Pembuatan Besi

Pembuatan Besi

Pembuatan besi atau baja adalah proses yang terdiri dari dua tahap utama, kecuali jika produk yang diinginkan adalah besi cor. Tahap yang pertama adalah menghasilkan pig iron dalam blast furnace. Sebagai alternatif, besi dapat langsung direduksi. Tahap kedua adalah membuat besi tempa atau baja dari pig iron dengan sebuah proses lebih lanjut.


Proses pemurnian dari peleburan bijih besi untuk membuat besi tempa dari pig iron, dengan ilustrasi di sebelah kanan yang menampilkan para pria menjalankan blast furnace, dari ensiklopedia Tiangong Kaiwu, diterbitkan pada tahun 1637 oleh Song Yingxing.



Cara mengekstraksi besi pada abad ke-19
Untuk beberapa tujuan tertentu, seperti inti elektromagnet, besi murni diproduksi dengan elektrolisis dari larutan sulfat besi.

Blast furnace


Secara Industri, produksi besi melibatkan bijih besi, terutama hematit (dalam nominal Fe2O3) dan magnetit (Fe3O4) dalam reaksi carbothermic (reduksi dengan karbon) dalam blast furnace pada suhu sekitar 2000°C. Pada blast furnace, bijih besi, karbon dalam bentuk kokas, dan fluks seperti batu gamping (yang digunakan untuk menghilangkan ketidakmurniansilikon dioksida dalam bijih besi yang dapat menyumbat tungku - furnace dengan material padat ) sementara sebuah ledakan besar dari udara yang dipanaskan, sekitar 4 ton per ton besi, dipaksa masuk ke dalam tungku di bagian bawah.
Dalam tungku (furnace), kokas bereaksi dengan oksigen dalam ledakan udara yang dipanaskan untuk menghasilkan karbon monoksida:
2 C + O2 → 2 CO
Karbon monoksida mereduksi bijih besi (dalam persamaan kimia di bawah ini adalah hematit) untuk mencairkan besi sehingga menjadi karbon dioksida dalam prosesnya:
Fe2O3 + 3 CO → 2 Fe + 3 CO2
Sejumlah besi di bagian bawah tungku yang bersuhu tinggi bereaksi langsung dengan kokas:
2 Fe2O3 + 3 C → 4 Fe + 3 CO2
Fluks yang ada adalah untuk mencairkan ketidakmurnian dalam bijih besi, terutama pasir silikon dioksida dan silikat lainnya. Fluks biasa meliputi batu kapur (terutama kalsium karbonat) dan dolomit (kalsium magnesium karbonat). Fluks-fluks lainnya dapat digunakan tergantung pada ketidakmurnian yang perlu dibersihkan dari bijih besi. Dengan panas dari tungku, fluks kapur terurai menjadi kalsium oksida (juga dikenal sebagai kapur gamping atau quicklime):
CaCO3 → CaO + CO2
Kemudian kalsium oksida bergabung dengan silikon dioksida untuk membentuk cairan ampas bijih (slag).
CaO + SiO2 → CaSiO3
Slag meleleh dalam panasnya tungku. Di bagian bawah tungku, lelehan slag mengapung di atas lelehan besi yang lebih padat, dan lubang di sisi tungku akan dibuka untuk mengalirkan besi dan slag secara terpisah. Besi yang telah didinginkan disebut pig iron, sedangkan ampas bijih (slag) dapat digunakan sebagai bahan pembuat jalan atau memperbaiki tanah yang kekurangan mineral untuk pertanian.

Reduksi besi secara langsung

Oleh karena pengaturan tentang kokas menjadi lebih ketat akibat masalah  lingkungan, telah dikembangkan metode pengolahan besi alternatif. “Reduksi besi secara langsung” mereduksi bijih besi menjadi bubuk yang disebut besi “spons” atau besi “langsung” yang cocok untuk pembuatan baja. Terdapat dua reaksi utama yang terjadi di dalam proses reduksi langsung:
Gas alam teroksidasi sebagian (dengan panas dan katalis):
2 CH4 + O2 → 2 CO + 4 H2
Gas-gas tersebut kemudian ditambahkan dengan bijih besi dalam tungku sehingga memproduksi besi spons padat:
Fe2O3 + CO + 2 H2 → 2 Fe + CO2 + 2 H2O
Silika dihilangkan dengan cara menambahkan fluks kapur nantinya.

Tumpukan butiran bijih besi tersebut akan digunakan dalam produksi baja.

Proses selanjutnya

Pig iron bukanlah besi murni, namun memiliki 4-5% karbon terlarut di dalamnya dengan sejumlah kecil ketidakmurnian lainnya seperti sulfur, magnesium, fosfor, dan mangan. Karena karbon adalah ketidakmurnian yang terbesar, pig iron menjadi rapuh dan keras. Bentuk besi ini, yang juga dikenal sebagai cast iron, digunakan untuk membentuk barang-barang dalam peleburan (foundry) seperti kompor, pipa, radiator, tiang lampu, dan rel.
Pig iron dari jenis yang digunakan untuk membuat besi ductile, disimpan dalam kotak penyimpanan
Sebagai alternatif, pig iron dapat dibuat menjadi baja (dengan jumlah karbon sampai sekitar 2%) atau besi tempa - wrought (secara komersial adalah besi murni). Berbagai proses telah digunakan untuk hal tersebut, yaitu finery forge, tungku puddling, konverter Bessemer, tungku open hearth, tungku basic oxygen , dan tungku electric arc. Pada semua kasus itu, tujuannya adalah untuk mengoksidasi sejumlah atau seluruh karbon bersama dengan ketidakmurnian lainnya. Di sisi lain, logam-logam lain dapat ditambahkan untuk membuat baja campuran.
Secara tradisional, pig iron dijadikan besi tempa (wrought iron) dalam finery forge, nantinya diganti dengan tungku puddling, dan baru-baru ini dijadikan baja.  Dalam proses tersebut, pig iron dileburkan dan arus udara yang kuat diarahkan padanya ketika sedang diaduk atau diagitasi. Hal ini menyebabkan ketidakmurnian yang terlarut (seperti silikon) teroksidasi secara menyeluruh. Sebuah roduk peralihan dari puddling dikenal sebagai refined pig iron, logam finers, atau refined iron.


Pig iron juga dapat digunakan untuk menghasilkan gray iron. Ini didapatkan dari hasil peleburan pig iron, seringkali bersamaan dengan sejumlah besar baja dan besi rongsokan (scrap), menghilangkan kontaminan yang tidak diinginkan, menambahkan logam campuran, dan menyesuaikan kandungan karbon. Beberapa kelas pig iron cocok untuk memproduksi besi ductile. Pig iron tersebut memiliki kemurnian tinggi dan tergantung pada kelas besi ductile yang diproduksi, pig iron tersebut mungkin memiliki unsur silikon, mangan, sulfur, dan fosfor yang rendah. Jenis-jenis pig iron ini yang digunakan untuk mengencerkan semua elemen dalam sebauh charge besi duktil (kecuali karbon) yang dapat membahayakan proses besi duktil.
Sampai saat ini, pig iron/slag biasanya dituangkan langsung dari bagian bawah blast furnace melalui sebuah palung (trough) ke sebuah  mobil sendok (ladle car) untuk dipindahkan ke pabrik baja yang sebagian besar dalam bentuk cairan; dalam keadaan  ini, pig iron disebut logam panas (hot metal). Logam panas kemudian dituangkan ke dalam sebuah wadah pembuatan baja untuk memproduksi baja, biasanya dengan sebuah tungku electric arc, tungku induksi, atau tungku basic oxygen, dengan membakar kelebihan karbon secara terkendali dan menyesuaikan komposisi campuran. Proses Sebelumnya untuk hal ini termasuk finery forge, tungku puddling, proses Bessemer, dan tungku open hearth.
Pabrik-pabrik baja modern dan pabrik-pabrik besi reduksi langsung memindahkan lelehan besi ke sebuah sendok (ladle) untuk segera digunakan dalam tungku pembuatan baja atau mencetaknya menjadi pig-pig pada sebuah mesin pencetak pig untuk digunakan kembali atau dijual kembali. Mesin pencetak pig modern menghasilkan batangan pig, yang pecah menjadi potongan-potongan lebih kecil 4-10 kg saat dilepaskan.
Catatan: Besi tempa (wrought iron) tidak lagi diproduksi pada skala komersial. Banyak produk yang dideskripsikan sebagai besi tempa (wrought iron), seperti pengaman rel, furnitur taman  dan gerbang, terbuat dari baja ringan.  Istilah besi tempa tetap digunakan karena di masa lalu benda-benda tersebut ditempa (wrought) dengan tangan.

Aplikasi Metalurgi


Besi merupakan yang paling banyak digunakan dari semua logam, terhitung 95% dari produksi logam di seluruh dunia. Biayanya yang rendah dan kekuatannya yang tinggi membuatnya sangat diperlukan dalam aplikasi-aplikasi rekayasa, seperti manufaktur mesin dan peralatan mesin (machine tool), mobil, lambung kapal-kapal besar, dan komponen struktural untuk bangunan. Karena besi murni cukup lunak, maka besi paling sering dikombinasikan dengan unsur campuran untuk membuat baja.
Besi yang tersedia secara komersial diklasifikasikan berdasarkan kemurnian dan kelimpahan aditifnya. Pig iron memiliki 3,5-4,5% karbon  dan mengandung sejumlah kontaminan yang bervariasi seperti sulfur, silikon, dan fosfor. Pig iron bukanlah produk akhir yang dapat dijual, namun merupakan langkah pertengahan dalam pembuatan cast iron dan baja. Reduksi kontaminan dalam pig iron yang secara negatif memengaruhi sifat material, seperti sulfur dan fosfor, menghasilkan besi cor yang mengandung 2-4% karbon, 1-6% silikon, dan sejumlah kecil mangan. Besi tersebut memiliki titik leleh di kisaran 1420-1470 K, yang lebih rendah dari salah satu dari dua komponen utama, dan membuatnya produk pertama yang akan meleleh ketika karbon dan besi dipanaskan bersama-sama. Sifat mekaniknya sangat bervariasi dan tergantung dari bentuk karbon yang dibutuhkan dalam logam campuran.
"White" cast irons mengandung karbon dalam bentuk sementit, atau besi karbida. Senyawa yang rapuh dan keras ini mendominasi sifat mekanik white cast irons, yang membuatnya keras namun tidak tahan terhadap goncangan (shock). Permukaan yang pecah-pecah  pada sebuah white cast irons ini penuh dengan facet-facer halus dari besi karbida yang pecah, sebuah material yang sangat pucat, berwarna perak mengkilap, oleh karena itu sebutannya..
Dalam gray iron, karbon dapat ditemukan sebagai serpihan halus grafit yang terpisah, dan juga sebagai material yang rapuh akibat serpihan-serpihan tajam grafit yang menghasilkan tempat-tempat terkonsentrasi stres didalam material. Sebuah varian baru dari gray iron yang disebut besi ductile adalah secara khusus ditambahkan sedikit magnesium untuk mengubah bentuk grafit menjadi sferoid, atau nodul sehingga. mengurangi konsentrasi stres dan meningkatkan ketangguhan dan kekuatan material dengan sangat signifikan.
Wrought iron mengandung kurang dari 0,25% karbon, tetapi sejumlah besar slag yang memberikannya karakteristik yang berserat.  Ini adalah produk keras yang mudah dibentuk tapi tidak melebur seperti pig iron. Jika terasah dengan sebuah tepi, ia kehilangan itu dengan cepat. Wrought iron ditandai oleh adanya serat halus slag yang terperangkap dalam logam. Wrought iron  lebih tahan terhadap korosi dibandingkan dengan baja. Besi ini telah hampir sepenuhnya digantikan oleh  mild steel untuk produk-produkwrought iron” tradisional dan barang-barang  tukang besi.
Mild steel lebih mudah terkorosi daripada wrought iron, tetapi lebih murah dan lebih mudah ditemukan. Carbon steel mengandung 2,0% karbon atau kurang dari itu,  dengan sejumlah kecil mangan, sulfur, fosfor, dan silikon. Baja campuran mengandung jumlah yang bervariasi dari karbon serta logam-logam lainnya seperti kromium, vanadium, molibdenum, nikel, tungsten, dll. Kandungan campuran tersebut meningkatkan biayanya, sehingga baja tersebut biasanya hanya digunakan untuk hal-hal tertentu. Walaupun begitu, terdapat baja campuran yang umum, yaitu baja stainless.
Perkembangan terkini dalam metalurgi besi telah menghasilkan berbagai jenis baja mikro campuran (microalloyed) yang terus berkembang, yang juga disebut 'HSLA' (high-strength, low alloy) atau baja dengan kekuatan tinggi dengan campuran rendah, yang mengandung sedikit tambahan untuk menghasilkan tingkat kekuatan yang tinggi dan seringkali juga ketangguhan yang spektakuler dengan biaya minimal.
Terlepas dari penggunaan tradisional, besi juga digunakan sebagai perlindungan dari radiasi ionisasi. Meskipun lebih ringan dari bahan perlindungan tradisional yang lain, yaitu timbal, besi jauh lebih kuat secara mekanis. Atenuasi radiasi sebagai fungsi energi ditunjukkan dalam grafik.
Kekurangan utama dari besi dan baja adalah bahwa besi murni, dan sebagian besar campurannya, dapat berkarat dengan parah jika tidak dilindungi dalam beberapa cara. Pengecatan, galvanisasi, pasivasi, pelapisan dengan plastik, dan bluing digunakan untuk melindungi besi dari karat dengan menahan paparan air dan oksigen atau dengan perlindungan katodik.
Cast iron adalah besi atau sebuah campuran ferro yang telah dipanaskan hingga mencair, dan kemudian dituangkan ke dalam cetakan untuk dipadatkan.  Biasanya dibuat dari pig iron. Konstituen campurannya memengaruhi warnanya ketika dipatahkan: white cast iron memiliki ketidakmurnian karbida yang memungkinkannya retak-retak ditembus secara langsung. Grey cast iron memiliki serpihan-serpihan grafit yang membelokkan sebuah retakan yang bisa ditembus dan memulai retakan2 baru yang tak terhitung ketika material pecah.
Karbon (C) dan silikon (Si) adalah unsur-unsur campuran utama, dengan jumlah masing-masing berkisar antara 2.1-4 % berat dan 1-3 % berat. Campuran besi dengan kandungan karbon yang lebih sedikit dikenal sebagai baja. Meskipun secara teknis hal ini membuat campuran dasar tersebut menjadi campuran terner (ternary) Fe-C-Si, prinsip pemadatan besi cor dipahami dari diagram fase biner (binary) besi-karbon. Karena komposisi dari sebagian besar cast iron berada di sekitar titik eutektik pada sistem besi-karbon, suhu lelehnya berkorelasi secara erat, biasanya berkisar antara 1.150 hingga 1.200°C , yaitu sekitar 300°C lebih rendah daripada titik leleh besi murni.
Sebuah foundry adalah pabrik yang memproduksi logam castings. Logam-logam dicetak dalam berbagai bentuk dengan cara melelehkannya menjadi cairan, menuangkan logam ke dalam cetakan, dan memisahkan material cetakan atau casting setelah logam menjadi padat ketika mendingin. Logam yang paling umum diolah adalah aluminium dan cast iron. Namun, logam-logam lainnya, seperti perunggu, kuningan, baja, magnesium, dan seng, juga digunakan untuk memproduksi casting di foundry. Dalam proses ini, bagian-bagian dari bentuk dan ukuran yang diinginkan dapat dibentuk.

Kebanyakan para pelanggan membutuhkan sifat metalurgi khusus untuk casting mereka. Umumnya, salah satu sifat metalurgi yang dispesifikasikan adalah komposisi kimia pada baja. Analisis kimia diperlukan untuk memastikan komposisi kimia dari baja yang panas. Pengambilan sampel bisa dilakukan dengan vaccuum tube, setelah itu bisa langsung di uji dengan alat analisa portabel XRF di tempat.
Sebagian besar foundry, adalah pendaur ulang utama logam rongsokan. Logam rongsokan disortir berdasarkan sifat kimianya ketika tiba di pabrik. Ketika diperlukan persyaratan komposisi kimia tertentu, alat analisa portabel XRF bisa digunakan untuk menentukan kandungan logam rongsokan dan menyortirnya.  Salah satu meteri yang dibutuhkan oleh  tungku arc adalah logam rongsokan dimana sebelumnya telah disortir tersebut.
Once the scrap has been melted in the arc furnace, a sample is drawn and sent to the Metallurgical Lab for chemical analysis. Once the metallurgical properties of the sample are determined, a ‘recipe’ can be formulated to bring the ‘heat’ in the arc furnace to a particular chemical specification. This is typically done by adding various alloys to the furnace.
Setelah logam rongsokan telah meleleh dalam tungku arc, pengambilan sampel bisa dilakukan dengan vaccuum tube, setelah itu bisa langsung di uji dengan alat analisa portabel XRF di tempat.Setelah sifat metalurgi sampel ditentukan, dapat dirumuskan 'resep' untuk tungku arc,  ke spesifikasi bahan kimia tertentu. Hal ini biasanya dilakukan dengan cara menambahkan berbagai campuran ke tungku.
Sampel dianalisis untuk memverifikasi komposisi kimia baja tersebut setidaknya dua kali lagi selama proses pencairan dan penuangan. Tes terakhir yang dapat dilakukan adalah ketika produk telah selesai dengan pengujian alat analisa portabel XRF (uji tidak merusak)
             


Artikel ini sebagian nya diteremahkan dari beberapa artikel dari Wikipedia.

Untuk informasi bagaimana  teknologi XRF bisa membantu baik dari alat portabel sampai on-line (langsung di sabuk konveyor), klik disini dan 

Tinjauan Produk untuk Batubara, Industri Baja dan Pertambangan klik disini




Penambangan dan Kontrol Kadar Bijih Besi Menggunakan Alat Analisa Portabel XRF Thermo Niton

Penambangan dan Kontrol Kadar Bijih Besi Menggunakan Alat Analisa Portabel XRF Thermo Niton


Pendahuluan

Besi (Fe) adalah elemen yang paling umum, secara massa, yang membentuk planet Bumi, dan merupakan elemen paling banyak keempat yang ditemukan di kerak Bumi. Karena konsentrasinya yang tinggi dan sifat magnetik pada mineral oksidasinya – khususnya megnetit  – eksplorasi dan penambangan Fe menjadi lebih mudah dari logam-logam dasar logam lainnya. Salah satu fitur-fitur penting dari bijih besi adalah adanya unsur-unsur penalti, seperti fosfor (P) dan alumunium (Al).

Penerapan

Alat-alat fluoresens sinar-X portabel sukses dalam eksplorasi dan penambangan endapan-endapan bijih besi, juga dalam kontrol kadar terhadap konstentrat-konstentrat elemen penalti. Karena P dan  Al dianggap sebagai elemen ringan, terdapat sebuah kebutuhan untuk analisis yang lebih sensitif. Dengan alat analisa portabel XRF Thermo tonN, pengguna dapat menggunakan kemampuan “Filter Ringan”, yang ditujukan untuk menganalisis elemen-elemen ringan ini. 

Alat Analisa Portabel XRF

Portabel XRF adalah sebuah teknik yang menyediakan kemampuan untuk memberikan hasil dengan cepat dan akurat dengan sedikit atau tanpa persiapan sampel pada beberapa tahapan aktivitas pertambangan – dari eksplorasi akar rumput (grass root) hingga kontrol kadar bijih, dan bahkan penyidikan-penyidikan lingkungan. Lebih dari 3000 alat portabel XRF Thermo Niton digunakan dimana-mana pada seluruh industri pertambangan di seluruh dunia, menganalisis berbagai macam elemen dari magnesium (Mg hingga uranium (U).


Khususnya, alat analisa potabel Thermo Niton seri XL3t GOLDD+ dapat memberikan analisis elemen yang cepat, akurat, dengan efisiensi yang tidak dapat dibandingkan untuk perusahaan-perusahaan yang bergerak pada seluruh tahap pertambangan dan eksplorasi. Tersedia juga peralatan pengambilan  dan persiapan sampel Thermo Niton, yang memberikan solusi laboratorium-ke-lapangan untuk analisis XRF di lapangan. Alat-alat yang ringkas, portabel, bertenaga baterai ini menyediakan semua yang dibutuhkan untuk menangani pengambilan sampel dan persiapkan material geologis untuk analisis elemen yang cepat di lapangan.

















Gambar 1. Sampel bubuk (pulp) RC ditekan secara perlahan untuk membuat permukaan datar untuk analisis.
















Alat analisa portabel Thermo Niton seri XL3t GOLDD+ dapat memberikan analisis elemen yang cepat, akurat, dengan efisiensi yang tidak dapat kepada perusahaan-perusahaan yang bergerak di semua tahap pertambangan dan eksplorasi

Metodologi

35 sampel reverse circulation (RC) dianalisis dengan menggunakan alat analisa XRF Thermo Niton® XL3t. Biasanya, pada suatu bor RC, sebuah piston penumatik maju-mundur (palu)  mendorong sebuah mata bor baja wolfram, yang dengan bantuan dari sebuah kompresor udara mengeringkan dan mengeluarkan material, menghasilkan kepingan-kepingan batu yang dikembalikan ke permukaan. Persiapan sampel, termasuk penghancuran dan pengilingan, menghilangkan dampak dari keheterogenan sampel dan meningkatan keakuratan dari data XRF portabel. Untuk studi ini, setiap sampel itu dianalisis baik dalam tumpukan RC (kepingan-kepingan bervariasi dalam ukuran butirannya – mulai dari diameter 10 mm) dan juga dalam sampel bubuk (pulp) (lihat gambar 1).

Karena analisis dilakukan dengan kontak langsung dengan sampel-sampel yang halus, jendela pembaca diperiksa untuk melihat ada tidaknya kontaminasi setelah dilakukan kalibrasi detektor. Sebuah standar SiO2 kosong dianalisis dengan menggunakan Soil Mode, yang mengukur berbagai elemen dari klorin (Cl) hingga U. Pembacaan yang signifikan terhadap elemen-elemen dalam cakupan ini bisa mengindentifikasi kontaminasi-kontaminasi pada jendela. Sampel-sampel dianalisis selama 40 detik (filter “Utama” dan filter “Rendah” masing-masing 10 detik, dan 20 detik untuk filter “Tinggi”).

Hasil

Koefisien penentu, nilai R2, merupakan pengukuran mengenai seberapa dekat kumpulan data-data berkolerasi satu sama lain. Korelasi yang sempurna memilki nilai R2 1. Studi ini menunjukkan bagaimana korelasi yang tinggi antara data alat analisa Niton XL3t dan data laboratorium untuk Fe, mangan (Mn), dan titanium (Ti), juga elemen-elemen penalti, Si dan Al (lihat Gambar 2-4, Tabel 1). Konsentrasi P dibawah batas deteksi pada sampel yang telah dianalisis. Penelitian ini juga menunjukkan pentingnya persiapan sampel untuk meningkatkan keakuratan dan ketepatan pada pengujian portabel XRF. Misalnya, korelasi dengan data laboratorium meningkat dari 0.8910 pada gundukan sampel menjadi 0.9957 pada sampel bubuk (pulp) yang telah dipersiapkan. Peningkatan serupa juga dapat dilihat pada elemen-elemen penalti.











Tabel 1: Korelasi (R) antara data pengujian dari alat analisa XRF Thermo Niton XL3t dan laboratorium


Kesimpulan

Hasil yang didapatkan dari sampel gundukan maupun sampel bubuk (pulp) RC menunjukkan korelasi yang kuat antara hasil portabel XRF dan data laboratorium, yang mengindikasikan bahwa portabel XRF merupakan sebuah alat yang dapat diandalkan, cepat, dan tepat untuk kontrol kadar dan pertambangan bijih besi. Data seketika seperti itu menjadi sangat penting dalam membantu ahli geologi untuk mengambil keputusan di lapangan, menghemat waktu dan biaya. Data korelasi yang ditingkatkan untuk data sampel bubuk (pulp) RC yang dibandingkan dengan data sampel gundukan RC menunjukkan bahwa keakuratan dan ketepatan yang lebih baik bisa didapatkan melalui persiapan sampel yang lebih baik. Semakin sedikit variabel-variabel dalam sampel, semakin sedikit kesalahan yang mungkin ada dalam data uji. Perangkat alat persiapan sampel kami bisa digunakan untuk mendapatkan sampel yang telah digiling dari berbagai sampel geologis mulai dari kepingan batu hingga inti bor. Untuk mendiskusikan aplikasi khusus dan hasil yang anda butuhkan, atau untuk menjadwalkan demonstrasi di tempat, silahkan klik Tawada Scientific



Tiga puluh lima sampel reverse circulation (RC) dianalisis di tempat menggunakan alat analisa XRF
Thermo Niton XL3t



Gambar 2. Korelasi antara nilai Fe yang diukur dengan portabel XRF dan laboratorium pada sampel gundukan, dan sampel bubuk (pulp) yang telah dipersiapkan. Perhatikan peningkatan yang signifikan pada nilai R di sampel bubuk (pulp) yang telah dipersiapkan.



Gambar 3. Korelasi antara nilai Al yang diukur dengan portabel XRF dan laboratorium pada sampel gundukan, dan sampel bubuk yang telah dipersiapkan.


Gambar 4. Korelasi antara nilai Si yang diukur dengan portabel XRF dan laboratorium pada sampel gundukan, dan sampel bubuk yang telah dipersiapkan



Alat analisis XRF Thermo Niton merupakan pilihan ideal untuk mengukur elemen tanah langka (Rare Earth Element – REE)  yang ringan maupun berat dan juga menyediakan hasil yang dapat dipercaya untuk keseluruhan kelompok elemen-elemen kunci untuk eksplorasi mineral.

Kenapa penilaian kadar (ore grading) di pertambangan Nikel adalah sangat penting?



Kenapa penilaian kadar (ore grading) di pertambangan Nikel adalah sangat penting?


Masalah:

  • Apakah itu Ni laterite:
  • Masalah penambanganya: campur aduk aneka kadar ore (Ni & FeS)
  • Apa akibat nya dengan campur aduk ini? 
  • Bagaimana solusi nya?



Apakah itu Ni laterite:

Definisi laterit, laterit nikel adalah:

·         Tanah Residual

·         Telah dikembangkan selama jaman batuan mafik / ultrabasa  

·         Melalui proses kimia pelapukan dan pengayaan supergen

·         Di bawah kondisi iklim tropis


Laterit adalah sumber logam:

·         Ni, Co, Cr, Fe (dari laterit yang berasal dari batuan ultrabasa)

·         Al (dari laterit yang berasal dari batuan alumina)





Perbandingan antara endapan-endapan laterit dan sulfit di dunia.

Gambar 1: Sebagian besar bijih Nikel Indonesia (daerah tropis) adalah tipe laterit.



Stratifikasi Nikel laterit


Gambar 2: Ini adalah gambaran umum mengenai lapisan-lapisan Nikel laterit seperti Limonite, Saprolite, etc dan komposisi geokimianya.



Akan tetapi, karena sebagian besar endapan-endapan geologis Indonesia yang masih muda yang kurang terstratifikasi dibandingkan pada endapan-endapan yang matang. Stratifikasi laterit Nikel khas Indonesia adalah seperti di gambar bawah ini:


Gambar 3*: Profil khas laterit dalam sebuah potongan jalan (road cut): limonit gelap overburden di atas garis merah; limonit kelas rendah ke kelas menengah antara merah dan garis hijau; dan saprolit di bawah garis hijau.


Pada tingkat jalan (road) beberapa tanda kemungkinan puncak-puncak batuan dasar yang terekspos. Jika kita bor 3 Lubang bor dengan jarak sekitar 25 meter di foto ini akan memberikan interpretasi profil yang sama sekali berbeda dalam hal kuantitas dan posisi masing-masing dari tiga lapisan utama.

Keragaman laterit tingkat tinggi ini menambahkan risiko percampuran kadar saat penambangan. Hanya eksplorasi yang detil yang akan memberikan sebuah perencanaan tambang (mine planning) dan penandaan untuk mengurangi risiko ini.



Masalah penambanganya: campur aduk aneka kadar ore (Ni & FeS)



·         Pertambangan selektif menggunakan tanda-tanda geologi adalah sulit karena terjadi pencampuran bijih-bijih pada saat pertambangan dalam kondisi basah.

·         Hal ini terutama berlaku untuk endapan-endapan geologis muda yang kurang terstratifikasi dibandingkan pada endapan-endapan yang matang.

Gambar 4: Jika tidak dilakukan perencanaan dan penandaan tambang yang baik, percampuran bijih-bijih Nikel akan terjadi dengan mudah, akibatnya terjadi percampuran kadar di stockpile.



Apa akibat nya dengan percampuran kadar bijih-bijih ini?

Aneka kadar Ni & Fe akan menentukan aneka proses pengolahan nya.

Pengolahan Nikel Laterit bisa dibagikan sebagai berikut:

·         Pengolahan pirometalurgi (bijih nya dileburkan).

-        Ferro-nickel

-        Ni-matte

-        Ni Pig Iron

·         Pengolahan hidrometalurgi (Pelindian - Leaching -  dengan asam)

-        PAL (Pressure acid leaching) – HPAL

-        AL (Atmospheric Leaching)

-        Heap Leaching

·         Gabungan proses piro dan hidro (Combined pyro and hydro process - Caron)
(Bijih diturunkan dengan suhu tinggi, kemudian dilindikan)



Hidro vs Piro

Tabel 1* Memperlihatkan aneka proses yang cocok untuk aneka kadar bijih Nikel.


Dengan demikian klasifikasi kadar bijih stockpile adalah penting untuk menentukan selain nilai ekonomis nya, juga proses pengolahan nya cocok.

Klasifikasi Stockpile:

Sebuah perusahaan tambang Nikel di Long Ikis, Kalimantan Timur menggunakan alat portabel Thermo Niton XRF dalam perencanaan tambang nya, mereka melakukan pengambilan sampel dan pengujian XRF di tempat pada saat pengangkutan bijih nikel dari tambang ke tempat stockpile nya.

Identifikasi kadar terhadap bijih yang diangkut itu melalui radio ke tempat penyimpanan stockpile, penerima stockpile bisa menempatkan angkutan bijih ke tempat nya yang sudah di identifikasi. Mereka menggunakan tenda2 untuk menyimpan stockpile nya bedasarkan kadarnya, tenda ini juga berfungsi untuk pengeringan secara alamiah dan menghindarkan kelembaban dari curah hujan.

Seperti yg bisa dilihat di tabel dibawah, stockpile-stockpile di tandai dan diketahui kadar Ni & Fe nya (stockpile-stockpile ditandai dengan aneka warna dan nama).




Fe
Tenda
Ni
0-1.25%
VLG_S : Fe% < 25
1
VLG_L : Fe% > 25
2
1.25-1.5%
LG_S : Fe% < 25
3
LG_L : Fe% 25-35
4
MG_L : Fe% > 35
5
>1.5%
1.5-1.8%

LG_S1 : Fe% < 19
6
1.5-1.65%
LG_S1 : Fe% < 19
7
1.6-1.8%
LG_S2 : Fe% 19-25
8
1.8-2.1%
MG_S1 : Fe% < 19
9
MG_S2 : Fe% 19-25
10
2.1-2.4%
HG_S1 : Fe% < 15
11
HG_S2 : Fe% 15-25
12
>2.4%
VHG_S : Fe% <25 span="">
13
1.5-2.1%
HG_L(-) : Fe%
14
HG_L (+) : Fe% > Fml
15

Tabel 2: Setiap tenda sudah teridentifikasi kadar Ni & Fe nya.

Dengan informasi ini, bisa dilakukan optimisasi stockpile dengan blending.

Gambar 5: Dengan ada nya identifikasi kadar Ni & Fe stockpile (lihat warna nya yang sesuai dengan yang ada di tabel 1, bisa di lakukan optimisasi limonit dengan blending.


Keuntungan dari usaha ini:

·       Dari sudut pandang penjual bijih Nikel, pekerjaan pertambahan nilai ini bisa meng optimisasikan stockpile nya. Produk yang dijual terjamin kualitasnya.

·      Dari sudut pandang smelter, feed in nya juga menjadi lebih terjamin dan jelas.



Tabel dibawah menjelaskan tipe feed yang cocok untuk setiap tipe smelting:

Proses
Feed
Fe-Ni Smelting
Saprolit
Ni Matte Smelting
Saprolit
Ni Pig Iron
Limonit

Tabel 2: Aneka Feed dan aneka proses nya.



Bagaimana solusi nya?

Tambang baru.

·         Eksplorasi lebih rinci dengan jarak pemboran yang lebih dekat.


Gambar 6: Eksplorasi bor (garis kuning adalah lubang bor) dengan jarak yang kurang rapat, tidak akan mengambarkan lapisan2 dengan baik, perencanaan tambang tidak akan bisa dilakukan dengan baik.

Gambar 7: Eksplorasi bor (garis merah adalah lubang bor) dengan jarak yang lebih rapat, akan mengambarkan lapisan2 dengan baik, sehingga perencanaan tambang akan bisa dilakukan dengan baik.


Dengan pengeboran yang lebih banyak, akan menghasilkan pengambilan sampel yang lebih banyak. Alat analisa portabel XRF Thermo Niton bisa menghemat baik ongkos maupun waktu untuk pengujian nya.



·         Perencaan tambang dan penandaan.

Gambar 7: Penandaan kadar2 yang ber beda-beda, untuk supaya pekerjaan mengeruk akan lebih efisien.


Dengan hasil eksplorasi yang lebih rinci, memungkinkan perencanaan tambang yang baik, dengan menandakan batas2 kadar dengan bendera kecil.



·       Pengendalian Kadar di Pit (In-Pit).

Penggunaan sistem pengambilan sampel ditchwitch dalam pit untuk mematuhi teori pengambilan sampel yang benar.




Gambar 8: Bahan2 yang terangkat saat ditchwitch yang membuka kanal bisa digunakan sebagai sampel.



Penggunaan sistem analisis sampel dengan alat portabel XRF Thermo Niton memungkinkan hasil pengujian di tempat yang mengarah ke pengendalian kadar dalam pit  yang akurat.



·      Proses pengambilan sampel di truk dan stockpiling.

Sebuah sistem kontrol kadar di-truk berdasarkan pengambilan sampel bijih dari setiap truk (pasca grizzly) sedemikian rupa sehingga memungkinkan:

o   Hasil Uji akan tersedia sebelum truk mencapai stockpile bijih nikel

o   Stockpiling dari bijih nikel berdasarkan rentang kadar spesifik Ni dan Fe

o   Pemahaman  dan pengendalian kualitas bijih yang lebih besar untuk proses produksi

Gambar 9: Gambar ini menunjukan aneka aktivitas tambang dari pengerukan sampai ke dump truk, dimana beberapa titik-titik di proses ini yang memungkinkan pengambilan sampel dan pengujian di tempat.





Proses Pengambilan dan pengujian sampel waktu riil.



Gambar 10: Proses persiapan sampel  seperti pengeringan, splitting, crushing dan grinding, dilakukan di tempat.



        Pengambilan sampel representatif diambil di lokasi tambang (pasca grizzly)

        Pengambilan sampel & analisa terjadi saat truk sedang dalam perjalanan ke tempat stockpile

        Analisis berlangsung di lokasi (jika stockpile ini akan dikirim ke pabrik pengolahan, biasanya pabrik juga ingin informasi unsur Mg dan Si, untuk unsur2 ringan, bisa digunakan alat XRF tipe laboratorium lapangan FXL).

        Hasil dikomunikasikan kepada personil stockpile sebelum truk tiba. Dengan demikian saat truk nya sampai ke tempat stockpile, sudah di teridentifikasi ke tempat nya yang sesuai.


Gambar 11:  Alat analisa portabel XRF Thermo Niton dengan test stand.





Stockpile yg tercampur



Jika suatu stockpile yang sudah tercampur aduk, cara yang paling efektif adalah melakukan sortir dengan alat analisa XRF di sabuk konveyor pendek.

Bisa melakukan penyortiran berulang-ulang sehingga mendapat beberapa sub stockpile.

Penyortiran ini menggunakan prinsip XRF, dengan menetapkan kadar Ni & Fe tertentu, diujung penyortiran ini ada sebuah diverter, yang akan mengalihkan ore dengan kadar Ni  & Fe diatas tingkatan yang sudah ditetapkan ke tumpukan 1, dan di bawah ke tumpukan lainnya. Jika tumpukan yang sudah diketahui itu ingin di sortir lebih rinci lagi, tinggal menetapkan tingkatan kadar Ni & Fe yang baru, dan dilakukan penyortiran lagi.


Gambar 12: Peralatan analisa unsur XRF dan kompensasi kelembaban di atas sabuk konveyor.




Gambar 13: Layar penyortir Ni ore dimana bisa ditetapkan tingkatan kadar Ni & Fe.

Demikian penyortiran ini bisa dilakukan berulang kali dengan tingkatan kadar yang ber-beda2, sampai mencapai aneka tumpukan2 yang kadar Ni & Fe nya sdh diketahui.

Tumpukan2 ini bisa langsung di kirim ke smelter, atau bisa di blending lagi.

Nota: Untuk informasi mengenai alat sortir XRF, hubungin Tawada Scientific.

Contoh: aneka tumpukan2 yang bisa dihasilkan dengan penyortiran berulang-ulang.



Fe
Tenda
Ni
0-1.25%
VLG_S : Fe% < 25
1
VLG_L : Fe% > 25
2
1.25-1.5%
LG_S : Fe% < 25
3
LG_L : Fe% 25-35
4
MG_L : Fe% > 35
5
>1.5%
1.5-1.8%

LG_S1 : Fe% < 19
6
1.5-1.65%
LG_S1 : Fe% < 19
7
1.6-1.8%
LG_S2 : Fe% 19-25
8
1.8-2.1%
MG_S1 : Fe% < 19
9
MG_S2 : Fe% 19-25
10
2.1-2.4%
HG_S1 : Fe% < 15
11
HG_S2 : Fe% 15-25
12
>2.4%
VHG_S : Fe% <25 span="">
13
1.5-2.1%
HG_L(-) : Fe%
14
HG_L (+) : Fe% > Fml
15

Dengan dimikian, stockpile bijih Ni Fe bisa di optimisasikan nilai nya. Smelter akan mendapatkan penilaian bijih (ore grading) yang optimal untuk produksi nya.