Teknologi dan Keekonomian Proses Pengolahan Laterit Nikel

Untuk memperoleh nikel dari tipe deposit laterit terdapat beberapa jalur proses pengolahan dan dapat diklasifikasikan seperti ditunjukkan pada Gambar 1 dan 2. Komposisi deposit laterit nikel akan bergantung pada tipe batuan induk, iklim tempat deposit terbentuk dan proses pelapukan. Hal ini memberikan hubungan yang spesifik antara komponen deposit dan pilihan proses pengolahannnya disertai kendala-kendalanya.

 

Gambar 1. Skema profil laterit, komposisi kimia dan jalur proses ekstraksi

Jalur proses pengolahan laterit nikel yang diterapkan secara komersial didasarkan pada kandungan magnesium (Mg) dan rasio nikel-besi (Ni/Fe). Saat ini terdapat dua (2) pilihan jalur proses ekstraksi, yaitu pirometalurgi dan hidrometalurgi (Gambar 5). Jalur proses ekstraksi pirometalurgi menggunakan tipe laterit nikel saprolit dengan produk nikel berupa ferro-nickel (FeNi), nickel pig iron, dan nickel sulfide matte (nickel matte). Sedangkan proses hidrometalurgi paling umum diterapkan untuk laterit limonit. Walaupun laterit saprolit mengandung  kadar nikel lebih tinggi (≤3%) daripada lapisan limonit tetapi kandungan magnesium yang tinggi dalam saprolit  menjadikannya kendala, menyebabkan konsumsi asam lebih banyak.

 

 Gambar 2. Bagan alir proses pengolahan laterit nikel

Proses Pirometalurgi

Pembuatan Ferro-Nickel

Pembuatan ferro-nickel dilakukan melalui dua rangkaian proses utama yaitu reduksi dalam tungku putar (rotary kiln, RK) dan peleburan dalam tungku listrik  (electric furnace, EF)  dan lazim dikenal dengan Rotary kiln Electric Smelting Furnace Process atau ELKEM Process.

Bijih yang telah dipisahkan, baik ukuran maupun campuran untuk mendapatkan kom­posisi kimia yang diinginkan, diumpankan ke dalam pengering putar (rotary dryer) bersama-sama dengan reductant dan flux. Selanjutnya dilakukan pengeringan sebagian (partical drying) atau pengurangan kadar air (moisture content), dan kemudian dipanggang pada tanur putar (rotary kiln) dengan suhu sekitar 700 -1000°C tergantung dari sifat bijih yang diolah.

Maksud utama pemanggangan (calcination) adalah untuk mengurangi kadar air, baik yang berupa air lembab (moisture content) maupun yang berupa air kristal (crystalized water), serta mengurangi zat hilang bakar (loss of ignition) dari bahan-bahan baku lain-nya. Selain itu, pemanggangan dimaksudkan juga untuk memanaskan (preheating) dan sekaligus mencampur bahan-bahan baku tersebut. Dalam tanur putar juga dilakukan reduksi pendahuluan (prereduction) secara selektif untuk mengatur kualitas produk dan meningkatkan efisiensi/produktivitas tanur listrik, sesuai dengan pasaran dan kadar bijih yang diolah. Sekitar 20% dari kandungan nikel bjiih tereduksi, reduksi terutama dilakukan untuk merubah Fe³⁺ menjadi Fe²⁺, sehingga energi yang dibutuhkan dalam tanur listrik menjadi lebih rendah. Bijih terpanggang dan tereduksi sebagian dari tanur putar ini dimasukkan ke dalam tanur listrik secara kontinu dalam keadaan panas (di atas 500°C), agar dapat dilakukan pereduksian dan peleburan. Dari hasil peleburan diperoleh feronikel (crude ferronickel) yang selanjutnya dimurnikan pada proses pemurnian. Crude ferronickel memiliki kandungan 15-25% Ni dan terkandungan pengotor yang tinggi seperti karbon, silikon dan krom. Pemurnian dilakukan  dengan  oxygen blowing untuk menghilangkan karbon, krom dan silikon juga ditambahkan flux berupa kapur, dolomit, flouspar, aluminium, magnesium, ferosilikon dsb., untuk menghasilkan slag yang memungkinkan sulfur dapat terabsorb pada saat pengadukan dengan injeksi nitrogen. Hasil proses pemurnian dituang menjadi balok feronikel (ferronickel ingot) atau digranulasi menjadi butir-butir feronikel (ferronickel shots), dengan kadar nikel di atas 30%. Diagram alir pembuatan ferronickel disajikan pada Gambar 3. Sedangkan diagram alir pemurnian disajikan pada Gambar 4.

Gambar 3.  Tipikal pembuatan ferronickel

Gambar 4. Tipikal pemurnian  ferronickel

Pabrik pembuatan ferronickel di Indonesia dilakukan oleh PT Aneka Tambang, Tabel 1, memperlihatkan parameter plant dari FENI-1 dan FENI-2 di Pomalaa.

Tabel 1. Parameter data   FENI-1 dan FENI-2 PT Aneka Tambang tbk

Furnace Parameter	FENI-1	FENI-2
Number of furnace	1
Furnace design	Hatch	Hatch
Shape	Circular	Circular
Hearth dimension (inside, m)	13.8 ID	17.0 ID
Hearth area (inside m2)	150	227
Sidewall cooling	Plate and waffles	Plate and waffles
Number electrode	3	3
Electrode diameter, mm	1500	1750
Transformer, MVA	45	60
Operating data
Power (MW)	32	42
Hearth power density (kW/m2)	215	185
Secondary voltage (phase)	570	620
Secondary voltage (electrode)	330	360
Secondary current, kA	34	39
Resistance per electrode, mΩ	9	9
Batch resistance per electrode, mΩ	9	9
Arc power.batch power ratio	0	0
Batch power density (kW/m2)	215	185
Arc voltage, V	0	0
Arc length (@17V/cm)	0	0
Electrode tip position	Brush arc	Brush arc
Charge cover at tips	Covered bash	Covered bash
Power cunsumption (kWh/ton)	510	510
Calcine feed temperature	750	750
Slag top temperature (oC)	1550	1550
Slag SiO2/MgO ratio	1,5	1,5
Slag %FeO	7	7
Metal % Ni	19	19
Metal % C	2,5	2,5

Bagan alir proses pengolahan mineral laterit nikel komersial di PT Antam dapat dilihat pada Gambar 5 dengan produknya sebagai berikut.

Produk utama:

·         Logam paduan ferronickel

·         Komposisi kimia:

o   High carbon Fe-Ni: 23.4%-Ni; 1.75%-C;

o   Low carbon Fe-Ni: 24.4%-Ni; 0.01%-C

Produk samping:

·         Terak; campuran logam oksida

Kondisi proses:

·         Mempunyai kadar nikel tinggi (>2.2%Ni)

·         Rasio Fe/Ni rendah (5-6)

·         Kadar MgO tinggi

·         Rasio SiO₂/MgO >2.5

Gambar 5. Bagan alir proses ferronikel di PT. Aneka Tambang Tbk

Pembuatan Ni Matte

Nikel matte  dibuat secara komersial pertama kali  di Kaledonia Baru dengan menggunakan blast furnace  sebagai tanur peleburan dan gipsum sebagai sumber belerang sekaligus sebagai bahan flux. Tetapi dewasa ini pembuatan matte dari bijih oksida dilakukan dengan menggunakan tanur putar dan tanur listrik. Bagan alir yang disederhanakan dari proses ini digambarkan pada Gambar 6. Gambar tersebut menunjukkan bahwa sebagian besar dari tahap-tahap proses yang dilakukan dalam proses pembuatan ferronikel juga dilakukan dalam proses ini. Bijih yang kandungan airnya dikurangi, dimasukkan ke dalam tanur putar Kemudian berlangsung kalsinasi, pereduksian sebagian besar oksida nikel menjadi nikel, Fe₂O₃ menjadi FeO logam Fe (sebagian kecil). Logam-logam yang dihasilkan kemudian bersenyawa dengan belerang, baik yang berasal dari bahan bakar maupun bahan belerang yang sengaja dimasukan untuk maksud tersebut. Produk tanur putar diumpankan ke dalam tanur listrik, untuk menyempurnakan proses reduksi dan sulphurisasi sehingga menghasilkan matte. Furnace Matte ini yang mengandung nikel kira-kira 30 - 35%, belerang kira-kira 10 - 15%, dan sisanya besi, dimasukkan ke dalam converter untuk menghilangkan/mengurangi sebagian besar kadar besi. Hasil akhir berupa matte yang mengandung nikel kira-kira 77%, belerang 21%, serta kobal dan besi masing-masing kira-kira 1%. Dalam sejarah pembuatan nikel - matte di Kaledonia Baru, selain dengan proses blast furnace, dibuat juga melalui ferronikel. Ke dalam feronikel kasar cair dihembuskan belerang bersama-sama udara di dalam sebuah converter, sehingga berbentuk matte primer (primary matte) dengan kandungan nikel kira-kira 60%, besi kira-kira 25%, karbon kira-kira 1,5%, dan sisanya belerang. Matte ini kemudian diubah (convert) dengan cara oksida besi, sehingga diperoleh matte hasil akhir dengan kadar nikel 75 - 80% dan belerang kira-kira 20%. Berbeda dengan feronikel, pada umumnya nikel dalam bentuk matte diproses terlebih dahulu menjadi logam nikel atau nickel oxidic sinter sebelum digunakan pada industri yang lebih hilir. Produknya adalah sebagai berikut.

 Produk utama:

·      Nickel matte

·      Komposisi kimia: 70-78%-Ni; 0.5-1-%Co; 0.2-06%-Cu; 0.3-0.6%-Fe; 18-22%-S

Produk samping:

·         Terak; campuran logam oksida

Kondisi proses:
-  Mempunyai kadar nikel tinggi (>2.2%Ni)
-  Rasio Fe/Ni rendah (>6)
-  Kadar MgO tinggi
-  Rasio SiO₂/MgO antara 1.8-2.2

 Gambar 6. Proses pembuatan nickel matte

Tabel 2 memperlihatkan parameter proses pembuatan nickel matte di PT Inco Indonesia.

Tabel 2. Paramater proses pembuatan nickel matte

Furnace Parameter	PT INCO INDONESIA
Number of furnace	4
Furnace design	Hatch modified
Shape	Circular
Hearth dimension (inside, m)	17.0 ID
Hearth area (inside m2)	227
Sidewall cooling	Copper finger
Number electrode	3
Electrode diameter, mm	1500
Transformer, MVA	75
Opretaing data
Power (MW)	75
Hearth power density (kW/m2)	330
Secondary voltage (phase)	1350
Secondary voltage (electrode)	780
Secondary current, kA	33
Resistance per electrode, mΩ	23
Batch resistance per electrode, mΩ	7
Arc power.batch power ratio	2.3
Batch power density (kW/m2)	100
Arc voltage, V	550
Arc length (@17V/cm)	32
Electrode tip position	Shelded arc
Charge cover at tips	Deep calcine
Power cunsumption (kWh/ton)	440
Calcine feed temperature	750
Slag top temperature (oC)	1530
Slag SiO2/MgO ratio	2.0
Slag %FeO	22
Metal % Ni	32
Metal % S	10% S

Teknologi pembuatan Ferro-nickel VS Nickel Matte

Pemilihan proses nikel laterit menjadi ferro-nickel maupun nickel matte sangat tergantung dari tinjauan ekonomi. Biaya produksi kedua proses relatif sama namun demikian harga nickel dalam matte dinilai hanya 75-85% dari harga LME (London Metal Exchange) sedangkan harga nikel dalam ferronickel dinilai sesuai harga LME. Untuk mencapai harga LME maka matte diperlukan tahap pemurnian lebih lanjut sehingga terjadi peningkatan nilai investasi dan biaya proses.

Dalam proses matte tingkat recovery logam kobal relatif lebih rendah dibandingkan dengan proses ferro nickel sehingga tidak eknomis jika logam kobal dalam matte diambil secara proses hidrometalurgi. Dari setiap 100 lb nikel hanya terambil 1 lb kobal.

Biaya operasional pembuatan matte lebih rendah $0.06 per lb dibandingkan biaya operasional pembuatan ferro-nickel, namun demikian capital cost pendirian plat nickel matte lebih tinggi $4.4 juta dibandingkan capital cost pendirian pabrik ferro-nickel, karena pabrik nickel-matte harus dilengkapi dengan unit scrubbing untuk mengeliminasi emisi gas SO₂ (Hatch, 2004).

Pembuatan Nikel Pig Iron (NPI)

Nickel pig iron adalah logam besi wantah dengan kandungan Ni sekitar 5-10% Ni yang merupakan hasil dari proses peleburan bijih nikel kadar rendah di bawah 1.8% Ni. Pada saat ini NPI dihasilkan dari proses peleburan bijih nikel kadar rendah dengan menggunakan tungku tegak, blast furnace. NPI digunakan sebagai bahan baku pembuatan stainless steel.

Proses pembuatan NPI dengan jalur terdiri dari tahapan sintering dan peleburan dalam tungku tegak. Biaya produksi pembuatan NPI melalui rute peleburan dalam tungku tegak adalah $17,637 per ton sedangkan melalui rute peleburan dalam tungku listrik (electric arc furnace) adalah  $15,430 per ton (Macquarie Bank analysis).

Struktur biaya pembuatan NPI melalui peleburan dalam electric furnace adalah 37% dari pembelian bijih nikel laterit, 9% untuk pembiayaan pekerja, pajak, refraktori, elektroda  dsb, 1% untuk pembiayan konsumsi lime flux, 6% untuk pembiyaan batubara sebagai reduktor, 8% untuk pembiyaan batubara sebagai reduktor, struktur biaya disajikan pada Gambar 7.

Gambar 7. Struktur biaya pembuatan NPI dengan rute elektrik furnace

Rute lain untuk mengurangi konsumsi energi listrik adalah melalui jalur dead reduction dalam rotary kiln. Tahapan terdiri dari sizing kemudian mengalami proses pengeringan kemudian direduksi dalam rotary kiln sehingga baik nikel oksida dan besi oksida terreduksi menjadi logam masing-masing dan membentuk nickel-ferro alloy. Untuk memisahkan dari pengotor maka kalsin dari rotary kiln dilakukan penggerusan dan selanjutnya mengakami pemisahan dengan separator magnetik sehingga dihasilkan konsentrat ferronickel. Konsentrat crude ferronickel kemudian dibriket/dipellet dan dipasarkan. Proses ini dapat mengolah bijih nikel kadar rendah 0,8-1,5% Ni.

Gambar 8 memperlihatkan bagan alir pembuatan NPI/crude ferronickel dengan rute reduksi dalam rotary kiln.  Nilai investasi untuk menghasilkan 7000 tpn NPI adalah $7-10 juta.

Gambar 8. Pembuatan NPI dengan rute rotary kiln