Tugas_jurnal Pgm - Reduksi Pasir Besi
-
Upload
luna-shakira -
Category
Documents
-
view
225 -
download
0
Transcript of Tugas_jurnal Pgm - Reduksi Pasir Besi
7/22/2019 Tugas_jurnal Pgm - Reduksi Pasir Besi
http://slidepdf.com/reader/full/tugasjurnal-pgm-reduksi-pasir-besi 1/7
TUGAS MATA KULIAH PIRANTI GELOMBANG MIKRO
TENTANG
“REDUKSI PASIR BESI MENGGUNAKAN ENERGI
GELOMBANG MIKRO”
Dosen : Ir. Eddy Supriyadi, MT.
Disusun Oleh :
1. Gusari Bagio (12221311)
2. Made Agung Hadi Winaya (12221306)
3. Andre Dwi Nova (12221730)
FAKULTAS TEKNIK INDUSTRI
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO S1 (ANGKATAN V)
JURUSAN TEKNIK TELEKOMUNIKASI
INSTITUT SAINS DAN TEKNOLOGI NASIONAL
2013
7/22/2019 Tugas_jurnal Pgm - Reduksi Pasir Besi
http://slidepdf.com/reader/full/tugasjurnal-pgm-reduksi-pasir-besi 2/7
REDUKSI PASIR BESI MENGGUNAKAN ENERGI
GELOMBANG MIKRO
ABSTRAK
Pasir besi merupakan sumber bijih besi yang dapat dimanfaatkan untuk memenuhi konsumsi baja di Indonesia.
Dengan adanya proses reduksi pada pasir besi yang cepat serta ramah lingkungan maka sumber daya alam
dapat dimamfaatkan sebaik-baiknya,
Dalam penelitian ini digunakan pasir besi dan batubara. Variable reduksi menggunakan microwave pada
masing-masing input daya 400 Watt, 600 Watt dan 800 Watt serta waktu tinggal reduksi 10 menit, 20 menit dan
30 menit.
Bedasarkan data dari hasil penelitian didapatkan kandungan Fe tertinggi yaitu 75,37% menggunakan daya
Microwave 800 Watt dan waktu tinggal reduksi 30 menit. Dan telah terbentuk paduan besi kasar pada
penggunaan daya 800 Watt.
Kata Kunci: Pasir Besi, Microwave, Reduktor
PENDAHULUAN
Pasir besi merupakan sumber bijih besi yang
banyak di temukan didaerah pantai selatan
Sumatera dan pantai selatan jawa dan mengandung
vanadium dan titan oksida yang cukup tinggi.
Pemanfaatan pasir besi di dalam negeri sampai saat
ini sebagai bahan baku pembuatan semen,
sedangkan pemanfaatannya diluar negeri untuk bahan baku pembuatan besi telah dilakukan sejak
lama yaitu oleh pabrik besi baja di Selandia Baru
dan RRC. Mineralnya berupa titaomagnetite yang
bersifat ferromagnet. Karena kandungan Fe yang
rendah, maka harus dilakukan suatu cara untuk
meningkatkan kandungan Fe dari konsentrat pasir
besi.
Microwave atau gelombang mikro telah lama
digunakan sebagai metode pemanasan. Pemanasan
dengan gelombang mikro mempunyai karakteristik yang berbeda dengan pemanasan konvensional,
karena panas dibangkitkan secara internal akibat
getaran molekul-molekul target oleh gelombang
mikro. Karena karakter gelombang mikro yang
dapat menembus molekul target, maka pemanasan
dengan gelombang mikro berlangsung secara
simultan. Hal ini berbeda dengan pemanasan
konvensional, dimana panas mengalir secara
konveksi atau konduksi. Berbagai penelitian
penggunaan gelombang mikro pada proses
ekstraksi metalurgi secara langsung menunjukkan bahwa gelombang mikro sangat efektif untuk
menunjang proses ekstraksi material.
Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui
pengaruh variasi energi gelombang mikro dan
waktu reduksi pada pasir besi terhadap peningkatan
komposisi Fe serta mengetahui mekanisme proses
reduksi pasir besi besi menggunakan energi
gelombang mikro.
METODOLOGI
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini yaitu
pasir besi yang telah diseparasi magnet dan
batubara yang telah digerus dan dilakukan
pengayakan hingga -70 mesh.
7/22/2019 Tugas_jurnal Pgm - Reduksi Pasir Besi
http://slidepdf.com/reader/full/tugasjurnal-pgm-reduksi-pasir-besi 3/7
Alat yang digunakan dalam proses reduksi yaitu
Microwave oven 2450 MHz, cawan dengan volume
30 ml dan batu tahan api.
Pada penelitian ini digunakan variabel inputan daya
yang digunakan pada microwave oven dan waktureduksi terhadap konsentrat pasir besi dengan
masing-masing massa pasir besi besi dan batubara
berturut-turut yaitu 10 gram dan 5 gram.
Setelah dilakukan proses reduksi sesuai dengan
variabel-variabel yang sudah ditentukan
selanjutnya dilakukan proses pengujian pada
kandungan konsentrat Fe yang terkandung dalam
konsentrat pasir besi. Pengujian dilakukan dengan
menggunakan alat XRF.
Gambar 1. X-Ray Fluorescence
Dalam pengujian menggunakan XRF didapatkan
berupa kandungan unsur-unsur dalam konsentrat
maupun kandungan oksida yang terkandung dalam
konsentrat pasir besi.
Diagram alir penelitian seperti pada gambar berikut
ini :
Gambar 2. Diagram Alir Penelitian
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Penelitian
Pengaruh Pemanasan Pasir Besi Menggunakan
Gelombang Mikro.
Pemanasan pada konsentrat pasir dengan
perbandingan 2:1 yaitu masing-masing pasir besi
batubara 10 gram dan 5 gram. Efek gelombang
mikro menggunakan daya 400 Watt, 600 Watt, dan
800 Watt. Temperatur yang dihasilkan pada
masing-masing daya dapat dilihat pada gambar 3.
7/22/2019 Tugas_jurnal Pgm - Reduksi Pasir Besi
http://slidepdf.com/reader/full/tugasjurnal-pgm-reduksi-pasir-besi 4/7
Waktu(menit)
Gambar 3. Perbandingan temperatur konsentrat
hasil reduksi dan waktu reduksi di berbagai
inputan daya.
Pada grafik perbandingan antara temperatur
konsentrat hasil reduksi dan waktu tinggal dalam proses reduksi pada berbagai inputan daya, dapat
dilihat pengaruh yang ditimbulkan oleh inputan
daya yang diberikan. Inputan daya yang diberikan
analog dengan kenaikan temperatur pada
konsentrat hasil reduksi.
Pada inputan daya 400 Watt dan waktu reduksi 10
menit mengalami kenaikan temperatur yang cukup
signifikan yaitu dari temperatur kamar 27oC naik
menjadi 525oC. Selanjutnya perubahan temperatur
pada waktu tinggal reduksi pada 20 dan 30 menittidak begitu mengalami kenaikan, ini mungkin saja
diakibatkan pada saat penggunaan termocouple ada
kekeliruan.
Inputan daya 600 Watt tidak jauh berbeda dengan
inputan daya 400 watt dengan waktu reduksi yang
sama yaitu 10 menit begitu juga pada saat waktu
reduksi 20 menit berturut-turut yaitu 530oC dan
550oC. Peningkatan Temperatur yang cukup
signifikan baru terjadi pada waktu reduksi selama
30 menit yang mencapai hingga 925oC.
Peningkatan temperatur yang cukup besar terjadi
pada penggunaan inputan daya 800 Watt.
Perubahan dari temperatur kamar yaitu 27oC
berubah hingga 1100oC dengan waktu reduksi
selama 10 menit. Kenaikan temperatur terus
meningkat seiring bertambahnya waktu reduksi
yang diberikan. Waktu reduksi 20 dan 30 menit
dengan inputan daya 800 Watt tidak begitu
mengalami perubahan temperatur yang besar,
berturut-turut yaitu pada temperatur 1400oC dan
1550oC.
Seperti apa yang terlihat pada grafik, temperatur
cenderung meningkat seiring dengan naiknya daya
pada microwave. Pada penelitian ini digunakan
batubara sebagai reduktor dengan ukuran 70 mesh.
Diharapkan dengan kehalusan pada reduktor dapat
mempercepat proses pemanasan pada konsentrat pasir besi.
Dengan melihat temperatur yang dicapai maka
sangat memungkinkan konsentrat pasir besi
mengalami perubahan fasa menjadi paduan besi.
Panas ini timbul akibat pergerakan molekuler pada
kandungan pasir besi. Dapat diperkirakan
kebanyakan molekul pada pasir besi adalah dipol
listrik yang berarti satu sisi memiliki muatan postif
dan satu sisi memilki muatan negatif, dari itulah
molekul akan berputar berusaha mensejajarkan diri
sehingga dapat menimbulkan panas pada pasir besi.
Perubahan Kandungan Fe Pada Konsentrat
Pasir Besi
Berikut ini hasil penelitian berupa data-data hasil
reduksi pasir besi menggunakan reduktor berupa
batubara dapat dilihat perubahan kandungan Fe
pada masing-masing daya Microwave dan waktu
tinggal reduksi.
Waktu(menit)
Gambar 4. Perbandingan persen berat hasil
reduksi dengan waktu reduksi di berbagai inputan
daya
Pada grafik perbandingan antara persentase
kandungan Fe hasil reduksi dan waktu reduksi pada
berbagai inputan daya dapat dilihat perubahan
kandungan Fe cenderung mengalami kenaikan.
Waktu reduksi selama 10 menit pada inputan daya
400 dan 600 Watt tidak begitu berbeda peningkatan
kandungan Fe dari 69,86 % meningkat berturut-
turut menjadi 72,39 % dan 71,94 %. Kesalahan
7/22/2019 Tugas_jurnal Pgm - Reduksi Pasir Besi
http://slidepdf.com/reader/full/tugasjurnal-pgm-reduksi-pasir-besi 5/7
analisa mungkin saja terjadi pada penggunaan
waktu reduksi selama 20 menit padan inputan daya
400 dan 600 Watt yang justru mengalami
penurunan masing- masing menjadi 71,70 dan
71,42 %. Kesalahan bisa saja terjadi pada saat
preparasi sampel pada pengujian XRF. Kesalahanitu dapat dilihat dari grafik yang menunjukkan
penggunaan waktu reduksi selama 30 menit pada
inputan daya 400 dan 600 watt yang mengalami
kenaikan yaitu berturut-turut menjadi 72,45 dan
73,51 %.
Kenaikan kandungan Fe cukup baik pada
penggunaan daya 800 Watt yang terus mengalami
kenaikan yaitu berturut-turut menjadi 73,07; 74,64;
dan 75,37 %. Ini mungkin terjadi karena dengan
penggunaan daya yang cukup besar dapat
mempercepat kinetika reaksi yang terjadi dalam
konsentrat pasir besi.
Pada gambar 4 merupakan percobaan reduksi
selama 30 menit menggunakan energi gelombang
mikro, dengan komposisi perbandingan pasir besi /
batubara masing 2 : 1 (10 gram Pasir besi dan 5
gram batubara). Dengan peningkatan waktu reduksi
telah terjadi perubahan fase yaitu menjadi paduan
besi karbon.
Gambar 5. Pig Iron
Dari proses ini dapat diperkirakan bahwa
penggunaan microwave dapat mencapai temperatur
diatas titik lebur besi. Sehingga dapat dihasilkan
pig iron dengan kualitas tinggi mencapai diatas
75% Fe.
Mekanisme Reduksi Yang Terjadi
Proses reduksi yang terjadi diperkirakan
berlangsung melalui beberapa tahap secara garis
besar diantaranya sebagai berikut :
1. Difusi gas CO melalui lapisan gas diam
pada permukaan tumpukan partikel besi
dan batubara.
2. Difusi gas CO ke dalam pori makro.
3. Difusi ke dalam pori mikro atau pori-pori
yang ada di dalam pasir besi.4. Reaksi kimia yang terjadi pada antar muka
antara oksida dengan gas reduktor CO,
sehingga oksigen yang terikat berupa
oksida logam terputus dan menghasilkan
produk gas baru yaitu CO2 serta terjadi
pembentukan dan pertumbuhan lapisan
produk reaksi yaitu Fe. Pada fasa ini juga
terjadi akumulasi gas CO dan produk Fe
pada antar muka (pori mikro partikel).
5. Difusi produk gas reaksi (CO2) melalui
jalur yang sama dengan jalur gas reduktor
(CO).
Pembahasan lebih rinci mengenai mekanisme
reduksi yang berlangsung selama proses reduksi
pasir besi di dalam crucible di uraikan sebagai
berikut :
Pertama gas reduktor terbentuk dari beberapa
reaksi yang dapat dituliskan di bawah ini :
C + ½O2 CO (16)
C + CO2 2CO (17)
Kedua gas reduktor yang dihasilkan, yaitu CO akan
berdifusi melalui pori-pori makro sehingga kontak
dengan permukaan partikel pasir besi. Pada
permukaan partikel ini akan terjadi reaksi reduksi
bertahap dan menghasilkan gas baru yaitu CO2
yang akan berdifusi melalui jalur yang sama
dengan jalur gas reduktor. Reaksi-reaksinya dapat
dituliskan dibawah ini :
3Fe2O3 + CO 2Fe3O4 + CO2 (18)
Fe3O4 + CO 3FeO+ CO2 (19)
FeO + CO Fe + CO2 (20)
Berdasarkan reaksi-reaksi tersebut terdapat
kemungkinan bahwa hasil reduksi akan berupa
lapisan-lapisan dari produk. Produk-produk
tersebut secara berurutan dari yang terluar sampai
yang terdalam adalah Fe, FeO, dan Fe3O4.
7/22/2019 Tugas_jurnal Pgm - Reduksi Pasir Besi
http://slidepdf.com/reader/full/tugasjurnal-pgm-reduksi-pasir-besi 6/7
Kinetika Reduksi
Pengaruh Temperatur
Laju reaksi kimia pada permukaan partikel
dipengaruhi oleh temperatur reduksi. Berdasarkan
energi bebas gibbs yang ditunjukkan pada
persamaan berikut. Maka dapat disimpulkan bahwa
agar reaksi C dan CO2 berlangsung dibutuhkan
temperatur paling rendah 982 K atau 709o C.
C + CO2 2CO ΔGT = 169.008 – 172,192 T (21)
Pada percobaan ini tidak menggunakan parameter
temperatur, tetapi dapat disimpulkan bahwa produk
reduksi makin bertambah dengan seiring naiknya
temperatur. Sesuai dengan persamaan Arhenius
yang menghubungkan laju reaksi dengan kenaikan
temperatur :
k = ko exp(-Q/RT) ( 22)
dimana q adalah energi aktivasi dan ditentukan dari
kemiringan kurva hasil plot antara log k terhadap
1/T dan Ko adalah faktor frekuensi.
Pengaruh Waktu Reduksi
Dari data hasil percobaan dapat disimpulkan bahwa
waktu yang lebih lama akan memberikan
kesempatan CO untuk mereduksi besi oksida lebih banyak, karena gas CO bisa bereaksi dengan besi
oksida yang terdapat dibagian dalam pasir besi.
Dengan demikian persentase Fe akan bertambah
tinggi dengan bertambahnya waktu reduksi hal ini
dapat dilihat pada gambar 4.3. diatas.
Kendala Dalam Proses Reduksi
Diperkirakan gas reduktor banyak terbentuk diatas
permukaan. Dengan demikian dapat dsimpulkan
bahwa pada awal reaksi reduksi banyak terjadi
pada dampel bagian atas. Awal reaksi prosesreduksi ini akan menghasilkan logam Fe dan abu
batubara.
Reduksi berikutnya terjadi pada bagian sampel
yang terletak lebih bawah. Reduksi ini berlangsung
dengan banyknya gas reduktor yang terbentuk dan
gas reduktor yang mampu menembus dari
permukaan. Proses reduksi ini juga menghasilkan
logam Fe dan abu dari batubara.
Pada proses reduksi ini, sebagian besar gas
reduktor terbentuk dari reaksi Bouduard yang
ditunjukkan pada reaksi (6). Gas reduktor mungkin
juga dihasilkan dari pembakaran karbon seperti
ditunjukkan pada reaksi (9).
Gas CO2 untuk reaksi Boudouard berasal dari
produk reduksi sebelumnya dan CO2 yang
menembus dari permukaan. Selain itu, gas CO2kemungkinan berasal dari pembakaran karbon yang
ditunjukkan pada reaksi (10) dan gas CO yang
bereaksi dengan oksigen seperti ditunjukkan pada
reaksi (11).
Setiap proses reduksi menghasilkan logam Fe dan
abu batubara. Semakin dalam proses reduksi dari
permukaan sampel berlangsung, semakin banyak
logam Fe dan abu batubara yang dihasilkan. Hal ini
mengakibatkan semakin sulitnya difusi gas
reduktor secara makro maupun mikro.
Difusi gas reduktor secara makro adalah difusi gas
reduktor dari permukaan sampel menuju sampel
yang terletak lebih bawah. Difusi makro terhambat
karena banyaknya abu yang terbentuk membuat
pori-pori yang terdapat pada sampel menjadi lebih
kecil.
Sedangkan difusi mikro adalah difusi gas reduktor
dari permukaan partikel pasir besi menuju bagian
dalam dari partikel pasir besi. Difusi mikro
terhambat karena logam Fe yang terbentuk pada permukaan partikel pasir besi membuat lapisan
produk sehingga menghalangi difusi gas reduktor.
Dari penjelasan-penjelasan di atas dapat
disimpulkan bahwa proses reduksi pasir besi tidak
berjalan merata. Pasir besi yang terdapat pada
permukaan tereduksi dalam jumlah banyak.
Sedangkan pasir besi yang terdapat pada bagian
yang lebih dalam dari permukaan tereduksi dalam
jumlah yang lebih sedikit.
KESIMPULAN dan SARAN
Kesimpulan
Berdasarkan hasil pengujian dan analisis data yang
telah dilakukan maka dapat ditarik kesimpulan
sebagai berikut :
1. Reduksi pasir besi dapat dipercepat
dengan menggunakan energi gelombang
mikro.
2. Kandungan Fe dalam konsentrat pasir besi
cenderung meningkat seiring dengan
7/22/2019 Tugas_jurnal Pgm - Reduksi Pasir Besi
http://slidepdf.com/reader/full/tugasjurnal-pgm-reduksi-pasir-besi 7/7
naiknya penggunaan daya pada
mikrowave.
3. Pig Iron dapat diperoleh dari pasir besi
dengan menggunakan microwave.
Saran
1. Untuk penelitian selanjutnya ada beberapa
saran yang dapat diperhatikan :
2. Proses reduksi selanjutnya sebaiknya
menggunakan daya yang lebih besar.
3. Modifikasi pada microwave yaitu
penambahan termocouple sehingga
memudahkan pengukuran temperatur.
4. Penggunaan variabel pada komposisi pasir
besi dan reduktor yang digunakan.
5. Hendaknya lebih memperhatikan preparasi
pada saat pengujian XRF, karena sangat berpengaruh pada hasil komposisi yang
diperoleh.
6. Penggunaan XRD pada proses pengujian
kandungan.
DAFTAR PUSTAKA
1. Hendarto, Arie. “Pemamfaatan Biji Besi
Untuk Industri Baja”, Iptek Voice, The
Sound of Science, 2010.
2. http://politik.kompasiana.com/2010/03/26/
%E2%80%9Cbesi%E2%80%9C-
%E2%80%93-harta-karun-yang-terkubur/
3. http://ip.com/patent/US6277168#
4. Pickles, C. A. “Microwaves In Extractive
Metallurgy Part 1 – Review of
Fundamentals”, Departement of Mining
Engineering, Queen’s University,
Goodwin Hall, Kingston, Ontario, Canada
K7L 3N6. Minerals Engineering 22 (2009)
1102-1111.
5. Haque, Kazi E. “Microwave Energy For
Mineral Treatment Processes – A Brief Review”, CANMET, 555 Booth Street,
Ottawa, Ontario, Canada K1A 0G1,
International Journal Of Mineral
Processing, 57_1999, 1-24.
6. Herdianti, Hedi. Studi Pendahuluan
Reduksi Pasir Besi dengan rduktor
batubara, Tugas Akhir ITB,2007.
7. Takayama,S.,Matubara,A. And
Sano,Saburo,microwave frequency effect
for reduction of magnetite.2008.
8. K. Nagata, R. Kojima, T Murakami, M.
Susa and H. Fukuyama: ISIJ nt., 41
(2001)1316.
9. J. Jimbo, H. Tanaka, T. Sakaguchi and Y.
Kuwata: Kobelco Tech.Rev,.22 (1990),60.
10. T. Coetsee,P.C. Pistorius and E.E. deVilliers: Miner. Eng., 15(2002),919.
11. T. Harada, H. Tanaka and H. Sugitatsu:
Kobe Steel Eng.,Rep., 51(2001),23.
12. Y. Sawa,T. Yamamoto,K.Takeda and H.
Itaya: Itaya: ISIJ int.,41(2001),S17.
13. K.Takeda: Kinzoku, 75 (2005),547.
14. Kelly, R. A., and Rowson, N.A.
“Microwave Reduction of Oxidised
Ilmenite Concentrates”, School of
Chemical Engineering, The University of
Birmingham, Birmingham BT15 2TT,
UK. Mineral Engineering, Vol. 8, No. 11,
pp 1427-1438, 1995.
15. M. A. M. Kharaisheh, T.J.R. Cooper and
T. R. A Magee: J. Food Eng.,33
(1997),207
16. A. Idris,K. Khalid and W. Omar: Appl.
Therm.Eng.,24(2004),905
17. W. H. Sutton: Ceram. Bull., 68
(1989),376.
18. Roy, R. Peelamedu, l. Hurtt, J. Cheng and
D. Agrawal: Matel.Res.
Innovate.,6(2002),128.
19. N. Standish and W. Huang: ISIJ Int., 31
(1991),241
20. 2S. Zhong, H. E. Geotsman and R. L.
Bleifuss: Miner. Metall. Process., 300
(1996),174.
21. K. Nagata, K> Ishizaki and T. Hayashi:
Proc. Of the 5th japan-BrazilZymp. On
Dust Processing Energy Enviroment in
Metallurgical industries,1, (2004),617.
22. J. Chen, L. Liu, J. Zeng, R. Ren and J.
Liu: Iron steel, 39 (2004),1.23. K. Morita, M. Guo, N. Oka and N. Sano:
J. Mater. Cycles wastemanag., 9 (2002),
93.
24. T. Uslu, T. Atalay and A. I. Arol. Effect of
microwave heating on magnetic separation
of pyrite. Colloids and Surfaces A:
Physicochem. Eng. Aspects 225 (2003)
161_/167