ketebalan lapisan ini berkisar 5-18 m. Kemunculan
bongkah-bongkah sangat sering dan pada rekahan-rekahan batuan asal dijumpai
magnesit, serpentin, krisopras dan garnierit. Bongkah batuan asal yang muncul
pada umumnya memiliki kadar SiO2 dan MgO yang tinggi serta Ni dan Fe yang
rendah. campuran dari sisa-sisa batuan, butiran halus limonite, saprolitic rims,
vein dari endapan garnierite, nickeliferous quartz, mangan dan pada beberapa
kasus terdapat silika boxwork, bentukan dari suatu zona transisi dari limonite ke
bedrock. Terkadang terdapat mineral quartz yang mengisi rekahan, mineral-
mineral primer yang terlapukkan, chlorite. Garnierite di lapangan biasanya
diidentifikasi sebagai kolloidal talc dengan lebih atau kurang nickeliferous
serpentin. Struktur dan tekstur batuan asal masih terlihat.
13
5. Bedrock : bagian terbawah dari profil laterit. Tersusun atas bongkah yang lebih
besar dari 75 cm dan blok peridotit (batuan dasar) dan secara umum sudah tidak
mengandung mineral ekonomis (kadar logam sudah mendekati atau sama dengan
batuan dasar). Batuan dasar merupakan batuan asal dari nikel laterit yang
umumnya merupakan batuan beku ultrabasa yaitu harzburgit dan dunit yang pada
rekahannya telah terisi oleh oksida besi 5-10%, garnierit minor dan silika > 35%.
Permeabilitas batuan dasar meningkat sebanding dengan intensitas
serpentinisasi.Zona ini terfrakturisasi kuat, kadang membuka, terisi oleh mineral
garnierite dan silika. Frakturisasi ini diperkirakan menjadi penyebab adanya root
zone yaitu zona high grade Ni, akan tetapi posisinya tersembunyi.
14
PROSES PYROMETALURGI
A. SKEMA
15
Gambar 2.1. Diagram proses pemurnian bijih nikel dengan metoda
pyrometallurgy.
Secara umum proses pengolahan bijih nikel jalur
pyrometallurgy dibagi dalam beberapa tahap seperti dalam
diagram berikut:
16
Gambar 2.2. Diagram alir proses
B. PROSES
Secara umum, mineral bijih di alam ini dibagi dalam 2 (dua) jenis yaitu
mineral sulfida dan mineral oksida. Begitu pula dengan bijih nikel, ada sulfida dan
ada oksida. Masing-masing mempunyai karakteristik sendiri dan cara
pengolahannya pun juga tidak sama. Dalam bahasan kali ini akan dibatasi
pengolahan bijih nikel dari mineral oksida (Laterit).
Bijih nikel dari mineral oksida (Laterite) ada dua jenis yang umumnya
ditemui yaitu Saprolit dan Limonit dengan berbagai variasi kadar. Perbedaan
menonjol dari 2 jenis bijih ini adalah kandungan Fe (Besi) dan Mg (Magnesium),
bijih saprolit mempunyai kandungan Fe rendah dan Mg tinggi sedangkan limonit
sebaliknya. Bijih Saprolit dua dibagi dalam 2 jenis berdasarkan kadarnya yaitu
HGSO (High Grade Saprolit Ore) dan LGSO (Low Grade Saprolit Ore), biasanya
HGSO mempunyai kadar Ni ≥ 2%.
Tabel 1. Contoh Komposisi Saprolit Ore
Berdasarkan tabel 1, faktor yang paling penting diperhatikan adalah
basisitas (tingkat kebasaan) MgO/SiO2 atau ada juga yang mengukur berdasarkan
SiO2/MgO. Tingkat kebasaan ini menentukan brick/ refractory/bata tahan api
17
yang harus digunakan di dalam tungku (furnace), jika basisitas tinggi maka
refractory yang digunakan juga sebaiknya mempunyai sifat basa agar slag (terak)
tidak bereaksi dengan refractory yang akan menghabiskan lapisan refractory
tersebut. Basisitas juga menentukan viscositas slag, semakin tinggi basisitas maka
slag semakin encer dan mudah untuk dikeluarkan dari furnace. Namun basisitas
yang terlalu tinggi juga tidak terlalu bagus karena difusi Oksigen akan semakin
besar sehingga kehilangan logam karena oksidasi terhadap logam juga semakin
besar.
Gambar 2.3. Kesetimbangan Metal-Slag
(Ket: Slag selalu berada di atas metal karena densitynya lebih rendah)
Setelah bijih mengalami proses pendahuluan yang meliputi crushing
drying, sintering, kemudian bijih diproses lanjut secara proses pyrometallurgy.
Reduksi yang terjadi pada proses ini hanya sebagian dari besi saja yang dapat
diikat menjadi terak, dan sebagian besar masih dalam bentuk ferro-nikel
alloy.Dalam hal ini untuk memisahkan besi dari nikel pada reaksi peleburan
tersebut ditambahkan beberapa bahan yang mengandung belerang (Gypsum atau
Pyrite). Karena perbedaan daya ikat besi dan nikel terhadap oksigen dan belerang,
18
sehingga proses ini didapatkan metal yaitu paduan Ni3S2 dan FeS dan sebagian
besar besi dapat diterakkan.
Metal yang dihasilkan ini masih mengandung lebih dari 60 % Fe dan
selanjatnya metal yang masih dalam keadaan cair terus diproses lagi dalam
konvertor. Proses-proses konvertor diberikan bahan tambah silikon untuk
menterakkan oksida besi.Terak hasil konvertor ini masih mengandung nikel yang
cukup tinggi,sehingga terak ini biasanya di proses ulang pada
peleburan(Resmelting).Proses selanjutnya metal di panggang untuk memisahkan
belerang.
1. Kominusi
Kominusi adalah proses reduksi ukuran dari ore agar mineral berharga bisa
terlepas dari bijihnya. Berbeda dengan pengolahan emas, dalam tahap kominusi
untuk nikel ore ini hanya dibutuhkan ukuran maksimal 30 mm sehingga hanya
dibutuhkan crusher saja dan tidak dibutuhkan grinder.
2. Drying
Drying atau pengeringan dibutuhkan untuk mengurangi kadar moisture
dalam bijih. Biasanya kadar moisture dalam bijih sekitar 30-35 % dan diturunkan
dalam proses ini dengan rotary dryer menjadi sekitar 23% (tergantung desain yang
dibuat). Dalam rotary dryer ini, pengeringan dilakukan dengan cara mengalirkan
gas panas yang dihasilkan dari pembakaran pulverized coal dan marine fuel dalam
19
Hot Air Generator (HAG) secara Co-Current (searah) pada temperature sampai
200 C.
3. Calcining
Tujuan utama proses ini adalah menghilangkan air kristal yang ada dalam
bijih,air kristal yang biasa dijumpai adalah serpentine (3MgO.2SiO2.2H2O) dan
goethite (Fe2O3.H2O). Proses dekomposisi ini dilakukan dalam Rotary Kiln
dengan tempetatur sampai 850 oC menggunakan pulverized coal secara Counter
Current. Reaksi dekomposisi air kristal yang terjadi adalah sebagai berikut:
a. Serpentine
Reaksi dekomposisi dari serpentine adalah sebagai berikut:
3MgO.2SiO2.2H2O = 3 MgO + 2 SiO2 + 2 H2O
Reaksi ini terjadi pada temperatur 460-650 C dan tergolong reaksi endotermik.
Pemanasan lebih lanjut MgO dan SiO2 akan membentuk forsterite dan enstatite
yang merupakan reaksi eksotermik.
2 MgO + SiO2 = 2MgO.SiO2
MgO + SiO2 = MgO.SiO2
b. Goethite
Reaksi dekomposisi dari goethite adalah sebagai berikut:
Fe2O3.H2O = Fe2O3 + H2O
Reaksi ini terjadi pada 260C – 330C dan merupakan reaksi endotermik.
Di samping menghilangkan air kristal, pada proses ini juga biasanya didesain
20
sudah terjadi reaksi reduksi dari NiO dan Fe2O3. Dalam teknologi Krupp rent,
semua reduksi dilakukan dalam rotary kiln dan dihasilkan luppen. Sedangkan
dalam technology Electric Furnace, hanya sekitar 20% NiO tereduksi secara tidak
langsung dalam rotary kiln menjadi Ni dan 80% Fe2O3 menjadi FeO sedangkan
sisanya dilakukan dalam electric furnace.
Produk dari rotary kiln ini disebut dengan calcined ore dengan kandungan
moisture sekitar 2% dan siap dilebur dalam electric furnace.
4. Smelting
Proses peleburan dalam electric furnace adalah proses utama dalam
rangkaian proses ini. Reaksi reduksi 80% terjadi secara langsung dan 20% secara
tidak langsung pada temperature sampai 1650 C. Reaksi reduksi langsung yang
terjadi adalah sebagai berikut:
NiO(l) + C(s) = Ni(l) + CO(g)
FeO(l) + C(s) = Fe(l) + CO(g)
Beberapa material yang mempunyai afinitas yang tinggi terhadap oksigen
juga tereduksi dan menjadi pengotor dalam logam.
SiO2(l) + 2C(s) = Si(l) + 2CO(g)
Cr2O3(l) + 3C(s) = 2Cr(l) + 3CO(g)
P2O5(l) + 5C(s) = 2P(l) + 5CO(g)
3Fe(l) + C(s) = Fe3C(l)
Karbon disupplay dari Antracite (tergantung desain), dan reaksi terjadi
pada zona leleh elektroda. CO(g) yang dihasilkan dari reaksi ini ditambah dengan
CO(g) dari reaksi boudoard mereduksi NiO dan FeO serta Fe2O3 melalui
mekanisme solid-gas reaction (reaksi tidak langsung):
21
NiO(s) + CO(g) = Ni(s) + CO2(g)
CoO(s) + CO(g) = Co(s) + CO2(g)
FeO(s) + CO(g) = Fe(s) + CO2(g)
Fe2O3(s) + CO(g) = 2FeO(s) + CO2(g)
Oksida stabil seperti SiO2, Cr2O3 dan P2O5 tidak tereduksi melalui reaksi
tidak langsung. Sampai di sini Crude Fe-Ni sudah terbentuk dan proses sudah bisa
dikatakan selesai.
Yield (recovery) dari nikel pada EAF dapat didekati seperti pada gambar
berikut:
Gambar 2.4. Hubungan antara Fe yield dan Ni yield dalam EAF
22
Gambar 2.5. Hubungan antara Fe yield dan %Ni dalam Crude FeNi
Gambar 2.5. Diagram fasa biner Fe-Ni
Pada daerah interface (antar muka) Slag-Metal terjadi kesetimbangan sebagai
berikut:
Si(l) + 2FeO(l) = 2Fe(l) + SiO2(l)
Si(l) + 2NiO(l) = 2Ni(l) + SiO2(l)
NiO(slag) + Fe(metal) = Ni(metal) + FeO(slag)
23
Sekali lagi basisitas sangat penting dalam kondisi ini, sebagai contoh
proses yang didesain dengan basisitas 0,68 maka:
MgO = 0.68SiO2
MgO + SiO2 = 100%
0.68SiO2 + SiO2 = 100%
1.68SiO2 = 100% ®
SiO2 = 59.5% dan MgO = 40.5%
Korelasi antara slag melting point pada SiO2 59.5% dan MgO 40.5%
diilustrasikan oleh diagram terner FeO-MgO-SiO2 dalam gambar 6 (diambil dari
Slag Atlas, Verlagstahleisen, M.B.H., Duesseldorf, 1981 and I.J. Reinecke and H.
Lagendikj, INFACON XI Conference Proceeding, 2007).
5. Refining
Pada proses ini yang paling utama adalah menghilangkan/memperkecil
kandungan sulfur dalam crude Fe-Ni dan sering disebut Desulfurisasi.
Dilakukannya proses ini berkaitan dengan kebutuhan proses lanjutan yaitu
digunakannya Fe-Ni sebagai umpan untuk pembuatan Baja dimana baja yang
bagus harus mengandung Sulfur maksimal 20 ppm sedangkan kandungan Sulfur
pada Crude Fe-Ni masih sekitar 0,3% sehingga jika kandungan sulfur tidak
diturunkan maka pada proses pembuatan baja membutuhkan kerja keras untuk
menurunkan kandungan sulfur ini.
Proses ini dilakukan pada ladle furnace dengan agent sebagai berikut:
Tabel 2. Agent Untuk desulfurisasi
24
Sedangkan reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:
CaC2 (S) + S = CaS (S) + 2C (Sat)
Na2CO3 + S + Si = Na2S + (SiO2) + CO
Na2Co3 + SiO2 = Na2O . SiO2 + CO2
Reaksi ini merupakan reaksi eksotermik sehingga tidak membutuhkan
pemanasan lagi pasca smelting.
Proses selanjutnya adalah converting, sebenarnya proses ini masih dalam
bagian refining hanya untuk membedakan antara menurunkan sulfida dengan
menurunkan pengotor lain seperti Si, P, Cr dan C sesuai dengan kebutuhan.
Sedangkan prosesnya sama hanya saja reaksi lebih dominan oksidasi dari oksigen.
Si (l) + O2 (g) = SiO2 (l) ↔ SiO2 (l) + CaO (l) = CaO . SiO2 (l)
Cr (l) + 5O2 (g)= 2Cr2O3 (l)
4P (l)+ 5O2 (g)= 2P2O5 (l) ↔CaO (l)+P2O5 (l)= CaO. P2O5 (l)
C(l) + ½ O2 (g)= CO (g)
C(l) + O2 (g)= CO2 (g)
C. KADAR BIJIH
Bijih-bijih nikel dapat diklasifikasikan menjadi 2 golongan :
25
1. Bijih sulfida , bijih ini mengandung:
0,5 - 5,6 % Ni
34 - 52 % Fe
2 - 22 % SiO2
4 - 6 % Al2O3
0,8 - 1,8 % Cu
21 - 28 % S
1,9 – 7 % CaO
2. Bijih Silikat , terdiri dari:
0,9 – 1,6 % Ni
0,01% Si
0,1 – 1,5 % CaO
5,1 – 22 % MgO
12 – 14 % Fe
34 – 42 % SiO2
Proses pengolahan bijih nikel menggunakan proses ELKEM, Pabrik 1
mulai beriperasi bulan Pebruari 1976, sedangkan Pabrik II mulai operasi
percobaannya pada bulan November 1994. Untuk konservasi energi, pada tahun
1988 mulai dioperasikannya satu unti Coal Firing System untuk menggantikan
bahan bakar minyak di Rotary Kiln dengan bahan bakar batu bara. Untuk
Optimasi Pabrik, diadakan pula penambahan satu unit proses pengeringan yaitu
Rotary Dryer yang beroperasi pada tahun 1991. Selain menggunakan bahan bakar
batu bara, Rotary Dryer ini juga memanfaatkan gas buang dari dapur listrik untuk
bahan pemanas.
Secara garis besar proses pengolahan bijih nikel dibagi dalam tiga tahap yaitu :
26
1. Tahap Praolahan. Bijih basah yang berasal dari wilayah penambangan
Utaram tengah, dan Selatan serta bijih basah yang berasal dari P. Gee
dicampur (blending) untuk mendapatkan komposisi yang sesuai.
Campuran bijih (blended ore) ini dikeringkan di dalam suatu Rotary
Dryer. Selanjutnya bijih kering mengalami proses kalsinasi di dalam
Rotary Kiln untuk menghilangkan kandungan Loss on Ignition (LOI).
Debu yang berasal dari tahap praolahan ini ditangkap pada unit
penangkapan debu, lalu diproses di dalam pelletizer untuk membuat pellet
yang akan diumpankan kembali ke dalam Rotary Kiln.
2. Tahap Peleburan. Pada tahap ini calcined ore dilebur dan direduksi di
dalam capur listrik berkapasitas 20 MVA untuk Feni I dan 25 MVA untuk
Feni II. Sebagai bahan pereduksi digunakan Antracite. Proses reduksi ini
menghasilkan crude metal yang akan dimurnikan pada tahap selanjutnya,
sedangkan bahan yang tidak tereduksi berupa slag dikeluarkan dari dapur
listrik pada waktu-waktu tertentu untuk dibuang. Untuk pengaturan
kebasaan, slag ditambahkan batu kapur.
3. Tahap Pemurnian. Crude metal yang berasal dari tahap peleburan,
dikurangi kandungan belerangnya di dalam suatu unit penghilang sulfur
(Desulphurization). Sedangkan untuk mengurangi kandungan Si, C, dan P
dilakukan Blowing Oxygen dan penambahan Flux terhadap crude metal di
dalam unit Shaking Converter ( De-Siliconization dan De-Carbonization).
Gas Oxygen yang dipergunakan berasal dari Oxygen Plant. Untuk
membuat produk Feronikel berbentuk batangan (ingot), metal cair yang
telah dimurnikan dengan spesifikasi dan komposisi tertentu dicetak pada
unit Continuous Casting Machine Untuk membuat produk feronikel
berbentuk butiran (shot), metal cair ini dicetak pada unit Shot Making.
Bentuk batangan (ingot) diproduksi dalam dua jenis, yaiut High Carbon
dan Low Carbon. Sedangkan bentuk butiran (shot) yang diproduksi hanya
dalam jenis Low Carbon
27
D. COST
Tahun ini dan seterusnya akan menjadi penting untuk penurunan biaya
tunai total sebelum kredit oleh-produk. Tidak seperti tahun-tahun terakhir,
produsen nikel telah menemukan bahwa kekurangan tenaga kerja terampil dan
spesialis, bahan, truk, mesin dan peralatan dengan cepat mereda, menyebabkan
biaya yang lebih rendah. Minyak lebih sederhana harga dan akibatnya biaya yang
lebih rendah dari produk minyak-terkait, seperti diesel.
Tahun 2008 akan diingat sebagai puncak dan pembalikan cepat tahun
pertumbuhan permintaan yang luar biasa untuk komoditas dari negara
berkembang. Ini kewalahan pasokan bahan tenaga kerja terampil, dan peralatan,
mengakibatkan kenaikan harga yang dramatis untuk penambangan, penggilingan
dan biaya luar kantor. Margin bagi produsen nikel melebar ke tingkat historis tak
tertandingi.
Pendapatan yang diterima dari oleh kredit-produk penting untuk biaya kas
bersih dan profitabilitas. Sejumlah tambang memiliki biaya kas negatif. Proporsi
biaya produksi rekaman negatif akan menurun, dan proporsi produksi dengan
biaya melebihi harga nikel saat ini telah meningkat secara dramatis.
Hampir semua tambang nikel menghasilkan jumlah yang berarti dari
setidaknya satu logam mulia lainnya. Oleh karena itu, dalam banyak kasus,
penjualan oleh-produk memiliki dampak material terhadap keseluruhan biaya
produksi satu pon nikel. Ini berarti bahwa tambang polimetalik khususnya dapat
memiliki variasi yang sangat luas dalam jumlah biaya tunai. Modest penurunan
asumsi pendapatan dengan-produk dapat memindahkan tambang dengan biaya
moderat untuk ujung atas kurva biaya yang sangat cepat. Fluktuasi mata uang
telah mempengaruhi struktur biaya industri. Krisis ekonomi global telah melihat
mata uang dari ekonomi berbasis komoditas Australia, Kanada, Afrika Selatan
dan Amerika Selatan produsen terdepresiasi secara dramatis, yang mengalami
penurunan biaya.
28
Laporan Biaya Produksi Industri Nikel meliputi data operasional selama
rentang waktu 10 tahun, mewakili lebih dari 90% dari output dunia. Analisis
Volume multi perkiraan biaya produksi di 17 negara, termasuk banyak dari
fasilitas utama di seluruh dunia. Perkiraan biaya, meliputi proses produksi dari
konsumsi bahan baku baik untuk berkonsentrasi atau jadi logam disediakan.
Biaya Industri Nikel
Produksi dan kinerja keuangan selama sepuluh tahun berikutnya dengan
lima tahun sejarah.
Detil biaya kerusakan oleh proyek sampai dengan 30 komponen utama
seperti teknologi proses, produksi, tenaga kerja, penggunaan energi, royalti
dan biaya transportasi.
Akses ke menerbitkan laporan dan Teman-Excel berbasis Biaya
MODELLER melalui AME AME langsung, yang memungkinkan
29
pengguna untuk mengubah asumsi, biaya analisis sensitivitas, serta
memperkenalkan dan membandingkan proyek baru dan operasi:
o Perubahan biaya operasional, energi asumsi biaya
o Alter nilai tukar untuk setiap negara produsen
o Perubahan tarif angkut
o asumsi biaya terperinci untuk operasi masing-masing
o Memperkenalkan operasi baru atau proyek-proyek
Database menjamin akses terhadap informasi yang akurat dan tepat waktu
untuk sebagian besar operasi di dunia. analis kami melakukan pemeriksaan
menyeluruh atas data baik yang bersumber untuk memberikan jawaban yang
berharga, menghemat waktu dan usaha. Secara khusus, pekerjaan kami didasarkan
pada analisis rinci lembaran aliran, perusahaan riset mendalam, dan revisi
berkelanjutan dilengkapi dengan kunjungan tambang dan kontak teknis dengan
operasi individu.
Laporan Pasar Nikel Strategis
Pasar fundamental akan ditentukan oleh kecepatan dan ukuran pemulihan
dari resesi global. Pada tahap ini, 2009 akan menjadi tahun sulit bagi permintaan
konsumen global, dan kondisi deflasi akan tetap hingga 2010. Rencana rencana
30
stimulus fiskal di Cina, Amerika Serikat dan sejumlah negara yang lebih kecil
akan membantu dengan permintaan dan kepercayaan konsumen, dan ini akan
berpengaruh peningkatan permintaan komoditas di tahun 2010. Jangka panjang
perekonomian akan menghidupkan kembali, didorong oleh pengeluaran
pemerintah yang direncanakan Keynesian, terus urbanisasi di Asia dan
industrialisasi progresif di negara berkembang yang lebih luas. Namun,
pertumbuhan global akan di tingkat yang lebih sederhana dibandingkan dengan
sepuluh tahun terakhir. Dengan demikian pertumbuhan spektakuler ini didorong
oleh empat faktor utama, kombinasi tidak mungkin direplikasi waktu terlalu
cepat:
Besar peningkatan ketersediaan kredit bagi rumah tangga dan industri,
didorong oleh inovasi seperti sekuritisasi piutang, deregulasi industri
perbankan, asuransi kredit dan penerimaan meningkatkan risiko.
Tingkat pertumbuhan awal yang tinggi industrialisasi di Asia yang lebih
besar, dan pengembangan akibatnya wilayah ini menjadi industri yang
dominan di dunia dan pembangkit tenaga listrik logam. Dampak pada
dunia lebih besar daripada sebelumnya Revolusi Industri.
pertumbuhan produktivitas yang luar biasa didorong oleh revolusi TI yang
menyediakan komunikasi yang sangat besar, aliran data dan kemampuan
penyimpanan data di sebagian kecil dari biaya historis sebelumnya.
pertumbuhan besar dalam perdagangan internasional yang pada umumnya
dikelola dengan baik oleh Organisasi Perdagangan Dunia. Laju
pertumbuhan Senyawa 5% telah pernah terjadi sebelumnya dalam sejarah
ekonomi baru-baru ini.
Global PDB tingkat pertumbuhan akan pulih setelah resesi berakhir,
namun akan sedikit lebih sederhana di sekitar 2% per tahun di bawah tarif yang
berpengalaman dalam lima tahun terakhir.
Permintaan global untuk Nikel menurut Wilayah
31
Harga akan menerima dukungan banyak ekspansi di masa mendatang dan
proyek telah ditangguhkan, ditunda atau hanya dibatalkan tanpa kemungkinan
wajar melanjutkan sampai bukti-bukti kuat dari pertumbuhan permintaan
restorasi. Hal ini diperparah dengan tidak adanya pinjaman pada setiap skala
nyata, dan runtuhnya pendanaan pasar modal.
Dalam permintaan, pemulihan jangka panjang akan terjadi dari kombinasi
dari paket stimulus fiskal global, urbanisasi dilanjutkan dan membangun
infrastruktur di negara berkembang, dan pemulihan di keyakinan konsumen di
dunia Barat. Ketika ini terjadi, kemungkinan yang memasok mungkin sekali lagi
lag pertumbuhan permintaan seperti yang terjadi pada 2006/2007 dan
menyebabkan gelombang dalam harga nikel.
32
KESIMPULAN
Pyrometalurgi merupakan suatu proses ekstraksi metal dengan memakai
energi panas. Suhu yang dicapai ada yang hanya 50o – 250o C (proses Mond untuk
pemurnian nikel), tetapi ada yang mencapai 2.000o C (proses pembuatan paduan
baja). Yang umum dipakai hanya berkisar 500o - 1.600o C pada suhu tersebut
kebanyakan metal atau paduan metal sudah dalam fase cair bahkan kadang-
kadang dalam fase gas.
Secara umum, mineral bijih di alam ini dibagi dalam 2 (dua) jenis
yaitu mineral sulfida dan mineral oksida. Begitu pula dengan bijih nikel, ada
sulfida dan ada oksida. Masing-masing mempunyai karakteristik sendiri dan cara
pengolahannya pun juga tidak sama. Dalam bahasan kali ini akan dibatasi
pengolahan bijih nikel dari mineral oksida (Laterit).
Ferronikel terbentuk dari pelapukan mineral utama olivine dan
piroksin. Mineral ini merupakan golongan mineral oksida hidroksida non silikat,
33
mineral ini terbentuk dari unsure besi dan oksida kemudian mengalami proses
oksidasi menjadi Fe2O3 lalu mengalami presipitasi menjadi Fe2O3H2O.
DAFTAR PUSTAKA
http://www.chem-is-try.org/materi_kimia
http://extractivemetallurgy.blogspot.com/2008/12/proses-pengolahan-nikel-menjadi-feni.html
http://neraca+biaya+ferronikel.html
34