Metalisasi Besi Titan

5/14/2018 Metalisasi Besi Titan - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/metalisasi-besi-titan 1/6

BUlETIN IPT, NO, 5-6 VOl_ I OKTOBER 1995/JANUARI 1996 ISSN 0854-4700

PROSES REDUKSI METALISASI

DARI PASIR BESI TITAN

Oleh:

lndsrto Katim, Arifin Arif,

Sumantri Sastrawiguna dan Asdiman Naibaho ")

Pusfitbang Metafurgi-LlPf

Abstract

Iron sand bearing titanium is a non conventional

iron ore. then the suitable process should be used

in order to extract both iron and titanium. To solve

this problem. the reduction and the meltingprocesses has been separated to avoid the over

reduced of TI02 to TI203 which caused the slag

formed become sticky.

The aglomereted are. as pellet, was reduced by

coal and almost of the iron oxide. 94%, in the are

has been transformed to metallic iron. on 1050 °C

for 3' hours. The red uction was much better

compared to the reduction using hydrogen gas as a

reduction agent.

Because of its gentle contact, the pellet.

containing a mixture of are and coal, needed less

coal for reduclnq process than to the mixture of areand coal in the powder state.

Intisari

Pasir besi titan adalah bijih besl non konvensional

dan oleh karena itu proses yang tepat harus dig una-

ka n untuk mengekstraksi baik be si mau pu n

titaniumnya Untuk menqatasi masalah lnl, proses

reduksi dan proses pe leburan harus dipisahkan

dengan maksud untuk menghindari reduksi yang

berlebihan sehingga TI02 tereduksi menjadi TI203yang menyebabkan terak yang terbentuk menjadi

kental.Pellet. yang merupakan aqtomerasi pasir besi,

telah direduksi dengan reduktor batubara, meng-

hasilkan 94% besi oksida di dalam bijih telah

direduksi menjadi metal pada temperatur

pemanggangan 1050 °C selama 3 jam. Hasil reduksi

ini jauh lebih baik dibandingkan dengan pengguna-

an gas Hidrogen sebagai reduktor,

·1 Korespondensi Indarto Katim. Arilin Arif. Sumantri

Sastrawiguna dan Asdiman Naibaho adalah Peneliti dari

Puslitbang Metalurgi-LlPI, Kompleks Puspiptek Serpong -

Tangerang.

Pellet yang mengandung pasir besi dan batubara,

ternvata memerlukan reduktor lebih sedikit daripada

dalam bentuk serbuk, disebabkan oleh kental yang

baik antara reduktor dengan pasir besi.

1, Pendahuluan

Pasi r Besi Tita n (PBT) seperti yang terd apat di

pantai Selatan Jawa adala h bijih besi non

konvenional dan oleh karena itu perlu mengguna-

kan proses yang tepat. yang dapat memanfaat-

kan baik besi maupun titanium yang dikandung-

nya.

Pemisahan proses reduksi dan proses peleburan

dari proses yang konvensional adalah merupa-

kan suatu solusi yang tepat. Pemisahan proses

reduksi secara tersendirl akan dapat menghindar-

kan reduksi yang terlalu berlebihan sehingga akandiperoleh terak yang bagus dan tidak kental.

Reduksi metalisasi bertujuan mereduksi besi

oksida menjadi besi logam, sehingga pernlsah-

an besi logam dengan senyawa oksida pada

tahap peleburan akan berjalan dengan lebih

sempurna bila persen metalisasinya tinggl. Dalam

proses re duk si metalisasi tela h digu nakan

reduktor padat batubara dari [enis yang mudah

di dapat vaitu "boiler coal" dan juga gas H2yang

digunakan sebagai pembanding hasil reduksi,

Bentuk umpan yang akan direduksi ada dua vaitu

bentuk pellet dan serbuk dengan reduktor padat

yang sudah tercampur di dalamnya.

Percobaan dilakukan di dalam "Mufle Furnace"

dan "Tube Furnace" dengan melakukan beberapa

variabet utama proses seperti temperatur, waktu

pemanggangan dan jumlah batubara yang dilihat

dalam hubungannya dengan persen metalisasi.

Hasi I percobaa n ya ng didapat selanjutnya

didiskusikan dan kemudian disimpulkan.

2. Proses Reduksi Metalisasi

Proses ini bertujuan mereduksi besi oksida men-

jadi logam besi dengan reduktor padat batubara

27



BULETlN IPT, NO . 5-6 VOL. I OKTOBER 1995/JANUARI 1996 ISSN 0854-4700

maupun gas H2' Besi di dalam PBT yang telah

termetalisasi akan mudah terpisah dari terak yang

mengandung oksida titan.

2.1 Reaksi Reduksi

Besi oksida yang ada di dalam PBT sebagian

besar merupakan mineral magnetik dan

hanya sebagian keeil saja yang terikat

sebagai mineral ilmenit. Jadi reaksi reduksi

dapat disederhanakan dengan asumsi bahwa

seluruh besi di dalam PBT terikat sebagai

mineral magnetit, Fe304'

2.1.1 Reaksi Reduksi Dengan Reduktor Batubara

Reaksi reduksi ini bertahap dua, yaitu:

Fe304(P) + 3 CO(g~ = 3 FeO(p) +2 CO(g) + C02(9) . (1)

3FeO(p) + 3 C(p) = 3 Fe(pl + 3 CO(gl (2)

Reaksikeseluruhan

Fe304(P) +3 Ctp) = 3 Fe(p) + 2 CO(g) +

C02(g) _._ (3)

Reaksi (1) berlangsung seeara exotermis

pada temperatur 300 - 900 °C. sedangkan

Reaksi (2) berlangsung seeara endotermis,

sehingga reaksi reduksi ini akan sempurna

pada kenaikan temperatur yang tinggi.

Dengan demikian karbon yang mereduksi

adalah traksi karbon terikat (fixed carbon)

dari batubara, sebab karbon di dalam fraksizat terbang (volatile matter) batubara telah

habis terbana terlebih dahul u pada

temperatur rendah, di bawah 900 °C.

2.1.2 Reaksi Reduksi Dengan Reduktor Gas H2

Reaksi berlangsung:

Fe304(P) + 4 H2(g) =3 Fe(p) + 4H20(u). (4)

Reaksi berlangsung seeara endotermis dan

oleh karena itu akan bergerak ke kanan

pada suhu tinggi.

3. alhan alku

Bahan Baku yang digunakan adalah:

• PBT

• Batubara

3.1 Pasir Besi Tita n

PBT didominasi oleh mineral magnetit, dan

sedikit kwarsa, sedangkan ilmenit berada

dalam masa magnetit.

Analisa kimia konsentrat PBT adalah seperti

tercantum pada Tabell;

28

Tabell Analisa Kimia Konsentrat PST

Unsur/Senyawa %

.Total Fe 55.0

CaO 2,6

Si02 6,STi02 8.6

AI203 5,8

MgO 2,8

V20S O.S

MnO O.S

Konsentrat PST ini mencukupi syarat mini-

mum untuk digunakan sebagai bijih besi bila

ditinjau dari kadar Fe totalnya. Selain itu

konsentrat ini mengandung Ti02: 8,6% dan

V20S: O,S%yang membedakannya dari bijih

besi yang konvensiona L

3-2 Satubara

Satubara yang digunakan telah dilakukan

analisis proximat seperti terlihat pada Tabel

II

Tabel ll Analisa Proximat Batubara

Fraksi %

Uap Air 3,85

Zat Terbang 44,37Karbon Terikat ~O,88

Kadar Abu 5,90

Satubara yang digunakan dalarn proses

reduksi ini adalah batubara dari kelas subbi-

tuminous yang banyakterdapat di Indonesia.

Karbon terikat, fixed carbon, dari batubara

ini yang berperanan dalarn proses reduksl

rnetalisasi adalah 40.88 % dan dikatagorikan

low grade coal karena fraksi zat terbangnya

yang besar, 44.37 %.

4. Pembuatan Pellet

Konsentrat PST dalam bentuk serbuk akan

menyulitkan penanganannya blla akan di-

kembangkan skala prosesnya, olell karena itu

konsentrat PBT ini perlu diaglomerasikan dalam

bentuk pellet yang tidak mudah remuk sehingga

dapat disimpan dan dipakai sebagai umpan

proses pada skala yang lebih besar.

Diagram Alir pembuatan pellet dapat dilihat pada

Gambar: 1



BULETIN IPT, NO_ 5-6 VOL I

Amylum

I

OKTOBER 1995/JANUARI 1996

Konsentrat

Pasir Besi Titan

Sentonit 200 mesh

) ~ r - -I M;er ~ Batubara

Pelletizer ~ Air. ! .

Green Pellet

Gambar 1: Diagram Alir Pembuatan Pellet.

Kekuatan -green pellet- sangat ditentukan oleh

besarnya kandungan bentonit dan hal ini dapat

dilihat dari percobaan yang dilakukan seperti

terlihat pada Gambar: 2 dengan memegang tetap

kandungan amylum 1 %.

_(U

o 0 ,9 -<,

:::;'0,0

;ii 0 '/ -_x'

'D

"- 0 ,6-1-rn

20,Ij -

1 , a -

•

//~

Q

/

2 3 if

[le ill- U 1 1 I 1- , '(0

Gambar 2: Hubungan kuat tekan green pelletdengan % bentonit yang ditembebken.

Untuk mendapatkan -green pellet" yang lebih

tinggi kuat tekannya, dilakukan percobaan

pengeringan pada temperatur kamar dari green

pellet sebagai fungsi waktu. Hasil percobaan

ditunjukkan pada Gamber 3.

G

- -"CL S -<,

- I , 3 I, 5

W",ld u, Har i

Gambar 3:Hubungan kuet teken green pellet denganlama pengeringan pada temperatur kamar (pemakaian

bentonit 4 % , amylum 1%).

ISSN 0854-4700

5. Percobaan dan HasH Percobaan

5.1 Percobaa n

Ada tiga macam percobaan yang dilakukan

yaitu:

• Reduksi dala m bentuk pellet dengan

menggunakan batubara sebagai sumberkarbon

• Reduksi dalam bentuk serbuk dengan

menggunakan juga reduktor batubara

• Reduksi dalam bentuk serbuk dengan

menggunakan gas H2 sebagai reduktor

Reduksi dalam bentuk pellet dan serbuk yang

menggunakan reduktor batubara dilakukan

dengan meletakan umpan di dalam cawan

porselen dan memanggangnya di dalam

"mufle furnace", sedangkan reduksi dalam

bentuk serbuk dengan menggunakan gas H2

sebagai reduktor dilakukan dengan rneletak-

an umpan di dalam "boat" dan kemudian

memanggangnya di dalam "tube furnace"

dengan mengalirkan gas H2-

5.2 Hasil-hasil Percobaan

5.2.1 Pereduksian Pellet

Percobaan dilakukan dengan memvariasi-

kan beberapa besaran proses seperti:

temperatur, jumlah reduktor batubara dan

waktu pemanggangan terhadap persen

meta lisasi besi. Penga ru h temperatu r ter-

hadap persen metalisasi besi denganpemakaian jumlah batubara 30% (terhadap

bijih) dengan waktu pemanggangan 3 jam,

ditunjukkan pada Tabel III.

Tabel III

Hubungan temperatur Pemanggangan Pellet

dengan % Metalisasi Besi

Temperatur (DC) Metalisasi (%lKeterangan

900 18_63 Batubara 30%

950 60.84 Waktu Pemanggangan ;

1000 72,27 3 Jam

1050 94.03

Temperatur pemanggangan 1050°C meng-

hasilkan % metalisasi besi yang tinggi

94,03%. Selanjutnya varia bel jumlah

batubara dilakukan dengan memegang

tetap temperatur pemanggangan ini dan

hasil pereduksian ditunjukkan pada Taber

IX .

29



BUlETIN IPT, NO. 5-6 VOl. I OKTOBER 1995/JANUARI 1996 ISSN 0854-4700

TabellV

Hubungan Pemakaian Jumlah Batubara

Oalam Pellet dengan % Metalisasi Besi

Batubara (%) MetaHsasi (%) Keterangan

20 78,18 Waktu Pemanggangan :

25 85,67 3Jam

30 94,03 Temperatur: 1050 "C

35 93,97

Oari TabellVterlihat bahwa pemakaian 30%

batubara sudah memadai untuk menghasil-

kan % metalisasi yang tinggi. Hubungan

waktu pemanggangan dengan % metalisasi

dilakukan dengan memegangtetapjumlah

batu bara: 30% dan temperatur pe-

manggangan 1050°C. Hasilnyaterlihat pada

Tabel V.

Tabel V

Hubungan Waktu Pemanggangan Pellet

dengan % Metalisasi Besi

Waktu

Pemanggangan Metalisasi Keterangan

(Jam) (%) Temperatur Pemang-

gangan: 1050°C

2,5 80_32

3,0 94.03

3,5 94_85

Dengan demikian waktu pemanggangan

3.0 jam telah menghasilkan % metalisasi

yang tinggi dan perpanjangan waktu pe-

manggangan tidak meningkatkan %

metalisasi sceala berarti.

5.2.2 Pereduksian Dalam Bentuk Serbuk Dengan

Reduktor Batubara

Pereduksian dalam bentuk serbuk ini di-

lakukan sebagai pembanding saja,mengingat pengembangan proses akan

dilakukan dalam bentuk pellet karena

penanganannya akan lebih mudah. Untuk

itu hanya jumlah batubara saja ya ng

divariabelkan sedangkan temperatur dan

waktu pemanggangan dipegang tetap

seperti pada kondisi pereduksian Pellet.

30

Tabel VI

Hubungan Jumlah Batubara Didalam Serbuk

Dengan % Metalisasi Besi

Batubara Metalisasi

(%) (" !o)

Keterangan20 46,1 Waktu Pemanggangan:

30 71,2 3Jam

35 77,6 Temperatur Pemang-

40 94,4 gangan: 1050°C

50 94,3

Hasil pereduksian menunjukkan bahwa

hasil tertinggi dicapai pada pemakaian 40%

batubara yang menghasilkan metalisasi

sebesar 94,4 %.

5.2.3 Reduksi Dalam Bentuk Serbuk Dengan

Reduktor Gas H2Hasil percobaan reduksi dengan reduktor

gas H2 yang menunjukkan pengaruh

temperatur terhadap persen metalisasi

diperlihatkan pada Tabel VII.

Tabel VII

Pengaruh Ternperatur Pemanggangan Terhadap %

Metalisasi Pada Reduksi Serbuk Dengan Reduktor

Gas H2

Temperatur (OC) % Metalisasi

750 75,53800 75,87

850 73,07

900 85,03

950 65,01

1000 77.51

Kecepatan atir gas: 250 cc/rnnt

Waktu 3 jam

Hasil pereduksian terbaik dicapai pada

temperatu r 900°C denga n metal isasi

85,03%.

6.1 Pereduksian Dalam Bentuk Pellet

6.1.1 Pengaruh Temperatur Pemanggangan

Dengan menggunakan reduktor batubara

% metalisasi tertinggi dicapai pada

temperatur pemanggangan 1050°C. dan hal

ini sesuai dengan antisipasi semula bahwa

reaksi metalisasi dengan karbon akan ter-

jadi pads temperatur tinggL Temperatur

pemanggangan sengaja tidak dipertinggi

lagi karena hasil metalisasi sudah tinggi

yaitu 94,03 % dan bila temperatur dinaikan



BULETlN IPT, NO. 5·6 VOL I OKTOBER 1995/JANUAR11996 ISSN 0854-4700

akan cenderunq terbentuk sinter antar

butir-butir pellet yang tidak dikehendaki

serta kemungkinan untuk terjadinya over

reduksi.

6.1.2 Pengaruh jumlah Batubara

Secara stokhiometri jumlah batubara yang

digunakan berdasarkan Reaksi (3) adalah

28.8 %. sehingga penggunaan jumlah

batubara pada reaksi reduksi metalisasi

sebesar 30.0% adalah cukup memadai. Pe-

nambahan batubara lebih lanjut ternyata

tidak memberikan peningkatan persen

metalisasi yang berarti Perbedaan yang

kecll, antara perhitungan stokhiometri dan

percobaan. men unjukkan adanya perana n

zat terbang dalam pereduksian.

6.1.3 Pengaruh Waktu Pemanggangan

Secara teoritis lamanya waktu pe-

manggangan sulit dltentukan, hal ini me-

nyangkut kinetika reaksi. Karena reaksi

metalisasi adalah endothermik dan ber-

langsung pada temperatur pemanggang-

an yang tinggi. maka reaksi metalisasi

berjalan dengan spontan.

Hasil percobaan menunjukkan bahwa

waktu pemanggangan selama tiga jam

menghasilkan metalisasi yang cukup tinggi

dan lama pemanggangan ini masih di-

anggap cukup memadai untuk dipakaidalam pengembangan proses.

6.2 Pereduksian Dalam Bentuk Serbuk Dengan

Reduktor Batubara.

Berhubung yang memegang peranan reduksi

adalah sarna yaitu karbon. fixed carbon. maka

temperatur dan lama pemanggangan tidak

divariabelkan dan digunakan temperatur dan

svaktu pemanggangan hasil percobaan

pereduksian dalam bentuk pellet.

Hasil percobaan yang memvariasikan jumlah

batubara menunjukkan pemakaian jumlahbatubara yang lebih besar yaitu 40%. Hal ini

terjadi karena kontak antara reduktor dan PBT

tidak begitu rapat dibandingkan dengan

bentuk pellet dan gas reduktor mudah lepas

dan hilang terbang. sehingga kurang effisien

penggunaannya.

6.3 Pereduksian Dalam Bentuk Serbuk Dengan

Reduktor Gas H2

Hasil pereobaan pada Tabel VII menunjukkan

reaksi reduksi metalisasi mencapai maksimal

pada temperatur 900°C sedangkan pe-

ninqkatan suhu menunjukkan hasil metalisasi

yang bertendensi menurun. Hal ini menarik

untuk dibahas karena reaksi metalisasi

seperti yang ditunjukkan oleh Reaksi (4) ada-

lah reaksi yang endothermik dan seharusnya

berjalan dengan baik dan spontan pada

kenaikan temperatur.Dari Reaksi (4) terlihat bahwa hasil reaksi

menghasilkan uap H20 sehingga energi

bebas reaksi:

Bila : aFe dan a Fe304 dianggap 1.maka

pH04

d GT = = d GOT+ RT In ~p 2

Keterangan:dGT Energi be bas reaksi pada

temperatur T

Energi bebas reaksi standard pada

temperatur T

Aktifitas besi

Aktifi tas Fe304

Tekanan parsial gas H2

Tekanan parsial H20

Konstanta gas ideal

Temperatur. OK

aFe

a Fe304

pH2pH20

R

T

Reaksi akan bergerak spontan kekanan buapH2 membesar atau pH20 mengecil. Pada

percobaan dengan temperatur lebih tinggi

akan meningkatkan volume uap H20 sebagai

hasil reaksi sehingga menghambat gas H2

yang akan mereduksi besi oksida. Akibatnya

pH2 pada permukaan kontak akan mengecil

dibandingkan dengan pH20 yang akhirnya

akan merubah arah reaksi dari ke kanan men-

jadi ke kiri.

Pemakaian gas H2 sebagai reduktor kurang

effisien mengingat pH2 yang diberikan harus

selalu lebih besar dari pH20 untuk men-

dorong reaksi ke kanan. Jadi hanya bagian

keeil dari gas H2 yang digunakan yang effektif

mereduksi.

7. Kesimpulan

1. Penggunaan bentuk pellet yang terditi dari

campuran PBT dan Batubara dapat meng-

hemat pemakaian bahan reduktor batubara

dibandingkan dengan penggunaan serbuk.

2. Hasil reduksi metalisasi yang dapat elicapai

dalam percobaan yang dilakukan adalah 94.03

% dengan Batubara: 30%

31



BULETIN IPT, NO. 5-6 VOL. I OKTOBER 1995/JANUARI 1996 ISSN 0854·4700

Waktu Pemanggangan: 3.0 jam

3. Pereduksian metalisasi dengan menggunakan

gas H2ternyata memberikan hasil yang kurang

baik dibandingkan dengan menggunakan

reduktor padat, batubara,

4. Penggunaan pellet yang sudah berisi reduktor

batubara menunjukkan hasil yang memuas-

kan dan untuk it u perlu dilakukan penelitian

pembuatan secara lebih khusus dengan tuju-

an mendapatkan pellet yang mencukupi syarat

pada skala proses yang lebih besar.

Pustaka Acuan

1 . Bold, D.A . . " Stage One To Increase Output Five

Fold", Iron and Steel International, October 1982.

pp 243254.

2. Evans. N.T. " Development of SURN Process at

New Zealand Steel Limited," AIME Conference,

Chicago, 1978.

3. Crowford, G.P." Inovative Iron Making at New

Zealand Steel Limited, AIME Conference. Pitts-

bu rg h, 1982.

4. Holborow, K, " New Zealand'S Iron Making Pro-

cess, 9th Australian Conference on Chemical En-

gineering, New Zealand. 1981.

5. Piihringer, O. Wiesinger. H. Havenga, BHP, Hank,

R,Wallner, F . "Operational Experience and Poten-

tial ofthe Corex Process", Metallurgical Plant and

Technology International 5, 1991. pp 30-41.

6. Next Cieneration Steel Production Method: "Melt

Reduction Steel Production Method", Techno Ja-

pan vol 26. No.1 0, 1993, P p 33-35.

32

Documents

Metalisasi Besi Titan