📚 Eksplorasi & Komparasi Topik Dokumen
Pencarian topik
Hasil Dokumen
Ditemukan: 5 dokumenEKSTRAKSI LOGAM BESI DARI TERAK PELEBURAN TEMBAGA MENGGUNAKAN HYDROGEN PLASMA SMELTING REDUCTION (HPSR)
Tembaga merupakan salah satu logam yang paling penting di dunia dan digunakan secara luas. Pirometalurgi adalah rute yang paling banyak digunakan untuk memproduksi tembaga. Proses peleburan pada temperatur tinggi menghasilkan terak yang merupakan produk samping. Produksi 1 ton tembaga murni akan menghasilkan 2 – 3 ton terak peleburan tembaga. Penimbunan terak dalam skala besar dapat menimbulkan masalah lingkungan. Terak peleburan tembaga mengandung logam-logam bernilai ekonomi, salah satunya adalah besi. Pada penelitian ini, ekstraksi besi dari terak peleburan tembaga dipelajari menggunakan peleburan reduksi plasma hidrogen (hydrogen plasma smelting reduction/HPSR). Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh variasi durasi peleburan reduksi hidrogen terhadap produk hasil reduksi dan persen ekstraksi Fe dan Cu dalam logam. Serangkaian percobaan yang terdiri dari preparasi dan karakterisasi awal terak peleburan tembaga, proses reduksi dengan HPSR, dan karakterisasi produk hasil reduksi. Terak peleburan tembaga dari PT Smelting Gresik dilakukan karakterisasi awal dengan menggunakan XRD dan XRF. Percobaan reduksi dilakukan menggunakan reaktor HPSR dengan variasi durasi reduksi 30, 60, 120, 240, 360, 480, dan 600 detik, serta menggunakan 1 gram sampel dengan total laju alir gas campuran Ar-80% H2 sebesar 5 liter/menit. Produk hasil reduksi ditimbang kembali untuk mengetahui kehilangan berat akibat proses reduksi. Produk hasil reduksi kemudian dipreparasi dan dilakukan karakterisasi menggunakan Scanning Electron Microscope_Energy Dispersive Spectroscopy (SEM-EDS) untuk mengetahui komposisi kimia dan distribusi unsur pada logam dan terak yang terbentuk. Data ini digunakan untuk mengestimasikan persen ekstraksi Fe dan Cu dalam logam. Hasil penelitian menunjukkan bahwa bertambahnya durasi reduksi berpengaruh pada peningkatan kehilangan berat sampel dari 14,86% hingga 66,38%. Kadar Fe dalam logam selalu berada di atas 94% pada seluruh variasi durasi reduksi dengan kadar tertinggi sebesar 97,83% pada durasi reduksi 360 detik. Meskipun kadar Cu di logam mengalami penurunan, perubahannya tidak terlalu signifikan dan relatif berada pada rentang 1,21–1,33% pada durasi reduksi 360, 480, dan 600 detik. Persen ekstraksi Fe mulai melampaui 99% pada durasi reduksi 480 detik dan mencapai nilai tertinggi sebesar 99,43% pada durasi reduksi 600 detik. Sementara itu, persen ekstraksi Cu relatif stabil pada hampir seluruh durasi reduksi, dengan penurunan pada durasi reduksi 60 dan 480 detik. Selain itu, kadar FeO dalam terak menurun dari 36,89% pada durasi reduksi 30 detik hingga mencapai 0,38% pada durasi reduksi 600 detik. Kadar CuO dalam terak cenderung stabil di bawah 0,2%. Maka dari itu, HPSR berpotensi menjadi alternatif teknologi yang ramah lingkungan dalam memproduksi logam besi dari terak peleburan tembaga.
PRODUKSI LOGAM BESI BERKELANJUTAN DARI RESIDU BAUKSIT MENGGUNAKAN HYDROGEN PLASMA SMELTING REDUCTION (HPSR)
Residu bauksit merupakan sisa hasil pengolahan proses Bayer dalam produksi alumina, dengan rasio pembentukan yang hampir sebanding dengan jumlah alumina yang dihasilkan, yaitu sekitar 1,5 ton residu untuk setiap ton alumina. Residu ini bersifat sangat alkalis (pH mencapai 13) dan berpotensi mencemari lingkungan apabila tidak ditangani secara tepat. Residu ini banyak mengandung senyawa besi oksida yang berpotensi dimanfaatkan sebagai sumber logam besi sekunder. Mengingat proses produksi besi konvensional masih menghasilkan emisi CO2 yang tinggi dan menghadapi keterbatasan pasokan bahan baku primer, pemanfataan residu bauksit menjadi alternatif strategis yang lebih berkelanjutan. Untuk mendukung inisiatif tersebut, teknologi Hydrogen Plasma Smelting Reduction (HPSR) diusulkan sebagai alternatif yang lebih ramah lingkungan. Penelitian ini bertujuan mengetahui pengaruh variasi waktu reduksi terhadap karakteristik produk dan mengestimasikan perolehan logam besi. Serangkaian percobaan meliputi preparasi dan karakterisasi residu bauksit, proses peleburan dalam reaktor HPSR, dan karakterisasi hasil produk reduksi telah dilakukan. Residu bauksit dari PT Indonesia Chemical Alumina dikarakterisasi awal XRD dan XRF dengan fasa dominan hematit (Fe2O3) sebanyak 32,7%. Percobaan diawali dengan preparasi briket menggunakan Ca-bentonit 1% dan direduksi pada variasi waktu 15, 30, 60, 90, dan 120 detik (dua kali replikasi), campuran gas Ar-80% H2, total laju alir 5 liter/menit, dan berat sampel 1 gram. Hasil reduksi di-mounting, dipoles, dan dikarakterisasi menggunakan scanning electron microscopy-energy dispersive spectrocopy (SEM-EDS) untuk menentukan komposisi unsur di logam, oksida terak, dan distribusi unsur. Data ini digunakan untuk mengestimasikan perolehan logam besi berdasarkan kehilangan berat serta komposisi Fe, yang kemudian dibandingkan dengan perhitungan termodinamika menggunakan FactSage 8.3. Hasil percobaan menunjukkan bahwa peningkatan waktu reduksi berpengaruh terhadap karakteristik produk. Citra SEM-EDS menunjukkan bahwa area logam semakin homogen dan kaya besi seiring bertambahnya waktu reduksi. Rata-rata kadar Fe dalam logam berkisar antara 98,60–99,64%. Selain itu, kandungan FeO dalam terak menurun dari 31,98% (15 detik) hingga 2,99% (120 detik). Perolehan logam besi tertinggi sebesar 95,59% diperoleh hanya dalam waktu reduksi 120 detik, dengan kehilangan berat sebesar 56,60%. Nilai ini mendekati hasil perhitungan termodinamika menggunakan FactSage 8.3 yaitu sebesar 96,12% pada isotermal 1600 °C. Analisis distribusi unsur dan komposisi oksida yang homogen juga menunjukkan indikasi terjadinya reduksi langsung dari hematit menuju wustit bahkan langsung ke logam besi. Oleh karena itu, HPSR berpotensi sebagai alternatif teknologi yang ramah lingkungan dalam pemanfaatan residu bauksit menjadi logam besi yang berkelanjutan.
PRODUKSI BAJA TAHAN KARAT AISI SERI 300 DARI BIJIH NIKEL LATERIT DAN BIJIH KROMIT MENGGUNAKAN HYDROGEN PLASMA SMELTING REDUCTION (HPSR)
Baja tahan karat merupakan paduan yang memiliki aplikasi luas dikarenakan sifat ketahanan korosi dan sifat mekaniknya yang unggul. Secara konvensional, baja tahan karat diproduksi melalui duplex process dengan memanfaatkan feronikel (FeNi), ferokromium (FeCr), skrap baja sebagai bahan baku. FeNi dihasilkan melalui reduksi bijih nikel saprolit menggunakan karbon melalui teknologi rotary kiln-electric furnace (RK-EF) dan FeCr dihasilkan melalui reduksi bijih kromit menggunakan karbon melalui submerged arc furnace (SAF). Setelah itu, ketiga bahan baku dilebur di dalam electric arc furnace (EAF), lalu didekarburisasi menggunakan argonoxygen decarburization (AOD). Proses tersebut merupakan proses yang panjang dan menghasilkan emisi CO2 dalam jumlah yang signifikan karena masih menggunakan karbon berbasis fosil sebagai reduktor. Penelitian ini bertujuan untuk mengembangkan metode produksi baja tahan karat AISI seri 300 yang lebih ramah lingkungan dengan menggunakan Hydrogen Plasma Smelting Reduction (HPSR) dalam reduksi satu tahap. Bahan baku yang digunakan untuk memproduksi baja tahan karat pada penelitian ini adalah bijih nikel laterit dan bijih kromit. Terdapat dua metode yang lakukan pada penelitian ini, yaitu perhitungan termodinamika menggunakan FactSage 8.2 dan percobaan menggunakan HPSR. Perhitungan termodinamika dilakukan menggunakan basis data FactPS, FToxid, dan FTmisc yang tersedia pada FactSage 8.2. Tujuan dari perhitungan termodinamika pada penelitian ini adalah untuk mengidentifikasi kestabilan fasa campuran kalsin nikel laterit dan bijih kromit saat direduksi dengan gas hidrogen serta membandingkan hasil perhitungan dengan hasil percobaan menggunakan HPSR. Percobaan di laboratorium dilakukan dengan memvariasikan proporsi bijih kromit, laju alir gas hidrogen, dan durasi peleburan untuk menguji pengaruh ketiga variabel tersebut terhadap komposisi kimia logam dan oksida yang dihasilkan. Percobaan variasi proporsi bijih kromit dilakukan pada 10-50% bijih kromit pada briket. Variasi laju alir gas dilakukan pada 3, 4, dan 5 L/menit aliran gas H2/Ar. Variasi waktu reduksi dilakukan pada 60-240 detik dengan selang 30 detik. Seluruh percobaan dilakukan menggunakan campuran gas hidrogen dan argon dengan rasio H2:Ar (4:1). Hasil penelitian menunjukkan bahwa peningkatan proporsi bijih kromit dalam briket menghasilkan logam dengan kadar kromium yang lebih tinggi dengan kadar nikel yang lebih rendah. Peningkatan laju alir gas hidrogen dari 3 L/menit menjadi 5 L/menit mampu menghasilkan logam dengan kadar kromium yang lebih tinggi dan oksida dengan kadar kromium yang lebih rendah. Komposisi baja tahan karat AISI seri 300 diperoleh dari briket dengan proporsi bijih kromit sebanyak 30% dan laju alir 5 L/menit dengan waktu reduksi selama 120 detik. Komposisi kimia dari baja tahan karat yang dihasilkan adalah 64,36% Fe, 21,92% Cr, 10,08% Ni, dan 0,61% Si. Meskipun demikian, kandungan Cr2O3 dalam fasa oksida masih tinggi, yaitu sebesar 15,52%. Berdasarkan estimasi, Persen ekstraksi dari Fe, Cr, dan Ni secara berturut-turut adalah sebesar 90%, 43%, dan 100%. Hasil perhitungan menggunakan FactSage 8.2 menunjukkan tren yang mirip dengan ketiga variasi percobaan, terutama pada temperatur 1800 °C. Selain itu, kebutuhan hidrogen dalam pembuatan baja tahan karat menggunakan HPSR dapat menghemat konsumsi hidrogen hingga 43% bila dibandingkan dengan hasil perhitungan FactSage 8.2. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa teknologi HPSR memiliki potensi besar sebagai alternatif produksi baja tahan karat yang lebih ramah lingkungan dan berkelanjutan.
PRODUKSI GREEN FEROKROMIUM DARI BIJIH KROMIT MENGGUNAKAN HYDROGEN PLASMA SMELTING REDUCTION (HPSR)
Kromium merupakan salah satu komponen terpenting dalam baja paduan, terutama untuk baja tahan karat. Kromium dapat membentuk lapisan protektif pada permukaan baja tahan karat apabila terekspos ke udara. Kromium diproduksi pada umumnya dalam bentuk paduan ferokromium yang merupakan hasil reduksi dan pemurnian bijih kromit menggunakan karbon sebagai reduktor pada temperatur tinggi. Produk ferokromium yang dihasilkan melalui proses ini adalah high-carbon ferrochrome yang memiliki kadar karbon 6-9%. Proses ini menghasilkan emisi sebesar 5,4 ton CO2/ton high-carbon ferrochrome. Karbon dapat menjadi masalah dalam baja tahan karat karena dapat menyebabkan korosi intergranular membentuk Cr23C6. Hal ini membuat kadar kromium pada batas butir menurun sehingga menurunkan kemampuan tahan karat pada titik tersebut. Untuk menanggulagi hal ini, argon oxygen decarburization (AOD) dan/atau vacuum oxygen decarburization (VOD) digunakan untuk proses dekarburisasi. Hydrogen plasma smelting reduction (HPSR) dapat menjadi solusi untuk permasalahan emisi dan juga kadar karbon dalam ferokromium. Produksi ferokromium menggunakan proses ini diharapkan menghasilkan ferokromium bebas karbon dengan emisi yang lebih ramah lingkungan. Serangkaian percobaan reduksi bijih kromit menggunakan HPSR dilakukan untuk mempelajari pengaruh dari bahan imbuh SiO2 dan CaO, jumlah SiO2 sebagai bahan imbuh, dan durasi reduksi terhadap produk logam ferokromium yang dihasilkan. Percobaan diawali dengan karakterisasi awal bijih kromit menggunakan analisis Xray fluorescence (XRF) dan X-ray diffraction (XRD). Kalsin dolomit dan kalsin batu kapur sebagai sumber CaO dilakukan analisis awal menggunakan analisis XRF. Laju alir gas yang digunakan adalah 5 liter/menit dengan nisbah gas H2/Ar 4/1. Percobaan pengaruh penggunaan bahan imbuh SiO2 dan CaO dilakukan dengan menggunakan briket campuran sampel bijih kromit 2 gram dengan jumlah SiO2 dan CaO 10 %brt dengan durasi reduksi 60 detik. Percobaan untuk variasi jumlah SiO2 dilakukan dengan menggunakan briket campuran sampel bijih kromit 2 gram dan SiO2 dari 0 %brt hingga 20 %brt dengan durasi reduksi 60 detik. Variasi durasi reduksi diteliti dengan menggunakan briket campuran 1 gram bijih kromit dengan 20 %brt SiO2 dan durasi reduksi dari 30 hingga 360 detik. Hasil percobaan ii dilakukan analisis scanning electron microscopy – energy dispersive spectroscopy (SEM-EDS) untuk melihat komposisi kimia dari logam dan juga terak. Penggunaan SiO2 sebagai bahan imbuh memberikan kadar kromium dalam logam yang lebih tinggi dibandingkan penggunaan CaO dikarenakan SiO2 membantu proses reduksi dari bijih kromit dengan memfasilitasi pertukaran ion dari aluminium dan magnesium dengan ion kromium sehingga kromium oskida tereduksi, selain itu SiO2 dapat menurunkan titik leleh dari terak. Sementara itu, CaO pada umumnya ditambahkan untuk menurunkan viskositas pada terak dan titik leleh dari terak. Seiring dengan meningkatnya jumlah SiO2 yang digunakan, kadar kromium dalam logam meningkat. Dengan menggunakan 20 %brt SiO2, kromium dengan kadar 30,54% bisa didapatkan dalam logam. Kadar kromium dalam logam meningkat seiring dengan meningkatnya durasi reduksi. Besi oksida tereduksi terlebih dahulu dibandingkan dengan kromium oksida. Reduksi dari besi oksida selesai hanya dalam waktu 240 detik, dengan persen ekstraksi besi sebesar 98%, sedangkan reduksi kromium oksida selesai dalam waktu 360 detik dengan persen ekstraksi kromium sebesar 72%. Logam ferokromium dengan kadar kromium ±50% dapat dihasilkan hanya dalam waktu 240 detik, tetapi reduksi dari kromium oksida selesai dalam waktu 360 detik.
PRODUKSI GREEN FERONIKEL MENGGUNAKAN HYDROGEN PLASMA SMELTING REDUCTION (HPSR)
Indonesia memiliki cadangan nikel terbesar di dunia dalam bentuk bijih laterit dengan total 49 juta ton nikel. Produksi nikel Indonesia pada tahun 2022 mencapai 1,6 juta ton dan membuat Indonesia menjadi negara produsen nikel terbesar di dunia, dimana produksi tersebut didominasi dari pengolahan bijih nikel laterit tipe saprolit. Umumnya, bijih nikel saprolit diolah melalui proses pirometalurgi dengan rute Rotary Kiln-Electric Furnace (RKEF). Pengolahan melalui jalur ini mewakili 95% dari total jalur pengolahan bijih nikel saprolit di dunia. Pengolahan bijih nikel saprolit melalui RKEF dapat menghasilkan produk berupa feronikel dengan kandungan nikel sekitar 20-40%. Pemanfaatan feronikel telah menjadi krusial dalam berbagai industri di seluruh dunia, khususnya industri besi baja. Namun, jalur proses produksi feronikel melalui RKEF dapat mengemisikan 24,1 ton CO2e per ton feronikel sehingga menjadi industri ferroalloy dengan emisi terbesar. Pada Perjanjian Paris 2015 dan komitmen Perserikatan Bangsa-Bangsa (PBB) terhadap netralitas karbon, kebutuhan untuk mengurangi emisi ini menjadi sangat krusial. Selama beberapa dekade terakhir, penggunaan hidrogen sebagai reduktor mulai dilirik karena dinilai jauh lebih ramah lingkungan. Oleh karena itu, telah banyak inovasi untuk memanfaatkan gas hidrogen di skala lab dan industri. Salah satunya yakni melalui teknologi Hydrogen Plasma Smelting Reduction (HPSR). Walaupun berbagai penelitian terkait reduksi logam oksida telah mengungkap potensi dari teknologi ini, namun belum terdapat studi skala laboratorium yang mengungkap potensi produksi green feronikel menggunakan HPSR. Pada penelitian ini, bijih nikel laterit yang digunakan tipe saprolit. Bijih tersebut dipreparasi terlebih dahulu yang meliputi proses pengeringan dan karakterisasi. Karakterisasi dilakukan menggunakan X-Ray Diffraction (XRD) dan X-Ray Fluorescence (XRF) untuk mengetahui komposisi kimia pada bijih. Percobaan dilanjutkan dengan pembriketan bijih nikel, kemudian dimasukkan ke dalam reaktor HPSR. Produk feronikel yang dihasilkan dianalisis menggunakan Scanning Electron Microscope-Energy Dispersive Spectroscopy (SEM-EDS) agar komposisi kimia dari produk feronikel tersebut dapat diketahui dan dianalisis lebih lanjut. Hasil penelitian menunjukkan bahwa bijih nikel laterit yang diolah menggunakan HPSR harus dikalsinasi terlebih dahulu untuk memastikan bahwa proses peleburan dan reduksi dapat berlangsung efektif. Green feronikel dapat diproduksi dengan cepat melalui proses HPSR hanya selama 180 detik dengan kadar 70,64% Fe dan 23,98% Ni, serta sulfur dan fosfor tidak terdeteksi. Akibatnya, proses desulfurisasi dan defosforisasi dapat dihilangkan. Produk green feronikel ini juga sesuai dengan perhitungan termodinamika yang dilakukan menggunakan perangkat lunak FactSage 8.2. Selain itu, parameter proses berupa total laju alir gas dan berat sampel juga dianalisis. Hasil analisis menunjukkan bahwa komposisi green feronikel maupun terak yang dihasilkan tidak dipengaruhi secara signifikan oleh laju alir gas, sementara berat sampel berpengaruh signifikan. Oleh karena itu, produksi green feronikel menggunakan HPSR sangat berpotensi untuk dikembangkan lebih lanjut.