B BDa A u

Pneia U r n e gcl n k a u Pri e Pdt atkl a a

Proses pengecilan ukuran dilakukan dengan cara menghancurkan/memecah partikel padat menjadi bagian yang lebih kecil. Proses ini dapat merupakan awal suatu proses ataupun merupakan proses akhir. Contoh dari aplikasi proses pengecilan ukuran, antara lain: pada pertambangan biji besi, batubara, kapur ; Pembuatan katalis : memotong lembaran plastik, dan lain sebagainya. Metoda yang digunakan adalah dengan melakukan penekanan, pemukulan, penggerusan, ataupun pemotongan. Kriteria alat yang ideal adalah : memiliki kapasitas yang besar, energi yang dibutuhkan per satuan produk kecil, hasil proses memiliki distribusi ukuran sesuai dengan ukuran yang diinginkan. Efisiensi operasi didasarkan pada kebutuhan energi untuk membentuk permukaan baru. Pada kenyatannya operasi pengecilan ukuran tidak menghasilkan produk dengan ukuran yang benar benar seragam. Produk selalu terdiri dari campuran partikel dengan diameter yang beragam, dari partikel dengan diameter terbesar tertentu hingga partikel yang terkecil. Bila umpan cukup homogen, maka bentuk produk akan seragam walaupun tetap ada sedikit variasi ukuran partikel. Perbandingan antara diameter produk terbesar dan diameter produk terkecil pada operasi pengcilan ukuran berkisar 104. Karena besarnya ukuran partikel produk cukup bervariasi, harus ditetapkan suatu cara untuk menetapkan ukuran partikel rata rata. Seperti telah dibahas pada bagian sebelumnya ukuran partikel rata- rata dapat dihitung dengan sejumlah cara. 1.1. Kebutuhan energi Energi merupakan komponen biaya yang terbesar dalam operasi pengecilan ukuran. Pada saat operasi berlangsung, alat pengecil ukuran memberikan energi pada partikel. Energi tersebut terakumulasi dalam partikel dan terus meningkat hingga harganya lebih besar dari energi ikatan antar partikel. Hal tersebut mengakibatkan partikel

6

7

terpecah dan bersamaan dengan itu panas yang terkandung dalam partikel dilepaskan ke lingkungan. Perbandingan antara energi permukaan yang terbentuk dan energi yang diserap partikel disebut crushing efficiency, energi yang diserap per satuan massa :Wn = e s ( Awb Awa ) cc.

Jika es adalah energi permukaan per satuan

luas (ft.lbf/ft2), dan Awb serta Awa adala luas persatuan massa produk dan umpan, maka

(2.1)

Energi yang diserap padatan, Wn lebih kecil dibandingkan dengan energi yang diterima oleh peralatan pengecil ukuran. Sebagian energi tersebut hilang karena adanya gesekan pada bagian peralatan yang begerak (misalnya pada bearing). Perbandinga energi yang diserap terhadap energi yang diterima disebut dengan efisiensi mekanik, m. Sehingga energi energi yang diterima oleh peralatan :W = Wn e ( A Awa ) = s wb Wm m c

(2.2)

Daya yang dibutuhkan :

m e s ( Awb Awa ) P = mW = m c

(2.3)

Jika :Ds = 6

s Aw p

(2.4)

maka :

6 m es P= m c pdengan :

1 1 D D a sa b sb

(2.5)

Wn : energi yang diserap per satuan massa partikel W : energi keseluruhan yang diterima oleh alat

c: efisiensi operasi m

:efisiensi alat

Awb : luas per satuan massa produk

8

Awa : luas per satuan massa umpan es : energi permukaan per satuan luas m : laju alir massa umpan

: faktor kebolaan (sphericity)Ds : diameter partikel rata-rata

p : densitas partikel1.2. Persamaan Empiris Untuk Menghitung Kebutuhan Daya A. Persamaan Rittinger dan Kick Persamaan untuk menentukan kebutuhan energi bagi operasi pengecilan ukuran yang diusulkan oleh Rittinger menyatakan bahwa kerja yang dibutuhkan untuk mengecilkan ukuran sebanding dengan permukaan baru yang terbentuk. Selain itu hipotesa yang diambil adalah : efisiensi operasi, Bila : 1 1 = Kr D D sa sb m P

c

konstan untuk jenis mesin

dan umpan tertentu serta tidak tergantung pada ukuran umpan maupun produk.a

=

b

dan efisiensi alat ( m) tetap, maka sejumlah konstanta pada

persamaan 2.5 dapat disimbolkan dengan Kr, dan persamaan Rittinger dapat ditulis

(2.6)

Pada tahun 1885 Kick mengusulkan suatu persamaan yang didasarkan pada analisa tegangan. Persamaan yang diusulkan menyatakan bahwa energi yang dibutuhkan bagi opersai pengecilan ukuran sebanding dengan perbandingan antara ukuran partikel awal terhadap ukuran partikel akhir :

D = K k ln sa D sb m P

(2.7)

Bentuk umum dari persamaan Rittinger dan Kick adalah :P K dD s d = D sn m

(2.8)

dengan n = 1untuk persamaan Kick dan n = 2 untuk persamaan Rittinger

9

B. Persamaan Bond Metoda yang lebih realistis untuk menentukan kebutuhan daya pada operasi pengecilan ukuran di usulkan oleh Bond (1952). Bond menyatakan bahwa kerja yang dibutuhkan untuk menghasilkan partikel dengan diameter Dp dari umpan yang sangat besar (bila dibandingkan dengan produk) sebanding dengan akar kuadrat perbandingan luas permukaan terhadap volume produk, terdahulu telah diketahui bahwa :sp vp = 6 s D p sp vp

. Pada bagian

Berdasarkan hal tersebut diperoleh persamaan :

P m

=

Kb Dp

(2.9)

Dengan Kb adalah konstanta yang besarnya tergantung pada jenis peralatan dan material yang diproses. Persamaan 2.9 ekivalen dengan persamaan 2.8 dengan harga n = 1,5 dan umpan berukuran tak terhingga besarnya. Penentuan Kb didasarkan pada indeks kerja, Wi. Indeks kerja adalah energi gross (kWh/ton umpan) yang dibutuhkan untuk mengecilkan ukuran suatu partikel yang besar sekali, menjadi partikel-partikel yang 80 % lolos ayakan 100- m. Hubungan antara Kb dan Wi :K b = 100 10 3 Wi = 0,3162 Wi

(2.10)

Jika 80 % umpan lolos pada ayakan dengan ukuran Dpa dan 80 % produk lolos pada ayakan dengan ukuran Dpa, berdasarkan persamaan 2.9 dan 2.10 1 = 0,3162 Wi D pb m P

1 D pa

(2.11)

Harga indeks kerja untuk sejumlah mineral dapat dilihat pada Tabel 2.1 . Contoh 2.1 Berapakan daya yang dibutuhkan untuk menghancurkan 100 ton/jam batu kapur (limestone) bila diketahui 80 % umpan lolos ayakan 2-in dan 80 % produk lolos ayakan 1/8-in ?

10

Penyelesaian Harga indeks kerja untuk batu kapur diperoleh dari tabel 2.1, adalah 12,74. m = 100 ton/jam Dpa = 2 x 25,4 = 50,8 mm Dpb = 1/8 x 25,4 = 3,175 mm Sehingga kebutuhan daya : 1 P =100 0,3162 12 ,74 3,175 50 ,8 1

=169,6 kW (227 hp)Tabel 2.1 Harga Indeks Kerja Untuk Berbagai Jenis Mineral

Mineral Bauxite Cement clincer Cement raw material Clay Coal Coke Granite Gravel Gypsum rock Iron Ore (hematite) Limestone Phospate rock Quartz Shale Slate Trap rock

Sp.gr. 2,20 3,15 2,67 2,51 1,4 1,31 2,66 2,66 2,69 3,53 2,66 2,74 2,65 2,63 2,57 2,87

Indeks kerja, Wi 8,78 13,45 10,51 6,30 13,00 15,13 15,13 16,06 6,73 12,84 12,74 9,92 13,57 15,87 14,30 19,32

1.3. Jenis - jenis Alat Pengecil Ukuran Alat pengecil ukuran dikelompokkan dalam empat kelompok besar, yaitu: crusher, grinder, ultrafine grinder, dan cutting machine. Crusher berfungsi untuk menghancurkan material yang berukuran besar menjadi material berukuran lebih kecil. Di pertambangan, crusher yang digunakan pada tahap awal menghancurkan material yang diumpankan menjadi material berukuran 6- sampai 10- in. Sedangkan crusher yang digunakan pada tahap kedua (sekunder) mengecilkan partikel tersebut menjadi partikel berukuran sekitar in.

11

Grinder mengecilkan ukuran partikel menjadi partikel yang halus. Produk dari suatu grinder menengah menghasilkan pertikel yang lolos pada ayakan 40 mesh; sedangkan grinder yang sangat halus menghasilkan partikel dengan ukuran partikel yang lolos pada ayakan 200 mesh. Ultrafine grinder menerima umpan yang tidak lebih besar dari in. Ukuran produk umumnya berkisar antara hingga 10 mm) A. Crusher (penghancur) Crusher adalah mesin/alat yang bekerja pada kecepatan rendah yang fungsinya menghancurkan partikel berukuran besar. Jenis jenis crusher antara lain adalah : jaw crusher, gyratory crusher, smooth-roll crusher, dan toothed-roll crusher. Tiga peralatan yang pertama beroperasi dengan cara menekan dan dapat menghancurkan bongkahan yang besar dari suatu material, seperti pada proses pengecilan ukuran primer dan sekunder pada batuan dan biji mineral. Toothed-roll menghancurkan umpan dengan cara mencabik/menyobek umpan tersebut. Pada jaw crusher, umpan diletakkan diantara dua rahang (jaw) yang menyerupai huruf V. Salah satu rahang tidak bergerak sedangkan rahang yang lain bergerak menjauh dan mendekati rahang yang tidak bergerak. Jenis jaw crusher yang paling sering digunakan adalah blake jaw crusher yang diilustrasikan pada gambar 2.1 1 sampai 50 m. Cutter berfungsi untuk memotong partikel sesuai dengan bentuk dan ukuran yang dikehendaki ( antara 2

Gambar 2.1. Blake Jaw Crusher

12

Cara kerja giratory crusher hampir mirip/ serupa dengan jaw crusher tetapi dengan jaw/rahang yang berputar. Seperti terlihat pada gambar 2.2, bagian poros yang berputar tersebut bertumpu pada bagian atas alat. Padatan yang terkumpul dalam ruang V antara head dan casing dihancurkan dan dihancurkan kembali sampai ukurannya dapat lolos ke bagian bawah. Crushing head dengan bebas dapat berputar pada porosnya dan berputar dengan lambat dikarenakan adanya friksi dengan material yang dihancurkan

Gambar 2.2 Giratory Crusher

Pada smooth-roll crusher, dua roll logam dengan permukaan yang halus berputar secara paralel pada sumbu horizontal (lihat gambar 2.3.). Partikel yang melalui kedua roll tersebut akan ditekan hingga pecah dan selanjutnya dijatuhkan ke bagian bawah mesin. Diameter roll umumnya adalah 24 in (600 mm) dengan jarak antar roll 12-in (300 mm) hingga 78 in (2000 mm) dengan jarak antar roll 36-in (914 mm).

13

Gambar 2.3 Smooth Roll Crusher

Kecepatan putar roll antara 50 sampai 300 putaran per menit. Smooth roll crusher ini biasanya digunakan sebagai alat penghancur sekunder dengan upan memiliki ukuran hingga 3 in (12 sampai 75 mm) dan ukuran produk in (12 mm) hingga 20 mesh. B. Grinder (penghalus) menengah halus Alat pengecil ukuran jenis ini memiliki rotor yang berputar dengan kecepatan tinggi dalam casing (wadah) silinder (gambar 2.4). Poros silinder ini biasanya diletakkan horisontal. Umpan dimasukkan dari bagian atas, dihancurkan dan selanjutnya turun ke bagian bawah. Pada hammer mill, partikel dipecahkan dengan: menggunakan swing hammer yang menempel diletakkan pada rotor yang berfungsi untuk melemparkan partikel ke dinding anvil plate. Selanjutnya partikel ditekan antara disk dan anvil plate hingga terpecah menjadi partikel dengan ukuran yang lebih kecil. Diameter rotor disk antara 6 sampai 18 in (150 450 mm) dan masing masing terdapat 4 samapai 8 swing hammer. Hammer mill menengah menghasilkan dengan ukuran 1 in (25 mm) hingga 20 mesh. Pada hammer mill yang halus ukuran partikel dapatdiperkecil dari menjadi lebih kecil dari 200-mesh.

14

Gambar 2.4 Hammer Mill

Salah satu contoh dari Tumbling mills terlihat pada gambar (2.5). Silinder yang diletakkan horisontal berputar dengan lambat dan didalamnya berisi media penghancur (misalnya bola bola dari logam). Pada ball mill pengecilan ukuran terjadi karena tumbukan bola bola logam dengan partikel padatan. Pada ball mill berukuran besar diameter silinder dapat mencapai 10 ft ( 3m) dan panjang 14 ft (4,25 m). Sedangkan diameter bola antara1 5 in (25 sampai 125 mm).

Gambar 2.5. Ball Mill

15

C. Ultrafine Grinder halus Banyak sekali powder bernilai ekonomis yang berukuran antara 1 sampai 20

m. Peralatan yang dapat mereduksi ukuran partikel menjadi partikel yangsangat halus disebut ultrafine grinder. Salah satu tipe ultrafine grinder adalah classifying hammer mill seperti terlihat pada gambar (2.6).

Gambar 2.6 Ultrafine Grinder

A. Cutting Pada beberapa operasi pengecilan ukuran, umpan sangat sukar dihaluskan dengan menggunakan tekanan, ataupun dengan penggerusan. Selain itu, terkadang kita diminta pula untuk mengubah umpan menjadi partikel dengan dengan dimensi yang tetap. Untuk hal tersebut, biasanya digunakan peralatan pemotong yang dapat menghasilkan produk sesuai dengan karakteristik yang diinginkan. Salah satu contoh dari peralatan ini adalah knife cutter (gambar 2.7). Didalam alat tersebut terdapat rotor yang berputar dengan kecepatan 200 900 putaran per menit dalam ruang silinder. Pada rotor terdapat 2 12 pisau yang jarak bebasnya dengan 1 sampai 7 stationary knife. Umpan masuk dari bagian atas selanjutnya dipotong dan setelah itu keluar melalui saringan yang terdapat pada bagian bawah alat.

16

Gambar 2.7 Knife Cutter