Proceeding Indonesian Process Metallurgy (IPM) IV, 2014 31 Analisis Korelasi Jumlah Hydrocyclone terhadap P80 Produk dan Performa Klasifikasi Hydrocyclone Pada Sirkit Polishing Mill PT Newmont Nusa Tenggara Edy Sanwani, Muhammad Abdur Rasyid Program Studi Teknik Metalurgi, Institut Teknologi Bandung E-mail:esanwani@mining.itb.ac.id ABSTRAK Optimasi pengoperasion hydrocyclone pada sirkit polishing mill merupakan salah satu upaya dari PT Newmont Nusa Tenggara (PT NNT) yang tengah kesulitan mengontrol ukuran produk konsentrat, terutama dalam mengolah bijih stockpile. Tekanan operasi hydrocyclone diduga tidak berada pada rentang operasi optimalnya sehingga menghasilkan ukuran produk yang tidak konsisten mencapai desain target P 80 75 mikron. Untuk mendapatkan rentang tekanan operasi yang optimal dilakukan percobaan dengan memvariasikan jumlah bukaan hydrocyclone. Selain dilihat dari pencapaian ukuran produk, efek variasi jumlah hydrocyclone juga dinilai dari performa klasifikasi untuk setiap kondisi bukaan hydrocyclone dengan pembuatan kurva Tromp serta kurva efisiensi klasifikasi Plitt. Hasil percobaan menunjukkan P 80 pada kondisi bukaan 2 hydrocyclone dengan tekanan operasi rata-rata 15 psi paling mendekati target desain yaitu 79 mikron. Kurva Tromp pada kondisi bukaan 2 hydrocyclone juga yang paling tajam diantara bukaan lainnya, serta memberikan fraksi bypass terkecil yaitu 13%. Kata kunci : hydrocyclone, tekanan, ukuran produk, performa klasifikasi I. PENDAHULUAN PT Newmont Nusa Tenggara (PT NNT) merupakan salah satu produsen konsentrat tembaga utama di Indonesia. Pada saat PT NNT melakukan kegiatan pengupasan dinding tambang untuk mendapatkan pasokan bijih yang memiliki kadar lebih tinggi, PT NNT hanya mengolah bijih stockpile yang cenderung berkadar rendah hingga menengah (0,3 - 0,4% Cu). Hal ini mengakibatkan penurunanan jumlah tembaga pada konsentrat secara signifikan. Selain jumlah produksi, nilai rata-rata recovery yang didapat oleh PT NNT juga turun menjadi dibawah 70% dan grade tembaga hanya mencapai 20% hingga 25%. Ini menunjukkan pengolahan bijih stockpile cukup berpengaruh pada proses produksi di PT NNT. Dari pengalaman tersebut, PT NNT melakukan suatu studi untuk menekan kehilangan mineral berharga, dimana penelitian tersebut difokuskan pada optimasi sirkit regrinding mill – hydrocyclone dan polishing mill – hydrocyclone yang setelah diteliti kerap Proceeding Indonesian Process Metallurgy (IPM) IV, 2014 32 memberikan produk yang tidak memenuhi kriteria ukuran yang ditargetkan, terutama saat mengolah bijih stockpile. Berdasarkan desain, target P 80 dari kedua sirkit tersebut harus mencapai 200 mesh atau 75 mikron. Kenyataannya, setelah melakukan kegiatan pengambilan percontoh (sampling campaign) selama 5 hari, didapat nilai P 80 dari kedua sirkit tersebut adalah 52,5 mikron untuk sirkit polishing mill dan 41 mikron untuk regrinding mill, jauh di bawah parameter desain. Hasil studi tersebut kemudian dijadikan acuan untuk melakukan kegiatan optimasi proses di pabrik pengolahan, terutama pada sirkit polishing mill – hydrocyclone yang mengolah konsentrat dari sel rougher. Langkah pertama yang telah dilakukan adalah penentuan variabel operasi yang paling berpengaruh terhadap sirkit, yaitu tekanan operasi hydrocyclone. Kemudian dilakukan improvisasi dengan mengubah variabel tersebut untuk mendapatkan P 80 produk sesuai target yaitu 75 mikron. Penelitian yang dilakukan mencakup penambahan jumlah hydrocyclone yang beroperasi pada sirkit polishing mill – hydrocyclone dari 2 bukaan hydrocyclone menjadi 3 bukaan hydrocyclone, tanpa perubahan konfigurasi geometri hydrocyclone. Untuk mendapatkan data yang lebih lengkap untuk analisis, dilakukan juga pengaturan bukaan 1 dan 4 hydrocyclone. Perubahan jumlah hydrocyclone ditujukan untuk memvariasikan tekanan operasi, yang efeknya dianalisis terhadap produk klasifikasi untuk menentukan kondisi jumlah bukaan hydrocyclone mana yang menghasilkan nilai P 80 paling mendekati target 75 mikron. Pengaruh variabel operasi seperti tekanan operasi, laju aliran umpan, dan persen solid dipelajari pengaruhnya terhadap P 80 produk. Diharapkan juga performa proses klasifikasi pada hydrocyclone untuk setiap kondisi juga akan terlihat. II. TINJAUAN LITERATUR Sebelum dilakukan penelitian, hal pertama yang perlu diperhatikan adalah kondisi proses pabrik pengolahan PT NNT. Dengan melihat keseluruhan proses, diharapkan permasalahan yang disebut pada poin hipotesa diatas lebih mudah dipahami. Selain itu, studi literatur yang mendukung kegiatan penelitian ini, antara lain mengenai prinsip kerja hydrocyclon sertaperforma efisiensi klasifikasi pada hydrocyclone. A. Tinjauan Proses Proses pengolahan bijih tembaga menjadi konsentrat di PT NNT terdiri dari 3 proses utama: crushing – grinding – flotasi, disertai beberapa proses pendukung seperti klasifikasi, thickening, dan filtering. Skematik diagram alir proses PT NNT ditunjukkan pada Gambar 1. Proceeding Indonesian Process Metallurgy (IPM) IV, 2014 33 Gambar 1. Skematik diagram alir pabrik pengolahan PT NNT [1] Run-of-Mine (ROM) dibawa dengan menggunakan haul truck ke tempat peremukan yang terdiri dari dua buah gyratory crusher. Bijih kemudian disimpan pada coarse ore stock pile yang terletak di sebelah pabrik pengolahan sejauh 5,6 km dari tambang. Bijih kemudian digerus dengan menggunakan SAG mill dan ball mill yang masing-masing dilengkapi dengan trommel screen dan hydrocyclone. Bijih yang telah halus kemudian dialirkan ke sirkit flotasi yang terdiri dari rougher, scavenger, cleaner, serta column. Diantara sel rougher dan sel columnterdapat sirkit polishingmill. Fungsinya adalah: 1. Menggerus partikel middling untuk meliberasi mineral berharga dari pengotornya. Middling yaitu partikel berukuran moderat yang mengandung baik mineral pengotor maupun mineral tembaga. 2. Mengekspos permukaan baru yang lebih reaktif terhadap reagen flotasi [1] . Seperti yang ditunjukkan pada daerah gelap pada gambar skematik flowsheet proses PT NNT di Gambar 1, sirkit terbuka polishing mill terdiri dari satu cluster hydrocyclone (terdiri dari 4 hydrocyclone) dan sebuah polishing mill. Umpan slurry konsentrat dari rougher ditampung sementara dalam sump sebelum dipompakan ke cluster hydrocyclone. Proceeding Indonesian Process Metallurgy (IPM) IV, 2014 34 Underflow dari hydrocyclone akan dijadikan umpan untuk polishing mill, dan produknya akan bergabungdengan overflow hydrocyclone. B. Prinsip Kerja dan Performa Hydrocyclone Hyrdocyclone terdiri dari beberapa bagian utama: pipa inlet umpan, vortex finder, badan silinder, badan kerucut, dan apex (spigot).Hydrocyclone adalah alat klasifikasi yang memanfaatkan interaksi dua gaya berlawanan,yaitu gaya sentrifugal dengan gaya tarik (drag force). Resultan gaya yang diterima oleh setiap partikel akan berbeda-beda, bergantung pada ukuran, bentuk, dan specific gravity. Ini mengakibatkan partikel yang besar dan berat cenderung bergerak ke arah dinding hydrocyclone, sedangkan partikel kecil dan ringan tetap berada di area bertekanan rendah di tengah hydrocyclone sebelum terdorong keatas melalui vortex finder [2,3] . Salah satu parameter utama untuk menilai performa hydrocyclone yaitu ukuran pemisahan yang umum disebut cut size atau cut point, disimbolkan sebagai d 50.Cut size didefinisikan sebagai ukuran dimana 50% dari jumlah partikel berukuran tersebut akan keluar sebagai underflowdan 50% sisanya sebagai overflow. Selain d 50, nilai P80 juga merupakan parameter yang digunakan untuk melihat performa hydrocyclone. P 80 adalah nilai representasi ukuran partikel dimana 80% dari total materialsama dengan atau lebih halus dari ukuran tersebut. Performa hydrocyclone umumnya juga dinilai melalui kurva klasifikasi atau kurva Tromp.Kurva Tromp dibuat dengan menggunakan data dari tabel yang tiap kolomnya terdiri dari fraksi-fraksi ukuran partikel, persen berat partikel tiap fraksi pada underflow dan overflow, persen berat partikel berdasarkan feed, berat feedrekonstitusi, serta persen perolehan umpan ke underflow [2] . Dari pembuatan kurva Tromp dapat dilihat beberapa karakteristik klasifikasi pada hydrocyclone antara lain fraksi bypass dan ketajaman kurva Tromp.Fraksi bypass adalah fraksi ukuran yang keluar sebagai underflow (atau terkadang juga overflow) tanpa mengalami proses klasifikasi di dalam hydrocyclone. Sedangkan ketajaman kurva klasifikasi diindikasikan oleh beberapa nilai, antara lain Selectiviy Index (S.I.), Imperfection (I), dan variabel dummy ‘m’. Selectivity Index (S.I.) dinyatakan sebagai: S.I. = ….…………..…(1) Sedangkan Imperfection, I, memiliki persamaan: I= ……………… (2) dimana d 25c dan d75c menunjukkan ukuran partikel pada perolehan umpan ke underflow 25% dan 75% pada kurva yang telah dikoreksi [2,3] . Nilai I untuk hydrocyclone umumnya berkisar antara 0,2 - 0,6 dengan rata-rata 0,3 [3] . Proceeding Indonesian Process Metallurgy (IPM) IV, 2014 35 Nilai ‘m’ adalah sebuah variabel yang dikembangkan oleh Plitt yang menunjukkan nilai gradien dari fungsi logaritmik kurva performa hydrocyclone [4] . Untuk mendapatkan nilai ‘m’, perlu dibuat terlebih dahulu kolom tambahan pada tabel aluran kurva klasifikasi untuk data variabel Y” yang dideskripsikan sebagai, Y” = ln ……..…….(3) Nilai Y” dianggap tidak ada bila Y’ 100%. Kemudian nilai Y” diplot terhadap ukuran rata- rata partikel. Nilai ‘m’ dihitung dengan persamaan m = ......................(4) dimana nilai X1,Y1 dan X2,Y2 adalah sembarang titik yang diambil diantara garis lurus. Pembuatan model efisiensi pemisahan Plitt dapat dilakukan setelah nilai d 50c dan nilai parameter ketajaman kurva ‘m’ didapat. Kedua parameter tersebut digunakan untuk mensubstitusi variabel yang ada pada model persamaan efisiensi klasifikasi Plitt berikut: Y’ i=1-exp …..(5) dimana Y’ i menyatakan efisiensi pemisahan untuk fraksi ukuran spesifik i , di adalah ukuran rata-rata dari fraksi ukuran spesifik i (mikron), d 50c sebagai cutsize yang telah dikoreksi (mikron), dan nilai m sebagai ketajaman kurva klasifikasi hydrocyclone. III. PERCOBAAN Percobaan yang dilakukan terdiri dari dua bagian utama: kegiatan yaituplant trial dan pengerjaan laboraturium.Plant trialdilakukan dengan melakukan perubahan jumlah hydrocyclone yang beroperasi pada klaster hydrocyclone di sirkit terbuka polishing mill. Percobaan plant trial ini mencakup seluruh kondisi bukaan hydrocyclone, mulai dari 1 sampai 4 bukaan hydrocyclone. Selama percobaan berlangsung, dilakukan pengambilan percontoh pada setiap kondisi untuk melihat efek percobaan terhadap ukuran produk dan juga performa klasifikasi hydrocyclone.Terdapat empat titik pengambilan percontoh yaitu feed, overflow, underflow, dan keluaran polishingmill. Percontoh di-sampling dengan terus memantau dan mencatat perubahan variabel operasi lainnya seperti persentase padatan umpan, laju aliran, dan densitas umpan. Percontoh dari tiap titik masuk ke laboraturium untuk ditimbang basah kemudian langsung dikeringkan dengan menggunakan filterpress dan oven. Penimbangan percontoh setelah kering dilakukan untuk mendapatkan data persen solid setiap aliran. Setelah kering, dilakukan analisis ayak pada setiap percontoh Proceeding Indonesian Process Metallurgy (IPM) IV, 2014 36 untuk mendapatkan nilai P 80 sirkit serta data distribusi ukuran yang diolah untuk menilai performa klasifikasi melalui pembuatan kurva Tromp. IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Tabel 1 dan Gambar2 menunjukkan tabel dan kurva distribusi ukuranoverflow untuk masing-masing kondisi bukaan hydrocyclone. Tabel 1. Persen kumulatif lolos overflow Ukuran (mikron) % Kumulatif Lolos 1 Siklon 2 Siklon 3 Siklon 4 Siklon 150 89.83 99.17 99.51 97.16 106 86.97 97.75 97.91 94.76 75 84.31 95.23 95.11 89.55 53 79.46 88.17 85.83 79.77 38 71.24 71.64 68.32 67.23 P80 55.5 45.7 48.1 53.5 Gambar 2. Kurva distribusi ukuran overflow Terlihat penambahan jumlah hydrocyclonedari 2 ke 3 kemudian ke 4 bukaanakan berakibat pada pengasaran produk. Nilai P 80overflowpada 2 hydrocyclone memberikan nilai terkecil Proceeding Indonesian Process Metallurgy (IPM) IV, 2014 37 dengan 45,7 mikron, kemudian naik pada bukaan 3 hydrocyclonemenjadi 48,1 mikron, dan mencapai 53,5 pada bukaan 4 hydrocyclone. Dari kurva pada Gambar 2 juga terlihat semakin bertambahnya jumlah bukaan, kurva semakin bergeser ke bawah, yang berarti partikel pada overflow semakin kasar. Hal tersebut diakibatkan oleh turunnya nilai tekanan operasi hydrocycloneseiring bertambahnya jumlah cyclone yang beroperasi [5] . Nilai tekanan operasi serta laju inlet umpan saat pengambilan sampel ditunjukkan oleh Gambar 3 berikut. Gambar 3. Nilai tekanan operasi saat pengambilan sampel Penurunan tekanan menyebabkanpartikel middling yang berukuran diantara kasar dan halus akan menerima gaya sentrifugal lebih rendah dari sebelum dilakukan penambahan jumlah hydrocyclone. Akibatnya sebagian dari partikel middling tersebut akan masuk ke zona vortex bertekanan rendah di tengah badan hydrocyclone dan terangkat keluar melalui overflow [6] . Namun tren tersebut tidak diikuti oleh kondisi bukaan 1 hydrocyclone. Pada bukaan tersebut, klasifikasi yang terjadi berjalan tidak sempurna, ditandai oleh kasarnya overflowdengan P 80 55,5 mikron. Pengasaran yang terjadi mungkin diakibatkan tekanan operasi dengan 1 bukaan cyclone mencapai 29 psi, jauh diatas batas tekanan desain yaitu 17 psi, sehingga sebagian umpan masuk mengalami short-circuit/bypass [6] . Sedangkan nilai P 80sikrit (gabungan overflow dan keluaran polishingmill) ditunjukkan pada Gambar 4.Tren yang sama dengan overflow diperlihatkan oleh produk gabungan overflow dengan keluaran polishing mill. Pada bukaan 1 dan 4 hydrocyclone, P 80 yang dihasilkan sangat kasar, jauh melebihi target 75 mikron. Proceeding Indonesian Process Metallurgy (IPM) IV, 2014 38 Gambar 4. P 80 sirkit terhadap bukaan hydrocyclone Hal tersebut bisa saja terjadi karena rasio umpan yang keluar pada overflowpada kedua kondisi tersebut didapati hanya 10,5% dan 8,8%, sangat kecil bila dibandingkan pada kondisi bukaan 2 dan 3 hydrocyclone yaitu 51,9% dan 42,3%. Perubahan yang jauh tersebut diakibatkan oleh kenyataan tingginya tingkat fluktuasi laju aliran umpan. Pada percobaan ini parameter yang divariasikan dibatasi pada perubahan tekanan operasi (karena perubahan jumlah bukaan hydrocyclone). Meskipun begitu, pada praktiknya di lapangan persen solid umpan tidak bisa dibuat tetap pada satu nilai, namun bisa dijaga pada rentang tertentu, yaitu pada 42% - 48% solid. Pada rentang tersebut, perubahan yang terjadi dilihat pengaruhnya terhadap P 80overflow.Hasilnya ditunjukkan pada Gambar 5. Gambar 5. P 80 terhadap persen solid umpan Terlihat dari kurva diatas, mengencerkan umpan (menurunkan persen solid) akan menurunkan ukuran pemisahan (menghaluskan overflow) [5] . Ini dikarenakan dengan Proceeding Indonesian Process Metallurgy (IPM) IV, 2014 39 berkurangnya jumlah air pada aliran, maka jumlah partikel halus yang biasanya terbawa aliran air menuju ke overflow akan berkurang, sehingga menaikkan P 80 aliran overflow. Semakin tinggi persen solid umpan, densitas slurry akan semakin tinggi, maka semakin sulit bagi partikel untuk bergerak menuju dinding hydrocyclone, sehingga hanya partikel yang relatif besar dan berat cenderung berhasil bergerak menuju tepi [6] . Konsekuensinya, P 80overflow dan ukuran pemisahan akan meningkat. Performa hydrocyclonedilihat dari ukuran pemisahannya diperlihatkan pada Gambar 6.