PENDAHULUAN
Humprey Spiral merupakan alat pengolahan bahan galian yang termasuk dalam gravity concentration. Dasar kerja alat ini adalah switcing effect yang terdiri dari :
1). Differential Acceleration
2). Hindered Settling
3). Interstitial Trickling
4). Gaya Sentrifugal
Tiga gaya pertama adalah akibat jatuhnya meterial dengan perbedaan density tertentu dalam fluida. Sedangkan gaya sentrifugal dikarenakan bentuk dari alat ini yang berbentuk spiral.
Spiral concentration banyak digunakan karena murah biaya operasinya, kontinu, dan dalam keadaan steady, mekanisme pemisahan ini cepat dicapai. Alat ni banyak digunakan di pabrik besi, batubara, dan pada pemisahan bijih oksida logam.
Tujuan dari percobaan ini adalah :
Mempelajari dan memahami prinsip kerja alat serta mekanisme pemisahan yang terjadi.
Mempelajari operating variable alat serta pengaruhnya pada hasil pemisahan.
DASAR TEORI
A. THIN FILM CONCENTRATION
Thin film concentration merupakan alat/proses pemisahan melalui aliran fluida tipis dengan tebal merata dan sesuai dengan ukuran partikel yang akan dipisahkan, yang mengalir melalui suatu bidang miring, serta shear pada fluida sangat kecil.
Jika pada aliran tersebut ada partikel dengan ukuran sama tapi berbeda densitynya, maka partikel ringan akan memiliki kecepatan lebih besar daripada partikel berat, karena berada di lapisan atas. Jika partikel mempunyai density sama tapi berbeda ukuran, maka partikel yang berukuran besar akan mempunyai kecepatan yang lebih besar, karena mempunyai luas permukaan yang lebih besar pada saat terdorong aliran air.
Kecepatan aliran fluida pada suatu kedalaman Y dari dasar adalah :
Vy = ρf . g . sin
Di mana : ρf = density fluida x = tebal fluida
η = viskositas fluida α = kemiringan (slope)
Maka susunan partikel dalam suatu aliran laminer lapisan fluida tipis :
Paling atas : partikel kasar, ringan (density rendah)
Tengah : partikel kasar berat, halus dan ringan
Paling bawah : partikel halus berat
Saat partikel berada pada dasar bidang miring, gaya dorong aliran fluida bekerja pada partikel selain gerak antara partikel dengan bidang sluice. Gaya dorong akibat aliran fluida akan menekan luas Sehingga akan terjadi rolling dimana gaya dorong berbanding lurus dengan luas permukaan dan jarak pergeseran.
Tipe lain dari jenis pemisahan sejenis adalah flowing film concentration, di mana tebal lapisan lebih besar dari ukuran partikel, sehingga shear dari fluida juga berpengaruh pada proses stratifikasi partikel.
B. MEKANISME PEMISAHAN
Gaya-gaya yang bekerja pada partikel dalam aliran fluida adalah gaya dorong air dan hindered settling, jika partikel belum sampai ke dasar. Jika partikel berada di dasar, maka gaya-gaya yang bekerja adalah :
1). Dorongan air (Vair)
Pengaruh dari turunnya dari atas ke bawah melalui suatu bidang miring.
2). Gaya gesek
Terjadi akibat gesekan antara partikel yang bergerak dengan permukaan spiral, yang dapat dirumuskan seperti di bawah ini :
Fd = 6 . η . r . Vr
η = viskositas fluida Vr = kecepatan partikel
r = jari-jari partikel Fd = gaya gesek
3). Gaya sentrifugal
Gaya yang timbul akibat bentuk alat yang spiral, dan dapat dirumuskan menjadi :
Fc =
m = massa partikel r = jari-jari lingkaran spiral
v = kecapatan partikel Fc = Gaya Sentrifugal
Gaya gesek dan gaya sentrifugal bekerja secara berlawanan arah. Dari rumus di atas terlihat bahwa partikel berat akan mengalami gaya sentrifugal paling besar dan partikel kasar mendapat gaya gesek terbesar.
Jika Fc > Fd ; maka partikel akan terlempar menjauhi pusat spiral
Jika Fc < Fd ; maka partikel akan terpusat di tengah spiral
Gaya gesek Ff = f . m . g . cos θ, akan memperlambat gerak partikel, tetapi tidak berpengaruh terhadap proses pemisahan partikel pada bidang miring adalah gabungan dari fluida maupun partikel itu sendiri.
Cara kerja alat dengan memasukkan umpan dan air ke dalam feed box yang kemudian disedot oleh pompa untuk dinaikkan ke puncak spiral paling atas. Pada spiral yang paling bawah dipasang splitter untuk memisahkan material berat dengan yang ringan. Pada umumnya konsentrat melalui spliter paling dalam, kemudian midling di tengah, dan tailing di bagian pinggir.
C. ALAT SPIRAL CONCENTRATION
Dari bentuk spiralnya, maka alat spiral concentration dibagi menjadi dua, yaitu ;
1). Multi Off Take
Humprey Spiral Concentration
EBC Spiral Concentration
Reicherts Spiral
Vichers Spiral
2). Limited Off Take
Cyclo Spiral
Soviet Spiral Technology
Misscetinious Spiral
D. VARIABEL ALAT DAN VARIABEL OPERASI
Dalam proses pemisahan partikel menggunakan spiral concentration, terdapat dua hal penting yang harus diperhatikan, yaitu :
1). Variabel Alat
1. Tipe spiral 4. Posisi spliter
2. Jumlah spiral 5. Ketinggian spiral
3. Penampang melintang helix dan diameter
2). Variabel Operasi
1. Derajat liberasi dan ukuran feed. 5. Selang ukuran feed
2. Laju pengumpanan 6. % solid umpan
3. Jumlah dan kecepatan aliran air pencuci (wash water)
4. Sifat-sifat material
PEMBAHASAN
Dalam proses pemisahan partikel menggunakan spiral concentration, terdapat dua hal penting yang harus diperhatikan, yaitu :
a). Variabel Alat
1. Tipe spiral
Tipe spiral berpengaruh terhadap kecepatan aliran alir, gaya sentrifugal yang dihasilkan dan jenis aliran.
2. Posisi spliter
Posisi spliter menentukan seberapa ukuran berat yang akan ditampung sebagai konsentrat, tailing dan midling.
3. Jumlah spiral
Pengaruh banyaknya spiral adalah untuk mendapatkan keadaan steady state, di mana aliran air tidak turbulen. Semakin banyak jumlah spiral akan semakin baik untuk keadaan steady state agar pemisahan berlangsung dengan baik.
4. Ketinggian spiral
Ketinggian sprial akan berpengaruh terhadap kemiringan (slope) spiral, yang akhirnya ikut menentukan apakah aliran fluida bersifat steady state.
5. Penampang melintang helix dan diameter
b). Variabel Operasi
1. Derajat liberasi dan ukuran feed.
Ukuran feed yang terlalu besar akan menyulitkan proses stratifikasi, karena akan ada partikel-partikel yang tidak dapat bergerak akibat tekanan air yang tidak kuat. Tetapi jika ukurannya terlalu kecil juga akan menyulitkan, karena akan banyak mineral berharga yang masuk ke tailing.
2. Selang ukuran feed
Selang ukuran umpan yang ideal adalah -35# sampai +48# (0,015 mm - 0,8 mm). Jika terlalu kecil dapat menyulitkan proses pemisahan, karena tidak terjadi stratifikasi pada lapisan di atas fluida. Jika terlalu besar juga akan menyulitkan pemompaan dan aliran air tidak cukup untuk melakukan pemisahan.
3. Laju pengumpanan
Jika laju pengumpanan terlalu besar, maka tidak akan terjadi stratifiksasi pada permukaan spiral. Karena terdapat tumpukan material yang tidak sempat terpisahkan oleh aliran air. Tetapi laju pengumpanan yang terlalu kecil juga tidak efisien.
4. Jumlah dan kecepatan aliran air pencuci (wash water)
Jumlah dan kecepatan aliran air pencuci ikut menentukan apakah aliran fluida bersifat steady state. Hal ini dipengaruhi oleh kekuatan motor yang digunakan untuk memompa air dari tangki penampungan kembali ke atas spiral yang paling tinggi.
5. Persen solid umpan
Idealnya persen solid pada umpan adalah 15%. Pengaruhnya adalah terhadap penciptaan kondisi hindered settling. Persen solid yang terlalu besar akan menyulitkan pempompaan, sedangkan jika terlalu kecil jadi tidak ekonomis.
6. Sifat-sifat material
DAFTAR PUSTAKA
1. John M. Currie, Unit Operation in Mineral Processing, John Wiley and Sons.
2. B.A. Wills, Bsc, Ph.D., C.Eng., MIMM, Mineral Processing Technology, Pergamon Press, 4th edition.
3. Pryor, E.J., Mineral Processing, London, 1974
4. Kelly & Spottiswood, Introductory to Mining Processing.
LAMPIRAN
JAWABAN PERTANYAAN
1. Pada umumnya bijih yang diolah dengan Hunprey Spiral adalah bijih yang mempunyai perbedaan density yang cukup besar antara mineral berharganya dan mineral pengotornya. Seperti bijih besi, kromit, cassiterite, zircon, rutile, monazite, dan batubara.
2. Gaya-gaya yang bekerja pada partikel mineral yang menyebabkan terjadinya pemisahan :
Dorongan air (Vair)
Pengaruh dari turunnya dari atas ke bawah melalui suatu bidang miring.
Gaya gesek
Terjadi akibat gesekan antara partikel yang bergerak dengan permukaan spiral, yang dapat dirumuskan seperti di bawah ini :
Fd = 6 . η . r . Vr
η = viskositas fluida Vr = kecepatan partikel
r = jari-jari partikel Fd = gaya gesek
Gaya sentrifugal
Gaya yang timbul akibat bentuk alat yang spiral,dan dapat dirumuskan menjadi :
Fc =
m = massa partikel r = jari-jari lingkaran spiral
v = kecapatan partikel Fc = Gaya Sentrifugal
3. Fungsi hydrocyclon yang terdapat pada alat adalah :
Membawa material bersama air naik ke atas pada puncak spiral dan menjaga agar aliran air tidak turbulen pada waktu masuk spiral. Pengaruh banyaknya spiral adalah untuk mendapatkan keadaan steady state, di mana aliran air tidak turbulen. Semakin banyak jumlah spiral akan semakin baik untuk menciptakan keadaan steady state agar pemisahan berlangsung dengan baik.
4. Pengaruh faktor berikut terhadap efesiensi pemisahan :
Laju pengumpan
Jika laju pengumpanan terlalu besar, maka tidak akan terjadi stratifiksasi pada permukaan spiral. Karena terdapat tumpukan material yang tidak sempat terpisahkan oleh aliran air. Tetapi laju pengumpanan yang terlalu kecil juga tidak efisien.
Selang ukuran umpan
Selang ukuran umpan yang ideal adalah -35# sampai +48# (0,015 mm - 0,8 mm). Jika terlalu kecil dapat menyulitkan proses pemisahan, karena tidak terjadi stratifikasi pada lapisan di atas fluida. Jika terlalu besar juga akan menyulitkan pemompaan dan aliran air tidak cukup untuk melakukan pemisahan.
Persen solid
Idealnya persen solid pada umpan adalah 15%. Pengaruhnya adalah terhadap penciptaan kondisi hindered settling. Persen solid yang terlalu besar akan menyulitkan pemompaan, sedangkan jika terlalu kecil jadi tidak ekonomis.