Laporan Modul 1, MG3017

Kominusi (Crushing dan Grinding)

Hafidha Dwi Putri Aristien (12111003) / Kelompok 2 / Senin, 20 April 2014

Asisten : Daniel Christoffel (12510002)

Abstrak Praktikum Modul 1 Kominusi merupakan tahap pertama pada pengolahan bijih, yaitu berupa proses pengecilan

ukuran material yang bertujuan untuk membebaskanmineral berharga dari gangue mineral serta mempersiapkan ukuran yang

tepat untuk proses konsentrasi. Sesuai tahapannya, kominusi dibagi menjadi dua jenis, yaitu crushing dan grinding. Praktikum

crushing bertujuan untuk dapat memahami mekanisme peremukan dan cara kerja alat, serta memahami mekanisme pengayakan.

Sedangkan pada praktikum grinding, tujuan yang ingin dicapai adalah agar praktikan dapat memahami mekanisme

penggerusan dan cara kerja alat, serta mengetahui pengaruh durasi waktu penggerusan terhadap hasil penggerusan.

A. Tinjauan Pustaka

Kominusi merupakan salah satu tahapan pada pengolahan

bijih, mineral atau bahan galian. Pada kominusi, bijih atau

mineral dari tambang yang berukuran besar lebih daripada

1 meter dapat dikecilkan menjadi bijih berukuran kurang

daripada 100 mikron. Pada umumnya bijih, mineral atau

bahan galian dari tambang masih berukuran cukup besar.

Sehingga sangat tidak mungkin dapat secara langsung

digunakan atau diolah lebih lanjut. Bijih atau mineral dalam

ukuran besar biasanya berkadar sangat rendah dan terikat

dengan mineral pengotornya. Liberasi mineral berharga

masih rendah pada ukuran bijih yang besar. Sehingga untuk

dapat diolah dan untuk dapat meningkatkan kadar mineral

tertentu harus melalui operasi pengecilan ukuran terlebih

dahulu. Operasi pengecilan ukuran bijih umumnya dibagi

dalam dua tahapan yaitu: operasai peremukan atau crushing

dan operasi penggerusan atau grinding.

Tujuan Operasi Pengecilan Ukuran Pada Kominusi

Pada prinsipnya tujuan operasi pengecilan ukuran bijih,

mineral atau bahan galian adalah:

1. Membebaskan ikatan mineral berharga dari gangue-nya.

2. Menyiapkan ukuran umpan sesuai dengan ukuran

operasi konsentrasi atau ukuran pemisahan.

3. Mengekspos permukaan mineral berharga, Untuk proses

hyrometalurgi tidak perlu benar-benar bebas dari

gangue.

4. Memenuhi keinginan konsumen atau tahapan

berikutnya.

Tahapan Kominusi

Peremukan, crushing biasanya digunakan untuk pengecilan

ukuran sampai ukuran bijih kurang lebih 20 mm, sedangkan

penggerusan, grinding digunakan untuk pengecilan ukuran

mulai dari 20 mm sampai halus.

Umumnya pengecilan ukuran bijih dilakukan secara

bertahap yaitu:

1. Peremukan tahap pertama, primary crushing,

mengecilkan ukuran bijih sampai ukuran 20 cm.

2. Peremukan tahap kedua, secondary crushing,

mengecilkan ukuran bijih dari sekitar 20 cm sampai 5

cm.

3. Peremukan tahap ketiga, tertiary crushing, mengecilkan

ukuran bijih dari 5 cm menjadi sekitar 1 cm

4. Penggerusan kasar, grinding, mengecilkan ukuran bijih

mulai dari sekitar 1 cm menjadi selkitar 1 mm.

5. Penggerusan halus,fine grinding, mengecilkan ukuran

bijih mulai dari 1 mm menjadi halus, biasanya ukuran

bijih menjadi kurang dari 0,075 mm.

Gambar 1. Diagram Operasi Kominusi

Mekanisme Peremukan, Aksi Kominusi

Prinsip peremukan adalah adanya gaya luar yang bekerja

atau diterapkan pada bijih dan gaya tersebut harus lebih

besar dari kekuatan bijih yang akan diremuk. Mekanisme

peremukannya tergantung pada sifat bijihnya dan

bagaimana gaya diterapkan pada bijih tersebut.

Setidaknya ada empat gaya yang dapat digunakan untuk

meremuk atau mengecilkan ukuran bijih.

1. Compression, gaya tekan.

Peremukan dilakukan dengan memberi gaya tekan pada

bijih. Peremukannya dilakukan diantara dua permukaan

plat. Gaya diberikan oleh satu atau kedua permukaan

plat. Pada Kompresi, energi yang digunakan hanya pada

sebagian lokasi, bekerja pada sebagian tempat, energi

yang digunakan hanya cukup untuk membebani daerah

yang kecil dan menimbulkan titik awal peremukan. Alat

Gambar 3. Mekanisme kerja jaw crusher

Gambar 4. Jenis jaw crusher berdasarkan sumbunya

yang dapat menerapkan gaya compression ini adalah:

jaw crusher, gyratory crusher, dan roll crusher.

2. Impact, gaya banting.

Peremukan terjadi akibat adanya gaya impak yang

bekerja pada bijih. Gaya impak adalah gaya

compression yang bekerja dengan kecepatan sangat

tinggi. Dengan gaya impak, energi yang digunakan

berlebih, bekerja pada seluruh bagian. Banyak daerah

yang menerima beban berlebih. Alat yang mampu

memberikan gaya impak pada bijih adalah impactor,

hummer mill.

3. Attrition atau abrasion.

Peremukan atau pengecilan ukuran akibat adanya gaya

abrasi atau kikisan. Peremukan dengan abrasi, gaya

hanya bekerja pada daerah yang sempit (dipermukaan)

atau terlokalisasi. Terjadi ketika energi yang digunakan

cukup kecil, tidak cukup untuk memecah/meremuk

bijih. Alat yang dapat memberikan gaya abrasi terhadap

bijih adalah ballmill, rod mill.

4. Shear, potong.

Pengecilan ukuran dengan cara pemotongan, seperti

dengan gergaji. Cara ini jarang dilakukan untuk bijih.

Distribusi ukuran bijih hasil operasi pengecilan, kominusi

ditentukan oleh jenis gaya dan metoda yang digunakan.

Pengecilan ukuran bijih yang memanfaatkan gaya impak,

akan menghasilkan ukuran dengan rentang atau distribusi

yang lebar. Sedangkan kominusi yang memanfaatkan gaya

abrasi akan menghasilkan dua kelompok distribusi ukuran

yang sempit. Gambar di bawah ini menunjukkan ilustrasi

distribusi ukuran bijih hasil kominusi dengan berbagai gaya

yang berbeda.

Gambar 2. Gaya dan Distribusi Ukuran

Crushing

Crushing adalah tahap mekanis awal dalam proses

pengecilan ukuran yang tujuan utamanya adalah meliberasi

mineral berharga dari pengotornya. Biasanya dilakukan

dalam kondisi kering dan dibagi menjadi 3 tahapan, yaitu

primer, sekunder dan tersier. Ketiga tahapan tersebut

didasarkan atas ukuran yang dihasilkan dari proses

peremukan.

Salah satu alat yang umum digunakan dalam primary

crushing adalah jaw crusher. Jaw crusher terdiri dari dua

plat tebal yang mekanisme geraknya membuka dan

menutup seperti rahang manusia. Plat tebal tersebut

dinamakan fixed jaw dan movable jaw. Movable jaw

bergerak membuka dan menutup menurut sumbu tertentu,

sedangkan fixed jaw dalam kondisi statis. Pada gambar di

atas ditunjukkan mekanisme gerakan movable jaw pada jaw

crusher dua toggle.

Menurut poros atau sumbu dari movable jaw, jaw crusher

dapat dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu

a) Blake crusher yang memiliki sumbu di atas,

b) Dodge crusher yang memiliki sumbu di bagian bawah,

c) Universal crusher yang sumbunya terletak di bagian

tengah.

Perbedaan mendasar yang ditimbulkan dengan adanya beda

lokasi sumbu gerak movable jaw ini adalah luas bukaan

masuk dan luas bukaan discharge.

Pada tahapan secondary crusher biasanya digunakan roll

crusher. Roll crusher, meski saat ini telah banyak

tergantikan oleh cone crusher namun di beberapa lokasi

masih juga digunakan. Roll crusher sangat bermanfaat

digunakan untuk menangani material lengket, sangat dingin

dan tidak abrasif, seperti halnya batu gamping, batubara,

gipsum, fosfat dan bijih besi.

Cara kerja dari roll crusher ini cukup sederhana, terdiri dari

dua silinder yang disusun berdampingan dan berputar saling

berlawanan arah menuju discharge. Ketika umpan

dimasukkan, umpan akan diremukkan oleh kedua silinder

dikarenakan gerakan silinder yang memberikan gaya gesek.

Untuk lebih jelasnya, mekanisme kerja roll crusher dapat

dilihat pada gambar di bawah ini.

Gambar 5.Bagian dan mekanisme kerja roll crusher

Ukuran umpan yang dapat diproses oleh roll crusher ini

tergantung pada diameter silinder. Semakin besar diameter

silinder maka akan semakin besar juga ukuran umpan yang

dapat diterima.

Grinding

Grinding merupakan proses akhir dari kominusi atau

reduksi ukuran. Pada tahap ini partikel dikecilkan

ukurannya dengan kombinasi impact dan abrasi (attrition

dan shear). Proses grinding dilakukan di dalam sebuah

silinder dari baja yang berisi media gerus, material yang

akan digerus dapat dalam kondisi kering ataupun basah.

Menurut geraknya, grinding mill dibedakan menjadi

tumbling mill dan stirrer mill. Tumbling mill umum

digunakan dalam industri pengolahan, ciri khas dari

tumbling mill adalah dinding mill berputar yang

memberikan pengaruh terhadap bergeraknya media gerus

dan material. Sedangkan pada stirrer mill, gerakan media

gerus dan material disebabkan oleh pengaduk yang berputar

di dalam mill.

Gambar 6. Jenis mekanisme penggerusan. a) impact; b) chipping; c) abrasi

Media gerus yang dapat digunakan dalam tumbling mill di

antaranya adalah bola-bola baja atau keramik, batang-

batang baja, tanpa media (autogenous) dan semi

autogenous. Berdasarkan media gerusnya, tumbling mill

dapat dikelompokkan menjadi:

a. Ball mill, media gerus berupa bola-bola baja

b. Rod mill, media gerus berupa batang-batang baja

berbentuk silinder

c. Pebble mill, media gerus berupa kerikil yang sangat

keras

d. Autogenous mill, tanpa media (bijih yang digerus

berfungsi sebagai media gerus)

e. SAG (semi autogenous) mill, media gerus berupa

campuran bijih ditambah bola-bola baja.

Salah satu besaran yang penting dalam operasi kominusi

adalah rasio ukuran bijih awal terhadap ukuran bijih hasil

atau produk, atau biasa disebut dengan reduction ratio atau

rasio reduksi. Nilai Reduction ratio akan berpengaruh

terhadap kapasitas produksi dan juga berpengaruh terhadap

energi produksi. Pada operasi crushing, rediction ratio

biasanya berkisar antara 2-9. Untuk pengecilan ukuran yang

menggunakan Jaw crusher atau cone crusher akan lebih

efisien jika menerapkan reduction ratio sekitar 7. Pada

operasi grinding atau penggerusan reduction rasio bisa

mencapai lebih daripada 200. Artinya ukuran umpan 200

kali lebih besar daripada ukuran produk..

B. Data Percobaan

Dari percobaan yang dilakukan, diperoleh data sebagai

berikut.

Berat umpan : 2,15 kg

Hasil crushing

Fraksi Berat Tertampung (gram)

+12,5 mm 1600

-12,5 mm +3 # 250

-3 # +8 # 150

-8 # +14 # 50

-14 # 100

Total Hasil 2150 gram

Hasil grinding

Fraksi Berat Tertampung (gram)

10 menit 15 menit 20 menit

+28 # 269.1 273.4 254

-28 # +35 # 18.4 13.2 3.9

-35 # +65 # 53.9 43.5 22.1

-65 # +100 # 51.4 149.7 135.8

-100 # +150 # 45.6 83.2 118.6

-150 # 153.3 25.3 53.2

C. Pengolahan Data Percobaan

Crushing

Fraksi

Berat

Tertam

pung

Berat

Lolos

Berat

Kumula-

tif Lolos

% Berat

Kum

Lolos

+12,5 mm 1.6 0.55 0.55 50%

-12,5 mm +3 # 0.25 0.3 0.85 77%

-3 # +8 # 0.15 0.15 1.00 91%

-8 # +14 # 0.05 0.1 1.10 100%

-14# 0.1 0 1.10 100%

Grinding

Fraksi

Berat

Tertam-

pung

Berat

Lolos

Berat

Kumula-

tif Lolos

% Berat

Kum

Lolos

10 menit

+28 # 269.1 330.9 330.9 26%

-28 # +35 # 18.4 312.5 643.4 50%

-35 # +65 # 53.9 258.6 902 71%

-65 # +100 # 51.4 207.2 1109.2 87%

-100 # +150 # 45.6 161.6 1270.8 99%

-150 # 153.3 8.3 1279.1 100%

Fraksi

Berat

Tertam-

pung

Berat

Lolos

Berat

Kumula-

tif Lolos

% Berat

Kum

Lolos

15 menit

+28 # 273.4 326.6 326.6 30%

-28 # +35 # 13.2 313.4 640 59%

-35 # +65 # 43.5 269.9 909.9 84%

-65 # +100 # 149.7 120.2 1030.1 95%

-100 # +150 # 83.2 37 1067.1 99%

-150 # 25.3 11.7 1078.8 100%

Fraksi

Berat

Tertam-

pung

Berat

Lolos

Berat

Kumula-

tif Lolos

% Berat

Kum

Lolos

20 menit

+28 # 254 346 346.0 27%

-28 # +35 # 3.9 342.1 688.1 54%

-35 # +65 # 22.1 320 1008.1 79%

-65 # +100 # 135.8 184.2 1192.3 94%

-100 # +150 # 118.6 65.6 1257.9 99%

-150 # 53.2 12.4 1270.3 100%

D. Analisis Hasil Percobaan

Proses crushing yang dilakukan selama percobaan cukup

baik, dapat dilihat dengan tingginya efisiensi kerja alat

(tidak ada material hilang selama proses). Berdasarkan

grafik, dapat dilihat bahwa setelah melewati proses

peremukan, 80% material berukuran > 5,2 mm.

Setelah dilewatkan pada proses penggerusan (grinding),

dari grafik dapat dilihat bahwa secara umum 100% material

produkta berukuran < 0,6 mm. Hasil tersebut menunjukkan

bahwa proses kominusi baik dilakukan secara bertahap,

yaitu peremukan kemudian penggerusan untuk dapat

menghasilkan material berukuran hasil, untuk dilakukan

proses pengolahan selanjutnya (konsentrasi).

Berdasarkan hasil dari perbedaan gape pada roll crusher

(gambar terlampir), diketahui bahwa semakin kecil gape

(bukaan pada crusher), material yang dihasilkan memiliki

ukuran partikel yang semakin kecil/halus. Artinya,

pengurangan lebar gape akan memperkecil ukuran partikel

produkta.

Sedangkan dari percobaan pada grinding dengan variabel

lama waktu penggerusan, didapatkan hasil perbandingan

dalam grafik berikut.

Berdasarkan teori, semakin lama waktu penggerusan,

material halus yang didapatkan akan semakin banyak.

Namun dari grafik dapat dilihat bahwa material hasil

penggerusan selama 15 menit lebih banyak daripada hasil

penggerusan selama 20 menit. Hal ini diakibatkan oleh

adanya ketidakmerataan jumlah material yang dimasukkan

dalam proses grinding dengan lama waktu penggerusan

berbeda, dimana material yang dimasukkan pada percobaan

1 (10 menit) sebanyak 1279,1 gram, percobaan 2 (15 menit)

1078,8 gram, dan percobaan 3 (20 menit) sebanyak 1270,3

gram. Perbedaan jumlah material yang cukup besar (+200

gram), dengan jumlah bola baja dalam silinder sama, akan

berpengaruh pada efektivitas proses grinding yang terjadi,

sehingga bukan hanya variabel lama penggerusan yang

berpengaruh.

E. Pertanyaan dan Jawaban

Crushing

1. Jelaskan istilah gape, setting, dan angle of nip!

Jawab:

Gape adalah suatu ukuran pada bagian bukaan umpan

crusher. Pada jaw crusher, gape adalah jarak antar dua

jaw di bukaan umpan. Pada gyratory crusher, gape

adalah jarak ujung atas mantle terhadap shell bagian atas

gyratory. Setting adalah jarak yang dapat diubah pada crusher.

Untuk jaw crusher terdapat dua jenis setting, yaitu open

setting dan closed setting. Open setting adalah jarak

maksimum antara kedua jaw, sedangkan closed setting

adalah jarak minimum antara kedua jaw. Angle of nip adalah sudut jepit, pada jaw crusher adalah

sudut yang dibentuk antara fixed jaw dan movable jaw,

sedangkan pada roll crusher adalah sudut yang dibentuk

oleh tangen kedua permukaan roll pada titik kontak

dengan partikel.

2. Jelaskan apa yang dimaksud dengan reduction ratio,

limiting reduction ratio, dan reduction ratio 80%!

Apakah faktor-faktor yang mempengaruhi besarnya

reduction ratio dari hasil peremukan?

Jawab:

Reduction ratio adalah perbandingan antara ukuran

umpan yang masuk dengan ukuran produkta yang

dihasilkan.

Limitting reduction ratio adalah perbandingan antara

ukuran bukaan screen dimana semua feed bisa lolos

terhadap ukuran bukaan screen yang sama dimana

semua produkta bisa lolos.

Perbandingan antara ukuran bukaan screen yang

meloloskan 80% feed dengan bukaan screen yang

meloloskan 80% produkta.

Faktor-faktor yang mempengaruhi besarnya reduction

ratio di antaranya adalah sifat fisik material yang akan

diremukkan, seperti kekerasan, kandungan air,

komposisi mineral, ukuran butir, porositas, selain itu

juga dipengaruhi oleh discharge dari crusher.

3. Ada berapa macam tipe Jaw Crusher menurut desainnya

dan dimana letak perbedaannya?

Jawab:

Ada tiga macam, yaitu Blake, Dodge dan Universal.

Perbedaannya terletak pada lokasi sumbu serta gerakan

dari movable jaw. Perbedaan tersebut mengakibatkan

variasi luas bukaan masuk dan luas bukaan discharge.

4. Jelaskan apa yan dimaksud dengan Choke Crushing dan

Arrested Crushing pada operasi peremukan serta beri

contoh alat yang menggunakan cara tersebut!

Jawab:

Choke crushing adalah mekanisme peremukan dimana

dalam prosesnya material diremukkan oleh alat serta

tumbukan dengan material itu sendiri. Contoh alatnya

adalah roll crusher.

Arrested crushing adalah mekanisme peremukan yang

selama prosesnya material diremukkan oleh alat sampai

material lolos ke zona discharge. Contoh alatnya adalah

jaw crusher.

5. Jelaskan mekanisme remuknya material!

Jawab:

3 aksi peremukan, yaitu abrasi, kompresi, dan impact.

Pada aksi abrasi, peremukan terjadi karena dua gaya

geser yang berlawanan arah pada partikel. Kompresi

terjadi di antara dua permukaan partikel dengan energy

rendah. Impact terjadi karena energi yang cukup dalam

peremukan dan dapat memecah partikel.

6. Jelaskan faktor-faktor yang mempengaruhi laju partikel

melewati permukaan ayakan!

Jawab:

Ukuran partikel umpan, bentuk partikel, water content

mineral, ukuran lubang ayakan, amplitudo dan frekuensi

getar alat serta sudut pengumpanan.

Ukuran lubang ayakan yang besar akan semakin banyak

meloloskan material. Semakin tinggi frekuensi getar

juga akan membantu mempermudah lolosnya material.

7. Bagaimana menyatakan ukuran dari alat Jaw Crusher,

Gyratory Crusher, Roll Crusher, dan pengayak getar

(Vibration Screen)?

Jawab:

Jaw crusher : gape x width

Gyratory crusher : gape x mantle

Roll crusher : diameter x width

Pengayak getar : banyaknya lubang dalam

ukuran 1 inchi linear (mesh),

atau ukuran geometri 1 lubang

(mm)

Grinding

1. Jelaskan mekanisme pengecilan ukuran yang terjadi

dalam ball mill, demikian juga dengan roll mill!

Jawab:

Pada ball mill, bola akan ikut berputar dengan tumbling

mill. Kemudian di suatu titik ketika kecepatannya sama

dengan nol, bola akan jatuh dan menumbuk bijih di

dalam mill.

Pada rod mill, material akan berada di antara dua rod

dan dalam kondisi terjepit. Penggerusan terjadi akibat

berat dari rod.

2. Kenapa penggunaan bijih pada pengolahan bahan galian

umumnya dilakukan dengan cara basah?

Jawab:

Agar bijih tidak lengket pada liner, serta karena proses

selanjutnya dalam pengolahan bahan galian adalah

dengan cara basah.

3. Jelaskan faktor-faktor yang mempengaruhi keausan

bola pelapis (liner) pada ball mill?

Jawab:

Kecepatan rotasi, ukuran umpan, bahan dasar liner,

ketebalan liner, dan zona cascading.

4. Jelaskan apa yang dimaksud dengan kecepatan kritis

dan turunkan persamaannya!

Jawab:

Kecepatan yang menyebabkan bola-bola baja akan

melekat pada liner, sehingga tidak terjadi penggerusan.

Penurunan rumus:

2

= cos

V pada proses dapat dinyatakan dalam:

= 2

60

Sehingga jika disubstitusikan:

cos = 4222

602

cos = 0,0011 ( ) 2

2

Kecepatan kritis terjadi saat =0, sehingga nilai cos =1.

1 = 0,0011 ( ) 2

2

2 = 2

0,0011 ( )

= 42,3

Kecepatan kritis dinyatakan dalam satuan putaran per

menit (rpm).

5. Jelaskan tiga hubungan putaran mill dengan aksi

penggerusan!

Jawab:

Abrasi, terjadi apabila putaran realtif rendah, sehingga

energi belum cukup untuk menghasilkan penggerusan

dengan cara kompresi dan impact.

Kompresi, semakin cepat putaran akan semakin banyak

terjadi impact asalkan tidak melebihi kecepatan kritis.

Hal ini disebabkan energi penggerusan telah tercapai.

Impact, semakin cepat putaran akan semakin banyak

terjadi impact asalkan tidak melebihi kecepatan kritis

F. Kesimpulan

Kominusi dapat dilakukan secara bertahap dengan crushing

(peremukan) dan grinding (penggerusan). Mekanisme

peremukan yang terjadi pada material adalah abrasi,

kompresi, dan impact. Alat yang dapat digunakan untuk

proses crushing adalah jaw crusher (cara kerjanya seperti

rahang manusia, dengan satu jaw bergerak maju dan

mundur) pada primary crushing, dan roll crusher (cara

kerjanya berdasarkan gesekan dan gaya putar dari silinder

yang menjepit material) pada secondary crushing. Semakin

kecil ukuran gape yang digunakan, hasil yang diperoleh

berukuran semakin halus.

Pada proses grinding, ball mill menggerus material dengan

adanya putaran tumbling mill sehingga terbentuk dua zona

di dalamnya, yaitu cataracting zone dan cascading zone.

Dalam kedua zona tersebut terjadi mekanisme abrasi,

kompresi, dan impact.

Material hasil grinding seluruhnya berukuran < 0,6 mm,

hampir 1/10 kali ukuran hasil crushing, dimana 80%

material hasil crushing berukuran > 5,2 mm. Semakin lama

waktu penggerusan yang dilakukan, akan didapatkan lebih

banyak material berukuran halus.

G. Daftar Pustaka

Barry A. Wills. Tim Napier-Munn 2006. Mineral

Processing Technology: An Introduction to the

Practical Aspects of Ore Treatment and Mineral

Recovery. Elsevier Science & Technology Books:

Australia. (halaman 109-115)

Kelly, G., W. 1982. Introduction to Mineral Processing.

John Wiley & Son, New York. (halaman 127-157)

Operasi Pengecilan Ukuran. Diperoleh pada 26 April 2014

(pukul 21.00) dari http://ardra.biz/sain-teknologi/mineral/

pengolahan-mineral/kominusi-operasi-pengecilan-ukuran/.

H. Lampiran

Gambar 7. Jaw crusher

Gambar 8. Roll crusher

Gambar 9. Hasil roll crusher dengan gape berbeda-beda (dari kiri: ukuran gape = 0,5 cm; 1 cm; 1,5 cm)

Gambar 10. Ball mill

Gambar 11. Foto Kelompok 2 PBG