Kualitas Batubara

Kualitas Batubara

1.    Arti Penting Kualitas Batubara

Salah satu tahapan penting dalam rangkaian proses eksploitasi dan produksi batubara adalah memahami benar tipikal batubara dalam hal ini kualitasnya.

Mengingat biaya eksploitasi yang mahal, kita harus memperhitungkan aspek ekonomis. Hanya batubara dengan kualitas yang bagus dan seam-nya (lapisan) tebal akan menjadi titik target untuk ditambang.

Demikian juga dalam rangkaian proses produksi yang pada ujungnya akan berhubungan dengan marketing dimana customer/buyer (pembeli) kita akan membeli produk batubara dengan parameter kualitas tertentu sesuai dengan kebutuhan.

Dengan demikian kualitas batubara merupakan faktor yang sangat penting selain aspek besar cadangan dan lain-lain.  

2.    Kendali Geologi Terhadap Kualitas Batubara

Sebelum membahas tentang beberapa analisa kualitas yang dilakukan di laboratorium maka akan dikupas terlebih dahulu tentang faktor geologi yang mengendalikan kualitas batubara dan parameter kualitas batubara berdasarkan pengamatan di lapangan.

        Faktor Geologi Sebagai Pengendali Kualitas Batubara

Faktor geologi yang akan berdampak pada kualitas batubara secara global adalah cekungan sedimentasi. Cekungan sedimentasi batubara secara umum diklasifikasikan dalam 2 jenis, yaitu cekungan yang berkembang di wilayah kontinen stabil dan cekungan sedimentasi bergerak (mobile), seperti back arc basin atau pull apart basin yang umumnya terbentuk di daerah batas atau dalam kontinen oleh tenggelamnya atau tabrakan antar plate.

Kedua jenis cekungan tersebut berbeda pada mekanisme pembentukan, proses akumulasi tumbuhan, gerakan struktural, perbedaan sifat batubara, dan lain-lain sebagai berikut :

2.1.1 Karakteristik Cekungan Tipe Kontinen Stabil

 Gerakan tektonik        :  tenggelam perlahan di wilayah yang luas.

 Deposit tumbuhan     :  di bawah kondisi teroksidasi dalam basin

yang luas.

 Kuantitas batubara    :  terdapat lapisan batubara yang tipis secara

konsisten dalam daerah yang luas, tetapi cadangan batubara dalam satu satuan luas kecil.

 Struktur batubara       :  kaya akan maseral inertinite dan disertai

maseral vitrinite.

  Coalification              :  Sebanding dengan kedalaman endapan.

2.1.2 Karakteristik Cekungan Tipe Bergerak (Mobile)

Gerakan tektonik         :  gerakan blok

 Deposit tumbuhan     :  di bawah kondisi tereduksi dalam basin yang

sempit.

 Kuantitas batubara    :  terdapat lapisan batubara yang tebal, namun

kurang konsisten dalam daerah penyebaran

yang sempit dengan cadangan batubara dalam satu satuan luas besar.

 Struktur batubara       :  kaya akan maseral vitrinite dan exinite.

 Coalification               :  bukan saja dipengaruhi oleh kedalaman 

endapan tetapi juga oleh gerakan tektonik dan aktifitas gunung api.

        Parameter Kualitas Batubara Berdasarkan Karakteristik Pengamatan di Lapangan

        Warna

Warna batubara bervariasi dari coklat hingga hitam legam. Warna batubara yang hitam, mengkilap, penyusunnya terdiri dari vitrain (berbentuk lapisan, sangat mengkilap, pecahan konkoidal; kaya akan maseral vitrinite yang berasl dari kayu dan serat kayu) dan clarain (berbentuk lapisan-lapisan tipis, sebagian mengkilap dan kusam; kaya akan maseral vitrinite dan liptinite yang berasal dari spora, kutikula, serbuk sari, getah).

Warna hitam    :  bituminous – antrasit (high rank)

Warna coklat    :  lignite (low rank)

           (a)                      (b)                        (c)                    (d)

Gambar V.1 Jenis tekstur batubara : (a) Vitrain ; (b) Clarain ;

                     (c) Durain ; (d) Fusain             

2.2.2 Pelapukan

Batubara yang cepat lapuk (low rank), sedangkan high rank tidak cepat lapuk. Proses penguapan air lembab menyebabkan pecahnya batubara, sehingga mempercepat proses oksidasi dan penghancuran tekstur umum batubara.

2.2.3 Gores

 Warna gores bervariasi dari hitam legam hingga coklat. Lignite mempunyai gores coklat, sedangkan bituminous goresnya hitam sampai hitam kecoklatan.

2.2.4 Kilap

Kilap tergantung dari tipe dan derajat batubara. Kilap kusam umumnya berderajat rendah (low rank), batubara berderajat tinggi (high rank) umumnya mengkilap.

2.2.5 Kekerasan

Kekerasan berhubungan dengan struktur batubara, yaitu komposisi dan jenisnya. Batubara kusam dan berkualitas rendah umumnya keras, sedangkan batubara cerah dan berkualitas baik umumnya tidak keras dan mudah pecah.

2.2.6 Pecahan

Pecahan memperlihatkan bentuk dari potongan batubara dalam sifat memecahnya. Antrasit atau high bituminous pecahannya konkoidal, sedangkan bituminous dan lignite pecahannya tidak teratur.

Batubara dengan kandungan zat terbang (volatile matter) rendah pecahannya meniang, sedangkan batubara kandungan zat terbang tinggi pecahannya persegi atau kubus.

2.2.7 Pengotor atau Parting

Berupa lapisan tipis (bisa berupa batupasir, lanau, lempung) di dalam lapisan batubara, tebalnya bervariasi mulai dari beberapa milimeter sampai beberapa centimeter (max ditambang tebal parting 10 cm).

2.2.8 Cleat

Merupakan rekahan di dalam lapisan batubara khususnya batubara bituminous yang umumnya berupa rekahan pararel dan tegak lurus terhadap lapisan batubaranya. Di dalam cleat sering terisi material klastik seperti batulempung atau batupasir, hal ini menyebabkan meningkatnya kandungan mineral matter,  volatile matter dan abu sehingga nilai kalorinya menjadi rendah. Semakin banyak cleat maka batubara tersebut semakin rendah kalorinya.

3. Pengambilan Sample (Sampling)

 

3.1   Pendahuluan

Sampling secara umum dapat didefinisikan sebagai “Suatu proses pengambilan sebagian kecil contoh (sample) dari suatu material sehingga karakteristik contoh material tersebut mewakili keseluruhan material”.

Didalam industri pertambangan batubara, sampling merupakan hal yang sangat penting, karena merupakan proses yang sangat vital dalam menentukan karakteristik batubara tersebut. Dalam tahap eksplorasi, karakteristik batubara merupakan salah satu penentu dalam studi kelayakan apakah batubara tersebut cukup ekonomis untuk ditambang atau tidak. Begitu pun dalam tahap produksi dan pengapalan atau penjualan batubara tersebut karakteristik dijadikan acuan dalam menentukan harga batubara.

Secara garis besar sampling dibagai menjadi 4 golongan dilihat dari tempat pengambilan dimana batubara berada dan tujuannya yaitu: Exploration sampling, Pit sampling, Production sampling, dan loading sampling (barging dan  transhipment).

Exploration sampling dilakukan pada tahap awal pendeteksian kualitas batubara baik dengan cara channel sampling pada outcrop atau lebih detail lagi dengan cara pemboran atau drilling. Tujuan dari sampling di tahap ini adalah untuk menentukan karakteristik batubara secara global yang merupakan pendeteksian awal batubara yang akan dieksploitasi.

Pit sampling dilakukan setelah eksplorasi bahkan bisa hampir bersamaan dengan proses tambang didalam satu pit atau block penambangan dengan tujuan lebih mendetailkan data yang sudah ada pada tahap eksplorasi. Pit sampling ini dilakukan oleh pit control untuk mengetahui kualitas batubara yang segera akan ditambang, jadi lebih ditujukan untuk mengontrol kualitas batubara yang akan ditambang dalam jangka waktu short term. Pit sampling ini juga dapat dilakukan dengan pemboran juga dengan channel pada face penambangan kalau diperlukan untuk mengecek kualitas batubara yang dalam proses ditambang.

Production sampling dilakukan setelah batubara di proses di processing plant dimana proses ini dapat merupakan penggilingan (crushing) pencucian (washing), penyetokan dan lain-lain. Tujuannya adalah mengetahui secara pasti kualitas batubara yang akan di jual atau dikirim ke pembeli supaya kualitasnya sesuai dengan spesifikasi yang ditentukan dan telah disepakati oleh kedua belah pihak. Dengan diketahuinya kualitas batubara di stockpile atau di penyimpanan sementara kita dapat menentukan batubara yang mana yang cocok untuk dikirim ke  buyer tertentu dengan spesifikasi batubara tertentu pula. Baik dengan cara mencampur (blending) batubara-batubara yang ada di stockpile atau pun dengan single source dengan memilih kualitas yang sesuai.

Loading Sampling; dilakukan pada saat batubara dimuat dan dikirim ke pembeli baik menggunakan barge maupun menggunakan kapal. Biasanya dilakukan oleh independent company karena kualitas yang ditentukan harus diakui dan dipercaya oleh penjual (shipper) dan pembeli (buyer). Tujuannya adalah menentukan secara pasti kualitas batubara yang dijual yang nantinya akan menentukan harga batubara itu sendiri karena ada beberapa parameter yang sifatnya fleksibel sehingga harganya pun fleksibel tergantung kualitas aktual pada saat batubara dikapalkan.

Sampling, preparasi dan analisa sample batubara dengan berbagai tujuan seperti telah dijelaskan di atas,dilakukan dengan menggunakan standar-standar yang telah ada. Dimana pemilihannya tergantung keperluannya, biasanya tergantung permintaan pembeli atau calon pembeli batubara. Standar yang sering digunakan untuk keperluan tersebut diantaranya ; ASTM (American Society for Testing and Materials), AS (Australian Standard), Internasional Standard, British Standard, dan banyak lagi yang lainnya yang berlaku baik di kawasan regional maupun internasional.

3.2   Penggolongan Sampling

3.2.1  Berdasarkan Metode Pelaksanaan

3.2.1.1  Manual sampling

Ada beberapa cara pengambilan sample secara manual.

a)    Pengambilan sample pada Stop Belt

Pengambilan sample cara ini merupakan cara yang terbaik yaitu dengan mempergunakan peralatan frame yang bentuk dan ukurannya disesuaikan dengan bentuk belt conveyor dan ukuran batubara tersebut. Pengambilan sample cara ini dapat dipakai sebagai pembanding dari cara lain terutama dilihat dari kadar abu dan moisture. Perbedaan hasil ini disebut juga bias. Pengambilan sample cara stopped belt kurang disukai karena banyak waktu yang terbuang.

b)    Pengambilan sample dari Falling Stream

Pengambilan sample cara ini ialah mengambil sample batubara saat batubara itu jatuh dari satu belt ke belt berikutnya dan hanya dapat dilakukan apabila:

               Top Size < 63 mm

               Kecepatan Muat < 100 MT/jam

Oleh karena top size batubara umumnya £  50 mm maka pengambilan sample cara ini masih dimungkinkan walaupun kecepatannya + 200 MT/jam. Adapun peralatan yang dipakai adalah ladle bukan scoop.

c)    Pengambilan sample saat belt berjalan (Moving Belt)

Pengambilan sample cara ini sangat sulit dan berbahaya baik untuk fasilitas muat maupun untuk keselamatan tenaga penyampling. Pengambilan sample cara ini hanya dapat dilakukan apabila:

               - Top Size < 63 mm

               - Kecepatan muat < 100 MT/jam

               - Ketebalan batubara < 20 cm

               - Kecepatan belt < 1.5 m/detik

               - Batubara terdiri dari satu jenis

d)    Pengambilan sample dari Dumptruck / Wagon

Pengambilan sample cara ini sangat sulit, karena terjadi segregasi pada saat transportasi. Pengambilan sample pada dumptruck/wagon dilakukan dengan peralatan Auger  atau membor batubara di dalam truk tersebut. Sebaiknya pengambilan samplenya dilakukan saat pemuatan ke truk atau saat pembongkaran dari truk ke stockpile atau hopper.

e)    Pengambilan sample dari Stockpile

Pengambilan sample dari stockpile sangat sulit sekali, karena tingginya lapisan batubara dan untuk itu diperlukan peralatan khusus yaitu Auger atau membor timbunan batubara tersebut.

Oleh karena pada umumnya sample yang diambil dari permukaan saja, maka hasil analisa sample tersebut hanya dapat dipakai sebagai indikasi saja tidak untuk dinegosiasikan.

3.2.1.2  Mechanical sampling

Pengambilan sample secara mekanikal dilakukan pada saat belt tersebut berjalan. Pengambilannya dapat dilakukan dari atas belt (cross belt sampler) atau dari falling stream. Ada beberapa tipe alat untuk pengambilan sample cara ini.

P.T. Adaro adalah salah satu perusahaan yang menggunakan cross belt sampling. Dalam penggunaan cara ini yang harus mendapatkan perhatian adalah alat bantu screpper dan alat pembersih (brush), karena apabila alat tersebut tidak berfungsi, maka kemungkinan batubara halus akan tertinggal (contoh tidak representative) dan untuk itu peralatan harus dikontrol secara rutin.

3.2.2 Berdasarkan Teknis Pengambilan

3.2.2.1 Core Sampling

Sampling batubara dari borehole (drilling) memiliki perbedaan-perbedaan dengan jenis-jenis sampling yang lainnya. Dimana sample batubara pada jenis sampling ini diambil secara mekanikal yaitu dengan core. Jadi yang dimaksud dengan core sampling ini lebih ditujukan bagaimana terhadap prosedur treatment atau penanganan untuk sample yang telah didapat dari borehole tersebut sampai sample tersebut dikirimkan ke laboratorium. ASTM sendiri menspesifikasikan prosedure pengambilan sample dari core ini dalam  ASTM D 5192 – 95. Practice for collection of coal samples from core.

Core Sampling  terdiri dari :

-       Exploration sampling

-       Deep drilling

-       Shalow drilling

-       Pit sample

-       Pit drilling

Gambar V.2 Sample dari hasil coring

Gambar V.3 Drilling rig

3.2.2.2    Channel Sampling

Channel sampling adalah pengambilan sample dari lapisan batubara dengan membuat torehan memanjang menurut ketebalan batubara atau endapan bahan galian lainnya. Sample ini mewakili penampang batubara menurut ketebalannya. Sample ini biasanya diambil di sekitar singkapan. Sebelum melakukan penyampelan, sumuran atau parit memanjang dibuat untuk membuka satu sisi batubara segar. Channel sampling terdiri dari :

-       Explorasi sampling

-       Outcrop sampling

-       Pit sampling 

-       Seam face sampling

3.2.2.3        Bulk Sampling

Bulk sampling adalah pengambilan sample dalam jumlah besar yang diambil secara sistematik dalam interval tertentu. Untuk batubara, bulk sample pada awalnya adalah contoh sebanyak satu lori (gerobak) pada interval tertentu sepanjang lapisan batubara untuk analisa ukuran dan pengotor (abu). Tetapi pengertian ini semakin meluas. Tambang-tambang batubara di Indonesia dapat mengambil lebih dari 100000 ton batubara sebagai sample terutama untuk uji bakar pada PLTU, termasuk uji penambangan, uji pengolahan, uji pengangkutan, uji pengapalan, dan uji pemasaran.  Bulk sampling terdiri dari :

-       Stasionary sampling

-        Stockpile sampling

-        Wagon sampling

-        Coal truck sampling

-       Moving sampling

-       Cross belt sampling

-       Stop belt sampling

-       Falling stream sampling

-       Moving bucket sampling

4.  Analisa Kualitas Batubara

Berikut adalah analisa-analisa yang dilakukan untuk mengetahui kualitas batubara :

4.1   Proximate Analysis

Proximate analysis adalah rangkaian analisis yang terdiri dari inherent moisture, total moisture, ash, volatile matter dan fixed carbon.

4.1.1 Inherent Moisture

Inherent moisture disebut juga bed moisture atau in-situ moisture adalah moisture yang terkandung dalam batubara (dalam molekul batubara) di lapisan bawah tanah.

Untuk mensimulasi kondisi bawah tanah, yang mempunyai kelembaban relatif 100%, sulit untuk dilakukan, sehingga untuk mengetahui kandungan inherent moisture yang tepat sulit dilakukan. Sebagai pendekatan dibuatlah suatu tes dengan kondisi simulasi yang dapat dilakukan di laboratorium. Kondisi tersebut yaitu kelembaban relatif 96-97% dan suhu 30^oC.

Oleh karena adanya perbedaan kondisi tersebut, maka perbedaan antara hasil analisis dengan inherent moisture yang sebenarnya selalu ada, terutama pada lower rank coal (batubara derajat rendah) yang kandungan moisturenya tinggi.

Moisture holding capacity (ISO, BS dan AS) atau equilibrium moisture (ASTM) adalah analisis untuk menentukan kandungan moisture tersebut. Hasil pemeriksaan analisis ini, dari laboratorium ke laboratorium diharapkan konstan, karena contoh sebelum dianalisis dikondisikan terhadap kondisi standar                              (suhu 30^oC;kelembaban 96-97%).  Kondisi contoh yang dianalisis sangat menentukan hasil analisis, oleh karena itu contoh harus sesegar mungkin (tidak boleh teroksidasi).

Antara metode standar ASTM dengan metode standar lainnya (ISO, BS, dan AS) ada perbedaan pada ukuran partikel contoh yang dipergunakan untuk analisis. ASTM menggunakan partikel berukuran 1.18mm, sedangkan metode standar lainnya menggunakan partikel berukuran  -0.212mm.

4.1.2 Total Moisture

Total moisture (TM) adalah moisture yang terkandung dalam   contoh batubara yang diterima di laboratorium, yang mana menggambarkan kandungan moisture sumber batubara yang diambil contohnya tersebut.

Salah satu penetapannya adalah dengan metode two-stage determination. Dalam metode ini penetapan dilakukan dengan dua analisis yang berkaitan. Pertama dilakukan dengan analisis free moisture kemudian dilanjutkan dengan analisis residual moisture.

Dalam ISO, BS, dan AS : Free moisture adalah istilah yang digunakan untuk menggambarkan persen jumlah air yang menguap dari contoh batubara yang dikeringkan pada kondisi ruangan (suhu dan kelembaban ruangan) yang kadang-kadang dibantu dengan hembusan kipas angin. Pengeringan dilakukan sampai mendapat berat konstan.

Air dry loss adalah istilah yang dipergunakan oleh ASTM untuk menyebutkan istilah free moisture ini, sedangkan istilah free moisture dalam ASTM mempunyai pengertian yang berbeda sama sekali. Dalam ASTM : Free moisture adalah istilah yang dipergunakan untuk menggambarkan moisture yang terdapat pada permukaan partikel batubara pada kondisi tertentu yang dalam ISO, BS dan AS dipergunakan istilah surface moisture.

Residual moisture adalah jumlah persen moisture yang terkandung pada contoh batubara yang sebelumnya telah dikeringkan          (air dried), baik itu contoh yang telah dihaluskan sampai ukuran partikel  212/250 micron (untuk general analysis), maupun contoh yang telah digiling sampai ukuran yang lebih kasar, seperti 0.250, 0.850, 2.36, dan 3.00mm.

Hasil analisis free moisture dan residual moisture kemudian dihitung untuk mendapatkan total moisturenya dengan rumus       TM = FM + RM*(1-FM/100).

4.1.3 Ash

Batubara tidak mengandung ash, tetapi mengandung zat  anorganik berupa mineral.

Ash (A) adalah residu anorganik hasil pembakaran batubara, terdiri dari oksida logam seperti Fe₂O₃, MgO, Na₂O, K₂O, dsb, dan oksida non-logam seperti SiO₂, P₂O₅, dsb.

Penetapan ash merupakan bagian dari analisis proximate. Prinsip dari penetapan ini ialah sejumlah contoh batubara yang sudah dihaluskan (+1 gram) dibakar pada suhu dengan rambat pemanasan tertentu sampai didapat residu (abu). Residu yang didapat ditimbang dan dihitung jumlahnya dalam persen.

Nilai kandungan ash suatu batubara selalu lebih kecil daripada nilai kandungan mineralnya. Hal ini terjadi karena selama pembakaran telah terjadi perubahan kimiawi pada batubara tersebut, seperti menguapnya air kristal, karbondioksida dan oksida sulfur.

4.1.4 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.

4.1.5 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).

4.2    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.

     Gambar V.4 Bagan alat untuk mengukur total sulfur

4.3   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.

                                                                                      

            Gambar V.5 Adiabatic bomb calorimeter

               (untuk menghitung nilai kalori)

4.4   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.

  Gambar V.6 Grafik hubungan antara nilai ash dan relatif density

  

      

4.5   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.

4.6   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.

4.7   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.

4.8   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.

4.9   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.

4.10  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

4.11 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^oC) sangat cocok dipergunakan pada operasi dengan sistem penanganan/pembuangan abu berupa lelehan.

              

4.12 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.

4.13 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.

4.14 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.

4.15 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.

             Gambar V.7 Bagan alat untuk mengukur

                 Crusible Swelling Number

4.16 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.

4.17 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

4.18 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 tersebut.

4.19 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.

Gambar V.8 Bagan alat coke oven untuk coke properties

5.   Kualitas Batubara dan Aspek Pemanfaatan

Demikian di atas telah diuraikan secara garis besar parameter kualitas batubara. Berbicara tentang aspek pemanfaatan, setiap konsumen memiliki standar kualitas yang berbeda-beda tergantung pada kebutuhannya.

Jadi sekarang berkembang sudut pandang, kualitas tidak selalu mutlak berbicara tentang nilai saja tetapi juga kejelian memanfaatkan nilai yang sudah ada dan menentukan sasaran pasar yang tepat sehingga batubara kita tetap punya nilai jual.

Pada halaman selanjutnya akan diperlihatkan beberapa tabel (tabel V.3; V.4; V.5) yang mewakili beberapa konsumen mengenai parameter-parameter kualitas yang diinginkan. Kebutuhan akan kualitas batubara antara pabrik semen, pabrik kokas, pembangkit tenaga listrik dan sebagainya berbeda satu sama lain.

Demikian wawasan setiap kita dari setiap sudut pandang dan perhitungan harus luas dan mendalam sehingga tepat pada sasaran.  

Tabel V.3

Kualitas Batubara yang Dibutuhkan

      Oleh Pabrik Semen

Parameter	Yang Diinginkan	Limit Tipikal	Keterangan
Total moisture (%-ar) Free moisture (%-ar)	4 – 8 rendah	max 12 (max 15) max 10 – 12	Nilai kalori net berkurang. Akan menimbulkan masalah pada penggilingan dan penanganan. Limit untuk low rank coal lebih tinggi.
Ash (%-ad)	< 15	max 20 (max 40 – 50)	Pengaruh abu kecil tetapi kadarnya harus tetap (+2%). Komposisi abu harus konsisten karena diperlukan dalam pengaturan penambahan bahan baku.
Volatile matter (%-dmmf)	Beragam	(max 24)	Tergantung sistem pembakaran tetapi biasanya fleksibel.
Gross Calorivic Value (MJ/kg-ad)	Beragam	(min 21.0)	Basis yang diinginkan konsumen bermacam-macam (gross/net, ad/ar).
Total Sulphur (%-ad)	< 2%	max 2 – 5	Tergantung dari kandungan sulfur bahan baku. Kadar sulfur clinker < 1.3%
Chlorine (%-ad)	Rendah	(max 0.1)	Dalam proses kering, kandungan chlorine dalam clinker < 0.03%. Tergantung dari kandungan chlorine bahan baku, maksimum dalam batubara beragam sampai 0.01%.
P2O5 Ash analysis (%)	< 2%	(max 6 – 8)	Kandungan P2O5 dalam clinker < 1%
Hardgrove grindability index	Tinggi	Min 50 – 55 (min 40)	Tergantung dari kapasitas penggerusan serta jumlah produksi yang diinginkan.
Max particle size (mm)	25 – 30	35 – 40	Tergantung limit ukuran partikel yang dapat diterima oleh alat penggerus.
Fines content (<0.5mm) (%)	15 – 20	25 – 30	Terlalu banyak yang halus akan menimbulkan masalah pada waktu penanganannya terutama kalau basah, bahkan total moisture akan lebih besar apabila terlalu banyak yang halus.

Catatan    :  Limit tipikal adalah limit yang pada umumnya diinginkan para  

konsumen, angka dalam kurung adalah angka yang menunjukkan

limit pada kasus tertentu.

Tabel V.4

Kualitas Batubara yang Dibutuhkan

         Oleh Pabrik Kokas

Parameter	Yang Diinginkan	Limit Tipikal	Keterangan
Total moisture (%-ar)	5 – 10	max 12 (max 15)	Akan menimbulkan masalah pada penggilingan dan penanganan.
Ash (%-ad)	Rendah	max 6 – 8 (max 10 – 12)	Kandungan abu kokas hendaknya rendah untuk mengurangi kerak pada blast furnace.
Volatile matter (%-dmmf)	Beragam	16 – 21 21 – 26 26 – 31	low volatile coal medium volatile coal high volatile coal
Total sulphur (%-ad)	Rendah	max 0.6 – 0.8 (max 1.0)	Kandungan sulfur kokas hendaknya rendah agar penyerapan sulfur oleh pig iron dalam blast furnace dikurangi.
Phosphorus (%-ad)	Rendah	max 0.1	Phosphorus dalam baja akan membuat baja cepat rapuh.
Free swelling index	7 – 9	min 6
Roga test	60 – 90	min 50
Gray-King coke type	G6 – G14	min G4 – G5
Audibert-Arnu dilatometry  max dilatation (%)	25 – 70 80 – 140 150 – 350	min 20 min 60 min 100	low volatile coal medium volatile coal high volatile coal
Gieseler plastometry Fluidity range (oC)	above 80 above 100 above 130	min 70 min 80 min 100	low volatile coal medium volatile coal high volatile coal
Data caking/coking di atas hanya sebagai penunjuk potensi batubara untuk dibuat kokas. Prediksi kinerja batubara dalam coke oven yang lebih dapat dipercaya memerlukan tes yang lebih ekstensif. Prime coking coal adalah batubara yang memenuhi deretan kualitas yang paling atas. Blend coking coal tidak harus mengikuti deretan kualitas di atas, karena juga tergantung dari batubara yang dipakai untuk pencampurnya.

Catatan    :  Limit tipikal adalah limit yang pada umumnya diinginkan para  

konsumen, angka dalam kurung adalah angka yang menunjukkan

limit pada kasus tertentu.

Tabel V.5

Kualitas Batubara yang Dibutuhkan Oleh Pembangkit Tenaga Listrik

Parameter	Yang Diinginkan	Limit Tipikal	Keterangan
Total moisture (%-ar) Free moisture (%-ar)	4 – 8 [][] rendah	max 12 (max 15) max 10 – 12	Nilai kalori net berkurang. Akan menimbulkan masalah pada penggilingan dan penanganan. Limit untuk low rank coal lebih tinggi.
Ash (%-ad)	Rendah	max 15 – 20 (max 30)	Nilai kalori berkurang. Limit tergantung pada kemampuan alat dalam penangananan dan pembuangan abu.
Volatile matter (%-dmmf)	25 – 30 15 – 25	min 25 max 25	Side-fired p.f furnace Down –fired p.f furnace
Gross Calorivic Value (MJ/kg-ad)	Tinggi	min 24 – 25	Basis yang diinginkan konsumen bermacam-macam (gross/net, ad/ar).
Total Sulphur (%-ad)	Rendah	max 0.5 – 1.0 (max 2.0)	Limit maksimum tergantung peraturan daerah tentang polusi. Inggris 2%, Jerman 1%, Jepang 0.5%.
Chlorine (%-ad)	Rendah	max 0.1 – 0.3 (max 0.5)	Sebagai penunjuk kandungan alkali. Harus rendah untuk mengurangi kecenderungan terjadinya fouling.
Ash Fusion temp. (oxidizing/reducing) (oC)	Tinggi ISO A Rendah ISO C	min 1200 (min 1050) max 1350 (max 1430)	Dry bottom furnace. Tergantung fleksibilitas dan prosedur operasi alat. Wet bottom furnace. Tergantung suhu operasi. Kondisi tanur yang menentukan oxidicing dan reducing yang diperlukan ash fusion.
Nitrogen (%dmmf)	Rendah (0.8 – 1.1)		Yang diinginkan rendah untuk mengurangi pembentukan Nox.
Hardgrove grindability index	Tinggi	min 50 – 55 (min 45)	Tergantung dari kapasitas penggerusan serta jumlah produksi yang diinginkan.
Particle size max (mm)	25 – 30	35 – 40	Tergantung limit ukuran partikel yang dapat diterima oleh alat penggerus.
Fines content (less than 0.5 mm) (%)	15 – 20	25 – 30	Terlalu banyak yang halus akan menimbulkan masalah pada waktu penanganannya terutama kalau basah, bahkan total moisture akan lebih besar apabila terlalu banyak yang halus.