PRODUKSI LOGAM BESI DARI BIJIH BESI LIMONIT MENGGUNAKAN HYDROGEN PLASMA SMELTING REDUCTION (HPSR) TUGAS AKHIR Disusun untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Metalurgi, Institut Teknologi Bandung Oleh: BAIHAQI HAKIM 12520022 PROGRAM STUDI SARJANA TEKNIK METALURGI FAKULTAS TEKNIK PERTAMBANGAN DAN PERMINYAKAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2024
]
]  LEMBAR PENGESAHAN PRODUKSI LOGAM BESI DARI BIJIH BESI LIMONIT MENGGUNAKAN HYDROGEN PLASMA SMELTING REDUCTION (HPSR) TUGAS AKHIR BAIHAQI HAKIM 12520022 Bandung, 25 Juni 2024 Disetujui untuk Program Studi Sarjana Teknik Metalurgi ITB Oleh : Prof. Dr.-Ing. Zulfiadi Zulhan, S.T., M.T., IPM. Pembimbing I Ir. Taufiq Hidayat, S.T., M.Phill., Ph.D., IPM. Pembimbing II ufiqqqqiqqqiqqqiqqqqiqqqqqqqiqqqiqiqqqqqqqiqqqqqqqqiqqqqHidayat, S.T., M.Phill., imbing II
À
]  PRODUKSI LOGAM BESI DARI BIJIH BESI LIMONIT MENGGUNAKAN HYDROGEN PLASMA SMELTING REDUCTION (HPSR) ABSTRAK Produksi baja di Indonesia terus meningkat seiring dengan waktu yang disebabkan oleh beberapa faktor, seperti pertumbuhan ekonomi, urbanisasi, dan konsumsi yang meningkat. Konsumsi baja di Indonesia diproyeksikan sebesar 100 juta ton pada tahun 2050. Dalam skala global, industri besi baja menghasilkan emisi 2,6 gigaton karbon pada tahun 2019. Maka dari itu, teknologi produksi baja harus dialihkan pada teknologi yang ramah lingkungan untuk mengurangi emisi karbon dioksida sesuai dengan Perjanjian Paris abad-21. HPSR berpotensi untuk menghasilkan besi dalam satu rute dengan kualitas produk yang tinggi, ramah lingkungan, dan tentunya biaya produksi yang lebih murah 20% dibandingkan teknologi produksi baja konvensional. Penelitian ini dilakukan untuk mempelajari lebih jauh terkait produksi besi menggunakan HPSR dari bijih besi limonit. Serangkaian percobaan yang meliputi preparasi serta karakteristik sampel bijih besi limonit, proses reduksi dan peleburan di dalam reaktor HPSR yang menghasilkan logam besi, dan karakterisasi hasil percobaan telah dilakukan. Bijih besi limonit direduksi dan dilebur dalam reaktor HPSR dengan memvariasikan waktu reduksi (5, 10, 15, 30, 45, 60, 90, 120 detik), campuran gas Ar-80%H 2, total laju alir gas sebesar 5 liter/menit, dan massa bijih 5 gram. Lalu, massa bijih divariasikan (1, 2, 3, 4, 5 gram) dengan waktu reduksi 90 detik, campuran gas Ar-80%H 2, dan total laju alir gas sebesar 5 liter/menit. Kemudian, persentase campuran gas Ar-H 2 divariasikan (60, 70, 80% H2) dengan total laju alir gas 5 liter/menit, waktu reduksi 90 detik, dan massa bijih 2 gram. Terakhir, total laju alir gas divariasikan (2, 3, 4, 5 liter/menit) dengan campuran gas Ar-80%H 2, waktu reduksi 90 detik, dan massa bijih 2 gram. Kehilangan berat setelah proses reduksi dianalisis terhadap setiap variasi percobaan. Hasil produk reduksi dianalisis dengan menggunakan scanning electron microscope-energy dispersive spectroscopy (SEM-EDS) untuk menentukan komposisi kimia dari tiap fasa yang terbentuk. Hasil percobaan menunjukkan bahwa peningkatan waktu reduksi, total laju alir gas, dan persentase campuran gas Ar-H 2 meningkatkan derajat reduksi. Sebaliknya, peningkatan massa bijih menyebabkan penurunan derajat reduksi berdasarkan data kehilangan berat, foto penampang produk, dan SEM-EDS. Fraksi logam 100% didapatkan dalam waktu 2 menit dengan massa bijih sebanyak 5 gram, campuran gas Ar-80%H 2, dan total laju alir gas 5 liter/menit. Selain itu, fraksi logam 100% juga didapatkan pada waktu 90 detik dengan massa bijih 1 gram, total laju alir 5 liter/menit, dan campuran gas Ar-80%H 2. Berdasarkan hasil SEM-EDS, logam besi yang terbentuk memiliki komposisi besi rata-rata di atas 99%. Di sisi lain, bijih yang belum tereduksi memiliki kadar FeO yang tinggi sekitar 50F80%. Kata kunci: logam besi, plasma hidrogen, bijih besi limonit, HPSR
À
]
]  IRON METAL PRODUCTION FROM LIMONITE IRON ORE USING HYDROGEN PLASMA SMELTING REDUCTION (HPSR) ABSTRACT Steel production in Indonesia continues to increase over time due to several factors, such as economic growth, urbanization, and increased consumption. Steel consumption in Indonesia is projected to be 100 million tons by 2050. On a global scale, the steel industry generated 2.6 gigatons of carbon emissions in 2019. Therefore, steel production technology must be shifted to environmentally friendly technology to reduce carbon dioxide emissions in accordance with the 21st century Paris Agreement. HPSR has the potential to produce iron in one route with high product quality, environmentally friendly, and of course, production costs are 20% cheaper than conventional steel production technology. This research was conducted to learn more about iron production using HPSR technology from limonite iron ore. A series of experiments including the preparation and characterization of limonite iron ore samples, the reduction and smelting process in the HPSR reactor that produces iron metal, and the characterization of the experimental results were carried out. Limonite iron ore was reduced and smelted in the HPSR reactor by varying the reduction time (5, 10, 15, 30, 45, 60, 90, 120 seconds), Ar-80%H 2 gas mixture, total gas flow rate of 5 liters/minute, and ore mass of 5 grams. Then, the ore mass was varied (1, 2, 3, 4, 5 grams) with a reduction time of 90 seconds, Ar- 80%H 2 gas mixture, and a total gas flow rate of 5 liters/minute. Then, the Ar-H 2 gas mixture was varied (60, 70, 80% H 2) with a total gas flow rate of 5 liters/minute, a reduction time of 90 seconds, and an ore mass of 2 grams. Finally, the total gas flow rate was varied (2, 3, 4, 5 liters/minute) with Ar-80%H 2 gas mixture, reduction time of 90 seconds, and ore mass of 2 grams. Weight loss after the reduction process was analyzed for each experimental variation. The reduction products were analyzed using scanning electron microscope-energy dispersive spectroscopy (SEM-EDS) to determine the chemical composition of each phase formed. The experimental results showed that increasing the reduction time, total gas flow rate, and Ar-H 2 gas mixture increased the reduction degree. In contrast, increasing the ore mass led to a decrease in the reduction degree based on weight loss data, product cross-section photos, and SEM-EDS. The 100% metal fraction was obtained in 2 minutes with an ore mass of 5 grams, Ar-80%H 2 gas mixture, and a total gas flow rate of 5 liters/minute. In addition, the 100% metal fraction was also obtained in 90 seconds with an ore mass of 1 gram, a total flow rate of 5 liters/minute, and a gas mixture of Ar-80%H 2. Based on SEM-EDS results, the iron metal formed has an average iron composition above 99%. On the other hand, the unreduced ore has a high FeO content of about 50F80%. Keywords: iron metal, hydrogen plasma, limonite iron ore, HPSR.