02. Proses Pengolahan Bauksit Menjadi Alumina-2 1371r

02. Proses Pengolahan Bauksit Menjadi Alumina

Rekayasa Bahan Galian Industri Wahab, S.Si., MT. Fakultas Ilmu dan Teknologi Kebumian Universitas Halu Oleo

Diagram alir proses dari bauksit menjadi aluminium: -2-3 t bauksit (bergantung grade alumina dan recovery pabrik)  1 t Al2O3  0,5 t Al

Tujuan pencucian bauksit: Menghilangkan silika reaktif yang dapat menurunkan efisiensi proses Bayer

Tipikal komposisi bauksit:      

35-60% Al2O3, 1-6% SiO2, 2-25% Fe2O3, 1-5% TiO2, 0.2-0.6% CaO+MgO, 0.01% Ga2O3

Aluminium dalam bauksit terutama berada dalam bentuk:  Gibbsite  Trihydroxide : -Al(OH)3, Al2O3.3H2O  Böhmite  Monohydroxide : -AlOOH, Al2O3.H2O  Diaspore  -AlOOH, Al2O3.H2O DI INDONESIA TIPE BIJIH UMUMNYA ADALAH GIBBSITE

Bauxite typical major composition

Sumber: ALCAN

Bauxite typical composition (major and minor or trace)

Sumber: ALCAN

Temperatur dan tekanan pelarutan berbagai mineral pada bauksit dalam larutan NaOH

Sumber: ALCAN

Penambangan dan Pencucian Bijih • Tambang bauksit adalah tambang terbuka karena keterdapatan bijih yang dekat permukaan tanah. • Negara-negara dengan tambang bauksit: Brazil, Australia, Jamaika, Indonesia, China • Setelah ditambang, bijih bauksit dicuci dulu untuk menghilangkan clay dan silika reaktif dalam bijih.

7

Pencucian bauksit. Contoh Diagram alir Crude bauxite

Hopper

Feeder

+ 50 mm

Scrubber Scrubber Product

Additional Water

Vibrating Screen 50 mm Opening

Screen Oversize + 50 mm

Jaw Crusher

Undersize

Additional Water

Double Deck Vibrating Screen 10mm & 3mm Opening

Screen Oversize + 10 mm

Screen Oversize + 3 mm Belt Conveyor

Undersize Additional Water

Vibrating Screen 12#

Screen Oversize + 12# Stockpile

Undersize

Tailing Pond 1 Overflow

Tailing Pond 2 Fresh Water Supply Pond

River

Recycled water

Contoh-contoh foto aktivitas pencucian bauksit di P. Bintan

Pabrik Pencucian Silika reaktif terbawa ke dalam material halus dan dipisahkan sebagai undersize proses washing (misalnya dengan shaking table) dan screening  disposed in tailing storage facilities.

10

Tiga tipe produk alumina 1. SGA (smelting grade alumina)  sebagai bahan baku pabrik peleburan aluminium

2. CGA (chemical grade alumina) - abrasive - refractory - ceramic - chemical industries (tooth paste, katalis, coating, etc). 3. Alumina hidrat (masih mengandung air kristal, tidak dilakukan kalsinasi)

Tipe produk dan penggunaannya (lanjutan) 3.

Alumina hidrat Alumina hidrat banyak digunakan sebagai bahan dasar beberapa industri kimia antara lain koagulan, filler, keramik dan lainnya. Jenis koagulan yang utama yang menggunakan alumina hidrat sebagai bahan baku utamanya adalah alumina sulfat (tawas) dan Poly-Aluminium Chloride (PAC).

Tawas adalah senyawa dengan rumus kimia Al2(SO4)3 sebagai hasil dari reaksi alumina hidrat Al(OH)3 dengan asam sulfat Al(OH)3 + H2SO4  Al2(SO4)3 Tawas biasa digunakan sebagai bahan kimia untuk penjernih air (koagulan) dan bahan baku utama pada instalasi pengolahan air industri (water treatment). 12

Perbedaan antara chemical grade alumina (CGA) dan smelter grade alumina (SGA) Parameter

SGA (Smelter Grade Alumina)

CGA (Chemical Grade Alumina)

Ukuran butiran

Relatif lebih kasar

Bervariasi dari halus hingga kasar, bergantung pada aplikasi produk dan kebutuhan pasar

-alumina (alpha phase)

Tidak banyak diperlukan (tipikal 25%)

Diperlukan.

Distribusi ukuran partikel

Tidak terlalu dipentingkan

Harus dikontrol untuk setiap penggunaan tertentu

Pengotor

Tidak terlalu ketat persyaratannya.

Perlu dikontrol dengan ketat

PROSES BAYER • Proses Bayer adalah satu-satunya rute proses yang diterapkan di industri untuk memproduksi alumina dari bauksit.

PROSES BAYER Pada dasarnya Proses Bayer terdiri dari 4 tahap utama dalam : 1. Digestion

2. Klarifikasi 3. Presipitasi 4. Kalsinasi 

DIGESTION Bauksit yang telah digerus halus direaksikan dengan larutan NaOH panas di dalam digester  larutan sodium aluminate (Na[Al(OH)4])

PROSES BAYER Diagram alir proses secara umum

Flowsheet Proses Bayer

PROSES BAYER

Digestion - Pelarutan aluminium dalam tangki bertekanan - Leaching agent: NaOH - Mengapa tidak dilakukan pelindian dengan asam? • Dalam asam, Fe dan Ti dalam mineral larut dan mengkonsumsi asam • presipitat Al(OH)3 dari pelindian asam berbentuk gel, sulit dicuci dan difiltrasi - Reaksi pelindian:

X = 1, bohmit, diaspore, X=3,Gibbsite, hydrargylite

PROSES BAYER

Digestion Pelindian dilakukan dalam reaktor silidris tegak bertekanan dan bertemperatur tinggi yang disebut DIGESTER. - Tipikal kondisi pelindian: - temperatur : 110 – 140 oC - tekanan : 400 kPA - konsentrasi NaOH : 140 g/l - waktu pelindian : 1 jam - temperatur : 180 –250 oC - tekanan : 800 kPA - Konsentrasi NaOH : 200- 300 g/l - Waktu pelindian : 2 - 4 jam

Contoh foto DIGESTER

GIBBSITE

BÖHMITE & DIASPORE

- Temperatur dan tekanan yang lebih tinggi kadang digunakan untuk meningkatkan laju pelindian  efek negatifnya korosi dan pelarutan oksida lain selain Al2O3

The Bayer Process Chemistry

Faktor-faktor yang mempengaruhi efektivitas proses digestion • Konsentrasi kaustik soda bebas dalam feed liquor • Persen alumina dalam bijih • Persen solid • Temperatur • Kadar silika reaktif dalam bijih bauksit

Efek Negatif Silika Reaktif • Semakin tinggi kandungan silika reaktif, konsumsi NaOH dan kehilangan alumina semakin meningkat. • Silika bereaksi dengan NaOH membentuk sodium silikat, Na2SiO3. SiO2 + 2NaOH  Na2SiO3(aq) + H2O • Sodium silikat kemudian bereaksi dengan sodium aluminat membentuk sodium aluminosilikat yang tidak larut  kehilangan alumina. 2NaAlO2(aq) + 2Na2SiO3 + 4H2O  Na2Al2Si2O8.2H2O(s) + 4NaOH

 Klarifikasi - Larutan kaya yang mengandung alumina dipisahkan dari mineral-mineral pengotornya yang tidak larut

dengan

pengendapan

(settling),

pengentalan

(thickening) dan penyaringan (filtration). - Campuran pengotor padat dikenal dengan istilah

RED MUD  lumpur merah. - Kandungan utama RED MUD: Fe2O3, SiO2 dan TiO2, Al2O3 serta Na2O, K2O, CaO dan MgO dalam

persentase lebih kecil.

PROSES BAYER

Klarifikasi - Pengotor dengan ukuran partikel kasar yang kandungan utamanya silika biasanya dipisahkan dengan siklon diikuti pencucian dan klasifikasi. - Partikel halus dipisahkan melalui serangkaian thickener yang biasanya ditambahkan juga flokulan untuk meningkatkan kejernihan liquid overflow-nya

- Overflow dari thickener kemudian disaring, umumnya menggunakan pressure filter untuk memisahkan solid yang masih terikut (trace solids) - Underflow dicuci sebelum didisposisi Contoh foto thickener dalam sebuah pabrik pengolah bauksit

 Presipitasi - Aluminium hydrate dikristalisasi dari larutan hasil pelindian: 2NaAlO2 + 4H2O  Al2O3.3H2O + 2 NaOH

~ kebalikan dari reaksi pelarutannya 

ditambahkan seeding berupa serbuk alumina hidrat untuk mempercepat proses kristalisasinya Contoh foto reaktor untuk presipitasi

Presipitasi alumina hidrat • Dilkukan dalam tangki dengan volume 4000 s/d 6000 m³ • Mempunyai kinetika yang lambat (hingga 48 jam)  menjadi pengendali laju proses secara keseluruhan • Fenomena yang terjadi saat presipitasi – Nukleasi – Agglomerasi – Pertumbuhan (growth) – Attrisi



Kalsinasi Hydrate dikalsinasi untuk menghasilkan Al2O3 murni untuk memproduksi logam Al atau untuk keperluan lain (CGA) Al2O33H2O  Al2O3 + 3H2O

Kalsinasi dilakukan dalam rotary kiln, fluidized bed roaster atau fluid flash roaster 

Regenerasi larutan Dilakukan dari unit pencucian red mud, pencucian alumina hidrat.

Kalsinasi • Pada proses kalsinasi dengan fluid flash roaster, alumina hidrat diumpankan secara counter current dengan udara panas hasil pembakaran fuel oil atau gas. • Pada rentang suhu 180-600oC, pertama-tama terjadi penghilangan free moisture yang diikuti dengan air kristal. • Pada suhu yang lebih tinggi terbentuk partikel yang berukuran lebih kasar (luas permukaan turun) • Pada suhu >1000oC terbentuk -alumina

Penanganan Red Mud • Fasilitas penimbunan residu (RSF/TSF) harus dirancang sedemikian rupa sehingga cukup untuk menampung red mud selama umur pabrik dengan memperhitungkan curah hujan pada lokasi dimana pabrik berada. • Air dalam red mud mempunyai pH dalam selang 12-13. Berdasarkan peraturan pemerintah (PP) No. 85 Tahun 1999 mengenai pengelolaan limbah berbahaya dan beracun dan PP No. 82 Tahun 2001 mengenai pengelolaan kualitas air dan pengendalian pencemaran air, air yang masuk ke lingkungan harus sesuai dengan baku mutu yang telah ditetapkan, diantaranya yaitu pH 6 – 9, zat padat terlarut (TDS)  1000 mg/L, zat padat tersuspensi (TSS)  100 mg/L, besi terlarut total  5 mg/L. 29

Contoh foto dampak kebocoran red mud di sebuah pabrik alumina di Hungaria.

Kejadian tersebut menimbulkan kerugian yang besar dan memerlukan waktu 1 tahun untuk ihkan limpahan red mud tersebut.

Penanganan Red Mud • Sebagian air dari fasilitas penimbuhan red mud akan dikeluarkan ke lingkungan. Olehkarenanya air ini harus dinetralisasi terlebih dahulu sebelum dikembalikan ke lingkungan. • Metode yang banyak diterapkan adalah penetralan dengan air laut. Air limbah yang sudah dinetralkan dengan air laut dapat dialirkan ke dalam laut dalam dengan asumsi karakteritiknya sudah sama dengan karakteristik air laut. • Metode pentralan lain: dengan air gambut, air asam tambang (bila tersedia di sekitar pabrik)

Pictorial flowsheet, sumber ALCAN

Pengembangan-pengembangan dan optimasi proses pemurnian alumina • Meningkatkan total recovery pabrik • Menurunkan konsumsi NaOH hingga 30 kg/ton Al2O3 dari sekarang di kisaran 40-50 kg/ton • Menurunkan dampak negatif silika reaktif, misalnya dengan proses pre-desilication • Mempercepat waktu proses, khususnya laju proses presipitasi alumina hidrat • Menurunkan scaling dan penyumbatan-penyumbatan (blockages) • Menurunkan kebutuhan air dengan sebanyak mungkin dilakukan recycle air.

Pengembangan-pengembangan dan optimasi proses pemurnian alumina (lanjt.) • Memperbaiki efisiensi penggunaan panas pada proses kalsinasi dan menurunkan konsumsi energi total pabrik pemurnian • Menurunkan biaya investasi pabrik < US $500/ton-alumina per tahun sehingga diperoleh IRR > 18% • Menurunkan biaya operasi pabrik • Menghasilkan produk dengan spesifikasi yang memenuhi kebutuhan pasar saat ini dan saat mendatang • Pengembangan fasilitas penimbunan red mud yang aman bagi lingkungan, Meminimalkan dampak lingkungan, memperbaiki kesehatan dan keselamatan kerja • Pemanfaatan red mud

Thank you for your attention! Wahab, S.Si, MT. Fakultas Ilmu dan Teknologi Kebumian Universitas Halu Oleo Jl. H.E.A. Mokodompit Kendari INDONESIA

Telefon : +62(0)852 4193 1125 E-Mail : [email protected]