BAB I
PENDAHULUAN
Salah satu bahan tambang yang banyak terdapat di bumi dan sampai saat ini telah banyak dimanfaatkan dalam berbagai keperluan adalah besi. Besi paling banyak dimanfaatkan sebagai campuran utama baja (alloy). Penghasil utama besi adalah bijih besi karena besi sangat jarang ditemukan dalam keadaan bebas. Besi merupakan unsur yang ditemukan berlimpah di alam. Selain itu, besi juga ditemukan di matahari dan bintang lainnya dalam jumlah yang seadanya. Inti atomnya sangat stabil. Besi merupakan bahan galian yang paling banyak dan beragam kegunaannya karena disebabkan oleh kelimpahan besi di kerak bumi sangat besar dan juga pengolahannnya relatif murah dan memerlukan biaya yang cukup murah. Selain itu juga besi mempunyai sifat-sifat yang menguntungkan (mempunyai banyak manfaat) dan dapat dengan mudah dimodifikasi. Inti bumi dengan radius 2.150 mil, terdiri dari besi dengan 10 persen hidrogen teroklusi. Besi merupakan unsur keempat yang berlimpah ditemukan di kerak bumi. Bijih besi yang umum adalah hematit, yang sering terlihat sebagai pasir hitam sepanjang pantai dan muara aliran sungai. Besi merupakan logam kedua yang paling banyak di bumi ini. Karakter dari endapan besi ini bisa berupa endapan logam yang berdiri sendiri namun seringkali ditemukan berasosiasi dengan mineral logam lainnya. Kadang besi terdapat sebagai kandungan logam tanah (residual), namun jarang yang memiliki nilai ekonomis tinggi. Endapan besi yang ekonomis umumnya berupa Magnetite, Hematite, Limonite dan Siderite. Kadang kala dapat berupa mineral: Pyrite, Pyrhotite, Marcasite, dan Chamosite. Besi bersifat keras, rapuh, dan umumnya mudah dicampur, dan digunakan untuk menghasilkan alloy lainnya, termasuk baja seperti yang dikatakan sebelumnya. Besi tempa
yang mengandung kurang dari 0.1% karbon, sangat kuat, dapat dibentuk, tidak mudah bercampur dan biasanya memiliki struktur berserat. Baja karbon adalah alloy besi dengan sedikit Mn, S, P, dan Si. Alloy baja adalah baja karbon dengan tambahan seperti nikel, krom, vanadium dan lain-lain. Besi relatif murah, mudah didapat, sangat berguna dan merupakan logam yang sangat penting sehingga sampai saat ini telah dilakukan banyak cara untuk mendapatkan besi dari alam.
Penyelidikan umum dan eksplorasi bijih besi di Indonesia sudah banyak dilakukan oleh berbagai pihak, sehingga diperlukan penyusunan pedoman teknis eksplorasi bijih besi. Pedoman dimaksudkan sebagai bahan acuan berbagai pihak dalam melakukan kegiatan penyelidikan umum dan eksplorasi bijih besi primer, agar ada kesamaan dalam melakukan kegiatan tersebut diatas sampai pelaporan.
Tata cara eksplorasi bijih besi primer meliputi urutan kegiatan eksplorasi sebelum pekerjaan lapangan, saat pekerjaan lapangan dan setelah pekerjaan lapangan. Kegiatan sebelum pekerjaan lapangan ini bertujuan untuk mengetahui gambaran mengenai prospek cebakan bijih besi primer, meliputi studi literatur dan penginderaan jarak jauh. Penyediaan peralatan antara lain peta topografi, peta geologi, alat pemboran inti, alat ukur topografi, palu dan kompas geologi, loupe, magnetic pen, GPS, pita ukur, alat gali, magnetometer, kappameter dan peralatan geofisika. Dalam sejarahnya, teknologi pembuatan besi yang kemudian berkembang dengan semakin meningkatnya kemampuan tanur peleburan untuk melebur logam pada temperatur yang semakin tinggi oleh sebab ditemukannya kokas batubara, memberi manfaat dengan ditemukannya baja. Karena baja dikenal sangat tangguh, kuat, keras, dan tidak mudah patah serta mudah dibentuk, membuat logam ini dengan cepat mengisi peradaban manusia secara luas. Selain untuk peralatan tempur dan persenjataan, pada jaman kekaisaran roma telah dicatat pemakaian besi dan baja untuk pembuatan transport air dalam jarak ratusan mil, penguat jembatan disekeliling istana, serta sistem pembuangan limbah untuk publik. Selain itu di berbagai belahan dunia lainnya baja juga digunakan untuk penguat bangunan serta komponen alat transportasi seperti kereta kuda. Salah satu perusahaan penambangan besi yang terkenal di dunia adalah Baffinland Iron Mines Corporation. Kegiatan utama dari perusahaan ini adalah eksplorasi mineral dan pengembangan bijih besi. Perusahaan ini memiliki tiga pertambangan sewa di Sungai Mary Area, Baffin Island, Nunavut, Kanada. The Group explores and develops minerals with a sole focus on the advancement of its Mary River Property, which consists of four high-grade hematite/magnetite deposits. Perusahaan inilah yang mengeksplorasi dan mengembangkan mineral-mineral dengan fokus untuk memajukan Properti Sungai Marianya, yang terdiri dari empat kelas tinggi deposito bijih besi/magnetit.
perhatian yang cukup serius, meskipun telah dicatat pemakaian pompa untuk menghindariTerjadinya peningkatan kebutuhan yang sangat pesat akan baja pada 500 tahun sebelum Masehi didaratan Eropa, Afrika utara dan hampir seluruh wilayah Asia,mendorong pengembangan teknik pertambangan bijih besi. Saat itu pencarian sumberdaya mineral besi relatif mudah, terdapat ketersediaannya dalam jumlah yang cukup besar serta lokasi yang mudah dijangkau, namun demikian tuntutan akan produktifitas, kemudahan pengambilan serta faktor keamanan menuntut pengembangan metoda penambangan bijih besi secara sistematik. Besar kemungkinan pengaruh aktifitas penambangan terhadap lingkungan belum mendapat terjadinya banjir akibat aktifitas penambangan tersebut. Namun demikian umumnya dipercaya bahwa mulai saat itulah metoda penambangan yang menjadi dasar metoda penambangan modern mulai seperti misalnya perencanaan tambang berdasarkan perkiraan penyebaran bijih, penerapan jenjang serta penirisan air tambang. Di Indonesia banyak limbah dari pabrik-pabrik besi yang tidak dimanfaatkan sehingga dapat menjadi pencamar yang merugikan. Namun bukan berarti tidak dilakukan usaha-usaha yang bertujuan untuk memanfaatkan limbah-limbah tersebut. Telah dilakukan banyak penelitian salah satunya adalah pemanfaatan limbah pasir besi sebagai bahan campuran beton dalam pembuatan aspal beton pada jalan. Hasil penelitian membuktikan bahwa pemakaian limbah pasir besi sebagai campuran sebesar 9% pada agregat halus (pasir) mampu meningkatkan stabilitas campuran aspal beton sebesar 10% dan beberapa keuntungan lainnya.
PENDAHULUAN
Salah satu bahan tambang yang banyak terdapat di bumi dan sampai saat ini telah banyak dimanfaatkan dalam berbagai keperluan adalah besi. Besi paling banyak dimanfaatkan sebagai campuran utama baja (alloy). Penghasil utama besi adalah bijih besi karena besi sangat jarang ditemukan dalam keadaan bebas. Besi merupakan unsur yang ditemukan berlimpah di alam. Selain itu, besi juga ditemukan di matahari dan bintang lainnya dalam jumlah yang seadanya. Inti atomnya sangat stabil. Besi merupakan bahan galian yang paling banyak dan beragam kegunaannya karena disebabkan oleh kelimpahan besi di kerak bumi sangat besar dan juga pengolahannnya relatif murah dan memerlukan biaya yang cukup murah. Selain itu juga besi mempunyai sifat-sifat yang menguntungkan (mempunyai banyak manfaat) dan dapat dengan mudah dimodifikasi. Inti bumi dengan radius 2.150 mil, terdiri dari besi dengan 10 persen hidrogen teroklusi. Besi merupakan unsur keempat yang berlimpah ditemukan di kerak bumi. Bijih besi yang umum adalah hematit, yang sering terlihat sebagai pasir hitam sepanjang pantai dan muara aliran sungai. Besi merupakan logam kedua yang paling banyak di bumi ini. Karakter dari endapan besi ini bisa berupa endapan logam yang berdiri sendiri namun seringkali ditemukan berasosiasi dengan mineral logam lainnya. Kadang besi terdapat sebagai kandungan logam tanah (residual), namun jarang yang memiliki nilai ekonomis tinggi. Endapan besi yang ekonomis umumnya berupa Magnetite, Hematite, Limonite dan Siderite. Kadang kala dapat berupa mineral: Pyrite, Pyrhotite, Marcasite, dan Chamosite. Besi bersifat keras, rapuh, dan umumnya mudah dicampur, dan digunakan untuk menghasilkan alloy lainnya, termasuk baja seperti yang dikatakan sebelumnya. Besi tempa
yang mengandung kurang dari 0.1% karbon, sangat kuat, dapat dibentuk, tidak mudah bercampur dan biasanya memiliki struktur berserat. Baja karbon adalah alloy besi dengan sedikit Mn, S, P, dan Si. Alloy baja adalah baja karbon dengan tambahan seperti nikel, krom, vanadium dan lain-lain. Besi relatif murah, mudah didapat, sangat berguna dan merupakan logam yang sangat penting sehingga sampai saat ini telah dilakukan banyak cara untuk mendapatkan besi dari alam.
Penyelidikan umum dan eksplorasi bijih besi di Indonesia sudah banyak dilakukan oleh berbagai pihak, sehingga diperlukan penyusunan pedoman teknis eksplorasi bijih besi. Pedoman dimaksudkan sebagai bahan acuan berbagai pihak dalam melakukan kegiatan penyelidikan umum dan eksplorasi bijih besi primer, agar ada kesamaan dalam melakukan kegiatan tersebut diatas sampai pelaporan.
Tata cara eksplorasi bijih besi primer meliputi urutan kegiatan eksplorasi sebelum pekerjaan lapangan, saat pekerjaan lapangan dan setelah pekerjaan lapangan. Kegiatan sebelum pekerjaan lapangan ini bertujuan untuk mengetahui gambaran mengenai prospek cebakan bijih besi primer, meliputi studi literatur dan penginderaan jarak jauh. Penyediaan peralatan antara lain peta topografi, peta geologi, alat pemboran inti, alat ukur topografi, palu dan kompas geologi, loupe, magnetic pen, GPS, pita ukur, alat gali, magnetometer, kappameter dan peralatan geofisika. Dalam sejarahnya, teknologi pembuatan besi yang kemudian berkembang dengan semakin meningkatnya kemampuan tanur peleburan untuk melebur logam pada temperatur yang semakin tinggi oleh sebab ditemukannya kokas batubara, memberi manfaat dengan ditemukannya baja. Karena baja dikenal sangat tangguh, kuat, keras, dan tidak mudah patah serta mudah dibentuk, membuat logam ini dengan cepat mengisi peradaban manusia secara luas. Selain untuk peralatan tempur dan persenjataan, pada jaman kekaisaran roma telah dicatat pemakaian besi dan baja untuk pembuatan transport air dalam jarak ratusan mil, penguat jembatan disekeliling istana, serta sistem pembuangan limbah untuk publik. Selain itu di berbagai belahan dunia lainnya baja juga digunakan untuk penguat bangunan serta komponen alat transportasi seperti kereta kuda. Salah satu perusahaan penambangan besi yang terkenal di dunia adalah Baffinland Iron Mines Corporation. Kegiatan utama dari perusahaan ini adalah eksplorasi mineral dan pengembangan bijih besi. Perusahaan ini memiliki tiga pertambangan sewa di Sungai Mary Area, Baffin Island, Nunavut, Kanada. The Group explores and develops minerals with a sole focus on the advancement of its Mary River Property, which consists of four high-grade hematite/magnetite deposits. Perusahaan inilah yang mengeksplorasi dan mengembangkan mineral-mineral dengan fokus untuk memajukan Properti Sungai Marianya, yang terdiri dari empat kelas tinggi deposito bijih besi/magnetit.
perhatian yang cukup serius, meskipun telah dicatat pemakaian pompa untuk menghindariTerjadinya peningkatan kebutuhan yang sangat pesat akan baja pada 500 tahun sebelum Masehi didaratan Eropa, Afrika utara dan hampir seluruh wilayah Asia,mendorong pengembangan teknik pertambangan bijih besi. Saat itu pencarian sumberdaya mineral besi relatif mudah, terdapat ketersediaannya dalam jumlah yang cukup besar serta lokasi yang mudah dijangkau, namun demikian tuntutan akan produktifitas, kemudahan pengambilan serta faktor keamanan menuntut pengembangan metoda penambangan bijih besi secara sistematik. Besar kemungkinan pengaruh aktifitas penambangan terhadap lingkungan belum mendapat terjadinya banjir akibat aktifitas penambangan tersebut. Namun demikian umumnya dipercaya bahwa mulai saat itulah metoda penambangan yang menjadi dasar metoda penambangan modern mulai seperti misalnya perencanaan tambang berdasarkan perkiraan penyebaran bijih, penerapan jenjang serta penirisan air tambang. Di Indonesia banyak limbah dari pabrik-pabrik besi yang tidak dimanfaatkan sehingga dapat menjadi pencamar yang merugikan. Namun bukan berarti tidak dilakukan usaha-usaha yang bertujuan untuk memanfaatkan limbah-limbah tersebut. Telah dilakukan banyak penelitian salah satunya adalah pemanfaatan limbah pasir besi sebagai bahan campuran beton dalam pembuatan aspal beton pada jalan. Hasil penelitian membuktikan bahwa pemakaian limbah pasir besi sebagai campuran sebesar 9% pada agregat halus (pasir) mampu meningkatkan stabilitas campuran aspal beton sebesar 10% dan beberapa keuntungan lainnya.
BAB II
SIFAT FISIK DAN KIMIA BESI
SIFAT FISIK DAN KIMIA BESI
2.1 Sifat Fisik
Dalam suhu kamar besi berwujud padat dengan massa jenis 7,86 g/cm2. Besi akan melebur pada suhu 1538oC dan pada saat lebur tersebut besi mempunyai kerapatan sekitar 6,98 g/cm2. Titik didih besi sangat tinggi hampir dua kali titik leburnya yaitu sebesar 2861oC. Besi bersifat keras, rapuh, dan umumnya mudah dicampur, dan digunakan untuk menghasilkan alloy lainnya, termasuk baja seperti yang dikatakan sebelumnya. Besi tempa yang mengandung kurang dari 0.1% karbon, sangat kuat, dapat dibentuk, tidak mudah bercampur dan biasanya memiliki struktur berserat. Besi relatif murah, mudah didapat, sangat berguna dan merupakan logam yang sangat penting sehingga sampai saat ini telah dilakukan banyak cara untuk mendapatkan besi dari alam.
Berikut tabel sifat-sifat fisika dari logam besi:
Fase padat
Massa jenis (sekitar suhu
kamar)
7,86 g/cm³
Massa jenis cair pada titik
lebur
6,98 g/cm³
Titik lebur 1811 K
(1538 °C, 2800 °F)
Titik didih 3134 K
(2861 °C, 5182 °F)
Kalor peleburan 13,81 kJ/mol
Kalor penguapan 340 kJ/mol
Kapasitas kalor (25 °C) 25,10 J/(mol·K)
Tekanan uap
P/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k
pada T/K 1728 1890 2091 2346 2679 3132
Sumber: wikipedia.com
Tabel 2.1 Sifat fisik logam besi
2.2 Sifat Kimia
Besi mempunyai empat isotop stabil yang stabil yaitu: 54Fe, 56Fe, 57Fe and 58Fe. Kelimpahan isotop-isotop Fe dalam alam sekitar adalah lebih kurang 54Fe (5.8%), 56Fe (91.7%), 57Fe (2.2%) dan 58Fe (0.3%). 60Fe adalah radionuklida yang telah pupus dan mempunyai waktu setengah yang panjang (1,5 juta tahun). Kebanyakan hasil penyelidikan terdahulu dalam penelitian komposisi Fe bertumpu kepada penentuan jenis 60Fe akibat dari nukleosintesis (yaitu kajian meteorit) dan pembentukan bijih besi. Besi murni cukup reaktif. Dalam udara lembab akan cepat teroksidasi dan membentuk besi (III) oksida hidrat (karat) yang tidak sanggup melindungi karena zat ini akan hancur dan membiarkan permukaan logam yang baru terbuka. Logam besi mudah larut dalam asam mineral. Dengan asam bukan pengoksidasi tanpa udara, diperoleh Fe (II). Dengan adanya udara atau bila digunakan HNO3 encer panas, sejumlah besi akan menjadi Fe (III). Media
pengoksidasi yang sangat kuat seperti HNO3 pekat atau asam-asam yang mengandung dikromat akan membuat besi pasif. Dari sifat-sifat di atas, salah satu kelemahan besi adalah mudah mengalami korosi. Korosi menimbulkan banyak kerugian karena mengurangi umur pakai berbagai barang atau bangunan yang menggunakan besi atau baja. Sebenarnya korosi dapat dicegah dengan mengubah besi menjadi baja tahan karat (stainless steel), akan tetapi proses ini terlalu mahal untuk kebanyakan penggunaan besi.
Ciri-ciri atom
Struktur kristal kubus pusat badan
Bilangan oksidasi 2, 3, 4, 6
(oksida amfoter)
Elektronegativitas 1,83 (skala Pauling)
Energi ionisasi pertama: 762,5 kJ/mol
ke-2: 1561,9 kJ/mol
ke-3: 2957 kJ/mol
Jari-jari atom 140 pm
Jari-jari atom (terhitung) 156 pm
Jari-jari kovalen 125 pm
Sumber: Wikipedia.com
Tabel 2.2 Sifat kimia logam besi
Adapun berbagai reaksi kimia dari senyawa besi antara lain:
a. Besi(III) klorida merupakan asam Lewis yang relatif kuat, dan bereaksi membentuk adduct dengan basa-basa Lewis. Contohnya adalah reaksi dengan trifenilfosfin oksida, membentuk adduct FeCl3(OPPh3)2 dimana Ph = fenil.
b. Besi(III) klorida bereaksi dengan garam klorida lainnya membentuk ion tetrahedral FeCl4
− yang berwarna kuning. Garam-garam dari FeCl4
− dalam asam klorida dapat diekstraksikan ke dietil eter.
c. Jika dipanaskan bersama besi(III) oksida pada temperatur 350 °C, besi (III) klorida membentuk
besi oksiklorida, sebuah padatan berlapis.
FeCl3 + Fe2O3 → 3 FeOCl
d. Dalam suasana basa, alkoksida dari logam alkali bereaksi membentuk kompleks dimer 2 FeCl3 + 6 C2H5OH + 6 NH3 → (Fe(OC2H5)3)2 + 6 NH4Cl
e. Besi(III) klorida bereaksi dengan cepat terhadap oksalat membentuk kompleks [Fe(C2O4)3]3−. Garam-garam karboksilat lainnya juga membentuk kompleks, seperti sitrat dan tartarat
f. Besi(III) klorida adalah agen oksidator yang sedang, mampu mengoksidasi tembaga(I) klorida to menjadi tembaga(II) klorida. Agen pereduksi seperti hidrazin dapat mengubah besi(III) klorida menjadi kompleks dari besi(II).
Sifat lain-lain besi
Sifat magnetik feromagnetik
Resistivitas listrik (20 °C) 96,1 nΩ·m
Konduktivitas termal (300 K) 80,4 W/(m·K)
Ekspansi termal (25 °C) 11,8 μm/(m·K)
Kecepatan suara (pada wujud kawat) (suhu kamar) (elektrolitik) 5120 m/s
Modulus Young 211 GPa
Modulus geser 82 GPa
Modulus ruah 170 GPa
Nisbah Poisson 0,29
Skala kekerasan Mohs 4,0
Kekerasan Vickers 608 MPa
Kekerasan Brinell 490 MPa
Sumber: wikipedia.com
Bijih besi adalah batuan dan mineral dari mana logam besi dapat diekstraksi secara ekonomis. Bijih biasanya kaya besi oksida dan mempunyai warna yang bervariasi muali dari abu-abu gelap, kuning terang, ungu, dan berkarat merah. Besi itu sendiri biasanya ditemukan dalam bentuk magnetit (Fe3O4), bijih besi (Fe2O3), goethite (FeO(OH)), limonit (FeO(OH), dan siderite (FeCO3). Bijih besi juga dikenal sebagai "bijih alam" dimana nama ini mengacu pada tahun-tahun awal pertambangan besi. Bijih besi merupakan bahan baku yang digunakan untuk membuat besi babi, yang merupakan salah satu bahan baku utama untuk membuat baja. Dari semua besi, 98% dari bijih besi yang ditambang digunakan untuk membuat baja. Sesungguhnya, telah dinyatakan sebelumnya bahwa bijih besi adalah bagian terbesar dari integral ekonomi global dibandingkan dengan komoditi lainnya, kecuali mungkin minyak. Logam besi hampir tidak dikenal di permukaan bumi kecuali sebagai besi-nikel paduan dari meteorit dan sangat langka dalam bentuk mantel xenoliths. Oleh karena itu, semua sumber zat besi yang digunakan oleh industri manusia dieksploitasi dari besi oksida mineral yang
merupakan bentuk utama yang digunakan dalam industri yang bijih besi. Proses terbentuknya bahan galian sangatlah kompleks yaitu lebih dari satu proses bekerja bersama-sama. Meskipun dari satu jenis bahan galian logam, apabila terbentuk oleh proses yang berbeda-beda, maka akan menghasilkan tipe endapan yang berbeda pula. Beberapa proses pembentukan bijih besi antara lain:
1. Diferensiasi magmatik
2. Larutan hidrotermal
3. Proses sedimentasi
4. Proses pelapukan
Dalam suhu kamar besi berwujud padat dengan massa jenis 7,86 g/cm2. Besi akan melebur pada suhu 1538oC dan pada saat lebur tersebut besi mempunyai kerapatan sekitar 6,98 g/cm2. Titik didih besi sangat tinggi hampir dua kali titik leburnya yaitu sebesar 2861oC. Besi bersifat keras, rapuh, dan umumnya mudah dicampur, dan digunakan untuk menghasilkan alloy lainnya, termasuk baja seperti yang dikatakan sebelumnya. Besi tempa yang mengandung kurang dari 0.1% karbon, sangat kuat, dapat dibentuk, tidak mudah bercampur dan biasanya memiliki struktur berserat. Besi relatif murah, mudah didapat, sangat berguna dan merupakan logam yang sangat penting sehingga sampai saat ini telah dilakukan banyak cara untuk mendapatkan besi dari alam.
Berikut tabel sifat-sifat fisika dari logam besi:
Fase padat
Massa jenis (sekitar suhu
kamar)
7,86 g/cm³
Massa jenis cair pada titik
lebur
6,98 g/cm³
Titik lebur 1811 K
(1538 °C, 2800 °F)
Titik didih 3134 K
(2861 °C, 5182 °F)
Kalor peleburan 13,81 kJ/mol
Kalor penguapan 340 kJ/mol
Kapasitas kalor (25 °C) 25,10 J/(mol·K)
Tekanan uap
P/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k
pada T/K 1728 1890 2091 2346 2679 3132
Sumber: wikipedia.com
Tabel 2.1 Sifat fisik logam besi
2.2 Sifat Kimia
Besi mempunyai empat isotop stabil yang stabil yaitu: 54Fe, 56Fe, 57Fe and 58Fe. Kelimpahan isotop-isotop Fe dalam alam sekitar adalah lebih kurang 54Fe (5.8%), 56Fe (91.7%), 57Fe (2.2%) dan 58Fe (0.3%). 60Fe adalah radionuklida yang telah pupus dan mempunyai waktu setengah yang panjang (1,5 juta tahun). Kebanyakan hasil penyelidikan terdahulu dalam penelitian komposisi Fe bertumpu kepada penentuan jenis 60Fe akibat dari nukleosintesis (yaitu kajian meteorit) dan pembentukan bijih besi. Besi murni cukup reaktif. Dalam udara lembab akan cepat teroksidasi dan membentuk besi (III) oksida hidrat (karat) yang tidak sanggup melindungi karena zat ini akan hancur dan membiarkan permukaan logam yang baru terbuka. Logam besi mudah larut dalam asam mineral. Dengan asam bukan pengoksidasi tanpa udara, diperoleh Fe (II). Dengan adanya udara atau bila digunakan HNO3 encer panas, sejumlah besi akan menjadi Fe (III). Media
pengoksidasi yang sangat kuat seperti HNO3 pekat atau asam-asam yang mengandung dikromat akan membuat besi pasif. Dari sifat-sifat di atas, salah satu kelemahan besi adalah mudah mengalami korosi. Korosi menimbulkan banyak kerugian karena mengurangi umur pakai berbagai barang atau bangunan yang menggunakan besi atau baja. Sebenarnya korosi dapat dicegah dengan mengubah besi menjadi baja tahan karat (stainless steel), akan tetapi proses ini terlalu mahal untuk kebanyakan penggunaan besi.
Ciri-ciri atom
Struktur kristal kubus pusat badan
Bilangan oksidasi 2, 3, 4, 6
(oksida amfoter)
Elektronegativitas 1,83 (skala Pauling)
Energi ionisasi pertama: 762,5 kJ/mol
ke-2: 1561,9 kJ/mol
ke-3: 2957 kJ/mol
Jari-jari atom 140 pm
Jari-jari atom (terhitung) 156 pm
Jari-jari kovalen 125 pm
Sumber: Wikipedia.com
Tabel 2.2 Sifat kimia logam besi
Adapun berbagai reaksi kimia dari senyawa besi antara lain:
a. Besi(III) klorida merupakan asam Lewis yang relatif kuat, dan bereaksi membentuk adduct dengan basa-basa Lewis. Contohnya adalah reaksi dengan trifenilfosfin oksida, membentuk adduct FeCl3(OPPh3)2 dimana Ph = fenil.
b. Besi(III) klorida bereaksi dengan garam klorida lainnya membentuk ion tetrahedral FeCl4
− yang berwarna kuning. Garam-garam dari FeCl4
− dalam asam klorida dapat diekstraksikan ke dietil eter.
c. Jika dipanaskan bersama besi(III) oksida pada temperatur 350 °C, besi (III) klorida membentuk
besi oksiklorida, sebuah padatan berlapis.
FeCl3 + Fe2O3 → 3 FeOCl
d. Dalam suasana basa, alkoksida dari logam alkali bereaksi membentuk kompleks dimer 2 FeCl3 + 6 C2H5OH + 6 NH3 → (Fe(OC2H5)3)2 + 6 NH4Cl
e. Besi(III) klorida bereaksi dengan cepat terhadap oksalat membentuk kompleks [Fe(C2O4)3]3−. Garam-garam karboksilat lainnya juga membentuk kompleks, seperti sitrat dan tartarat
f. Besi(III) klorida adalah agen oksidator yang sedang, mampu mengoksidasi tembaga(I) klorida to menjadi tembaga(II) klorida. Agen pereduksi seperti hidrazin dapat mengubah besi(III) klorida menjadi kompleks dari besi(II).
Sifat lain-lain besi
Sifat magnetik feromagnetik
Resistivitas listrik (20 °C) 96,1 nΩ·m
Konduktivitas termal (300 K) 80,4 W/(m·K)
Ekspansi termal (25 °C) 11,8 μm/(m·K)
Kecepatan suara (pada wujud kawat) (suhu kamar) (elektrolitik) 5120 m/s
Modulus Young 211 GPa
Modulus geser 82 GPa
Modulus ruah 170 GPa
Nisbah Poisson 0,29
Skala kekerasan Mohs 4,0
Kekerasan Vickers 608 MPa
Kekerasan Brinell 490 MPa
Sumber: wikipedia.com
Bijih besi adalah batuan dan mineral dari mana logam besi dapat diekstraksi secara ekonomis. Bijih biasanya kaya besi oksida dan mempunyai warna yang bervariasi muali dari abu-abu gelap, kuning terang, ungu, dan berkarat merah. Besi itu sendiri biasanya ditemukan dalam bentuk magnetit (Fe3O4), bijih besi (Fe2O3), goethite (FeO(OH)), limonit (FeO(OH), dan siderite (FeCO3). Bijih besi juga dikenal sebagai "bijih alam" dimana nama ini mengacu pada tahun-tahun awal pertambangan besi. Bijih besi merupakan bahan baku yang digunakan untuk membuat besi babi, yang merupakan salah satu bahan baku utama untuk membuat baja. Dari semua besi, 98% dari bijih besi yang ditambang digunakan untuk membuat baja. Sesungguhnya, telah dinyatakan sebelumnya bahwa bijih besi adalah bagian terbesar dari integral ekonomi global dibandingkan dengan komoditi lainnya, kecuali mungkin minyak. Logam besi hampir tidak dikenal di permukaan bumi kecuali sebagai besi-nikel paduan dari meteorit dan sangat langka dalam bentuk mantel xenoliths. Oleh karena itu, semua sumber zat besi yang digunakan oleh industri manusia dieksploitasi dari besi oksida mineral yang
merupakan bentuk utama yang digunakan dalam industri yang bijih besi. Proses terbentuknya bahan galian sangatlah kompleks yaitu lebih dari satu proses bekerja bersama-sama. Meskipun dari satu jenis bahan galian logam, apabila terbentuk oleh proses yang berbeda-beda, maka akan menghasilkan tipe endapan yang berbeda pula. Beberapa proses pembentukan bijih besi antara lain:
1. Diferensiasi magmatik
2. Larutan hidrotermal
3. Proses sedimentasi
4. Proses pelapukan
Dari proses di atas, tiap-tiap proses akan menghasilkan endapan bijih besi yang berbeda dalam hal mutu, besar cadangan, maupun jenis mineral ikutannya. Dengan mengetahui proses pembentukan besi di atas, maka akan sangat membantu dalam pencarian, penemuan, ataupun pengembangannya.
3.1 Besi primer (ore deposits)
Proses terjadinya cebakan bahan galian bijih besi berhubungan erat dengan adanya peristiwa tektonik pra-mineralisasi. Akibat peristiwa tektonik, terbentuklah struktur sesar struktur sesar ini merupakan zona lemah yang memungkinkan terjadinya magmatisme, yaitu intrusi magma menerobos batuan tua. Akibat adanya kontak magmatik ini, terjadilah proses rekristalisasi, alterasi, mineralisasi, dan penggantian (replacement) pada bagian kontak magma dengan batuan yang diterobosnya. Perubahan ini disebabkan karena adanya panas dan bahan cair (fluida) yang berasal dari aktivitas magma tersebut. Proses penerobosan magma pada zona lemah ini hingga membeku umumnya disertai dengan kontak metamorfosa. Kontak metamorfosa juga melibatkan batuan samping sehingga menimbulkan bahan cair (fluida) seperti cairan magmatik dan metamorfik yang banyak mengandung bijih.
3.2 Besi sekunder (endapan placer)
Cebakan mineral alochton dibentuk oleh kumpulan mineral berat melalui proses sedimentasi, secara alamiah terpisah karena gravitasi dan dibantu pergerakan media cair, padat dan gas/udara. Kerapatan konsentrasi mineral-mineral berat tersebut tergantung kepada tingkat kebebasannya dari sumber, berat jenis, ketahanan kimiawi hingga lamanya pelapukan dan mekanisma. Dengan nilai ekonomi yang dimilikinya para ahli geologi menyebut endapan alochton tersebut sebagai cebakan placer. Jenis cebakan ini telah terbentuk dalam semua
waktu geologi, tetapi kebanyakan pada umur Tersier dan masa kini, sebagian besar merupakan cadangan berukuran kecil dan sering terkumpul dalam waktu singkat karena tererosi. Kebanyakan cebakan berkadar rendah tetapi dapat ditambang karena berupa partikel bebas, mudah dikerjakan dengan tanpa penghancuran; dimana pemisahannya dapat menggunakan alat semi-mobile dan relatif murah. Penambangannya biasanya dengan cara pengerukan, yang merupakan metoda penambangan termurah.
G e n e s a J e n i s
Terakumulasi in situ selama pelapukan Placer residual
Terkonsentrasi dalam media padat yang bergerak Placer eluvial
Terkonsentrasi dalam media cair yang bergerak (air) Placer aluvial atau sungai
Placer pantai
Terkonsentrasi dalam media gas/udara yang bergerak Placer Aeolian (jarang)
Tabel 3.1 Cebakan-cebakan placer berdasarkan genesanya
Placer residual
Partikel mineral/bijih pembentuk cebakan terakumulasi langsung di atas batuan sumbernya (contoh: urat mengandung emas atau kasiterit) yang telah mengalami pengrusakan/penghancuran kimiawi dan terpisah dari bahan-bahan batuan yang lebih ringan. Jenis cebakan ini hanya terbentuk pada permukaan tanah yang hampir rata, dimana didalamnya dapat juga ditemukan mineral-mineral ringan yang tahan reaksi kimia (misal :
beryl).
Placer eluvial
Partikel mineral/bijih pembentuk jenis cebakan ini diendapkan di atas lereng bukit suatu batuan sumber. Di beberapa daerah ditemukan placer eluvial dengan bahan-bahan pembentuknya yang bernilai ekonomis terakumulasi pada kantong-kantong (pockets) permukaan batuan dasar.
Placer sungai atau alluvial
Jenis ini paling penting terutama yang berkaitan dengan bijih emas yang umumnya berasosiasi dengan bijih besi, dimana konfigurasi lapisan dan berat jenis partikel mineral/bijih menjadi faktor-faktor penting dalam pembentukannya. Telah dikenal bahwa fraksi mineral berat dalam cebakan ini berukuran lebih kecil daripada fraksi mineral ringan, sehubungan; Pertama, mineral berat pada batuan sumber (beku dan malihan) terbentuk dalam ukuran lebih kecil daripada mineral utama pembentuk batuan. Kedua, pemilahan dan susunan endapan
sedimen dikendalikan oleh berat jenis dan ukuran partikel (rasio hidraulik).
Placer pantai
Cebakan ini terbentuk sepanjang garis pantai oleh pemusatan gelombang dan arus air laut di sepanjang pantai. Gelombang melemparkan partikel-partikel pembentuk cebakan ke pantai dimana air yang kembali membawa bahan-bahan ringan untuk dipisahkan dari mineral berat. Bertambah besar dan berat partikel akan diendapkan/terkonsentrasi di pantai, kemudian terakumulasi sebagai batas yang jelas dan membentuk lapisan. Perlapisan menunjukkan urutan terbalik dari ukuran dan berat partikel, dimana lapisan dasar berukuran halus dan/ atau kaya akan mineral berat dan ke bagian atas berangsur menjadi lebih kasar dan/atau sedikit
mengandung mineral berat. Placer pantai (beach placer) terjadi pada kondisi topografi berbeda yang disebabkan oleh perubahan muka air laut, dimana zona optimum pemisahan mineral berat berada pada zona pasang-surut dari suatu pantai terbuka. Konsentrasi partikel mineral/bijih juga dimungkinkan pada terrace hasil bentukan gelombang laut. Mineral-mineral terpenting yang dikandung jenis cebakan ini adalah : magnetit, ilmenit, emas, kasiterit, intan, monazit, rutil, xenotim dan zirkon. Mineral ikutan dalam endapan placer Suatu cebakan pasir besi selain mengandung mineral-mineral bijih besi utama tersebut dimungkinkan berasosiasi dengan mineral-mineral mengandung Fe lainnya diantaranya : pirit (FeS2), markasit (FeS), pirhotit (Fe1-xS), chamosit [Fe2Al2 SiO5(OH)4], ilmenit (FeTiO3), wolframit [(Fe,Mn)WO4], kromit (FeCr2O4); atau juga mineral-mineral non-Fe yang dapat memberikan nilai tambah seperti : rutil (TiO2), kasiterit (SnO2), monasit [Ce,La,Nd, Th(PO4, SiO4)], intan, emas (Au), platinum (Pt), xenotim (YPO4), zirkon (ZrSiO4) dan lain-lain. Endapan besi yang ekonomis umumnya berupa Magnetite, Hematite, Limonite dan Siderite. Kadangkala dapat berupa mineral: Pyrite, Pyrhotite, Marcasite, dan Chamosite. Dari mineral-mineral bijih besi, magnetit adalah mineral dengan kandungan Fe paling tinggi, tetapi terdapat dalam jumlah kecil. Sementara hematit merupakan mineral bijih utama yang dibutuhkan dalam industri besi. Mineral-mineral pembawa besi dengan nilai ekonomis dengan susunan kimia, kandungan Fe dan klasifikasi komersil dapat dilihat pada Tabel dibawah ini.
Mineral Susunan kimia Kandungan Fe (%) Klasifikasi komersil
Magnetit FeO, Fe2O3 72,4 Magnetik atau bijih hitam
Hematit Fe2O3 70,0 Bijih merah
Limonit Fe2O3.nH2O 59 – 63 Bijih coklat
Siderit FeCO3 48,2 Spathic, black band, clay ironstone
Sumber: Iron & Ferroalloy Metals in (ed) M. L. Jensen & A. M. Bafeman, 1981; Economic
Mineral Deposits, P. 392.
Tabel 3.2 Mineral-mineral bijih besi bernilai ekonomis
3.1 Besi primer (ore deposits)
Proses terjadinya cebakan bahan galian bijih besi berhubungan erat dengan adanya peristiwa tektonik pra-mineralisasi. Akibat peristiwa tektonik, terbentuklah struktur sesar struktur sesar ini merupakan zona lemah yang memungkinkan terjadinya magmatisme, yaitu intrusi magma menerobos batuan tua. Akibat adanya kontak magmatik ini, terjadilah proses rekristalisasi, alterasi, mineralisasi, dan penggantian (replacement) pada bagian kontak magma dengan batuan yang diterobosnya. Perubahan ini disebabkan karena adanya panas dan bahan cair (fluida) yang berasal dari aktivitas magma tersebut. Proses penerobosan magma pada zona lemah ini hingga membeku umumnya disertai dengan kontak metamorfosa. Kontak metamorfosa juga melibatkan batuan samping sehingga menimbulkan bahan cair (fluida) seperti cairan magmatik dan metamorfik yang banyak mengandung bijih.
3.2 Besi sekunder (endapan placer)
Cebakan mineral alochton dibentuk oleh kumpulan mineral berat melalui proses sedimentasi, secara alamiah terpisah karena gravitasi dan dibantu pergerakan media cair, padat dan gas/udara. Kerapatan konsentrasi mineral-mineral berat tersebut tergantung kepada tingkat kebebasannya dari sumber, berat jenis, ketahanan kimiawi hingga lamanya pelapukan dan mekanisma. Dengan nilai ekonomi yang dimilikinya para ahli geologi menyebut endapan alochton tersebut sebagai cebakan placer. Jenis cebakan ini telah terbentuk dalam semua
waktu geologi, tetapi kebanyakan pada umur Tersier dan masa kini, sebagian besar merupakan cadangan berukuran kecil dan sering terkumpul dalam waktu singkat karena tererosi. Kebanyakan cebakan berkadar rendah tetapi dapat ditambang karena berupa partikel bebas, mudah dikerjakan dengan tanpa penghancuran; dimana pemisahannya dapat menggunakan alat semi-mobile dan relatif murah. Penambangannya biasanya dengan cara pengerukan, yang merupakan metoda penambangan termurah.
G e n e s a J e n i s
Terakumulasi in situ selama pelapukan Placer residual
Terkonsentrasi dalam media padat yang bergerak Placer eluvial
Terkonsentrasi dalam media cair yang bergerak (air) Placer aluvial atau sungai
Placer pantai
Terkonsentrasi dalam media gas/udara yang bergerak Placer Aeolian (jarang)
Tabel 3.1 Cebakan-cebakan placer berdasarkan genesanya
Placer residual
Partikel mineral/bijih pembentuk cebakan terakumulasi langsung di atas batuan sumbernya (contoh: urat mengandung emas atau kasiterit) yang telah mengalami pengrusakan/penghancuran kimiawi dan terpisah dari bahan-bahan batuan yang lebih ringan. Jenis cebakan ini hanya terbentuk pada permukaan tanah yang hampir rata, dimana didalamnya dapat juga ditemukan mineral-mineral ringan yang tahan reaksi kimia (misal :
beryl).
Placer eluvial
Partikel mineral/bijih pembentuk jenis cebakan ini diendapkan di atas lereng bukit suatu batuan sumber. Di beberapa daerah ditemukan placer eluvial dengan bahan-bahan pembentuknya yang bernilai ekonomis terakumulasi pada kantong-kantong (pockets) permukaan batuan dasar.
Placer sungai atau alluvial
Jenis ini paling penting terutama yang berkaitan dengan bijih emas yang umumnya berasosiasi dengan bijih besi, dimana konfigurasi lapisan dan berat jenis partikel mineral/bijih menjadi faktor-faktor penting dalam pembentukannya. Telah dikenal bahwa fraksi mineral berat dalam cebakan ini berukuran lebih kecil daripada fraksi mineral ringan, sehubungan; Pertama, mineral berat pada batuan sumber (beku dan malihan) terbentuk dalam ukuran lebih kecil daripada mineral utama pembentuk batuan. Kedua, pemilahan dan susunan endapan
sedimen dikendalikan oleh berat jenis dan ukuran partikel (rasio hidraulik).
Placer pantai
Cebakan ini terbentuk sepanjang garis pantai oleh pemusatan gelombang dan arus air laut di sepanjang pantai. Gelombang melemparkan partikel-partikel pembentuk cebakan ke pantai dimana air yang kembali membawa bahan-bahan ringan untuk dipisahkan dari mineral berat. Bertambah besar dan berat partikel akan diendapkan/terkonsentrasi di pantai, kemudian terakumulasi sebagai batas yang jelas dan membentuk lapisan. Perlapisan menunjukkan urutan terbalik dari ukuran dan berat partikel, dimana lapisan dasar berukuran halus dan/ atau kaya akan mineral berat dan ke bagian atas berangsur menjadi lebih kasar dan/atau sedikit
mengandung mineral berat. Placer pantai (beach placer) terjadi pada kondisi topografi berbeda yang disebabkan oleh perubahan muka air laut, dimana zona optimum pemisahan mineral berat berada pada zona pasang-surut dari suatu pantai terbuka. Konsentrasi partikel mineral/bijih juga dimungkinkan pada terrace hasil bentukan gelombang laut. Mineral-mineral terpenting yang dikandung jenis cebakan ini adalah : magnetit, ilmenit, emas, kasiterit, intan, monazit, rutil, xenotim dan zirkon. Mineral ikutan dalam endapan placer Suatu cebakan pasir besi selain mengandung mineral-mineral bijih besi utama tersebut dimungkinkan berasosiasi dengan mineral-mineral mengandung Fe lainnya diantaranya : pirit (FeS2), markasit (FeS), pirhotit (Fe1-xS), chamosit [Fe2Al2 SiO5(OH)4], ilmenit (FeTiO3), wolframit [(Fe,Mn)WO4], kromit (FeCr2O4); atau juga mineral-mineral non-Fe yang dapat memberikan nilai tambah seperti : rutil (TiO2), kasiterit (SnO2), monasit [Ce,La,Nd, Th(PO4, SiO4)], intan, emas (Au), platinum (Pt), xenotim (YPO4), zirkon (ZrSiO4) dan lain-lain. Endapan besi yang ekonomis umumnya berupa Magnetite, Hematite, Limonite dan Siderite. Kadangkala dapat berupa mineral: Pyrite, Pyrhotite, Marcasite, dan Chamosite. Dari mineral-mineral bijih besi, magnetit adalah mineral dengan kandungan Fe paling tinggi, tetapi terdapat dalam jumlah kecil. Sementara hematit merupakan mineral bijih utama yang dibutuhkan dalam industri besi. Mineral-mineral pembawa besi dengan nilai ekonomis dengan susunan kimia, kandungan Fe dan klasifikasi komersil dapat dilihat pada Tabel dibawah ini.
Mineral Susunan kimia Kandungan Fe (%) Klasifikasi komersil
Magnetit FeO, Fe2O3 72,4 Magnetik atau bijih hitam
Hematit Fe2O3 70,0 Bijih merah
Limonit Fe2O3.nH2O 59 – 63 Bijih coklat
Siderit FeCO3 48,2 Spathic, black band, clay ironstone
Sumber: Iron & Ferroalloy Metals in (ed) M. L. Jensen & A. M. Bafeman, 1981; Economic
Mineral Deposits, P. 392.
Tabel 3.2 Mineral-mineral bijih besi bernilai ekonomis
BAB IV
EKSPLORASI DAN PENGOLAHAN BESI
EKSPLORASI DAN PENGOLAHAN BESI
4.1 Eksplorasi Besi
Penyelidikan umum dan eksplorasi bijih besi di Indonesia sudah banyak dilakukan oleh berbagai pihak, sehingga diperlukan penyusunan pedoman teknis eksplorasi bijih besi. Pedoman dimaksudkan sebagai bahan acuan berbagai pihak dalam melakukan kegiatan penyelidikan umum dan eksplorasi bijih besi primer, agar ada kesamaan dalam melakukan kegiatan tersebut diatas sampai pelaporan. Tata cara eksplorasi bijih besi primer meliputi urutan kegiatan eksplorasi sebelum pekerjaan lapangan, saat pekerjaan lapangan dan setelah pekerjaan lapangan. Kegiatan sebelum pekerjaan lapangan ini bertujuan untuk mengetahui gambaran mengenai prospek cebakan bijih besi primer, meliputi studi literatur dan penginderaan jarak jauh. Penyediaan
peralatan antara lain peta topografi, peta geologi, alat pemboran inti, alat ukur topografi, palu dan kompas geologi, loupe, magnetic pen, GPS, pita ukur, alat gali, magnetometer, kappameter dan peralatan geofisika.
Kegiatan pekerjaan lapangan yang dilakukan adalah penyelidikan geologi meliputi pemetaan; pembuatan paritan dan sumur uji, pengukuran topografi, survei geofisika dan pemboran inti. Kegiatan setelah pekerjaan lapangan yang dilakukan antara lain adalah analisis laboratorium dan pengolahan data. Analisis laboratorium meliputi analisis kimia dan fisika. Unsur yang dianalisis kimia antara lain: Fe total, Fe2O3, Fe3O4, TiO2, S, P, SiO2, MgO, CaO, K2O, Al2O3, LOI. Analisis fisika yang dilakukan antara lain: mineragrafi, petrografi, berat jenis (BD). Sedangkan pengolahan data adalah interpretasi hasil dari penyelidikan lapangan dan analisis laboratorium.
Eksplorasi rinci, tahap eksplorasi untuk mendeliniasi secara rinci dalarn 3 dimensiTahapan eksplorasi adalah urutan penyelidikan geologi yang umumnya dilakukan melalui empat tahap sebagai berikut: Survei tinjau, prospeksi, eksplorasi umum, dan eksplorasi rinci. Survei tinjau, tahap eksplorasi untuk mengidentifikasi daerah-daerah yang berpotensi bagi keterdapatan mineral pada skala regional. Prospeksi, tahap eksplorasi dengan jalan mempersempit daerah yang mengandung endapan mineral yang potensial. Eksplorasi umum, tahap eksplorasi yang rnerupakan deliniasi awal dari suatu endapan yang teridentifikasi. terhadap endapan mineral yang telah diketahui dari pencontohhan singkapan, paritan, dan lubang bor, shafts dan terowongan. Penyelidikan geologi adalah penyelidikan yang berkaitan dengan aspek-aspek geologi diantaranya: pemetaan geologi, parit uji, dan sumur uji. Pemetaan adalah pengamatan dan pengambilan contoh yang berkaitan dengan aspek geologi dilapangan. Pengamatan yang dilakukan meliputi: jenis litologi, mineralisasi, ubahan dan struktur pada singkapan, sedangkan pengambilan contoh berupa batuan terpilih.
Penyelidikan Geofisika adalah penyelidikan yang berdasarkan sifat fisik batuan, untuk dapat mengetahui struktur bawah permukaan, geometri cebakan mineral, serta sebarannya secara horizontal maupun secara vertikal yang mendukung penafsiran geologi dan geokimia secara langsung maupun tidak langsung.
Pemboran inti dilakukan setelah penyelidikan geologi dan penyelidikan geofisika. Penentuan jumlah cadangan (sumberdaya) mineral yang mempunyai nilai ekonomis adalah suatu hal pertama kali yang perlu dikaji, dihitung sesuai standar perhitungan cadangan yang berlaku, karena akan berpengaruh terhadap optimasi rencana usaha tambang, umur tambang dan hasil yang akan diperoleh. Dalam hal penentuan cadangan, langkah yang perlu diperhatikan antara lain:
1) Memadai atau tidaknya kegiatan dan hasil eksplorasi.
2) Kebenaran penyebaran dan kualitas cadangan berdasarkan korelasi seluruh data eksplorasi seperti pemboran, analisis contoh, dll.
3) Kelayakan penentuan batasan cadangan, seperti Cut of Grade, Stripping Ratio, kedalaman maksimum penambangan, ketebalan minimum dan sebagainya bertujuan untuk mengetahui kondisi geologi dan sebaran bijih besi bawah permukaan.
4) Tata cara eksplorasi pasir besi meliputi urutan kegiatan eksplorasi pasir besi mulai dari kegiatan sebelum pekerjaan lapangan, saat pekerjaan lapangan dan setelah pekerjaan lapangan yang dilakukan untuk mengetahui potensi pasir besi.
5) Kegiatan sebelum pekerjaan lapangan seperti:
a) Studi Literatur yang dilakukan meliputi: pengumpulan dan pengolahan data serta laporan kegiatan sebelumnya.
b) Studi Penginderaan Jarak Jauh dengan jenis data yang dapat digunakan Ndalam studi ini meliputi: data Citra Landsat MSS TM/Tematic mapper, SLAR, Spot image dan foto udara. Dengan data penginderaan jarak jauh inI dapat dilakukan interpretasi gejala–gejala geologi yang berguna sebagai acuan dalam eksplorasi pasir besi.
c) Studi Geofisika dengan Eksplorasi Bijih Besi (Iron Ore) Menggunakan Metode Magnetik Eksplorasi Geofisika Ekplorasi merupakan penyelidikan awal di bidang pertambangan yang bertujuan untuk mengetahui potensi mineral atau bahan galian di suatu wilayah penelitian. Hasil sebuah ekplorasi biasanya berupa karakteristik bahan tambang, sebaran mineral, atau jumlah cadangan mineral.
Di dalam eksplorasi geofisika biasanya digunakan beberapa metode seperti metode geolistrik (geoelectric), metode magnetik, metode gravitasi dan seismik. Masing-masing metode diterapkan sesuai dengan objek bahan galian yang akan diselidiki. Misalnya, metode geolistrik sangat cocok untuk mengetahui potensi air tanah (ground water). Metode ini juga dapat diterapkan untuk eksplorasi mineral seperti bijih besi dan mangan. Namun, akurasinya rendah dikarenakan nilai resistivitas skala laboratorium untuk beberapa jenis mineral berbeda dengan skala lapangan. Hal ini tentunya dipengaruhi oleh struktur batuan. Contoh lainnya adalah metode magnetik, cocok digunakan untuk eksplorasi mineral magnetis
seperti bijih besi seperti magnetit dan hematit. Metode ini didasarkan pada nilai anomali
medan magnet bumi di suatu kawasan survei. Sebagaimana kita ketahui bahwa bumi memiliki
sifat seperti magnet (dwi kutub) yaitu kutub utara dan selatan.
Dalam makalah ini akan diulas secara singkat mengenai eksplorasi mineral dengan
metode magnetik atau biasa juga disebut sebagai metode geomagnetik. Untuk memahami
metode geomagnetik, ada baiknya diulas secara ringkas beberapa teori dasar tentang
kemagnetan dan beberapa kajian yang berkaitan dengannya.
Kegiatan Pekerjaan Lapangan
1) Pemetaan Geologi dalam penyelidikan pasir besi meliputi pemetaan batas pasir
pantai dengan litologi lainnya, sehingga dapat diperoleh gambaran sebaran
endapan pasir besi.
2) Pengukuran Topografi dilakukan untuk menggambarkan morfologi pantai dan
perencanaan penempatan titik-titik lokasi pemboran dan sumur uji serta lintasan
geofisika.
Urutan kegiatan yang dilakukan dalam pengukuran topografi adalah sebagai berikut:
a) Penentuan koordinat titik awal pengukuran pada punggungan sand dune.
b) Pembuatan garis sumbu utama (base line, dan
c) Pengukuran siku-siku untuk garis lintang (cross line).
Garis sumbu utama diusahakan searah dengan garis pantai dan garis-garis lintang yang
merupakan tempat kedudukan titik bor, arahnya dibuat tegak lurus terhadap sumbu utama
dengan interval jarak tertentu.
Geofisika (Geomagnetik) metode geofisika yang digunakan dalam studi ini adalah
metode geomagnetik yang meliputi: aeromagnetic dan groundmagnetic, namun jarang
diterapkan. Tujuan dari penerapan metode ini adalah untuk mencari sebaran anomali
magnetik daerah pantai yang dieksplorasi.
Pemboran ini dimaksudkan untuk mengambil contoh-contoh pasir besi pantai baik yang
ada diatas permukaan laut maupun yang berada dibawahnya. Pekerjaan pemboran pasir besi
dilakukan dengan menggunakan bor dangkal baik yang bersifat manual (Doormer) maupun
bersifat semi mekanis. Kegiatan yang dilakukan adalah sebagai berikut:
1) Penentuan lokasi titik bor,
2) Setting alat bor,
3) Pembuatan lubang awal dilakukan dengan menggunakan mata bor jenis Ivan
sampai batas permukaan air tanah,
4) Setelah menembus lapisan air tanah, pemboran dilakukan dengan menggunakan
casing yang didalamnya dipasang bailer,
5) Pemboran dihentikan sampai batas batuan dasar.
Pengambilan contoh pasir besi yang terletak di atas permukaan air tanah diambil dengan
sendok pasir (sand auger) jenis Ivan berdiameter 2,5 inchi, sedangkan contoh pasir yang
berada di bawah permukaan air tanah dan bawah permukaan air laut diambil dengan bailer
yang dilengkapi ball valve. Contoh-contoh diambil untuk setiap kedalaman 1,5 meter atau
setiap satu meter dan dibedakan antara contoh dari horizon A, contoh horizon B dan contoh
dari horizon C.
Pola pemboran dan interval titik bor yang digunakan pada pekerjaan ini disesuikan
dengan tahapan survei, sebagai contoh pada tahapan eksplorasi rinci digunakan pola
pemboran dengan interval 100 m x 20 m.
Pembuatan Sumur Uji, pada umumnya dilakukan pada pasir besi undak tua yang telah
mengalami kompaksi. Kegiatan ini dimaksudkan untuk mengambil contoh-contoh pasir besi
pantai sampai pada kedalaman tertentu sampai mencapai permukaan air dan untuk
mengetahui profil/penampang tegak perlapisan pasir besi.
Kegiatan yang dilakukan adalah sebagai berikut:
1) Penentuan lokasi sumur uji.
2) Penggalian dengan luas bukaan sumur 1m x 1m atau 1,5m x 1,5m.
3) Bila terjadi runtuhan maka dibuat penyangga.
4) Pembuatan sumur dihentikan apabila telah mencapai permukaan air atau telah
mencapai batuan dasar.
5) Pengambilan contoh pasir besi dari sumur uji diambil dengan interval setiap satu
meter menggunakan metode channel sampling, dengan ukuran 5 cm x 10 cm.
6) Preparasi Contoh, proses preparasi di lapangan untuk contoh bor dan sumur uji
dapat dilakukan dengan dua metode, yaitu: increment atau Riffle splitter. Contoh
yang diambil harus homogen dari setiap interval kedalaman. Dengan pengambilan
yang cukup representatif akan menjamin ketelitian dalam analisa kimia,
perhitungan sumber daya atau cadangan dari endapan pasir besi pantai.
Pengambilan contoh-contoh tersebut didasari oleh prosedur baku dalam eksplorasi
endapan pasir besi pantai.
Kegiatan yang dilakukan dalam proses preparasi dengan metode increment mengacu
pada Japan Industrial Standard (J.I.S), yaitu:
1) Contoh pasir hasil pemboran atau sumur uji ditampung pada suatu wadah dan
diaduk hingga homogen.
2) Contoh tersebut di atas dimasukkan dalam kotak increment, diratakan dan dibagi
dalam garis kotak- kotak.
3) Contoh direduksi dengan menggunakan sendok increment dari kotak increment,
dari tiap-tiap kotak ditampung dalam kantong contoh.
4) Contoh hasil reduksi kemudian dikeringkan.
5) Contoh yang sudah dikeringkan dari tiap – tiap interval dibagi menjadi 3 bagian.
Satu bagian untuk contoh individu, satu bagian untuk contoh komposit dan satu
bagian untuk duplikat.
6) Satu bagian contoh dari tiap interval digabungkan dengan interval lainnya menjadi
contoh komposit.
Kegiatan yang dilakukan dalam proses preparasi dengan metode riffle splitter, yaitu:
1) Contoh pasir hasil pemboran atau sumur uji ditampung pada suatu wadah dan
diaduk hingga homogen, kemudian dikeringkan.
2) Contoh yang telah kering direduksi dengan riffle splitter hingga mendapatkan
berat yang diinginkan (+ 3 kg).
3) Contoh yang sudah mengalami splitting dari tiap – tiap interval dibagi menjadi 3
bagian. Satu bagian untuk contoh individu, satu bagian untuk contoh komposit
dan satu bagian untuk duplikat.
4) Satu bagian contoh dari tiap interval digabungkan dengan interval lainnya menjadi
contoh komposit.
Penentuan Persentase Kemagnetan (MD), diawali dengan pemisahan mineral magnetik
dengan non-magnetik, sebagai berikut:
1) Hasil preparasi contoh dilapangan sebanyak 1 kg, direduksi hingga + 100 gr
menggunakan splitter (contoh hasil reduksi).
2) Contoh hasil reduksi ditaburkan dalam suatu tempat secara merata.
3) Pemisahan dilakukan dengan menggerak-kan magnet batang 300 gauss berulangulang
minimal 7 kali di atas selembar kaca setebal 2 mm yang dibawahnya
tertabur contoh pasir untuk mendapatkan contoh konsentrat yang cukup bersih.
Jarak antara magnet batang dengan lapisan pasir harus dibuat tetap untuk
menghindari perbedaan kuat medan magnet.
4) Konsentrat yang diperoleh dari pemisahan magnet, ditimbang dalam satuan gram.
Dengan membandingkan berat konsentrat dan berat contoh hasil reduksi, maka
didapat harga persentase magnetik dengan rumus:
=
100%
5) Penentuan Berat Jenis insitu dilakukan dengan cara sebagai berikut:
a) Penghitungan volume contoh dari bor berdasarkan perhitungan volume
bagian dalam dari casing dengan rumus:
V= π x r2 x t, dengan V = Volume contoh
π = Konstanta (3,14)
r = jari-jari bagian dalam casing
t = ketinggian contoh dalam casing
b) Penentuan berat dengan cara menimbang setiap interval contoh
Kegiatan Setelah Pekerjaan Lapangan
Analisa Laboratorium dilakukan setelah contoh-contoh telah dikumpulkan (Gambar 6).
Pekerjaan analisa laboratorium meliputi analisa kimia dan fisika. Analisa kimia dilakukan
terhadap contoh individu untuk mengetahui kandungan unsur dalam konsentrat, antara lain:
Fetotal (FeO dan Fe2O3, Fe3O4) dan Titan. Analisa kimia dapat dilakukan dengan beberapa
metode, antara lain AAS, volumetrik, XRF dan ICP.
Analisa fisika yang dilakukan antara lain analisa mineral butir, analisa ayak, analisa
sifat magnetik dan berat jenis. Analisa mineral butir dilakukan untuk mengetahui jenis dan
persen berat mineral baik untuk fraksi magnetik maupun nonmagnetik contoh yang dianalisa
mineral butir berasal dari contoh komposit, yang mewakili wilayah/blok pemboran. Analisa
ayak dimaksudkan untuk mengetahui ukuran butiran pasir besi yang dominan. Analisa ayak
dilakukan terhadap contoh pilihan berasal dari bagian-bagian blok interval dalam bentuk
contoh komposit berat 500 gram yang dibagi menjadi 6 fraksi, yakni:
1) butiran yang lebih besar + 2 mm atau + 10 mesh,
2) butiran antara –2 + 1mm atau –10 + 18 mesh,
3) butiran antara –1 + ½ mm atau –18 + 35 mesh,
4) butiran antara –1/2 + ¼ mm atau –35 + 72 mesh,
5) butiran antara –1/4 + 1/8 atau –72 + 150 mesh, dan
6) butiran yang lebih kecil dari –1/8 mm.
Masing-masing fraksi jumlahnya dinyatakan dalam persen berat yang dapat
digambarkan dalam bentuk diagram balok sehingga sebaran fraksi pasir besi yang dominan
dapat diketahui. Analisa berat jenis dimaksudkan untuk mengetahui berat jenis pasir besi.
Analisa dilakukan dengan cara contoh asli (crude sand) seberat 100 gram dimasukkan ke
dalam air yang diketahui volumenya di dalam gelas ukur. Untuk memudahkan perhitungan
ditetapkan volume 200 cc, apabila kenaikan air menjadi A cc, maka volume pasir yang
dimasukkan = A – 200 cc.
Jadi berat jenis = 100 / (A-200) gram /cc.
Pengolahan Data dari hasil pengamatan dan analisa laboratorium diolah dan ditafsirkan
secara seksama untuk memberikan gambaran tentang kondisi geologi daerah penelitian yang
berkembang dari aspek genetik, posisi, hubungan serta distribusinya.
Data hasil analisa MD dan pemboran dibuat profil penyebaran endapan pasir besi
terhadap sumbu panjang (sejajar pantai) dan sumbu pendek (tegak lurus pantai) dan isograde.
Lokasi-lokasi pengambilan contoh diplot dalam peta topografi hasil pengukuran (Peta Lokasi
Pengambilan Contoh dan Peta Isograde).
Peta-peta yang dihasilkan bertujuan untuk keperluan penambangan, misalnya: peta
isograde dan peta topografi serta penampang tegak sebaran bijih besi ke arah kedalaman baik
sejajar garis pantai maupun yang memotong tegak lurus garis pantai. Bentuk–bentuk gumuk
pasir baik yang front maupun back dunes dipetakan secara rinci.
Perhitungan sumber daya secara manual dilakukan dengan beberapa metode, antara
lain:
1) Metode daerah pengaruh dengan rumus :
C = (L x t) X MD x SG
Dimana: C = Sumber daya dalam ton
L = Luas daerah pengaruh dalam m2
t = Tebal rata-rata endapan pasir besi dalam meter
MD = prosentase kemagnetan dalam %
SG = Berat Jenis dalam ton/m3
2) Metode Geostatistik
Metode ini digunakan untuk membantu dalam perhitungan estimasi sumber
daya/cadangan endapan bahan galian dimana nilai contoh merupakan realisasi
fungsi acak (statistik spasial). Pada hipotesis ini, nilai contoh merupakan suatu
fungsi dari posisi dalam cebakan, dan posisi relatif contoh dimasukkan dalam
pertimbangan. Kesamaan nilai-nilai contoh yang merupakan fungsi jarak contoh
serta yang saling berhubungan ini merupakan dasar teori statistik spasial. Metode
ini jarang dilakukan dalam perhitungan estimasi sumber daya /cadangan pasir
besi.
Untuk mengetahui sejauh mana hubungan spasial antara titik–titik di dalam
cebakan, maka harus diketahui fungsi strukturalnya yang dicerminkan oleh model
semivariogramnya.
Menetapkan model semivariogram merupakan langkah awal dalam
perhitungan geostatistik, selanjutnya dengan perhitungan varian estimasi, varian
dispersi, varian kriging, dll.
Metode geostatistik yang digunakan dalam eksplorasi pasir besi adalah
varian estimasi. Pada metode ini estimasi suatu cadangan dicirikan oleh suatu
ekstensi/pengembangan satu atau beberapa harga yang diketahui terhadap daerah
sekitarnya yang tidak dikenal. Suatu harga yang diketahui (diukur pada contoh
inti, atau pada suatu blok) diekstensikan terhadap bagian-bagian yang diketahui
pada satu endapan bijih.
Ada beberapa cara estimasi yang sudah dikenal pada kegiatan pertambangan
antara lain:
a) Estimasi kadar rata-rata suatu cadangan bijih berdasarkan rata-rata
suatu kadar yang didapat dari analisis contoh pemboran/sumur uji.
b) Estimasi endapan bijih pada suatu tambang atau blok-blok
penambangan dengan menggunakan sistem poligon sebagai daerah
pengaruh, yang antara lain didasari oleh titik-titik pengamatan
berikutnya, pembobotan secara proporsional yang berbanding terbalik
dengan jarak dan lain-lain.
Tujuan dari penggunaan metode ini antara lain untuk memperoleh gambaran
tiga dimensi dari bentuk endapan pasir besi. Pada penerapannya untuk
perhitungan dalam geostatistik umumnya memerlukan bantuan komputer.
Geoplan merupakan perangkat lunak yang diperlukan dalam paket perhitungan
variogram. Selain itu juga digunakan perangkat lunak program KRIG3D yang
merupakan paket program kriging, varian estimasi dan varian dispersi.
4.2 Pengolahan Besi
Bijih besi dari tambang biasanya masih bercampur dengan pasir, tanah liat, dan batubatuan
dalam bongkah-bongkahan yang tidak sama besar. Untuk kelancaran proses
pengolahan bijih besi, bongkah-bongkah tersebut dipecahkan dengan mesin pemecah,
kemudian disortir antara bijih besih dan batu-batuan ikutan dengan tromol magnet. Pekerjaan
selanjutnya adalah mencuci bijih besi tersebut dan mengelompokkan menurut besarnya,
bijihbesi halus dan butir-butir yang kecil diaglomir di dalam dapur sinter atau rol hingga
berupa bola-bola yang dapat dipakai kembali sebagai isi dapur. Setelah bijih besi itu
dipanggang di dalam dapur panggang agar kering dan unsur-unsur yang mudah menjadi gas
keluar dari bijih kemudian dibawa ke dapur tinggi diolah menjadi besi kasar.
Pembuatan Besi Kasar
Bahan utama untuk membuat besi kasar adalah bijih besi. Berbagai macam bijih besi
yang terdapat di dalam kulit bumi berupa oksida besi dan karbonat besi, diantaranya yang
terpenting adalah sebagai berikut:
a. Batu besi coklat (2Fe2O3 + 3H2O) dengan kandungan besi berkisar 40%.
b. Batu besi merah yang juga disebut hematit (Fe2O3) dengan kandungan besi berkisar
50%.
c. Batu besi magnet (Fe2O4) berwarna hijau tua kehitaman, bersifat magnetis dengan
mengandung besi berkisar 60%.
d. Batu besi kalsit atau spat (FeCO3) yang juga disebut sferosiderit dengan mengandung
besi berkisar 40%.
Bahan utama besi dan paduannya adalah besi kasar, yang dihasilkan dalam tanur tinggi.
Bijih besi yang dicampur dengan kokas dan batu gamping (batu kapur) dilebur dalam tanur
ini. Komposisi kimia besi yang dihasilkan bergantung pada jenis bijih yang digunakan. Jenis
bijih besi yang lazim digunakan adalah hematit, magnetit, siderit dan himosit.
Hematit (Fe2O3) adalah bijih besi yang paling banyak dimanfaatkan karena kadar
besinya tinggi, sedangkan kadar kotorannya relatif rendah. Meskipun pirit (FeS2) banyak
ditemukan, jenis bijih ini tidak digunakan karena kadar sulfur yang tinggi sehingga diperlukan
tahap pemurnian tambahan.
Karena di alam ini besi berbentuk oksida dan karbonat, atau sulfida sehingga hampir
semua proses produksinya diawali dengan reduksi dengan gas reduktor H2 atau CO.
Proses Reduksi Tidak Langsung (Indirect Reduction)
Pada proses ini menggunakan tungku tanur tinggi (blast furnace) dengan porsi 80%
diproduksi dunia. Besi kasar dihasilkan dalam tanur tinggi. Diameter tanur tinggi sekitar 8m
dan tingginya mencapai 60 m. Kapasitas perhari dari tanur tinggi berkisar antara 700 – 1600
Megagram besi kasar. Bahan baku yang terdiri dari campuran bijih, kokas, dan batu kapur,
dinaikkan ke puncak tanur dengan pemuat otomatis, kemudian dimasukkan ke dalam hopper.
Untuk menghasilkan 100 Megagram besi kasar diperlukan sekitar 2000 Megagram bijih besi,
800 Megagram kokas, 500 Megagram batu kapur dan 4000 Megagram udara panas. Bahan
baku tersebut disusun secara berlapis-lapis.
Udara panas dihembuskan melalui tuyer sehingga memungkinkan kokas terbakar secara
efektif dan untuk mendorong terbentuknya karbon monoksida (CO) yang bereaksi dengan
bijih besi dan kemudian menghasilkan besi dan gas karbon dioksida (CO2). Dengan
digunakannya udara panas, dapat dihemat penggunaan kokas sebesar 30% lebih. Udara
dipanaskan dalam pemanas mula yang berbentuk menara silindris, sampai sekitar 500oC.
Kalor yang diperlukan berasal dari reaksi pembakaran gas karbon monoksida yang keluar dari
tanur. Udara panas tersebut memasuki tanur melalui tuyer yang terletak tepat di atas pusat
pengumpulan besi cair.
Batu kapur digunakan sebagai fluks yang mengikat kotoran-kotoran yang terdapat
dalam bijih-bijih, dan membentuk terak cair. Terak cair ini lebih ringan dari besi cair dna
terapung diatasnya dan secara berkala disadap. Besi cair yang telah bebas dari kotorankotoran
dialirkan kedalam cetakan setiap 5 – 6 jam.
Disamping setiap Megagram besi dihasilkan pula 0,5 Megagram terak dan 6 Megagram
gas panas. Terak dapat dimanfaatkan sebagai bahan bangunan (campuran beton) atau sebagai
bahan isolasi panas. Gas panas dibersihkan dan digunakan untuk pemanas mula udara, untuk
membangkitkan energi atau sebagai media pembakar dapur-dapur lainnya. Komposisi besi
kasar dapat dikendalikan melalui pengaturan kondisi operasi dan pemilihan susunan
campuran bahan baku.
Penyelidikan umum dan eksplorasi bijih besi di Indonesia sudah banyak dilakukan oleh berbagai pihak, sehingga diperlukan penyusunan pedoman teknis eksplorasi bijih besi. Pedoman dimaksudkan sebagai bahan acuan berbagai pihak dalam melakukan kegiatan penyelidikan umum dan eksplorasi bijih besi primer, agar ada kesamaan dalam melakukan kegiatan tersebut diatas sampai pelaporan. Tata cara eksplorasi bijih besi primer meliputi urutan kegiatan eksplorasi sebelum pekerjaan lapangan, saat pekerjaan lapangan dan setelah pekerjaan lapangan. Kegiatan sebelum pekerjaan lapangan ini bertujuan untuk mengetahui gambaran mengenai prospek cebakan bijih besi primer, meliputi studi literatur dan penginderaan jarak jauh. Penyediaan
peralatan antara lain peta topografi, peta geologi, alat pemboran inti, alat ukur topografi, palu dan kompas geologi, loupe, magnetic pen, GPS, pita ukur, alat gali, magnetometer, kappameter dan peralatan geofisika.
Kegiatan pekerjaan lapangan yang dilakukan adalah penyelidikan geologi meliputi pemetaan; pembuatan paritan dan sumur uji, pengukuran topografi, survei geofisika dan pemboran inti. Kegiatan setelah pekerjaan lapangan yang dilakukan antara lain adalah analisis laboratorium dan pengolahan data. Analisis laboratorium meliputi analisis kimia dan fisika. Unsur yang dianalisis kimia antara lain: Fe total, Fe2O3, Fe3O4, TiO2, S, P, SiO2, MgO, CaO, K2O, Al2O3, LOI. Analisis fisika yang dilakukan antara lain: mineragrafi, petrografi, berat jenis (BD). Sedangkan pengolahan data adalah interpretasi hasil dari penyelidikan lapangan dan analisis laboratorium.
Eksplorasi rinci, tahap eksplorasi untuk mendeliniasi secara rinci dalarn 3 dimensiTahapan eksplorasi adalah urutan penyelidikan geologi yang umumnya dilakukan melalui empat tahap sebagai berikut: Survei tinjau, prospeksi, eksplorasi umum, dan eksplorasi rinci. Survei tinjau, tahap eksplorasi untuk mengidentifikasi daerah-daerah yang berpotensi bagi keterdapatan mineral pada skala regional. Prospeksi, tahap eksplorasi dengan jalan mempersempit daerah yang mengandung endapan mineral yang potensial. Eksplorasi umum, tahap eksplorasi yang rnerupakan deliniasi awal dari suatu endapan yang teridentifikasi. terhadap endapan mineral yang telah diketahui dari pencontohhan singkapan, paritan, dan lubang bor, shafts dan terowongan. Penyelidikan geologi adalah penyelidikan yang berkaitan dengan aspek-aspek geologi diantaranya: pemetaan geologi, parit uji, dan sumur uji. Pemetaan adalah pengamatan dan pengambilan contoh yang berkaitan dengan aspek geologi dilapangan. Pengamatan yang dilakukan meliputi: jenis litologi, mineralisasi, ubahan dan struktur pada singkapan, sedangkan pengambilan contoh berupa batuan terpilih.
Penyelidikan Geofisika adalah penyelidikan yang berdasarkan sifat fisik batuan, untuk dapat mengetahui struktur bawah permukaan, geometri cebakan mineral, serta sebarannya secara horizontal maupun secara vertikal yang mendukung penafsiran geologi dan geokimia secara langsung maupun tidak langsung.
Pemboran inti dilakukan setelah penyelidikan geologi dan penyelidikan geofisika. Penentuan jumlah cadangan (sumberdaya) mineral yang mempunyai nilai ekonomis adalah suatu hal pertama kali yang perlu dikaji, dihitung sesuai standar perhitungan cadangan yang berlaku, karena akan berpengaruh terhadap optimasi rencana usaha tambang, umur tambang dan hasil yang akan diperoleh. Dalam hal penentuan cadangan, langkah yang perlu diperhatikan antara lain:
1) Memadai atau tidaknya kegiatan dan hasil eksplorasi.
2) Kebenaran penyebaran dan kualitas cadangan berdasarkan korelasi seluruh data eksplorasi seperti pemboran, analisis contoh, dll.
3) Kelayakan penentuan batasan cadangan, seperti Cut of Grade, Stripping Ratio, kedalaman maksimum penambangan, ketebalan minimum dan sebagainya bertujuan untuk mengetahui kondisi geologi dan sebaran bijih besi bawah permukaan.
4) Tata cara eksplorasi pasir besi meliputi urutan kegiatan eksplorasi pasir besi mulai dari kegiatan sebelum pekerjaan lapangan, saat pekerjaan lapangan dan setelah pekerjaan lapangan yang dilakukan untuk mengetahui potensi pasir besi.
5) Kegiatan sebelum pekerjaan lapangan seperti:
a) Studi Literatur yang dilakukan meliputi: pengumpulan dan pengolahan data serta laporan kegiatan sebelumnya.
b) Studi Penginderaan Jarak Jauh dengan jenis data yang dapat digunakan Ndalam studi ini meliputi: data Citra Landsat MSS TM/Tematic mapper, SLAR, Spot image dan foto udara. Dengan data penginderaan jarak jauh inI dapat dilakukan interpretasi gejala–gejala geologi yang berguna sebagai acuan dalam eksplorasi pasir besi.
c) Studi Geofisika dengan Eksplorasi Bijih Besi (Iron Ore) Menggunakan Metode Magnetik Eksplorasi Geofisika Ekplorasi merupakan penyelidikan awal di bidang pertambangan yang bertujuan untuk mengetahui potensi mineral atau bahan galian di suatu wilayah penelitian. Hasil sebuah ekplorasi biasanya berupa karakteristik bahan tambang, sebaran mineral, atau jumlah cadangan mineral.
Di dalam eksplorasi geofisika biasanya digunakan beberapa metode seperti metode geolistrik (geoelectric), metode magnetik, metode gravitasi dan seismik. Masing-masing metode diterapkan sesuai dengan objek bahan galian yang akan diselidiki. Misalnya, metode geolistrik sangat cocok untuk mengetahui potensi air tanah (ground water). Metode ini juga dapat diterapkan untuk eksplorasi mineral seperti bijih besi dan mangan. Namun, akurasinya rendah dikarenakan nilai resistivitas skala laboratorium untuk beberapa jenis mineral berbeda dengan skala lapangan. Hal ini tentunya dipengaruhi oleh struktur batuan. Contoh lainnya adalah metode magnetik, cocok digunakan untuk eksplorasi mineral magnetis
seperti bijih besi seperti magnetit dan hematit. Metode ini didasarkan pada nilai anomali
medan magnet bumi di suatu kawasan survei. Sebagaimana kita ketahui bahwa bumi memiliki
sifat seperti magnet (dwi kutub) yaitu kutub utara dan selatan.
Dalam makalah ini akan diulas secara singkat mengenai eksplorasi mineral dengan
metode magnetik atau biasa juga disebut sebagai metode geomagnetik. Untuk memahami
metode geomagnetik, ada baiknya diulas secara ringkas beberapa teori dasar tentang
kemagnetan dan beberapa kajian yang berkaitan dengannya.
Kegiatan Pekerjaan Lapangan
1) Pemetaan Geologi dalam penyelidikan pasir besi meliputi pemetaan batas pasir
pantai dengan litologi lainnya, sehingga dapat diperoleh gambaran sebaran
endapan pasir besi.
2) Pengukuran Topografi dilakukan untuk menggambarkan morfologi pantai dan
perencanaan penempatan titik-titik lokasi pemboran dan sumur uji serta lintasan
geofisika.
Urutan kegiatan yang dilakukan dalam pengukuran topografi adalah sebagai berikut:
a) Penentuan koordinat titik awal pengukuran pada punggungan sand dune.
b) Pembuatan garis sumbu utama (base line, dan
c) Pengukuran siku-siku untuk garis lintang (cross line).
Garis sumbu utama diusahakan searah dengan garis pantai dan garis-garis lintang yang
merupakan tempat kedudukan titik bor, arahnya dibuat tegak lurus terhadap sumbu utama
dengan interval jarak tertentu.
Geofisika (Geomagnetik) metode geofisika yang digunakan dalam studi ini adalah
metode geomagnetik yang meliputi: aeromagnetic dan groundmagnetic, namun jarang
diterapkan. Tujuan dari penerapan metode ini adalah untuk mencari sebaran anomali
magnetik daerah pantai yang dieksplorasi.
Pemboran ini dimaksudkan untuk mengambil contoh-contoh pasir besi pantai baik yang
ada diatas permukaan laut maupun yang berada dibawahnya. Pekerjaan pemboran pasir besi
dilakukan dengan menggunakan bor dangkal baik yang bersifat manual (Doormer) maupun
bersifat semi mekanis. Kegiatan yang dilakukan adalah sebagai berikut:
1) Penentuan lokasi titik bor,
2) Setting alat bor,
3) Pembuatan lubang awal dilakukan dengan menggunakan mata bor jenis Ivan
sampai batas permukaan air tanah,
4) Setelah menembus lapisan air tanah, pemboran dilakukan dengan menggunakan
casing yang didalamnya dipasang bailer,
5) Pemboran dihentikan sampai batas batuan dasar.
Pengambilan contoh pasir besi yang terletak di atas permukaan air tanah diambil dengan
sendok pasir (sand auger) jenis Ivan berdiameter 2,5 inchi, sedangkan contoh pasir yang
berada di bawah permukaan air tanah dan bawah permukaan air laut diambil dengan bailer
yang dilengkapi ball valve. Contoh-contoh diambil untuk setiap kedalaman 1,5 meter atau
setiap satu meter dan dibedakan antara contoh dari horizon A, contoh horizon B dan contoh
dari horizon C.
Pola pemboran dan interval titik bor yang digunakan pada pekerjaan ini disesuikan
dengan tahapan survei, sebagai contoh pada tahapan eksplorasi rinci digunakan pola
pemboran dengan interval 100 m x 20 m.
Pembuatan Sumur Uji, pada umumnya dilakukan pada pasir besi undak tua yang telah
mengalami kompaksi. Kegiatan ini dimaksudkan untuk mengambil contoh-contoh pasir besi
pantai sampai pada kedalaman tertentu sampai mencapai permukaan air dan untuk
mengetahui profil/penampang tegak perlapisan pasir besi.
Kegiatan yang dilakukan adalah sebagai berikut:
1) Penentuan lokasi sumur uji.
2) Penggalian dengan luas bukaan sumur 1m x 1m atau 1,5m x 1,5m.
3) Bila terjadi runtuhan maka dibuat penyangga.
4) Pembuatan sumur dihentikan apabila telah mencapai permukaan air atau telah
mencapai batuan dasar.
5) Pengambilan contoh pasir besi dari sumur uji diambil dengan interval setiap satu
meter menggunakan metode channel sampling, dengan ukuran 5 cm x 10 cm.
6) Preparasi Contoh, proses preparasi di lapangan untuk contoh bor dan sumur uji
dapat dilakukan dengan dua metode, yaitu: increment atau Riffle splitter. Contoh
yang diambil harus homogen dari setiap interval kedalaman. Dengan pengambilan
yang cukup representatif akan menjamin ketelitian dalam analisa kimia,
perhitungan sumber daya atau cadangan dari endapan pasir besi pantai.
Pengambilan contoh-contoh tersebut didasari oleh prosedur baku dalam eksplorasi
endapan pasir besi pantai.
Kegiatan yang dilakukan dalam proses preparasi dengan metode increment mengacu
pada Japan Industrial Standard (J.I.S), yaitu:
1) Contoh pasir hasil pemboran atau sumur uji ditampung pada suatu wadah dan
diaduk hingga homogen.
2) Contoh tersebut di atas dimasukkan dalam kotak increment, diratakan dan dibagi
dalam garis kotak- kotak.
3) Contoh direduksi dengan menggunakan sendok increment dari kotak increment,
dari tiap-tiap kotak ditampung dalam kantong contoh.
4) Contoh hasil reduksi kemudian dikeringkan.
5) Contoh yang sudah dikeringkan dari tiap – tiap interval dibagi menjadi 3 bagian.
Satu bagian untuk contoh individu, satu bagian untuk contoh komposit dan satu
bagian untuk duplikat.
6) Satu bagian contoh dari tiap interval digabungkan dengan interval lainnya menjadi
contoh komposit.
Kegiatan yang dilakukan dalam proses preparasi dengan metode riffle splitter, yaitu:
1) Contoh pasir hasil pemboran atau sumur uji ditampung pada suatu wadah dan
diaduk hingga homogen, kemudian dikeringkan.
2) Contoh yang telah kering direduksi dengan riffle splitter hingga mendapatkan
berat yang diinginkan (+ 3 kg).
3) Contoh yang sudah mengalami splitting dari tiap – tiap interval dibagi menjadi 3
bagian. Satu bagian untuk contoh individu, satu bagian untuk contoh komposit
dan satu bagian untuk duplikat.
4) Satu bagian contoh dari tiap interval digabungkan dengan interval lainnya menjadi
contoh komposit.
Penentuan Persentase Kemagnetan (MD), diawali dengan pemisahan mineral magnetik
dengan non-magnetik, sebagai berikut:
1) Hasil preparasi contoh dilapangan sebanyak 1 kg, direduksi hingga + 100 gr
menggunakan splitter (contoh hasil reduksi).
2) Contoh hasil reduksi ditaburkan dalam suatu tempat secara merata.
3) Pemisahan dilakukan dengan menggerak-kan magnet batang 300 gauss berulangulang
minimal 7 kali di atas selembar kaca setebal 2 mm yang dibawahnya
tertabur contoh pasir untuk mendapatkan contoh konsentrat yang cukup bersih.
Jarak antara magnet batang dengan lapisan pasir harus dibuat tetap untuk
menghindari perbedaan kuat medan magnet.
4) Konsentrat yang diperoleh dari pemisahan magnet, ditimbang dalam satuan gram.
Dengan membandingkan berat konsentrat dan berat contoh hasil reduksi, maka
didapat harga persentase magnetik dengan rumus:
=
100%
5) Penentuan Berat Jenis insitu dilakukan dengan cara sebagai berikut:
a) Penghitungan volume contoh dari bor berdasarkan perhitungan volume
bagian dalam dari casing dengan rumus:
V= π x r2 x t, dengan V = Volume contoh
π = Konstanta (3,14)
r = jari-jari bagian dalam casing
t = ketinggian contoh dalam casing
b) Penentuan berat dengan cara menimbang setiap interval contoh
Kegiatan Setelah Pekerjaan Lapangan
Analisa Laboratorium dilakukan setelah contoh-contoh telah dikumpulkan (Gambar 6).
Pekerjaan analisa laboratorium meliputi analisa kimia dan fisika. Analisa kimia dilakukan
terhadap contoh individu untuk mengetahui kandungan unsur dalam konsentrat, antara lain:
Fetotal (FeO dan Fe2O3, Fe3O4) dan Titan. Analisa kimia dapat dilakukan dengan beberapa
metode, antara lain AAS, volumetrik, XRF dan ICP.
Analisa fisika yang dilakukan antara lain analisa mineral butir, analisa ayak, analisa
sifat magnetik dan berat jenis. Analisa mineral butir dilakukan untuk mengetahui jenis dan
persen berat mineral baik untuk fraksi magnetik maupun nonmagnetik contoh yang dianalisa
mineral butir berasal dari contoh komposit, yang mewakili wilayah/blok pemboran. Analisa
ayak dimaksudkan untuk mengetahui ukuran butiran pasir besi yang dominan. Analisa ayak
dilakukan terhadap contoh pilihan berasal dari bagian-bagian blok interval dalam bentuk
contoh komposit berat 500 gram yang dibagi menjadi 6 fraksi, yakni:
1) butiran yang lebih besar + 2 mm atau + 10 mesh,
2) butiran antara –2 + 1mm atau –10 + 18 mesh,
3) butiran antara –1 + ½ mm atau –18 + 35 mesh,
4) butiran antara –1/2 + ¼ mm atau –35 + 72 mesh,
5) butiran antara –1/4 + 1/8 atau –72 + 150 mesh, dan
6) butiran yang lebih kecil dari –1/8 mm.
Masing-masing fraksi jumlahnya dinyatakan dalam persen berat yang dapat
digambarkan dalam bentuk diagram balok sehingga sebaran fraksi pasir besi yang dominan
dapat diketahui. Analisa berat jenis dimaksudkan untuk mengetahui berat jenis pasir besi.
Analisa dilakukan dengan cara contoh asli (crude sand) seberat 100 gram dimasukkan ke
dalam air yang diketahui volumenya di dalam gelas ukur. Untuk memudahkan perhitungan
ditetapkan volume 200 cc, apabila kenaikan air menjadi A cc, maka volume pasir yang
dimasukkan = A – 200 cc.
Jadi berat jenis = 100 / (A-200) gram /cc.
Pengolahan Data dari hasil pengamatan dan analisa laboratorium diolah dan ditafsirkan
secara seksama untuk memberikan gambaran tentang kondisi geologi daerah penelitian yang
berkembang dari aspek genetik, posisi, hubungan serta distribusinya.
Data hasil analisa MD dan pemboran dibuat profil penyebaran endapan pasir besi
terhadap sumbu panjang (sejajar pantai) dan sumbu pendek (tegak lurus pantai) dan isograde.
Lokasi-lokasi pengambilan contoh diplot dalam peta topografi hasil pengukuran (Peta Lokasi
Pengambilan Contoh dan Peta Isograde).
Peta-peta yang dihasilkan bertujuan untuk keperluan penambangan, misalnya: peta
isograde dan peta topografi serta penampang tegak sebaran bijih besi ke arah kedalaman baik
sejajar garis pantai maupun yang memotong tegak lurus garis pantai. Bentuk–bentuk gumuk
pasir baik yang front maupun back dunes dipetakan secara rinci.
Perhitungan sumber daya secara manual dilakukan dengan beberapa metode, antara
lain:
1) Metode daerah pengaruh dengan rumus :
C = (L x t) X MD x SG
Dimana: C = Sumber daya dalam ton
L = Luas daerah pengaruh dalam m2
t = Tebal rata-rata endapan pasir besi dalam meter
MD = prosentase kemagnetan dalam %
SG = Berat Jenis dalam ton/m3
2) Metode Geostatistik
Metode ini digunakan untuk membantu dalam perhitungan estimasi sumber
daya/cadangan endapan bahan galian dimana nilai contoh merupakan realisasi
fungsi acak (statistik spasial). Pada hipotesis ini, nilai contoh merupakan suatu
fungsi dari posisi dalam cebakan, dan posisi relatif contoh dimasukkan dalam
pertimbangan. Kesamaan nilai-nilai contoh yang merupakan fungsi jarak contoh
serta yang saling berhubungan ini merupakan dasar teori statistik spasial. Metode
ini jarang dilakukan dalam perhitungan estimasi sumber daya /cadangan pasir
besi.
Untuk mengetahui sejauh mana hubungan spasial antara titik–titik di dalam
cebakan, maka harus diketahui fungsi strukturalnya yang dicerminkan oleh model
semivariogramnya.
Menetapkan model semivariogram merupakan langkah awal dalam
perhitungan geostatistik, selanjutnya dengan perhitungan varian estimasi, varian
dispersi, varian kriging, dll.
Metode geostatistik yang digunakan dalam eksplorasi pasir besi adalah
varian estimasi. Pada metode ini estimasi suatu cadangan dicirikan oleh suatu
ekstensi/pengembangan satu atau beberapa harga yang diketahui terhadap daerah
sekitarnya yang tidak dikenal. Suatu harga yang diketahui (diukur pada contoh
inti, atau pada suatu blok) diekstensikan terhadap bagian-bagian yang diketahui
pada satu endapan bijih.
Ada beberapa cara estimasi yang sudah dikenal pada kegiatan pertambangan
antara lain:
a) Estimasi kadar rata-rata suatu cadangan bijih berdasarkan rata-rata
suatu kadar yang didapat dari analisis contoh pemboran/sumur uji.
b) Estimasi endapan bijih pada suatu tambang atau blok-blok
penambangan dengan menggunakan sistem poligon sebagai daerah
pengaruh, yang antara lain didasari oleh titik-titik pengamatan
berikutnya, pembobotan secara proporsional yang berbanding terbalik
dengan jarak dan lain-lain.
Tujuan dari penggunaan metode ini antara lain untuk memperoleh gambaran
tiga dimensi dari bentuk endapan pasir besi. Pada penerapannya untuk
perhitungan dalam geostatistik umumnya memerlukan bantuan komputer.
Geoplan merupakan perangkat lunak yang diperlukan dalam paket perhitungan
variogram. Selain itu juga digunakan perangkat lunak program KRIG3D yang
merupakan paket program kriging, varian estimasi dan varian dispersi.
4.2 Pengolahan Besi
Bijih besi dari tambang biasanya masih bercampur dengan pasir, tanah liat, dan batubatuan
dalam bongkah-bongkahan yang tidak sama besar. Untuk kelancaran proses
pengolahan bijih besi, bongkah-bongkah tersebut dipecahkan dengan mesin pemecah,
kemudian disortir antara bijih besih dan batu-batuan ikutan dengan tromol magnet. Pekerjaan
selanjutnya adalah mencuci bijih besi tersebut dan mengelompokkan menurut besarnya,
bijihbesi halus dan butir-butir yang kecil diaglomir di dalam dapur sinter atau rol hingga
berupa bola-bola yang dapat dipakai kembali sebagai isi dapur. Setelah bijih besi itu
dipanggang di dalam dapur panggang agar kering dan unsur-unsur yang mudah menjadi gas
keluar dari bijih kemudian dibawa ke dapur tinggi diolah menjadi besi kasar.
Pembuatan Besi Kasar
Bahan utama untuk membuat besi kasar adalah bijih besi. Berbagai macam bijih besi
yang terdapat di dalam kulit bumi berupa oksida besi dan karbonat besi, diantaranya yang
terpenting adalah sebagai berikut:
a. Batu besi coklat (2Fe2O3 + 3H2O) dengan kandungan besi berkisar 40%.
b. Batu besi merah yang juga disebut hematit (Fe2O3) dengan kandungan besi berkisar
50%.
c. Batu besi magnet (Fe2O4) berwarna hijau tua kehitaman, bersifat magnetis dengan
mengandung besi berkisar 60%.
d. Batu besi kalsit atau spat (FeCO3) yang juga disebut sferosiderit dengan mengandung
besi berkisar 40%.
Bahan utama besi dan paduannya adalah besi kasar, yang dihasilkan dalam tanur tinggi.
Bijih besi yang dicampur dengan kokas dan batu gamping (batu kapur) dilebur dalam tanur
ini. Komposisi kimia besi yang dihasilkan bergantung pada jenis bijih yang digunakan. Jenis
bijih besi yang lazim digunakan adalah hematit, magnetit, siderit dan himosit.
Hematit (Fe2O3) adalah bijih besi yang paling banyak dimanfaatkan karena kadar
besinya tinggi, sedangkan kadar kotorannya relatif rendah. Meskipun pirit (FeS2) banyak
ditemukan, jenis bijih ini tidak digunakan karena kadar sulfur yang tinggi sehingga diperlukan
tahap pemurnian tambahan.
Karena di alam ini besi berbentuk oksida dan karbonat, atau sulfida sehingga hampir
semua proses produksinya diawali dengan reduksi dengan gas reduktor H2 atau CO.
Proses Reduksi Tidak Langsung (Indirect Reduction)
Pada proses ini menggunakan tungku tanur tinggi (blast furnace) dengan porsi 80%
diproduksi dunia. Besi kasar dihasilkan dalam tanur tinggi. Diameter tanur tinggi sekitar 8m
dan tingginya mencapai 60 m. Kapasitas perhari dari tanur tinggi berkisar antara 700 – 1600
Megagram besi kasar. Bahan baku yang terdiri dari campuran bijih, kokas, dan batu kapur,
dinaikkan ke puncak tanur dengan pemuat otomatis, kemudian dimasukkan ke dalam hopper.
Untuk menghasilkan 100 Megagram besi kasar diperlukan sekitar 2000 Megagram bijih besi,
800 Megagram kokas, 500 Megagram batu kapur dan 4000 Megagram udara panas. Bahan
baku tersebut disusun secara berlapis-lapis.
Udara panas dihembuskan melalui tuyer sehingga memungkinkan kokas terbakar secara
efektif dan untuk mendorong terbentuknya karbon monoksida (CO) yang bereaksi dengan
bijih besi dan kemudian menghasilkan besi dan gas karbon dioksida (CO2). Dengan
digunakannya udara panas, dapat dihemat penggunaan kokas sebesar 30% lebih. Udara
dipanaskan dalam pemanas mula yang berbentuk menara silindris, sampai sekitar 500oC.
Kalor yang diperlukan berasal dari reaksi pembakaran gas karbon monoksida yang keluar dari
tanur. Udara panas tersebut memasuki tanur melalui tuyer yang terletak tepat di atas pusat
pengumpulan besi cair.
Batu kapur digunakan sebagai fluks yang mengikat kotoran-kotoran yang terdapat
dalam bijih-bijih, dan membentuk terak cair. Terak cair ini lebih ringan dari besi cair dna
terapung diatasnya dan secara berkala disadap. Besi cair yang telah bebas dari kotorankotoran
dialirkan kedalam cetakan setiap 5 – 6 jam.
Disamping setiap Megagram besi dihasilkan pula 0,5 Megagram terak dan 6 Megagram
gas panas. Terak dapat dimanfaatkan sebagai bahan bangunan (campuran beton) atau sebagai
bahan isolasi panas. Gas panas dibersihkan dan digunakan untuk pemanas mula udara, untuk
membangkitkan energi atau sebagai media pembakar dapur-dapur lainnya. Komposisi besi
kasar dapat dikendalikan melalui pengaturan kondisi operasi dan pemilihan susunan
campuran bahan baku.
Proses Reduksi Langsung (Direct Reduction)
Pada proses reduksi langsung bijih besi bereaksi dengan gas atau bahan padat reduksi
membentuk sponge iron (Proses ini diterapkan di PT Krakatau Steel, CIlegon). Disini bijih
besi/pellet direaksikan dengan gas alam dalam dua unit pembuat sponge iron, yang masingmasing
berkapasitas 1 juta ton pertahun.
Sponge iron yang dihasilkan PT Krakatau Steel memiliki komposisi kimia; Fe: 88–91
%; C: 1,5–2,5%; SiO2: 1,25–3,43%; Al2O3: 0,61–1,63%; CaO: 0,2–2,1%; MgO: 0,31–1,62%;
P: 0,014–0,027%; Cu: 0,00 –0,004 %; Kotoran (oksida lainnya): 0,1–0,5 % dengan tingkat
metalisasi sebesar 86 – 90 %. Sponge Iron yang berbentuk butiran kemudian diolah lebih
lanjut dalam dapur listrik. Disini sponge iron bersama-sama besi tua (scrap), dan paduan ferro
dilebur dan diolah menjadi billet baja.
Untuk menghasilkan 63 Megagram sponge iron diperlukan sekitar 100 megagram besi
pellet. Proses ini sangat efektif untuk mereduksi oksida-oksida dan belerang sehingga dapat
dimanfaatkan bijih besi berkadar rendah.
Proses Yang Terjadi pada Blast Furnance (Dapur Tinggi)
Prinsip dari proses dapur tinggi adalah prinsip reduksi. Pada proses ini zat karbon
monoksida dapat menyerap zat asam dari ikatan-ikatan besi zat asam pada suhu tinggi. Pada
pembakaran suhu tinggi +18000oC dengan udara panas, maka dihasilkan suhu yang dapat
22
menyelenggarakan reduksi tersebut. Agar tidak terjadi pembuntuan karena proses berlangsung
maka diberi batu kapur sebagai bahan tambahan. Bahan tambahan bersifat asam apabila bijih
besinya mempunyai sifat basa dan sebaliknya bahan tambahan diberikan yang bersifat basa
apabila bijih besi bersifat asam. Gas yang terbentuk dalam dapur tinggi selanjutnya dialirkan
keluar melalui bagian atas dan ke dalam pemanas udara. Terak yang menetes ke bawah
melindungi besi kasar dari oksida oleh udara panas yang dimasukkan, terak ini kemudian
dipisahkan.
Proses reduksi di dalam dapur tinggi tersebut berlangsung sebagai berikut:
Zat arang dari kokas terbakar menurut reaksi :
C + O2 CO2
sebagian dari CO2 bersama dengan zat arang membentuk zat yang berada ditempat
yang lebih atas yaitu gas CO.
CO2+ C2 CO
Di bagian atas dapur tinggi pada suhu 3000 sampai 8000 C oksid besi yang lebih tinggi
diubah menjadi oksid yang lebih rendah oleh reduksi tidak langsung dengan CO tersebut
menurut prinsip:
Fe2O3 + CO 2FeO + CO2
Pada waktu proses berlangsung muatan turun ke bawah dan terjadi reduksi tidak
langsung menurut prinsip :
FeO+CO FeO+CO2
Reduksi ini disebut tidak langsung karena bukan zat arang murni yang mereduksi
melainkan persenyawaan zat arang dengan oksigen. Sedangkan reduksi langsung terjadi pada
bagian yang terpanas dari dapur, yaitu langsung di atas pipa pengembus. Reduksi ini
berlangsung sebagai berikut:
FeO+C Fe+CO
CO yang terbentuk itulah yang naik ke atas untuk mengadakan reduksi tidak langsung
tadi. Setiap 4 sampai 6 jam dapur tinggi dicerat, pertama dikeluarkan teraknya dan baru
kemudian besi. Besi yang keluar dari dapur tinggi disebut besi kasar atau besi mentah yang
digunakan untuk membuat baja pada dapur pengolahan baja atau dituang menjadi balok-balok
tuangan yang dikirimkan pada pabrik-pabrik pembuatan baja sebagai bahan baku. Besi cair
dicerat dan dituang menjadi besi kasar dalam bentuk balok-balok besi kasar yang digunakan
sebagai bahan ancuran untuk pembuatan besi tuang (di dalam dapur kubah) atau masih dalam
keadaan cair dipindahkan pada bagian pembuatan baja (dapur Siemen Martin). Terak yang
keluar dari dapur tinggi dapat pula dimanfaatkan menjadi bahan pembuatan pasir terak atau
23
wol terak sebagai bahan isolasi atau sebagai bahan campuran semen. Besi cair yang
dihasilkan dari proses dapur tinggi sebelum dituang menjadi balok besin kasar sebagai bahan
ancuran di pabrik penuangan, perlu dicampur dahulu di dalam bak pencampur agar kualitas
dan susunannya seragam. Dalam bak pencampur dikumpulkan besi kasar cair dari bermacammacam
dapur tinggi yang ada untuk mendapatkan besi kasar cair yang sama dan merata.
Untuk menghasilkan besi kasar yang sedikit mengandung belerang di dalam bak pencampur
tersebut dipanaskan lagi menggunakan gas dapur tinggi.
Pembuatan Baja dari Besi Kasar
Besi kasar sebagai hasil dari dapur tinggi masih banyak mengandung unsurunsur yang
tidak cocok untuk bahan konstruksi, misalnya zat arang (karbon) yang terlalu tinggi, fosfor,
belerang, silisium dan sebagainya. Unsur-unsur ini harus serendah mungkin dengan berbagai
cara. Untuk menurunkan kadar karbon dan unsur tambahan lainnya dari besi kasar digunakan
dengan cara sebagai berikut:
1) Proses Konvertor:
a) Proses Bessemer untuk besi kasar dengan kadar fosfor yang rendah.
Konvertor Bessemer adalah sebuah bejana baja dengan lapisan batu
tahan api yang bersifat asam. Dibagian atasnya terbuka sedangkan pada
bagian bawahnya terdapat sejumlah lubang-lubang untuk saluran udara.
Bejana ini dapat diguling-gulingkan. Korvertor Bessemer diisi dengan besi
kasar kelabu yang banyak mengandung silisium. Silisium dan mangan
terbakar pertama kali, setelah itu baru zat arang yang terbakar. Pada saat
udara mengalir melalui besi kasar udara membakar zat arang dan campuran
tambahan sehingga isi dapur masih tetap dalam keadaan encer. Setelah lebih
kurang 20 menit, semua zat arang telah terbakar dan terak yang terjadi
dikeluarkan. Mengingat baja membutuhkan karbo sebesar 0,0 sampai 1,7 %,
maka pada waktu proses terlalu banyak yang hilang terbakar, kekurangan itu
harus ditambahi dalam bentuk besi yang banyak mengandung karbon.
Dengan jalan ini kadar karbon ditingkatkan lagi. dari oksidasi besi yang
terbentuk dan mengandung zat asam dapat dikurangi dengan besi yang
mengandung mangan. Udara masih dihembuskan ke dalam bejana tadi
dengan maksud untuk mendapatkan campuran yang baik. Kemudian terak
dibuang lagi dan selanjutnya muatan dituangkan ke dalam panci penuang.
Pada proses Bessemer menggunakan besi kasar dengan kandungan fosfor
dan belerang yang rendah tetapi kandungan fosfor dan belerang masih tetap
agak tinggi karena dalam prosesnya kedua unsur tersebut tidak terbakar
sama sekali. Hasil dari konvertor Bessemer disebut baja Bessemer yang
banyak digunakan untuk bahan konstruksi. Proses Bessemer juga disebut
proses asam karena muatannya bersifat asam dan batu tahan apinya juga
bersifat asam. Apabila digunakan muatan yang bersifat basa lapisan batu itu
akan rusak akibat reaksi penggaraman.
b) Proses Thomas untuk besi kasar dengan kadar fosfor yang tinggi.
Konvertor Thomas juga disebut konvertor basa dan prosesnya adalah
proses basa, sebab batu tahan apinya bersifat basa serta digunakan untuk
mengolah besi kasar yang bersifat basa. Muatan konvertor Thomas adalah
besi kasar putih yang banyak mengandung fosfor. Proses pembakaran sama
dengan proses pada konvertor Bessemer, hanya saja pada proses Thomas
fosfor terbakar setelah zat arangnya terbakar. Pengaliran udara tidak terusmenerus
dilakukan karena besinya sendiri akan terbakar. Pencegahan
pembakaran itu dilakukan dengan menganggap selesai prosesnya walaupun
kandungan fosfor masih tetap tinggi. Guna mengikat fosfor yang terbentuk
pada proses ini maka diberi bahan tambahan batu kapur agar menjadi terak.
Terak yang bersifat basa ini dapat dimanfaatkan menjadi pupuk buatan yang
dikenal dengan nama pupuk fosfat. Hasil proses yang keluar dari konvertor
Thomas disebut baja Thomas yang biasa digunakan sebagai bahan
konstruksi dan pelat ketel.
c) Proses Oksi, proses LD, Kaldo dan Oberhauser.
Proses konvertor yang lebih modern adalah proses oksi, pada proses
ini menggunakan bahan besi kasar yang mempunyai komposisi kurang baik
apabila dikerjakan dengan konvertor Bessemer maupun Thomas. Disini zat
asam murni dihembuskan di atas cairan dan kadang-kadang juga kedalam
cairan besi, sehingga karbon, silisium, mangan dan sebagainya terbakar.
Hasil pembakaran unsur-unsur tersebut ditampung oleh bahan tambahan
batu kapur dan terikat menjadi terak yang mengapung di atas cairan besi.
Proses pembakaran zat asam dengan zat arang terjadi pada panas yang
tinggi sekali, maka diperlukan pendinginan dengan jalan memberikan
tambahan baja bekas. Hasil akhir dari proses ini adalah baja oksi yang
bermutu sangat baik karena pengaruh buruk dari unsur udara tidak ada. Oleh
karena itu baja oksi baik sekali digunakan sebagai bahan pembuatan
konstruksi dan komponen-komponen mesin, seperti: poros, baut, pasak,
batang penggerak dan lain-lainnya.
Keuntungan dari proses oksi adalah sebagai berikut :
Waktu proses relatif pendek.
Hasilnya mengandung fosfor (P)dan belerang (S) yang rendah.
Hasil yang diproduksi relatif lebih banyak dalam tempo yang
samad ibanding proses lainnya.
Biaya produksi baja tiap ton lebih murah.
2) Proses Martin (dapur Siemen Martin), proses ini ada dua macam yaitu, proses
Martin asam untuk besi kasar dengan kadar fosfor rendah dan proses Martin basa
untuk besi kasar dengan kadar fosfor tinggi.
Dapur ini terdiri atas satu tungku untuk bahan yang dicairkan dan biasanya
menggunakan empat ruangan sebagai pemanas gas dan udara. Pada proses ini
digunakan muatan besi bekas yang dicampur dengan besi kasar sehingga dapat
menghasilkan baja dengan kualitas yang lebih baik jika dibandingkan dengan baja
Bessemer maupun Thomas. Gas yang akan dibakar dengan udara untuk
pembakaran dialirkan ke dalam ruangan-ruangan melalui batu tahan api yang
sudah dipanaskan dengan temperatur 600 sampai 900 derajat celcius. dengan
demikian nyala apinya mempunyai suhu yang tinggi, kira-kira 1800 derajat
celcius. gas pembakaran yang bergerak ke luar masih memberikan panas kedalam
ruang yang kedua, dengan menggunakan keran pengatur maka gas panas dan
udara pembakaran masuk ke dalam ruangan tersebut secara bergantian dipanaskan
dan didinginkan. Bahan bakar yang digunakan adalah gas dapur tinggi, minyak
yang digaskan (stookolie) dan juga gas generator. Pada pembakaran zat arang
terjadi gas CO dan CO2 yang naik ke atas dan mengakibatkan cairannya bergolak,
dengan demikian akan terjadi hubungann yang erat antara api dengan bahan
muatan yang dimasukkan ke dapur tinggi. Bahan tambahan akan bersenyawa
dengan zat asam membentuk terak yang menutup cairan tersebut sehingga
melindungi cairan itu dari oksida lebih lanjut. Setelah proses berjalan selama 6
jam, terak dikeluarkan dengan memiringkan dapur tersebut dan kemudian baja
cair dapat dicerat. Hasil akhir dari proses Martin disebut baja Martin. Baja ini
bermutu baik karena komposisinya dapat diatur dan ditentukan dengan teliti pada
proses yang berlangsung agak lama. Lapisan dapur pada proses Martin dapat
bersifat asam atau basa tergantung dari besi kasarnya mengandung fosfor sedikit
atau banyak. Proses Martin asam teradi apabila mengolah besi kasar yang bersifat
asam atau mengandung fosfor rendah dan sebaliknya dikatakan proses Martin
basa apabila muatannya bersifat basa dan mengandung fosfor yang tinggi.
Keuntungan dari proses Martin disbanding proses Bessemer dan Thomas
adalah sebagai berikut:
Proses lebih lama sehingga dapat menghasilkan susunan yang lebih
baik dengan jalan percobaan-percobaan.
Unsur-unsur yang tidak dikehendaki dan kotoran-kotoran dapat
dihindarkan atau dibersihkan.
Penambahan besi bekas dan bahan tambahan lainnya pada akhir
proses menyebabkan susunannya dapat diatur sebaik-baiknya.
Selain keuntungan di atas dan karena udara pembakaran mengalir di atas
cairan maka hasil akhir akan sedikit mengandung zat asam dan zat lemas. Proses
Martin basa biasanya masih mengandung beberapa kotoran seperti zat asam,
belerang, fosfor dan sebagainya. Sedangkan pada proses Martin asam kadar
kotoran-kotoran tersebut lebih kecil.
3) Proses Hoecsch
Proses Hoecsch merupakan penyempurnaan dari proses Martin. Caranya
adalah setelah muatan di dalam dapur Siemens Martin mencair kemudian
langsung dikeluarkan dan dimasukkan dalam kuali yang terbuka untuk membakar
fosfor dan belerang. Sementara pembakaran dilakukan dapur Siemens Martin
dibersihkan dan kemudian lantai dapur ditaburi dengan serbuk bijih besi (Fe2O3
atau Fe3O4). Setelah selesai mengadakan pembakaran fosfor, belerang dan besi
cair yang berada di dalam kuali tadi dimasukkan kembali ke dalam dapur Siemens
Martin untuk menyelesaikan pembakaran unsur-unsur lain yang belum hilang,
terutama zat arang. Setelah proses pembakaran zat arang dianggap selesai, terak
yang terjadi dikeluarkan selanjutnya baja cair ditampung dalam panci penuangan
untuk dituang atau dicetak menjadi balok tuangan.
4) Proses Bertrand Thield
Proses ini menggunakan dua buah dapur Siemens Martin. Pada dapur yang
pertama dilakukan pemijaran dan pembakaran untuk memisahkan fosfor
sedangkan dalam dapur kedua diisi dengan besi cair hasil dari dapur yang pertama
setelah teraknya dikeluarkan. Proses di dalam dapur yang kedua tersebut juga
diberi tambahan bijih besi yang baru.
5) Proses Dupleks
Proses ini dilakukan dengan cara mengeluarkan zat arang terlebih dahulu
yang berada konvertor-konvertor dan memurnikannya di dalam dapur Siemens
Martin. Proses Dupleks terutama dilakukan oleh pabrik-pabrik baja yang berada di
dekat perusahaan dapur tinggi. Setelah proses di dalam dapur tinggi (setelah
teraknya dihilangkan) cairan besi kasar itu dimasukkan kedalam konvertor
(Bessemer atau Thomas) dan dicampur dengan batu kapur serta baja bekas dalam
jumlah yang dikehendaki. Pengembusan udara di dalam konvertor dilakukan
sampai kandungan fosfor menjadi rendah kira-kira 1 sampai 1,5 %, ditambah
dengan kokas yang telah digiling selanjutnya memindahkan isinya ke dalam dapur
Siemens Martin.
6) Proses Thalbot
Proses Thalbot dilakukan dengan menggunakan dapur Siemens Martin yang
dapat diputar-putar dan dijungkitkan. Setelah pemijaran didalam dapur Martin,
sebagian cairan dituangkan ke dalam panci tuang dan ke dalam dapur tadi sambil
ditambahkan besi kasar, bijih besi dan batu kapur. Proses selanjutnya adalah
menjaga agar cairan besi di dalam panic tuang tadi tidak terjadi oksidasi, artinya
mengusahakan pendinginan yang cepat. Akibat dari cara ini adalah hasil yang
diperoleh dalam setiap proses dari satu dapur tidak sama kualitasnya. Baja yang
dihasilkan dari proses Thalbot adalah baja biasa seperti hasil dari proses konvertor
Bessemer maupun Thomas.
7) Dapur Listrik untuk baja Campuran
Dapur listrik digunakan untuk pembuatan baja yang tahan terhadap suhu
tinggi. Dapur ini mempunyai keuntungan-keuntungan sebagai berikut:
a. Jumlah panas yang diperlukan dapat dapat diatur sebaik-baiknya.
b. Pengaruh zat asam praktis tidak ada.
c. Susunan besi tidak dipengaruhi oleh aliran listrik.
Sedangkan kekurangannya adalah harga listrik yang mahal. Dapur listrik
dibagi menjadi dua kelompok yaitu dapur listrik busur cahaya dan dapur listrik
induksi.
Dapur busur cahaya
Dapur ini berdasarkan prinsip panas yang memancar dari busur api,
dapur ini juga dikenal dengan sebutan dapur busur nyala api. Dapur ini
merupakan suatu tungku yang bagian atasnya digantungkan dua batang
arang sebagai elektroda pada arus bolak-balik atau dengan tiga buah
elektroda arang yang dialirkan arus putar. Misalnya pada dapur Stassano
busur api terjadi antara tiga ujung elektroda arang yang berada di atas baja
yang dilebur melalui ujung elektroda itu dengan arus putar. Pada dapur
Girod, arus bolak balik mengalir melalui satu elektroda yang membentuk
busur api di antara kutub dan baja cair selanjutnya dikeluarkan melalui
enam buah elektroda baja yang didinginkan dengan air ke dasar tungku.
Pada dapur Heroult menggunakan dua elektroda arang dengan arus
bolakbalik dan dapat juga menggunakan tiga buah elektroda pada arus putar.
Arus listrik membentuk busur nyala dari elektroda kepada cairan dan
kembali dari cairan ke elektroda lainnya.
Dapur induksi
Dapur induksi dapat dibedakan atas dapur induksi frekuensi rendah
dan dapur induksi frekuensi tinggi. Pada dapur induksi dibangkitkan suatu
arus induksi dalam cairan baja sehingga menimbulkan panas dalam cairan
baja itu sendiri sedangkan dinding dapurnya hanya menerima pengaruh
listrik yang kecil saja.
Dapur induksi frekuensi rendah, bekerja menurut prinsip
transformator. Dapur ini berupa saluran keliling teras dari baja yang beserta
isinya dipandang sebagai gulungan sekunder transformator yang
dihubungkan singkat, akibat hubungan singkat tersebut di dalam dapur
mengalir suatu aliran listrik yang besar dan membangkitkan panas yang
tinggi. Akibatnya isi dapur mencair dan campuran-campuran tambahan
dioksidasikan.
Dapur induksi frekuensi tinggi, dapur ini terdiri atas suatu kuali yang
diberi kumparan besar di sekelilingnya. Apabila dalam kumparan dialirkan
arus bolak-balik maka terjadilah arus putar didalam isi dapur. Arus ini
merupakan aliran listrik hubungan singkat dan panas yang dibangkitkan
sangat tinggi sehingga mencairkan isi dapur dan campuran tambahan yang
lain serta mengkoksidasikannya. Hasil akhir dari dapur listrik disebut baja
elektro yang bermutu sangat baik untuk digunakan sebagai alat perkakas
misalnya pahat, alat tumbuk dan lain-lainnya.
8) Proses Dapur Aduk
Dapur aduk merupakan cara pembuatan baja yang konvensional dengan cara
melebur besi kasar di dalam dapur nyala api bersama-sama dengan terak (FeO)
untuk mendapatkan zat asam. Dengan cara mengaduk-aduk dengan batang besi
dan ke bawah permukaan dimasukkan udara maka terjadilah suatu masa lunak
dari baja yang banyak mengandung terak. Apabila gumpalan-gumpalan yang
dibuat dalam dapur telah mencapai kirakira 60 kg dikeluarkan, maka langkah
selajutnya adalah mengeluarkan terak dengan jalan menempanya atau dipres.
Dalam proses aduk ini lebih banyak melibatkan pekerjaan tangan serta kapasitas
produksi yang kecil maka cara ini dipandang tidak efisien dan jarang digunakan
pada pabrik-pabrik baja.
Perbedaan Besi dan Baja
Perbedaan besi dan baja terletak pada kandungan paduan karbon (C) yang akan
menentukan sifat-sifat lain dari besi dan baja tersebut. Paduan baja yang mengandung lebih
banyak karbon dari nilai komersialnya dapat dinamakan besi. Kandungan karbon pada
beberapa jenis baja mencapai 0,04 persen sampai 2,0 persen. Besi tuang, besi tuang maleable,
pig iron mengandung jumlah karbon sekiar 2-4 persen. Tetapi ada juga besi yang tidak
mengandung karbon yaitu white-heart malleable iron.
Pembuatan bahan baku besi dan baja dapat dilakukan dalam blast furnace yang
menghasilkan pig iron. Pembuatan langsung juga dapat dilakukan dengan alat revolving kiln
yang menghasilkan spong iron.
Paduan baja dan besi dapat dikelompokan dalam ferroalloys. Paduan ini dapat
menghasilkan jenis-jenis baja. Jumlah paduan yang diunakan dalam pembuatan besi dan baja
bervariasi hingga mengandung 20 sampai 80 persen dari elemen paduan. Paduan ini seperti
Mangan, Silikon , dan Kromium.
30
BAB V
APLIKASI DAN PEMANFAATAN BESI SERTA EFEK NEGATIF DARI
PERTAMBANGANNYA
5.1 Aplikasi dan Pemanfaatan Besi
Seperti yang telah dikatakan sebelumnya bahwa aplikasi terbesar dari besi adalah dalam
bentuk alloy yaitu baja. Selanjutnya baja dimanfaatkan dalam berbagai keperluan baik itu
bagunan atau alat-alat rumah tangga.
Selain dalam bentuk baja, besi banyak digunakan untuk bahan manufaktur diberbagai
bidang seperti badan mobil, peralatan listrik, berbagai jenis kapal, keperluan rumah tangga
juga menggunakan komponen besi. Perusahaan air juga banyak yang menggunakan besi, besi
tersebut digunakan untuk melapisi pipa saluran air. Tekhnologi seperti computer juga dalam
perangkat lunaknya menggunakan besi untuk melindungi komponen- komponen lunak di
dalamnya.
5.2 Efek Negatif Pertambangan Besi
Efek negatif utama yang ditimbulkan oleh pabrik pertambangan besi adalah
pencemaran. Dua versi definisi pencemaran, pertama adalah mengubah sesuatu menjadi lebih
kotor, sedangkan definisi kedua,adalah secara fisik membuat jadi tidak murni, busuk dan
kotor. Namun berdasarkan hasil survei dari beberapa definisi pencemaran, Hellawell (1986)
menyimpulkan bahwa pencemaran adalah sebagai sesuatu (zat atau benda) yang berada dalam
tempat yang salah, pada waktu yang salah, dan jumlah yang salah. Pencemaran lingkungan
memiliki hubungan yang erat dengan kegiatan manusia, karena itu selama dua abad terakhir
ini telah terjadi momentum peningkatan kerusakan lingkungan secara keseluruhan di
permukaan bumi ini sebagai hasil dari kegiatan manusia. Hal ini diperparah lagi oleh kondisi
jumlah populasi manusia dari masa ke masa selalu bertambah dengan pesat, sedangkan hasil
teknologi pengolahan limbah tidak menentu sehingga terjadi korelasi positif antara kecepatan
peningkatan populasi manusia dengan kenaikan kuantitas limbah di bumi ini (Hellawell,
1986).
Karat adalah lapisan yang terbentuk setelah senyawa besi bereaksi dengan air dan
oksigen. Ini merupakan campuran antara oksida besi dan oksida air (McNeely J.A, 1992).
Reaksi yang terjadi dalam proses penghilangan karat besi tersebut adalah sebagai berikut.
Fe2O3 + 6 HCl → 2 FeCl3 + 3 H2O (karat besi)
Proses yang telah dikemukakan di atas dinamakan proses pickling yaitu upaya untuk
menghilangkan karat yang melapisi material (besi/baja) menggunakan asam kuat. Kadar besi
(Fe) dalam limbah akan meningkat dalam proses ini karena banyaknya FeCl2 dan FeCl3 yang
terbentuk dari hasil reaksi.
Pencemaran Logam Berat
Logam berat merupakan senyawa kimia yang sangat berpotensi menimbulkan masalah
pencemaran lingkungan terutama yang berkaitan erat terhadap dampak kesehatan manusia.
Menurut Vouk (1986) terdapat sebanyak 80 jenis dari sejumlah 109 unsur kimia yang telah
teridentifikasi di muka bumi ini termasuk ke dalam jenis logam berat, Dengan demikian sifat
kimiawi logam berat dapat dikatakan mewakili sebagian besar golongan kimia anorganik.
Logam berat biasanya didefinisikan berdasarkan sifat-sifat fisiknya dalam keadaan padat
dengan menggunakan metode teknologi yang telah maju. Sifat-sifat fisik tersebut antara lain
memiliki:
1) Daya pantul cahaya yang tinggi.
2) Daya hantar listrik yang tinggi.
3) Daya hantar panas.
4) Kekuatan dan ketahanan.
Logam berat dalam keadaan padat juga dapat dibedakan berdasarkan struktur kristalnya,
sifat pengikat kimianya, serta sifat-sifat magnitnya. Kelarutan logam berat dalam air dan
lemak merupakan suatu proses toksikologi yang amat penting, karena proses ini adalah salah
satu faktor utama yang mempengaruhi adanya proses biologi dan penyerapan logam berat itu
sendiri. Metode analisis untuk penentuan konsentrasi logam berat yang hingga kini paling
populer digunakan adalah Spektrofotometer Serapan Atom (AAS). Adapun prinsip kerja AAS
ini pada dasarnya adalah suatu proses pengatoman dari tingkat dasar ke tingkat tinggi,
dimana dalam proses pengatoman ini setiap logam berat memiliki penyinaran dengan
panjang gelombang yang spesifik. Kneip dan Friberg (1986) berpendapat bahwa dalam
penentuan kandungan logam berat, ada tiga hal utama yang harus diperhatikan yaitu;
ketepatan, ketelitian dan batas deteksi. Jenis pelarut kimia yang digunakan dalam analisis
logam dapat memengaruhi hasil analisis tersebut., melaporkan bahwa ekstraksi sampel
dengan menggunakan pelarut HNO3 menghasilkan konsentrasi logam berat hampir 10 kali
lebih tinggi daripada pelarut HCl (Kneip dan Friberg (1986).
Berdasarkan sudut pandang toksikologi, logam berat terbagi ke dalam dua jenis yaitu:
pertama logam berat esensial dimana keberadaanya dalam jumlah tertentu sangat dibutuhkan
oleh setiap organisme hidup, seperti antara lain, seng (Zn), tembaga (Cu), besi (Fe), kobalt
(Co), mangan.
Perairan yang mengandung besi sangat tidak diinginkan untuk keperluan rumah tangga,
karena dapat menyebabkan bekas karat pada pakaian, porselin, dan alat–alat lainnya serta
menimbulkan rasa yang tidak enak pada air minum pada konsentrasai diatas kurang lebih 0.31
mg/L. Sifat kimia perairan dari besi adalah sifat redoks. pembentukan kompleks, metabolisme
oleh mikroorganisme, dan pertukaran dari besi antara fasa dan fase padat yang mengandung
besi karbonat, hidroksida dan sulfite.
Air tanah yang mengandung Fe (II) mempunyai sifat yang unik. Dalam kondisi tidak
ada oksigen air tanah yang mengandung Fe (II) jernih, begitu mengalami oksidasi oleh
oksigen yang berasal dari atmosfer ion ferro akan berubah menjadi ion Ferri dengan reaksi
sebagai berikut:
4Fe2+ + O2 + 10 H2O ——-> 4 Fe(OH)3 8 H+
Dan ini menyebabkan air menjadi keruh. Pada pembentukan besi (III) oksidasi terhidrat
yang tidak larut menyebabkan air berubah menjadi abu–abu.
Jika konsentrasi besi di dalam air relatif besar, akan memberikan dampak yaitu
menimbulkan penyumbatan pada pipa disebabkan secara langsung oleh deposit (tubercule)
yang disebabkan oleh endapan besi:
1) Secara tidak langsung, disebabkan oleh kumpulan bakteri besi yang hidup di
dalam pipa, karena air yang mengandung besi, disukai oleh bakteri besi.
2) Selain itu kumpulan bakteri ini dapat meninggikan gaya gesek (losses) yang juga
berakibat meningkatnya kebutuhan energi. Selain itu pula apabila bakteri tersebut
mengalami degradasi dapat menyebabkan bau dan rasa tidak enak pada air.
3) Besi dalam konsentrasi yang lebih besar dan beberapa mg/L, akan memberikan
suatu rasa pada air yang menggambarkan rasa logam, atau rasa obat.
Pencemaran oleh besi juga dapat kita lihat secara langsung dalam kehidupan seharihaari
yaitu: Meninggalkan noda pada bak-bak kamar mandi dan peralatan lainnya (noda
kecoklatan disebabkan oleh besi). Pada ion exchanger endapan besi yang terbentuk, seringkali
mengakibatkan penyumbatan atau menyelubungi media pertukaran ion (resin), yang
mengakibatkan hilangnya kapasitas pertukaran ion. Menyebabkan keluhan pada konsumen
(seperti kasus “red water”) bila endapan besi dan yang terakumulasi di dalam pipa,
tersuspensi kembali disebabkan oleh adanya kenaikan debit atau kenaikan tekanan di dalam
pipa/system distribusi (http://id.wikipedia.org/wiki/Besi(III)_klorida).
Pada proses reduksi langsung bijih besi bereaksi dengan gas atau bahan padat reduksi
membentuk sponge iron (Proses ini diterapkan di PT Krakatau Steel, CIlegon). Disini bijih
besi/pellet direaksikan dengan gas alam dalam dua unit pembuat sponge iron, yang masingmasing
berkapasitas 1 juta ton pertahun.
Sponge iron yang dihasilkan PT Krakatau Steel memiliki komposisi kimia; Fe: 88–91
%; C: 1,5–2,5%; SiO2: 1,25–3,43%; Al2O3: 0,61–1,63%; CaO: 0,2–2,1%; MgO: 0,31–1,62%;
P: 0,014–0,027%; Cu: 0,00 –0,004 %; Kotoran (oksida lainnya): 0,1–0,5 % dengan tingkat
metalisasi sebesar 86 – 90 %. Sponge Iron yang berbentuk butiran kemudian diolah lebih
lanjut dalam dapur listrik. Disini sponge iron bersama-sama besi tua (scrap), dan paduan ferro
dilebur dan diolah menjadi billet baja.
Untuk menghasilkan 63 Megagram sponge iron diperlukan sekitar 100 megagram besi
pellet. Proses ini sangat efektif untuk mereduksi oksida-oksida dan belerang sehingga dapat
dimanfaatkan bijih besi berkadar rendah.
Proses Yang Terjadi pada Blast Furnance (Dapur Tinggi)
Prinsip dari proses dapur tinggi adalah prinsip reduksi. Pada proses ini zat karbon
monoksida dapat menyerap zat asam dari ikatan-ikatan besi zat asam pada suhu tinggi. Pada
pembakaran suhu tinggi +18000oC dengan udara panas, maka dihasilkan suhu yang dapat
22
menyelenggarakan reduksi tersebut. Agar tidak terjadi pembuntuan karena proses berlangsung
maka diberi batu kapur sebagai bahan tambahan. Bahan tambahan bersifat asam apabila bijih
besinya mempunyai sifat basa dan sebaliknya bahan tambahan diberikan yang bersifat basa
apabila bijih besi bersifat asam. Gas yang terbentuk dalam dapur tinggi selanjutnya dialirkan
keluar melalui bagian atas dan ke dalam pemanas udara. Terak yang menetes ke bawah
melindungi besi kasar dari oksida oleh udara panas yang dimasukkan, terak ini kemudian
dipisahkan.
Proses reduksi di dalam dapur tinggi tersebut berlangsung sebagai berikut:
Zat arang dari kokas terbakar menurut reaksi :
C + O2 CO2
sebagian dari CO2 bersama dengan zat arang membentuk zat yang berada ditempat
yang lebih atas yaitu gas CO.
CO2+ C2 CO
Di bagian atas dapur tinggi pada suhu 3000 sampai 8000 C oksid besi yang lebih tinggi
diubah menjadi oksid yang lebih rendah oleh reduksi tidak langsung dengan CO tersebut
menurut prinsip:
Fe2O3 + CO 2FeO + CO2
Pada waktu proses berlangsung muatan turun ke bawah dan terjadi reduksi tidak
langsung menurut prinsip :
FeO+CO FeO+CO2
Reduksi ini disebut tidak langsung karena bukan zat arang murni yang mereduksi
melainkan persenyawaan zat arang dengan oksigen. Sedangkan reduksi langsung terjadi pada
bagian yang terpanas dari dapur, yaitu langsung di atas pipa pengembus. Reduksi ini
berlangsung sebagai berikut:
FeO+C Fe+CO
CO yang terbentuk itulah yang naik ke atas untuk mengadakan reduksi tidak langsung
tadi. Setiap 4 sampai 6 jam dapur tinggi dicerat, pertama dikeluarkan teraknya dan baru
kemudian besi. Besi yang keluar dari dapur tinggi disebut besi kasar atau besi mentah yang
digunakan untuk membuat baja pada dapur pengolahan baja atau dituang menjadi balok-balok
tuangan yang dikirimkan pada pabrik-pabrik pembuatan baja sebagai bahan baku. Besi cair
dicerat dan dituang menjadi besi kasar dalam bentuk balok-balok besi kasar yang digunakan
sebagai bahan ancuran untuk pembuatan besi tuang (di dalam dapur kubah) atau masih dalam
keadaan cair dipindahkan pada bagian pembuatan baja (dapur Siemen Martin). Terak yang
keluar dari dapur tinggi dapat pula dimanfaatkan menjadi bahan pembuatan pasir terak atau
23
wol terak sebagai bahan isolasi atau sebagai bahan campuran semen. Besi cair yang
dihasilkan dari proses dapur tinggi sebelum dituang menjadi balok besin kasar sebagai bahan
ancuran di pabrik penuangan, perlu dicampur dahulu di dalam bak pencampur agar kualitas
dan susunannya seragam. Dalam bak pencampur dikumpulkan besi kasar cair dari bermacammacam
dapur tinggi yang ada untuk mendapatkan besi kasar cair yang sama dan merata.
Untuk menghasilkan besi kasar yang sedikit mengandung belerang di dalam bak pencampur
tersebut dipanaskan lagi menggunakan gas dapur tinggi.
Pembuatan Baja dari Besi Kasar
Besi kasar sebagai hasil dari dapur tinggi masih banyak mengandung unsurunsur yang
tidak cocok untuk bahan konstruksi, misalnya zat arang (karbon) yang terlalu tinggi, fosfor,
belerang, silisium dan sebagainya. Unsur-unsur ini harus serendah mungkin dengan berbagai
cara. Untuk menurunkan kadar karbon dan unsur tambahan lainnya dari besi kasar digunakan
dengan cara sebagai berikut:
1) Proses Konvertor:
a) Proses Bessemer untuk besi kasar dengan kadar fosfor yang rendah.
Konvertor Bessemer adalah sebuah bejana baja dengan lapisan batu
tahan api yang bersifat asam. Dibagian atasnya terbuka sedangkan pada
bagian bawahnya terdapat sejumlah lubang-lubang untuk saluran udara.
Bejana ini dapat diguling-gulingkan. Korvertor Bessemer diisi dengan besi
kasar kelabu yang banyak mengandung silisium. Silisium dan mangan
terbakar pertama kali, setelah itu baru zat arang yang terbakar. Pada saat
udara mengalir melalui besi kasar udara membakar zat arang dan campuran
tambahan sehingga isi dapur masih tetap dalam keadaan encer. Setelah lebih
kurang 20 menit, semua zat arang telah terbakar dan terak yang terjadi
dikeluarkan. Mengingat baja membutuhkan karbo sebesar 0,0 sampai 1,7 %,
maka pada waktu proses terlalu banyak yang hilang terbakar, kekurangan itu
harus ditambahi dalam bentuk besi yang banyak mengandung karbon.
Dengan jalan ini kadar karbon ditingkatkan lagi. dari oksidasi besi yang
terbentuk dan mengandung zat asam dapat dikurangi dengan besi yang
mengandung mangan. Udara masih dihembuskan ke dalam bejana tadi
dengan maksud untuk mendapatkan campuran yang baik. Kemudian terak
dibuang lagi dan selanjutnya muatan dituangkan ke dalam panci penuang.
Pada proses Bessemer menggunakan besi kasar dengan kandungan fosfor
dan belerang yang rendah tetapi kandungan fosfor dan belerang masih tetap
agak tinggi karena dalam prosesnya kedua unsur tersebut tidak terbakar
sama sekali. Hasil dari konvertor Bessemer disebut baja Bessemer yang
banyak digunakan untuk bahan konstruksi. Proses Bessemer juga disebut
proses asam karena muatannya bersifat asam dan batu tahan apinya juga
bersifat asam. Apabila digunakan muatan yang bersifat basa lapisan batu itu
akan rusak akibat reaksi penggaraman.
b) Proses Thomas untuk besi kasar dengan kadar fosfor yang tinggi.
Konvertor Thomas juga disebut konvertor basa dan prosesnya adalah
proses basa, sebab batu tahan apinya bersifat basa serta digunakan untuk
mengolah besi kasar yang bersifat basa. Muatan konvertor Thomas adalah
besi kasar putih yang banyak mengandung fosfor. Proses pembakaran sama
dengan proses pada konvertor Bessemer, hanya saja pada proses Thomas
fosfor terbakar setelah zat arangnya terbakar. Pengaliran udara tidak terusmenerus
dilakukan karena besinya sendiri akan terbakar. Pencegahan
pembakaran itu dilakukan dengan menganggap selesai prosesnya walaupun
kandungan fosfor masih tetap tinggi. Guna mengikat fosfor yang terbentuk
pada proses ini maka diberi bahan tambahan batu kapur agar menjadi terak.
Terak yang bersifat basa ini dapat dimanfaatkan menjadi pupuk buatan yang
dikenal dengan nama pupuk fosfat. Hasil proses yang keluar dari konvertor
Thomas disebut baja Thomas yang biasa digunakan sebagai bahan
konstruksi dan pelat ketel.
c) Proses Oksi, proses LD, Kaldo dan Oberhauser.
Proses konvertor yang lebih modern adalah proses oksi, pada proses
ini menggunakan bahan besi kasar yang mempunyai komposisi kurang baik
apabila dikerjakan dengan konvertor Bessemer maupun Thomas. Disini zat
asam murni dihembuskan di atas cairan dan kadang-kadang juga kedalam
cairan besi, sehingga karbon, silisium, mangan dan sebagainya terbakar.
Hasil pembakaran unsur-unsur tersebut ditampung oleh bahan tambahan
batu kapur dan terikat menjadi terak yang mengapung di atas cairan besi.
Proses pembakaran zat asam dengan zat arang terjadi pada panas yang
tinggi sekali, maka diperlukan pendinginan dengan jalan memberikan
tambahan baja bekas. Hasil akhir dari proses ini adalah baja oksi yang
bermutu sangat baik karena pengaruh buruk dari unsur udara tidak ada. Oleh
karena itu baja oksi baik sekali digunakan sebagai bahan pembuatan
konstruksi dan komponen-komponen mesin, seperti: poros, baut, pasak,
batang penggerak dan lain-lainnya.
Keuntungan dari proses oksi adalah sebagai berikut :
Waktu proses relatif pendek.
Hasilnya mengandung fosfor (P)dan belerang (S) yang rendah.
Hasil yang diproduksi relatif lebih banyak dalam tempo yang
samad ibanding proses lainnya.
Biaya produksi baja tiap ton lebih murah.
2) Proses Martin (dapur Siemen Martin), proses ini ada dua macam yaitu, proses
Martin asam untuk besi kasar dengan kadar fosfor rendah dan proses Martin basa
untuk besi kasar dengan kadar fosfor tinggi.
Dapur ini terdiri atas satu tungku untuk bahan yang dicairkan dan biasanya
menggunakan empat ruangan sebagai pemanas gas dan udara. Pada proses ini
digunakan muatan besi bekas yang dicampur dengan besi kasar sehingga dapat
menghasilkan baja dengan kualitas yang lebih baik jika dibandingkan dengan baja
Bessemer maupun Thomas. Gas yang akan dibakar dengan udara untuk
pembakaran dialirkan ke dalam ruangan-ruangan melalui batu tahan api yang
sudah dipanaskan dengan temperatur 600 sampai 900 derajat celcius. dengan
demikian nyala apinya mempunyai suhu yang tinggi, kira-kira 1800 derajat
celcius. gas pembakaran yang bergerak ke luar masih memberikan panas kedalam
ruang yang kedua, dengan menggunakan keran pengatur maka gas panas dan
udara pembakaran masuk ke dalam ruangan tersebut secara bergantian dipanaskan
dan didinginkan. Bahan bakar yang digunakan adalah gas dapur tinggi, minyak
yang digaskan (stookolie) dan juga gas generator. Pada pembakaran zat arang
terjadi gas CO dan CO2 yang naik ke atas dan mengakibatkan cairannya bergolak,
dengan demikian akan terjadi hubungann yang erat antara api dengan bahan
muatan yang dimasukkan ke dapur tinggi. Bahan tambahan akan bersenyawa
dengan zat asam membentuk terak yang menutup cairan tersebut sehingga
melindungi cairan itu dari oksida lebih lanjut. Setelah proses berjalan selama 6
jam, terak dikeluarkan dengan memiringkan dapur tersebut dan kemudian baja
cair dapat dicerat. Hasil akhir dari proses Martin disebut baja Martin. Baja ini
bermutu baik karena komposisinya dapat diatur dan ditentukan dengan teliti pada
proses yang berlangsung agak lama. Lapisan dapur pada proses Martin dapat
bersifat asam atau basa tergantung dari besi kasarnya mengandung fosfor sedikit
atau banyak. Proses Martin asam teradi apabila mengolah besi kasar yang bersifat
asam atau mengandung fosfor rendah dan sebaliknya dikatakan proses Martin
basa apabila muatannya bersifat basa dan mengandung fosfor yang tinggi.
Keuntungan dari proses Martin disbanding proses Bessemer dan Thomas
adalah sebagai berikut:
Proses lebih lama sehingga dapat menghasilkan susunan yang lebih
baik dengan jalan percobaan-percobaan.
Unsur-unsur yang tidak dikehendaki dan kotoran-kotoran dapat
dihindarkan atau dibersihkan.
Penambahan besi bekas dan bahan tambahan lainnya pada akhir
proses menyebabkan susunannya dapat diatur sebaik-baiknya.
Selain keuntungan di atas dan karena udara pembakaran mengalir di atas
cairan maka hasil akhir akan sedikit mengandung zat asam dan zat lemas. Proses
Martin basa biasanya masih mengandung beberapa kotoran seperti zat asam,
belerang, fosfor dan sebagainya. Sedangkan pada proses Martin asam kadar
kotoran-kotoran tersebut lebih kecil.
3) Proses Hoecsch
Proses Hoecsch merupakan penyempurnaan dari proses Martin. Caranya
adalah setelah muatan di dalam dapur Siemens Martin mencair kemudian
langsung dikeluarkan dan dimasukkan dalam kuali yang terbuka untuk membakar
fosfor dan belerang. Sementara pembakaran dilakukan dapur Siemens Martin
dibersihkan dan kemudian lantai dapur ditaburi dengan serbuk bijih besi (Fe2O3
atau Fe3O4). Setelah selesai mengadakan pembakaran fosfor, belerang dan besi
cair yang berada di dalam kuali tadi dimasukkan kembali ke dalam dapur Siemens
Martin untuk menyelesaikan pembakaran unsur-unsur lain yang belum hilang,
terutama zat arang. Setelah proses pembakaran zat arang dianggap selesai, terak
yang terjadi dikeluarkan selanjutnya baja cair ditampung dalam panci penuangan
untuk dituang atau dicetak menjadi balok tuangan.
4) Proses Bertrand Thield
Proses ini menggunakan dua buah dapur Siemens Martin. Pada dapur yang
pertama dilakukan pemijaran dan pembakaran untuk memisahkan fosfor
sedangkan dalam dapur kedua diisi dengan besi cair hasil dari dapur yang pertama
setelah teraknya dikeluarkan. Proses di dalam dapur yang kedua tersebut juga
diberi tambahan bijih besi yang baru.
5) Proses Dupleks
Proses ini dilakukan dengan cara mengeluarkan zat arang terlebih dahulu
yang berada konvertor-konvertor dan memurnikannya di dalam dapur Siemens
Martin. Proses Dupleks terutama dilakukan oleh pabrik-pabrik baja yang berada di
dekat perusahaan dapur tinggi. Setelah proses di dalam dapur tinggi (setelah
teraknya dihilangkan) cairan besi kasar itu dimasukkan kedalam konvertor
(Bessemer atau Thomas) dan dicampur dengan batu kapur serta baja bekas dalam
jumlah yang dikehendaki. Pengembusan udara di dalam konvertor dilakukan
sampai kandungan fosfor menjadi rendah kira-kira 1 sampai 1,5 %, ditambah
dengan kokas yang telah digiling selanjutnya memindahkan isinya ke dalam dapur
Siemens Martin.
6) Proses Thalbot
Proses Thalbot dilakukan dengan menggunakan dapur Siemens Martin yang
dapat diputar-putar dan dijungkitkan. Setelah pemijaran didalam dapur Martin,
sebagian cairan dituangkan ke dalam panci tuang dan ke dalam dapur tadi sambil
ditambahkan besi kasar, bijih besi dan batu kapur. Proses selanjutnya adalah
menjaga agar cairan besi di dalam panic tuang tadi tidak terjadi oksidasi, artinya
mengusahakan pendinginan yang cepat. Akibat dari cara ini adalah hasil yang
diperoleh dalam setiap proses dari satu dapur tidak sama kualitasnya. Baja yang
dihasilkan dari proses Thalbot adalah baja biasa seperti hasil dari proses konvertor
Bessemer maupun Thomas.
7) Dapur Listrik untuk baja Campuran
Dapur listrik digunakan untuk pembuatan baja yang tahan terhadap suhu
tinggi. Dapur ini mempunyai keuntungan-keuntungan sebagai berikut:
a. Jumlah panas yang diperlukan dapat dapat diatur sebaik-baiknya.
b. Pengaruh zat asam praktis tidak ada.
c. Susunan besi tidak dipengaruhi oleh aliran listrik.
Sedangkan kekurangannya adalah harga listrik yang mahal. Dapur listrik
dibagi menjadi dua kelompok yaitu dapur listrik busur cahaya dan dapur listrik
induksi.
Dapur busur cahaya
Dapur ini berdasarkan prinsip panas yang memancar dari busur api,
dapur ini juga dikenal dengan sebutan dapur busur nyala api. Dapur ini
merupakan suatu tungku yang bagian atasnya digantungkan dua batang
arang sebagai elektroda pada arus bolak-balik atau dengan tiga buah
elektroda arang yang dialirkan arus putar. Misalnya pada dapur Stassano
busur api terjadi antara tiga ujung elektroda arang yang berada di atas baja
yang dilebur melalui ujung elektroda itu dengan arus putar. Pada dapur
Girod, arus bolak balik mengalir melalui satu elektroda yang membentuk
busur api di antara kutub dan baja cair selanjutnya dikeluarkan melalui
enam buah elektroda baja yang didinginkan dengan air ke dasar tungku.
Pada dapur Heroult menggunakan dua elektroda arang dengan arus
bolakbalik dan dapat juga menggunakan tiga buah elektroda pada arus putar.
Arus listrik membentuk busur nyala dari elektroda kepada cairan dan
kembali dari cairan ke elektroda lainnya.
Dapur induksi
Dapur induksi dapat dibedakan atas dapur induksi frekuensi rendah
dan dapur induksi frekuensi tinggi. Pada dapur induksi dibangkitkan suatu
arus induksi dalam cairan baja sehingga menimbulkan panas dalam cairan
baja itu sendiri sedangkan dinding dapurnya hanya menerima pengaruh
listrik yang kecil saja.
Dapur induksi frekuensi rendah, bekerja menurut prinsip
transformator. Dapur ini berupa saluran keliling teras dari baja yang beserta
isinya dipandang sebagai gulungan sekunder transformator yang
dihubungkan singkat, akibat hubungan singkat tersebut di dalam dapur
mengalir suatu aliran listrik yang besar dan membangkitkan panas yang
tinggi. Akibatnya isi dapur mencair dan campuran-campuran tambahan
dioksidasikan.
Dapur induksi frekuensi tinggi, dapur ini terdiri atas suatu kuali yang
diberi kumparan besar di sekelilingnya. Apabila dalam kumparan dialirkan
arus bolak-balik maka terjadilah arus putar didalam isi dapur. Arus ini
merupakan aliran listrik hubungan singkat dan panas yang dibangkitkan
sangat tinggi sehingga mencairkan isi dapur dan campuran tambahan yang
lain serta mengkoksidasikannya. Hasil akhir dari dapur listrik disebut baja
elektro yang bermutu sangat baik untuk digunakan sebagai alat perkakas
misalnya pahat, alat tumbuk dan lain-lainnya.
8) Proses Dapur Aduk
Dapur aduk merupakan cara pembuatan baja yang konvensional dengan cara
melebur besi kasar di dalam dapur nyala api bersama-sama dengan terak (FeO)
untuk mendapatkan zat asam. Dengan cara mengaduk-aduk dengan batang besi
dan ke bawah permukaan dimasukkan udara maka terjadilah suatu masa lunak
dari baja yang banyak mengandung terak. Apabila gumpalan-gumpalan yang
dibuat dalam dapur telah mencapai kirakira 60 kg dikeluarkan, maka langkah
selajutnya adalah mengeluarkan terak dengan jalan menempanya atau dipres.
Dalam proses aduk ini lebih banyak melibatkan pekerjaan tangan serta kapasitas
produksi yang kecil maka cara ini dipandang tidak efisien dan jarang digunakan
pada pabrik-pabrik baja.
Perbedaan Besi dan Baja
Perbedaan besi dan baja terletak pada kandungan paduan karbon (C) yang akan
menentukan sifat-sifat lain dari besi dan baja tersebut. Paduan baja yang mengandung lebih
banyak karbon dari nilai komersialnya dapat dinamakan besi. Kandungan karbon pada
beberapa jenis baja mencapai 0,04 persen sampai 2,0 persen. Besi tuang, besi tuang maleable,
pig iron mengandung jumlah karbon sekiar 2-4 persen. Tetapi ada juga besi yang tidak
mengandung karbon yaitu white-heart malleable iron.
Pembuatan bahan baku besi dan baja dapat dilakukan dalam blast furnace yang
menghasilkan pig iron. Pembuatan langsung juga dapat dilakukan dengan alat revolving kiln
yang menghasilkan spong iron.
Paduan baja dan besi dapat dikelompokan dalam ferroalloys. Paduan ini dapat
menghasilkan jenis-jenis baja. Jumlah paduan yang diunakan dalam pembuatan besi dan baja
bervariasi hingga mengandung 20 sampai 80 persen dari elemen paduan. Paduan ini seperti
Mangan, Silikon , dan Kromium.
30
BAB V
APLIKASI DAN PEMANFAATAN BESI SERTA EFEK NEGATIF DARI
PERTAMBANGANNYA
5.1 Aplikasi dan Pemanfaatan Besi
Seperti yang telah dikatakan sebelumnya bahwa aplikasi terbesar dari besi adalah dalam
bentuk alloy yaitu baja. Selanjutnya baja dimanfaatkan dalam berbagai keperluan baik itu
bagunan atau alat-alat rumah tangga.
Selain dalam bentuk baja, besi banyak digunakan untuk bahan manufaktur diberbagai
bidang seperti badan mobil, peralatan listrik, berbagai jenis kapal, keperluan rumah tangga
juga menggunakan komponen besi. Perusahaan air juga banyak yang menggunakan besi, besi
tersebut digunakan untuk melapisi pipa saluran air. Tekhnologi seperti computer juga dalam
perangkat lunaknya menggunakan besi untuk melindungi komponen- komponen lunak di
dalamnya.
5.2 Efek Negatif Pertambangan Besi
Efek negatif utama yang ditimbulkan oleh pabrik pertambangan besi adalah
pencemaran. Dua versi definisi pencemaran, pertama adalah mengubah sesuatu menjadi lebih
kotor, sedangkan definisi kedua,adalah secara fisik membuat jadi tidak murni, busuk dan
kotor. Namun berdasarkan hasil survei dari beberapa definisi pencemaran, Hellawell (1986)
menyimpulkan bahwa pencemaran adalah sebagai sesuatu (zat atau benda) yang berada dalam
tempat yang salah, pada waktu yang salah, dan jumlah yang salah. Pencemaran lingkungan
memiliki hubungan yang erat dengan kegiatan manusia, karena itu selama dua abad terakhir
ini telah terjadi momentum peningkatan kerusakan lingkungan secara keseluruhan di
permukaan bumi ini sebagai hasil dari kegiatan manusia. Hal ini diperparah lagi oleh kondisi
jumlah populasi manusia dari masa ke masa selalu bertambah dengan pesat, sedangkan hasil
teknologi pengolahan limbah tidak menentu sehingga terjadi korelasi positif antara kecepatan
peningkatan populasi manusia dengan kenaikan kuantitas limbah di bumi ini (Hellawell,
1986).
Karat adalah lapisan yang terbentuk setelah senyawa besi bereaksi dengan air dan
oksigen. Ini merupakan campuran antara oksida besi dan oksida air (McNeely J.A, 1992).
Reaksi yang terjadi dalam proses penghilangan karat besi tersebut adalah sebagai berikut.
Fe2O3 + 6 HCl → 2 FeCl3 + 3 H2O (karat besi)
Proses yang telah dikemukakan di atas dinamakan proses pickling yaitu upaya untuk
menghilangkan karat yang melapisi material (besi/baja) menggunakan asam kuat. Kadar besi
(Fe) dalam limbah akan meningkat dalam proses ini karena banyaknya FeCl2 dan FeCl3 yang
terbentuk dari hasil reaksi.
Pencemaran Logam Berat
Logam berat merupakan senyawa kimia yang sangat berpotensi menimbulkan masalah
pencemaran lingkungan terutama yang berkaitan erat terhadap dampak kesehatan manusia.
Menurut Vouk (1986) terdapat sebanyak 80 jenis dari sejumlah 109 unsur kimia yang telah
teridentifikasi di muka bumi ini termasuk ke dalam jenis logam berat, Dengan demikian sifat
kimiawi logam berat dapat dikatakan mewakili sebagian besar golongan kimia anorganik.
Logam berat biasanya didefinisikan berdasarkan sifat-sifat fisiknya dalam keadaan padat
dengan menggunakan metode teknologi yang telah maju. Sifat-sifat fisik tersebut antara lain
memiliki:
1) Daya pantul cahaya yang tinggi.
2) Daya hantar listrik yang tinggi.
3) Daya hantar panas.
4) Kekuatan dan ketahanan.
Logam berat dalam keadaan padat juga dapat dibedakan berdasarkan struktur kristalnya,
sifat pengikat kimianya, serta sifat-sifat magnitnya. Kelarutan logam berat dalam air dan
lemak merupakan suatu proses toksikologi yang amat penting, karena proses ini adalah salah
satu faktor utama yang mempengaruhi adanya proses biologi dan penyerapan logam berat itu
sendiri. Metode analisis untuk penentuan konsentrasi logam berat yang hingga kini paling
populer digunakan adalah Spektrofotometer Serapan Atom (AAS). Adapun prinsip kerja AAS
ini pada dasarnya adalah suatu proses pengatoman dari tingkat dasar ke tingkat tinggi,
dimana dalam proses pengatoman ini setiap logam berat memiliki penyinaran dengan
panjang gelombang yang spesifik. Kneip dan Friberg (1986) berpendapat bahwa dalam
penentuan kandungan logam berat, ada tiga hal utama yang harus diperhatikan yaitu;
ketepatan, ketelitian dan batas deteksi. Jenis pelarut kimia yang digunakan dalam analisis
logam dapat memengaruhi hasil analisis tersebut., melaporkan bahwa ekstraksi sampel
dengan menggunakan pelarut HNO3 menghasilkan konsentrasi logam berat hampir 10 kali
lebih tinggi daripada pelarut HCl (Kneip dan Friberg (1986).
Berdasarkan sudut pandang toksikologi, logam berat terbagi ke dalam dua jenis yaitu:
pertama logam berat esensial dimana keberadaanya dalam jumlah tertentu sangat dibutuhkan
oleh setiap organisme hidup, seperti antara lain, seng (Zn), tembaga (Cu), besi (Fe), kobalt
(Co), mangan.
Perairan yang mengandung besi sangat tidak diinginkan untuk keperluan rumah tangga,
karena dapat menyebabkan bekas karat pada pakaian, porselin, dan alat–alat lainnya serta
menimbulkan rasa yang tidak enak pada air minum pada konsentrasai diatas kurang lebih 0.31
mg/L. Sifat kimia perairan dari besi adalah sifat redoks. pembentukan kompleks, metabolisme
oleh mikroorganisme, dan pertukaran dari besi antara fasa dan fase padat yang mengandung
besi karbonat, hidroksida dan sulfite.
Air tanah yang mengandung Fe (II) mempunyai sifat yang unik. Dalam kondisi tidak
ada oksigen air tanah yang mengandung Fe (II) jernih, begitu mengalami oksidasi oleh
oksigen yang berasal dari atmosfer ion ferro akan berubah menjadi ion Ferri dengan reaksi
sebagai berikut:
4Fe2+ + O2 + 10 H2O ——-> 4 Fe(OH)3 8 H+
Dan ini menyebabkan air menjadi keruh. Pada pembentukan besi (III) oksidasi terhidrat
yang tidak larut menyebabkan air berubah menjadi abu–abu.
Jika konsentrasi besi di dalam air relatif besar, akan memberikan dampak yaitu
menimbulkan penyumbatan pada pipa disebabkan secara langsung oleh deposit (tubercule)
yang disebabkan oleh endapan besi:
1) Secara tidak langsung, disebabkan oleh kumpulan bakteri besi yang hidup di
dalam pipa, karena air yang mengandung besi, disukai oleh bakteri besi.
2) Selain itu kumpulan bakteri ini dapat meninggikan gaya gesek (losses) yang juga
berakibat meningkatnya kebutuhan energi. Selain itu pula apabila bakteri tersebut
mengalami degradasi dapat menyebabkan bau dan rasa tidak enak pada air.
3) Besi dalam konsentrasi yang lebih besar dan beberapa mg/L, akan memberikan
suatu rasa pada air yang menggambarkan rasa logam, atau rasa obat.
Pencemaran oleh besi juga dapat kita lihat secara langsung dalam kehidupan seharihaari
yaitu: Meninggalkan noda pada bak-bak kamar mandi dan peralatan lainnya (noda
kecoklatan disebabkan oleh besi). Pada ion exchanger endapan besi yang terbentuk, seringkali
mengakibatkan penyumbatan atau menyelubungi media pertukaran ion (resin), yang
mengakibatkan hilangnya kapasitas pertukaran ion. Menyebabkan keluhan pada konsumen
(seperti kasus “red water”) bila endapan besi dan yang terakumulasi di dalam pipa,
tersuspensi kembali disebabkan oleh adanya kenaikan debit atau kenaikan tekanan di dalam
pipa/system distribusi (http://id.wikipedia.org/wiki/Besi(III)_klorida).
BAB VI
PENUTUP
PENUTUP
Besi merupakan kekayaan alam (mineral) yang pemanfaatannya sangat besar dalam
kehidupan manusia. Sejak zaman dahulu besi telah dimanfaatkan sebagai bahan dasar
perkakas untuk keperluan sehari-hari seperti alat pemotong, wadah, dan berbagai alat-alat
lainnya. Pada zaman purba, besi telah mengalihkan pemakain batu sebagai alat-alat keperluan
sehari-hari sehingga zaman itu dikenal dengan nama zaman besi. Teknik pembuatan peralatan
dari besi sejak zaman dahulu menggunakan sistem cor yaitu bijih besi dilelehkan kemudian di
cetak dengan cetakan yang biasanya terbuat dari gerabah karena gerabah mempunyai titik
leleh yang cukup tinggi dibandingkan besi.
Hingga saat ini telah banyak usaha untuk mengeksplorasi bahan galian ini karena
pemanfaatannya yang sangat besar dan sebagian besar sebagai alloy pada baja. Baja
merupakan alloy yang paling banyak digunakan untuk berbagai keperluan manusia di dunia
ini. Pemanfaatan besi sebagai alloy pada baja lebih besar daripada besi murninya. Ini
disebabkan baja mempunyai beberapa kelebihan yang tidak dimiliki oleh besi murni salah
satunya adalah besi budah mengalami oksidasi sehingga mudah berkarat sedangkan baja lebih
sulit.
Teknik pengeksplorasian besi sangat beragam tergantung dari tujuan yang ingin dicapai.
Untuk mendapatkan besi yang kasar metode eksplorasi yang digunakan berbesa dengan
metode untuk mendapatkan besi yang halus. Begitupula dengan teknik pengolahannya,
metode yang digunakan berbeda-beda tergantung dengan tujuan akhir dari pengolahan
tersebut.
Namun, disamping banyak kegunaan dan manfaat dari pertambangan besi ini, ada
beberapa efek negatif atau bahaya yang ditimbulkan. Salah satunya adalah pencemaran
lingkungan disekitar pabrik pengolahan atau pertambangan besi. Kadar besi yang tinggi baik
itu pada air maupun tanah dapat membuat air maupun tanah tersebut tercemar. Besi memang
diperlukan tanah sebagai unsur anorgaik yang dibutuhkan untuk kesuburannya. Namun
dengan konsentrasi yang berlebih malah akan membuat tanah tersebut tidak subur. Pada air
misalnya sungai, dengan konsentrasi tinggi besi akan membuat warna air menjadi keruh.
DAFTAR PUSTAKA
Cotton, F. Albert. 2007. Kimia Anorganik Dasar. Jakarta: Universitas Indonesia Press.
Hellawell,1986., Biosorption of Copper from Contaminated Water by Hydrilla verticillata
Casp. and Salvinia sp.. Karnataka Regional Engineering College), 575 02 Surathkal.
India, diunduh dari www. Wikipedia, 23 Januari 2009.
http://www.tekmira.esdm.go.id/HasilLitbang/?p=80
http://findarticles.com/p/articles/mi_m0ISW/is_244/ai_111271899/
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ac50051a056
http://www.corporateinformation.com/Company-Snapshot.aspx?cusip=C124NCB00
http://www.corporateinformation.com/Company-Snapshot.aspx?cusip=C124THR10
http://www.springerlink.com/content/u8680ul8n5l71755/
http://www.ias.ac.in/currsci/feb25/articles9.htm
http://www.sciencedirect.com/science?_ob=ArticleURL&_udi=B6VBN-48DYXC7-
5G&_user=10&_coverDate=05%2F31%2F1987&_rdoc=1&_fmt=high&_orig=searc
h&_sort=d&_docanchor=&view=c&_searchStrId=1275262563&_rerunOrigin=goog
le&_acct=C000050221&_version=1&_urlVersion=0&_userid=10&md5=6c506a68a
00821b676b42e4482a99682
http://query.nytimes.com/mem/archivefree/
pdf?_r=1&res=9D0DEFD7153EE333A25752C2A9679C94679ED7CF
http://id.wikipedia.org/wiki/Besi
Kneip and fried berg, 1986., Removal of Heavy Metals from the Environment by Biosorption.
Technical Engineering in Life Sciences. Univ. of Iasi, Romania, Vol 4 No 3, p 219-
232, 2004. Di unduh dari (www. Technologi dan pencemaran.co.id/blogpress/5612
html)
Sugiyarto, Kristian H. 2003. Dasar-dasar Kimia Anorganik Logam. Yogyakarta: Universitas
Negeri Yogyakarta.
Tim Direktorat Inventarisasi Sumber Daya Mineral. 2005. Pedoman Teknis Eksporasi Pasir
Besi. Jakarta: Pusat Sumber Daya Geologi.
kehidupan manusia. Sejak zaman dahulu besi telah dimanfaatkan sebagai bahan dasar
perkakas untuk keperluan sehari-hari seperti alat pemotong, wadah, dan berbagai alat-alat
lainnya. Pada zaman purba, besi telah mengalihkan pemakain batu sebagai alat-alat keperluan
sehari-hari sehingga zaman itu dikenal dengan nama zaman besi. Teknik pembuatan peralatan
dari besi sejak zaman dahulu menggunakan sistem cor yaitu bijih besi dilelehkan kemudian di
cetak dengan cetakan yang biasanya terbuat dari gerabah karena gerabah mempunyai titik
leleh yang cukup tinggi dibandingkan besi.
Hingga saat ini telah banyak usaha untuk mengeksplorasi bahan galian ini karena
pemanfaatannya yang sangat besar dan sebagian besar sebagai alloy pada baja. Baja
merupakan alloy yang paling banyak digunakan untuk berbagai keperluan manusia di dunia
ini. Pemanfaatan besi sebagai alloy pada baja lebih besar daripada besi murninya. Ini
disebabkan baja mempunyai beberapa kelebihan yang tidak dimiliki oleh besi murni salah
satunya adalah besi budah mengalami oksidasi sehingga mudah berkarat sedangkan baja lebih
sulit.
Teknik pengeksplorasian besi sangat beragam tergantung dari tujuan yang ingin dicapai.
Untuk mendapatkan besi yang kasar metode eksplorasi yang digunakan berbesa dengan
metode untuk mendapatkan besi yang halus. Begitupula dengan teknik pengolahannya,
metode yang digunakan berbeda-beda tergantung dengan tujuan akhir dari pengolahan
tersebut.
Namun, disamping banyak kegunaan dan manfaat dari pertambangan besi ini, ada
beberapa efek negatif atau bahaya yang ditimbulkan. Salah satunya adalah pencemaran
lingkungan disekitar pabrik pengolahan atau pertambangan besi. Kadar besi yang tinggi baik
itu pada air maupun tanah dapat membuat air maupun tanah tersebut tercemar. Besi memang
diperlukan tanah sebagai unsur anorgaik yang dibutuhkan untuk kesuburannya. Namun
dengan konsentrasi yang berlebih malah akan membuat tanah tersebut tidak subur. Pada air
misalnya sungai, dengan konsentrasi tinggi besi akan membuat warna air menjadi keruh.
DAFTAR PUSTAKA
Cotton, F. Albert. 2007. Kimia Anorganik Dasar. Jakarta: Universitas Indonesia Press.
Hellawell,1986., Biosorption of Copper from Contaminated Water by Hydrilla verticillata
Casp. and Salvinia sp.. Karnataka Regional Engineering College), 575 02 Surathkal.
India, diunduh dari www. Wikipedia, 23 Januari 2009.
http://www.tekmira.esdm.go.id/HasilLitbang/?p=80
http://findarticles.com/p/articles/mi_m0ISW/is_244/ai_111271899/
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ac50051a056
http://www.corporateinformation.com/Company-Snapshot.aspx?cusip=C124NCB00
http://www.corporateinformation.com/Company-Snapshot.aspx?cusip=C124THR10
http://www.springerlink.com/content/u8680ul8n5l71755/
http://www.ias.ac.in/currsci/feb25/articles9.htm
http://www.sciencedirect.com/science?_ob=ArticleURL&_udi=B6VBN-48DYXC7-
5G&_user=10&_coverDate=05%2F31%2F1987&_rdoc=1&_fmt=high&_orig=searc
h&_sort=d&_docanchor=&view=c&_searchStrId=1275262563&_rerunOrigin=goog
le&_acct=C000050221&_version=1&_urlVersion=0&_userid=10&md5=6c506a68a
00821b676b42e4482a99682
http://query.nytimes.com/mem/archivefree/
pdf?_r=1&res=9D0DEFD7153EE333A25752C2A9679C94679ED7CF
http://id.wikipedia.org/wiki/Besi
Kneip and fried berg, 1986., Removal of Heavy Metals from the Environment by Biosorption.
Technical Engineering in Life Sciences. Univ. of Iasi, Romania, Vol 4 No 3, p 219-
232, 2004. Di unduh dari (www. Technologi dan pencemaran.co.id/blogpress/5612
html)
Sugiyarto, Kristian H. 2003. Dasar-dasar Kimia Anorganik Logam. Yogyakarta: Universitas
Negeri Yogyakarta.
Tim Direktorat Inventarisasi Sumber Daya Mineral. 2005. Pedoman Teknis Eksporasi Pasir
Besi. Jakarta: Pusat Sumber Daya Geologi.
