PROSES PENGOLAHAN BIJIH NIKEL

Nikel ditemukan oleh Cronstedt pada tahun 1751 dalam  mineral yang disebutnya kupfernickel (nikolit). Nikel adalah komponen yang ditemukan banyak dalam meteorit dan menjadi ciri komponen yang membedakan meteorit dari mineral lainnya. Meteorit besi atau siderit, dapat mengandung alloy besi dan nikel berkadar 5-25%. Nikel diperoleh secara komersial dari Pentlandit (Ni,Fe)S dan Pirotit di kawasan Sudbury Ontario, sebuah daerah yang menghasilkan 30% kebutuhan dunia akan nikel. Deposit nikel lainnya ditemukan di Kaledonia Baru, Australia, Cuba, dan Indonesia.

Berdasarkan tahapan proses, pengolahan nikel dapat dilakukan dalam  tiga tahapan proses, yaitu Tahap Preparasi, Tahap Pemisahan, dan Tahap Dewatering. Kegiatan pengolahan ini bertujuan untuk membebaskan dan memisahkan mineral berharga dari mineral yang tidak berharga atau mineral pengotor sehingga setelah dilakukan proses pengolahan dihasilkan konsentrat yang bernilai tinggi dan tailing yang tidak berharga. Metode yang dipakai bermacam-macam tergantung dari sifat kimia, sifat fisika, sifat mekanik dari mineral itu sendiri.

Nikel merupakan logam berwarna putih keperak – perakan, ringan, kuat antin karat, bersifat keras, mudah ditempa, sedikit ferromagnetis, dan merupakan konduktor yang agak baik terhadap panas dan listrik. Nikel tergolong dalam grup logam besi-kobal,  yang dapat menghasilkan alloy yang sangat berharga. Spesifik gravitynya 8,902 dengan titik lebur 14530C dan titik didih 27320C, resisten terhadap oksidasi, mudah ditarik oleh magnet, larut dalam asam nitrit, tidak larut dalam air dan amoniak, sedikit larut dalam hidrokhlorik dan asam belerang. Memiliki berat jenis 8,8 untuk logam padat dan 9,04 untuk kristal tunggal.

Secara umum, mineral bijih di alam ini dibagi dalam 2 (dua) jenis yaitu mineral sulfida dan mineral oksida. Begitu pula dengan bijih nikel, ada sulfida dan ada oksida. Masing-masing mempunyai karakteristik sendiri dan cara pengolahannya pun juga tidak sama.

Bijih nikel dari mineral oksida (Laterite) ada dua jenis yang umumnya ditemui yaitu Saprolit dan Limonit dengan berbagai variasi kadar. Perbedaan menonjol dari 2 jenis bijih ini adalah kandungan Fe (Besi) dan Mg (Magnesium), bijih saprolit mempunyai kandungan Fe rendah dan Mg tinggi sedangkan limonit sebaliknya. Bijih Saprolit dibagi dalam 2 jenis berdasarkan kadarnya yaitu HGSO (High Grade Saprolit Ore) dan LGSO (Low Grade Saprolit Ore), biasanya HGSO mempunyai kadar Ni ≥ 2% sedangkan LGSO mempunyai kadar Ni < 2%.

Adapun tahap-tahap yang dilakukan untuk melakukan proses pengelolahan nikel melalui beberapa tahapan utama yaitu, crushing, Pengering, Pereduksi, peleburan, Pemurni, dan Granulasi dan Pengemasan.

TAHAPAN-TAHAPAN DALAM PROSES PENGOLAHAN BIJIH NIKEL

1.  KOMINUSI

Kominusi adalah suatu proses untuk mengubah ukuran suatu bahan galian menjadi lebih kecil, hal ini bertujuan untuk memisahkan atau melepaskan bahan galian tersebut dari mineral pengotor yang melekat bersamanya. Kominusi bahan galian meliputi kegiatan berikut:

    a.  Crusher;

yaitu suatu proses yang bertujuan untuk meliberalisasi mineral yang diinginkan agar terpisah dengan mineral pengotor yang lain. Dimana proses ini bertujuan juga untuk reduksi ukuran dari bahan galian atau bijih yang langsung dari tambang (ROM = run of mine) dan berukuran besar-besar (diameter sekitar 100 cm) menjadi ukuran 20 - 25 cm bahkan bisa sampai ukuran 2,5 cm.

Alat yang digunakan pada Primary Crusher dan Secondery Crusher antara lain:

1. Jaw crusher

2. Gyratory crusher

3. Cone crusher

4. Roll crusher

5. Impact crusher

6. Rotary breaker

7. Hammer mill

b.  Grinding;

Merupakan tahap pengurangan ukuran dalam batas ukuran halus yang diinginkan. Tujuan Grinding adalah mengadakan liberalisasi mineral berharga, Mendapatkan ukuran yang memenuhi persyaratan industri serta untuk mendapatkan ukuran yang memenuhi persyaratan proses.

2. SIZING

Merupakan proses pemilahan bijih yang telah melalui proses kominusi sesuai ukuran yang dibutuhkan. Kegiatan Sizing meliputi Screening yaitu Salah satu pemisahan berdasarkan ukuran adalah proses pengayakan (screening). Sizing dibagi menjadi dua antara lain:

a.  Pengayakan/ Penyaringan (Screening/ Sieving)

Pengayakan atau penyaringan adalah proses pemisahan secara mekanik berdasarkan perbedaan ukuran partikel. Pengayakan (screening) dipakai dalam skala industri, sedangkan penyaringan (sieving) dipakai untuk skala laboratorium.

- Produk dari proses pengayakan/ penyaringan ada 2 (dua), yaitu antara lain:

1. Ukuran lebih besar daripada ukuran lubang-lubang ayakan (oversize).

2. Ukuran yang lebih kecil daripada ukuran lubang-lubang ayakan (undersize).

- Saringan (sieve) yang sering dipakai di laboratorium yaitu antara lain:

1. Hand sieve

2. Vibrating sieve series/ Tyler vibrating sive

3. Sieve shaker/ rotap

4. Wet and dry sieving.

- Sedangkan ayakan (screen) yang berskala industri yaitu antara lain:

1. Stationary grizzly

2. Roll grizzly

3. Sieve bend

4. Revolving screen

5. Vibrating screen (single deck, double deck, triple deck, dan lain-lain)

6. Shaking screen

7. Rotary shifter.

b.  Klasifikasi (Classification)

Klasifikasi adalah proses pemisahan partikel berdasarkan kecepatan pengendapannya dalam suatu media (udara atau air). Klasifikasi dilakukan dalam suatu alat yang disebut classifier.

Produk dari proses klasifikasi ada 2 (dua), antara lain:

1. Produk yang berukuran kecil/halus (slimes) mengalir di bagian atas disebut overflow.

2. produk yang berukuran lebih besar atau kasar (sand) mengendap di bagian bawah (dasar) disebut underflow.

Proses pemisahan dalam Classifier dapat terjadi dalam tiga cara (concepts), yaitu:

Produk yang berukuran lebih besar/kasar (sand) mengendap di bagian bawah (dasar) disebut underflow.

Proses pemisahan dalam classifier dapat terjadi dengan tiga cara, yaitu:

a. Partition concept

b. Tapping concept

c. Rein concept.

3. DRYING

Yaitu proses untuk membuang seluruh kandung air dari padatan yang berasal dari konsentrat dengan cara penguapan (evaporization/ evaporation). Peralatan atau cara yang dipakai ada bermacam-macam, antara lain:

a. Hearth type drying/ air dried/ air baked;

yaitu pengeringan yang dilakukan di atas lantai oleh sinar matahari dan harus sering diaduk (dibolak-balik).

b. Shaft drier;

ada dua macam, yaitu:

(1). Tower drier; material (mineral) yang basah dijatuhkan di dalam saluran silindris vertikal yang dialiri udara panas (800 – 1000).

(2). Rotary drier; material yang basah dialirkan ke dalam silinder panjang yang diputar pada posisi agak miring dan dialiri udara panas yang dihasilkan dari pembakaran Pulverized Coal dan Marine Fuel dalam Hot Air Generator (HAG) secara berlawanan arah.

4. CALCINING (PEMANGGANGAN)

Tujuannya untuk menghilangkan kandungan air di dalam bijih, mereduksi sebagian nikel oksida menjadi nikel logam, dan sulfidasi. Setelah proses drying, bijih nikel yang tersimpan di gudang bijih kering pada dasarnya belumlah kering secara sempurna, karena itulah tahapan ini bertujuan untuk menghilangkan kandungan air bebas (Moisture Content) dan air kristal (Crystalized Water) yang biasa dijumpai adalah Serpentine (3MgO.2SiO2.2H2O) dan Goethite (Fe2O3.H2O) serta mereduksi nikel oksida menjadi nikel logam. Proses ini berlansung dalam tanur reduksi. Bijih dari gudang dimasukkan dalam tanur reduksi 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. 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 7000­C.

Reaksi dekomposisi air Kristal yang terjadi adalah sebagai berikut:

a. Serpentine

Reaksi dekomposisi dari Serpentine adalah sebagai berikut:

3MgO.2SiO2.2H2O = 3 MgO + 2 SiO2 + 2 H2O

Reaksi ini terjadi pada temperatur 460-650 C dan tergolong reaksi endotermik. Pemanasan lebih lanjut MgO dan SiO2 akan membentuk forsterite dan enstatite yang merupakan reaksi eksotermik.

2 MgO + SiO2 = 2MgO.SiO2

MgO +SiO2 = MgO.SiO2

b. Geothite

Reaksi dekomposisi dari Goethite adalah sebagai berikut:

 

Fe2O3.H2O = Fe2O3 + H2O

Reaksi ini terjadi pada temperatur antara 260C – 330C dan merupakan reaksi endotermik.
Di samping menghilangkan air kristal, pada proses ini juga biasanya didesain sudah terjadi reaksi reduksi dari NiO dan Fe2O3. Dalam teknologi Krupp Rent, semua reduksi dilakukan dalam Rotary Kiln dan dihasilkan luppen. Sedangkan dalam Technology Electric Furnace, hanya sekitar 20% NiO tereduksi secara tidak langsung dalam Rotary Kiln menjadi Ni dan 80% Fe2O3 menjadi FeO sedangkan sisanya dilakukan dalam Electric Furnace. Produk dari Rotary Kiln ini disebut dengan Calcined ore dengan kandungan Moisture sekitar 2% dan siap dilebur dalam Electric Furnace.

5. PELEBURAN DI TANUR LISTRIK

Untuk melebur kalsin hasil kalsinasi/ reduksi sehingga terbentuk fasa lelehan matte dan Slag. Kalsin panas yang keluar dari tanur reduksi sebagai umpan tanur pelebur dimasukkan kedalam surge bin lalu 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 kelokasi pembuangan dengan kendaraan khusus.

Bagan Alir Tipikal Pembuatan Feronikel

6. PENGKAYAAN DI TANUR PEMURNI

Bertujuan untuk menaikkan kadar Ni di dalam matte dari sekitar 27 persen menjadi di atas 75 persen. 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. Silika ini akan mengikat besi oksida dan membentuk ikatan yang memiliki berat jenis lebih rendah dari matte sehingga menjadi mudah untuk dipisahkan.

Bagan Alir Tipikal Pemurnian Feronikel

CATATAN REAKSI KIMIA DALAM TANUR LISTRIK DAN TANUR PEMURNI;

Proses peleburan dalam Electric Furnace adalah proses utama dalam rangkaian proses ini. Reaksi reduksi langsung yang terjadi adalah sebagai berikut:

NiO(l) + C(s) = Ni(l) + CO(g)

FeO(l) + C(s) = Fe(l) + CO(g)

Beberapa material yang mempunyai afinitas yang tinggi terhadap oksigen juga tereduksi dan menjadi pengotor dalam logam.

SiO2(l) + 2C(s) = Si(l) + 2CO(g)

Cr2O3(l) + 3C(s) = 2Cr(l) + 3CO(g)

P2O5(l) + 5C(s) = 2P(l) + 5CO(g)

3Fe(l) + C(s) = Fe3C(l) 

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)

Oksida stabil seperti SiO2, Cr2O3 dan P2O5 tidak tereduksi melalui reaksi tidak langsung.

7. GRANULASI DAN PENGEMASAN

Untuk mengubah bentuk matte dari logam cair menjadi butiran-butiran yang siap diekspor setelah dikeringkan dan dikemas. Matte dituang kedalam 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.

8. PENGGUNAAN

Nikel digunakan dalam: campuran logam-logam bukan besi (non ferrous alloys), baja tahan karat (stainless stell), baja jenis lain, melapisi logam-logam (electroplating), campuran yang tahan akan listrik dan suhu tinggi, besi tuang, katalisator, keramik, magnet, dan lain-lain.