Bahan Galian Industri PDF

Preview

Summary

Madq University Press ' * . -t: lrr*li''.,..,r' &, BAHAN GALIAN INDUSTRI Prof. Ir. Sukandarrumidi, MSc.' PhD. Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada GADJAH MADA UNIVERSITY PRESS KATA PENGANTAR Pasal 33 Undang-Undang Dasar 1945, antara lain disebutkan: Bumi dan air dan kekaya...

Description

Madq University Press '

*

-t:

.

lrr*li''.,..,r' &,

BAHAN GALIAN INDUSTRI

Prof. Ir. Sukandarrumidi, MSc.' PhD. Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada

GADJAH MADA UNIVERSITY PRESS

KATA PENGANTAR Pasal 33 Undang-Undang Dasar 1945, antara lain disebutkan: Bumi dan air dan kekayaan alam yang terkandung dalam bumi adalqh

Hak Penerbitan

@ 2009 GADJAH MADA UNIVERSITY PRESS P.O. Box 14, Bulaksumur, Yogyakarta 55281 E-mail : [email protected] Homepage : http://www.gmup.ugm.ac.id

Cetakan portama Cetakan kedua Cetakan ketlga

Maret 1998 September 20M Maret 2009

Dilarang mengulip dan memperbanyak tanpa izin teftulis dari penerbil, sobarTrrrr atau seluruhnya dalam bentuk apa pun, baik cetak, plr cao+cor Kapur tohor kalsium

-j4l{T-

CaOMgO + CO2 Kapur tohor dolomitan

Reaksi bolak balik ini telladi pada tekanan 1 atm. Apabila tekanan lebih besar dari I atm maka gas CO2 yang terbentuk akan bereaksi dengan CaO dan membentuk kembali CaCOr (hard burnedloverburneQ. Untuk menghindari ini suhu harus dinaikkan hingga 1000'

C-

1200"

C

dan kapur tohor yang berbentuk harus

segera

didinginkan. Kapur tohor tidak dapat disimpan terlalu lama karena dengan air dan udara (kelembaban) akan menimbulkan panas. Reaksi kimianya sebagai berikut: CaO +

H20;------+ Ca(OH)2 + panas

tohor Kalsium Kapur

CaOMgO + H2O

tohor dolomitan

Kapur padam Kalsium

;----)

Kapur

Ca(OH)2 Mg(OH)z + panas Kapur padam dolomitan

Demikian pula CO2 dari udara menyebabkan kapur tohor tidak mumi lagi karena terbentuk kembali Kalsium Karbonat. Reaksinya sebagai berikut:

CaO+CO. =CaCO.r Dari uraian tersebut di atas disimpulkan bahwa mutu kapur tohor/padam tergantung pada : mutu bahan asal/batu gampingnya

. .

cara memproduksinya.

46

41

Untuk menghasilkan kapur tohor yang memenuhi persyaratan tertentu diperlukan batu gamping tertentu pula. Unnrk bahan bangunan seyogyanya mengandung MgO cukup rendah dan ini dihasilkan apabila banr gampingnya berkadar MgCO3 rendah. Apabila kadar MgCO3 cukup tinggi seperti pada batu gamping dolomit maka kemungkinan terjadi penurunan mutu kapur tohor yang diperoleh jika bahan tersebut dipakai sebagai bahan bangunan. Adapun keterangan proses sebagai berikut:

o o o

bereaksi dengan CO2 (dari udara) menjadi CaCOr sebelum ter pasang dan CaCOr tidak aktif lagi sedang MgO yang tidak aktifhanya berfungsi sebagai bahan pengisi (ballast). Di Indonesia sampai sekarang belum ada standart tentang kapur tohor dan kapur padam. Di bawah ini susunan kimia kapur tohor yemg diperdagangkan di Amerika Serikat sebagai berikut: Tabel 5. Susunan kimia kapur tohor yang diperdagangkan

MgO yang terbentuk pada temperatur tinggi lebih sulit diseduh dengan air dibanding dengan yang terbentuk pada suhu rendah. Makin tinggi suhu yang dipakai makin tidak aktif zat tersebut.

Pembentukannya

tidak dapat dihindari karena pada

Komposisi (

reaksi

CaO

penguraian CaCOr dibutuhkan suhu yarg lebih tinggi daripada untuk menguraikan MgCO:.

Suhu

Mgo si02

jadi lebih tinggi lagi apabila yang digunakan

Kehadiran

MgO bersama CaO dalam bahan bangunan akan

o CO yang terjadi pada pembakaran normal lebih mudah diseduh daripada MgO, akibatnya Ca(OH)z akan lebih cepat

terbentuk daripada Mg(OH)2 sehingga dalam campuran tersebut terdapat MgO dan Ca(OH)z atau MgO dengan sedikit

o

Mg(OH)z dan banyak Ca(OH)z Pada pengerasan (setting) Ca(OH)z akan lebih dulu mengeras [Ca(OH)z + COz = CaCO:r + H2O], sedangkan MgO belum

atau baru akan mengalami penyeduhan, MgO

o .

+ H2O =

Mg(OH)2 yang disertai penambahan isi. Akibatnya dinding yang terbuat dari bahan tersebut akan retakretak atau ada bagian yang meloncat.

Apabila penyeduhan dilakukan diudara dan bahan bangunan itu digunakan setelah CaO dan MgO terseduh semua menjadi Ca(OH)z dan Mg(OH)2 maka ada kemungkinan Ca(OH)2

93,28 0,30 0,20

- 98,00 - 2,50

-

l0

55,60 37,60

1,50

1,50

0, l0 -

0,40 0,50

H:O

Cor

0,40

1,50

0,40

0,

-

- 57,50 - 40,80

0,100,05 0,05

meskipun lambat. menyebabkan kejadian sebagai berikut:

Amerika Serikat

Kapur tohor dolomitan (doLomitic quickline)

0,r0 - 0,s0 0, l0 - 0,90

Al2ol

pada suhu agak tinggi dapat pula terseduh menjadi Mg(OH)r

Kapur tohor kalsium calcium q uickline)

hi g h

0,50

Fe2Oj

ialah bongkahan batu gamping yang lebih besar, MgO yang terbentuk

o

di

(menurut A.I.M.E dalam lndustrial Minerals and Rocks/Lime th. 1970)

-

0,90 1,50

Mutu kapur tohor sebagai hasil kalsinasi dibedakan:

o

terbakar lunak (sofi burnecl) dengan sifat:

. .

kapurnya sarang, tidak begitu mengkerut o terbakar terlalu masak (hard burned, overburned) o kurang sarang dan kompak . cukup mengkerut Bahan untuk kalsinasi (pembuatan kapur tohor) yang paling baik

adalah kayu karena tipis kemungkinan bahwa kapur tohor yang dihasilkan terlalu masak. Kayu terbakar dengan temperatur yang relatif rendah tetapi dengan nyala yang panjang sehingga bongkah batu gamping yang dipanaskan terselimuti seluruhnya nyala tersebut sehingga menimbulkan kondisi yang sangat baik untuk penyaluran panasnya.

Dalam usaha difersifikasi bahan bakar Balai Penelitian Tambang dan Pengolahan Bahan Galian (1976) telah melakukan penelitian

! 48

pembakaran kapur dengan bahan bakar batubara dengan melakukan modifikasi pada tungku rakyat. Di samping unsur pengotor sebagai akibat bawaan batu gamping seperli telah diuraikan di atas, akibat pengkalsinasian, kapur tohor dapat mengandung beberapa unsur pengotor lainnya antara lain inti (core) CaCOt yan1 tidak terbakar dan bahan-bahan yang teg'adi akibat persenyawaan CaO dengan alumina, silika dan sebagainya. Seluruh kadar bahan pengotor tersebut dalam kapur tohor berkisar antara 4-10%. Di Amerika Senkat kapur kalsium (high calcium quicklime) umumnya dipergunakan dalam bidang industri dengan standa( CaO > 90o . Untuk industri tertentu bahan pengotor seperti fosfor (P) dalam industri karbid, belerang (S) dalam pembuatan baja, warangan

(arsenat) dan Jloor (F) dalam pembuatan serbuk masak (buking powder) serta Fe2O3 (Oksida besi) ihlam pembuatan gelas merupakan unsur yang tidak diingini. Bahan bangunan

Bahan bangunan yang dimaksud adalah kapur yang dipergunakan untuk plester, adukan pasangan bata (mortel), pembuatan semen tras ataupun semen merah" Di Indonesia kapur yang dipergunakan umunmya adalah kapur kalsium, karena batu gamping di lndonesia pada umumnya berkadar Magnesium rendah. Di Amerika Serikat kapur kalsium un'rulnrlya dipergunakan dalam industn sedang kapur dolomitan dipergunakan dalam bidang bangunan.

Syarat yang diperlukan sebagai standart adalah (CaO + Ivigo) minimum 95%; (SiO: + Al:O: + Fe2O3) maksimum 5o/,; COz maksimum 3oh dan 70% lolos ayakan 0.85 mm. Kapur padam apabila dicampur dengan tras akan membentuk semacam semen dan apabila dicampur dengan serbuk bata akan membentuk semen merah. Terjadinya sifat semen dalam campuran dengan kapur dan air oleh kedua bahan tersebut karena kandungan oksida alumina dan silika yang bersifat asam dalam kedua bahan tersebut membentuk persenyawaan sebagai berikut:

Ca(OH): + SiO2 + (n-1) H2O----+ CaO.SiOz nH2O (semen)

49 Ca(OH)z +AlzO: + 5HzO----+ CaOAlzO:6H2O (semen)

Daya tahan semen tras bertambah bila padanya ditambahkan semen Portland sebanyak 10-15% atau kadar kapumya dinaikkan 40-60%. Semen tras sangat baik dipergunakan ditempat yang lembab/berair dan merupakan bahan murah dalam pembuatan batako. Bahan penstabilan jalan raya Pemakaian kapur padam dalam bidang pemantapan fondasi jalan raya

termasuk rawa yang dilaluinya. Kapur ini berfungsi untuk mengurangi plastisitas, mengurangi penyusutan dan pemuaian fondasi jalan tersebut. Reaksi yang berlangsung diduga sama dengan pembentukan semen tras. Pemakaian kapur padam sebesar 1-6o% sesuai dengan keadaan tanah dan konstruksi jalan yang akan dibuat. Bahan baku pernbuatan semen portland Dalam pembuatan semen batu gamping merupakan bahan baku utama. Untuk memproduksi satu ton semen diperlukan paling sedikit satu ton batu gamping disamping lempung, pasir kuarsa dan gipsum serta pasir besi. Pembuatan semen dapat dilak'ukan dengan dua cara

yaitu proses basah dan kering. Sebagai pedoman umlrm pabrik juta ton per tahun biasanya dipakai proses kering karena lebih ekonomis sedang proses basah menguntungkan untuk pabrik dengan produksi dibawah I juta ton per dengan produksi semen lebih besar dari

1

tahun.

Bahr gamping sebagai bahan baku semen diperlukan kurang lebih 75 - 80% dari bahan baku seluruhnya. Beberapa persyaratan batu gamping yang harus dipenuhi antara lain kadar CaO 50-55o/o; MgO maksimum 2% (di negara tertentu sampai 5%); kekentalan (viscositas) luluhan 3200 centipoise (40% H2O); kadar FezOt 2,47o/o dan AlzO: O,95yo. Seperli diketahui semen portland merupakan hasil yang didapat dengan jalan memadukan CaO, Al:Or, Fe2O3 dan SiO: menjadi satu campuran.

Dari analisis kimia semen portland, proses reaksi antara oksidaoksida adalah sebagai berikut:

CzS : jika temperatur tinggi

maka akan terjadi reaksi antara SiOz

dan CaO membentuk CzS (dikalsium sulfur)

51

)()

r ,'r (',,'r

.

C+AF

.rJ,.l rl.rl),rl r;i\'lr'lrl);rlt scttttta ('3S ritcrrjacii C.S maka CaO 1;rr,.,, ,:tl;r lr:rl iis ltrlebrltan dari ),anB diltu{uirkur t,clcbiharr Al2C)j sclltua bcrcaksi dengan CaO membentuk CrA (trikalsium aluminat = 3 CaO AlrO:). : C4 AF (tetrakalsium alumina i'erit = CaO AI2O3 Fe2O3) rnerupakan hasil reaksi dari FezOr + CaO + AlzOr ntemhetrtuk Ca AF.

Jika temperatur makin tinggi, maka terjadi reaksi antara SiO: dan CaO membentuk C2S, dan dapat mengubah CzS meniadi C:S. Unruk membuat semen dengan kadar CzS tinggi dilakukan pembakaran dua kali, pertama pembakaran bahan mentah dan kedua clinker. Masing-masing mempunyai peran: . C:S; pemberi kekuatan paling banyak sepanjang masa terutama kekuatan awal sampai umur 28 hari . CzS; pemberi kekuatan pada masa terakhir yaknijangka I tahun dan selanjutnya, komposisi ini sifat khusus yang disyaratkan tidak

o

ada.

C-rA; menurunkan suhu pembakaran hingga dapat menggunakan panas yang lebih sedikit dan memberikan kekuatan awal dengan waktu I -3 hari o C+AF; menurunkan suhu pembakaran dan memberikan kekuatan semen dalam jumlah sedikit sekali atau hampir tidak ada. Semerr po(land menurut ASTM dapat dibagi menjadi; o Semen portland tipel (regular ponland cement) Merupakan semen portland biasa yang tidak memerlukan pcrsyaratan khusus dalam pengerjaannya, proses mengeras dan pengembangan kckuatan lainbat, dipergunakan untuk konstruksi

.

beton umum.

Semen p-ortland tipe

II

(moderate heat

of hardening portland

cemcnt)

Merupakan semen portland yang penggunaannya memerlukan ketahanan torhadap sulfat, dimana syarat-syarat konstruksi tidak bcginr berat, panas hidrasi sedang yang bersifat mengeras dan pengembangan kekuatemnya lebih cepat

III (high earb strength portland cement) Merupakan semen portland yang penggunaannya memerlukan kekuatan awal yang tinggi pada permukaan setelah terjadi penyekatan, mengandung trikalsium silikat (CrS) lebih tinggi dibanding tipe I sehingga mengeluarkan panas hidrasi tinggi dan Semen portland tipe

cepat mengeras.

IV (low heat ponland cement) Merupakan semen portland yang pengguniumnya memerlukan panas hidrasi rendah mengandung tetrakalsium silikat (Ca AF = 4 CaO AhO:) dan dikalsium silikat (CzS = 2CaO SiO) tinggi o Semen portland tipe V (sulfate resisting portland cement) Merupakan portland semen yang penggunaannya memerlukan tahanan yang tinggi terhadap sulfat, mengandung tetrakalsium alumino fenite (C4 AF) tinggi, trikalsium sulfat (C3A) rendah dibanding tipe I sehingg tahan terhadap zat kimia. Pada umumnya semen di Indonesia mempunyai ketentuan kadar CaO 250Vo. Menurut Standart Industri Indonesia kadar CaCO: t Semen portland tipe

857o;MgO llVc, FeOr < 27o); G. Banjiran, G. Sapu dan G. Jabung Sliwer Trenggalek (sedimentasi dari tufa dasit dalam Formasi Andesit Tua, SiOz > 707c, AlzO: > l07c; FezOr > 17o); Wonotirlo, Pasiraman Kab. Blitar; Ngeni, Kab. Blitar (pelapukan dari tufa riolit pada Formasi Wuni yang berumur Miosen,

cukup baik untuk bahan keramik halus); Kalitengah Kab. Blitar (pelapukan tufa riolit, pada Formasi Wuni yang berumur Miosen), Wonosari, Pagergunung Kab. Malang (pelapukan tufa riolit); Banjarsari; Gampingan Kab. Malang (pelapukan tufa riolit); Pantai Utara Bondowoso Kab. Bondowoso (pelapukan tufa rioli0;

Tempat Diketemukun Daerah Isimewa Aceh: Rampelan dan Ampokolak, Kec. Rikitgaik, Kab.Aceh Tenggara (terdapat pada batuan leukogranit, dapat dipakai sebagai bahan keramik halus), Kendawi, Kec. Blangkejeran, Kab. Aceh Tenggara (dalam batuan pegmatik yang menerobos sekis, jenis mineralnya mikroklin berasosiasi dengan kuarsa dan mika, cukup baik untuk glasir dan keramik halus), Tutong Sawah (sebagai retas aplit dan batuan granit yang berumur Pra Tersier). Sumatera Utara: Pantai timur (Pangkalansusu, Tg. Balai); Sungai Biang; Danau Toba, Tonggiring, Tapanuli Utara (didapatkan pada

batuan liparit); Sibolga, Tarutung, Balige, Tapanuli Utara (pada

Wonosidi, Ketro, Pacitan (baik untuk keramik). Kalimantan Barat: G. Buduk, Kab. Sanggau (baik untuk keramik,

merupakan retas pegmatik pada granit); Balai Karangan Kec. Sekayam, Kab. Sanggau (pelapukan dari tufa dasitik); Pandan Sembuat Kutayan Hulu, Kab. Sanggau (berupa urat berwarna putih

' a a

kehijauan pada batuan granit) Nusa Tenggara Timur: Kab. Ende, Kolowan (pada nrbuh granit)

Sulawesi Utara: Kec. Tapa Kab. Bolaangmangandow (dyke pada

batuan granit)

batuan asam)

Riau: Kec. Sibarida, Kab. Indera Giri Hulu; Pasir Panganrayan Kab. Inderagiri Hulu (pada batuan granit). Sumatera Barat: Sulit Air (pada batuan Syenit/Granit); Lundar, panti

Sulawesi Tengah: Dende Kab. Donggala (pelapukan granit merupakan granit, endapan pantai); Benawi, Kec. Labezm Tombo, Kab. Donggala (pelapukan granit merupakan endapan pantai); Sibualang Kab. Donggala (pelapukan granit, endapan pantai); Budi Mukti Kab. Donggala (endapan pantai) Tambu (endapan pasir pantai terdapat

(pada batuan granit). Sumatera Selatan: Gunungbatu, Palembang (pada batuan tuf trachit);

t 106

o .

t07

pasir k-uarsa dan feldspar pelapukan granit)

Sulawesi Selatan; Timur laut Kab. Maros (mineral/orthoklas pada retas trachit)

Irian Jaya: pantai barat P. Tamagoei (merupakan dyke aplit)

Jaw crusher

Teknik Penambangan Penambangan bahan galian feldspar dapat dilakukan secara

tambang terbuka dalam bentuk kuari dengan sistem teras (bench

system) atau tambang dalam. Feldspar yang diperoleh dilak-ukan pemilihan/penyortiran (hand sorting) untuk selanjutnya diolah sesuai keperluan. solar

Pe

ngolahan dan

P emanfaatan

Pengolahan feldspar dimaksudkan untuk menghilangkan/menurunkan kadar mineral pengotor seperti besi, biotit, turmalin, garnet, mika/muscovit dan kuarsa. Pengolahan dapat dilakukan secara sederhana dengan penggilingan, pencucian, dan pengayakan. Penggilingan dapat dilakukan denlan pan mill atau pebble mill. Cara lain dalam pengolahan feldspar rnodel floatasi brjih (froth floatation) yaitu proses pemilahan partikel halus dan partikel kasar dengan memanfaatkan sifat fisik dan kimia antara batas fase padat (mineral), fase air (media) dan gas, sehingga diperoleh mineral berharga yang disebut konsentrat

(yang dalam hal ini berupa buih/busa). Proses pengolahan ini dilakukan secara bertahap, yaitu dengan mengapungkan mineral pipihimika terlebih dahulu dan kotoran besinya dihilangkan dengan pemisah magnetis (magnetic separator) atau dengan pelarut H2SO4. Proses ini dapat memisahkan secara selnpurna antara feldspar dengan kuarsa, mika-dan oksida besi. Keberhasilan dari proses ini ditentukan oleh penentuan segmen kimia yang sesuai untuk dipergunakan dalam pengolahan tersebut. Bagan alir pengolahan feldspar secara floatasi buih adalah pada Gambar 5. Mutu feldspar ditentukan oleh oksida kimia seperti K2O dan NazO. Kalau kandungan oksida tersebut relatif tinggi (>67o), bahan

amine

t----------asetat-l

-

fG**" jI _____T__________

-l

t1,il:xl, i

Penghilangan besi (pemisahan

besi/larutan besi

MagnetiVpelarut H:SOr)

Dibuang

hidroflor-l asetat pineoil J asam

amine

l=oot^'[_}--I tpH, z,s - ll

Pasir kuarsa

I

=I_o"ro,;;*,---l

t

_l

i ..-",*- I f----r.--."* Y

Produk feldspar mumi

Gambar 5. Bagan alir pengolahan feldspar

il 108

tersebut digolongkan jenis feldspar. Selain itu ditentukan pula oleh oksida pengotor yang terdapat dalam bahan baku feldspar seperti FezOr dan TiOz.

Feldspar digunakan dalam berbagai industri seperti industri keramik, gelas dan kaca lembaran.

o

BAB V

Industri keramik Spesifikasi feldspar untuk keramik (Str. No. 1145, 1984) I

Jenis industri

Oksidasi Porselen

6 - t5

K2O + Na2O Fe2Oj

Ti02 CaO

0,5

Gerabah halus padat

SaniterTo

6

0,5

ol

o

7o

-

6

15

0,7 0,7 0.5

7o

- t5 0,8

{ I

i

t,0

t I I

i

Industri gelas Spesifikasi feldspar untuk industri gelas: 68,00 - 69,99

>ll >il

Al2O3 (Vo)

KzOzNaz(Vo) FezOt (Vo)

Ukuran

0,t -0,2

butir + 16 mesh (maksimum)

nol

+ 20 mesh (maksimum)

l7o

(maksimum) :25Vo Spesifikasi feldspar untuk industri gelas "amber" (berwarna coklat) Kalium feldspar (7o) :99,5 (-20 mesh) FezOt (7o) :0,05 (maksimum)

-

KzO (7o) AlzOt (7o)

Silika bebas

100 mesh

:>

(7o)

CaO (7o)

KzO(7o) :>10

OBSIDIAN

Merupakan "ienis batuan beku luar, hasil pembekuan magma yang kaya silika. Pembekuan terjadi demikian cepat sefiingga mineral pembentuknya tidak sempat mengkristal dengan baik dan kedudukan kristalnya tidak beraturan. Obsidian kebanyakan bdrwarna putih keabu-abuan hingga hitam, kadang-kadang ada garis merah kecoklatan dan hitam. Dijumpai pula obsidian yang berwarna kehijauan, ungu

ataupun warna perak. jenis ini dikenal dengan obsidian pelangi. Obsidian...