Neraca Massa Pengolahan Mineral

Neraca Massa Pada Pengolahan Mineral

Oleh Nizar A K

Bismillah..

Kembali lagi membahas soal dunia metalurgi. Memang membahas soal metalurgi ini sedikit lebih berat daripada membahas yang lain. Karena harus mikir hehe.. Untuk kali ini penulis akan coba mengangkat tema soal neraca massa. Bahasa kerennya material balance. 

Definisi

Definisinya banyak beredar di internet. Silahkan cek sendiri. Bila berdasarkan definisi penulis sendiri, semoga tidak salah, neraca massa adalah suatu diagram yang mendeskripsikan suatu proses atau peralatan dilengkapi dengan aliran masuk dan keluar material pada proses atau alat yang dideskripsikan. Model sederhananya dapat kita buat sebagai berikut:

Karena kita bicara soal neraca, maka kuantitas (massa) input dan output harus sama (seimbang). Misalkan inputnya 10 ton, maka outputnya pun harus 10 ton juga. Adapun bentuk fisik boleh tidak sama. Misalkan inputnya adalah 10 ton batu berukuran 1 m, maka setelah masuk ke dalam sirkuit peremukan outputnya menjadi 10 ton batu berukuran 150 mm.

Kegunaan

Dalam pengolahan mineral, neraca massa digunakan pada proses desain awal suatu proses/pabrik pengolahan mineral. Pada tahap awal perancangan pabrik kita akan menentukan berapa besar target volume produksi dari pabrik tersebut. Dari situlah mulai dibuat neraca massa untuk tiap-tiap sirkuit dan selanjutnya didetailkan lagi untuk tiap peralatan pabrik. Sehingga nantinya dapat dirinci kapasitas peralatan pabrik yang dibutuhkan. Selain itu juga dapat dihitung kebutuhan bahan kimia ataupun volume air yang dibutuhkan.

Ketika pabrik/proses pengolahan sudah berjalan, prinsip neraca massa digunakan dalam perhitungan metalurgi, bahasa kerennya metallurgy accounting. Di bagian ini tim metalurgi akan menghitung input dan output dari pabrik pengolahan. Berapa tonase bijih yang masuk, berapa kadar mineral berharga, berapa mineral berharga yang terekover dan berapa banyak mineral berharga yang terbuang ke tailing. Semua itu dilakukan dalam basis harian dan biasanya akan dilakukan rekonsiliasi perhitungan di akhir bulan.

Penyusunan Neraca Massa

Penyusunan neraca massa untuk satu alat yang bekerja itu mudah saja. Kita hanya tinggal menentukan deskripsi proses, jenis alat yang digunakan, parameter operasi alat tersebut dan kapasitas produksi yang diinginkan. 

Contoh: Misalkan kita ambil contoh neraca massa untuk alat SAG Mill yang akan mengolah bijih dari stockpile dengan tonase bijih basah 300 tpj, kandungan moisture 10%, ukuran p80 150 mm. Target keluaran produk adalah p80 30 mm dan persen padatan 70%. Maka neraca massa dapat dibuat sebagai berikut:

Dari neraca massa di atas, dapat dilihat keseimbangan neraca antara masukan dan keluaran dari SAG Mill. Bijih solid yang masuk dan keluar adalah 270 tpj, demikian juga total air yang masuk dan keluar adalah sama yaitu 115,7 m3/jam. Yang berubah hanyalah ukuran batuan dari semula 150 mm menjadi 30 mm dan bentuk awal dari semula bijih menjadi lumpur bijih.

Untuk neraca massa suatu sirkuit maka bentuknya akan lebih kompleks karena melibatkan penggabungan dari berbagai macam alat. Misalkan neraca massa untuk sirkuit penggilingan yang terdiri dari beberapa alat Mill, alat klasifikasi hidrosiklon dan ayakan getar.

Neraca massa di atas terdiri dari 3 Mill, 2 sirkuit hidrosiklon, 1 pebble crusher dan 1 ayakan getar. Secara garis besar, diagram di atas menunjukkan pengolahan bijih dengan kapasitas pengolahan 433 tpj (kering). Bijih yang diinput memiliki ukuran awal p80 97mm dan keluaran akhir dari sirkuit penggerusan berupa lumpur dengan %padatan 40,5% dan ukuran akhir p80 78 micron.

Adapun contoh bentuk neraca massa yang lengkap untuk suatu pabrik pengolahan dari tahap awal sd akhir adalah misalkan sebagai berikut: 

Diagram alir di atas menunjukkan neraca massa untuk suatu pabrik pengolahan emas dimulai dari sirkuit penggerusan, sirkuit thickener, sirkuit pelindian, dan sirkuit detoksifikasi sianida. Pada neraca massa di atas ditampilkan kuantitas aliran dari padatan bijih, air, dan lumpur dari awal hingga akhir sirkuit.

Tips seputar neraca massa

Berikut ini penulis sampaikan beberapa tips perihal menganalisa atau menyusun neraca massa berdasarkan pengalaman pribadi penulis.

• Perhatikan judul dari neraca massa yang sedang dianalisa. Dari sini anda akan mendapatkan gambaran awal tentang deskripsi proses.

• Serumit apapun diagram alir suatu sirkuit, pasti akan tetap mengacu pada prinsip input = output. Sehingga dalam suatu proses pastikan anda terlebih dahulu mengetahui mana input dan output utama suatu proses. Jangan terjebak dengan beragam tanda panah yang beredar pada suatu sirkuit. Umumnya itu hanya menjelaskan soal perputaran beban sirkulasi.

• Ketika menganalisa neraca massa suatu sirkuit, perhatikan alat-alat utama yang terpasang.  Ini akan membuat anda mudah untuk mengikuti alur dari sirkuit. Untuk mendeteksi peralatan mana saja yang termasuk alat utama, anda perhatikan kembali judul dari neraca massa. Misalkan neraca massa sirkuit penggerusan (milling), maka dari sini anda akan mendapatkan gambaran alat utama berupa Mill. Alat selebihnya adalah aksesoris pendukung dari kerja Mill tersebut.

• Pada neraca massa, yang menjadi komponen utama adalah tonase padatan (ton), volume air (m3) atau %padatan lumpur dan gabungan keduanya (volume lumpur). Dari sini anda sudah dapat memprediksi kapasitas alat yang terlibat dalam suatu proses.

Kita ambil contoh dari neraca massa sirkuit penggerusan sebelumnya: 

Melihat neraca massa diatas sekilas sepertinya cukup rumit dengan melihat kombinasi tabel dan garis-garis aliran material. Akan tetapi dapat kita sederhanakan mengikuti tips yang penulis telah sebutkan.

Pertama, cari judul. Kebetulan tidak ikut tercopy.. hehe. Judulnya adalah sirkuit penggerusan pabrik kapasitas 3.5 juta ton per tahun. Dari judulnya, kita sudah dapat beberapa point yaitu:

• Ini adalah neraca massa sirkuit penggerusan
• Kapasitas 3.5 juta ton per tahun (atau 433 ton per jam)
• Alat utama kemungkinan besar terkait dengan Mill. Kita cek ada 3 buah Mill yang beroperasi (SAG Mill, Secondary Mill, Tertiary Mill)
• Mill biasanya dilengkapi dengan sirkuit klasifikasi (hidrosiklon atau ayakan getar)

Kedua, cari input dan output awal dari sirkuit. Input awal ditandai dengan tanda panah masuk ke sirkuit tanpa terkoneksi alat lainnya sebelumnya. Kalaupun ada, biasanya ditulis keterangan dari sirkuit sebelumnya (misalkan dari sirkuit crushing). Pada gambar di atas, input awal diberi keterangan feed yang arahnya menuju SAG Mill. Selanjutnya mencari output. Berkebalikan dengan input, tanda panah output mengarah keluar dari sirkuit. Biasanya ada keterangan menuju ke sirkuit setelahnya. Pada contoh di atas, menemukannya cukup mudah yaitu output diberi nama "final product" yang keluar dari alat klasifikasi tertiary cyclone.

Ketiga, perhatikan alat utama. Sudah kita bahas di atas, alat utama adalah 3 buah Mill dengan aksesoris alat klasifikasi hidrosiklon dan ayakan getar.

Keempat, perhatikan komponen angka utama, yaitu tonase, %padatan lumpur dan volume lumpur. Untuk tahap awal, kita cari angka utama ini pada input-output utama dari sirkuit. Untuk input (lihat yang menuju SAG Mill), datanya adalah sbb:

- tonase padatan adalah 433 tpj, 

- %padatan 88% (artinya asumsi moisture bijih 12%). 

- Ukuran p80 =97 mm 

Adapun untuk output akhir (lihat label "final product"), datanya adalah sbb:

- tonase padatan = input yaitu 433 tpj

- % padatan 40,5% (pertanda bahwa produk akhir sirkuit adalah lumpur)

- Ukuran p80 = 78 micron (pertanda bahwa sirkuit ini bekerja untuk menggerus)

Jadi bila kita sederhanakan, neraca massa di atas menggambarkan sistem sirkuit penggerusan yang mengolah 433 tpj bijh kering dengan ukuran awal 97 mm menjadi bentuk lumpur dengan %padatan 40,5% dan ukuran akhir 78 micron.

Kelima, bila diinginkan untuk melihat komponen angka utama yang lebih detail lagi, maka selanjutnya dapat melihat angka utama pada input-output dari masing-masing alat utama yang terpasang. Misal pada SAG Mill (primary Mill) angka tonase input adalah 433 tpj, namun pada secondary Mill angka input menjadi 692,7 tpj. Artinya kemungkinan besar ukuran secondary Mill lebih besar dari primary Millnya. Aneh ya? tidak juga, ini adalah efek dari beban sirkulasi (circulating load) hasil dari sistem sirkuit tertutup. Bisa baca catatan penulis yang lain di blog ini perihal "aplikasi hidrosiklon".

Selain melihat tonase padatan, dari mengindentifikasi alat utama kita juga dapat melihat kebutuhan air total yang harus kita berikan ke masing-masing alat utama di sirkuit penggerusan ini. Ingat, pada saat kita melihat input-output utama dari sirkuit ini, kita melihat input memiliki %padatan 88% dan pada output turun menjadi 40,5%. Artinya ada penambahan air pada sirkuit ini.

Ya demikian sedikit yang dapat penulis bagikan seputar neraca massa. Untuk proses pyrometalurgi, dikenal juga istilah neraca panas. Tapi penulis tidak membahas karena bukan bidangnya hehe.