CAKING AND COKING ANALYSIS PROPERTIES

Caking and Coking Analysis Properties

Caking dan coking properties adalah sifat atau perilaku batubara pada saat dipanaskan serta sifat coke yang terbentuk dari pemanasan tersebut.

Caking adalah sifat yang menggambarkan kemampuan batubara membentuk gumpalan yang mengembang selama proses pemanasan. Tes ini dilakukan pada tingkat pemanasan yang cepat. Tes untuk mengukur sifat caking ini adalah crucible swelling number (disebut juga dengan free swelling index (ASTM), dan coke button index) dan caking power yang diukur dengan roga test.

Coking adalah sifat yang berhubungan dengan perilaku batubara selama proses carbonisation (proses pembuatan coke secara komersial) serta sifat coke yang dihasilkannya. Tes ini dilakukan pada tingkat pemanasan yang lambat yang lebih mirip dengan tingkat pemanasan pada coke oven. Tes untuk mengukur sifat coking ini adalah Gray-king coke type, dilatometry (Audibert-Arnu), plastometry (Gieseler).

Selain untuk memperkirakan potensi batubara dalam pembuatan coke, kedua sifat ini juga penting dalam pengklasifikasian batubara.

Read more »

AUDIDBERT ARNU DILATOMETRY

Audibert Arnu Dilatometry

Pada proses karbonisasi, batubara pada awalnya umumnya mengkerut, kemudian mengembang ketika volatile matter mulai menguap, dan akhirnya terbentuklah gumpalan kokas.

Perubahan volume yang terjadi pada proses ini sangat penting untuk diketahui, agar penentuan jumlah batubara konsumsi coke oven dapat dilakukan dengan tepat sehingga prosesnya menjadi aman. Informasi ini pun penting diketahui dalam proses pencampuran beberapa batubara untuk operasi pembuatan kokas komersial. Audibert-Arnu dilatometry adalah alat untuk mengukur perubahan volume yang terjadi pada proses karbonisasi tersebu

Read more »

ROGA INDEX

Roga Index

Roga index adalah indeks yang didapat dari salah satu tes caking yang disebut roga test. Tes ini untuk mengukur caking power. Indeks ini dipergunakan dalam klasifikasi batubara internasional sebagai alternatif dari crusible swelling number. Indeks ini dapat diperbandingkan dengan perkiraan di bawah ini.

Tabel V.2

Perbandingan Index

Crucible Swelling Number dan Roga Index

Crucible swelling number	Roga index
0 – ½	0 – 5
1 – 2	5 – 20
2 ½  - 4	20 – 45
> 4	> 45

Read more »

GRAY KING COKE

Gray King Coke

Gray-King coke type adalah analisis untuk mengamati coking coal. Coking adalah sifat yang berhubungan dengan perilaku batubara selama proses carbonisation (proses pembuatan coke secara komersial) serta sifat coke yang dihasilkannya. Tes ini dilakukan pada tingkat pemanasan yang lambat yang lebih mirip dengan tingkat pemanasan pada coke oven.

Read more »

CRUCIBLE SWELLING NUMBER

Crucible Swelling Number

Crucible swelling number (CSN) adalah salah satu tes untuk mengamati caking properties batubara, yang paling sederhana dan mudah dilakukan. Caking adalah sifat yang menggambarkan kemampuan batubara membentuk gumpalan yang mengembang selama proses pemanasan.

Read more »

TRACE ELEMENT

Trace Element

Analisis ini dilakukan untuk mengetahui komposisi unsur dalam batubara yang dianggap berbahaya terhadap lingkungan. Jumlahnya kecil, misalnya merkuri, arsen, selenium, fluorine, cadmium dsb.

Read more »

ABRASION INDEX

Abrasion Index

   Abrasion index adalah indeks yang menunjukkan daya abrasi (kikis) batubara terhadap bagian dari alat yang dipergunakan untuk menggerus batubara tersebut (pulverizer) sebelum dipergunakan sebagai bahan bakar. Semakin tinggi nilai abrasive index suatu batubara semakin tinggi pula biaya pemeliharaan alat penggerus batubara tersebut.

Suatu batubara disebut abrasive apabila abrasive index-nya 400-600, dan disebut tidak abrasive apabila abrasive index-nya <10. Coke mempunyai abrasive index 2500 sedangkan sandstone mempunyai abrasive index 1200.

Batubara yang diinginkan pembeli harus mempunyai abrasive index <200. Apabila abrasive index-nya > 200, harga batubara tersebut bisa lebih murah atau bahkan sama sekali ditolak.

Read more »

HARDGROVE GRINDABLITY INDEX

Hardgrove Grindability Index

Hardgrove grindbility index (HGI) adalah indeks yang menggambarkan tingkat kemudahgerusan batubara oleh alat penggerus (pulverizer) di lapangan, yang proses pembakaran batubaranya menggunakan partikel batubara halus (75 micron) yang biasa disebut dengan pulverized fuel (pf).

Harga HGI diperoleh dengan menggunakan rumus :

HGI = 13.6 + 6.93 W

W adalah berat dalam gram dari batubara lembut berukuran 200 mesh. Semakin tinggi nilai HGI suatu batubara semakin mudah batubara tersebut digerus. Semakin tinggi rank batubara, semakin tinggi juga nilai HGI-nya, kecuali anthracite.

HGI tidak bersifat aditif, artinya apabila kita mempunyai dua jenis batubara yang nilai HGI-nya berbeda, kemudian dicampurkan dengan komposisi tertentu, nilai batubara tidak bisa dihitung berdasarkan komposisi pencampuran tersebut. Nilai HGI campuran cenderung ke arah nilai yang lebih kecil.

Read more »

ASH FUSION TEMPERATURE

Ash Fusion Temperature

Ash fusion temperature (AFT) adalah analisis yang dapat menggambarkan sifat pelelehan abu batubara yang diukur dengan mengamati perubahan bentuk contoh abu yang telah dicetak berupa kerucut, selama pemanasan bertahap.

Analisis biasanya dilakukan dengan dua kondisi pemanasan, yaitu kondisi oksidasi dan kondisi agak reduksi. Pada kondisi reduksi, pemanasan dilakukan dalam tabung pembakaran yang dialiri oleh campuran 50% gas hidrogen dan 50% gas karbondioksida, sedangkan pada kondisi oksidasi pemanasan dilakukan dalam tabung pembakaran yang dialiri oleh 100% gas karbondioksida.

Pengamatan sifat pelelehan ini umumnya dilakukan pada suhu 900^oC sampai dengan 1600^oC. Pengamatan dicatat dan dilaporkan pada saat contoh abu meleleh dan berubah menyerupai profil standar yang telah tersedia.

Analisis yang dilakukan pada kondisi oksidasi umumnya mendapatkan hasil yang lebih tinggi daripada yang dilakukan pada kondisi reduksi. Hal ini tergantung dari kandungan komponen tertentu dalam abu tersebut, sebagai contoh, komponen besi oksida yang mempunyai efek pelelehan yang berbeda pada kondisi oksidasi dengan pada kondisi reduksi.

Apakah itu AFT oksida atau reduksi yang dapat dipakai untuk memprediksi permasalahan yang mungkin timbul pada suatu instalasi, tergantung dari bentuk operasi itu sendiri. Sebagai contoh, dalam kasus pabrik penghasil gas, dimana kondisi reduksi terjadi di ruang pembakaran maka AFT reduksilah yang cocok untuk dilakukan, sebaliknya pada dasar fixed furnace, dimana udara pembakaran mengalir dari bawah ke atas, kondisinya ialah oksidasi, sehingga AFT oksidasilah yang cocok. Dalam kasus pembakaran pulverized fuel, keadaannya berbeda dan tidak menentu. Pada nyala pembakaran, sebagian besar kondisinya reduksi, sedangkan di luar nyala pembakaran kondisinya agak oksidasi tergantung dari banyaknya kelebihan udara yang dialirkan.

AFT sangat dipengaruhi oleh komposisi abu (ash analysis) :

a.    Apabila komposisi abu semakin mendekati Al2O3.2SiO2 (rasio Al2O3/SiO2 = 1 : 1.18) semakin sulitlah untuk meleleh. Artinya flow temperature-nya tinggi dan rentang suhu lelehnya tinggi.

b.    CaO, MgO, dan Fe2O3 bersifat agak melelehkan sehingga akan menurunkan AFT terutama apabila mengandung kelebihan SiO2.

c.    FeO, Na2O, dan K2O mempunyai kemampuan menurunkan AFT yang sangat kuat.

d.    Kandungan sulfur yang tinggi menurunkan suhu initial deformation dan memperlebar rentang suhu lelehnya (flow-initial deformation).

Batubara yang abunya memiliki AFT yang tinggi (initial deformation > 1350^oC), sangat cocok dipergunakan pada operasi dengan sistem penanganan/pembuangan abu berupa padatan kering, sedangkan batubara yang abunya memiliki AFT rendah (flow<1350 sup="">o

C) sangat cocok dipergunakan pada operasi

Read more »

ASH ANALYSIS

Ash Analysis

Salah satu faktor penting pada pemakaian batubara dan kokas dalam industri adalah sifat mineralnya pada proses pembakaran. Dengan mengetahui sifat-sifat tersebut, proses pemakaian batubara dapat dirancang sedemikian rupa sehingga masalah yang mungkin timbul dapat diantisipasi dengan baik, misalnya masalah penanganan dan pembuangan ash (abu), fly ash (partikel abu halus yang ikut terbang bersama-sama asap dan sisa pembakaran lainnya), clinker, dan slag (cairan kerak).  Selain itu faktor ini sering juga sering dipergunakan sebagai arahan dalam memilih bahan bakar batubara yang cocok untuk suatu industri.

Penggambaran sifat ini, secara kuantitatif dilakukan dengan cara menghitung rasio kelompok unsur tertentu yang terkandung dalam batubara, yang mana kemudian dikenal dengan istilah slagging dan fouling factor.

Slagging adalah masalah yang timbul pada proses pembakaran batubara dimana abunya meleleh dan membentuk kerak yang menempel pada dinding dalam ruang pembakaran dan pada pipa-pipa superheater yang berjarak renggang, yang sulit untuk dibersihkan sehingga mengakibatkan berkurangnya penyaluran panas.

Fouling adalah masalah yang timbul pada proses pembakaran dimana abu halus yang mengandung sodium menguap bersama-sama sulphur dan berakibat sama seperti slagging.

 Slagging/fouling factor adalah sebuah indeks yang dihitung baik dari data ash analysis maupun dari data ash fusion temperature yang dapat memberikan indikasi seberapa jauh kecenderungan batubara tersebut menimbulkan masalah slagging/fouling selama proses pembakaran.

Ash sebagian besar terdiri dari oksida silikon, aluminium, besi, kalsium, magnesium, titan, mangan, dan logam alkali. Sebagian di antaranya terikat sebagai silikat, sulfat, dan posfat. Komposisi ash batubara tidak sama dengan komposisi mineralnya tetapi dapat menggambarkan komposisi mineralnya.

Total hasil analisis ini harus 100+2%. Hasil analisis seharusnya dilaporkan dalam basis “Ignited at 800^oC”, tetapi banyak orang yang melaporkan hasil analisis ini tanpa mencantumkan basisnya.

Di pabrik semen, yang menggunakan batubara sebagai bahan bakar, data komposisi abu batubara sangat berguna untuk menghitung kontribusi unsur-unsur yang terdapat dalam abu batubara tersebut terhadap produk semen yang dihasilkan. Data komposisi abu batubara juga berguna sebagai penunjuk kemungkinan dipergunakannya abu tersebut sebagai bahan baku produk sampingan, misalnya batako.

Komposisi ash suatu batubara erat hubungannya dengan ash fusion temperature-nya. Ash yang mengandung oksida besi, kalsium, magnesium, natrium, dan kalium yang tinggi umumnya mempunyai ash fusion temperature yang rendah, sedangkan ash yang mengandung silika, aluminium, dan titan yang tinggi umumnya mempunyai ash fusion temperature yang tinggi. Namun apabila kandungan silika tinggi sekali, ash fusion temperature-nya justru rendah.

Contoh abu batubara yang diperlukan untuk ash analysis dengan metode Atomic Absorption sebanyak 0.400+0.0010 gram (duplo). Untuk mengantisipasi kemungkinan adanya pengulangan analisis, penyediaan 1.0 gram abu sangatlah bijaksana. Contoh abu dibuat di laboratorium dengan hati-hati agar abu yang terbentuk benar-benar telah terabukan dengan baik. Untuk analisis dengan metode X-Ray Spectometry diperlukan contoh yang lebih banyak.

Tabel V.1

Komposisi Karakteristik

Abu Batubara dan Kokas Inggris

Elemen	Rumus Kimia	Rentang (%)
Silica	SiO2	15 – 55
Alumina	Al2O3	10 – 40
Ferric oxide	Fe2O3	1 – 40
Calcium oxide	CaO	1 – 25
Magnesium oxide	MgO	0.5 – 5
Sodium oxide	Na2O	0 – 8
Potassium oxide	K2O	0 – 5
Titanium oxide	TiO2	0 – 3
Manganese oxide	Mn3O4	0 – 1
Sulphate	SO3	0 – 12
Phospate	P2O5	0 – 3

Read more »

PHOSPORUS

Phosporus

Adanya phosphorus (posfor) di dalam coking coal sangat tidak diinginkan karena dalam peleburan baja, phosphorus akan berakumulasi dan tinggal dalam baja yang dihasilkan. Baja yang mengandung phosphorus tinggi akan cepat rapuh. Phosphorus juga dapat menimbulkan masalah pada pembakaran batubara di ketel karena phosphorus dapat membentuk deposit posfat yang keras di dalam ketel.

Untuk coking coal akan dibahas pada Coking Analysis properties.

Read more »

Chlorine

Chlorine

Chlorine adalah salah satu elemen batubara yang dapat menimbulkan korosi (pengkaratan) dan masalah fouling/slagging (pengkerakkan) pada ketel uap. Kadar chlorine lebih kecil dari 0.2% dianggap rendah, sedangkan kadar chlorine lebih besar dari 0.5% dianggap tinggi. Adanya elemen chlorine selalu bersama-sama dengan adanya elemen natrium.

Read more »

CARBONATE CARBONDIOXIDE

Carbonate Carbondioxide

Penetapan carbonate carbondioxide dilakukan untuk mendapatkan angka yang dapat dipergunakan sebagai pengoreksi hasil penetapan karbon, sehingga karbon yang dilaporkan hanyalah karbon organik (organic carbon). Penetapan carbonate carbondioxide tidak perlu dilakukan pada contoh batubara derajat rendah (brown coal dan lignite), karena batubara derajat rendah atau lower rank coal bersifat asam sehingga carbonate carbon-nya akan kosong.

Read more »

FORMS OF SULPHUR

Forms of Sulphur

Sulfur dalam batubara terdapat dalam tiga bentuk, yaitu pyritic sulphur, sulphate sulphur dan organic sulphur. Analisis forms of sulphur dilakukan untuk mengetahui komposisi penyusun sulfur.

Organic sulphur terdapat pada seluruh material carbonaceous dalam batubara dan jumlahnya tidak dapat dikurangi dengan teknik pencucian

Sulfur dalam bentuk pyritic dan sulphate merupakan bagian dari mineral-matter yang terdapat dalam batubara yang jumlahnya kemungkinan masih dapat dikurangi dengan teknik pencucian. Persen pyritic dan sulphate sulphur didapat melalui analisis di laboratorium, sedangkan organic sulphur didapat dengan cara mengurangi % total sulphur dengan pyritic dan sulphate sulphur (S_(o) = TS-S_(p)-S_(s)).

Terdapatnya sulphate sulphur dalam suatu batubara sering dipergunakan sebagai penunjuk bahwa batubara tersebut telah teroksidasi, sedangkan pyritic sulphur dianggap sebagai salah satu penyebab timbulnya spontaneous combustion. Spontaneous combusition adalah proses terjadinya kebakaran stockpile batubara secara spontan.

Sebelum dilakukan proses pencucian batubara sebaiknya dilakukan analisis forms of sulphur terlebih dahulu, untuk mengetahui %organic sulphur-nya. Apabila organic sulphur-nya > 1.00%, kita harus menyadari bahwa sebaik apapun proses pencucian batubara tersebut, produknya tetap akan mengandung total sulphur > 1.00% sehingga kita dapat menentukan apakah proses pencucian batubara efektif untuk dilakukan atau tidak.

Read more »

ULTIMATE ANALYSIS

Ultimate Analysis

Ultimate analysis adalah analisis yang memeriksa unsur-unsur  zat organik dalam batubara, seperti karbon, hidrogen, nitrogen, sulfur dan oksigen. Unsur-unsur selain oksigen dapat dianalisis di laboratorium, sedangkan untuk oksigen sendiri bisa didapat dari perhitungan.

Read more »

RELATIVE DENSITY

Relative Density

Relative density adalah perbandingan berat contoh batubara (+ 2 gram) yang telah dihaluskan (-212 micron), dengan berat air yang dipindahkan oleh contoh batubara tersebut dari pycnometer yang dipergunakan untuk pengujian pada suhu 30+0.1^oC.

Relative density suatu batubara tergantung dari rank dan kandungan mineralnya. Relative density dengan kandungan ash suatu batubara, dari rank dan jenis yang sama, mempunyai korelasi yang baik sehingga dapat dipergunakan sebagai alat untuk memperkirakan kandungan ash suatu batubara dari relative densitynya.

Read more »

CALORIE VALUE

Calorivic Value

Calorivic value adalah jumlah panas yang dihasilkan oleh pembakaran contoh batubara di laboratorium. Pembakaran dilakukan pada kondisi standar, yaitu pada volume tetap dan dalam ruangan yang berisi gas oksigen dengan tekanan 25 atm.

Selama proses pembakaran yang sebenarnya pada ketel, nilai calorivic value ini tidak pernah tercapai karena beberapa komponen batubara, terutama air, menguap dan menghilang bersama-sama dengan panas penguapannya. Maksimum kalori yang dapat dicapai selama proses ini adalah nilai net calorivic value. Calorivic value dikenal juga dengan specific energy dan satuannya adalah kcal/kg atau cal/g, MJ/kg,Btu/lb.

Read more »

SULPHUR

Sulphur

Di dalam batubara, sulfur bisa berupa bagian dari material carbonaceous atau bisa berupa bagian mineral seperti sulfat dan sulfida.

Gas sulfur dioksida yang terbentuk selama pembakaran merupakan polutan yang serius. Kebanyakan negara memiliki peraturan mengenai emisi gas tersebut ke atmosfir. Satu persen adalah limit kandungan sulfur dalam batubara yang banyak dipakai oleh negara-negara pengguna batubara. Kandungan yang tinggi dalam coking coal tidak diinginkan karena akan berakumulasi di dalam cairan logam panas sehingga memerlukan proses desulfurisasi.

Read more »

FIXED CARBON

Fixed Carbon

Fixed carbon adalah nilai total kandungan unsur carbon dalam suatu contoh batubara. Fixed carbon (FC) merupakan bagian dari analisis proximate. Nilai FC tidak didapat melalui analisis tetapi melalui perhitungan (FC = 100 – M – A – VM).

Read more »

VM

Volatile Matter

Apabila 1 gram contoh contoh batubara dipanaskan pada kondisi  standar tertentu (suhu 900^oC, selama 7 menit dalam furnace khusus) maka akan ada bagian yang terbakar dan menguap. Bagian yang terbakar dan menguap tersebut ialah volatile matter (VM) dan moisture.

Untuk mendapatkan nilai %VM, persen bagian yang terbakar dan menguap tersebut dikurangi %moisture. Analisis ini merupakan bagian dari penetapan proximate.

Read more »