PIROMETALURGI

PENGERTIAN METALURGI

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.

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.

3. Kaldo cenverter.

4. Linz-Donawitz (L-D) converter.

5. Open hearth furnace.

TAHAPAN METALURGI

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, suhu pengeringan yang lebih tinggi diperlukan.

Dari stockpile, hasil tambang (ore) diangkut menuju apron feeder. Di apron feeder

oremengalami penyaringan dan pengaturan beban sebelum diangkut dengan belt

conveyormenuju dryer atau tanur pengering. Diruang pembakaran tersebut terdapat alat

pembakaryang menggunakan high sulphur oil atau yang biasa disebut minyak residu sebagai

bahanbakar. Dalam tahap pengeringan ini hanya dilakukan penguapan sebagian kandungan air

dalam bijih basa dan tidak ada reaksi kimia. Ore kemudian dihancurkan dan

kemudiandikumpulkan di gudang bijih kering (Dry Ore Storage).Dimana drying atau pengeringan

dibutuhkan untuk mengurangi kadar moisture dalambijih. Biasanya kadar moisture dalam bijih

sekitar 30-35 % dan diturunkan dalam proses inidengan rotary dryer menjadi sekitar 23%

(tergantung desain yang dibuat). Dalam rotarydryer ini, pengeringan dilakukan dengan cara

mengalirkan gas panas yang dihasilkan daripembakaran pulverized coal dan marine fuel dalam

Hot Air Generator (HAG) secara Co-Current (searah) pada temperature sampai 200 C

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 besi oksida.Proses kalsinasi

membawa dalam variasi tungku/furnace termasuk shaft furnace, rotary kilns dan fluidized bed

reactor.

Tujuannya untuk menghilangkan kandungan air di dalam bijih, mereduksi sebagiannikel

oksida menjadi nikel logam, dan sulfidasi. Setelah proses drying, bijih nikel yangtersimpan di

gudang bijih kering pada dasarnya belumlah kering secara sempurna, karenaitulah tahapan ini

bertujuan untuk menghilangkan kandungan air bebas dan air kristal sertamereduksi nikel oksida

menjadi nikel logam. Proses ini berlansung dalam tanur reduksi. Bijihdari gudang dimasukkan

dalam tanur reduksi dengan komposisi pencampuran menggunakanratio tertentu untuk

menghasilkan komposisi silika magnesia dan besi yang sesuai denganoperasional tanur listrik.

Selain itu dimasukkan pula batubara yang berfungsi sebagai bahanpereduksi pada tanur reduksi

maupun pada tanur pelebur. Untuk mengikat nikel dan besireduksi yang telah tereduksi agar

tidak teroksidasi kembali oleh udara maka ditambahkanlahbelerang. Hasil akhir dari proses ini

disebut kalsin yang bertemperatur sekitar 7000C. Tujuan utama proses ini adalah

menghilangkan air kristal yang ada dalam bijih,air kristalyang biasa dijumpai adalah serpentine

(3MgO.2SiO2.2H2O) dan goethite (Fe2O3.H2O).Proses dekomposisi ini dilakukan dalam Rotary

Kiln dengan tempetatur sampai 850 oCmenggunakan pulverized coal secara Counter Current.

Reaksi dekomposisi air kristal yangterjadi adalah sebagai berikut:

a. SerpentineReaksi dekomposisi dari serpentine adalah sebagai berikut:

3MgO.2SiO2.2H2O 3 MgO + 2 SiO2 + 2 H2O

Reaksi initerjadi pada temperatur 460-650 C dan tergolong reaksi endotermik. Pemanasan

lebih lanjut MgO dan SiO2 akan membentuk forsterite dan enstatite yang merupakan

reaksieksotermik.

2MgO + SiO2 2MgO.SiO 2MgO + SiO2 MgO.SiO2b.

b. GoethiteReaksi dekomposisi dari goethite adalah sebagai berikut:

Fe2O3.H2O Fe2O3+ H2O

Reaksi ini terjadi pada 260C-330C dan merupakan reaksi endotermik.

Disampingmenghilangkan air kristal, pada proses ini juga biasanya didesain sudah terjadi

reaksireduksi dari NiO dan Fe2O3. Dalam teknologi Krupp rent, semua reduksi

dilakukandalam rotary kiln dan dihasilkan luppen. Sedangkan dalam technology Electric

Furnace,hanya sekitar 20% NiO tereduksi secara tidak langsung dalam rotary kiln menjadi Ni

dan80% 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

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 :

a. Mengeluarkan sulfur, Arsen, Antimon dari persenyawaannya

b. Merubah mineral sulfida menjadi oksida dan sulfur

2 ZnS + 3O2 2 ZnO + 2 SO4

c. Membentuk material menjadi porous

d. Menguapkan impurity yang foltair.

Dapur yang digunakan pada proses roasting, yaitu :

a. Hazard Vloer Oven

b. Suspensi roasting oven

c. Fluiized bed roasting

Jenis-jenis roasting, yaitu :

a. Oksida Roasting

Biasanya dilakukan terhadap mineral-mineral sulfida pada temperatur tinggi (direduksi

langsung). Pada temperatur rendah :

sulfida logam dapat direduksi dengan Carbon membentuk CS dan CS2.

Tidak dapat direduksi langsung karena sulfida logam-logam lebih stabil

b. Reduksi Roasting

Adalah suatu proses pemanggangan dimana suatu oksida mengalami proses reduksi oleh

suatu reduktor gas yang dimaksudkan untuk menurunkan derajat oksidasi suatu logam.

Peristiwa reduksi ini tidak dapat tercapai untuk suatu oksida yang sangat stabil.

c. Chlor Roasting

Dalam proses ini, bijih/konsentrat dipanggang bersama senyawa klorida (CaCl2,NaCl) atau

dengan gas Cl2.

Tujuan chlor roasting adalah :

Menghasilkan senyawa klorida logam dalam air (di ekstraksi)

Menghasilkan senyawa klorida logam-logam yang mudah menguap agar dapat

dipisahkan dari mineral-mineral pengganggu (Metalurgi Halida).

d. Fluor Roasting

Pemanggangan ini menggunakan reagent F2.

e. Yodium Roasting

Pemanggangan ini menggunakan reagent I2.

4. Aglomerasi

Tujuan nya Mengubah ukuran butiran bijih/ konsentrat mjd gumpalan yg relatif besar agar tdk

menyumbat lubang2 pd tanur yg digunakan utk lewat gas2.

Jenis :

1. Pembriketan (briqueting)

cetak-tekan dgn bhn perekat ( kapur, semen, lempung, minyak residu, tar), maupun tanpa

perekat, dilakukan pd temperatur kamar/ pemanasan. Pemakaian terbatas, biaya mahal.

2. Nodulasi (nodulizing)

seperti pd pembuatan klinker semen dgn cara pemanasan di dlm tanur putar, shg terbtk

gumpalan2.

3. 3. Sinterisasi (sintering)

banyak digunakan utk preparasi peleburan pd tanur tiup (blast furnace). Dilakukan dgn

mesin khusus DLSM (dwight- lloyd sintering machine)

Proses :

bijih besi dicampur 5% kokas dan 5-10% air serta kapur sbg bhn imbuh

panaskan pd DLSM. Kokas akan terbakar temperatur naik 1200-1300 C

aglomerasi tjd krn silikat dlm bijih meleleh / tjd pertumbuhan kristal dan rekristalisasi.

Utk bijih2/ kosentrat sulfida ( PbS) dilakukan roast sintering

4. Peletisasi (peletizing)

umumnya dilakukan pd bijih / konsentrat yg sangat halus shg sulit disinter.

Proses:

bijih/ konsentrat ditambah air dan bhn perekat (kapur, lempung, bhn2 organik) pd temp

kamar dibentuk mjd bulatan pelet (gumpalan ukuran 1-3 cm) di dlm drum atau piringan

berputar

pembakarana pelet pd temp 1200-1300 C dlm tanur tegak atau dgn DLSM

5. Smelting

Adalah proses peleburan logam pada temperatur tinggi sehingga logam ,leleh dan mecair

setelah mencapai titik didihnya.

Untuk melebur kalsin hasil kalsinasi/reduksi sehingga terbentuk fasa lelehan matte

danSlag. Kalsin panas yang keluar dari tanur reduksi sebagai umpan tanur pelebur

dimasukkankedalam surge bin lalu kemudian dibawa dengan transfer car ke tempat

penampungan.Furnace bertujuan untuk melebur kalsin hingga terbentuk fase lelehan matte

dan slag.Dinding furnace dilapisi dengan batu tahan api yang didinginkan dengan media air

melaluibalok tembaga. Matte dan slag akan terpisah berdasarka berat jenisnya. Slag

kemudiandiangkut kelokasi pembuangan dengan kendaraan khusus.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.

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 smelting

f. Presipitasi smelting

g. Flash smelting (peleburan semprot)

h. Ekstraksi timbal dan seng secara simultan.

5. Refining (Pemurnian)

Pemunian adalah pemindahan kotoran dari material dengan proses panas. Bertujuan untuk

menaikkan kadar Ni di dalam matte dari sekitar 27 persen menjadi diatas 75 persen. Matte yang

memiliki berat jenis lebih besar dari slag diangkut ke tanurpemurni / converter untuk menjalani

tahap pemurnian dan pengayaan. Proses yang terjadidalam tanur pemurni adalah peniupan udara

dan penambahan sililka. Silika ini akan mengikatbesi oksida dan membentuk ikatan yang memiliki

berat jenis lebih rendah dari matte sehinggamenjadi mudah untuk dipisahkan.Pada proses ini yang

paling utama adalah menghilangkan/memperkecil kandungansulfur dalam crude Fe-Ni dan sering

disebut Desulfurisasi. Dilakukannya proses ini berkaitandengan kebutuhan proses lanjutan yaitu

digunakannya Fe-Ni sebagai umpan untuk pembuatan Baja dimana baja yang bagus harus

mengandung Sulfur maksimal 20 ppmsedangkan kandungan Sulfur pada Crude Fe-Ni masih sekitar 0,3% sehingga

jika kandungansulfur tidak diturunkan maka pada proses pembuatan baja membutuhkan kerja keras

untuk menurunkan kandungan sulfur ini

Contoh Proses Ekstraksi Metaluri Secara Pirometalurgi :

1. Peleburan Besi

Proses pembuatan besi baja berlangsung didalam Convertor. Plat baja tebal sebelah

dalam dilapisi refractory asam (silikat). Pipa-pipa udara di bagian bawah 200 buah dengan

diameter 1-3 cm.

O2 dimasukan melalui pipa-pipa udara yang ada di bagian bawah convertor. Kemudia O2

yang dihembuskan tersebut pada metal bad akan mengoksider logam-logam tertentu untuk

membentuk slag. Slag dan logam yang didapat dalam keadaan cair akan terpisah oleh berat

jenis. Slag yang dihasilkan 10%.

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).

PIROMETALURGI

Suatu proses yg dilakukan pd T tinggi .500 C

Tahapan :

-preparasi (fisik, kimia) yg berlangsung dibwh ttk lelehnya.

-ekstraksi logam berlangsung pd temp tinggi disertai peleburan, penguapan utk menghasilkan logam

-pemurnian agar mudah dlm mengatur komposisi logam

prinsip ekstraksi pirometalurgi

-berlangsungnya reaksi kimia yg menghasilkan logam dr senyawa

-terbtknya 2 fase / lebih à logam yg dihasilkan dpt terpisah dr senyawa yg tdk dikehendaki.

Reaksi yg berlangsung : reduuksi, oksidasi, netral (tanpa redoks)

Proses reduksi:

-dlm ekstraksi metalurgi proses reduksi memegang peranan penting

-proses reduksi, proses pembentukan logam dr senyawa oksida dgn reduktor

-oksida logam ada yg terdpt dialam sbg bijih ttp ada juga berbtk senyawa lain/ sulfida.

-reduksi beberapa logam ada yg tjd pd T dibwh ttk lelehnya (NiO, FeO) sbg reduktor : C (batubara,

kokas, H2, CH4)

Peleburan Reduksi

Dilakukan pd bijih/ konsentrat oksida utk menghasilkan logam digunakan reduktor ( karbon

hidrogen)

Reaksi :

MO + CO à M + CO2

Reaksi dgn C pdt

MO+ C = M + CO

CO yg terbtk dpt mjd reduktor. Unsur pengotor ada kemungkinan ikut tereduksi

XO + CO à X + CO2

Peleburan Besi

Dilakukan dlm tanur tiup (blast furnace) utk mendptkan besi wantah

Peleburan Timbal

Ekstraksi timbal dilakukan hasil dr pemanggangan sempurna (kalsin) scr oksidasi dr konsentrat

galena.

PbS + 3/2 O2 à PbO + SO2

Peleburan dilakukan pd tanur tegak penampang segiempat, menggunakan reduktor kokas dan flux

mengatur komposisi teraks (slag) agar pemisahan antara logam dan pengotornya dpt baik. Pengarah

pengotor Fe tdk sulit utk diatasi sebab FeO lebih stabil dr PbO

PbO + CO à Pb+ CO2

Fe2O3 + CO à 2Fe + CO2

FeO + CO à Fe +CO2

Peleburan Timah

Peleburan dilakukan dlm tanur pantul Reverbaroty Furnace. Peleburan berbeda dg Pb sebab Fe

bermasalah yaitu K Fe = K Sn. Harga kelarutan Fe dlm Sn cukup besar dpt membentuk senyawa antar

logam.

-bila ingin diperoleh logam Sn tinggi ( yg berarti SnO di dlm terak kecil) mk Fe dlm Sn akan tinggi

( berarti pengotor dlm Sn tinggi)

-Bila diinginkan timah dg kemurnian tinggi mk Sn sbg SnO dlm terak akan tinggi.

Maka peleburan timah dilakukan bertahap (slag dilebur lagi dgn ditambah scrap iron agar terbtk

hard head alloy/ seny Sn-Fe yg dilebur kembali dlm reverberatory I

SnO2 + CO = SnO +CO2

SnO + C) = Sn +CO2

Reduksi menghasilkan uap logam

-Utk bbrp logam tertentu yg mpy tekanan uap relatif tinggi, ekstraksi dilakukan dg cara reduksi pdt

menghasilkan uap logam tsb.

-pemisahan antara pengotor + logam dpt dilakukan dgn mudah

-uap logam yg didpt dikondensikan

ZnS + 3/2 O2 = ZnO + SO2

ZnO + C = Zn + CO

Yg dominan

ZnO+CO = Zn + CO2

Didlm tanur retort tjd reaksi

CO2+C=2CO

Dgn demikian gas yg dihasilkan dr proses restoring ini mrpkn campuran uap Zn, gas CO, CO2 dlm jml

kecil.

Peleburan netral

-proses ini lebih dikenal sbg Matte Smelting atau Speiss Smelting tergantung senyawa logam yg

dilebur

-pengotor diupayakan mjd seng oksida (terak/slang) sedang logam berharga mjd fase leleh yg

disebut matte/ speiss

-matte : produk peleburan yg mrpkn logam2 sulfida ( Cu2SfeS, Ni2FeS)

-Speiss : produk peleburan yg merupakan seng logam dgn arsenit (As) atau antimon ( Sb) (MxAsy)

(MxSby)

-pd peleburan netral tdk dilakukan penambahan oksidator maupun reduktor

MSn M’S + G

M : logam berharga, M’ : logam tdk berharga, G : pengotor

-Bila M’ mudah dioksidasi dr M mk bila dilakukan pemanggangan oksidasi partial :

MS(n-n’)M’S + n’M’O + G

-krn oksida logam bersifat basa, mk M’O membutuhkan fluk asam (SiO2) shg dpt membentuk silikat

-G dpt bersifat asam / basa

-M’O dan G masuk ke terak

-Dlm pemanggangan partial: selalu dijaga agar tdk semua M’S teroksidasi mjd M’O sebab dlm

roasting MS dpt teroksidasi mjd MO, mk dlm peleburan matte dpt diubah kembali mjd MS.

PEMILIHAN BHN BKR

-murah -kemurnian nilai kalori

-cck dgn yg dilebur - kesediaan bhn bkr

MCM2 TANUR

-Reford

-Blast Furnance

-Rever Beratory

-Tungku listrik

-Converter

TEMP PROSES

Cooper smelting = 1000-1100

Zink retort = 1400-1600

Ressemer = 1600

Tuyere = 1900

Electric arc = 3600

PEMILIHAN REFRACTORY

-Harga -komp kimia

-Ttk lebur - Kelenturan

-Strenght - Thermal conductivity

-Electrical -Pemurnian