Pertambangan : analisa kualitas batubara

TUGAS TEKNIK BATUBARA

1. ANALISA ULTIMATE BATUBARA

Batubara adalah bahan bakar organik yang komposisinya sangat kompleks dan semakin menjadi kompleks dengan adanya mineral (anorganik) yang terdapat di dalamnya. Karena begitu kompleksnya, struktur molekul batubara tidak pernah dianalisis untuk keperluan perdagangan. Analisis tersebut tidak perlu dilakukan karena saat batubara dibakar proses terbentuknya panas dan reaksi kimia yang berlangsung ternyata sangat cepat dan drastis sehingga para ahli yang mempelajari proses tersebut tidak berminat untuk mengamati struktur molekul batubara secara tepat.

Pada umumnya sistem dan analisis batubara dikembangkan dan digunakan secara luas untuk kepentingan perdagangan. Beberapa di antaranya bersifat mendasar dan hanya dilakukan untuk mengetahui hal-hal pokok unsur pembentuk batubara, misalnya untuk mengetahui kadar sulfur, karbon dan hidrogen yang ada di dalam batubara. Analisis lain yang bersifat lebih subyektif dan empirik, dilakukan untuk mengetahui pengaruh yang terjadi pada saat batubara dipanaskan dengan kondisi yang berbeda-beda.

Mineral yang terdapat di dalam batubara tidak akan terbakar melainkan akan teroksidasi menjadi abu. Analisis komposisi abu sampai ke unsur-unsur pembentukoya biasanya dilakukan untuk mengetahui karakteristik abu pada saat pembakaran. Komposisi abu ini tidak diperlukan dalam operasi pencucian batubara. Komposisi abu batubara harus sudah diteliti dengan seksama pada saat dilakukan perhitungan cadangan batubara, yaitu pada tahap kegiatan eksplorasi. Analisis untuk mengetahui jenis mineral yang terdapat di dalam batubara sebagai sumber pembentuk abu juga bisa dilakukan tetapi hal ini juga harus sudah dilakukan pada saat kegiatan tahap eksplorasi. Yang perlu dipahami adalah pada saat batubara dibakar akan terjadi oksidasi mineral yang ada di dalam batubara menjadi oksida dan akhirnya membentuk abu.

Analisis kimia batubara merupakan proses pemilahan unsur atau material menjadi bagian-bagian pembentuknya, dan proses penghitungan kadar dari masing-muiing unsur yang terkandung di dalam contoh batubara. Kegiatan analisis dilakukan di dalam laboratorium. Seperti sudah dijelaskan sebelumnya, mengingat struktur batubara yang sangat kompleks maka hasil analisis yang diperoleh harus diberi toleransi dengan mempertimbangkan kompleksnya struktur suatu batubara.

Analisis Proksimat

Analisis umum yang dilakukan pada batubara, baik oleh perusahan pertambangan arau oleh pembeli disebut sebagai analisis proksimat (proximate analysis). Analisis pioksimat ini cukup sederhana tetapi memerlukan peralatan khusus dan standar. Analisis proksimat terdiri dari empat nilai analisis yang jika dijumlahkan akan bernilai 100% yaitu:

- Kadar lengas (moisture)

- Kadar abu (ash)

- Zat terbang (volatile matter)

- Karbon tertambat (fixed carbon)

Keempat nilai ini tidak dapat memberikan gambaran data mengenai struktur batubara, tetapi sangat bermanfaat untuk mengetahui tingkat pemanfaatan batubara di dalam industri pengguna batubara. Analisis sederhana seperti ini digunakan untuk mengetahui penguruh penururun batubara pada kondisi yang berbeda-beda, yaitu pada suhu tinggi dan suhu rendah, serta dengan atau tanpa udara.

Lengas yang terdapat di dalam batubara, dapat menempel di permukaan partikel

batubara atau berada di dalam partikel batubara. Karena itu dikenal kadar lengas bebas (free moisrure), kadar lengas inherent (inherent moisture), dan kadar lengas total (total moisture). Kehilangan berat yang terjadi setelah sampel batubara yang diterima, digerus sampai berukuran 3 mm. dan langsung dipanaskan di dalam tungku pada suhu antara 105⁰C sampai 110⁰C dinyatakan sebagai kadar lengas total. Lengas bebas biasanya akan terlepas ke udara apabila batubara dibiarkan di dalam suatu ruang pada suhu kamar, sampai terjadi keietimbangan dengan kondisi udara di sekitarnya. Kehilangan berat selama sampel ditempatkan di dalam ruang pada suhu kamar disebut lengas bebas.

Lengas bebas terdapat di dalam batubara secara mekanik, pada permukaan dan di dalam craks serta pada lubang-lubang kapiler yang cukup besar, dan lengas bebas mempunyai tekanan uap normal. Kadar lengas bebas pada prinsipnya tergantung pada kondisi basah atau kering selama batubara terekspos saat penambangan, benefisiasi, transportasi, handling dan storage serta pada distribusi ukuran batubara, di mana batubara yang halus lebih banyak mengadsorpsi lengas dibandingkan batubara yang kasar.

Kadar lengas inherent (IM) diperoleh dari kehilangan berat yang terjadi setelah sampel batubara tanpa lengas bebas dipanaskan di dalam tungku pada suhu antata 105⁰C sampai 110⁰C. Seiara fisik lengas inherent terdapat dalam struktur pori internal batubara dan mempunyai tekanan uap lebih rendah dari tekanan uap normal. Lengas inherent relatif tidak sensitif pada kondisi atmosfir. Kadar IM dapat dianggap sebagai karakteristik dasar dari batubara, pada umumnya kadar lengas inherent semakin tinggi dengan semakin rendahnya peringkat batubara di mana antrasit mengandung sekitar 1- 2% IM, batubara low volatile bituminous mengandung 1-4% IM, batubara high volatile bituminous mengandung 5- 10% IM, dan lignit mengandung IM di atas 45%.

Kadar abu suatu batubara secara sederhana didefinisikan sebagai residu anorganik yang terjadi setelah batubara dibakar (complete incineration) dan pengukuran kadar abu ini merupakan bagian dari analisis proksimat. Kadar abu dihitung dengan cara membakar sampel batubara di dalam tungku pada suhu 815⁰C dan dengan mengalirkan udara secara lambat ke dalam tungku. Abu batubara terbentuk dari sisa pembakaran mineral-mineral yang terdapat di dalam batubara. Makin banyak mineral yang terdapat di dalam batubara maka kadar abunya juga akan makin tinggi. Salah satu tujuan operasi pencucian batubara adalah untuk menghasilkan batubara dengan kadar abu yang rendah, artinya kadar mineral di dalam batubara diturunkan. Kadar abu ini seringkali dikaburkan dengan istilah mineral matter. Kedua istilah ini mempunyai perbedaan yang sangat kecil, umumnya kurang dari I0% berat. Tidak ada metode sederhana yang secara langsung bisa menentukan kadar mineral matter. Melalui analisis abu dan pengetahuan mengenai kompleksitas mineral-miner4l yang terdapat di dalam batubara, maka dimungkinkan untuk memperkirakan kadar mineral matter dari kadar abu.

Zat terbang adalah bagian dari batubara yang menguap pada saat batubara dipanaskan tanpa udara (di dalam tungku tertutup) pada suhu 900⁰C. Zat terbang merupakan bagian dari batubaru yang mudah menguap misalnya CH₄ atau hasil dari penguraian senyawa kimia dan campuran kompleks yang membentuk batubara. Untuk menganalisis kadar zat terbang, sampel ditempatkan di dalam krusibel silika kemudian dimasukkan ke dalam tungku selama 7 menit. Setelah pemanasan akan tertinggal residu padat yang sebagian

besar terdiri dari karbon dan mineral-mineral yang telah berubah bentuk (tidak selalu abu).

Analisis proksimat harus dilakukan dengan mengacu pada standar internasional, acuan yang banyak dipakai adalah:

ISO 589 Hard coal - penentuan kadar lengas total
ISO 1171 Solid mineral fuels - penetuan kadar abu
ISO 562 Hardcoal and coke - penentuan kadar zat terbang

Nilai keempat yang dihitung dalam analisis proksimat adalah karbon tertambat, yang diperoleh dari 100% dikurangi jumlah nilai kadar lengas, kadar abu dan zat terbang. Tabel 6.1 di bawah ini memperlihatkan data beberapa analisis proksimat

Data pada Tabel 6.1 ini dinyatakan dalam basis adb (air dried base).

Analisis Ultimat

Jenis analisis batubara berikutnya yang bermanfaat terutama untuk menentukan kelas batubara adalah analisis ultimat. Analisis ini adalah cara yang paling sederhana untuk menunjukkan unsur pembentuk batubara dan dengan mengabaikan senyawa-senyawa kompleks yang ada dengan hanya menentukan unsur-unsur kimia pembentuk tyu yang penting. analisis batubara dan kokas biasanya didasarkan pada basis air dried basis (adb). Akan tetapi kadangkala hasil analisis diinginkan dengan basis yang lain. Basis (dasar) pelaporan yang umumnya dipakai adalah sebagai berikut:

As Received (ar)
Air Dried (ad)
Dry (d)
Dry, Ash free (daf)
Dry, Mineral Matter Free (dmmf)

Pada basis as received, berarti semua hasil analisis dihitung mundur dengan memasukkan kadar kadar lengas total dari sampel. Hal ini mungkin dilakukan jika batubara dalam keadaan sangat basah. Pada basis adb sampel batubara yang dianalisis ditempatkan di udara terbuka, kadar lengasnya secara perlahan akan mencapai keseimbangan dengan kelembaban udara. Jika kadar lengas dari sampel ini kemudian ditentukan maka diperoleh kadar lengas pada basis adb. Pada basis dry, artinya dalam keadaan kering maka kadar lengasnya adalah nol, analisis lainnya dapat dihitung dengan mudah misalnya menghitung kadar zat terbang dan kadar abu. Pada basis daf, analisis dilakukan dengan mengabaikan kadar abu dan kadar lengas yang ada dalam sampel, artinya kadar abu dan kadar lengasnya adalah nol. Karena kadar lengas dan kadar abu sudah diketahui, perhitungan ini menjadi sederhana. Analisis dengan basis daf berkaitan dengan adanya material organik yang murni. Pada basis dmmf, analisis ini diperlukan untuk memberikan gambaran mengenai komposisi organik mumi. Kadar abu dapat dihitung dengan mudah tetapi penghitungan mineral matter memerlukan metode yang lebih sulit dan memakan waktu. Tabel 3.4 berikut ini menunjukkan gambaran data analisis proksimat suatu batubara dengan basis yang berbeda-beda. Perbedaan nilai, misalnya, untuk kadar zat terbang menggambarkan pentingnya kehati-hatian untuk menghindari kebingungan mengenai basis yang digunakan pada saat mernbuat laporan data suatu hasil analisis.

Tabel3.4. Basis HasilAnalisis (% berat)

Pada Tabel 3.5 ditunjukkan keseluruhan parameter yang diperlukan untuk menganalisis kualitas batubara, disertai dengan keterangan mengenai pentingnya analisis data kualitas batubara dikaitkan dengan pemanfaatannya. Pada Tabel 3.6 disajikan faktorfaktor pengali yang dibutuhkan untuk mengkonversi hasil analisis pada suatu basis (dasar pelaporan) tertentu ke basis yang lain. Biasanya, rumusan tersebut tidak berlaku untuk parameter kualitas seperti karakteristik abu, sifat fisik seperti grindability index,abrasion index, dan sifat-sifat coking dan caking batubara.