Laporan Modul 8, MG2213

Humphrey Spiral

Rachmi Anindya Dewi (12512013) / 5 / Sabtu, 05-04-2014

Asisten: Dita Hidayati (12511005)

Abstrak Praktikum Modul 8 Praktikum ini bertujuan untuk mengetahui mekanisme kerja alat Humphrey Spiral dan variabel-

variabel-variabelnya, yaitu variabel alat dan variabel operasi. Variabel-variabel tersebut dapat memengaruhi hasil pemisahan.

Pada praktikum kali ini, diperagakan cara kerja Humphrey Spiral tipe splitter. Humphrey Spiral memanfaatkan perbedaan

densitas, gaya gravitasi, sentrifugal, gaya dorong air, dan gaya gesek antar partikel dalam proses pemisahannya. Umpan

dimasukkan melalui pengumpan di bagian bawah spiral dan dipompa menuju bagian atas spiral kemudian dialirkan ke bawah

dan terjadi pemisahan. Ketika mengalir secara melingkar, partikel berat yang memiliki densitas lebih besar akan berada di

bagian dalam penampang mendekati bagian tengah spiral, sementara partikel yang lebih ringan akan terhempas dan berada

pada bagian sisi penampang. Partikel yang telah terpisah kemudian ditampung dan dapat diukur kadar, derajat liberasi,

perolehan recovery, dan efisiensinya.

A. Tinjauan Pustaka

Setelah mineral direduksi ukurannya melalui proses

crushing, grinding, dan screening, mineral berharga

dipisahkan dari pengotornya. Pemisahan (separation) ini

dapat memanfaatkan perbedaan densitas yang disebut

dengan gravity concentration. Adapun metode ini sudah

digunakan sejak tahun 3000 SM, sebagaimana terlihat

dalam tulisan dari Mesir kuno. Mekanisme ini terbagi

menjadi beberapa jenis, yaitu jigging, shaking

concentrators, dan flowing film concentrators.

Desain Humphrey Spiral

Spiral concentrators merupakan salah satu metode dari

flowing film concentrators. Spiral concentrators sudah

diaplikasikan sejak lama dalam pengolahan mineral dan

umumnya digunakan untuk mengolah endapan pasir

mineral berat, seperti yang mengandung ilmenite, rutile,

zircon, monazite, dan pada tahun-tahun belakangan pada

pengolahan batu bara. Spiral concentrator pertama kali

muncul dan berproduksi dalam bentuk Humphrey Spiral

untuk pemisahan pasir yang mengandung krom di Oregon

pada tahun 1943 (Hubbard et al., 1953). Sekitar tahun

1950an, spiral menjadi alat standar utama pemisahan

gravitasi basah di industri pasir mineral di Australia.

Disusun oleh spiral secara vertikal, umpan dalam bentuk

pulp dengan %-solid 15-45% dan distribusi ukuran 3mm

75m dimasukkan melalui bagian atas spiral dan akan

mengalir secara melingkar ke bagian bawah karena efek

gravitasi. Ketika umpan mengalir secara melingkar,

partikel-partikel akan menyebar dan membentuk lapisan

sebagai efek kombinasi gaya sentrifugal, perbedaan laju

pengendapan partikel, dan gaya dorong air. Mekanisme

yang kompleks ini dipengaruhi oleh densitas slurry dan

ukuran partikel. Partikel yang lebih berat dan lebih kasar

akan menempati posisi dekat pusat spiral di bagian

penampang yang lebih datar, sementara partikel yang lebih

ringan dan halus akan terhempas ke bagian sisi penampang.

Pemisahan ini dibantu oleh media berupa air yang mengalir

keluar dari bagian pusat spiral secara kontinu maupun dari

beberapa titik lokasi di sepanjang spiral. Air akan mengalir

sepanjang pipa spiral bersama partikel yang hendak

dipisahkan.

Bagian penampang lintasan dan posisi mineral sesuai

densitasnya

LABORATORIUM PENGOLAHAN BAHAN GALIAN

PROGRAM STUDI TEKNIK METALURGI

FAKULTAS TEKNIK PERTAMBANGAN DAN PERMINYAKAN

Lintasan spiral akan membuat proses stratifikasi berjalan

terus sampai ujung lintasan. Proses penampungan partikel

yang telah terpisahkan bergantung pada tipe spiral

concentrator. Ada dua tipe yang biasa digunakan, yaitu tipe

splitter dan port. Pada tipe splitter, partikel yang telah

terpisahkan sesuai densitasnya ditampung di bagian bawah

lintasan. Sementara pada tipe port, terdapat beberapa pipa

penampung di tengah-tengah lintasan. Tipe splitter lebih

efisien karena pemisahan antar partikel tidak begitu

tercampur, berbeda pada tipe port yang memiliki

kemungkinan partikel belum terpisahkan seutuhnya lebih

besar.

Lintasan spiral dibuat dengan berbagai macam kemiringan,

karena kemiringan dapat memengaruhi pemisahan mineral

sesuai densitasnya. Kemiringan yang landai biasanya

digunakan untuk pemisahan batu bara dari serpihannya,

sementara kemiringan yang lebih curam digunakan untuk

mineral yang lebih besar densitasnya. Kemiringan yang

sangat curam berarti mineral yang dipisahkan memiliki

densitas yang besar, baik mineral berharga maupun mineral

pengotornya. Contohnya pemisahan zircon dari kyanite dan

staurolite.

Bagian Humphrey Spiral

Lintasan Humphrey Spiral

B. Percobaan dan Data Percobaan

1. Flowchart Prosedur Percobaan

2. Data Percobaan

Umpan

I II III IV V Jumlah

H P H P H P H P H P H P

I 7 2 9 2 9 5 5 1 8 5 38 13

II 5 2 7 2 7 4 7 1 6 2 32 11

III 8 1 12 1 7 2 8 2 10 2 45 8

IV 7 2 9 1 5 1 5 1 2 2 28 7

V 8 2 9 1 6 2 7 0 8 4 38 9

Berat = 300 gram

Konsentrat

I II III IV V Jumlah

H P H P H P H P H P H P

I 9 1 10 2 3 1 4 1 6 1 32 6

II 11 3 13 1 9 3 6 2 7 4 46 13

III 5 2 7 2 5 2 7 1 6 1 30 8

IV 5 2 5 2 9 4 3 2 5 1 27 11

V 8 2 5 2 7 3 4 1 8 2 32 10

Berat = 200 gram

Middling

I II III IV V Jumlah

H P H P H P H P H P H P

I 5 1 5 1 12 4 7 4 5 5 34 15

II 5 2 8 2 6 2 5 2 7 2 31 10

III 2 2 5 1 4 1 3 1 2 3 16 8

IV 5 2 6 2 7 3 6 3 5 2 29 12

V 3 1 6 2 3 1 2 1 3 1 17 6

Berat = 26 gram

Pelajari cara kerja alat serta operating variable yang perlu diatur

Siapkan bijih yang akan dipisahkan

Tangki diisi penuh dengan air, jalankan pompa. Amati aliran air pada spiral. Aliran air diatur

kontinu

Masukkan umpan ke dalam tangki secara teratur 0.5 kg/menit. Atur posisi splitter pada alat

sehingga terjadi pemisahan yang baik

Amati produk yang diperoleh. Ambil contoh dan analisa kadarnya

Tailing

I II III IV V Jumlah

H P H P H P H P H P H P

I 10 2 8 3 14 5 9 5 7 6 48 21

II 7 3 11 4 8 3 7 3 9 3 42 16

III 4 3 8 3 6 2 5 2 4 4 27 14

IV 7 3 9 4 9 4 8 4 7 3 40 18

V 5 2 9 4 5 2 4 2 5 2 28 12

Berat = 54 gram

C. Pengolahan Data Percobaan

1. Kadar Berat Kasiterit (SnO2) dan Silika (SiO2)

SiO2 = 2,65 g/mL

SnO2 = 7 g/mL

H = mineral berwarna hitam (SnO2)

P = mineral berwarna putih (SiO2)

% SnO2

= SnO2 X

SnO2 X + SiO2 X 100%

% SiO2

= SiO2 X

SnO2 X + SiO2 X 100%

H %H P %P

Umpan 181 90.88% 48 9.12%

Konsentrat 167 90.19% 48 9.81%

Middling 127 86.80% 51 13.20%

Tailing 185 85.78% 81 14.22%

2. Derajat Liberasi / Degree of Liberation

SnO2 =

+ 100%

SiO2 =

+ 100%

H DoL

SnO2 P

DoL

SiO2

Umpan 181 79.04% 48 20.96%

Konsentrat 167 77.67% 48 22.33%

Middling 127 71.35% 51 28.65%

Tailing 185 69.55% 81 30.45%

3. Recovery

=

100%

=200 90.19%

300 90.88% 100%

= 66.16%

4. Efisiensi Alat

= + +

100%

= 200 + 26 + 54

300 100%

= 93.33%

D. Analisis Hasil Percobaan

Berdasarkan data percobaan yang diperoleh, maka

diketahui bahwa besar perolehan recovery sebesar 66.16%

dengan kadar kasiterit pada konsentrat sebesar 90.19%.

Dengan besar kadar kasiterit pada umpan sebesar 90.88%,

maka perolehan recovery dapat dikatakan tidak begitu

tinggi dan baik. Hal ini juga dapat dilihat dari derajat

liberasi kasiterit yang memiliki rentang antara 69.55% -

79.04% dan relatif tidak terlalu tinggi. Semakin besar nilai

derajat liberasi, maka semakin besar pula jumlah mineral

berharga yang diperoleh yang juga mengakibatkan naiknya

perolehan recovery. Meskipun besar perolehan recovery

cenderung tidak terlalu besar, efisiensi alat terhitung baik,

karena memiliki besar efisiensi 93.33%.

Ada beberapa faktor yang memengaruhi melalui dua jenis

variabel, yaitu variabel alat dan variabel operasi. Beberapa

variabel alat yang memengaruhi pemisahan antara lain

sebagai berikut:

1. Tipe spiral

Ada dua tipe yang biasa digunakan, yaitu tipe

splitter dan port. Pada tipe splitter, partikel yang

telah terpisahkan sesuai densitasnya ditampung di

bagian bawah lintasan. Sementara pada tipe port,

terdapat beberapa pipa penampung di tengah-

tengah lintasan. Tipe splitter lebih efisien karena

pemisahan antar partikel tidak begitu tercampur,

berbeda pada tipe port yang memiliki

kemungkinan partikel belum terpisahkan

seutuhnya lebih besar.

2. Jumlah spiral

Semakin banyak jumlah spiral, maka semakin

panjang pula lintasan spiral yang dilalui oleh

mineral. Oleh karena itu, pemisahan akan

berlangsung lebih optimal jika lintasannya lebih

panjang karena proses stratifikasi akan lebih stabil.

3. Posisi splitter

Posisi splitter dapat menentukan kadar mineral

berharga pada konsentrat. Posisi splitter yang

salah akan menyebabkan mineral berharga masuk

ke bagian middling atau tailing, dan berlaku

sebaliknya, mineral pengotor juga dapat masuk ke

bagian konsentrat.

4. Ketinggian spiral

Semakin tinggi spiral, maka semakin panjang pula

lintasan spiral dan menyediakan ruang untuk spiral

yang lebih banyak. Pemisahan dapat berlangsung

lebih optimal jika spiral semakin tinggi.

Sedangkan variabel operasi yang berpengaruh yaitu sebagai

berikut:

1. Derajat liberasi

Semakin besar nilai derajat liberasi, maka semakin

besar pula perolehan recovery pada konsentrat

karena mineral berharga lebih mudah dipisahkan

dari mineral pengotornya.

2. Laju pengumpanan

Laju pengumpanan harus diatur sedemikian rupa

sehingga tercapai laju yang optimal karena

memengaruhi stratifikasi umpan pada lintasan.

Jika umpan dimasukkan terlalu cepat, maka akan

terjadi penumpukan umpan di bagian mulut spiral

dan pemisahan menjadi tidak efisien. Sementara

jika terlalu lambat, terjadi ketidakefisienan karena

jumlah air yang digunakan akan terlalu banyak

dibanding dengan jumlah umpan karena air akan

terbuang percuma.

3. Sifat material

Karakteristik material memengaruhi pemisahan,

misalnya kekasaran, bentuk, dan sifat permukaan.

Jika partikel semakin kasar, maka gaya gesek antar

partikel atau dengan lintasan akan semakin besar

dan menyebabkan partikel menempati bagian

dalam penampang lintasan.

4. Distribusi ukuran umpan

Selang ukuran umpan biasanya 0.015 0.8 mm.

Jika umpan berukuran terlalu besar maka pompa

akan sulit untuk mengangkat sampai bagian atas

spiral, namun jika ukuran terlalu kecil akan

menyulitkan proses stratifikasi di lintasan spiral.

5. %-solid umpan

%-solid feed untuk Humphrey Spiral berkisar

antara 15 45%. Pengaruhnya adalah terhadap

penciptaan hindered settling. Jika terlalu besar

%-solid mengakibatkan pompa tidak dapat

menaikannya menuju bagian atas spiral,

sedangkan jika terlalu encer proses keseluruhan

menjadi tidak ekonomis.

Pada alat spiral concentrator yang ideal, maka pemisahan

mineral berharga dari mineral pengotor akan berlangsung

dengan mudah. Untuk mencapai kondisi tersebut, maka

derajat liberasi mineral harus memiliki nilai yang besar,

karakteristik material yang baik, serta distribusi ukuran

umpan, laju pengumpanan, dan %-solid umpan yang

optimal. Dari segi alat, maka jarak lintasan yang ditempuh

diperpanjang dengan menambah jumlah spiral atau

menambah ketinggian spiral. Posisi splitter juga perlu

diatur agar diperoleh konsentrat dengan nilai recovery yang

optimal. Begitu pula dengan pemilihan tipe alat yang akan

lebih baik bila alat memiliki nilai efisiensi lebih tinggi, yaitu

tipe splitter dibandingkan dengan port.

E. Jawaban Pertanyaan dan Tugas

1. Jelaskan bijih apa saja yang umum diolah dengan

Humphrey Spiral!

Bijih yang memiliki perbedaan specific gravity

antara mineral berharga dan pengotor yang cukup

jauh, contohnya : besi, kromit, cassiterite, zircon,

rutile, monazite, dan batubara.

2. Jelaskan gaya-gaya yang bekerja pada partikel

mineral yang menyebabkan terjadinya pemisahan!

Gaya-gaya yang bekerja pada mineral antara lain

sebagai berikut:

a. Gaya gravitasi

Lintasan spiral yang disusun secara vertikal akan

membuat partikel mengalir ke bawah karena

gaya gravitasi. Gaya gravitasi dimanfaatkan

sehingga tidak memerlukan gaya dorong oleh

mesin.

b. Gaya sentrifugal

Gaya sentrifugal muncul akibat bentuk lintasan

yang spiral. Gaya ini bergantung pada kecepatan

partikel, kemiringan, dan jari-jari dari lintasan

spiral. Gaya sentrifugal menyebabkan mineral

yang memiliki densitas lebih besar berada di

bagian dalam lintasan spiral, sedangkan mineral

dengan densitas lebih rendah berada di sisi luar

lintasan spiral.

c. Gaya dorong air

Air sebagai media digunakan agar partikel dapat

mengalir ke bawah mengikuti lintasan spiral.

d. Gaya gesek

Gaya gesek terjadi antara partikel dengan

partikel dan partikel dengan lintasan spiral

(bed/spiral body). Untuk gaya gesek, fenomena

yang terjadi mengikuti persamaan dari Hukum

Stokes, yaitu:

= 6 . . r . Vr Adapun untuk mencari kecepatan settling-nya

yaitu:

= 2. . ( )

18.

Mineral yang lebih kasar akan berada di bagian

dalam lintasan karena gaya geseknya lebih

besar, sedangkan yang lebih halus akan berada

di bagian sisi luar lintasan.

3. Apakah fungsi hydrocyclone yang ada pada alat dan

apakah pengaruh banyaknya lingkaran spiral?

Hydrocyclone digunakan untuk mengangkut air dan

umpan menuju bagian atas dan mengatur %-solid pada

umpan yang akan dipisahkan. Hydrocyclone juga

digunakan supaya tidak terjadi aliran turbulen pada

Humphrey Spiral. Banyaknya lingkaran spiral

memengaruhi produk yang akan dihasilkan. Semakin

banyak lingkaran spiral maka semakin panjang

lintasan dan semakin kecil kemungkinan terjadinya

arus turbulen dan pemisahan mineral dapat

berlangsung dengan lebih baik.

4. Jelaskan pengaruh faktor berikut ini terhadap

efisiensi pemisahan!

a. Laju pengumpanan

Laju pengumpanan mempengaruhi stratifikasi

feed pada lintasan. Jika laju pengumpanan

terlalu besar maka feed akan menumpuk

sehingga proses pemisahan tidak berlangsung

dengan baik. Namun jika laju pengumpanan

terlalu sedikit proses akan bekerja dengan

lambat sehingga hasilnya pun tidak optimal

dan air banyak terbuang.

b. Selang ukuran umpan

Selang ukuran umpan biasanya 0.015 0.8

mm. Jika umpan berukuran terlalu besar maka

pompa akan sulit untuk mengangkat sampai

bagian atas spiral, namun jika ukuran terlalu

kecil akan menyulitkan proses stratifikasi di

lintasan spiral.

c. %-solid umpan

%-solid feed untuk Humphrey Spiral berkisar

antara 15 45%. Pengaruhnya adalah terhadap

penciptaan hindered settling. Jika terlalu besar

%-solid mengakibatkan pompa tidak dapat

menaikannya menuju bagian atas spiral,

sedangkan jika terlalu encer proses

keseluruhan menjadi tidak ekonomis.

F. Kesimpulan

Spiral concentrator memanfaatkan perbedaan densitas

antar mineral yang hendak dipisahkan dan memiliki bentuk

spiral yang disusun secara vertikal. Partikel yang lebih berat

dan lebih kasar akan menempati posisi dekat pusat spiral di

bagian penampang yang lebih datar, sementara partikel

yang lebih ringan dan halus akan terhempas ke bagian sisi

penampang. Ada beberapa gaya yang memengaruhi

pemisahan, yaitu gaya gravitasi, gaya dorong air, gaya

sentrifugal, dan gaya gesek.

Variabel alat yang berpengaruh yaitu:

1. Tipe spiral

2. Jumlah spiral

3. Posisi splitter

4. Ketinggian spiral

Variabel operasi yang berpengaruh yaitu:

1. Derajat liberasi

2. Laju pengumpanan

3. Sifat material

4. Distribusi ukuran umpan

5. %-solid umpan

G. Daftar Pustaka

Gupta, A. and Denis Yan. Mineral Processing Design and

Operation: An Introduction. Elsevier Science. 2006.

p.524-525

Wills, Barry A. and Tim Napier-Munn. Wills Mineral

Processing Technology. Elsevier Science. 2005.

p.236-238

H. Lampiran

Contoh gambar spiral concentrator di industri

Bagian-bagian dari Humphrey Spiral

Gambar Humphrey Spiral di Laboratorium PBG