BAB IITINJAUAN PUSTAKA

II.1 KonsentrasiKonsentrasi adalah proses pemisahan mineral berharga dari pengotornya agar diperoleh kadar mineral berharga yang tinggi. Konsentrasi merupakan proses lanjutan dari kominusi. Proses konsentrasi memanfaatkan sifat-sifat fisik pada mineral. Metode yang digunakan adalah sebagai berikut:1. Konsentrasi gravitasi (gravity concentration) yaitu proses konsentrasi yang memanfaatkan perbedaan densitas mineral dalam suatu media fluida. Dapat juga memanfaatkan perbedaan kecepatan pengendapan mineral-mineral.2. Konsentrasi dengan media berat (dense/heavy medium separation). Pada konsentrasi ini mineral berharganya harus lebih berat dari pengotornya menggunakan medium pemisah yang berat jenisnya lebih besar dari air (berat jenisnya > 1). 3. Konsentrasi elektrostatik merupakan konsentrasi yang memenfaatkan perbedaan sifat konduktor dan non konduktor dari material. 4. Konsentrasi magnetik (magnetic concentration) adalah proses konsentrasi yang memanfaatkan perbedaan sifat kemagnetan (magnet susceptibility) yang dimiliki mineral. Proses konsentrasi juga dapat dilakukan dengan cara pemilahan (sortir) secara manual, yaitu dengan memilah mineral berharga langsung dengan tangan berdasarkan kilap, warna, dan sebagainya. Dari proses konsentrasi gravitasi diperoleh 3 (tiga) produk, antara lain :

1. Konsentrat, yaitu mineral-mineral berharga dengan kadar tinggi.2. Middling, yaitu konsentrat yang masih terdapat pengotor.3. Tailing, yaitu mineral-mineral tidak berharga yang perlu dibuang.II.2 Konsentrasi GravitasiKonsentrasi gravitasi adalah proses konsentrasi dengan berdasarkan berat jenis yang dimiliki oleh mineral dengan perbedaan kecepatan pengendapan. Apabila jumlah mineral di dalam fluida relatif sedikit, maka akan terjadi pengendapan bebas (free settling). Namun, apabila jumlah mineral di dalam fluida tersebut banyak, maka gerakannya akan terhambat sehingga akan terbentuk stratifikasi. Tahap stratifikasi yang terjadi adalah sebagai berikut:1. Hindered settling classificationKlasifikasi terhadap pengendapan yang terhalang. Maksudnya adalah pengendapan dari sekelompok partikel yang berkumpul, bukan dari pengendapan bebas satu partikel. = 1 (dengan medium suspensi bed+air)

2. Differential acceleration pada awal pengendapanPartikel yang berat akan mengendap terlebih dahulu. Pada waktu awal pengendapan partikel dengan berat jenis lebih besar akan mempunyai jarak tempuh yang lebih besar daripada partikel dengan berat jenis yang kecil.

F = m x amx gm = (m m)g - RR = g = m x g Dimana : R = tahanan (pada awal jatuh = 0) = specific gravity padatan = specific gravity fluida

3. Consolidation trickling pada akhir pengendapanPartikel-partikel yang ukurannya kecil berusaha mengatur diri di antara partikel-partikel besar sesuai dengan berat jenisnya. Pemisahan dilakukan dalam suatu media (air) sehingga dinamika fluida sangat berpengaruh. Untuk memperkirakan penerapan konsentrasi gravitasi dalam memisahkan mineral-mineral yang mempunyai perbedaan densitas dan selang ukuran yang dapat dipakai, maka digunakan kriteria konsentrasi Taggart.Kriteria konsentrasi Taggart dapat dirumuskan sebagai berikut.Kriteria Konsentrasi (KK) = Dimana: = berat jenis mineral berat = berat jenis mineral ringan = berat jenis media

Kriteria Konsentrasi (KK) :1. KK > 2,5 atau KK < -2,5 :Pemisahan mudah dilakukan pada berbagai ukuran sampai ukuran yang halus sekalipun ( sampai 200 mesh).2. KK = 2,5 - 1,75 :Pemisahan berlangsung efektif sampai ukuran 100 mesh.3. KK = 1,75 - 1,50 :Pemisahan masih memungkinkan sampai ukuran 10 mesh, tetapi sukar dilakukan.4. KK = 1,50 - 1,25 :Pemisahan masih memungkinkan sampai ukuran 1/4 inchi, tetapi sukar dilakukan.5. KK < 1,25 :Proses relatif tidak mungkin, masih bisa mungkin dengan modifikasi perbedaan gaya berat.Nisbah pengendapan (settling ratio) dirumuskan sebagai berikut:

=

Dimana : = jari-jari mineral ringan = jari-jari mineral berat = densitas mineral ringan = densitas mineral berat = densitas mediaII.3 Metode Konsentrasi GravitasiMetode konsentrasi gravitasi dibedakan menjadi 3 (tiga) berdasarkan gerakan fluida, antara lain:1. Fluida Tenang, contohnya heavy medium separation (HMS), dan dense medium separation (DMS).2. Fluida Horizontal, contohnya shaking table, spiral concentration, sluice box.3. Fluida Vertikal, contohnya jigging.

II.3.1 Humprey SpiralSpiral Concentrator digunakan untuk berbagai aplikasi dalam proses pengolahan mineral, khususnya dalam penanganan tumpukan pasir mineral berat, seperti rutile, zircon, dan dalam pemurnian batu bara. Berat feed antara 15 dan 45% berat padatan dan dengan ukuran 3mm sampai 75m dimasukkan dari atas spiral dan mengalir ke bawah spiral. Spiral Concentrator berbentuk parit yang berkelok-kelok dengan saluran pipa sebagai tempat penampungan konsentrat yang terletak pada tengah parit. Pada alat ini, diperlukan adanya air sebagai pemisah konsentrat.Humprey spiral adalah spiral pertama yang diperkenalkan pada tahun 1943. Pemisahan dengan humprey spiral menggunakan aliran fluida horizontal. Gaya-gaya yang berpengaruh dalam proses ini adalah gaya dorong air, gaya gesek, gaya gravitasi dan gaya sentrifugal.Mekanisme pemisahan di dalam humprey spiral adalah sebagai berikut.1. Feed dimasukkan ke dalam feed tank.2. Melalui pompa, feed dihisap masuk ke dalam cyclone.3. Di dalam cyclone cairan dengan yang kental dipisahkan, selanjutnya yang encer dialirkan ke atas ke dalam lounder sebagai wash water, sedang pulp yang kental melalui lounder dialirkan ke atas menuju feed box sebagai umpan.4. Karena bentuk lounder ini melingkar seperti spiral dari atas ke bawah, maka terjadi gerak arus sentrifugal, sehingga material yang ringan sebagai tailing akan terletak dibagian luar.5. Material yang berat ada di dalam sebagai konsentrat.6. Mineral-mineral berat akan mengalir terus dan masuk ke dalam port penampungan konsentrat yang dihasilkan.

Gambar 2.1 Mekanisme Humprey SpiralDalam proses pemisahan partikel menggunakan spiral concentration, terdapat dua hal penting yang harus diperhatikan, yaitu :a). Variabel Alat1. Tipe spiralTipe spiral berpengaruh terhadap kecepatan aliran alir, gaya sentrifugal yang dihasilkan dan jenis aliran.2. Posisi spliterPosisi spliter menentukan seberapa ukuran berat yang akan ditampung sebagai konsentrat, tailing dan midling.3. Jumlah spiralPengaruh banyaknya spiral adalah untuk mendapatkan keadaan steady state, di mana aliran air tidak turbulen. Semakin banyak jumlah spiral akan semakin baik untuk keadaan steady state agar pemisahan berlangsung dengan baik.4. Ketinggian spiralKetinggian sprial akan berpengaruh terhadap kemiringan (slope) spiral, yang akhirnya ikut menentukan apakah aliran fluida bersifat steady state.5. Penampang melintang helix dan diameter

b). Variabel Operasi1. Derajat liberasi dan ukuran feed.Ukuran feed yang terlalu besar akan menyulitkan proses stratifikasi, karena akan ada partikel-partikel yang tidak dapat bergerak akibat tekanan air yang tidak kuat. Tetapi jika ukurannya terlalu kecil juga akan menyulitkan, karena akan banyak mineral berharga yang masuk ke tailing.2. Selang ukuran feedSelang ukuran umpan yang ideal adalah -35# sampai +48# (0,015 mm - 0,8 mm). Jika terlalu kecil dapat menyulitkan proses pemisahan, karena tidak terjadi stratifikasi pada lapisan di atas fluida. Jika terlalu besar juga akan menyulitkan pemompaan dan aliran air tidak cukup untuk melakukan pemisahan.3. Laju pengumpananJika laju pengumpanan terlalu besar, maka tidak akan terjadi stratifiksasi pada permukaan spiral. Karena terdapat tumpukan material yang tidak sempat terpisahkan oleh aliran air. Tetapi laju pengumpanan yang terlalu kecil juga tidak efisien.4. Jumlah dan kecepatan aliran air pencuci (wash water)Jumlah dan kecepatan aliran air pencuci ikut menentukan apakah aliran fluida bersifat steady state. Hal ini dipengaruhi oleh kekuatan motor yang digunakan untuk memompa air dari tangki penampungan kembali ke atas spiral yang paling tinggi.5. Persen solid umpanIdealnya persen solid pada umpan adalah 15%. Pengaruhnya adalah terhadap penciptaan kondisi hindered settling. Persen solid yang terlalu besar akan menyulitkan pempompaan, sedangkan jika terlalu kecil jadi tidak ekonomis.6. Sifat-sifat material

II.4 Metode Konsentrasi MagnetikMagnetic separation merupakan operasi konsentrasi atau pemisahan satu mineral atau lebih dengan mineral lainnya yang memanfaatkan perbedaan sifat kemagnetan dari mineral-mineral yang dipisahnya. Mineral-meneral yang terdapat dalam bijih akan memberikan respon terhadap medan magnet sesuai dengan sifat kemagnetan yang dimilikinya. Prinsip pemisahan dengan memanfaatkan perbedaan sifat kemagnetan material ini dapat digambarkan secara skematik seperti terlihat pada Gambar 2.2 dan Gambar 2.3

Gambar 2.2 Skema pemisahan mineral dengan metode magnetik

Gambar 2.3 Prinsip Operasi Magnetic Pulley

Sifat kemagnetan (magnetic susceptibility) bahan dapat dibagi atas: Paramagnetic yaitu bahan-bahan yang dapat tertarik oleh medan magnet. Contoh : hematite, ilmenite, pyrrhotite Diamagnetic yaitu bahan-bahan yang tidak tertarik oleh medan magnet. Contoh : kwarsa, feldspar Ferromagnetic yaitu bahan-bahan yang sangat kuat untuk ditarik medan magnet. Contoh : besi, magnetiteMekanisme Pemisahan Secara MagnetikPemisahan secara megnetik yang diaplikasikan untuk bijih tergantung pada kompetisi dari gaya gaya yang dimiliki oleh tiap-tiap partikel mineral. Gaya yang bekerja pada setiap partikel mineral tergantung separator yang dipakai. Pemisahan bijih yang menggunakan drum separator dengan cara basah, maka partikel akan mengalami atau memiliki empat gaya. Keempat gaya tersebut adalah gaya magnet yang dinotasikan dengan Fm , gaya gravitasi dinotasikan dengan Fg, gaya drag dinotasikan dengan Fd, dan gaya sentrifugal yang dinotasikan dengan Fc.Gaya-gaya ini akan menentukan posisi dan perilaku partikel mineral dalam separator. Gambar 2 menunjukkan gaya-gaya pada partikel mineral yang berada dalam pengaruh medan magnet di permukaan drum yang berputar.

Gambar 2.4 Gaya-Gaya Yang Bekerja Pada Partikel Mineral

Partikel mineral akan tertarik atau terlempar dari permukaan drum tergantung pada nilai entrapment ratio-nya. Entrapment ratio adalah rasio Gaya magnet terhadap gaya sentrifugal, gaya gravitasi dan gaya drag. Entrapment ratio dinyatakan dalam persamaan berikut:entrapment ratio, ER = Fm /(Fc + Fg + Fd)Jika partikel mineral memiliki nilai entrapment rasio lebih daripada satu, ER > 1, maka partikel tersebut akan tertarik dan tetap nempel dipermukaan drum separator. Pada kondisi ER > 1, artinya medan magnet memberikan pengaruhnya jauh lebih besar dibanding dengan total dari tiga gaya lainya.Ketika partikel mineral memiliki entrapment rasio kurang daripada satu ER < 1, maka partikel tersebut akan terlempar atau tertolak dari permukaan drum separator. Pada kondisi ER < 1, medan magnet kurang berpengaruh dibanding dengan total tiga gaya lainnya.Jika operasi pemisahan dilakukan pada bijih yang memiliki rentang ukuran yang sempit, maka gaya drag dapat diabaikan. Sehingga Entrapment ratio berubah menjadi rasio gaya magnet terhadap gaya sentrifugal dan gaya gravitasi.entrapment ratio, ER = Fm / (Fc + Fg)Partikel mineral akan memiliki tiga gaya yaitu gaya magnet, gaya sentrifugal dan gaya gravitasi. Pasisi dan perilaku partikel selama pemisahan tergantung pada resultan ketiga gaya ini.

II.4.1 Magnetic SeparatorDitinjau dari kekuatan atau intensitas medan magnetnya, magnetic separator dibagi dalam dua jenis separator yaitu Low Intensity Magnetic Separator atau LIM separator dan High Intensity Magnetic Separator atau HIM separator. Baik LIM separator maupun HIM separator dapat digunakan secara basah atau kering.Pemisahan cara basah umumnya menggunakan LIM separator, dan digunakan untuk mineral yang memiliki suscepibilty tinggi. LIM separator mampu memisahkan bijih dalam jumlah yang besar. Sedangkan HIM separator mempunyai kapasitas rendah dan umumnya digunakan untuk mineral yang memiliki susceptibility rendah.

Gambar 2.5 Magnetic Separator

Bagian-bagian dari Magnetic Separator : 1. Feeder : untuk menampung feed2. Roll Magnetik : Sebagai media proses pemisahan dengan menarik mineral yang bersifat ferromagnetic 3. Pengatur Feeder speed: Mengatur banyaknya feed yang masuk (mengatur laju alir).4. Vibrator Feeder : untuk memisahkan dan meratakan tumpukan feed.5. Scrapper : Untuk memberi batas antara mineral tertarik magnet dan mineral yang tidak tertarik magnet (tailing). 6. Outlet Magnetic : Tempat penampung hasil separasi yang tertarik magnet7. Outlet Non-Magnetic : Tempat penampung hasil separasi yang tidak tertarik magnet (tailing).Pengaruh Variabel Operasi Pada Magnetic SeparationBeberapa factor yang berpengaruh terhadap pemisahan terdapat pada peralatan yang tidak bisa lagi dirubah. Sehingga factor-faktor tersebut menjadi konstan pengaruhnya terhadap partikel mineral. Untuk separator dengan magnet permanen, maka medan magnet tidak dapat dirubah, artinya gaya magnet akan konstan selama pemisahan. Diameter drum merupakan salah satu variable yang juga konstan. Sehingga pengaruhnya juga akan tetap pada saat dipakai untuk pemisahan.Beberapa variable dapat diubah-ubah selama atau saat pemisahan dilakukan. Gambar 4 menunjukkan pengaruh beberapa variable operasi untuk pemisahan secara magnetic.

Gambar 2.6 Pengaruh Variabel Operasi Dan Alat Pada Magnetic Separation.Dari gambar tersebut diketahui bahwa perolehan mineral magnetic dipengaruhi diantaranya oleh: medan magnet, ukuran mineral, kecepatan fluida dan radius drum. Perolehan mineral magnetik akan meningkat ketika medan magnet yang digunakan lebih besar. Sebagian magnetik akan masuk jalur tailing pada kecepatan fluida yang besar. Pemisahan yang dilakukan pada ukuran mineral yang besar dapat meningkatkan perolehan mineral magnetik.

II.5 Metode High Tension SeparationDalam pengolahan bahan galian banyak alat yang digunakan. salah satunya high tension separator. yaitu alat yang digunakan untuk memisahkan partikel konduktor dan non konduktor. High tension separation atau electrostatic separation adalah pemisahan mineral satu dengan lainnya berdasarkan perbedaan electrical conductivity-nya. Mineral di alam ada yang electrical conductivity-nya tinggi (mineral konduktor) dan ada yang rendah (mineral non konduktor). Mineral konduktor mempunyai sifat mudah menerima ion negative juga mudah melepaskannya. Berbeda dengan mineral non konduktor yang sukar menerima maupun melepaskan ion negative.

High Tension Separator (HTS)

Gambar 2.7 High Tension Separator

HTS adalah alat pemisahan mineral berdasarkan sifat listrik (konduktifitas) yang dimiliki mineral-mineral, hasil yang didapat dari mineral-mineral ini adalah konduktor, middling dan non konduktor. 1. Bagian-bagian HTSa.Ionizer Electroda adalah elektrode yang berbentuk kawat halus. Fungsinya menimbulkan corona adalah pelepasan muatan listrik yang dapat memberikan muatan listrik yang dikehendaki pada mineral yang akan dipisahkan. Corona ini spesifik pada medan listrik yang sangat homogen. Untuk menimbulkan medan listrik yang non homogen ini maka dibuat diameter Ionizer Electrode jauh lebih kecil dari rotor.

b.Deviason Electroda, berbentuk silinder yang fungsinya untuk menimbulkan medan listrik statis. Jarak antara Deviason Electroda dan Ionizer Electroda adalah tetap, dihubungkan dengan suatu sambungan konduktor.c. Rotor, berbentuk silinder yang berdiameter lebih besar dari Deviason Electroda dan dapat berputar. Panjang dan diameter menentukan kapasitasnya. Rotor merupakan electrode positif karena dalam operasinya dihubungkan dengan tanah.

d. Splitter, untuk memotong lintasan butiran mineral yang keluar dari medan listrik statis, sehingga diperoleh hasil konduktor, middling dan non konduktor, pengukuran jarak splitter dilakukan terhadap garis tengah yang dilalui rotor.Hal-hal yang berpengaruh pada bagian-bagian HTS:a. Kecepatan putaran RotorMempengaruhi gerakan mineral melalui gaya centrifugal yang dihasilkan pada putarannya, dimana mineral dengan berat jenis lebih besar akan terlempar lebih jauh dari posisi rotor.b. Ukuran diameter ElektrodeUkuran diameter "ionizer electrode" terhadap "deviation electrode" berpengaruh pada intensitas medan listrik. Medan listrik yang menimbulkan "lifting effect" dan "pinning effect", yang berpengaruh pada perolehan mineral non konduktor, midling dan konduktor.c. Kedudukan SplitterKedudukan splitter pertama dan kedua berpengaruh pada perolehan feed berkadar non konduktor, middling, dan konduktor. Untuk mendapatkan kasiterit dan mineral konduktor berharga lainnya dengan kadar tinggi, maka kedudukan splitter kedua harus dibuat lebih jauh dari splitter pertama.

Mekanisme PemisahanFeed yang masih panas jatuh merata pada rotor yang berputar, lalu mineral memasuki corona antara elektrode dan rotor dimana terjadi pemberian muatan listrik. Untuk mineral yang bersifat konduktor muatan yang menempel pada permukaannya diteruskan pada rotor yang ditanahkan, lalu cenderung jatuhnya menjauhi rotor (hasil konduktor). Sedangkan untuk mineral yang bersifat non konduktor muatan yang diterimanya tidak diteruskan dan tetap melakat pada rotor, jatuh ke hasil non konduktor. Hasil middling adalah mineral yang jatuhnya antara hasil konduktor dan hasil non konduktor. Mekanisme pemisahan HTS pada gambar 2.8.

Gambar 2.8 Mekanisme Pemisahan pada HTS

Keberhasilan pemisahan menggunakan HTS ini harus memperhatikan beberapa faktor yang mempengaruhi, yaitu :1. Gaya-gaya yang bekerja dan berpengaruha. Gaya ListrikMempengaruhi gerakan mineral bermuatan menuju electrode.b. Gaya ImageMempengaruhi gerakan mineral bermuatan menuju rotor.c. Gaya CentrifugalMempengaruhi gerakan mineral berukuran tertentu (20-40 mesh) mendekati atau menjauhi rotor.d. Gaya GravitasiMempengaruhi gerakan mineral dengan berat jenis tertentu menuju media penampung.2. Keadaan Feeda. Pengaruh TemperaturBerhubungan dengan kelembapan udara, jika butiran mineral dalam keadaan lembab, maka mineral tersebut akan cenderung bersifat konduktor dan akan mempengaruhi kualitas perolehan mineral yang dinginkan.b. Ukuran ButirUkuran butiran mineral berpengaruh pada efek gaya yang terj adi, butiran kasar gaya gravitasi dan centrifugalnya lebih dominant sedangkan butiran lebih halus gaya listrik lebih dominan mempengaruhinya.c. Kadar FeedPengaruhnya jika variable yang lainnya tetap, dengan masukan kadar feed yang makin besar, maka akan dihasilkan kadasr dan recovery yang besar. Dengan mengetahui karakteristik dari butiran mineral dan karakteristik peralatan yang mempengaruhi pemisahan pada HTS, maka hal ini akan sangat membantu dalam keberhasilan proses pemisahan menggunakan HTS. Dalam keadaan pengaturan vartiabel yang tepat seperti diuraikan sebelumnya, mineral bersifat konduktor akan terpisah dengan baik dengan mineral yang bersifat non konduktor. Pada praktek penggunaan HTS akan dihasilkan middling. Midling merupakan hasil dari HTS yang jatuh antara hasil konduktor dan hasil non konduktor, middling dibagi atas :1."Gravitational Midling", terdiri dari butiran mineral yang belum sempat dipengaruhi "corona" atau dipengaruhi medan listrik static.2."Ionicall Charge Midling", terdiri dari butiran mineral yang sudah dipengaruhi "corona", tetapi belurn sempat dipengaruhi oleh medan listrik static dengan sempurna.

II-9