Proses Reduksi Bijih Besi, Pembuatan Sponge Besi Pada Rotary Kiln, Tanur Putar.

Skematika Lay Out Tahapan Pembuatan Sponge Besi.

Pabrik pembuatan besi spons (sponge iron) terdiri dari beberapa Peralatan utama yaitu sistem pengumpanan (feeder), tungku putar  (rotary kiln), pendingin product (cooler), magnetic separator, dan off-gas system. Secara skematika, tahapan proses reduksi bijih besi menggunakan rotary kiln dapat dilihat pada gambar di bawah.

Skematika Proses Reduksi Bijih Besi, Tahapan  Proses Pembuatan Sponge Besi

Skematika Proses Reduksi Bijih Besi, Tahapan Proses Pembuatan Sponge Besi

Rotary kiln, atau reaktor tungku putar terbuat dari baja yang berbentuk selinder horisontal dan pada bagian dalamnya dilapisi oleh bata tahan api (refractory brick). Kemiringan tungku dijaga pada sudut antara 3 – 4 persen yang ditentukan dari sisi tempat masuk umpan (feed end) sampai sisi keluaran produk (discharge).

Di bagian sisi keluaran produk dipasang burner yang befungsi sebagai sumber panas awal proses. Pulverized coal atau injection coal, atau bahan bakar minyak ditambahkan pada burner yang beroperasi dengan kondisi kekurangan oksigen. Penambahan batubara atau bahan bakar ini untuk menjaga atmosfir tungku selalu dalam kondisi reduksi.

Proses reduksi bijih besi menjadi sponge besi dimulai dengan proses pengumpanan bijih besi, batubara dan batu kapur ke unit pencampuran (mixing). Campuran homogen dari ketiga bahan ini kemudian diumpan secara kontinyu ke dalam rotary kiln dari sisi feed end. Akibar putaran dan kemiringan tanur, semua material padatan bergerak ke arah discharge end.

Semua umpan bergerak melalui dareah pre-heating. Material dipanaskan sampai temperatur sekitar 900 Celcius. Pada daerah ini,  batubara akan tervolatilisasi, fluks terkalsinasi dan bahan lainnya terpanas juga, sehingga  material akan mencapai  temperatur proses reduksi. Panjang daerah pre-heating adalah 40 – 50 persen dari panjang kiln.

Selanjutnya semua material masuk dalam daerah reduksi yang bertemperatur antara 1000 sampai 1100 Celcius. Ketika bijih besi mencapai temperatur lebih dari 900 Celcius, maka biji besi mulai terreduksi menjadi sponge besi. Bijih besi terreduksi mengikuti reaksi berikut:

Fe2O3 + C = 2 FeO + CO

3 Fe2O3 + CO = 2 Fe3O4 + CO2

Fe3O4 + CO = 3 FeO + CO2

FeO + CO =  Fe + CO2

CO2 + C = 2 CO

Dari arah yang berlawanan, batubara halus diinjeksikan ke dalam kiln secara pnematik. Injeksi batubara ini bertujuan untuk mempertahankan reduktor yang dibutuhkan dalam kiln dan pemanfaatan volatile mater untuk pemanasan disekitar discharge end.

Sponge besi beserta kapur bakar dan arang atau sisa batubara keluar dari sisi satunya, yaitu discharge end tempat keluarnya produk rotary kiln. Produk ini bertemperatur antara 1020 – 1040 Celcius.  Produk kemudian masuk ke dalam rotary cooler untuk didinginkan sampai temperatur antara 80 – 100 Celcius. Pada temperatur ini sponge sudah aman untuk dipindahkan dan simpan.

Produk yang sudah dingin ini kemudian diumpan dalam unit magnetic separator agar sponge iron dapat dipisah dari char dan kapur bakar. Char sisa dapat digunakan lagi sebagai bahan reduktor tambahan yang diumpankan bersama dengan batubara pada feed end.

Batubara, Reduktor Pada Tanur Putar/Rotary Kiln

Batubara yang akan digunakan sebagai reduktor dan diumpan dari  feed end (bagian/tempat masuknya umpan) memiliki ukuran antara 6 sampai 25 mm. Sedangkan yang diinjeksikan dari discharge end (sisi tempat keluaran sponge besi) berukuran antara 3 sampai 25 mm.

Pada proses pembuatan sponge besi, Batu bara memiliki tiga fungsi utama yaitu:

  1. Sebagai sumber panas untuk memanaskan seluruh umpan yang masuk ke dalam rotary kiln.
  2. Sebagai reduktor untuk mereduksi bijih besi menjadi sponge besi (besi logam)
  3. Sebagai protektor untuk menjaga agar sponge iron yang dihasilkan tidak teroksidasi kembali.

Kebutuhan batu bara dengan Fix carbon 40 persen adalah 800 kg untuk menghasilkan satu ton sponge besi. Walaupun dalam prakteknya, kebutuhan batubara akan tergantung pada banyak faktor, sehingga rasionya bisa menjadi lebih besar. Konsumsi batubara ini sangat tergantung pada stoikiometri reaksi, kandungan Fxc karbon, dan kehilangan fix karbon.

Pada umumnya, Batubara yang dapat digunakan untuk proses reduksi bijih besi menjadi sponge adalah batubara dengan fix carbon antara 30 – 50 persen. Sedangkan kandungan volatile mater berkisar antara 25 – 30 persen. Dan kandungan abu atau Ash harus serendah mungkin. Batubara dibatasi dengan kandungan abu 24 persen maksimum. Total Kandungan air (moisture) dalam batubara tidak boleh lebih daripada 5 persen.

Kebutuhan batubara sebagai reduktor ditetapkan berdasarkan pada Fix Carbon dalam batubara dan dinyatakan sebagai rasio Fix Carbon terhadap Total Fe dalam besi.

Rasio = FC/FeT

FC = Fix Carbon batubara

FeT = kandungan besi dalam bijih besi

Industri-industri pembuat sponge besi yang terdapat di negara India, menggunakan rasio FC/FeT berkisar antara 0,42 sampai 0,44. Nilai rasio ini untuk berbagai jenis batubara yang dikatagorikan sebagai non coking coal.

Pustaka:

  1. Sarangi, A., Sarangi, B., 2011,” Sponge Iron Production in Rotary kiln”, Eastern Economy Edition, PHI Learning Private limited, New Delhi
  2. Tupkary, R. H., Tupkary, V. R.,  2007, “An Introduction To Modern Iron Making”, Third Edition, Khanna Publishers, Nath Market, nai Sarak, Delhi.