Pengolahan Bahan Galian - Metode Elutriasi

(PENDAHULUAN)

Pengolahan Bahan Galian 

Yang dimaksud dengan bahan galian adalah bijih (ore), mineral industri (industrial minerals) atau bahan galian Golongan C dan batu bara (coal).

Pengolahan bahan galian (mineral beneficiation/mineral processing/mineral dressing) adalah suatu proses pengolahan dengan memanfaatkan perbedaan-perbedaan sifat fisik bahan galian untuk memperoleh produkta bahan galian yang bersangkutan. Khusus untuk batu bara, proses pengolahan itu disebut pencucian batu bara  (coal washing) atau preparasi batu bara (coal preparation).

Pada saat ini umumnya endapan bahan galian yang ditemukan di alam sudah jarang yang mempunyai mutu atau kadar mineral berharga yang tinggi dan siap untuk dilebur atau dimanfaatkan. Oleh sebab itu bahan galian tersebut perlu menjalani pengolahan bahan galian (PBG) agar mutu atau kadarnya dapat ditingkatkan sampai memenuhi kriteria pemasaran atau peleburan. Keuntungan yang bisa diperoleh dari proses PBG tersebut antara lain adalah :

1.      Mengurangi ongkos angkut.

 

2.      Mengurangi ongkos peleburan.

 

3.      Mengurangi kehilangan (losses) logam berharga pada saat peleburan.

4. Proses pemisahan (pengolahan) secara fisik jauh lebih sederhana dan  menguntungkan daripada proses pemisahan secara kimia.

Untuk mendapatkan keuntungan-keuntungan tersebut dibutuhkan suatu teknik untuk mengolah bahan galian agar dapat dicapainya target produksi dan untung yang signifikan. Beberapa teknik yang digunakan adalah :

-          Kominusi atau reduksi ukuran

-          Crushing

-          Grinding

-          Pemisahan berdasarkan ukuran (sizing)

-          Dan lain-lain

Namun yang akan dijelaskan disini adalah teknik sampling, ayakan, dan elutriasi.

1.      TEKNIK SAMPLING

Sampling (pengambilan conto) merupakan tahap awal dari suatu analisis. Pengambilan conto harus efektif, cukup seperlunya tapi representatif (mewakili). Sampling harus dilakukan dalam tahapan yang benar sehingga hasil sampling yang didapat mampu mewakili material yang begitu banyak dan dapat dipakai sebagai patokan untuk mengontrol apakah proses pengolahan tersebut berjalan dengan baik atau tidak. Untuk hasil lebih baik dilakukan analisa mikroskop.

Pemilihan metode sampling dan sejumlah conto yang akan diambil tergantung pada beberapa faktor antara lain :

-          Tipe endapan, pola penyebaran, serta ukuran endapan

-          Tahapan pekerjaan dan prosedur evaluasi

-          Lokasi pengambilan conto

-          Kedalaman pengambilan conto, yang berhubungan dengan letak dan kondisi batuan induk

-          Anggaran untuk sampling dan nilai dari bijih

Beberapa kesalahan yang mungkin terjadi dalam sampling antara lain :

-         Salting, yaitu peningkatan kadar pada conto yang diambil sebagai akibat masuknya material lain dengan kadar tinggi ke dalam conto.

-          Dilution, yaitu pengurangan kadar akibatnya masuknya waste ke dalam conto.

-      Erratic high assay, yaitu kesalahan akibat kekeliruan dalam penentuan posisi (lokasi) sampling karena tidak memperhatikan kondisi geologi.

-          Kesalahan dalam analisis kimia, akibat conto yang diambil kurang representatif.

Dari mekanismenya, pengambilan contoh (sampel) dapat dibagi dua, yaitu :

1.1 Hand sampling

Pengambilan contoh dilakukan dengan tangan, sehingga hasilnya sangat tergantung pada ketelitian operator

a.      Grab sampling

Pengambilan sampel pada material yang homogen dan dilakukan dengan interval tertentu dengan menggunakan sekop. Contoh yang diperoleh biasanya kurang representatif.

Beberapa kondisi pengambilan conto dengan teknik grab sampling ini antara lain :

-          Pada tumpukan material hasil pembongkaran untuk mendapatkan gambaran umum kadar.

-      Pada material di atas dump truck atau belt conveyor pada transportasi material, dengan tujuan pengecekan kualitas.Pada fragmen material hasil peledakan pada suatu muka kerja untuk memperoleh kualitas umum dari material yang diledakkan, dll

b.      Shovel sampling

Pengambilan sampel dengan menggunakan shovel, keuntungan cara ini lebih murah, waktu pengambilan cepat dan memerlukan tempat yang tidak begitu luas. Material conto yang diambil berukuran kurang dari 2 inchi.

c.       Stream sampling

Alat yang digunakan Hand sampling cutter. Conto yang diambil berupa pulp (basah) dan pengambilan searah dengan aliran (stream).

d.      Pipe sampling

Alat yang digunakan pipa/tabung dengan diameter 0.5, 1.0, dan 1.5 inchi. Salah satu ujung pipa runcing untuk dimasukkan ke material. Terdiri dari dua pipa (besar dan kecil) sehingga terdapat rongga diantaranya untuk tempat conto.

Digunakan pada material padat yang halus dan tidak terlalu keras.

e.       Chip sampling

Chip sampling (contoh tatahan) adalah salah satu metode sampling dengan cara mengumpulkan pecahan batuan (rock chip) yang dipecahkan melalui suatu jalur yang memotong zona mineralisasi dengan menggunakan palu atau pahat. Jalur sampling tersebut biasanya bidang horizontal dan pecahan-pecahan batuan tersebut dikumpulkan dalam suatu kantong sample.

f.       Channel sampling

Channel sampling adalah suatu  metode (cara) pengambilan conto dengan membuat alur (channel) sepanjang permukaan yang memperlihatkan jejak bijih (mineralisasi). Alur tersebut dibuat secara teratur dan seragam (lebar 3-10 cm, kedalaman 3-5 cm) secara horizontal, vertikal, atau tegak lurus kemiringan lapisan. Ada beberapa cara atau pendekatan yang dapat dilakukan dalam mengumpulkan fragmen-fragmen batuan dalam satu conto atau melakukan pengelompokan conto (sub-channel) yang tergantung pada tipe (pola) mineralisasi, antara lain :

-      Membagi panjang channel dalam interval-interval yang seragam, yang diakibatkan oleh variasi (distribusi) zona bijih relatif lebar. Contohnya pada pembuatan channel dalam sumur uji pada endapan laterit atau residual.

-    Untuk kemudahan, dimungkinkan penggabungan sub-channel dalam satu analisis kadar atau dibuat komposit

-     Pada batubara atau endapan berlapis, dapat diambil channel sampling per tebal seam(lapisan) atau ply per ply (jika terdapat sisipan pengotor).

g.      Coning and quatering

Langkah-langkah yang dilakukan :

-          Material dicampur sehingga homogen

-          Diambil secukupnya dan dibuat bentuk kerucut

-     Ujung kerucut ditekan sehingga membentuk kerucut terpotong dan dibagi empat bagian sama besar

-          Dua bagian yang berseberangan diambil untuk dijadikan conto yang dianalisis

1.2 Mechanical sampling

Digunakan untuk pengambilan conto dalam jumlah yang besar dengan hasil yang lebih representatif dibandingkan hand sampling.

Klasifikasi alat yang digunakan adalah :

a.      Riffle sampler

Alat ini bentuknya persegi panjang dan didalamnya terbagi beberapa sekat yang arahnya berlawanan. Riffle-riffle ini berfungsi sebagai pembagi conto agar dapat terbagi sama rata.

b.      Vein sampler

Pada bagian dalam dilengkapi dengan revolving cutter, yaitu pemotong yang dapat berputar pada porosnya sehingga akan membentuk area yang bundar sehingga dapat memotong seluruh alur bijih.

B.   ANALISA AYAKAN

Pengayakan atau penyaringan adalah proses pemisahan secara mekanik berdasarkan perbedaan ukuran partikel. Pengayakan (screening) dipakai dalam skala industri, sedangkan produk dari proses pengayakan/penyaringan ada 2 (dua), yaitu :

-          Ukuran lebih besar daripada ukuran lubang-lubang ayakan (oversize).

-          Ukuran yang lebih kecil daripada ukuran lubang-lubang ayakan (undersize)    

Dalam proses industri, biasanya digunakan material yang berukuran tertentu dan seragam. Untuk memperoleh ukuran yang seragam, maka perlu dilakukan pengayakan. Pada proses pengayakan zat padat itu dijatuhkan atau dilemparkan ke permukaan pengayak. Partikel yang di bawah ukuran atau yang kecil (undersize), atau halusan (fines), lulus melewati bukaan ayak, sedang yang di atas ukuran atau yang besar (oversize), atau buntut (tails) tidak lulus.

Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam pengayakan, yaitu:

-          Jenis ayakan

-          Cara pengayakan

-          Kecepatan pengayakan

-          Ukuran ayakan

-          Waktu pengayakan

-          Sifat bahan yang akan diayak

Tujuan dari proses pengayakan ini adalah:

-          Mempersiapkan produk umpan (feed) yang ukurannya sesuai untuk beberapa proses berikutnya.

-          Mencegah masuknya mineral yang tidak sempurna dalam peremukan (Primary crushing) atau oversize ke dalam proses pengolahan berikutnya, sehingga dapat dilakukan kembali proses peremukan tahap berikutnya (secondary crushing).

-          Untuk meningkatkan spesifikasi suatu material sebagai produk akhir.

-           Mencegah masuknya undersize ke permukaan.

Pengayakan biasanya dilakukan dalam  keadaan  kering untuk material kasar, dapat optimal sampai dengan  ukuran 10 in (10 mesh). Sedangkan pengayakan dalam keadaan basah b iasanya untuk material yang halus mulai dari ukuran 20 in sampai dengan ukuran 35 in.

Permukaan ayakan yang digunakan pada screen bervariasi, yaitu:

-          Plat yang berlubang (punched plate, bahan dapat berupa baja ataupun karet keras.

-          Anyaman  kawat (woven wire), bahan dapat berupa baja, nikel, perunggu, tembaga, atau logam lainnya.

-          Susunan batangan logam, biasanya digunakan batang baja (pararel rods).
Sistem bukaan dari permukaan ayakan juga bervariasi, seperti bentuk lingkaran, persegi ataupun persegi panjang. Penggunaan bentuk bukaan ini tergantung dari ukuran, karakteristik material, dan kecepan gerakan screen.

Faktor-faktor yang mempengaruhi kecepatan material untuk menerobos ukuran ayakan adalah :

-          Ukuran bukaan ayakan.

Semakin besar diameter lubang bukaan akan semakin banyak material yang lolos.

-          Ukuran relatif partikel

Material yang mempunyai diameter yang sama dengan panjangnya akan memiliki      kecepatan dan kesempatan masuk yang berbeda bila posisinya berbeda, yaitu yang satu melintang dan lainnya membujur.

-          Pantulan dari material

Pada waktu material jatuh ke screen maka material akan membentur kisi-kisi screen sehingga akan terpental ke atas dan jatuh pada posisi yang tidak teratur.

-          Kandungan air

Kandungan air yang banyak akan sangat membantu tapi bila hanya sedikit akan menyumbat screen.

1.1  Alat ayakan

Berdasarkan gerak pengayak, alat ayakan dibagi menjadi 2 jenis:

1.      Stationary screen

2.      Dynamic screen.

Beberapa alat ayakan :

- Stationary 

- Grizzly

- Vibrating

- Oscillating

- Reciprocating

- Tromel/Revolving

Faktor yang harus diperhatikan dalam pemilihan screen:

-          Kapasitas, kecepatan hasil yang diinginkan.

-          Kisaran ukuran ( size range),

-          Sifat bahan : densitas, kemudahan mengalir (flowability),

-          Unsur bahaya bahan : mudah terbakar, berbahaya, debu yang ditimbulkan.

-          Ayakan kering atau basah.

Pemilihan screen berdasarkan ukuran disajikan di fig. 19 – 14 (Perry, 7th ed.). 

Kapasistas Screen

Kapasitas screen secara umum tergantung pada: [Kelly,1982]

-          Luas penampang screen

-          Ukuran bahan

-          Sifat dari umpan seperti; berat jenis, kandungan air, temperature

-          Tipe mechanical screen yang digunakan.

Efisiensi Screen

Efektivitas ayakan dihitung berdasarkan rekoveri  desired material dalam produk dan rekoveri undesired material di arus reject.

Desired mat’l = mat’l dengan ukuran yang diinginkan.

Efisiensi screen dalam mechanical engineering didefinisikan sebagai perbandingan dari energi keluaran dengan eneri masukan. Dengan demikian dalam screening bukannya efisiensi melainkan ukuran keefektifan dari operasi.

Efisiensi dari proses pengayakan ini bergantung pada: [Brown,1950]

-    Rasio ukuran minimal partikel yang bisa melewati lubang ayakan, yaitu: 0,17-1,25 x ukuran lubang ayakan.

-          Persentase total area ayakan yang terbuka.

-          Teknik pengumpanan dan kecepatan pengumpanan.

-      Keadaan fisik dari material itu sendiri (kekerasan bijih, pola bongkahan bentuk partikel seperti bulat, gepeng, ataupun jarum, kandungan air).

-          Ada atau tidak adanya penyumbatan lubang screen.

-          Ada atau tidak adanya korosi pada ayakan (kawat).

-          Mekanisme gerakan pengayakan (getaran).

-          Design mekanis dari ayakan tersebut dan Kemiringan ayakan (biasanya 12^o-18^o).

1.2  Standart ukuran ayakan

Ukuran yang digunakan bisa dinyatakan dengan mesh maupun mm (metrik). Yang dimaksud mesh adalah jumlah lubang yang terdapat dalam satu inchi persegi (square inch), sementara jika dinyatakan dalam mm maka angka yang ditunjukkan merupakan besar material yang diayak.

Perbandingan antara luas lubang bukaan dengan luas permukaan screen disebut prosentase opening. Pelolosan material dalam ayakan dipengaruhi oleh beberapa hal, yaitu :

-          Ukuran material yang sesuai dengan lubang ayakan

-          Ukuran rata-rata material yang menembus lubang ayakan

-          Sudut yang dibentuk oleh gaya pukulan partikel

-          Komposisi air dalam material yang akan diayak

-          Letak perlapisan material pada permukaan sebelum diayak 

3.      METODE ELUTRIASI

Metode elutriasi merupakan metode pengukuran partikel yang merupakan kebalikan daripada merode pengendapan. Udara dimasukkan ke dalam bagian bawah kolom yang berisi sample yang akan diukur. Pada kolom sebelah atas terdapat saringan yang dipasangkan untuk menumpulkan partikulat. Kecepatan udara yang masuk ke dalam kolom sudah tertentu. Udara akan membawa partikel yang halus ke bagian atas dan akan terkumpul pada penyaring, lalu serbuk ditimbang.

Karakterisasi sifat pemisahan sistem elutriator Beckman

Tiga gangguan cairan utama aliran diamati di ruang pemisahan, yaitu :

-          jet-streaming

-          aliran riak, dan

-          aliran berputar

Dalam rangka untuk mengevaluasi dampak dari non-ideal pola aliran fluida pada pemisahan populasi homogen dari partikel atau sel, 12-35 mikron diameter lateks bola dan sel-sel otak tikus tumor 9L difraksinasi dengan sistem elutriator Beckman. Sistem elutriator dievaluasi atas dasar :

1. Pemulihan,

2. Elusi kerugian selama pemuatan,

3. Homogenitas distribusi ukuran, dan

4. Hubungan volume rata-rata partikel dielusi atau sel untuk rotor kecepatan dan kecepatan fluida koleksi. 

Kedua metode pengumpulan konvensional (dua 40-mL fraksi dengan kecepatan koleksi ech rotor) dan metode pengumpulan panjang (10 - 15 fraksi-40 mL pada kecepatan rotor koleksi beberapa) dibandingkan untuk menentukan apakah prosedur pengumpulan bisa mengimbangi beberapa kesulitan yang disebabkan oleh non-ideal pola aliran fluida. Meskipun lebih dari 90% dari partikel atau sel selalu pulih, sekitar 5% dielusi selama prosedur loading. Baik metode pengumpulan diubah fenomena ini. Metode pengumpulan panjang secara signifikan meningkatkan homogenitas dari populasi dikumpulkan, tapi ini disertai dengan penurunan yield sel. Partikel median atau volume sel masing-masing fraksi setuju dengan yang diharapkan dalam kondisi aliran fluida yang ideal kecuali pada kecepatan rotor tinggi dan rendah ketika metode pengumpulan konvensional digunakan.