BAB IITINJAUAN PUSTAKA
II.1 KonsentrasiKonsentrasi adalah proses pemisahan mineral
berharga dari pengotornya agar diperoleh kadar mineral berharga
yang tinggi. Konsentrasi merupakan proses lanjutan dari kominusi.
Proses konsentrasi memanfaatkan sifat-sifat fisik pada mineral.
Metode yang digunakan adalah sebagai berikut:1. Konsentrasi
gravitasi (gravity concentration) yaitu proses konsentrasi yang
memanfaatkan perbedaan densitas mineral dalam suatu media fluida.
Dapat juga memanfaatkan perbedaan kecepatan pengendapan
mineral-mineral.2. Konsentrasi dengan media berat (dense/heavy
medium separation). Pada konsentrasi ini mineral berharganya harus
lebih berat dari pengotornya menggunakan medium pemisah yang berat
jenisnya lebih besar dari air (berat jenisnya > 1). 3.
Konsentrasi elektrostatik merupakan konsentrasi yang memenfaatkan
perbedaan sifat konduktor dan non konduktor dari material. 4.
Konsentrasi magnetik (magnetic concentration) adalah proses
konsentrasi yang memanfaatkan perbedaan sifat kemagnetan (magnet
susceptibility) yang dimiliki mineral. Proses konsentrasi juga
dapat dilakukan dengan cara pemilahan (sortir) secara manual, yaitu
dengan memilah mineral berharga langsung dengan tangan berdasarkan
kilap, warna, dan sebagainya. Dari proses konsentrasi gravitasi
diperoleh 3 (tiga) produk, antara lain :
1. Konsentrat, yaitu mineral-mineral berharga dengan kadar
tinggi.2. Middling, yaitu konsentrat yang masih terdapat
pengotor.3. Tailing, yaitu mineral-mineral tidak berharga yang
perlu dibuang.II.2 Konsentrasi GravitasiKonsentrasi gravitasi
adalah proses konsentrasi dengan berdasarkan berat jenis yang
dimiliki oleh mineral dengan perbedaan kecepatan pengendapan.
Apabila jumlah mineral di dalam fluida relatif sedikit, maka akan
terjadi pengendapan bebas (free settling). Namun, apabila jumlah
mineral di dalam fluida tersebut banyak, maka gerakannya akan
terhambat sehingga akan terbentuk stratifikasi. Tahap stratifikasi
yang terjadi adalah sebagai berikut:1. Hindered settling
classificationKlasifikasi terhadap pengendapan yang terhalang.
Maksudnya adalah pengendapan dari sekelompok partikel yang
berkumpul, bukan dari pengendapan bebas satu partikel. = 1 (dengan
medium suspensi bed+air)
2. Differential acceleration pada awal pengendapanPartikel yang
berat akan mengendap terlebih dahulu. Pada waktu awal pengendapan
partikel dengan berat jenis lebih besar akan mempunyai jarak tempuh
yang lebih besar daripada partikel dengan berat jenis yang
kecil.
F = m x amx gm = (m m)g - RR = g = m x g Dimana : R = tahanan
(pada awal jatuh = 0) = specific gravity padatan = specific gravity
fluida
3. Consolidation trickling pada akhir
pengendapanPartikel-partikel yang ukurannya kecil berusaha mengatur
diri di antara partikel-partikel besar sesuai dengan berat
jenisnya. Pemisahan dilakukan dalam suatu media (air) sehingga
dinamika fluida sangat berpengaruh. Untuk memperkirakan penerapan
konsentrasi gravitasi dalam memisahkan mineral-mineral yang
mempunyai perbedaan densitas dan selang ukuran yang dapat dipakai,
maka digunakan kriteria konsentrasi Taggart.Kriteria konsentrasi
Taggart dapat dirumuskan sebagai berikut.Kriteria Konsentrasi (KK)
= Dimana: = berat jenis mineral berat = berat jenis mineral ringan
= berat jenis media
Kriteria Konsentrasi (KK) :1. KK > 2,5 atau KK < -2,5
:Pemisahan mudah dilakukan pada berbagai ukuran sampai ukuran yang
halus sekalipun ( sampai 200 mesh).2. KK = 2,5 - 1,75 :Pemisahan
berlangsung efektif sampai ukuran 100 mesh.3. KK = 1,75 - 1,50
:Pemisahan masih memungkinkan sampai ukuran 10 mesh, tetapi sukar
dilakukan.4. KK = 1,50 - 1,25 :Pemisahan masih memungkinkan sampai
ukuran 1/4 inchi, tetapi sukar dilakukan.5. KK < 1,25 :Proses
relatif tidak mungkin, masih bisa mungkin dengan modifikasi
perbedaan gaya berat.Nisbah pengendapan (settling ratio) dirumuskan
sebagai berikut:
=
Dimana : = jari-jari mineral ringan = jari-jari mineral berat =
densitas mineral ringan = densitas mineral berat = densitas
mediaII.3 Metode Konsentrasi GravitasiMetode konsentrasi gravitasi
dibedakan menjadi 3 (tiga) berdasarkan gerakan fluida, antara
lain:1. Fluida Tenang, contohnya heavy medium separation (HMS), dan
dense medium separation (DMS).2. Fluida Horizontal, contohnya
shaking table, spiral concentration, sluice box.3. Fluida Vertikal,
contohnya jigging.
II.3.1 Humprey SpiralSpiral Concentrator digunakan untuk
berbagai aplikasi dalam proses pengolahan mineral, khususnya dalam
penanganan tumpukan pasir mineral berat, seperti rutile, zircon,
dan dalam pemurnian batu bara. Berat feed antara 15 dan 45% berat
padatan dan dengan ukuran 3mm sampai 75m dimasukkan dari atas
spiral dan mengalir ke bawah spiral. Spiral Concentrator berbentuk
parit yang berkelok-kelok dengan saluran pipa sebagai tempat
penampungan konsentrat yang terletak pada tengah parit. Pada alat
ini, diperlukan adanya air sebagai pemisah konsentrat.Humprey
spiral adalah spiral pertama yang diperkenalkan pada tahun 1943.
Pemisahan dengan humprey spiral menggunakan aliran fluida
horizontal. Gaya-gaya yang berpengaruh dalam proses ini adalah gaya
dorong air, gaya gesek, gaya gravitasi dan gaya
sentrifugal.Mekanisme pemisahan di dalam humprey spiral adalah
sebagai berikut.1. Feed dimasukkan ke dalam feed tank.2. Melalui
pompa, feed dihisap masuk ke dalam cyclone.3. Di dalam cyclone
cairan dengan yang kental dipisahkan, selanjutnya yang encer
dialirkan ke atas ke dalam lounder sebagai wash water, sedang pulp
yang kental melalui lounder dialirkan ke atas menuju feed box
sebagai umpan.4. Karena bentuk lounder ini melingkar seperti spiral
dari atas ke bawah, maka terjadi gerak arus sentrifugal, sehingga
material yang ringan sebagai tailing akan terletak dibagian luar.5.
Material yang berat ada di dalam sebagai konsentrat.6.
Mineral-mineral berat akan mengalir terus dan masuk ke dalam port
penampungan konsentrat yang dihasilkan.
Gambar 2.1 Mekanisme Humprey SpiralDalam proses pemisahan
partikel menggunakan spiral concentration, terdapat dua hal penting
yang harus diperhatikan, yaitu :a). Variabel Alat1. Tipe spiralTipe
spiral berpengaruh terhadap kecepatan aliran alir, gaya sentrifugal
yang dihasilkan dan jenis aliran.2. Posisi spliterPosisi spliter
menentukan seberapa ukuran berat yang akan ditampung sebagai
konsentrat, tailing dan midling.3. Jumlah spiralPengaruh banyaknya
spiral adalah untuk mendapatkan keadaan steady state, di mana
aliran air tidak turbulen. Semakin banyak jumlah spiral akan
semakin baik untuk keadaan steady state agar pemisahan berlangsung
dengan baik.4. Ketinggian spiralKetinggian sprial akan berpengaruh
terhadap kemiringan (slope) spiral, yang akhirnya ikut menentukan
apakah aliran fluida bersifat steady state.5. Penampang melintang
helix dan diameter
b). Variabel Operasi1. Derajat liberasi dan ukuran feed.Ukuran
feed yang terlalu besar akan menyulitkan proses stratifikasi,
karena akan ada partikel-partikel yang tidak dapat bergerak akibat
tekanan air yang tidak kuat. Tetapi jika ukurannya terlalu kecil
juga akan menyulitkan, karena akan banyak mineral berharga yang
masuk ke tailing.2. Selang ukuran feedSelang ukuran umpan yang
ideal adalah -35# sampai +48# (0,015 mm - 0,8 mm). Jika terlalu
kecil dapat menyulitkan proses pemisahan, karena tidak terjadi
stratifikasi pada lapisan di atas fluida. Jika terlalu besar juga
akan menyulitkan pemompaan dan aliran air tidak cukup untuk
melakukan pemisahan.3. Laju pengumpananJika laju pengumpanan
terlalu besar, maka tidak akan terjadi stratifiksasi pada permukaan
spiral. Karena terdapat tumpukan material yang tidak sempat
terpisahkan oleh aliran air. Tetapi laju pengumpanan yang terlalu
kecil juga tidak efisien.4. Jumlah dan kecepatan aliran air pencuci
(wash water)Jumlah dan kecepatan aliran air pencuci ikut menentukan
apakah aliran fluida bersifat steady state. Hal ini dipengaruhi
oleh kekuatan motor yang digunakan untuk memompa air dari tangki
penampungan kembali ke atas spiral yang paling tinggi.5. Persen
solid umpanIdealnya persen solid pada umpan adalah 15%. Pengaruhnya
adalah terhadap penciptaan kondisi hindered settling. Persen solid
yang terlalu besar akan menyulitkan pempompaan, sedangkan jika
terlalu kecil jadi tidak ekonomis.6. Sifat-sifat material
II.4 Metode Konsentrasi MagnetikMagnetic separation merupakan
operasi konsentrasi atau pemisahan satu mineral atau lebih dengan
mineral lainnya yang memanfaatkan perbedaan sifat kemagnetan dari
mineral-mineral yang dipisahnya. Mineral-meneral yang terdapat
dalam bijih akan memberikan respon terhadap medan magnet sesuai
dengan sifat kemagnetan yang dimilikinya. Prinsip pemisahan dengan
memanfaatkan perbedaan sifat kemagnetan material ini dapat
digambarkan secara skematik seperti terlihat pada Gambar 2.2 dan
Gambar 2.3
Gambar 2.2 Skema pemisahan mineral dengan metode magnetik
Gambar 2.3 Prinsip Operasi Magnetic Pulley
Sifat kemagnetan (magnetic susceptibility) bahan dapat dibagi
atas: Paramagnetic yaitu bahan-bahan yang dapat tertarik oleh medan
magnet. Contoh : hematite, ilmenite, pyrrhotite Diamagnetic yaitu
bahan-bahan yang tidak tertarik oleh medan magnet. Contoh : kwarsa,
feldspar Ferromagnetic yaitu bahan-bahan yang sangat kuat untuk
ditarik medan magnet. Contoh : besi, magnetiteMekanisme Pemisahan
Secara MagnetikPemisahan secara megnetik yang diaplikasikan untuk
bijih tergantung pada kompetisi dari gaya gaya yang dimiliki oleh
tiap-tiap partikel mineral. Gaya yang bekerja pada setiap partikel
mineral tergantung separator yang dipakai. Pemisahan bijih yang
menggunakan drum separator dengan cara basah, maka partikel akan
mengalami atau memiliki empat gaya. Keempat gaya tersebut adalah
gaya magnet yang dinotasikan dengan Fm , gaya gravitasi dinotasikan
dengan Fg, gaya drag dinotasikan dengan Fd, dan gaya sentrifugal
yang dinotasikan dengan Fc.Gaya-gaya ini akan menentukan posisi dan
perilaku partikel mineral dalam separator. Gambar 2 menunjukkan
gaya-gaya pada partikel mineral yang berada dalam pengaruh medan
magnet di permukaan drum yang berputar.
Gambar 2.4 Gaya-Gaya Yang Bekerja Pada Partikel Mineral
Partikel mineral akan tertarik atau terlempar dari permukaan
drum tergantung pada nilai entrapment ratio-nya. Entrapment ratio
adalah rasio Gaya magnet terhadap gaya sentrifugal, gaya gravitasi
dan gaya drag. Entrapment ratio dinyatakan dalam persamaan
berikut:entrapment ratio, ER = Fm /(Fc + Fg + Fd)Jika partikel
mineral memiliki nilai entrapment rasio lebih daripada satu, ER
> 1, maka partikel tersebut akan tertarik dan tetap nempel
dipermukaan drum separator. Pada kondisi ER > 1, artinya medan
magnet memberikan pengaruhnya jauh lebih besar dibanding dengan
total dari tiga gaya lainya.Ketika partikel mineral memiliki
entrapment rasio kurang daripada satu ER < 1, maka partikel
tersebut akan terlempar atau tertolak dari permukaan drum
separator. Pada kondisi ER < 1, medan magnet kurang berpengaruh
dibanding dengan total tiga gaya lainnya.Jika operasi pemisahan
dilakukan pada bijih yang memiliki rentang ukuran yang sempit, maka
gaya drag dapat diabaikan. Sehingga Entrapment ratio berubah
menjadi rasio gaya magnet terhadap gaya sentrifugal dan gaya
gravitasi.entrapment ratio, ER = Fm / (Fc + Fg)Partikel mineral
akan memiliki tiga gaya yaitu gaya magnet, gaya sentrifugal dan
gaya gravitasi. Pasisi dan perilaku partikel selama pemisahan
tergantung pada resultan ketiga gaya ini.
II.4.1 Magnetic SeparatorDitinjau dari kekuatan atau intensitas
medan magnetnya, magnetic separator dibagi dalam dua jenis
separator yaitu Low Intensity Magnetic Separator atau LIM separator
dan High Intensity Magnetic Separator atau HIM separator. Baik LIM
separator maupun HIM separator dapat digunakan secara basah atau
kering.Pemisahan cara basah umumnya menggunakan LIM separator, dan
digunakan untuk mineral yang memiliki suscepibilty tinggi. LIM
separator mampu memisahkan bijih dalam jumlah yang besar. Sedangkan
HIM separator mempunyai kapasitas rendah dan umumnya digunakan
untuk mineral yang memiliki susceptibility rendah.
Gambar 2.5 Magnetic Separator
Bagian-bagian dari Magnetic Separator : 1. Feeder : untuk
menampung feed2. Roll Magnetik : Sebagai media proses pemisahan
dengan menarik mineral yang bersifat ferromagnetic 3. Pengatur
Feeder speed: Mengatur banyaknya feed yang masuk (mengatur laju
alir).4. Vibrator Feeder : untuk memisahkan dan meratakan tumpukan
feed.5. Scrapper : Untuk memberi batas antara mineral tertarik
magnet dan mineral yang tidak tertarik magnet (tailing). 6. Outlet
Magnetic : Tempat penampung hasil separasi yang tertarik magnet7.
Outlet Non-Magnetic : Tempat penampung hasil separasi yang tidak
tertarik magnet (tailing).Pengaruh Variabel Operasi Pada Magnetic
SeparationBeberapa factor yang berpengaruh terhadap pemisahan
terdapat pada peralatan yang tidak bisa lagi dirubah. Sehingga
factor-faktor tersebut menjadi konstan pengaruhnya terhadap
partikel mineral. Untuk separator dengan magnet permanen, maka
medan magnet tidak dapat dirubah, artinya gaya magnet akan konstan
selama pemisahan. Diameter drum merupakan salah satu variable yang
juga konstan. Sehingga pengaruhnya juga akan tetap pada saat
dipakai untuk pemisahan.Beberapa variable dapat diubah-ubah selama
atau saat pemisahan dilakukan. Gambar 4 menunjukkan pengaruh
beberapa variable operasi untuk pemisahan secara magnetic.
Gambar 2.6 Pengaruh Variabel Operasi Dan Alat Pada Magnetic
Separation.Dari gambar tersebut diketahui bahwa perolehan mineral
magnetic dipengaruhi diantaranya oleh: medan magnet, ukuran
mineral, kecepatan fluida dan radius drum. Perolehan mineral
magnetik akan meningkat ketika medan magnet yang digunakan lebih
besar. Sebagian magnetik akan masuk jalur tailing pada kecepatan
fluida yang besar. Pemisahan yang dilakukan pada ukuran mineral
yang besar dapat meningkatkan perolehan mineral magnetik.
II.5 Metode High Tension SeparationDalam pengolahan bahan galian
banyak alat yang digunakan. salah satunya high tension separator.
yaitu alat yang digunakan untuk memisahkan partikel konduktor dan
non konduktor. High tension separation atau electrostatic
separation adalah pemisahan mineral satu dengan lainnya berdasarkan
perbedaan electrical conductivity-nya. Mineral di alam ada yang
electrical conductivity-nya tinggi (mineral konduktor) dan ada yang
rendah (mineral non konduktor). Mineral konduktor mempunyai sifat
mudah menerima ion negative juga mudah melepaskannya. Berbeda
dengan mineral non konduktor yang sukar menerima maupun melepaskan
ion negative.
High Tension Separator (HTS)
Gambar 2.7 High Tension Separator
HTS adalah alat pemisahan mineral berdasarkan sifat listrik
(konduktifitas) yang dimiliki mineral-mineral, hasil yang didapat
dari mineral-mineral ini adalah konduktor, middling dan non
konduktor. 1. Bagian-bagian HTSa.Ionizer Electroda adalah elektrode
yang berbentuk kawat halus. Fungsinya menimbulkan corona adalah
pelepasan muatan listrik yang dapat memberikan muatan listrik yang
dikehendaki pada mineral yang akan dipisahkan. Corona ini spesifik
pada medan listrik yang sangat homogen. Untuk menimbulkan medan
listrik yang non homogen ini maka dibuat diameter Ionizer Electrode
jauh lebih kecil dari rotor.
b.Deviason Electroda, berbentuk silinder yang fungsinya untuk
menimbulkan medan listrik statis. Jarak antara Deviason Electroda
dan Ionizer Electroda adalah tetap, dihubungkan dengan suatu
sambungan konduktor.c. Rotor, berbentuk silinder yang berdiameter
lebih besar dari Deviason Electroda dan dapat berputar. Panjang dan
diameter menentukan kapasitasnya. Rotor merupakan electrode positif
karena dalam operasinya dihubungkan dengan tanah.
d. Splitter, untuk memotong lintasan butiran mineral yang keluar
dari medan listrik statis, sehingga diperoleh hasil konduktor,
middling dan non konduktor, pengukuran jarak splitter dilakukan
terhadap garis tengah yang dilalui rotor.Hal-hal yang berpengaruh
pada bagian-bagian HTS:a. Kecepatan putaran RotorMempengaruhi
gerakan mineral melalui gaya centrifugal yang dihasilkan pada
putarannya, dimana mineral dengan berat jenis lebih besar akan
terlempar lebih jauh dari posisi rotor.b. Ukuran diameter
ElektrodeUkuran diameter "ionizer electrode" terhadap "deviation
electrode" berpengaruh pada intensitas medan listrik. Medan listrik
yang menimbulkan "lifting effect" dan "pinning effect", yang
berpengaruh pada perolehan mineral non konduktor, midling dan
konduktor.c. Kedudukan SplitterKedudukan splitter pertama dan kedua
berpengaruh pada perolehan feed berkadar non konduktor, middling,
dan konduktor. Untuk mendapatkan kasiterit dan mineral konduktor
berharga lainnya dengan kadar tinggi, maka kedudukan splitter kedua
harus dibuat lebih jauh dari splitter pertama.
Mekanisme PemisahanFeed yang masih panas jatuh merata pada rotor
yang berputar, lalu mineral memasuki corona antara elektrode dan
rotor dimana terjadi pemberian muatan listrik. Untuk mineral yang
bersifat konduktor muatan yang menempel pada permukaannya
diteruskan pada rotor yang ditanahkan, lalu cenderung jatuhnya
menjauhi rotor (hasil konduktor). Sedangkan untuk mineral yang
bersifat non konduktor muatan yang diterimanya tidak diteruskan dan
tetap melakat pada rotor, jatuh ke hasil non konduktor. Hasil
middling adalah mineral yang jatuhnya antara hasil konduktor dan
hasil non konduktor. Mekanisme pemisahan HTS pada gambar 2.8.
Gambar 2.8 Mekanisme Pemisahan pada HTS
Keberhasilan pemisahan menggunakan HTS ini harus memperhatikan
beberapa faktor yang mempengaruhi, yaitu :1. Gaya-gaya yang bekerja
dan berpengaruha. Gaya ListrikMempengaruhi gerakan mineral
bermuatan menuju electrode.b. Gaya ImageMempengaruhi gerakan
mineral bermuatan menuju rotor.c. Gaya CentrifugalMempengaruhi
gerakan mineral berukuran tertentu (20-40 mesh) mendekati atau
menjauhi rotor.d. Gaya GravitasiMempengaruhi gerakan mineral dengan
berat jenis tertentu menuju media penampung.2. Keadaan Feeda.
Pengaruh TemperaturBerhubungan dengan kelembapan udara, jika
butiran mineral dalam keadaan lembab, maka mineral tersebut akan
cenderung bersifat konduktor dan akan mempengaruhi kualitas
perolehan mineral yang dinginkan.b. Ukuran ButirUkuran butiran
mineral berpengaruh pada efek gaya yang terj adi, butiran kasar
gaya gravitasi dan centrifugalnya lebih dominant sedangkan butiran
lebih halus gaya listrik lebih dominan mempengaruhinya.c. Kadar
FeedPengaruhnya jika variable yang lainnya tetap, dengan masukan
kadar feed yang makin besar, maka akan dihasilkan kadasr dan
recovery yang besar. Dengan mengetahui karakteristik dari butiran
mineral dan karakteristik peralatan yang mempengaruhi pemisahan
pada HTS, maka hal ini akan sangat membantu dalam keberhasilan
proses pemisahan menggunakan HTS. Dalam keadaan pengaturan
vartiabel yang tepat seperti diuraikan sebelumnya, mineral bersifat
konduktor akan terpisah dengan baik dengan mineral yang bersifat
non konduktor. Pada praktek penggunaan HTS akan dihasilkan
middling. Midling merupakan hasil dari HTS yang jatuh antara hasil
konduktor dan hasil non konduktor, middling dibagi atas
:1."Gravitational Midling", terdiri dari butiran mineral yang belum
sempat dipengaruhi "corona" atau dipengaruhi medan listrik
static.2."Ionicall Charge Midling", terdiri dari butiran mineral
yang sudah dipengaruhi "corona", tetapi belurn sempat dipengaruhi
oleh medan listrik static dengan sempurna.
II-9