HUMPREY SPIRAL

Humprey spiral merupakan alat penetrasi pemisahan mineral berat dan mineral

ringan yang berbentuk spiral yang menggunakan gaya sentrifugal dan air sebagai

media konsentrasi. Metode pemisahan ini termasuk kedalam “gravity

concentration”. Humprey Spiral juga merupakan kegiatan pemisahan antara

concentrate dan tailing dengan menggunakan aliran air horisontal.

Gambar 1. Kegiatan Humprey Spiral

Spiral merupakan salah satu teknik atau metode konsentrasi berat jenis (gravity

concentration) yang murah dari segi harga dan cukup efektif apabila digunakan.

Mulanya alat ini digunakan pada proses pengolahan material pasir yang

mengandung mineral rutil, zirkon, dan ilmenit. Alat ini juga digunakan pada

proses pencucian batubara, yang biasanya digunakan untuk membersihkan

material yang berukuran 0,2 mm hingga 1 mm.

Gambar 2. Gaya Sentripetal pada Humprey Spiral

Keuntungan yang dapat diperoleh jika menggunakan metode konsentrasi berat

jenis menggunakan alat spiral, adalah :

1. Biaya pengolahan material secara keseluruhan yang relatif murah (biaya

rendah).

2. Perawatan yang mudah.

3. Memerlukan ruang atau luasan sebagai tempat peletakan (lantai) yang relatif

tidak luas.

Shale

Coal

Gambar 3. Sebaran Material pada Humprey Spiral

Secara umum alat ini terdiri dari saluran –saluran berputar yang dimodifikasi

dengan bentuk penampang melintang setengah lingkaran. Material umpan (feed)

pulp terdiri dari 15 % hingga 45 % padatan dari keseluruhan berat campuran pulp

yang digunakan dan ukuran partikel materialnya berkisar antara 3 mm hingga 75

mikrometer yang dialirkan mulai dari bagian paling atas spiral, yang kemudian

mengalir ke bawah secara berputar melalui bagian alas dari spiral tersebut hingga

ke bagian yang paling akhir dari rangkaian alat ini. Partikel-partikel material

konsentrat yang berukuran paling kasar dan paling berat akan mengalir melalui

lapisan aliran yang berada pada sisi terdalam dari aliran tersebut.

Secara prinsif, humprey spiral menggunakan gaya gerak serta dibantu aliran air

untuk memisahkan konsentrat dengan tailing. Dimana material yang mempunyai

berat jenis lebih besar akan berada pada bagian dalam aliran serta material yang

mempunyai berat jenis ringan akan berada pada bagian luar aliran, sedangkan

biasanya material yang berada di tengah-tengah aliran itu merupakan material

yang memiliki berat yang sedang. Maka dengan ini humprey spiral tersebut

menghasilkan 3 jenis produk yaitu concentrate, middling, dan tailing.

a. Concentrate

Concentrate merupakan mineral-mineral berharga yang terkumpul dan

memiliki kadar yang tinggi dan bernilai ekonomis.

Gambar 4. Concentrate

b. Middling

Middling merupakan bahan pertengahan atau campuran antara concentrate

dan tailing.

Gambar 5. Middling

c. Tailing

Tailing merupakan bahan atau mineral yang tidak berharga (mineral pengikut

atau gangue mineral).

Gambar 6.Tailing

Pemisahan mineral dengan menggunakan humprey spiral dasar utamanya adalah

dari aliran fluida yang horisontal. Disamping itu specifik gravity dari mineral

yang sangat menentukan akan keberhasilan dari operasi tersebut. Gaya-gaya yang

berpengaruh pda proses ini adalah gaya dorong air, gaya gesek, gaya gravitasi dan

gaya sentrifugal, Alatnya berupa launder yang melingkar membentuk spiral,

semaki panjang dari lounder maka konsentrat yang dihasilkan akan semakin

ringgi kadarnya.

a. Gaya-Gaya yang Berpengaruh Dalam Proses Operasi.

1. Gaya dorong air

Gaya Dorong atau Prinsip Archimedes Sebagai gaya dorong (Fd)

dimaksudkan berat yang "hilang", yang dialami sebuah benda bila benda

tersebut diletakkan di atas air. Besar suatu gaya dorong adalah sama

besarnya dengan jumlah suatu cairan yang ditekan oleh benda tersebut.

Atau dengan kata lain, gaya dorong tergantung dari massa jenis cairan

tersebut dan volumenya, sedangkan gaya tekan ke bawah oleh benda di air

juga tergantung massa jenis benda tersebut serta volumenya. Dimana arah

gaya dorong ke atas sedangkan berat benda(G) yang menekan cairan ke

bawah sesuai arah gravitasi. Percepatan (a) yang dilakukan cairan yang

ditekan sama besarnya dengan percepatan gravitasi (g], sehingga yang

memainkan peranan apakah suatu benda mengapung, melayang, atau

tenggelam adalah massa jenis benda dan zat cair serta volume benda dan

zat cair. Sesuai hukum Archimedes maka dapat kita katakan ada 3 hal

yang dapat terjadi:

a. Mengapung bila G< Fd, massa jenis benda tersebut < massa jenis

cairan.

b. Melayang bila G=Fd, massa jenis benda tersebut = massa jenis cairan.

c. Tenggelam bila G>Fd, massa jenis benda tersebut > massa jenis cairan.

2. Gaya Gesek

Gaya gesekan adalah gaya yang timbul akibat persentuhan langsung antara

dua permukaan benda, arah gaya gesekan berlawanan dengan

kecenderungan arah gerak benda. Besarnya gaya gesekan ditentukan oleh

kehalusan atau kekasaran permukaan benda yang bersentuhan.

Dalam operasi ini gaya gesek akan sebandng dengan selisih beratjenis

partikel dengan berat jenis fluida, sehingga partikel yang berat jenisnya

besar akan memiliki gaya gesek yang besar pula untuk volume yang sama.

3. Gaya Gravitasi

Setiap mineral dalam operasi ini aka memperoleh percepatan gravitasi

yang sama. Mineral dengan volume yang sama tetapi massa nya berbeda,

maka mineral yang memiliki massa yang lebih besar akan mendapat gaya

yang besar.

4. Gaya Sentrifugal

Gaya ini arahnya ke bagian luar dari suatu area yang berputar, sehingga

akan memberikan pengaruh-pengaruh kepada mineral ringan untuk

terlempar ke luar dan terkumpul sebagai tailing.

Bagian-Bagian Utama Dari Humprey Spiral

1) Axis (Sumbu)

Merupakan suatu pipa yang tegak di dalamnya berlubang sebagai saluran

konsentrat untuk turun ke bawah.

2) Cyclone

Alat untuk memisahkan antara air yang bersih dengan air yang masih

bercampur dengan material.

3) Spliter

Spitler suatu alat untuk mengatur masuknya konsentrat ke dalam port.

Yaitu alat pengatur yang terdapat pada akhir proses di humprey spiral. Spiral

memiliki splitter yang terletak dan terpasang pada dischargepoint (titik keluaran)

dari trough. Splitter menghasilkan tiga pembagian: Refuse/ reject/ buangan,

Middling and Product.

Gambar 7. Spitler

Sebagai tambahan juga terdapat auxiliary refuse splitters yang diletakkan pada

bagian yang lebih atas untuk lebih memudahkan membuang pyrite dan reject

melewati jalur khusus yang terdapat pada bagian tengah/menempel pada kolom.

Spiral ini biasa dipasang untuk single start, double start, atau triple start. Untuk

double start atau lebih biasanya handel pengatur splitternya dijadikan satu

sehingga bukaan splitter bisa dilakukan bersamaan.

4) Port

Port merupakan suatu lubang untuk masuknya konsentrat.

5) Natch

Merupakan lubang bukaan kecil yang apabila ada aliran wash water akan

menimbulkan gerakan air sehingga konsentrat yang tidak tertampung

terdorong.

6) Stick Spiral

Stick spiral merupakan alat yang digunakan untuk mengatur besarnya lubang

bukaan pengotor yang dibuang.

Gambar.8. Stick Spiral

7) Slide pirit

Yaitu bagian yang berfungsi sebagai alat pengatur untuk membuang pengotor

yang terdapat pada batubara.

Gambar 9. Slide Pirit

8) Feed Tank

Merupakan suatu tempat untuk menampung masuknya feed dan air atau pulp

yang akan dilakukan pemisahan.

Gambar 10. Feed Tank

9) Feed Box

Merupakan tempat feed atau umpan yang akan dikonsentrasi

10) Riffle

Berfungsi untuk merubah aliran turbulen menjadi aliran laminer, sehingga

terjadi pemisahan di dalam lounder.

Humprey spiral terdiri dari spiral yang merupakan bagian yang berfungsi sebagai alat

pemisahan. Proses pemisahan ini dapat terjadi karena partikel yang berat akan

mendekati pusat spiral atau berada di bagian bawah, sedangkan partikel yang ringan

dan halus akan naik. Hal ini terjadi karena adanya gaya-gaya yang telah disebutkan di

atas. Dalam pemisahan ini “slurry” harus tetap diperhatikan agar besarnya prosen

solid sekitar 20% - 30%.

Ketika slurry dari feeding mengalir di sepanjang jalur spiral, pada kecepatan yang

stabil, semua solid yang lebih besar dari 100μm (0.1 mm) akan membentuk lapisan

yang bergerak (loose moving bed) pada bagian dasar lintasan spiral, material yang

paling berat akan menempati posisi paling dekat dengan bagian dasar dan bergerak

paling lambat.

Pada saat lapisan ini teraduk dan terbawa oleh aliran air, batubara yang lebih ringan

akan berada dekat permukaan dan terbawa arus dengan lebih cepat.

Dalam proses pemisahan partikel menggunakan spiral concentration, terdapat dua hal

penting yang harus diperhatikan, antara lain :

a. Variabel Alat

1) Tipe Spiral

Tipe spiral berpengaruh terhadap kecepatan aliran alir, gaya sentrifugal yang

dihasilkan dan jenis aliran.

2) Posisi Spliter

Posisi spliter menentukan seberapa ukuran berat yang akan ditampung sebagai

konsentrat, tailing dan midling.

3) Jumlah Spiral

Pengaruh 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 Spiral

Ketinggian 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 Operasi

1) 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 Feed

Selang 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 Pengumpanan

Jika 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 untuk memompa

air dari tangki penampungan kembali ke atas spiral yang paling tinggi.

5) Persen Solid Umpan

Idealnya 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.

Hal - hal penting yang arus selalu diperiksa pada humprey spiral adalah :

a. Periksa bahwa air clarified selalu mengalir pada spiral feed.

b. Ukur % solid spiral, jika % solid di atas 35 % maka tambahkan air.

c. Periksa distributor dan pastikan bahwa tidak ada jalur feed yang buntu.

d. Periksa spiral dari kemungkinan terjadinya blok. Periksa cutter bagian atas dari

kemungkinan terjadinya blok oleh material batubara

e. Pastikan permukaan spiral selalu bersih dan tidak ada tumpukan material yang

menghambat aliran.

f. Periksa cutter bagian bawah agar selalu bersih dan bebas dari material yang akan

menghambat aliran.

Hal-hal yang dapat mempengaruhi kerja dari humprey spiral adalah:

a. Timbunan material yang akan menghambat aliran (sudah didiskusikan

sebelumnya).

b. Ukuran material feed - spiral akan memiliki unjuk kerja yang baik pada ukuran

material - 1.5 mm x 0.125 mm.

c. Feed rate masing-masing spiral mampu menerima feed sampai 3 ton per jam.

Ini berarti spiral dapat menerima 3 ton /h x 24 = 72 t/h.

d. Feed Density (% Solid) - density feed dipengaruhi oleh feed rate, jumlah air yang

ditambahkan pada feed. Dari pengujian diperoleh bahwa 30 % solid akan

memberikan unjuk kerja yang baik pada spiral.

e. Posisi Spliter - pada spiral terdapat 3 spliter di bagian atas pada masing-masing

bank, spliter geser pada bagian tengah dan cutter pada bagian bawah.

Dalam proses pemisahan partikel menggunakan spiral concentration, terdapat

dua hal penting yang harus diperhatikan, yaitu:

a. Variabel Alat

1) Tipe spiral

2) Posisi spliter

3) Jumlah spiral

4) Ketinggian spiral

5) Penampang melintang helix dan diameter

b. Variabel Operasi

1) Derajat liberasi dan ukuran feed

2) Selang ukuran feed

3) Laju pengumpanan

4) Persentase solid umpan

5) Jumlah dan kecepatan aliran air pencuci (wash water)

6) Sifat-sifat material

Pada proses pencucian material batubara, spiral biasanya digunakan untuk mencuci

atau memisahkan antara material konsentrat (batubara berukuran halus) dengan

pengotornya (mineral lempung dan pengotor lainnya) yang memanfaatkan adanya

gaya dorong air pada tempat yang melingkar dari spiral tersebut, sehingga batubara

berukuran halus tersebut akan terlempar ke sisi luar dari dinding spiral jika

dibandingkan shale (serpih).

Pada suatu alat pemisah material konsentrat dengan pengotornya yang menggunakan

prinsip kerja dengan gaya gravitasi (gravity concentrator) dalam suatu media cair,

terdapat suatu mangkuk atau wadah pemisah yang mempunyai dinding sisi dan

dinding alas dimana kemiringannya dibuat mengarah ke bawah dan semakin

menjorok ke dalam, yang dimaksud dengan dinding alas yaitu bagian yang terdiri dari

suatu alat pengkonsentrasi terpusat, jika suatu material yang dijadikan umpan (feed)

dialirkan melalui bagian pengatur bukaan aliran menuju aliran air langsung, maka

material ini akan mengalir pada kecapatan aliran yang cukup besar pada bagian spiral

yang mempunyai radius putaran sedikit di bagian alasnya yang disebut dengan

mangkuk (wadah) atau alat pengatur keluaran yang istilahnya (secara terminologi)

disebut dengan splitter.

Hal – hal yang perlu diperhatikan dalam mekanisme kerja humprey spiral ini adalah :

a. Diameter bukaan luonder

b. Kemiringan dari lounder

c. Tinggi/panjang lounder

d. Keseragaman ukuran butiran material

e. Kecepatan aliran air sebagai wash water

f. Fluida yang digunakan sebagai media pemisahan mineral.

Kelebihan yang didapat pada pemisahan mineral dengan menggunakan alat humprey

spiral antara lain :

a. Ongkos instalasi

b. Ongkos perawatan rendah

c. Ongkos operasi rendah

d. Dapat memisahkan mineral berharga dengan mineral tidak berharga dalam jumlah

yang besar, kadar konsentrat yang diperoleh bisa mencapai 80%.

Kekurangan yang dihadapi pada pemisahan mineral dengan menggunakan alat

humprey spiral ini adalah :

a. Ukuran feed yang perbolehkan terbatas, biasanya ukuran feed antara 14 dan 400

mesh, tetapi bijih besi bisa di atas 10 sampai 10 mesh.

b. Diperlukan suplay air yang cukup atau sirkulasi air dan pengolahannya yang

digunakan pada proses pemisahan mineral sebagai medium wash water.

Cara pengoperasian alat humprey spiral :

Terjadinya pemisahan di dalam humprey spiral 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 konsetrat.

6. Mineral-mineral berat akan mengalir terus dan masuk ke dalam port

penampungan konsentrat yang dihasilkan.

Bagian-bagian Alat Humprey Spiral

Gambar 1. Humprey Spiral dan Proses Pemisahan material dalam humprey spiral

DAFTAR PUSTAKA

1. http://erickalfonsus.blogspot.com/2012/01/humprey-spiral.html

2. http://arsipteknikpertambangan.blogspot.com/2010/06/humprey-spiral.html