Proses Pengolahan Nikel [PDF]

Citation preview

PROSES PENGOLAHAN NIKEL



Danang Jaya, S.T., M.T.



Perwitasari, S.T., M.Eng.



NIKEL  Nikel adalah komponen yang ditemukan banyak dalam meteorit



besi atau siderit yang mengandung alloy besi dan nikel berkadar 5-25%.



 Ditemukan oleh A. F. Cronstedt pada tahun 1751 dalam mineral



yang disebut kupfernickel (nikolit).



 Nikel ditemukan dalam mineral pentlandit, dalam bentuk



lempeng-lempeng halus dan butiran kecil bersama pyrhotin dan kalkopirit. Nikel biasanya terdapat dalam tanah yang terletak di atas batuan basa.



 Tambang Nikel di Indonesia terdapat di Kalimantan Barat,



Maluku, Papua, Sulawesi Selatan, Sulawesi Tengah, dan Sulawesi Tenggara.



Sifat-sifat Nikel



 Nikrom (60% Ni, 25% Fe, dan 15% Cr) pembuatan alat-alat   



 







laboratorium (tahan asam), kawat pada alat pemanas. Alnico (Al, Ni, Fe dan Co) sebagai bahan pembuat magnet yang kuat. Elektroplating (pelapisan besi, tembaga) [Ni(NH3)6]Cl2 dan [Ni(NH3)6]SO4. Serbuk nikel sebagai katalis seperti pada adisi H2 dalam proses pembuatan mentega, juga pada cracking menyak bumi. Bata alloy :3-5 % Ni + logam lain (keras, elastis). Platinit (baja dengan kadar nikel 35% dengan sedikit Mn dan C) digunakan sebagai kawat listrik yang ditanam dalam kaca seperti pada bohlam lampu pijar. Monel (60% Ni dan 40% Cu) bahan pembuatan uang logam, instrumen tranmisi listrik, dan baling-baling kapal laut.



PENAMBANGAN NIKEL Endapan nikel terdapat dalam 2 bentuk yang berbeda



nikel sulfida



nikel laterit (nikel oksida dan silika)



 Secara global  60% nikel laterit dan 40% nikel sulfida



dengan Indonesia sebagai produsen nikel laterit terbesar dan Afrika Selatan sebagai produsen nikel sulfida terbesar (duniatambang.co.id)



 Bijih nikel sulfida endapan nikel yang terjadi sebagai mineral



kompleks yang mengandung tembaga dan sedikit logam mulia serta kobalt. Bijih ini umumnya ditemukan dinegara seperti Kanasa, Australia dan Finlandia.  Bijih nikel laterit endapan yang massive di permukaan tanah



atau sub-surface, dengan karakteristik mineralogis yang cukup kompleks. Bijih ini banyak terdapat di Indonesia, Filipina, Kaledonia baru dan Dominika.  Di alam, proses penambangan nikel: 1)Mengupas tanah



permukaan (10-20 meter) 2) Lapisan tanah mengandung nikel berkadar tinggi selanjutnya diambil dengan menggunakan alat mekanis atau non mekanis dan diangkut untuk diolah di pabrik dan sebagaian ditimbun di sekitar wilayah perairan pesisir untuk selanjutnya dalam bentuk mentah di ekspor keluar negeri.



 Nikel terbentuk bersama dengan belerang dalam millerite (NiS),



dengan arsenik dalam galian nikolit (NiAs), dan dengan arsenik dan belerang dalam (nikel glance). Nikel juga terbentuk dengan chrom dan platina dalam batuan ultrabasa.  Di perairan nikel ditemukan dalam bentuk koloid (garam-garam



nikel) misalnya nikelamonium sulfat, nikel nitrat, dan nikel klorida bersifat larut dalam air.  Di muara sungai, nikel menunjukan konsentrasi yang semakin



meningkat dengan peningkatan kekeruhan. Peningkatan konsentrasi nikel terlarut pada tingkat kekeruhan yang tinggi terjadi karena proses desorpsi dari partikel-partikel yang ada dimuara sungai dan proses resuspensi.



Sistem penambangan nikel di indonesia adalah dengan sistem tambang terbuka seperti sistem open cast dan atau sistem open pit karena resouces dan reserve nikel umumnya terletak tidak terlalu dalam dari permukaan. Ada beberapa tahapan: 1) LAND CLEARING



Merupakan proses awal sebelum penggalian mineral bijih nikel dilakukan. Pada proses ini, vegetasi yang terdapat diatas cadangan nikel dibersihkan terlebih dahulu untuk memudahkan pembongkaran dan penggalian material tanah penutup dan bijih nikel yang akan dilakukan kemudian.



2) TOP SOILING



Pada tahap ini lapisan tanah pucuk (top soil) yang mengandung humus dan unsur hara dikupas, diangkut lalu ditimbun pada suatu lokasi khusus (dipisahkan dari material tanah penutup/overburden) yang telah dipersiapkan untuk menimbunnya (top soil bank). Hal ini dilakukan agar kondisi dan komposisi tanah pucuk tersebut tidak berubah dan dapat digunakan kembali setelah operasi penambangan selesai (saat proses reklamasi dan revegetasi)



3) PENGUPASAN DAN PENGANGKUTAN TANAH PENUTUP



(OVERBURDEN) Endapan cadangan timah (saprolit dan limonit) biasanya terletak dibawah lapisan tanah yang tidak mengandung atau memiliki kadar nikel yang rendah. Sehingga untuk menambangnya diperlukan overburden terlebih dahulu. Proses ini akan menggunakan kombinasi peralatan tambang berupa back hole dan dump truk. Tanah penutup yang telah dikupas tersebut kemudian akan ditimbun pada lokasi penimbunan (disposal area).



4) PENGUPASAN DAN PENGANGKUTAN BIJIH NIKEL



Setelah pengupasan lapisan tanah penutup selesai dilakukan, maka penambangan bijih nikel dapat dilakukan. Penambangan dilakukan dengan mengunakan kombinasi peralatan back hoe dan dump truck. Bijih nikel yang telah ditambang kemudian akan diangkut ke stock pile untuk di timbun sementara pada lokasi tambang, atau langsung menuju lokasi pabrik pengolahan maupun dikirim ke pelabuhan untuk dikrim ke lokasi yang telah ditentukan.



5) PENIMBUNAN



Kegiatan penambangan akan menghasilkan cekungan-cekungan pada bekas lokasi penambangan. Oleh karena itu, perlu dilakukan penimbunan pada lokasi bekas tambang sehingga perubahan bentang alam yang terjadi dapat diminimalisasi. Kegiatan penimbunan menggunakan kombinasi peralatan back hoe dan bulldozer.



6) PENGANGKUTAN



Material bijih nikel selanjutnya akan diangkut menuju lokasi pengolahan untuk diolah untuk menghasilkan bahan olahan nikel maupun pelabuhan untuk dikirim menuju pihak pembeli. Proses pengangkutan bijih nikel menggunakan kombinasi peralatan dump truck dan kapal tongkang (tug boat).



Penambangan Nikel



Pengolahan Nikel Laterit



Kominusi dan Sizing



Drying



Kalsinasi dan Reduksi Nikel Laterit Peleburan



Granulasi dan Pengemasan Pengkayaan



1) KOMINUSI DAN SIZING  Proses ini bertujuan untuk reduksi ukuran dari ore agar



mineral berharga bisa terlepas dari bijihnya. Berbeda dengan pengolahan emas, dalam tahap ini untuk nikel ore ini hanya dibutuhkan ukuran maksimal 30 mm sehingga hanya dibutuhkan crusher saja dan tidak dibutuhkan grinder. Sizing digunakan untuk menyeragamkan ukuran bijih nikel.



2) DRYING  Proses yang terjadi di dryer merupakan proses



pengeringan bijih nikel yang mengandung moisture (air) ±33% menjadi ±20% , dimana air yang terdapat didalam bijih akan menguap. Sumber panas di dryer berasal dari reaksi pembakaran gas/batu bara, dimana proses ini berlangsung pada temperatur 400-450oC.  Hasil tambang (ore)  diangkut ke apron feeder (ore



mengalami penyaringan dan pengaturan beban)diangkut dengan belt conveyor ke dryer atau tanur pengering ore yang sudah dikeringkan kemudian dihancurkan dan dikumpulkan di gudang bijih kering (Dry Ore Storage).



3) KALSINASI DAN REDUKSI  Bijih nikel di Dry Ore Storage pada dasarnya belum kering



secara sempurna, sehingga bijih dimasukkan dalam tanur reduksi untuk menghilangkan kandungan air bebas dan air kristal serta mereduksi nikel oksida menjadi nikel logam. Bijih masuk dengan komposisi pencampuran menggunakan ratio tertentu untuk menghasilkan komposisi silika magnesia dan besi yang sesuai dengan operasional tanur listrik.



 Selain itu dimasukkan pula batubara yang berfungsi sebagai



bahan pereduksi pada tanur reduksi maupun pada tanur pelebur yaitu untuk mengikat nikel dan besi reduksi yang telah tereduksi agar tidak teroksidasi kembali oleh udara maka ditambahkanlah belerang. Hasil akhir dari proses ini disebut kalsin yang bertemperatur sekitar 700˚C.  Tujuan utama proses ini adalah menghilangkan air kristal



yang ada dalam bijih,air kristal yang biasa dijumpai adalah serpentine (3MgO.2SiO2.2H2O) dan goethite (Fe2O3.H2O). Proses dekomposisi ini dilakukan dalam Rotary Kiln dengan tempetatur sampai 850oC menggunakan pulverized coal secara Counter Current.



4) PELEBURAN  Kalsin panas yang keluar dari tanur reduksi sebagai umpan



tanur pelebur dimasukkan ke dalam surge bin kemudian dibawa dengan transfer car ke tempat penampungan.  Furnace bertujuan untuk melebur kalsin hingga terbentuk



fase lelehan matte dan slag. Dinding furnace dilapisi dengan batu tahan api yang didinginkan dengan media air melalui balok tembaga. Matte dan slag akan terpisah berdasarka berat jenisnya. Slag kemudian diangkut ke lokasi pembuangan dengan kendaraan khusus.



 Proses peleburan dalam electric furnace adalah proses



utama dalam rangkaian proses ini. Reaksi reduksi 80% terjadi secara langsung dan 20% secara tidak langsung pada temperature sampai 1650oC. Reaksi reduksi langsung yang terjadi adalah sebagai berikut: NiO(l) + C(s)  Ni(l) + CO(g) FeO(l) + C(s)  Fe(l) + CO(g)



 Karbon disupplay dari Antracite (tergantung desain), dan



reaksi terjadi pada zona leleh elektroda. CO(g) yang dihasilkan dari reaksi ini ditambah dengan CO(g) dari reaksi boudoard mereduksi NiO dan FeO serta Fe2O3 melalui mekanisme solid-gas reaction (reaksi tidak langsung): NiO(s) + CO(g)  Ni(s) + CO2(g) CoO(s) + CO(g)  Co(s) + CO2(g)



FeO(s) + CO(g)  Fe(s) + CO2(g) Fe2O3(s) + CO(g)  2FeO(s) + CO2(g)



5) PENGKAYAAN



 Bertujuan untuk menaikkan kadar Ni di dalam matte dari



sekitar 27% menjadi di atas 75%.  Matte yang memiliki berat jenis lebih besar dari slag diangkut ke



tanur pemurni / converter untuk menjalani tahap pemurnian dan pengayaan. Proses yang terjadi dalam tanur pemurni adalah peniupan udara dan penambahan sililka.  Proses ini adalah menghilangkan/memperkecil kandungan sulfur



dalam crude Fe-Ni disebut Desulfurisasi. Desulfurisasi dilakukannya agar Fe-Ni dapat digunakan sebagai umpan untuk pembuatan Baja. Baja yang bagus kandungan Sulfurnya maksimal 20 ppm sedangkan kandungan Sulfur pada Crude Fe-Ni masih sekitar 0,3%. Oleh karenanya perlu diturunkan kandungan sulfurnya.



 Reaksi eksotermik sehingga tidak perlu pemanasan lagi pasca



smelting. CaC2(s) + S  CaS(s) + 2C (s) Na2CO3 + S + Si  Na2S + SiO2 + CO Na2CO3 + SiO2  Na2O.SiO2 + CO2  Proses selanjutnya adalah converting, merupakan bagian proses refining



yang mana bertujuan untuk menurunkan pengotor seperti Si, P, Cr dan C sesuai dengan kebutuhan. Reaksi yang terjadi lebih dominan oksidasi dari oksigen.



Si(l) + O2(g)  SiO2(l) ↔SiO2(l) + CaO(l) CaO.SiO2(l) Cr(l) + 5O2(g)  2Cr2O3(l) 4P(l) + 5O2(g)  2P2O5(l) ↔ 2P2O5(l) + CaO(l) CaO. P2O5(l) C(l) + ½ O2(g)  CO(g) C(l) + O2(g)  CO2(g)



6) GRANULASI DAN PENGEMASAN



Untuk mengubah bentuk matte dari logam cair menjadi butiran-butiran yang siap diekspor setelah dikeringkan dan dikemas. Matte dituang ke dalam tandis sembari secara terus menerus disemprot dengan air bertekanan tinggi. Proses ini menghasilkan nikel matte yang dingin yang berbentuk butiran-butiran halus. Butiran-butiran ini kemudian disaring, dikeringkan dan siap dikemas.



PROSES PENGOLAHAN NIKEL LATERIT



PIROMETALURGI TEKNOLOGI DAN PROSES PENGOLAHAN NIKEL LATERIT



HIDROMETALURGI NI MATTE NIKEL PIG IRON



PROSES PENGOLAHAN NIKEL LATERIT PIROMETALURGI



HIDROMETALURGI



Proses ekstraksi bijih nikel dengan menggunakan suhu tinggi. Teknologi ini digunakan untuk kriteria bijih dengan kadar nikel yang tinggi (> 1,5%). Hasil akhir berupa ferronikel dalam bentuk ingot atau granular nikel matte.



Proses ekstraksi bijih nikel menggunakan proses pelindian (leaching) dengan memakai reagen-reagen tertentu. Teknologi ini digunakan untuk pengolahan bijih nikel dengan kadar rendah. Hasil akhir pengolahan berupa nikel (Ni)



PIROMETALURGI



Produk Utama • Logam paduan ferronickel • Komposisi kimia: - High carbon Fe-Ni: 23,4% Ni; 1,75% C - Low carbon FeNi: 24,4% Ni; 0,01% C



Produk Samping • Terak • Campuran Logam Oksida



Kondisi Proses • Mempunyai kadar nikel tinggi (>2,2% Ni) • Rasio Fe/Ni rendah (5-6) • Kadar MgO Tinggi • Rasio SiO2/MgO > 2,5



PROSES PIROMETALURGI



Reduksi yang terjadi pada proses ini hanya sebagian dari besi baja yang dapat diikat menjadi terak, dan sebagian besar masih dalam bentuk ferro-nikel alloy. Reaksinya: 3FeS+3NiO → 3FeO+Ni3S2 + ½ S2 2FeO+SiO2 → 2FeO.SiO2



HIDROMETALURGI Bekerja pada tekanan atmosferik dan temperatur sekitar 100oC.



Dapat dipakai untuk memproses bijih limonit maupun saprolit, sehingga memaksimalkan penggunaan sumber daya laterit yang tersedia. Memiliki emisi CO2 yang rendah karena penggunaan energi fosil yang sangat rendah, hampir dapat memenuhi kebutuhan energi sendiri.



Residu yang dihasilkan berupa padatan dan tidak merusak lingkungan. Setelah pengeringan dapat disimpan di tempat penyimpanan. Dapat memisahkan nikel dari kobalt untuk menghasilkan 2 produk yang berbeda.



PROSES HIDROMETALURGI



 Pada proses ini konsentrat di leaching dengan larutan ammonia di dalam autoclave dengan tekanan ± 7 atm (gauge).  Tembaga, nikel dan kobalt larut kedalam larutan ammonia. Reaksinya: NiS + 2 O2 + n NH3 → n NH3Ni(NH3)nSO4  Oksida sulfida menimbulkan energi yang cukup banyak. Oleh karena itu autoclave harus didinginkan untuk menjaga agar suhu tetap bertahan ± 800oC. Belerang yang ada di dalam konsentrat di oksidasi menjadi S2O32-, S2O62-, SO42-



PROSES HIDROMETALURGI



 Sementara itu, besi dipisahkan sebagai ferri hidro oxide dan sulfat basa. Larutan tersebut dididihkan untuk memisahkan tembaga. Reaksi yang terjadi: Cu2+ + 2S2O32-  CuS + SO42- + S + SO2  Selanjutnya larutan berisi nikel dan kobalt ini diproses dalam autoclave dengan hidrogen pada tekanan 15 atm (abs) dan temepatur 175oC 225oC. Ni(NH3)2SO4 + H2  Ni(NH4)2SO4



Ni Matte



Produk Utama



Produk Samping



Kondisi Proses



• Nickel matte • Komposisi kimia: 70-78% Ni; 0,5-1% Co; 0,3-0,6% Fe; 18-22% S



• Terak • Campuran logam oksida



• • • •



Mempunyai kadar nikel tinggi (>2,2% Ni) Rasio Fe/Ni rendah (