Cara kerja hidrosiklon (hydrocyclone) di pengolahan mineral

MENGENAL HIDROSIKLON (HYDROCYCLONE) DI PENGOLAHAN MINERAL

Oleh Nizar A K

Bismillah..

Hai semua, kali ini kita akan membahas tentang suatu alat yang sudah sangat familiar digunakan di suatu pabrik pengolahan mineral, terutama yang melibatkan sirkuit penggerusan di dalam alur   pengolahannya (SAG, Ball Mill dll), yaitu Hydrocyclone (hidrosiklon).

Unit hidrosiklon

(sumber www.indiamart.com)

Sebagai pembuka, barangkali di antara kita ada yang bertanya, bagaimana cara kita menentukan atau memastikan suatu sirkuit penggerusan telah melakukan pekerjaannya sesuai dengan keinginan kita. Dalam hal ini sirkuit tersebut telah menghasilkan suatu produk dengan besar ukuran yang sesuai dengan target yang kita inginkan. Bagaimana jadinya bila ukuran produk yang dihasilkan tidak sesuai ? misal dalam proses pengolahan emas, produk penggerusan yang dihasilkan terlalu kasar sehingga dapat mengurangi nilai ekstraksi mineral. Nah.. disinilah diperlukan adanya suatu sistem/sirkuit yang perlu kita pasang setelah sirkuit penggerusan yang berfungsi sebagai, katakanlah semacam filter produk.

Sirkuit itu dinamaka sirkuit klasifikasi. Lalu apa hubungannya dengan hydrocyclone ? Well... hydrocyclone adalah salah satu alat yang biasa digunakan di sirkuit klasifikasi. Contoh lainnya adalah vibrating screen.

Apa itu sirkuit klasifikasi ?

Sesuai namanya, sirkuit klasifikasi adalah sirkuit yang terdiri dari suatu alat atau sekumpulan alat  yang berfungsi mengklasifikasikan suatu material dengan melihat pada perbedaan ukuran atau berat jenis dari material tersebut. Pemisahan nantinya didasarkan pada cut size yang kita targetkan. Misalkan target cut size adalah 1 mm, maka sirkuit klasifikasi akan memisahkan material menjadi 2 aliran, yaitu oversize (diatas 1 mm) dan undersize (dibawah 1 mm). 

Perlu dicatat bahwa tujuan klasifikasi adalah memisahkan material menjadi produk oversize atau undersize, dan bukan memisahkan material menjadi material berharga atau tidak berharga. Pemisahan material menjadi berharga/tidak berharga adalah tugas dari alat konsentrator. Alat konsentrator sendiri juga dapat bekerja berdasarkan perbedaan ukuran dan berat jenis.

Ilustrasi oversize dan undersize material pada ayakan

(sumber 911metallurgist.com)

Kembali lagi ke hydrocyclone..

Sebagai alat klasifikasi, hidrosiklon berfungsi memisahkan material halus dan kasar dari umpan lumpur yang melewatinya. Aliran material halus akan keluar dari bagian atas siklon, disebut overflow. Sementara material kasar yang terpengaruh gaya gravitasi akan keluar dari bagian bawah siklon, disebut underflow. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar berikut: 

Ilustrasi pemisahan pada hidrosiklon

(sumber solidscontrolshaker.com)

Kenapa menggunakan hidrosiklon ?

Hidrosiklon adalah alat klasifikasi yang bisa dikatakan sangat simpel. Tidak ada bagian bergerak atau alat mekanis yang diperlukan untuk mengoperasikan hidrosiklon. Hidrosiklon ibarat sebuah benda diam yang cukup dilewati oleh material (lumpur/debu kering) dan setelahnya otomatis akan terjadi pemisahan aliran material halus dan kasar. Menarik bukan? Inilah sebabnya alat ini banyak digunakan di sirkuit klasifikasi pabrik pengolahan mineral. Pengoperasiannya sederhana dan tidak butuh energi tambahan serta mudah dilakukan modifikasi untuk meningkatkan performanya.

Apakah ada kekurangannya ? menurut pengalaman pribadi penulis, hidrosiklon umumnya memiliki nilai efisiensi pemisahan yang lebih rendah daripada vibrating screen. Ini dikarenakan hidrosiklon tidak memisahkan material secara tegas seperti halnya sebuah screen (ayakan). Pemisahan pada screen ditentukan secara langsung oleh ukuran lubang screen yang dipasang, sementara pada hidrosiklon tidak ada yang seperti demikian. Hidrosiklon hanya berupa sebuah benda dengan lubang yang tembus dari atas ke bawah, sehingga potensi "material salah tempat" sangat tinggi. Yang dimaksud dengan "material salah tempat" misalnya, di aliran overflow yang semestinya menjadi jalur keluar material halus namun dapat juga terdapat material kasar yang ikut terbawa. Demikian juga sebaliknya pada aliran underflow.

Berikut ini contoh tabel hasil analisa ayak untuk material overflow dan underflow dari hidrosiklon. Dapat dilihat bahwa baik pada aliran overflow terdapat juga material berukuran kasar ( misal >100um) yang semestinya berada pada aliran underflow.

Komponen Hidrosiklon

Komponen penyusun hidrosiklon dapat kita lihat pada gambar berikut:

Komponen penyusun hidrosiklon

(sumber https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/vortex-finder)

• Feed inlet, adalah saluran masuk menuju hidrosiklon. Bagian ini terhubung sedemikian rupa dengan feed cylinder untuk membentuk aliran tangensial.
• Feed cylinder atau disembut juga feed chamber, adalah ruangan pertama kali umpan material diterima. Ruangan ini biasanya memiliki pola yang membantu mengarahkan aliran material agar mengalir lancar di dinding siklon.
• Upper cone dan lower cone, adalah bagian di bawah feed chamber yang membentuk bodi siklon. Bagian ini disusun dengan ukuran sudut kemiringan tertentu.
• Vortex finder, adalah lubang tempat keluar aliran overflow yang membawa material halus.
• Spigot/apex, adalah lubang di bawah siklon tempat keluar aliran underflow yang membawa material kasar.

Prinsip Kerja Hidrosiklon

Proses pemisahan pada hidrosiklon didasarkan pada perbedaan ukuran dan berat dari material yang diumpankan. Dapat dilihat pada ilustrasi di bawah berikut. Lumpur masuk ke dalam hidrosiklon melalui corong feed inlet. Feed inlet ini berbentuk tangential, sehingga lumpur yang masuk akan berputar mengelilingi dinding dari hidrosiklon menuju arah bawah karena pengaruh gravitasi. Sepanjang pergerakan material mengelilingi dinding siklon, akan tercipta gaya sentrifugal yang mengarah ke tengah putaran. Selain itu perbedaan tekanan di dalam siklon akibat pergerakan lumpur pun akan memicu terbentuknya inti udara di tengah putaran siklon. Inti udara ini mengalirkan udara dari spigot/apex bawah menuju vortex di bagian atas.

Material dengan ukuran besar dan berat, akan tetap menempel di dinding dan terus berputar ke arah bawah hingga keluar dari lubang spigot/apex. Sementara material yang halus dan ringan akan tertarik oleh inti udara dan terbawa ke atas keluar melewati lubang vortex.

Aliran material kasar yang keluar dari spigot/apex bawah disebut underflow, sementara material halus yang keluar dari lubang vortex atas disebut overflow. Material underflow akan berukuran kasar dan memiliki kadar %padatan yang lebih tinggi (60-80% padatan) sementara material overflow akan berukuran halus dan mengandung kadar air lebih banyak (30-45% padatan).

Gambar proses pemisahan material di dalam hidrosiklon

(sumber 911metallurgist.com)

Gambar tambahan lain untuk proses pemisahan di dalam hidrosiklon yang menunjukkan bentuk tangential feed inlet adalah sebagai berikut:

(sumber mclanahan.com)