Vermikulit

Latar Belakang

Istilah vermikulit berlaku untuk sekelompok mineral yang dicirikan oleh kemampuannya untuk mengembang menjadi untaian panjang seperti cacing saat dipanaskan. Proses ekspansi ini disebut pengelupasan. Nama vermikulit berasal dari kombinasi kata Latin vermiculare yang berarti "untuk berkembang biak cacing," dan akhiran bahasa Inggris-ite, yang berarti mineral atau batu. Dalam bentuknya yang diperluas, vermikulit memiliki kepadatan dan konduktivitas termal yang sangat rendah, yang membuatnya menarik untuk digunakan sebagai amandemen tanah, agregat konstruksi ringan, dan pengisi insulasi termal. Vermikulit yang diperluas juga memiliki luas permukaan aktif kimia yang sangat besar, yang membuatnya berguna sebagai penyerap dalam beberapa proses kimia. Ketika vermikulit digiling menjadi bubuk halus, vermikulit digunakan sebagai pengisi tinta, cat, plastik, dan bahan lainnya.

Sejarah

Vermikulit dan sifat uniknya telah dikenal sejak tahun 1824, ketika Thomas H. Webb bereksperimen dengannya di Worcester, Massachusetts. Webb-lah yang memberi mineral itu nama fantastis karena menurutnya untaian panjang itu tampak seperti sekumpulan cacing kecil. Vermikulit dianggap tidak lebih dari sekadar keingintahuan ilmiah sampai awal 1900-an ketika penggunaan yang lebih praktis dicari. Upaya penambangan komersial pertama terjadi pada tahun 1915 di Colorado. Bahan itu dijual sebagai abu tung, tetapi tidak menemukan pembeli yang cukup, dan usaha itu gagal. Tambang vermikulit pertama yang berhasil dimulai oleh Perusahaan Zonolite di Libby, Montana, pada tahun 1923. Tambang tersebut terus beroperasi hingga tahun 1990.

Operasi penambangan vermikulit terbesar di dunia terletak di distrik Phalabowra (juga kadang-kadang dieja Palabora) di Republik Afrika Selatan. Negara lain yang memproduksi vermikulit dalam jumlah yang signifikan termasuk Amerika Serikat, Cina, Rusia, Brasil, Jepang, Zimbabwe, dan Australia.

Pada tahun 1999, ada tiga operasi penambangan vermikulit aktif di Amerika Serikat, dua di Carolina Selatan dan satu di Virginia, yang mengirimkan bijih vermikulit pekat ke pabrik pengelupasan yang berlokasi di seluruh negeri. Selain menggunakan vermikulit pekat dari operasi penambangan domestik, pabrik ini juga mengimpor sekitar 77.000 ton (70.000 metrik ton) vermikulit pekat dari sumber asing—kebanyakan dari Afrika Selatan.

Bahan Baku

Secara teknis, vermikulit mencakup sekelompok besar silikat magnesium-aluminium-besi laminar terhidrasi, yang menyerupai mika. Ada dua kunci untuk sifat unik vermikulit. Yang pertama adalah struktur kristal laminar (atau berlapis), yang menyediakan pelat berengsel yang membuat material mengembang atau terbuka secara linier, seperti akordeon. Yang kedua adalah fakta bahwa ia mengandung air yang terperangkap, yang berkedip menjadi uap ketika dipanaskan untuk memaksa lapisan terbuka. Ada banyak sekali mineral dan tanah vermikulit yang terbentuk secara alami, dan identifikasinya seringkali membutuhkan analisis ilmiah yang canggih.

Salah satu bentuk vermikulit yang paling umum dikenal sebagai vermikulit komersial. Ini adalah formulir yang ditambang dan diproses untuk berbagai penggunaan akhir. Ini berasal dari batuan yang mengandung kristal besar dari mineral biotit dan phlogopite yang mengandung besi. Saat batuan ini terkena cuaca, mereka mulai membusuk, memungkinkan air masuk dan bereaksi dengan berbagai bahan kimia yang ada. Saat dekomposisi dan reaksi kimia berlangsung, vermikulit terbentuk.

Sebuah analisis kimia khas vermikulit komersial menunjukkan mengandung 38-46% silikon oksida (SiO ₂ ), 16-35% magnesium oksida (MgO), 10-16% aluminium oksida (Al ₂ O ₃ ), 8-16% air, ditambah beberapa bahan kimia lainnya dalam jumlah yang lebih sedikit.

Ketika serpihan vermikulit komersial dipanaskan dan diperluas, mereka mengalami perubahan warna yang tergantung pada bahan kimia yang ada dan suhu tungku. Granul vermikulit yang diperluas yang dihasilkan biasanya berwarna emas-cokelat dengan kerapatan curah sekitar 4-10 lb/cu ft (64-160 kg/cu m), tergantung pada ukuran butiran.

Proses Pembuatan

Proses manufaktur yang digunakan untuk memproduksi vermikulit komersial yang diperluas terdiri dari dua operasi terpisah. Operasi penambangan dan pemekatan yang menghasilkan serpihan vermikulit mentah dilakukan di satu lokasi. Operasi pengelupasan dan klasifikasi yang menghasilkan berbagai ukuran butiran vermikulit yang diperluas dan ringan untuk digunakan dalam produk lain dilakukan di lokasi lain. Terkadang kedua lokasi ini bisa terpisah setengah dunia.

Ada banyak metode berbeda yang digunakan dalam kedua operasi ini. Metode yang tepat bervariasi dari tambang ke tambang dan tanaman ke tanaman. Berikut adalah proses manufaktur khas yang digunakan untuk memproduksi vermikulit komersial yang diperluas.

Menambang

• l Batuan yang mengandung vermikulit digali dari lubang terbuka yang besar di tanah. Tanah di atas bebatuan, yang disebut overburden, dihilangkan dengan power shovel atau earth scraper. Lapisan batuan yang terbuka kemudian dibor dengan bor pneumatik atau hidrolik besar, dan lubangnya diisi dengan bahan peledak. Ketika semua personel dan peralatan telah dipindahkan dari area tersebut, bahan peledak akan diledakkan.
• 2 Timbunan batuan lepas yang dihasilkan diambil dengan power shovel dan dibuang ke truk atau gerbong kereta, yang membawa batuan ke pabrik pengolahan terdekat.

Berkonsentrasi

• 3 Batu dimasukkan melalui serangkaian penghancur dan saringan untuk mengurangi ukurannya. Vermikulit dipisahkan dari batuan dan kotoran di sekitarnya menggunakan berbagai teknik basah atau kering tergantung pada operasi penambangan tertentu dan peraturan lingkungan setempat. Teknik-teknik ini mungkin termasuk flotasi buih, pemisahan gravitasi, penampian, atau pemisahan elektrostatik. Dalam masing-masing teknik ini, baik vermikulit itu sendiri atau bahan lainnya terjebak dan dipisahkan satu sama lain sampai serpihan vermikulit yang dihasilkan sekitar 90% murni menurut beratnya.
• 4 Serpihan vermikulit yang diekstraksi dari berbagai bagian tambang dapat dicampur bersama sebelum diproses lebih lanjut untuk memastikan keseragaman produk.

Penilaian

• 5 Serpihan vermikulit yang dipisahkan diurutkan berdasarkan ukuran. Hal ini dapat dilakukan dengan serangkaian layar atau dapat dilakukan dalam terowongan angin yang panjang dan tertutup . Di terowongan angin, serpihan dimasukkan ke ujung hulu terowongan dan dibawa sepanjang terowongan oleh aliran udara. Serpihan yang lebih besar, karena lebih berat, jatuh dari aliran udara terlebih dahulu dan terperangkap dalam hopper di bagian bawah terowongan. Pemisahan menurut berat ini berlanjut di sepanjang terowongan sampai semua serpihan tersangkut di gerbong. Dengan mengontrol panjang setiap bukaan hopper dan kecepatan udara, serpihan dapat diurutkan ke dalam berbagai ukuran, atau tingkatan, mulai dari diameter sekitar 0,63 inci (16 mm) hingga sekitar 0,02 inci (0,8 mm). Jika vermikulit tertentu yang ditambang cenderung membentuk persentase tinggi dari serpihan besar, serpihan mungkin sedikit dihancurkan untuk menghilangkannya dan mengurangi ukurannya. Proses ini disebut debooking dan memungkinkan serpihan cepat dipanaskan selama proses pengelupasan.
• 6 Serpihan vermikulit bergradasi dibuang ke dalam kantong plastik besar atau wadah lain untuk dikirim ke berbagai pengelupasan Diagram yang menggambarkan pemrosesan vermikulit. tanaman. Jika serpihan akan dikirim ke pabrik di luar negeri, serpihan tersebut dimuat dalam jumlah besar ke dalam palka kapal untuk diangkut.

Pengelupasan kulit

• 7 Serpihan vermikulit diangkut dengan truk atau kereta api dari pelabuhan atau tambang ke pabrik pengelupasan, di mana mereka diturunkan dan disimpan di area tertutup untuk melindunginya dari kontaminan dan cuaca. Penting untuk mencegah serpihan menyerap kelembapan. Jika tidak, akan membutuhkan terlalu banyak energi untuk memanaskan serpihan ke suhu yang diperlukan untuk membuatnya mengembang.
• 8 Serpihan dimuat ke ban berjalan dan diangkat ke atas tungku vertikal setinggi 20-25 kaki (6,1-7,6 m) yang dilapisi dengan batu bata keramik. Saat serpihan jatuh di sepanjang tungku, mereka melewati satu atau lebih pembakar yang ditembakkan oleh gas alam . Suhu di dalam tungku mencapai kira-kira 1.000-1.500 °F (540-810 °C), yang cukup untuk membuat air yang terperangkap dalam serpihan menjadi uap dan menyebabkan serpihan mengembang menjadi partikel seperti cacing. Di bagian bawah tungku, partikel meluncur ke bawah bidang miring. Ini menunda keluarnya partikel dari tungku dan memungkinkan vermikulit dipanaskan lebih lanjut untuk mencapai ekspansi penuh. Pabrik pengelupasan kulit lainnya mungkin menggunakan konfigurasi tungku yang berbeda, tetapi urutan umum operasi serupa.

Mengklasifikasikan

• 9 Partikel vermikulit yang panas dan mengembang kemudian ditarik ke dalam tabung vertikal dengan vakum. Setiap batu kecil atau kontaminan padat lainnya terlalu berat untuk dibawa ke atas oleh aliran udara yang lembut dan jatuh ke dasar tabung. Aliran udara juga berfungsi untuk mendinginkan vermikulit panas.
• 10 Jika pelanggan atau aplikasi membutuhkan partikel halus, vermikulit dapat digiling dan disaring untuk menghasilkan ukuran atau kisaran ukuran tertentu sebelum dikemas untuk pengiriman. Di beberapa tanaman pengelupasan, partikel yang lebih besar juga dapat disaring atau disortir ke dalam berbagai ukuran, tergantung pada penggunaan akhir.
• 11 Partikel vermikulit yang telah disortir, atau diklasifikasikan, kemudian disimpan ke dalam hopper penyimpanan, di mana mereka dibagikan ke dalam kantong kertas atau plastik berukuran 4-6 cu ft (0,10-0,15 cu m) untuk penjualan eceran atau ditempatkan ke dalam 50 cu m yang lebih besar. ft (1,3 cu m) tas untuk digunakan dalam berbagai aplikasi komersial. Kantong disegel, diberi label, dan dipindahkan ke gudang untuk pengiriman.

Aspek Kesehatan

Endapan bijih vermikulit mungkin juga mengandung berbagai bahan lain seperti mika, kuarsa, dan feldspar. Deposito ini bervariasi dari satu lokasi penambangan ke lokasi penambangan lainnya. Selama proses pembuatan, beberapa bahan ini dapat menimbulkan potensi bahaya kesehatan bagi pekerja. Di Amerika Serikat dan banyak negara lain, bahaya ini didefinisikan dalam Material Safety Data Sheets (MSDS), yang mengidentifikasi bahaya dan memberikan informasi tentang penanganan dan pembuangan material yang aman.

Salah satu bahaya kesehatan yang paling umum dalam pemrosesan vermikulit berasal dari kuarsa, yaitu silika kristal. Biasanya hanya hadir sebagai partikel yang lebih besar, tetapi ketika digiling menjadi partikel yang lebih halus, debu dapat terhirup dan menyebabkan penyakit paru-paru yang disebut silikosis. Akibatnya, kontrol debu yang ketat dan tindakan perlindungan pribadi dimasukkan ke dalam area operasi pemrosesan vermikulit di mana bahan digiling, diayak, dan dikantongi. Di tingkat konsumen, paparan debu silika dapat diabaikan dan tidak menimbulkan bahaya kesehatan.

Dalam beberapa deposit bijih vermikulit, mungkin juga ada sejumlah asbes dalam jumlah tertentu. Tak satu pun dari badan bijih yang saat ini digunakan oleh produsen vermikulit utama menimbulkan risiko kesehatan asbes bagi pekerja ketika bahan diproses sesuai dengan MSDS yang berlaku. Pada bulan Agustus 2000, Badan Perlindungan Lingkungan Amerika Serikat (EPA) mengeluarkan laporan mengenai vermikulit yang dijual sebagai amandemen tanah. Dalam laporan tersebut, mereka menyimpulkan ada sedikit atau tidak ada risiko bagi konsumen dari asbes.

Masa Depan

Meskipun ada beberapa bahan lain yang dapat digunakan sebagai pengganti vermikulit, kepadatan dan konduktivitas termal vermikulit yang sangat rendah terus membuatnya menarik untuk banyak aplikasi. Pada tahun 1999, diperkirakan ada sekitar 55 juta ton (50 juta metrik ton) cadangan vermikulit di dunia.