pengolahan nikel (versi 2)

Page 1




andiky.blog.friendster.com

Proses Pengolahan Nikel Menjadi FeNi Dari Bijih Laterite

Secara umum,mineral bijih di alam ini dibagi dalam 2 (dua) jenis yaitu mineral sulfidadan mineral oksida.

Begitu pula dengan bijih nikel, ada sulfida dan ada oksida. Masing-masing mempunyai karakteristik sendiri

dan cara pengolahannya pun juga tidak sama. Dalam bahasan kali ini akan dibatasi pengolahan bijih nikel

dari mineral oksida(Laterit).

Bijih nikel dari mineral oksida (Laterite) ada dua jenis

yang umumnya ditemui yaitu Saprolit dan Limonit

dengan berbagai variasi kadar. Perbedaan menonjol

dari 2 jenis bijih ini adalah kandungan Fe (Besi) dan

Mg (Magnesium), bijih saprolit mempunyai kandungan

Fe rendah dan Mg tinggi sedangkan limonit

sebaliknya. Bijih Saprolit dua dibagi dalam 2 jenis

berdasarkan kadarnya yaitu HGSO (High Grade

Saprolit Ore) dan LGSO (Low Grade Saprolit Ore),

biasanya HGSO mempunyai kadar

Ni ≥ 2%

sedangkan LGSO mempunyai kadar Ni <>

ini ada 3 macam teknologi yang digunakan untuk

mengolah bijih Nikel yaitu:

1. Electric Furnace yang menghasilkan Crude

FeNi

2. Krupp Rent yang menghasilkan Luppen (FeNi)

3. HPAL yang menghasilkan Ni, Co.

Pemilihan teknologi didasarkan pada jenis bijih dan

kebutuhan produk akhir yang diinginkan serta tidak

terlepas pula factor ekonomisnya. Dalam bahasan kali

ini, akan diuraikan proses pengolahan bijih nikel

dengan menggunakan teknologi Electric Furnace.

Pengolahan bijih nikel menjadi FeNi menggunakan

bijih Saprolit dilakukan melalui jalur Pyrometallurgy,

sedangkan pengolahan bijih Limonit biasanya

dilakukan melalui jalur Hydrometallurgy dengan

produk yang dihasikan Ni,Co. Proses pengolahan

dalam skala industri yang paling penting adalah

kontinuitas umpan baik jumlah maupun kadarnya,

diusahakan 2 hal tersebut tidak begitu fluktuatif

sehingga variabel operasi dan material dari desain

bisa ditetapkan dengan baik. Berikut contoh komposisi

untuk umpan industri yang sudah merupakan hasil

blending antara HGSO dan LGSO:

Tabel 1. Contoh Komposisi Saprolit Ore

Ni Co Fe SiO

2

CaO MgO Al

2

O

3

P

2

O

5

Cr

2

O

3

LOI SiO

2

/MgO MgO/SiO

2

Fe/Ni

Assays(%)

Index

1.84 0.04 11.04 40.62 0.21 27.8 1.34 0.26

6.02

1.15 10

1.46

0.68

Berdasarkan table 1, faktor yang paling penting

diperhatikan adalah basisitas (tingkat kebasaan)

MgO/SiO

2

atau ada juga yang mengukur berdasarkan

SiO

2

/MgO. Tingkat kebasaan ini menentukan brick/

refractory/bata tahan api yang harus digunakan di

dalam tungku (furnace), jika basisitas tinggi maka

refractory yang digunakan juga sebaiknya mempunyai

sifat basa agar slag (terak) tidak bereaksi dengan

refractory yang akan menghabiskan lapisan refractory

tersebut. Basisitas juga menentukan viscositas slag,

semakin tinggi basisitas maka slag semakin encer dan

mudah untuk dikeluarkan dari furnace. Namun

basisitas yang terlalu tinggi juga tidak terlalu bagus

karena difusi Oksigen akan semakin besar sehingga

kehilangan Logam karena oksidasi terhadap logam

juga semakin besar.

---

Page 2

Slag(Terak)

SiO

2

, CaO, MgO, Al

2

O

3

, P

2

O

5

Cr

2

O

3

O

2

Interface

2 Fe + O

2

= 2 FeO

4FeO + O

2

= 2 Fe

2

O

3

2Ni + O

2

= 2 NiO

Fe, Ni

Metal (Logam)

Gambar 1. Kesetimbangan Metal-Slag

(Ket: Slag selalu berada di atas metal karena densitynya lebih rendah)

Secara umum proses pengolahan bijih nikel jalur

pyrometallurgy dibagi dalam beberapa tahap seperti

dalam diagram berikut:

Gambar 2. Diagram alir proses

1. Kominusi

Kominusi adalah proses reduksi ukuran dari ore

agar mineral berharga bisa terlepas dari bijihnya.

Berbeda dengan pengolahan emas, dalam tahap

kominusi untuk nikel ore ini hanya dibutuhkan

ukuran maksimal 30 mm sehingga hanya

dibutuhkan crusher saja dan tidak dibutuhkan

grinder.

2. Drying

Drying atau pengeringan dibutuhkan untuk

mengurangi kadar moisture dalam bijih. Biasanya

kadar moisture dalam bijih sekitar 30-35 % dan

diturunkan dalam proses ini dengan rotary dryer

menjadi sekitar 23% (tergantung desain yang

dibuat). Dalam rotary dryer ini, pengeringan

dilakukan dengan cara mengalirkan gas panas

yang dihasilkan dari pembakaran pulverized coal

dan marine fuel dalam Hot Air Generator (HAG)

secara Co-Current (searah) pada temperature

sampai 200

o

C.

3. Calcining

Tujuan utama proses ini adalah menghilangkan air

kristal yang ada dalam bijih,air kristal yang biasa

dijumpai adalah serpentine (3MgO.2SiO

2

.2H

2

O)

dan goethite (Fe

2

O

3

.H

2

O). Proses dekomposisi ini

dilakukan dalam Rotary Kiln dengan tempetatur

sampai 850

o

C menggunakan pulverized coal

secara Counter Current. Reaksi dekomposisi air

kristal yang terjadi adalah sebagai berikut:

a. Serpentine

Reaksi dekomposisi dari serpentine adalah

sebagai berikut:

3MgO.2SiO

2

.2H

2

O = 3 MgO + 2 SiO

2

+ 2 H

2

O

Reaksi ini terjadi pada temperatur 460-650

o

C

dan tergolong reaksi endotermik. Pemanasan

lebih lanjut MgO dan SiO

2

akan membentuk

forsterite dan enstatite yang merupakan reaksi

eksotermik.

2 MgO + SiO

2

= 2MgO.SiO

2

MgO + SiO

2

= MgO.SiO2

b. Goethite

Reaksi dekomposisi dari goethite adalah

sebagai berikut:

Fe

2

O

3

.H

2

O

= Fe

2

O

3

+ H

2

O

Reaksi ini terjadi pada 260

0

C – 330

0

C dan

merupakan reaksi endotermik.

Ore

Kominusi

Drying

Calcining

Smelting

Refining

Crude FeNi

---

Page 3

Di samping menghilangkan air kristal, pada proses

ini juga biasanya didesain sudah terjadi reaksi

reduksi dari NiO dan Fe

2

O

3

. Dalam teknologi

Krupp rent, semua reduksi dilakukan dalam rotary

kiln dan dihasilkan luppen. Sedangkan dalam

technology Electric Furnace, hanya sekitar 20%

NiO tereduksi secara tidak langsung dalam rotary

kiln menjadi Ni dan 80% Fe

2

O

3

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.

4. Smelting

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

o

C. Reaksi reduksi langsung yang terjadi

adalah sebagai berikut:

NiO

(l)

+ C

(s)

= Ni

(l)

+ CO

(g)

FeO

(l)

+ C

(s)

= Fe

(l)

+ CO

(g)

Beberapa material yang mempunyai afinitas yang

tinggi terhadap oksigen juga tereduksi dan menjadi

pengotor dalam logam.

SiO

2(l)

+ 2C

(s)

= Si

(l)

+ 2CO

(g)

Cr

2

O

3(l)

+ 3C

(s)

= 2Cr

(l)

+ 3CO

(g)

P

2

O

5(l)

+ 5C

(s)

= 2P

(l)

+ 5CO

(g)

3Fe

(l)

+ C

(s)

= Fe

3

C

(l)

Karbon disupplay dari Antracite (tergantung

desain), dan reaksi terjadi pada zona leleh

elektroda. CO

(g)

yang dihasilkan dari reaksi ini

ditambah dengan CO

(g)

dari reaksi boudoard

mereduksi NiO dan FeO serta Fe

2

O

3

melalui

mekanisme solid-gas reaction (reaksi tidak

langsung):

NiO

(s)

+ CO

(g)

= Ni

(s)

+ CO

2(g)

CoO

(s)

+ CO

(g)

= Co

(s)

+ CO

2(g)

FeO

(s)

+ CO

(g)

= Fe

(s)

+ CO

2(g)

Fe

2

O

3(s)

+ CO

(g)

= 2FeO

(s)

+ CO

2(g)

Oksida stabil seperti SiO

2

, Cr

2

O

3

dan P

2

O

5

tidak

tereduksi melalui reaksi tidak langsung. Sampai di

sini Crude Fe-Ni sudah terbentuk dan proses

sudah bisa dikatakan selesai.

Yield (recovery) dari nikel pada EAF dapat

didekati seperti pada gambar berikut:

y=1, 008x

0,024

R²=0,917

y =0, 966x

0,034

R²=0,957

93%

94%

95%

96%

97%

98%

99%

100%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

N

i

y

i

e

ld

(

%

)

Fe yield(%)

theoretical

actual

Gambar 3. Hubungan antara Fe yield dan Ni yield dalam EAF

Gambar 4. Hubungan antara Fe yield dan %Ni dalam Crude FeNi

Gambar 5. Diagram fasa biner Fe-Ni

Pada daerah interface (antar muka) Slag-Metal

terjadi kesetimbangan sebagai berikut:

Si

(l)

+ 2FeO

(l)

= 2Fe

(l)

+ SiO

2(l)

Si

(l)

+ 2NiO

(l)

= 2Ni

(l)

+ SiO

2(l)

NiO

(slag)

+ Fe

(metal)

= Ni

(metal)

+ FeO

(slag)

---

Page 4

Sekali lagi basisitas sangat penting dalam kondisi

ini, sebagai contoh proses yang didesain dengan

basisitas 0,68 maka:

68

.0

SiO

MgO

2



MgO = 0.68SiO

2

MgO + SiO

2

= 100%

0.68SiO

2

+ SiO

2

= 100%

1.68SiO

2

= 100% 

SiO

2

= 59.5% dan MgO = 40.5%

Korelasi antara slag melting point pada SiO

2

59.5% dan MgO 40.5% diilustrasikan oleh diagram

terner FeO-MgO-SiO

2

dalam gambar 6 (diambil

dari Slag Atlas, Verlagstahleisen, M.B.H.,

Duesseldorf, 1981 and I.J. Reinecke and H.

Lagendikj, INFACON XI Conference Proceeding,

2007).

Gambar 6. Diagram terner FeO-MgO-SiO

2

yang menunjukkan

hubungan antara slag melting point dan slag basicity of 0.68 &

0.5 untuk FeO 6% & 10%

5. Refining

Pada proses ini yang paling utama adalah

menghilangkan/memperkecil kandungan sulfur

dalam crude Fe-Ni dan sering disebut

Desulfurisasi. Dilakukannya proses ini berkaitan

dengan kebutuhan proses lanjutan yaitu

digunakannya Fe-Ni sebagai umpan untuk

pembuatan Baja dimana baja yang bagus harus

mengandung Sulfur maksimal 20 ppm sedangkan

kandungan Sulfur pada Crude Fe-Ni masih sekitar

0,3% sehingga jika kandungan sulfur tidak

diturunkan maka pada proses pembuatan baja

membutuhkan kerja keras untuk menurunkan

kandungan sulfur ini.

Proses ini dilakukan pada ladle furnace dengan

agent sebagai berikut:

Tabel 2. Agent Untuk desulfurisasi

(%)

Material

CaC

2

CaO

CaF

2

SiO

2

MgO

Al

2

O

3

Na

2

CO

3

Carbide

79.00

11.20

3.02

2.90

0.35

0.71

-

Soda

Ash

-

-

-

-

-

-

99.00

Sedangkan reaksi yang terjadi adalah sebagai

berikut:

CaC

2 (S)

+ S = CaS

(S)

+ 2C

(Sat)

Na

2

CO

3

+ S + Si = Na

2

S + (SiO

2

) + CO

Na

2

Co

3

+ SiO

2

= Na

2

O . SiO

2

+ CO

2

Reaksi ini merupakan reaksi eksotermik sehingga

tidak membutuhkan pemanasan lagi pasca

smelting.

Proses selanjutnya adalah converting, sebenarnya

proses ini masih dalam bagian refining hanya

untuk membedakan antara menurunkan sulfida

dengan menurunkan pengotor lain seperti Si, P,

Cr dan C sesuai dengan kebutuhan. Sedangkan

prosesnya sama hanya saja reaksi lebih dominan

oksidasi dari oksigen.

Si

(l)

+ O

2 (g)

= SiO

2 (l)

↔ SiO

2 (l)

+ CaO

(l)

= CaO . SiO

2 (l)

Cr

(l)

+ 5O

2 (g)

= 2Cr

2

O

3 (l)

4P

(l)

+ 5O

2 (g)

= 2P

2

O

5 (l)

↔CaO

(l)

+P

2

O

5 (l)

= CaO. P

2

O

5 (l)

C

(l)

+ ½ O

2 (g)

= CO

(g)

C

(l)

+ O

2 (g)

= CO

2 (g)

Tabel 3. Contoh Komposisi Crude Fe-Ni yang dihasilkan

Chemical Composition (%)

Ni

Co

C

Si

P

S

Cr

Fe

De-S

Fe-Ni

20.5

3

0.3

0

1.5

2

1.

7

8

0.0

25

0.01

5

0.6

9

balan

ce

LC Fe-Ni

> 20

0.3

0



0.0

2



0.

3



0.0

2



0.03

0



0.3

balan