Bijih Besi Pellet & Pelletisasi: Tinjauan Lengkap dan Panduan Proses
Pengenalan Bijih Besi Pellet dan Proses Pelletisasi
Pelletisasi adalah proses yang melibatkan pencampuran partikel bijih besi halus yang sangat halus dengan ukuran kurang dari 200 mesh (0,074 mm) dengan aditif seperti bentonite dan kemudian membentuknya menjadi bola hampir oval/sferis dengan ukuran dalam rentang 8 mm hingga 16 mm diameter oleh pelletizer dan mengeras bola-bola dengan membakar dengan bahan bakar. Ini adalah proses aglomerasi untuk mengonversi bijih besi halus menjadi 'pellet bijih besi berukuran seragam' yang dapat diisi langsung ke dalam tungku bakar (BF) atau ke dalam tungku vertikal atau kiln rotary yang biasanya digunakan untuk produksi besi reduksi langsung (DRI). Bijih besi pellet ditunjukkan dalam Gambar 1.
Gambar 1 Bijih Besi Pellet
Properti Khas Bijih Besi Pellet
Properti khas bijih besi pellet diberikan dalam Tabel 1.
| Tabel 1 Properti Khas Bijih Besi Pellet |
| Analisis Kimia (basis kering) | Satuan | Nilai | Toleransi |
| Fe | % | 65 | Minimum |
| FeO | % | 0,3 | Maksimum |
| SiO2 + Al2O3 | % | 5 | Maksimum |
| CaO | % | 0,03 | ± 0,01 |
| MgO | % | 0,06 | ± 0,01 |
| Basicity | % | 65 | Maksimum |
| Fosfor | % | 0,05 | Maksimum |
| Properti Fisik |
| Densitas massa | t/m³ | 2,2 | ± 0,2 |
| Tumbler index | % | 93 | Minimum |
| Abrasion index | % | 3 | Min ± 0,5 % |
| Kekuatan hancur dingin (rata-rata) | kg/p | 250 | Minimum |
| Analisis Ukuran |
| 8 mm – 16 mm | % | 94 | Minimum |
| -5 mm | % | 2 | Maksimum |
| +16 mm | % | 4 | Maksimum |
| Properti Metalurgi |
| Porositas | % | 18 | Minimum |
| Reduksi | % | 62 | Minimum |
Teknologi Proses
Ada empat tahap yang terlibat dalam produksi bijih besi pellet. Tahap-tahap ini terdiri dari (i) persiapan bahan baku, (ii) pembentukan bola hijau atau pellet, (iii) indurasi pellet, dan (iv) pendinginan, penyimpanan, dan transportasi pellet.
Persiapan Bahan Baku
Selama proses pelletisasi konsentrat bijih besi dari pabrik benefiasi bijih besi dikeringkan dan dipanaskan ke sekitar 120 °C. Bahan yang dikeringkan dimasukkan ke dalam ball mill untuk penggilingan. Konsentrat/bijih besi yang digiling dengan ukuran khas 80 % kurang dari 45 mikron (0,045 mm) dengan kadar kelembaban sekitar 9 % diperlukan untuk produksi pellet. Pengikat yang sesuai (biasanya bentonite) ditambahkan ke konsentrat yang kemudian dicampur rata dalam mixer intensitas tinggi.
Pembentukan Bola Hijau atau Pellet
Pellet hijau dengan rentang ukuran 8 mm hingga 16 mm disiapkan dalam drum bola atau disk pelletizer. Disk pelletizer disukai untuk produksi pellet hijau berkualitas karena dalam disk pelletizer mudah untuk mengontrol operasi dengan ruang kaki minimum. Disk pelletizer adalah pan miring dengan diameter sekitar 5 meter (m) hingga 7,5 m. Berputar pada sekitar 6 rpm (putaran per menit) hingga 8 rpm. Kemiringan disk sekitar 45 derajat dan dapat disesuaikan dalam posisi offline antara 45 derajat hingga 49 derajat.
Campuran yang sudah dikeringkan sebelumnya dimasukkan ke dalam disk dengan laju yang terkontrol. Dalam disk, bahan mengagregat dan karena gerakan rotasi kontinu terbentuk menjadi nodul/pellet. Bijih halus diangkat ke atas hingga gesekan diatasi oleh gravitasi dan bahan bergulir ke bawah disk. Tindakan bergulir ini pertama-tama membentuk granula kecil yang disebut benih. Pertumbuhan terjadi pada putaran disk berikutnya dengan penambahan umpan segar lebih banyak dan tabrakan antara pellet kecil. Seiring bertambahnya ukuran pellet, mereka bermigrasi ke periferi dan ke atas kasur dalam disk, hingga meluap dari tepi disk. Pertumbuhan pellet dikontrol oleh jumlah air kecil yang disemprotkan di disk dan penyesuaian kecepatan putaran disk. Pellet ini disebut pellet hijau karena mereka tidak memiliki kekuatan yang diperlukan. Pellet hijau kemudian disaring dalam roller screen dan bahan ukuran yang diperlukan dimasukkan ke dalam grate perjalanan mesin pelletisasi.
Tegangan permukaan air, aksi kapiler air, dan gaya gravitasi dalam disk bola adalah gaya yang bekerja pada partikel bijih. Oleh karena itu, mereka menggabung bersama dan membentuk inti yang tumbuh dalam ukuran dan bentuk bola. Gaya-gaya yang bertanggung jawab atas aglomerasi bijih besi halus dihasilkan dalam disk bola karena gerakan rotasi dalam disk bola. Khi partikel padat berkontak dengan air, permukaan bijih basah dan dilapisi oleh film air. Karena tegangan permukaan film air, jembatan cair terbentuk. Sebagai hasil gerakan partikel di dalam disk bola dan karena kombinasi titik air individual yang mengandung biji bijih, partikel pertama-tama mengagregat. Aglomerasi awal partikel menyebabkan pembentukan benih. Jembatan cair di dalam benih ini memegang partikel bersama seperti partikel berada dalam jaringan. Dengan pasokan air lebih lanjut, agregat memadat dan menjadi lebih padat. Gaya kapiler jembatan cair lebih aktif pada tahap pembentukan bola hijau ini. Optimum fase pembentukan bola ini tercapai ketika semua pori di dalam bola terisi oleh cairan. Ketika partikel padat sepenuhnya dilapisi air, tegangan permukaan titik air menjadi sepenuhnya aktif mendominasi gaya kapiler. Selain efek ini, gerakan bergulir butir dan gerakan atau pergeseran partikel satu sama lain juga memainkan peran penting.
Indurasi
Selama indurasi, pengeras panas pellet hijau dilakukan. Indurasi pellet hijau terdiri dari tiga langkah utama yaitu (i) pengeringan pellet hijau, (ii) pembakaran pellet pada sekitar 1300 °C untuk sinter partikel oksida besi, dan (iii) pendinginan pellet panas sebelum pengeluaran.
Selama pengeringan (rentang suhu 180 °C hingga 350 °C), kadar kelembaban pellet hijau menguap. Kelembaban permukaan dan interstisial menguap pada suhu lebih rendah sedangkan air yang terikat secara kimia (sebagai goethite atau limonite) atau kombinasi hidrat atau hidroksida lainnya kehilangan air mereka pada suhu sedikit lebih tinggi. Selama tahap pemanasan awal (rentang suhu 500 °C hingga 1.100 °C), dekomposisi karbonat dan hidrat terjadi. Gasifikasi bahan bakar padat seperti batu bara atau koks dan konversi oksida besi seperti goethite, siderite, dan magnetite ke status oksida yang lebih tinggi hematite, juga terjadi selama tahap ini. Permulaan ikatan oksida padat dan pertumbuhan butir adalah langkah penting dari tahap ini. Selama tahap pembakaran (rentang suhu 1250 °C hingga 1340 °C), suhu di bawah suhu leleh fase oksida utama tetapi dalam rentang reaktivitas komponen gangue dan aditif. Pembentukan ikatan oksida dan slag sangat menentukan tahap ini.
Ikatan butir mineral yang berkembang selama indurasi pellet dipengaruhi oleh tiga faktor yang terdiri dari (i) ikatan oksida padat, (ii) re-kristalisasi oksida besi, dan (iii) ikatan slag. Ikatan oksida padat adalah karena oksidasi oksida besi ferrous menjadi oksida besi ferric yang menghasilkan ikatan dan jembatan, tetapi hanya dalam jumlah terbatas. Re-kristalisasi oksida besi pada dasarnya adalah proses fisik di mana partikel lebih kecil mengkonsolidasikan menjadi partikel yang lebih besar dengan kehilangan energi permukaan. Selama re-kristalisasi oksida besi, pertumbuhan berkelanjutan kristal oksida besi memberikan kekuatan yang cukup. Selama proses, pertumbuhan butir untuk hematite dimulai pada sekitar 1100 °C. Dalam kasus ikatan slag, gangue dengan membentuk medium transportasi leleh untuk oksida ferrous atau ferric, memfasilitasi pertumbuhan butir dan kristalisasi butir oksida. Ini juga memungkinkan mekanisme untuk berlangsung pada suhu lebih rendah daripada yang dibutuhkan dalam ketiadaannya.
Perlakuan indurasi menyebabkan reaksi kimia tertentu terjadi yang mengubah properti metalurgi spesifik pellet. Reaksi ini dapat mencakup oksidasi magnetite dan dehidrasi hematite tanah. Untuk grade BF, pellet fluxed diproduksi dengan penambahan batu kapur, dolomit, silica, dll. ke umpan bola. Penambahan ini bereaksi dengan gangue dalam bijih besi untuk meningkatkan performa pellet pada beberapa tahap proses downstream.
Pendinginan dan Penanganan Pellet
Pellet didingkin dan disaring setelah indurasi. Pellet ukuran besar dihancurkan dan dikirim bersama dengan yang ukuran kecil ke bin gudang stok di mana mereka diproses ulang. Pellet yang sudah didinginkan dikirim ke penyimpanan untuk transportasi ke pabrik downstream untuk pemrosesan lebih lanjut.
Proses Pelletisasi
Ada beberapa proses/teknologi pelletisasi bijih besi yang tersedia untuk produksi pellet. Beberapa di antaranya adalah (i) proses shaft furnace, (ii) proses straight travelling grate, (iii) proses grate kiln, (iv) proses terikat semen (Grangcold process, MIS Grangcold Process, dan char process dll.), dan (v) proses hidro-termal (COBO process, MTU process, dan INDESCO process dll.). Namun, saat ini, hanya proses straight travelling grate (STG) dan proses grate kiln (GK) yang lebih populer.
Proses Straight Travelling Grate
Proses ini dikembangkan oleh Lurgi Metallurgie yang dahulu dan mencakup kapasitas terpasang utama global. Dalam proses ini, roller screen dua dek memastikan ukuran yang tepat dari pellet hijau (8 mm hingga 16 mm ukuran) terdistribusi merata di seluruh lebar grate perjalanan. Grate membawa pellet hijau pada kasur dengan tinggi dalam rentang 300 mm hingga 550 mm melalui tungku dengan beberapa zona. Zona ini adalah zona updrafting, downdraft drying, preheating, firing, after firing dan heating zones. Alur proses diberikan pada Gambar 2.
Gambar 2 Alur Proses Straight Travelling Grate
Proses Grate Kiln
Proses grate kiln dikembangkan oleh Allis Chalmer yang dahulu dan pabrik pertama dengan teknologi ini dibangun pada tahun 1960. Dalam proses grate kiln (Gambar 3) grate perjalanan digunakan untuk mengeringkan dan memanaskan pratinjau pellet. Material bergerak pada straight travelling grate hingga mencapai suhu dalam rentang 800 °C hingga 1000 °C. Setelah itu, material dipindahkan ke kiln rotary yang dilapis refraktori untuk indurasi di mana suhu lebih meningkat dalam rentang 1250 °C hingga 1300 °C. Pada 800 °C, FeO dari bijih besi magnetite dikonversi menjadi Fe2O3 dalam reaksi eksotermik. Panas yang dilepaskan mengeras bola hijau yang membantu menahan stres tumbukan karena rotasi kiln rotary. Pendingin lingkaran digunakan untuk pendinginan pellet yang telah dibakar. Alur proses grate kiln diberikan pada Gambar 3.
Gambar 3 Alur Proses Grate Kiln
Perbandingan antara dua proses diberikan dalam Tabel 2.
| Tabel 2 Perbandingan antara proses straight travelling grate dan proses grate kiln |
| No. | Proses Straight Travelling Grate | Proses Grate Kiln |
| 1 | Siklus pengeringan, pemanasan pratinjau, indurasi, dan pendinginan dilakukan dalam satu unit | Siklus pengeringan, pemanasan pratinjau, indurasi, dan pendinginan dilakukan dalam unit yang berbeda |
| 2 | Pellet hijau tidak terganggu selama proses | Seluruh proses berlangsung dalam tiga alat yaitu travelling grate, rotary kiln dan circular cooler sehingga transfer pellet terjadi |
| 3 | Mobil grate bergerak dengan kecepatan yang sama di zona pengeringan, indurasi, dan pendinginan. Gangguan di satu zona mempengaruhi zona lainnya | Kontrol independen dari tiga zona sehingga proses memiliki fleksibilitas operasional yang lebih baik |
| 4 | Pembuatan halus sangat kecil karena tidak ada transfer material | Karena transfer material terjadi di beberapa tempat sehingga pembuatan halus lebih tinggi |
| 5 | Tidak ada persyaratan kekuatan untuk produk perantara | Sebelum transfer ke kiln, pellet hijau harus cukup dieras |
| 6 | Ketersediaan proses lebih tinggi | Ketersediaan proses lebih rendah |
| 7 | Konsumsi energi spesifik lebih tinggi | Konsumsi energi spesifik lebih rendah |
| 8 | Perawatan lebih sedikit | Perawatan lebih tinggi |
| 9 | Pembuatan debu lebih rendah | Pembuatan debu lebih tinggi |
| 10 | Biaya investasi lebih tinggi | Biaya investasi lebih rendah |
| 11 | Cocok untuk bijih hematite dan magnetite | Proses lebih cocok untuk bijih magnetite |
Perbandingan distribusi suhu selama dua proses ditunjukkan pada Gambar 4.
Gambar 4 Perbandingan Distribusi Suhu selama Dua Proses
Keuntungan Pellet
Berbagai keuntungan bijih besi pellet adalah sebagai berikut.
- Bijih besi pellet adalah jenis bijih halus yang diaglomerasi yang memiliki indeks tumbung yang lebih baik dibandingkan bijih besi dan dapat digunakan sebagai pengganti bijih besi lump baik di BF maupun untuk produksi DRI.
- Pellet memiliki redoks yang baik karena mereka memiliki porositas tinggi (25 % hingga 30 %). Biasanya pellet direduksi jauh lebih cepat daripada sinter serta bijih besi lump. Porositas tinggi juga membantu dalam metalisasi yang lebih baik dalam produksi DRI.
- Pellet memiliki ukuran seragam umumnya dalam rentang 8 mm -16 mm.
- Pellet memiliki bentuk sferis dan pori terbuka yang memberikan permeabilitas kasur yang baik pada pellet.
- Pellet memiliki sudut reposa rendah yang merupakan kelemahan karena itu menciptakan distribusi pengikat yang tidak merata.
- Analisis kimia seragam karena dikontrol selama proses benefiasi. Kandungan Fe bervariasi dalam rentang 63 % hingga 68 % tergantung pada kandungan Fe bijih halus. Ketidakadaan LOI (loss on ignition) adalah keuntungan lain dari pellet.
- Pellet memiliki kekuatan mekanis tinggi dan seragam dan dapat diangkut ke jarak jauh tanpa pembuatan halus. Lebih jauh, pellet memiliki ketahanan terhadap disintegrasi. Kekuatan mekanis dan seragam pellet bahkan di bawah stres termal di atmosfer reduksi.
