Kalsinasi

TINJAUAN PUSTAKA

2.1    Tahap Preparasi Bijih Secara Kimia

Tahap preparasi bijih secara kimia bertujuan untuk mengubah persenyawaan kimia dari mineral-mineral yang terkandung dalam bijih sehingga mudah diproses dalam tahap ekstraksi. Tahap preparasi kimia ini disebut juga tahap praolahan yang meliputi Roasting (pemanggangan), Calcination (kalsinasi) dan Agglomeration (aglomerasi) (Oediyani. 2007). Proses pra olahan dapat didefinisikan sebagai pengerjaan bijih pada temperatur tinggi, tetapi masih di bawah temperatue leleh komponen-komponennya dengan tujuan untuk mengubah senyawa-senyawa logam yang terkandung menjadi bentuk senyawa-senyawa lain yang lebih sesuai dengan persyaratan yang diinginkan oleh tahap ekstraksi selanjutnya. (Haryono. 2006).

2.2.1   Roasting (Pemanggangan)

Definisi roasting adalah proses pemanasan suatu bijih/konsentrat di bawah temperatur lelehnya, disertai dengan penambahan reagen (biasanya gas) dengan tujuan untuk mengubah bentuk senyawa-senyawa yang terkandung, sesuai untuk proses selanjutnya. Proses pemanggangan ini kadang-kadang merupakan proses ekstraksi atau proses pemurnian, jadi agak menyimpang dari definisi di atas (Haryono. 2006).

Jenis-jenis pemanggangan :

1.    Pemanggangan Oksidasi

2.    Pemanggangan Reduksi

3.    Pemanggangan Chlorinasi

4.    Pemanggangan Khusus

2.2.2   Aglomerasi

proses penggumpalan dari material halus menjadi lebih besar ukurannya yang terdiri dari beberapa jenis yaitu:  Bricketing, Nodulizing ,Sintering, Peletizing.

2.2.3         Kalsinasi

Proses kalsinasi didefinisikan sebagai pengerjaan bijih pada temperatur tinggi tetapi masih di bawah titik leleh dengan disertai penambahan reagen dengan maksud untuk mengubah bentuk senyawa dalam konsentrat. Proses kalsinasi ini umumnya merupakan penguraian senyawa.kimia. Karena penguraian yang terjadi disebabkan karena temperatur maka biasa disebut dengan dekomposisi termal. Di dalam industri metalurgi, proses kalsinasi ini dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu secara langsung dan terpisah. Langsung maksudnya adalah batu kapur CaCO₃ langsung dimasukkan ke dalam tanur, sehingga pada temperature 900⁰C, akan terjadi kalsinasi dan di dapat kapur bakar CaO. (Haryono. 2006)

2.2    Batu Kapur

Batu kapur didefinisikan sebagai batuan padat yang  mengandung banyak kalsium karbonat, berwarna putih, abu–abu kuning tua, abu-abu kebiruan, jingga dan hitam. Berat jenisnya 2,6 – 2,8 gr/cm3 dan dalam keadaan murni berbentuk kristal kalsit, terdiri dari CaCO₃. apabila diberi larutan asam (HCL), batu kapur akan larut dan mengeluarkan gas tak berbau yaitu CO₂, kalsinasi batu kapur pada suhu agak tinggi akan melepaskan gas CO₂ dan sisanya disebut “quicklime“ yang terdiri dari kalsium oksida (CaO). Apabila quiklime tersebut di beri air, maka akan terjadi penghidaratan yang cepat menjadi kalsium hydroksida (Ca(OH)₂) atau disebut “hydrated lime“ (Oates,1998). Kalsit dalam jumlah kecil terbentuk sebagai hasil reaksi air yang mengandung karbonat dengan kalsium silikat. Selain itu merupakan juga komponen dari batuan sedimen.

Menurut Boynton (1980), kapur aktif adalah bahan galian yang banyak digunakan pada :

             1.          Bahan bangunan, pengeras jalan dan untuk campuran bangunan.

             2.          Bahan baku untuk portland cement, semen alam dan kalk zandsteen.

             3.          Industri keramik, terutama dalam pembuatan gelas.

             4.          Industri kimia, untuk bahan baku pembuatan kalsium dalam pabrik gula,

             5.          pembuatan gas CO2, CaC2, CaO, bahan–bahan kedokteran, pasta, pencegah penyakit tanaman dan untuk pembuatan pupuk.

             6.          Industri logam, kapur dipergunakan sebagai flux dan bahan bahan tahan api.

2.2.1 Sifat–sifat fisik dan kimia batu kapur (limestone)

Dalam Oates (1998), warna batu kapur menggambarkan tingkat dan  kealamian dari adanya pengotor (impurity). Warna putih mempunyai kemurnian yang tinggi, warna abu-abu dan corak gelap disebabkan oleh material karbon atau sulfida besi, kuning dan warna susu atau merah mengindikasikan adanya campuran besi dan mangan. Jadi impurity pada batuan kapur akan menghasilkan perbedaan warna dan pola. Impurity yang biasanya ada pada batu kapur adalah galena (PbS), sphalerite (ZnS), barite (BaCO₃), haematite (Fe₂O₃) dan fluorite (CaF₂)

2.3    Kalsinasi Batu Kapur

Kalsinasi adalah proses penghilangan air, karbon dioksida atau gas lain yang mempunyai ikatan kimia dengan bijih. Contoh: hidrat, karbonat. Kalsinasi adalah thermal treatment yang dilakukan terhadap bijih dalam hal ini batu kapur agar terjadi dekomposisi dan juga untuk mengeleminasi senyawa yang berikatan secara kimia dengan batu kapur yaitu karbon dioksida dan air. Proses yang dilakukan adalah pemanggangan dengan temperatur yang bervariasi bergantung dari jenis senyawa karbonat. Kalsinasi adalah proses yang endotermik, yaitu memerlukan panas hal ini dapat dilihat dari nilai ΔH^o yang positif. Panas diperlukan untuk melepas ikatan kimia dari air kristal karena dengan panas maka ikatan kimia akan menjadi renggang dan pada temperatur tertentu atom-atom yang berikatan akan bergerak sangat bebas menyebabkan terputusnya ikatan kimia. Panas juga diperlukan untuk mengoksidasi batu kapur menjadi oksidanya. Panas mengalir secara konduksi ke seluruh bagian batu kapur. Kalsinasi batu kapur mengacu kepada proses thermal decomposition menjadi quicklime (kapur bakar) dan karbon dioksida. Reaksi untuk thermal decomposition kalsium karbonate adalah ;

              CaCO₃ + Heat               CaO + CO₂ ................................ (2.1)

Rate penguraian batu kapur pada proses kalsinasi dipengaruhi oleh :

1.    Karakteristik batu kapur

2.    Distribusi ukuran partikel

3.    Bentuk dari partikel

4.    Temperatur pada daerah kalsinasi

5.    Rate perpindahan panas antara gas dan partikel

Untuk mengurangi proses pembakaran yang tidak sempurna/tidak merata biasa dikurangi dengan memperkecil ukuran batu kapur pada  proses pembakaran, sehingga akan mengurangi impuritinya dan pembakaran yang sempurna akan menghasilkan kandungan kapur (CaO) yang lebih tinggi. Kualitas dari proses pembakaran tergantung pada :

1.    Distribusi ukuran partikel

2.    Bentuk

3.    Kontaminasi dengan partikel tanah

4.    Kebersihan permukaan

5.    Konsistensi

Dalam furnace ada tiga zone pemanasan dalam kalsinasi yakni:

1.         The preheating zone

Batu kapur dipanaskan sampai 800^oC, belum terjadi reaksi kalsinasi.

2.         The reaction zone

Batu kapur dipanaskan dengan suhu 900^oC, temperatur efektif untuk proses kalsinasi batu kapur. Dalam zone ini terjadi reaksi kalsinasi.

3.         The cooling zone

Batu kapur yang dipanaskan, dalam zone ini didinginkan sampai suhu 100^oC.

Dalam aplikasinya di industri, kalsinasi dilakukan dalam berbagai furnace, diantaranya yaitu:

1.      Untuk kuarsa, CaCO_3, digunakan Shaft Furnace.

2.      Untuk lumps digunakan Rotary Kiln.

3.      Untuk material of uniform dengan ukuran kecil digunakan Fluidized Bed.

            Panas mengalir secara konduksi ke seluruh bagian batu kapur. Laju kalsinasi batu kapur memiliki persamaan dengan reaksi yang dikendalikan oleh difusi. Dengan ukuran dan bentuk butiran yang sama, semakin tinggi temperatur semakin cepat proses dekomposisi. Waktu yang diperlukan dalam proses kalsinasi bergantung pada ukuran dan bentuk dari butiran batu kapur. Dengan temperatur yang sama semakin kecil ukuran semakin cepat proses kalsinasi, bentuk yang bulat,akan mempercepat proses kalsinasi.      

METODE PERCOBAAN

3.1  Diagram Alir Percobaan

Adapun diagram alir percobaan ini adalah sebagai berikut :

 

Gambar 3.1 Diagram Alir Percobaan

3.1    Alat dan Bahan

 3.2.1  Alat yang digunakan

1. Tube Furnace

2. Neraca Teknis

3. Penjepit

4. Mesin Grinda

5. Sarung Tangan

6. Stopwatch

7. Jangka Sorong

8. Crucible

 3.2.2  Bahan yang digunakan

1. Batu kapur 3 buah

1.     

2.     

2.3    Prosedur Percobaan

1.    Mempersiapkan 3 buah batu kapur yang akan digunakan.

2.    Membentuk batu kapur tersebut menjadi bentuk bola, segitiga dan kubus dengan volume yang berbeda.

3.    Menimbang berat dan ukuran batu kapur.

4.    Memanaskan batu kapur pada 900^o selama 15 menit untuk fraksi bola, segitiga dan kubus

5.    Setelah dilakukan pemanasan, mengeluarkan sampel batu kapur dengan penjepit dan mendinginkan batu kapur tersebut kemudian ditimbang kembali.

6.    Melakukan pengamatan dan pembahasan data hasil berat dan ukuran batu kapur tersebut.

7.    Membuat kesimpulan.