BAB II

BAB II
TEORI DASAR
2.1 Bijih Besi
Bijih besi dibagi menjadi beberapa golongan diantaranya adalah golongan oksida,
sulfida, dan hidroksida. Golongan oksida meliputi hematit dan magnetit
sedangkan untuk golongan sulfida seperti pirit, kalkopirit, arsenopirit, dan pirotit.
Limonit dan goetit termasuk ke dalam golongan hidroksida.
Goetit merupakan mineral hidroksida besi memiliki sistem kristal orthorhombik
berwarna kuning kecoklatan, massa jenisnya 4,3, dan tingkat kekerasan 5,3.
Goetit atau bog iron ore umumnya memiliki kadar Fe sebesar 63% dan sulit untuk
diolah secara komersial jika kadar pengotor (Mn) lebih dari 5 %. Persebaran
goetit terdapat di daerah deposit bagian bawah lapisan tanah berlumpur
diantaranya di Alsace-Lorraine, Wespalia, Bohemia, dan Danau Superior serta
Gunung Apalachian di wilayah Amerika Serikat (Mottana,1977).
Gambar 2.1 Goetit (Pellant,1992)
Limonit atau bijih besi lumpur (bog iron ore) dengan rumus kimia Fe2O3.nH2O
merupakan kumpulan mineral yang dihasilkan dari proses oksidasi dan hidrasi
mineral besi primer. Limonit ini dapat berupa stalaktit yang berwarna coklat karat
Bab II Teori Dasar
8
(gossan) dengan goresan coklat kekuningan. Di permukaan tanah limonit berupa
lapisan kuning cokelat atau topi besi (iron hat) yang menutupi lapisan bijih
sulfida. Di alam limonit ditemukan pada urat-urat bijih besi yang mengandung
mineral besi primer. Di alam limonit juga berperan sebagai semen alami yang
mengikat batuan sedimen (pasir) di batuan konglomerat. Di lingkungan air seperti
rawa-rawa dan tanah berlumpur, limonit terbentuk melalui proses penguapan pada
mineral bijih besi yang dibantu bakteri-bakteri (Mottana,1977).
Gambar 2.2 Limonit (Pellant,1992)
Hematite merupakan mineral besi golongan oksida dengan rumus kimia Fe2O3.
Hematit biasanya berbentuk tipis dan pipih. Mineral ini memiliki permukaan yang
dapat berubah warna jika sinar datang dari berbagai arah (iridescent). Hematit
berwarna kemerahan atau merah tua, abu-abu gelap, dan hitam. Mineral ini
memiliki tingkat kekerasan 5,5-6,5 dan massa jenisnya 4,2 sampai 5,25. Hematit
memiliki sistem kristal rhombohedral formasi raksasa (massive formation)
berbentuk kelopak mawar (iron rose).
Seringkali warna batuan dari mineralnya merah dan coklat kemerahan, bersifat
opaque dengan kilap metalik. Hematit memiliki goresan merah cerry gelap yang
mudah untuk dibedakan antara hematit, magnetit, dan ilmenit. Hematit akan larut
jika mineral ini dipanaskan dengan asam hidroklorik. Mineral ini terbentuk dari
Bab II Teori Dasar
9
proses oksidasi yang banyak ditemukan pada batuan beku. Daerah deposit
terbesar terdapat di danau Superior (USA), Quebec (Kanada), Venezuela, Brasil,
dan Angola. Hematit merupakan mineral utama dari logam besi dan biasanya
digunakan juga sebagai zat pewarna (pigmen) dan polishing powder
(Mottana,1977).
Gambar 2.3 Hematit (Pellant,1992)
Magnetit atau lodestone (magnet alam) berwarna hitam dan tidak tembus cahaya
dengan rumus kimia Fe3O4. Mineral ini memiliki susunan kristal sistem isometrik
berupa oktahedron dan dodecahedron. Selain itu, mineral ini memiliki massa jenis
5,18 dan tingkat kekerasan 5,5 – 6,5. Mineral ini memiliki sifat fisik berupa kilap
logam, ferromagnetik dan goresan berwarna hitam. Magnetit akan larut perlahan
dengan asam hidroklorik. Magnetit juga mengandung titanium atau chromium.
Daerah deposit magnetit yaitu berada di Norwegia, Romania, Rusia, dan Afrika
Selatan (Mottana,1977).
Bab II Teori Dasar
10
Gambar 2.4 Magnetit (Pellant,1992)
Ilmenit merupakan mineral golongan oksida dengan rumus kimia FeTiO3. Mineral
ini memiliki sistem kristal heksagonal dan tingkat kekerasan 5–6. Mineral ini juga
tidak tembus cahaya dan memiliki kilap sub-logam. Mineral ini berwarna hitam
atau coklat gelap dengan goresan berwarna hitam sampai coklat kemerahan.
Ilmenit akan larut berbentuk bubuk jika terkonsentrasi dengan asam hidroklorik.
Jika dipanaskan mineral ini cenderung bersifat magnetik dan kurang magnetik
dalam kondisi dingin. Karakteristik fisik bervariasi tergantung dengan jumlah
magnesium dalam solid solution. Ilmenit membentuk solid solution dengan
geikelite MgTiO3. Pada lingkungan batuan plutonik ilmenit terbentuk sebagai
produk segregasi temperatur tinggi yang juga terjadi di daerah pegmatites dan
nepheline syenittes. Daerah konsentrasi terbesar ilmenit terletak pada pasir
terutama pada pasir laut atau batuan metamorphik seperti pada klorit. Kristal
ilmenit besar ditemukan di daerah diorit di Kragero (Norwegia) sementara kristal
berukuran kecil bersinar dan berbentuk menarik ditemukan di Novara (Italia) dan
kawasan St.Gotthard (Swiss). Kristal ilmenite berukuran 2,5 cm (1 inch)
ditemukan di kota Orange dan Warwick (NewYork). Deposit terbesar di
Norwegia, India, Brasil, Kanada, Florida, dan Rusia. Ilmenite merupakan bijih
utama dari titanium (Mottana,1977).
Bab II Teori Dasar
11
Gambar 2. 5 Ilmenit (Pellant,1992)
Bijih besi yang terdapat di Indonesia dapat digolongkan dalam tiga golongan
diantaranya (Alam, 2007) :
1. Golongan bijih besi primer
Golongan ini umumnya berasal dari bijih hematit atau magnetit atau
campuran keduanya. Kandungan Fe bervariasi, dari kandungan rendah
(low grade) hingga kandungan tinggi (high grade). Bijih besi high grade
memiliki kandungan Fe di atas 60 % sehingga dapat langsung digunakan
sebagai bahan baku pembuatan baja. Sementara bijih besi low grade
memiliki kandungan Fe yang rendah sehingga harus diberikan perlakuan
benefisiasi agar kadar Fe-nya meningkat.
Penyebaran bijih besi primer ini antara lain di Ketapang, Tamalang,
Belitung, dan Solok. Golongan bijih besi primer dibedakan ke dalam dua
jenis, yaitu :
a. Bijih besi hematit
Jenis ini biasanya terdapat bersama pengotor seperti silika dan
alumina. Proses peningkatan kadar besi biasanya dilakukan dengan
cara flotasi atau dengan menggunakan alat magnetic separator
intensitas tinggi. Jenis ini merupakan bahan baku utama pembuatan
besi baja.
Bab II Teori Dasar
12
b. Bijih besi magnetit
Jenis bijih ini memiliki sifat magnetit yang kuat dibandingkan dengan
bijih besi hematit sehingga proses peningkatan kadar Fe-nya dapat
dilakukan dengan menggunakan alat magnetic separator intensitas
tinggi. Penyebaran bijih besi jenis ini antara lain di daerah Pagelaran –
Lampung, Air Abu – Sumatera Barat, dan Tapin – Kalimantan Selatan.
2. Golongan bijih besi laterit
Golongan bijih besi ini berasal dari pelapukan batuan yang kaya akan besi.
Jenis mineral dan mineraloid utamanya berupa goetit atau limonit. Kadar
besi tidak terlalu tinggi, sekitar 35-45 persen (ada yang mencapai 50
persen atau lebih) karena mengandung air kristal. Proses benefisiasinya
relatif sulit bila dibandingkan dengan benefisiasi jenis hematit dan
magnetit. Penyebarannya di Indonesia antara lain di daerah Sebuku,
Pomala dan Halmahera.
3. Golongan Pasir besi
Golongan ini memiliki sifat magnet yang kuat dengan kandungan besi
rendah, sekitar 25-40 persen karena mengandung titanoksida. Jenis
mineral utamanya berupa titanomagnetit. Proses benefisiasi dapat
dilakukan dengan alat magnetic separator intensitas rendah. Di Indonesia
terdapat di daerah Yogyakarta.
2.2 Proses Pengolahan Mineral
Proses pengolahan mineral sangat penting dalam memegang peran peningkatan
kadar logam dan keekonomisannya. Proses tersebut meliputi beberapa tahapan
proses antara lain yaitu kominusi, pengayakan, konsentrasi, dan material
handling.
Bab II Teori Dasar
13
2.2.1 Kominusi
Kominusi adalah usaha pengecilan ukuran bijih hasil proses penambangan agar
dapat diproses lebih lanjut. Proses ini terdiri dari dua tahapan yaitu peremukan
(crushing) dan penggerusan (grinding) bijih (Kelly dan Spottiswood,1982).
Tujuan tahap kominusi adalah sebagai berikut :
1. Membebaskan mineral berharga dari ikatannya dengan mineral pengotor.
Keterbebasan mineral berharga ini dinyatakan dengan derajat liberasi.
2. Mengecilkan ukuran partikel agar sesuai dengan metoda pemisahan yang
akan dilakukan.
3. Mengekspos/memunculkan mineral berharga. Hal ini dilakukan untuk
keperluan proses flotasi maupun proses hidrometalurgi dimana mineral
berharga yang terekspos dapat diapungkan atau larut dalam pelarut.
4. Memperbesar luas permukaan mineral sehingga kecepatan reaksi pelarutan
dapat berlangsung dengan baik.
5. Memenuhi permintaan pasar.
2.2.1.1 Proses Peremukan (Crushing)
Proses peremukan (crushing) merupakan proses reduksi atau pengecilan ukuran
bijih material yang berukuran kasar sekitar 50 mm–3 mm (Kelly dan Spottiswood,
1982). Proses ini dilakukan dengan menggunakan alat peremuk (crusher). Dalam
proses peremukan ini dikenal dua proses utama, yaitu proses peremukan tahap
pertama dan peremukan tahap kedua. Dengan proses peremukan tahap pertama,
ukuran mineral dapat direduksi hingga menjadi 25 mm. Alat yang digunakan pada
proses ini antara lain jaw crusher atau gyratory crusher (Gaudin,1939).
Proses selanjutnya adalah proses peremukan tahap kedua, dimana reduksi ukuran
dilakukan dari 25 mm hingga mencapai 3 mm. Alat untuk proses ini antara lain
cone crusher, roll crusher, dan impact crusher (Gaudin,1939).
Bab II Teori Dasar
14
Gambar 2.6 Jaw Crusher
Gambar 2.7 Roll Crusher
2.2.1.2 Proses Penggerusan (Grinding)
Proses penggerusan (grinding) merupakan proses reduksi atau pengecilan ukuran
bijih atau material yang berukuran halus. Proses penggerusan merupakan
kelanjutan dari proses peremukkan. Berdasarkan media penggerusannya proses ini
dapat dibagi menjadi sebagai berikut (Kelly dan Spottiswood, 1982) :
1. Ball mill, media penggerus berupa bola baja atau keramik,
2. Rod mill, media penggerus berupa batang-batang baja,
Bab II Teori Dasar
15
3. Pebble mill,media penggerus berupa batuan yang keras,
4. Autogeneous mill, tanpa media penggerus atau media penggerusnya adalah
bijih itu sendiri.
5. Semi-autogeneous mill, media penggerusnya adalah bijih itu sendiri
ditambah bola-bola baja.
Dari kelima jenis alat di atas, ball mill lebih sering digunakan pada proses
kominusi akhir hingga diperoleh ukuran partikel yang halus. Hal ini disebabkan
media penggerus yang berbentuk bola memiliki luas permukaan persatuan berat
yang lebih besar daripada media batang pada rod mill.
Gambar 2.8 Ball Mill (Jar Mill)
Gambar 2.9 Bola keramik
Bab II Teori Dasar
16
Tiga mekanisme proses penggerusan (Wills,1981), yaitu :
1. Tumbukan
(impact)
atau
kompresi
(compression),
yaitu
proses
penggerusan dimana melibatkan gaya yang tegak lurus permukaan
partikel.
Gambar 2.10 Impact atau Compression
2. Chipping, yaitu proses penggerusan dimana melibatkan gaya yang
membentuk sudut dengan permukaan partikel.
Gambar 2.11 Chipping
3. Abrasi, yaitu proses penggerusan akibat adanya gesekan pada permukaan
partikel.
Gambar 2.12 Abrasi
Proses peremukan selalu dilakukan dengan cara kering sedangkan proses
penggerusan dilakukan dengan cara basah atau kering.
Ada beberapa faktor penentuan penggerusan dengan cara basah atau dengan cara
kering (Kelly dan Spottiswood, 1982), yaitu :
1. Penggerusan dengan cara basah membutuhkan energi yang lebih rendah
dibandingkan cara kering.
2. Proses pengklasifikasian dengan cara basah relatif mudah dan memerlukan
ruang/tempat yang lebih kecil dibandingkan cara kering.
Bab II Teori Dasar
17
3. Proses penggerusan cara basah lebih ekonomis karena tidak memerlukan
dust collector dan tidak adanya proses pengeringan terlebih dahulu.
4. Korosi sering terjadi untuk penggerusan dengan cara basah sehingga
proses ini diperlukan konsumsi media gerus dan bahan pelapis yang lebih
banyak.
2.2.2 Pengayakan (Screening)
Proses pengayakan atau screening merupakan proses sizing atau pemisahan
mekanik yang berdasarkan ukuran bijih yang dilakukan setelah proses
penggerusan. Proses pengayakan akan memisahkan mineral-mineral berdasarkan
ukurannya. Alat yang digunakan berupa ayakan (screen). Untuk mineral-mineral
yang sangat halus screen dapat dibuat dari kawat logam yang ditenun (woven
metal wire).
Tujuan utama proses pengayakan (Wills, 1981), yaitu :
1. Mempersiapkan umpan yang berselang ukuran kecil untuk proses
konsentrasi.
2. Mencegah material-material undersize masuk ke dalam proses kominusi
ukuran kasar, misalnya operasi peremukan dan penggerusan mineral
halus.sehingga meningkatkan kapasitas dan efisiensi produk.
3. Mencegah material-material oversize masuk ke tahap berikutnya pada
operasi kominusi sirkuit tertutup.
4. Menghasilkan produk dalam kelompok fraksi ukuran tertentu.
Analisis hasil ayakan berupa fraksi sampel yang lolos dari bidang ayakan terhadap
sampel yang diayak. Analisis tersebut diberikan dalam bentuk basis kumulatif dari
setiap persentase sampel yang tidak lolos pada masing-masing screen.
Bab II Teori Dasar
18
Gambar 2.13 Seri Ayakan (Sieve Series)
Ukuran ayakan sudah tertentu dan biasanya dinyatakan dalam satuan mesh. Mesh
adalah satuan untuk menyatakan banyaknya lubang ayakan dalam satu inchi
panjang linier. Misalnya ukuran ayakan 100 mesh, artinya terdapat 100 lubang
ayakan dalam satu inchi panjang linier. Konversi ukuran mesh–µm pada ayakan
ditunjukkan pada tabel di bawah ini.
Tabel 2.1 Konversi ukuran ayakan mesh-µm
(Kelly dan Spotiswood, 1982)
Ukuran Ayakan
Standar ASTM
Standar Tyler
(mm)
(µm)
(mesh)
(mesh)
0,850
850
20
20
0,710
710
25
24
0,500
500
35
32
0,425
425
40
35
0,300
300
50
48
0,212
212
70
65
0,150
150
100
100
0,106
106
140
150
0,075
75
200
200
0,045
45
325
325
2.2.3 Konsentrasi
Tahap konsentrasi adalah tahap pemisahan yang didasarkan pada sifat-sifat fisik
dari mineral yang akan dipisahkan. Makin besar perbedaan sifat fisiknya akan
semakin baik hasil konsentrasinya.
Bab II Teori Dasar
19
Berdasarkan sifat fisik mineral, proses konsentrasi digolongkan ke dalam lima
kelompok (Wills, 1981), yaitu :
1. Sorting, pemisahan yang didasarkan pada perbedaan sifat optik (warna dan
kilap) dari mineral yang akan pisahkan.
2. Konsentrasi gravitasi (gravity concentration), didasarkan pada perbedaan
berat jenis dari mineral yang akan dipisahkan.
3. Pemisahan magnetik (magnetic separation), didasarkan pada perbedaan
sifat magnet dari mineral yang akan dipisahkan.
4. Pemisahan elektrostatik (electrostatic separation), didasarkan pada sifat
konduktivitas listrik dari mineral yang akan dipisahkan dan
5. Flotasi (flotation), didasarkan pada sifat permukaan mineral.
2.2.3.1 Konsentrasi Gravitasi
Konsentrasi gravitasi merupakan metode pemisahan mineral berdasarkan berat
jenis dan pengaruh gaya gravitasi, gaya dorong air, gaya gesek partikel, dan gaya
sentrifugal sehingga mempengaruhi perbedaan kecepatan pengendapan partikel
mineral dalam suatu media fluida. Proses konsentrasi dapat dilakukan dengan baik
bila memiliki syarat utama yaitu perbedaan berat jenis mineral berharga dengan
pengotor relatif besar.
Faktor-faktor yang mempengaruhi gerakan relatif partikel mineral dalam fluida
diantaranya ukuran, bentuk, dan berat jenis mineral yang akan dipisahkan.
Perbedaan ini akan mempengaruhi besarnya kecepatan terminal partikel mineral
tersebut dalam fluida.
Kecepatan terminal suatu partikel dinyatakan sebagai berikut (Gaudin,1939) :
Bab II Teori Dasar
20
1. Untuk partikel berukuran kasar (diameter partikel lebih besar dari 0,5 cm)
dengan menggunakan persamaan Newton, yaitu:
4.g.d ( D p − D f )
Vt =
3.Q.D f
(2-1)
2. Untuk partikel berukuran halus (diameter partikel lebih kecil dari 50 µm)
dengan menggunakan persamaan Stokes, yaitu:
Vt =
g .d 2 ( D p − D f )
Dengan
18µ
(2-2)
g = percepatan gravitasi
d = diameter partikel
Q = koefisien gesek atau tahanan spesifik
Dp= densitas padatan
Df = densitas fluida
µ = viskositas fluida
Vt = kecepatan terminal
Berdasarkan sifat gerak medianya, konsentrasi gravitasi dapat dibagi menjadi tiga
macam (Kelly dan Spottiswood, 1982), yaitu :
1. Pemisahan dalam media yang relatif tenang, contohnya adalah sink and
float separation atau heavy media separation.
2. Pemisahan dalam media yang bergerak horizontal/miring, contohnya
adalah pemisahan pada meja goyang dan humprey spiral dan
3. Pemisahan dalam media yang bergerak vertikal, contohnya adalah jigging.
2.2.3.2 Konsentrasi Gravitasi Metode Tabling
Proses konsentrasi metode tabling merupakan salah satu proses konsentrasi tertua.
Proses ini sudah digunakan sejak abad ke-19. Alat yang digunakan adalah meja
goyang. Meja goyang merupakan alat konsentrasi mineral yang memanfaatkan
Bab II Teori Dasar
21
gerakan fluida dan hentakan meja untuk memisahkan mineral-mineral dari
pengotornya. Secara umum, mineral-mineral yang dapat diproses pada meja
goyang berukuran lebih halus dibandingkan dengan ukuran mineral yang diproses
dengan metoda jigging (Curie, 1973).
(1). Komponen-komponen Meja Goyang
Komponen komponen yang terdapat pada meja goyang dijelaskan sebagai berikut:
a. Head motion
Head motion tertutup merupakan komponen utama atau dasar dari meja
goyang. Seperangkat head motion yang terdiri dari beberapa bagian antara
lain kedua pitman yang terbuat dari besi tempa, toggle yang terbuat dari
besi cor, dan roller bearing yang dilindungi oleh minyak pelumas yang
mengendalikan gaya gesek tertentu (Wills,1981). Bagian bagian alat dari
head motion ditunjukkan pada Gambar 2.14
Gambar 2.14 Head Motion dari Wilfley Table (Taggart,1976)
Bagian-bagian dari head motion ( Gambar 14) :
a. Pitman
b. Pulley-driven eccentric
c. Toggle
d. Yoke
e. Fixed block
f. Spring atau Pegas
g. Fixed block
h. Rod ( penghubung yoke dengan meja)
Bab II Teori Dasar
22
Mekanisme kerja alat head motion diawali dengan proses ketika meja
goyang sedang tidak dioperasikan spiral pegas (spring) dalam kondisi
memanjang atau meregang dan toggle dalam keadaan mendatar. Saat meja
goyang mulai dioperasikan, kedua pitman bergerak secara eksentrik
sehingga toggle dalam keadaan miring. Akibatnya dek meja bergerak ke
belakang atau mundur sampai pitman bergerak miring mencapai titik
paling atas dan spiral pegas merapat. Lalu pitman kembali bergerak turun
sehingga toggle dalam keadaan mendatar lagi dan spiral pegas kembali
merenggang. Akibatnya dek meja kembali bergerak maju ke depan.
Gerakan maju mundur terus berulang ketika meja goyang dioperasikan.
Gerakan tersebut bersifat asimetris karena gerakan mundur (tarik) lebih
kuat dibandingkan gerakan maju (dorong) (Gaudin, 1939).
b. Pengatur stroke (stroke adjustment)
Pengatur stroke pada meja goyang berupa sekrup yang dapat diputar yang
terdapat pada bagian luar head motion. Sekrup tersebut bila diputar ke arah
kanan, panjang sekrup akan semakin memendek mengakibatkan frekuensi
stroke makin berkurang dan panjang stroke semakin besar. Sekrup ini
berhubungan langsung dengan spiral pegas. Hal ini dapat dilihat bila
sekrup memendek, spiral pegas semakin ditekan ke dalam akibatnya gaya
lawan pegas bekerja makin besar dan pegas akan sulit bergerak merapatmerenggang (Outokumpu,2007).
Bab II Teori Dasar
23
Gambar 2.15 Head Motion dengan pengatur stroke
ditunjukkan tanda panah warna merah
c. Pengatur kemiringan
Kemiringan dek memegang peranan penting dalam operasi meja
goyang yang berkisar 1o-6o. Kemiringan dek dapat diatur dengan
memutar kran sekrup di bagian bawah dek. Konektor yang terpasang
miring merupakan penghubung antara dek dan kran sekrup. Besi
penumpu terdapat dibagian atas dari konektor yang berfungsi
menumpu dek. Bila kran sekrup diputar ke kanan besi penumpu akan
bergerak mendorong konektor sehingga kemiringan dek bertambah
(Outokumpu,2007).
d Dek (meja)
Dek merupakan alas meja berbahan koefisien gesek tinggi tempat
terjadinya proses tabling dan stratifikasi mineral yang terbuat dari
kayu, linoleum, karet, dan plastik dengan riffle yang tersusun di
atasnya (Wills, 1981).
Bab II Teori Dasar
24
Feed Box
Water Box
Wadah
Penampung
Konsentrat
Head Motion
Dek(Meja)
Wadah
Penampung
Tailing
Wadah
Penampung
Midling
Gambar 2.16 Komponen-komponen Wilfley Table
e. Riffle
Riffle berperan penting dalam peningkatan kapasitas di operasi meja
goyang. Riffle adalah suatu media sejenis tanggul yang ditempelkan di
atas dek dengan pola tertentu. Tipe riffle bermacam-macam sesuai
penggunaan masing-masing proses tabling. Biasanya riflle terbuat dari
kayu mahoni atau dari jenis kayu keras di atas permukaan dek yang
terlapisi linoleum. Riffle biasanya memiliki ketebalan ½ inch dan lebar
¼ inch (Gaudin,1939). Riffle berfungsi untuk menahan partikelpartikel berat agar tidak ikut terbawa aliran air pencuci dengan
membentuk arus eddy yang akan membantu proses konsentrasi mineral
umpan dan membentuk aliran turbulen yang mengakibatkan terjadinya
efek stratifikasi. Hubungan riffle dengan ukuran partikel dijelaskan
bahwa jika tinggi riffle terlalu rendah (bila dibandingkan terhadap
diameter partikel), maka partikel akan mudah terbawa laju aliran air
pencuci menuju ke zona tailing. Apabila tinggi riffle sangat tinggi
maka arus eddy tidak mampu mengaduk dan mengangkat partikel yang
berada di lapisan terbawah di daerah antar riffle. Oleh karena itulah,
partikel kasar yang mempunyai diameter besar membutuhkan riffle
yang tinggi sedangkan partikel halus membutuhkan riffle yang
rendah.(Burt,1984).
Bab II Teori Dasar
25
(a)
(b)
(c)
(d)
Gambar 2.17 Tipe riffle pada wilfley table (Taggart,1976)(a)pola standard riffle,
(b)tipe finishing riffle, (c)tipe roughing riffle dan (d) 1623 riffle
f. Drives (motor penggerak)
Motor merupakan komponen sumber penggerak meja goyang dengan
sumber energi berupa listrik atau bahan bakar minyak. Putaran rotor
pada
motor
ini
harus
bersifat
stabil
pada
wilfley
table
(Outokumpu,2007).
g. Kotak umpan (feed box) dan kotak air pencuci (water box)
Kotak umpan (feed box) merupakan kotak yang terletak di ujung kiri
atas dari dek. Kotak ini berfungsi sebagai tempat jatuh umpan dari
feeder ke atas permukaan dek melalui celah-celah pada bagian bawah
dinding kotak umpan yang selanjutnya aliran umpan menuju
permukaan dek.
Bab II Teori Dasar
26
Kotak air (water box) berada diantara kotak umpan dan saluran air
yang berfungsi mengalirkan air bersih ke atas permukaan dek melalui
celah di bagian bawah kotak tersebut. Selain itu, saluran air dengan
gate-gate mengatur aliran air bersih tersebut yang akan membantu
membersihkan dan mendorong mineral-mineral berat yang terjebak
dalam pengotor selama lintasan riffle.
h. Wadah penampung konsentrat, midling, dan tailing (launder)
Wadah penampung konsentrat, midling dan tailing ditempatkan di
sepanjang sisi yang lebih rendah permukaannya. Produk pemisahan
berupa konsentrat, midling dan tailing akan masuk pada wadah
penampungan masing-masing.
(2). Variabel-variabel Operasi pada Meja Goyang
Variabel-variabel operasi dapat diatur pada meja goyang untuk mengoptimalkan
proses pemisahan mineral. Gaudin (1939) membagi variabel menjadi dua jenis,
yaitu variabel rancangan dan variabel operasi. Variabel rancangan adalah variabel
yang sudah tetap. Variabel ini didasarkan pada fungsi dan tujuan penggunaan alat.
Variabel rancangan meliputi bentuk dan ukuran meja, bentuk dan susunan riffle,
bahan pelapis permukaan meja serta kadar dan ukuran umpan. Sementara variabel
operasi merupakan variabel-variabel yang dapat diubah selama proses konsentrasi
berlangsung untuk memperoleh hasil yang diinginkan. Variabel ini meliputi
panjang dan frekuensi stroke, laju pengumpanan, berat jenis pulp umpan,
kemiringan dek, dan letak penampungan produk.
Kelly dan Spottiswood (1982) membagi variabel-variabel tersebut dalam empat
bagian, yaitu variabel rancangan, kecepatan langkah, stroke dan kendali operasi.
Variabel rancangan meliputi bentuk meja, bentuk riffle, susunan riffle, bahan
pelapis permukaan meja dan kadar umpan. Kecepatan motor dan pulley size
termasuk dalam variabel kecepatan langkah. Sementara toggle dan setting getaran
Bab II Teori Dasar
27
termasuk dalam variabel stroke. Variabel kendali operasi mencakup kemiringan
meja, berat jenis pulp, laju air pencuci, dan letak penampungan produk.
Pada operasi konsentrasi dengan menggunakan meja goyang, variabel yang dapat
diatur oleh operator adalah variabel operasi. Hakim (1997) menggunakan variabel
operasi laju air pencuci, kadar umpan, berat jenis pulp, laju pengumpanan,
kemiringan meja, dan frekuensi stroke yang memfokuskan variabel panjang
stroke, laju air pencuci, laju pengumpanan, dan kemiringan dek untuk melihat
pengaruh ketiga variabel tersebut terhadap kadar dan perolehan.
Wijaya (2006) menititkberatkan menggunakan variabel operasi kemiringan dek,
ukuran butiran dan frekuensi stroke untuk melihat pengaruh ketiga variabel
tersebut terhadap peningkatan kadar dan perolehan.
(3). Proses Pemisahan pada Meja Goyang
Proses konsentrasi metode tabling merupakan proses pemisahan secara gravitasi
dengan prinsip utama perbedaan berat jenis mineral-mineral logam berharga dan
pengotornya. Jika perbedaan berat jenis tersebut besar maka pemisahan secara
gravitasi relatif mudah dilakukan akan tetapi bila sebaliknya maka pemisahan
dengan metode tabling sulit dilakukan.
Kriteria konsentrasi (KK) merupakan suatu perkiraan apakah proses konsentrasi
gravitasi dapat diterapkan untuk memisahkan mineral-mineral yang mempunyai
perbedaan berat jenis serta selang ukuran yang dapat dipakai serta secara spesifik
untuk menilai tingkat kesulitan pemisahan. KK merupakan hubungan antara berat
jenis mineral berat, pengotor, dan fluida yang digunakan untuk pemisahan. KK
dinyatakan dengan persamaan (Wills, 1981):
KK =
Dengan
Dh − D
f
Dl − D
f
(2-3)
Dh = berat jenis mineral berat
Bab II Teori Dasar
28
Dl = berat jenis mineral ringan
Df = berat jenis fluida yang digunakan
Tabel 2.2 menyatakan hubungan antara nilai KK dan tingkat kemudahan
pemisahan mineral berharga dan pengotornya dengan proses konsentrasi gravitasi
Tabel 2.2 Penggolongan pemisahan mineral berdasarkan
kriteria konsentrasi (KK) (Taggart,1976)
Nilai KK
< 1,25
Keterangan untuk Pemisahan Mineral
Pemisahan
mineral
tidak
mungkin
dilakukan dengan konsentrasi gravitasi
Pemisahan mineral masih dapat dilakukan
1,25 – 1,5
pada ukuran gravel (kerikil) 1-10 mm atau
16 mesh sampai 0,371 inch tapi tidak pada
ukuran sand 0,05-1 mm.
Pemisahan
1,5 – 1,75
mineral
kemungkinan
sulit
dilakukan. Batas maksimal ukuran partikel
(commercial lower size) sekitar 10 mesh
Pemisahan mineral dapat dilakukan pada
1,75 – 2,5
ukuran yang lebih halus daripada -65 +100
mesh.
> 2,5
Bab II Teori Dasar
Pemisahan mineral sangat mudah dilakukan
untuk semua ukuran partikel.
29
Proses pemisahan terjadi akibat adanya tiga gaya yang bekerja pada partikel
dalam fluida (Gaudin,1939), yaitu :
1. Gaya gravitasi. Untuk partikel bulat dengan jari-jari r, maka gaya gravitasi
sepanjang kemiringan adalah:
F1 = m . g .sin α
F1 =
(2-4)
4
π r3 g (Dp – Df) sin α
3
(2-5)
dengan F1 = Gaya tarik gravitasi
Dp = Berat jenis partikel
Df = Berat jenis fluida
α
= Sudut film terhadap arah horisontal
2. Gaya gesek antara partikel dengan permukaan bidang, dinyatakan dengan:
F2 = -
4
π r3 g ф (Dp – Df) cos α
3
(2-6)
F2 = gaya gesek partikel dengan permukaan bidang
ф = koefisien gesek
3. Gaya dorong fluida akan menyebabkan partikel dan fluida akan samasama bergerak
dengan kecepatan tertentu sehingga terjadi stratifikasi
secara vertikal (startifikasi diantara riffle) dan stratifikasi horisontal
(stratifikasi melintasi riffle). Di setiap pergerakan partikel dan fluida
terdapat tahanan partikel di dalam fluida merupakan fungsi dari kecepatan
pengendapan partikel relatif lambat dan aliran fluida yang bersifat laminer.
Gaya dorong fluida dengan adanya tahanan fluida adalah jumlah semua
gaya yang terjadi di partikel itu sendiri. Diasumsikan tahanan tersebut
merupakan tahanan stokes maka :
R=6πµrV
Sehingga gaya dorong fluida adalah:
Bab II Teori Dasar
30
F3 = -
9
k π r3 g Df sin α + 6 k π r2 g θ Df sin α – 6 k π r µ vp
2
(2-7)
dengan k = koefisien rancangan
F3 = gaya dorong fluida
vp = kecepatan partikel
θ = tebal aliran fluida
µ = viskositas fluida
Peranan ketiga gaya tersebut sangat menentukan perlapisan (stratifikasi) dan
urutan partikel dengan partikel besar ringan paling depan diikuti partikel kecil
ringan. Kemudian diikuti partikel besar berat serta partikel kecil berat paling
akhir.
Variabel-variabel yang menentukan kinerja ketiga gaya tersebut dalam proses
stratifikasi partikel, yaitu :
a. Pengaruh Riffle pada Proses pemisahan
Riffle yang terdapat pada meja berfungsi untuk menyebabkan arus
putar (arus eddy) di sekitarnya. Arus tersebut mengaduk dan
mengangkat partikel-partikel yang tersangkut di antara riffle-riffle
yang ditunjukkan pada Gambar 2.18 (a). Akibat adanya proses
pengadukan tersebut partikel akan mengalami proses stratifikasi.
Proses stratifikasi partikel secara vertikal akibat arus eddy dipengaruhi
oleh berat jenis dan ukuran partikel yang ditunjukkan pada Gambar
2.18 (b)
Bab II Teori Dasar
31
(a)
.
(b)
Gambar 2.18 Peran riffle dalam proses pemisahan (a) A adalah pengaruh
riffle terhadap arus eddy; B adalah arus eddy yang terjadi diantara riffle,
(Taggart,1976) (b) proses stratifikasi partikel
akibat adanya arus eddy. (Burt,1984)
Hal ini dapat dijelaskan dengan mengasumsikan benda jatuh bebas
dalam fluida, seperti ditunjukkan pada Gambar 2.16
m’g
mg
Ff
Gambar 2.19 Gerak jatuh bebas dalam fluida (Hakim,1997)
Jika suatu partikel berada dalam kesetimbangan di dalam suatu fluida
dengan densitas fluida (Df). Partikel di dalam fluida dipengaruhi gaya
gravitasi, gaya gesek yang diterima partikel dalam fluida dan gaya
dorong fluida akibat arus eddy . Maka pada keadaan setimbang gaya
pada partikel sebagai berikut :
Fg = m.g – m’.g
Fg = F1 =
4
π r3 g (Dp – Df)
3
(2-8)
(2-9)
dengan Ff = gaya dorong fluida ke atas akibat arus eddy
Bab II Teori Dasar
32
Fg = gaya berat partikel dalam fluida
b. Pengaruh Stroke terhadap Proses Pemisahan
Stroke merupakan variabel operasi yang penting dalam proses
konsentrasi menggunakan meja goyang. Stroke mendorong partikel ke
arah longitudinal (sejajar sumbu meja) dengan gerakan bolak-balik
secara asimetris sehingga dek (meja) mengalami gerakan mundur yang
lebih kuat daripada gerakan maju. Stroke mengakibatkan partikel
dengan densitas tinggi bergerak berlawanan arah dengan gerakan
mundur meja (menuju zona konsentrat).
Saat stroke menuju arah depan, ada gaya yang bergerak melawan arah
maju dek. Gaya yang berlawanan tersebut adalah gaya gesek antar
partikel dengan permukaan meja sehingga akan membentuk kecepatan
antara
permukaan
bidang
dengan
fluida.
Kecepatan
tersebut
mempengaruhi kecepatan fluida tiap kedalaman. Peristiwa ini
mempengaruhi kecepatan setiap partikel yang bergerak ke arah zona
konsentrat. Partikel paling bawah mempunyai kecepatan paling tinggi
sedangkan partikel yang berada pada posisi paling atas mempunyai
kecepatan paling rendah. Setelah keluar dari riffle, stroke berperan
mendorong partikel berat berukuran kecil paling jauh, disusul partikel
berat berukuran besar, kemudian partikel ringan berukuran kecil serta
partikel ringan berukuran besar menempati urutan paling akhir.
Panjang stroke dapat diatur sedangkan frekuensi stroke ada yang dapat
diubah dan ada pula yang dibuat tetap. Frekuensi yang dibuat tetap
tidak memiliki hubungan dengan panjang stroke. Untuk penelitian ini
panjang stroke dibuat tetap, tetapi frekuensi dapat diubah-ubah
(Gaudin,1939).
Bab II Teori Dasar
33
Gambar 2.20 Akhir pergerakan partikel pada shaking table (Gaudin,1939)
c. Pengaruh Kemiringan Dek terhadap Proses Pemisahan
Efek transportasi partikel-partikel yang akan dipisahkan pada meja
goyang dipengaruhi kemiringan dek dan bentuk riffle. Kemiringan dek
yang kecil (landai) menyebabkan kecepatan aliran fluida secara
tranversal rendah sehingga partikel terdorong masuk ke tempat
penampungan konsentrat.
mengakibatkan
banyak
Sementara kemiringan dek yang curam
partikel
bergerak
masuk
ke
tailing
(Curie,1973).
Dalam operasi konsentrasi menggunakan meja goyang, terdapat dua
macam kemiringan, yaitu kemiringan yang ditentukan dari sisi kotak
umpan sampai ujung sisi tailing (side tilt) dan kemiringan yang
ditentukan sepanjang pergerakan (motion) dari mesin penggerak
sampai ujung sisi konsentrat (longitudinal tilt). Longitudinal tilt
biasanya dibuat tetap. Ukuran partikel dan berat jenis partikel juga
mempengaruhi
kecepatan
partikel
pada
kemiringan
tertentu
(Burt,1984).
Bab II Teori Dasar
34
d. Pengaruh Ukuran Partikel Bijih terhadap Proses Pemisahan
Ukuran partikel bijih merupakan salah satu variabel penting lainnya
dalam proses pemisahan dengan meja goyang. Gaudin (1939)
mengemukakan mineral-mineral berukuran kasar dan halus dapat
diproses dengan meja goyang, tetapi berbeda cara penanganannya. Jika
mineral berukuran kasar diproses meggunakan jumlah umpan yang
banyak, air yang banyak, frekuensi stroke rendah, dan panjang stroke
tinggi. Gaya dorong fluida dan gaya gesek yang lebih besar untuk
mengangkat pengotor agar melewati riffle pada partikel berukuran
kasar. Hal ini dapat terjadi jika menggunakan jumlah air yang banyak
dan panjang stroke yang besar.
Sementara untuk partikel yang berukuran halus penanganannya
sebaliknya. Gaya dorong fluida yang diperlukan untuk mengangkat
mineral-mineral pengotor serta gaya gesek antara partikel-partikel
mineral dengan permukaan dek relatif lebih kecil. Bila diberikan
perlakuan yang sama dengan mineral-mineral berat, akan terjadi
ketidakseimbangan. Gaya dorong fluida lebih besar daripada gaya
gravitasi sehingga mineral-mineral berat pun akan ikut terangkat yang
akhirnya masuk ke dalam tailing. Hal ini mengakibatkan terjadinya
kehilangan (losses).
Chaterjee (1998) menyatakan bahwa kelompok pemisahan dengan
meja goyang adalah untuk bijih berukuran butiran sekitar 0,012 mm
sampai dengan 10 mm. Sementara untuk pemisahan mineral berukuran
0,007 – 0,1 mm sebaiknya digunakan Bartless Mozley table. Jenis
Crossbelt table juga dapat digunakan, tetapi khusus bagi mineral
dengan ukuran 0,005 – 0,06 mm.
Bab II Teori Dasar
35
Gambar 2.21. Klasifikasi pemisahan mineral berdasarkan
ukuran partikel (Chaterjee,1998)
Chaterjee (1998) menunjukkan adanya pengaruh ukuran butiran
terhadap recovery dalam metode tabling berbagai mineral seperti
cassiterite, wolframite, dan bijih besi seperti yang ditunjukkan Gambar
2.22. Gambar 2.22 juga menjelaskan partikel berukuran (5 µm) dapat
dilakukan proses pemisahan pemisahan dengan metode tabling
sehingga dengan makin bertambahnya ukuran partikel maka perolehan
konsentrat akan semakin meningkat.
Gambar 2.22 Pengaruh ukuran butiran partikel dengan perolehan
untuk mineral-mineral tertentu pada pemisahan tabling.
(A untuk cassiterite, B untuk wolframite dan
Bab II Teori Dasar
36
C untuk bijih besi) (Chaterjee,1998)
e. Pengaruh Laju Air Pencuci terhadap Proses Pemisahan
Laju air pencuci akan berperan dalam pemisahan secara transversal
(tegak lurus sumbu meja). Selain itu, air pencuci digunakan sebagai
sarana transportasi partikel dari kotak umpan ke penampungan produk
(Gaudin,1939).
Distribusi kecepatan berbeda untuk tiap kedalaman aliran fluida.
Kecepatan pada dasar lapisan sebesar nol dan maksimum pada lapisan
aliran fluida bagian atas. Hal ini merupakan asumsi dasar bahwa aliran
fluida bergerak secara laminer.
Sifat aliran fluida dapat ditentukan dari bilangan Reynold (Re). Bila Re
kurang dari 2100 maka aliran fluida bersifat laminer, tetapi bila lebih,
maka aliran bersifat turbulen. Bilangan Reynold dinyatakan dalam
persamaan:
4θ ⋅ D f ⋅ g ⋅ sin α
2
Re =
Dengan
3µ
(2-10)
Df : berat jenis fluida
θ : tebal aliran fluida
µ : viskositas fluida
α : kemiringan bidang
Pada bidang miring, gaya yang bekerja pada fluida dengan kemiringan
α adalah:
Fa = m . g .sin α
Bab II Teori Dasar
(2-11)
37
Dengan
Fa = Df . A .( θ – y ). g sin α
(2-12)
Keterangan :
Fa = gaya yang disebabkan pengaruh gravitasi
y = jarak dari dasar bidang laipsan
A = luas bidang lapisan pada fluida
g = percepatan gravitasi
Gaya yang dibutuhkan untuk menahan gerakan fluida sehingga
kecepatan pada tiap luas bidang lapisan relatif tetap (Gaudin,1939),
yaitu :
Fb
dv
=µ
A
dy
(2-13)
Fb = gaya penahan gerakan fluida
dv
= perubahan kecepatan relatif tiap perubahan kedalaman fluida
dy
Pada kondisi setimbang Fa = Fb
µ⋅A
dv
= D f ⋅ A ⋅ (θ − y ) ⋅ g ⋅ sin α
dy
dv D f .g . sin α
=
( θ − y)
dy
2µ
v=
D f .g . sin α
2µ
(2 θ − y) y
(2-14)
dengan v = kecepatan aliran fluida pada jarak y dari bidang.
Bab II Teori Dasar
38
(4). Jenis-jenis Shaking Table
Teknologi pemisahan mineral dengan metode konsentrasi pada aliran film
menggunakan meja goyang telah semakin berkembang. Berikut ini jenis-jenis
meja goyang yang telah dikembangkan :
a. Wilfley Table
Wilfley table adalah jenis shaking table yang umum dan banyak
digunakan. Wilfley table mulai diperkenalkan pada tahun 1895-1896,
menandai kemajuan besar dalam bidang pemisahan konsentrasi aliran
film. Kemajuan yang nampak dari wilfley table adalah diperkenalkannya
riffle dan head motion. Riffle memiliki fungsi meningkatkan kapasitas dan
membantu dalam pemisahan mineral kasar. Sementara head motion
memberikan gerakan bolak-balik dek saat proses pemisahan berlangsung
sehingga prosesnya berlangsung secara efektif (Gaudin,1939).
Gambar 2.23 Wilfley Table (Taggart,1976)
b. Garfield Table
Berbeda dengan wilfley table dalam hal penempatan riffle. Garfield table
memiliki riffle yang panjangnya yang sama dengan panjang dek. Proses
flowing film concentration tidak mengalami perubahan karena tidak
terdapat perubahan permukaan dek. Garfield table banyak digunakan
untuk operasi tabling umpan yang kasar dengan kapasitas bijih yang
dioperasikan lebih besar (Gaudin,1939).
c. Butchart Table
Bab II Teori Dasar
39
Perbedaan shaking table jenis ini dengan wilfley table terletak pada head
motion dan riffle. Butchart table mempunyai riffle yang bengkok ke arah
permukaan table yang lebih tinggi. Riffle memiliki panjang beberapa inchi,
sepanjang diagonal dek dari kotak umpan. Riffle ini memaksa partikelpartikel untuk terdorong agar bergerak jauh ke arah permukaan dek yang
lebih tinggi sebelum masuk dalam konsentrat. Butchart table hanya
berfungsi untuk pemisahan partikel kasar (roughing) (Gaudin,1939).
Gambar 2.24 Butchart Table (a) dan (b) full length riffling (c) digonally
terminated riffling (Taggart,1976)
d. Card Table
Perbedaan jenis ini dibandingkan dengan wilfley table terletak pada riffle.
Pada card table riffle yang terpotong masuk ke dalam linolium kemudian
mengarah ke bagian segitiga lebih panjang daripada yang terdapat dalam
linolium dalam bagian segi empat. Head motion pun mempunyai
perbedaan sedikit dengan wilfley table walaupun masih menggunakan
prinsip toggle dan pitman (Gaudin,1939).
Bab II Teori Dasar
40
Gambar 2.25 Riffle pada Card Table(Taggart,1976)
Gambar 2.26 Head Motion dari Card Table (Taggart,1976)
Bagian-bagian dari head motion ( Gambar 2.23) :
a. Fixed pins
b. Fixed toggle block
c. Fixed Pins
d. Lever arm
e. Upper end
f. Connecting arm
g. Crankshaft
h. Lever arm
i. P adalah pin
j. S adalah spring atau pegas
e. Deister dan Deister-Overstrom Table
Deister dan Deister-Overstrom table menggunakan head motion yang
berbeda dan kira-kira berbentuk belah ketupat (rhombohedral). Bentuk
belah ketupat ini memerlukan lantai dasar yang lebih kecil. Pada DeisterOverstrom table untuk pencucian batubara, setiap riffle yang kelima atau
keenam memiliki bentuk yang lebih tinggi dibandingkan dengan riffleBab II Teori Dasar
41
riffle yang yang lain. Hal ini membuat genangan air lebih dalam pada
daerah diantara riffle-riffle tersebut sehingga membantu pemisahan
partikel-partikel kasar (Gaudin,1939).
Gambar 2.27 Deister-Overstorm Table (a) sand table,
(b) slime table (Taggart,1976)
f. Plat-O Table
Meja goyang jenis ini mempunyai dua atau lebih bidang permukaan.
Ketinggian riffle dibuat tetap kecuali pada titik dimana permukaan dek
menaik untuk bertemu dengan bidang yang akan dibentuk oleh bagian atas
riffle (Gaudin,1939).
Bab II Teori Dasar
42
Gambar 2.28 Riffle pada Plat-O Table jenis triplex
untuk umpan kasar (Taggart,1976)
Bab II Teori Dasar
43