Sifat-Sifat Padatan
-
Upload
muhammad-noviansyah -
Category
Documents
-
view
182 -
download
5
description
Transcript of Sifat-Sifat Padatan
BAB I.
SIFAT-SIFAT PADATAN
Beberapa sifat padatan yang penting dalam pemrosesan padatan diantaranya adalah:
1. Bentuk padatan (morfologi, particle shape).
2. Ukuran partikel padatan, meliputi:
• Partikel tunggal
• Campuran partikel dengan berbagai ukuran
3. Rapat massa
4. Kekerasan
1. BENTUK PADATAN
Secara umum dan yang paling mudah, bentuk padatan dinya
istilah sphericity, �s, yaitu kemiripan bentuk partikel terhadap bentuk bola.
Sphericity tidak tergantung da
luas bola yang mempunyai volume sama dengan volume partikel dibagi dengan
luas permukaan partikel tersebut,
pp
ps SD
v6=Φ
dimana: vp = volume satu partikel
sp = luas permukaan satu partikel
Dp = diameter ekivalen partikel, yaitu diameter bola yang mempunyai
volume sama dengan partikel tersebut.
Untuk partikel berbentuk bola dengan diameter
Kebanyakan padatan hasil pemecahan/kominusi (crushing) mempunyai
sphericity antara 0.6 sampai 0.8. Untuk partikel
cara abrasi/gesekan, sphericity
Tabel dibawah menunjukkan nilai sphericitydari berbag
padatan *):
Beberapa sifat padatan yang penting dalam pemrosesan padatan diantaranya adalah:
Bentuk padatan (morfologi, particle shape).
Ukuran partikel padatan, meliputi:
Campuran partikel dengan berbagai ukuran
Secara umum dan yang paling mudah, bentuk padatan dinyatakan dalam
yaitu kemiripan bentuk partikel terhadap bentuk bola.
tidak tergantung dari ukuran partikel. Sphericity didefinisikan sebagai
luas bola yang mempunyai volume sama dengan volume partikel dibagi dengan
luas permukaan partikel tersebut,
volume satu partikel
permukaan satu partikel
diameter ekivalen partikel, yaitu diameter bola yang mempunyai
volume sama dengan partikel tersebut.
Untuk partikel berbentuk bola dengan diameter Dp, maka �s = 1.
Kebanyakan padatan hasil pemecahan/kominusi (crushing) mempunyai
ntara 0.6 sampai 0.8. Untuk partikel-partikel yang dikecilkan dengan
cara abrasi/gesekan, sphericity-nya dapat mencapai 0.95.
Tabel dibawah menunjukkan nilai sphericitydari berbagai bentuk dan jenis
Beberapa sifat padatan yang penting dalam pemrosesan padatan diantaranya adalah:
takan dalam
yaitu kemiripan bentuk partikel terhadap bentuk bola.
ukuran partikel. Sphericity didefinisikan sebagai
luas bola yang mempunyai volume sama dengan volume partikel dibagi dengan
diameter ekivalen partikel, yaitu diameter bola yang mempunyai
Kebanyakan padatan hasil pemecahan/kominusi (crushing) mempunyai
partikel yang dikecilkan dengan
ai bentuk dan jenis
Universitas Gadjah Mada
2. UKURAN PARTIKEL
2.1. Partikel Tunggal.
Pada umumnya, ‘diameter’ merupakan istilah umum untuk menyatakan
ukuran sebuah partikel yang berukuran serbasama (equidimensional). Untuk
partikel yang tidak equidimensional (misalnya panjang pada satu sisinya tidak
sama dengan sisi yang lainnya), umumnya digunakan istilah ‘diameter ekivalen’
atau ‘diameter nominal’, yaitu diameter bola yang mempunyai volume sama
dengan volume partikel tersebut.
Jika volume suatu partikel bentuk tertentu = vp,, maka diameter bola dengan
volume sama (= diameter ekivalen dan partikel tersebut) adalah:
36
��
���
�= pp vDπ
Untuk partikel-partikel halus, biasanya sulit untuk menentukan volume
maupun luas permukaan satu partikel. Untuk kasus-kasus seperti ini, Dp biasanya
diestimasi dari hasil analisa ayak atau analisa mikroskopis.
2.2. Campuran partikel dengan berbagal ukuran
Dalam sebuah sampel partikel bermassa m, berukuran sama (Dp), tidak
ada permasalahan dengan ukuran partikel yang dapat mewakili sampel tersebut.
Jumlah partikel dalam sampel tersebut dengan mudah dapat dihitung sebagai,
ppvm
Nρ
= ; dimana vp, = volume masing-masing partikel berukuran Dp.
Luas permukaan partikel dalam sample adalah:
A = N.sp = spp D
mΦρ
.6dimana sp,= luas permukaan masing-masing partikel
berukuran Dp.
Bagaimana jika campuran partikel yang ada memiliki ukuran yang berbeda?
Bagaimana cara menghitung ukuran yang paling mewakili, serta menghitung
jumlah partikel dan luas permukaannya?
Untuk kasus semacam ini, campuran partikel biasanya dikelompokkan
kedalam fraksifraksi rentang ukuran tertentu (dengan asumsi rapat massa partikel
tetap). Pengelompokan kedalam rentang ukuran tertentu biasanya dilakukan
dengan pengayakan (untuk padatan kering), mikroskopis, atau pengambilan
gambar secara elektronik (particle imaging) dan teknik-teknik klasifikasi ukuran
Universitas Gadjah Mada
partikel lain. Setiap kelompok ukuran partikel kemudian dianalisis massa atau
jumlahnya (tergantung dan data yang diperoleh).
Untuk analisis dengan pengayakan (akan dibahas tersendiri), data yang
umumnya diperoleh biasanya dalam bentuk hubungan antara fraksi massa dengan
rentang ukuran partikel.
Luas permukaan spesifik suatu campuran padatan.
Luas muka spesifik didefinisikan sebagai luas permukaan partikel persatuan
massa. Jika hasil analisa tiap kelompok ukuran partikel sudah diketahui, maka luas
spesifik campuran padatan adalah:
pnps
n
ppsppsppsw D
xD
xD
xD
xA
ρρρρ Φ+
Φ+
Φ+
Φ= .6.6.6.6
3
3
2
2
1
1
dimana:
Dpi = diameter rata-rata partikel dalam kelompok-i, biasanya diambil harga rata-
rata aritmatik antara diamater terkecil dan diamater terbesar DALAM
kelompok tersebut.
xi = fraksi massa partikel ukuran i.
n = jumlah kelompok partikel = jumlah inkremen partikel.
Adakalanya, sphericitydan rapat massa suatu partikel tergantung dan
ukurannya (misal: jika ukuran berubah, maka bentuk partikel juga ikut berubah;
ukuran berubah, porositas partikel berubah). Untuk kasus seperti ini, maka
perhitungan Aw, harus dikoreksi sebagai berikut:
�= Φ
=n
i pisipi
iw D
xA
1
6ρ
dimana �pi dan �si masing-masing adalah rapat massa dan sphericity partikel
dalam kelompok ukuran i. Untuk kasus diatas, data Iangsung antara ukuran partikel
dengan luas spesifiknya Iebih bermanfaat dan Iebih akurat.
Untuk beberapa jenis partikel mineral, hubungan antara ukuran partikel
rata-rata (ukuran berdasarkan hasil ayakan) dengan luas spesifiknya tersedia (lihat
gambar dibawah).
Dalam beberapa kasus, mungkin suatu bentuk partikel diketahul mirip
dengan partikelpartikel mineral yang ada pada gambar diatas, tetapi mempunyal
rapat massa yang berbeda. Dalam hal mi, luas spesifik partikel tersebut dapat
dihitung berdasarkan nilai
bola bola berdiameter sama
dihitung dengan,
(�= ��
�
�
��
××=
n
iavgsiw DnA
1
2
/ππ
avgi
sip D
xin�
=
=1
6ρ
Dalam beberapa kasus, mungkin suatu bentuk partikel diketahul mirip
dengan partikelpartikel mineral yang ada pada gambar diatas, tetapi mempunyal
berbeda. Dalam hal mi, luas spesifik partikel tersebut dapat
dihitung berdasarkan nilai ns, yaitu rasio luas spesifik partikel tersebut dengan luas
bola bola berdiameter sama (surface shape facto). Luas spesifik partikel dapat
) ��
�
�
���
pavg
i
Dx
36/ ρ
Dalam beberapa kasus, mungkin suatu bentuk partikel diketahul mirip
dengan partikelpartikel mineral yang ada pada gambar diatas, tetapi mempunyal
berbeda. Dalam hal mi, luas spesifik partikel tersebut dapat
yaitu rasio luas spesifik partikel tersebut dengan luas
. Luas spesifik partikel dapat
Gambar menunjukkan ni
mineral.
Diameter partikel rata-rata.
Ada beberapa definisi diameter rata
pengukuran kelompok partikel dalam campuran.
(a). Diameter rata-rata luas muka
Volume-surface mean diameter
dalam perhitungan luas spesifik campuran partikel,
sspw D
AΦ
=ρ
6
Dari persamaan diatas, A
Penyamaan kedua persamaan diatas menghasilkan:
( )�=
= n
ipii
s
DxD
1
/
1
(b). Diameter rata-rata aritmatik (arithmatic mean diameter
Didefinisikan sebagai diameter rata
partikel:
( ) (T
n
ii
n
ii
n
ipii
N N
DN
N
DND
�
�
�=
=
= == 1
1
1
)(
Gambar menunjukkan nilai ns pada berbagai ukuran partikel untuk beberapa
rata.
Ada beberapa definisi diameter rata-rata yang dapat dibuat berdasarkan
kelompok partikel dalam campuran.
rata luas muka-volume (volume-surface mean diameter
surface mean diameter didefinisikan sebagai diameter partikel mewakili
dalam perhitungan luas spesifik campuran partikel,
�=Φ
=n
i pi
i
sspw D
xD
A1
6ρ
Penyamaan kedua persamaan diatas menghasilkan:
tmatik (arithmatic mean diameter).
diameter rata-rata statistik berdasarkan jumlah (ban
)piD
pada berbagai ukuran partikel untuk beberapa
rata yang dapat dibuat berdasarkan hasil
surface mean diameter).
didefinisikan sebagai diameter partikel mewakili
rata statistik berdasarkan jumlah (banyaknya)
Universitas Gadjah Mada
Dimana :
Ni = jumlah partikel dalam kelompok ukuran i, 3. pipv
ii Da
xN
ρ=
av = volume shape factor, untuk bentuk bola, av = (�/6)
NT = jumlah partikel total dalam sampel.
Jika data yang ada dalam bentuk fraksi massa tiap kelompok ukuran partikel, maka
diameter rata-rata aritmatik dapat dihitung dengan mensubstitusikan persamaan-
persamaan diatas. Deidak dengan asumsi av tidak tergantung ukuran, maka:
( )�
�
=
== n
ipii
n
ipii
N
Dx
DxD
1
3
1
2
/
)/(
(c). Diameter rata-rata massa (mass mean diameter)
Diameter rata-rata massa didefinisikan sebagai,
pi
n
iiw DxD .
1�
==
(d). Diameter rata-rata volume (volume-mean diameter).
Total volume partikel dalam sampel,
3
13
3 1.. v
n
i pi
i
p
vvT DDx
DaN��
�
�
��
�
�= �
=ρharus sama dengan jika dihitung dari masing-masing
fraksi, yaitu : ( ) ( ) .11
.. 3
.1
33
1 pi
ppiv
n
i pipv
ipiv
n
ii xDa
Dax
DaNρρρ
==��
�
�
��
�
�= ���
==
Sehingga, p
v
n
i pi
i
p
DDx
ρρ11 3
13 =��
�
�
��
�
��
=
atau, 3/1
3/1
��
�
�
��
�
�=
pii
vDx
D
Universitas Gadjah Mada
Jumlah partikel dalam campuran padatan
Jumlah total partikel dalam suatu campuran padatan dapat dihitung dengan
menjumlahkan jumlah partikel pada setiap kelompok ukuran padatan:
31
31 .
1.1
vpv
n
i pi
i
pv
n
iiT
DaDx
aNN
ρρ=== ��
==
Analisis Ayak (Standard)
Ayakan standar digunakan untuk mengukur ukuran partikel (dan distribusi
ukurannya) pada rentang ukuran tertentu, antara sekitar 3 in sampai 0.0015 in (78 mm
sampai 38 p.m). Ruang terbuka (lubang) antara kawat ayakan disebut aperture
ayakan. Ukuran mesh didefinikan sebagai yaitu jumlah/banyaknya aperture per inch
tinier. Contoh: ayakan 20 mesh, artinya ayakan tersebut mempunyai aperture
berjumlah 20 setiap inch. Ukuran lubang sesungguhnya akan lebih kecil dari (1/20
inch), karena ketebalan kawat ayakan.
Salah satu seri ayakan standard yang sering dijumpai adalah Tyler mesh
standard screen. Set dari ayakan ini berdasarkan ukuran lubang ayakan 200-mesh.
Luas lubang dan suatu ayakan adalah dua kali luas lubang dan ayakan yang satu
tingkat lebih kecil (dibawahnya). Rasio ukuran dari dua ayakan standard Tyler yang
berurutan adalah 42 = 1.41. Misalnya, ukuran lubang ayakan 14 mesh = �12x ukuran
lubang ayakan 20 mesh.
Seringkali, jika diinginkan pengelompokan ukuran yang lebih rapat, dalam
sebuah ayakan standard Tyler disisipi ayakan lain yang berukuran diantaranya. Misal:
standar Tyler antara 14 dan 20 mesh (dengan ukuran lubang antara 1.168 mm dan
0.833 mm), disisipi ayakan 16 mesh (dengan ukuran lubang 0.991 mm). Perhatikan
bahwa ukuran lubang ayakan 16 mesh adalah 2x(J2x0.833 mm) = Jx 0.833 mm =
1.189 x 0.833 mm = 0.991 mm.
Tabel dibawah menunjukkan set ukuran ayakan standar Tyler.
3. RAPAT MASSA dan POROSITAS (VOIDAGE)
Dalam pemrosesan partikel, ada beberapa definisi tentang rapat massa
(densitas). Densitas untuk sebuah partikel tunggal akan berbeda dengan densitas
partikel tersebut jika berada dalam tumpukan
densitas kristal-kristal penyusun partikel tersebut (misal: partikel tunggal terbentuk dan
aglomerasi kristalkristal). Dalam hal in pembahasan dibatasi pada densitas partikel
tunggal (�p) dan densitas tumpukan partikel/densi
Densitas sebuah partikel tunggal
ukurannya. Sedangkan densitas sebuah tumpukan (be
tergantung pada ukuran dan bentuk (shape/morfologi) da
penyusunnya (lihat gambar dibawah).
3. RAPAT MASSA dan POROSITAS (VOIDAGE)
Dalam pemrosesan partikel, ada beberapa definisi tentang rapat massa
(densitas). Densitas untuk sebuah partikel tunggal akan berbeda dengan densitas
partikel tersebut jika berada dalam tumpukan (bulk), dan berbeda pula dengan
kristal penyusun partikel tersebut (misal: partikel tunggal terbentuk dan
aglomerasi kristalkristal). Dalam hal in pembahasan dibatasi pada densitas partikel
) dan densitas tumpukan partikel/densitas bulk (�b).
nsitas sebuah partikel tunggal (�p) umumnya tetap dan tidak tergantung dan
ukurannya. Sedangkan densitas sebuah tumpukan (bed) partikel akan sangat
tergantung pada ukuran dan bentuk (shape/morfologi) dari partikel
at gambar dibawah).
Dalam pemrosesan partikel, ada beberapa definisi tentang rapat massa
(densitas). Densitas untuk sebuah partikel tunggal akan berbeda dengan densitas
(bulk), dan berbeda pula dengan
kristal penyusun partikel tersebut (misal: partikel tunggal terbentuk dan
aglomerasi kristalkristal). Dalam hal in pembahasan dibatasi pada densitas partikel
) umumnya tetap dan tidak tergantung dan
) partikel akan sangat
partikel-partikel
Porositas tumpukan padatan tergantung pada ukuran dan bentuk partikel.
Gambar dibawah menunjukan porositas tumpukan berbagai bentuk padatan dalam
sebuah kontainer berdiameter D
Bentuk (shape) padatan secara kuantitatif dapat dinyatakan datam sphericity
factor. Sebagaimana dijelaskan pada gambar diatas, porositas tumpukan padatan
tergantung bentuk padatan, sehingga secara logis ada hubungan kuantitatif antara
sphericity dengan porositas tumpukan padatan. Gambar dibawah
hubungan antara sphericity dengan porositas (voidage) pada tumpukan padatan acak
dalam sebuah kolom bahan isian (packed column) yang berisi partikel padatan
berukuran seragam.
Porositas tumpukan padatan tergantung pada ukuran dan bentuk partikel.
Gambar dibawah menunjukan porositas tumpukan berbagai bentuk padatan dalam
sebuah kontainer berdiameter Dc,
Bentuk (shape) padatan secara kuantitatif dapat dinyatakan datam sphericity
factor. Sebagaimana dijelaskan pada gambar diatas, porositas tumpukan padatan
tergantung bentuk padatan, sehingga secara logis ada hubungan kuantitatif antara
ositas tumpukan padatan. Gambar dibawah ini adalah contoh
dengan porositas (voidage) pada tumpukan padatan acak
dalam sebuah kolom bahan isian (packed column) yang berisi partikel padatan
Porositas tumpukan padatan tergantung pada ukuran dan bentuk partikel.
Gambar dibawah menunjukan porositas tumpukan berbagai bentuk padatan dalam
Bentuk (shape) padatan secara kuantitatif dapat dinyatakan datam sphericity
factor. Sebagaimana dijelaskan pada gambar diatas, porositas tumpukan padatan
tergantung bentuk padatan, sehingga secara logis ada hubungan kuantitatif antara
adalah contoh
dengan porositas (voidage) pada tumpukan padatan acak
dalam sebuah kolom bahan isian (packed column) yang berisi partikel padatan
Tabel dibawah menun
sphericityuntuk beberapa padatan mineral (perhatikan bahwa simbol yang digunakan
dalam tabel berbeda dengan simbol yang sudah digunakan diatas).
Tabel dibawah menunjukkan nilai-nilai surface shape factor, volume factordan
sphericityuntuk beberapa padatan mineral (perhatikan bahwa simbol yang digunakan
dalam tabel berbeda dengan simbol yang sudah digunakan diatas).
nilai surface shape factor, volume factordan
sphericityuntuk beberapa padatan mineral (perhatikan bahwa simbol yang digunakan
Surface shape factor digunakan untuk mencari luas
padatan, i.e.
as = ka.x2; dimana x = ukuran linier nominal padatan
De= diameter bola.
Volume shape factor digunakan untuk menghitung volume suatu partikel
padatan,
as =fa.x3 ; dimana untuk
KEKERASAN
Kekerasan padatan merupakan faktor penting dalam pemrosesan
partikel, khususnya dalam proses reduksi ukuran (crushing dan grinding).
Kekerasan partikel akan menentukan jenis alat dan material pada alat yang
harus digunakan dalam proses reduksi uk
Kekerasan partikel mineral didefinisikan sebagai tahanan terhadap
gesekan (scratching), menunjukkan tingkat lain. Dibawah
biasanya dinyatakan dalam skala MOHS. Skala Mohs kekerasan relatif suatu
partikel terhadap partike
mineral-mineral yang dijadikan rujukan:
Mineral-mineral dengan skala Mohs lebih tinggi akan dapat menggesek (to
scratch) mineral dengan skala dibawahnya.
Beberapa tingkat kekerasan bahan
• Kuku jari (kering): 2.5
• Mata uang logam (tembaga): 3.0
• Enamel gigi: 5.0
• Gelas biasa: 5.8
Tabel dibawah menunjukkan skala kekerasan dan berbagai jenis padatan
/mineral.
Surface shape factor digunakan untuk mencari luas permukaan suatu partikel
dimana x = ukuran linier nominal padatan �De. Untuk bola: k
Volume shape factor digunakan untuk menghitung volume suatu partikel
dimana untuk bola, fa= n/6
Kekerasan padatan merupakan faktor penting dalam pemrosesan
partikel, khususnya dalam proses reduksi ukuran (crushing dan grinding).
Kekerasan partikel akan menentukan jenis alat dan material pada alat yang
harus digunakan dalam proses reduksi ukuran/kominusi.
Kekerasan partikel mineral didefinisikan sebagai tahanan terhadap
gesekan (scratching), menunjukkan tingkat lain. Dibawah ini urutan skala
biasanya dinyatakan dalam skala MOHS. Skala Mohs kekerasan relatif suatu
partikel terhadap partikel mineral lain. Dibawah ini urutan skala
mineral yang dijadikan rujukan:
mineral dengan skala Mohs lebih tinggi akan dapat menggesek (to
scratch) mineral dengan skala dibawahnya.
Beberapa tingkat kekerasan bahan-bahan lain diantaranya:
(kering): 2.5
Mata uang logam (tembaga): 3.0
Tabel dibawah menunjukkan skala kekerasan dan berbagai jenis padatan
permukaan suatu partikel
. Untuk bola: ka =�I,
Volume shape factor digunakan untuk menghitung volume suatu partikel
Kekerasan padatan merupakan faktor penting dalam pemrosesan
partikel, khususnya dalam proses reduksi ukuran (crushing dan grinding).
Kekerasan partikel akan menentukan jenis alat dan material pada alat yang
Kekerasan partikel mineral didefinisikan sebagai tahanan terhadap
urutan skala dan
biasanya dinyatakan dalam skala MOHS. Skala Mohs kekerasan relatif suatu
lain. Dibawah ini urutan skala Mohs dari
mineral dengan skala Mohs lebih tinggi akan dapat menggesek (to
Tabel dibawah menunjukkan skala kekerasan dan berbagai jenis padatan