KUALITAS BATUBARA

PENGENALAN UMUM

Batubara merupakan endapan organik yang mutunya sangat ditentukan oleh beberapa faktor antara lain tempat terdapatnya cekungan , umur dan banyaknya kontaminasi. Didalam penggunaannya perancangan mesin yang mempergunakan batubara sebagai bahan bakr harus menyesuaikan dengan kualitas batubaranya agar mesin yang dipergunakan tahan lama.

Batubara merupakan bahan baku pembangkit energi yang dipergunakan untuk industri. Mutu dari batubara akan sangat penting dalam mentukan peralatan yang dipergunakan. Untuk mengetahui kualitas suatu batubara maka yang terlebih dahulu kita harus perhatikan adalah:

§     Komposisi kimia batubara

§     Sampling batubara

§     Analisa kimia batubara

§     Klasifikasi dan tingkatan batubara

Dari masing-masing unsur yang kita bicarakan diatas akan dibahas pada uraian dibawah ini.

I. KOMPOSISI KIMIA BATUBARA

Batubara terbentuk dari sisa tumbuhan mati dengan komposisi utama dari cellulosa. Proses pembentukan batubara atau coalification yang dibantu oleh faktor fisika, kimia alam akan merubah cellulosa menjadi lignit, sub-bitomine, bitumine dan anthrasit. Reaksi pembentukan batubara dapat digambarkan sebagai berikut :

5(C6H10O5)                    C20H22O4 + 3CH4 + 8CH2O + 6CO2 + CO

                    cellulosa                            lignit     gas metan

5(C6H10O5)                     C20H22O4 + 3CH4 + 8H2O + 6CO2 + CO

                    cellulosa                         bitumine    gas metan

keterangan :

cellulosa (zat organik) yang merupakan zat pembentuk batubara.

Unsur C dalam Lignit lebih sedikit dibanding bitumine.

Semakin banyak unsur C lignit semakin baik mutunya.

Unsur H dalam Lignit lebih banyak dibandingkan pada bitumine.

Semakin banyak unsur H Lignit makin kurang baik mutunya.

Senyawa CH4 (gas metan) dalam lignit lebih sedikit dibandingkan dalam bitumine.

Semakin banyak CH4 lignit semakin baik kualitasnya.

Gas-gas yang terbentuk selama proses coalification akan masuk kedalam celah celah vein batulempung dan ini sangat berbahaya. Gas yang sudah terakumulasi didalam celah vein. Terlebih-lebih  apabila terjadi kenaikan temperatur, karena tidak dapat keluar, sewaktu-waktu dapat meledak dan terjadi kebakaran. Oleh sebab itu mengetahui bentuk deposit batubara dapat menentukan cara penambangan yang akan dipilih dan juga meningkatkan keselamatan kerja.

II. SAMPLING BATUBARA

II.1. PENDAHULUAN

Sampling secara umum dapat didefinisikan sebagai; “Suatu proses pengambilan sebagian kecil contoh 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 explorasi, karakteristik batubara merupakan salah satu penentu dalam study 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)

Explorasi 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 diexploitasi.

Pit sampling dilakukan setelah explorasi bahkan bisa hampir bersamaan dengan progress tambang didalam satu pit atau block penambangan dengan tujuan lebih mendetailkan data yang sudah ada pada tahap explorasi. Pit sampling ini dilakukan oleh pit control untuk mengetahui kualitas batubara yang segera akan ditambang, jadi lebih ditujukan untuk mengkontrol 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 progress ditambang.

Production sampling; dilakukan setelah batubara di proses di prosesing 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 actual pada saat batubara dikapalkan.

Sampling, preparasi dan analisa sample batubara dengan berbagai tujuan seperti telah dijelaskan di atas,dilakukan dengan menggunakan standard – standard yang telah ada. Dimana pemilihannya tergantung keperluannya, biasanya tergantung permintaan pembeli atau calon pembeli batubara. Standard 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. Dalam pembahasan Sampling, preparasi dan analisa di bab-bab berikut ini adalah mengambil salah satu standard yaitu ASTM standard karena standard ini yang paling sering digunakan di PT. Mahakam Sumber Jaya.

II.2.  PENGGOLONGAN SAMPLING

II.2.1. Berdasarkan metoda pelaksanaannya sampling dapat dibagi menjadi dua golongan yaitu;

II.1.1   Manual sampling

II.1.2   Mechanikal sampling

II.2.2. Sedangkan berdasarkan teknis pengambilannya Sampling dapat dibagi menjadi beberapa golongan sebagai berikut;

II.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 atas :

-          Exploration sampling

-          Deep drilling

-          Shalow drilling

-          Pit sample

-          Pit drilling

II.2.2.2   Channel sampling

-          Explorasi sampling

-          Outcrop sampling

-          Pit sampling 

-          Seam face sampling

II.2.2.3. Bulk sampling

-          Stasionary sampling

-      Stockpile sampling

-      Wagon sampling

-      Coal truck sampling

-          Moving sampling

-          Cross belt sampling

-          Stop belt sampling

-          Falling stream sampling

-          Moving bucket sampling

-          DLL.

III. ANALISA KIMIA BATUBARA

Analisa batubara banyak macammya, tetapi pada umumnya anlisa yang dipakai oleh beberapa perusahaan hanya mengunakan parameter analisa Total Moisture, Proximate, Total Sulfur, Caloric Value, dan Relative Density. Pada Perusahaan PT. Mahakam Sumber Jaya analisa yang dipakai adalah TM, Proximate, TS, CV, RD, Ash Analysis, Ash Fusion Temperature, Ultimate, HGI dan Major Trace Element Analysis, berikut akan kami terangkan satu demi satu.

III.1. TOTAL MOISTURE

Total moisture biasanya ditentukan pada batubara mulai dari explorasi sampai transshipment. Dalam explorasi, TM ditentukan untuk memperkirakan nilai TM batubara in-situ sekaligus untuk menentukan nilai surface moisturenya dari selisih antara TM dan EQM. Pada coal in bulk, nilai TM ini dipengaruhi oleh

n  Luas permukaan batubara (size distribusi),

n  Cuaca

n  Coal Properties

Dalam penjualannya nilai TM sangat diperhatikan dan menentukan harga dari batubara tersebut selain berpengaruh pada nilai parameter-parameter lain dalam basis as received

III.2.1. PROXIMATE

Analisa ini merupakan analisa standard yang digunakan berbagai perusahaan batubara untuk menentukan qualitas dari suatu seam batubara pada suatu daerah. Rangkaian analisa ini menghasilkan qualitas dari batubara meliputi IM, ASH,VM, FC, dan TS. Tetapi pada umumnya suatu company menggolongkan analisis TM, IM, ASH, VM, FC, TS, CV, dan RD menjadi satu yaitu analisis Proximate. Pembahasan dari masing-masing analysis akan diterangkan dibawah

III.2.2. MOISTURE

Moisture yang terdapat dalam batubara pada prinsipnya terdiri dari dua jenis yaitu Inherent Moisture dan Extraneous Moisture. Inherent moisture nilainya relatif tetap, tidak fluktuatif dan tidak terpengaruh oleh humiditas dan juga tidak dapat dihilangkan dengan air drying pada ambient temperature. Inherent moisture ini hanya bisa dihilangkan dengan pemanasan dengan temperature diatas 100 derajart Celsius. Sedangkan Extraneous moisture adalah moisture yang berasal dari luar seperti dari air hujan, air siraman air genangan dan lain-lain. Moisture ini sering juga disebut surface moisture karena dianggap moisture ini hanya berada dipermukaan partikel batubara. Moisture ini ada di dalam batabara setelah batubara terbentuk. Nilai dari moisture ini berubah-ubah sesuai dengan perubahan humiditas dimana batubara tersebut berada.

Adapun faktor lain yang mempengaruhi naik turunnya nilai moisture ini adalah ;

1.      Luas permukaan batubara

2.      Banyaknya air yang tercurah kedalam batubara tersebut.

Total Moisture adalah jumlah dari kedua jenis moisture tersebut.

  

TM = IM + EM

Istilah TM. IM dan EM diatas adalah merupakan istilah pengertian atau filosofi bukan merupakan istilah parameter. 

Metoda penentuan moisture bermacam-macam jenis parameternya tergantung dari interpretasi dari nilai moisture yang diinginkan. Beberapa contoh parameter dari moisture adalah sebagai berikut ;

·         Total Moisture (disebut juga ;  as received moisture, as sampled moisture)

·         Air dried moisture (disebut juga ; Inherent moisture (AS standard), moisture in the analysis sample, as determined moisture, as analysed moisture)

·         Equilibrium moisture (EQM) (disebut juga ; Inherent moisture(ASTM), in-situ moisture, bed moisture, Moisture Holding Ccapacity (MHC dalam ISO)  )

·         Transportable moisture / flow moisture.

Selain istilah-istilah moisture diatas yang merupakan parameter, ada juga istilah lain yang merupakan tahapan penentuan TM yaitu Air dry loss moisture, free moisture, dan residual moisture. Akan tetapi nilainya tidak biasa dilaporkan secara individual melainkan dilaporkan sebagai gabungan yaitu sebagai Total moisture.

Didalam industri perbatubaraan nilai moisture merupakan parameter yang pasti ada dalam transaksi jual beli batubara dan sangat diperhatikan dikarenakan oleh pengaruh negative dari nilai moisture ini.

Pengaruh negative secara komersial adalah ;

1.      Mengurangi volume batubara itu sendiri secara kuantitas

2.      Menambah energy untuk menaikan temperature baik pada primary air maupun secondary air pada saat injeksi PCI fuel dilakukan kedalam boiler. Biasanya hal ini terjadi apabila batubara yang digunakan di Power station dengan cara injection.

3.      Moisture adalah non combustible material dalam batubara bahkan sebaliknya ikut mengkonsumsi panas pada saat batubara tersebut dibakar sehingga mengurangi panas yang dihasilkan dari pembakaran batubara tersebut.

Untuk mengurangi kerugian yang diakibatkan oleh berkurang atau bertambahnya volume batubara yang diakibatkan oleh naik turunnya moisture (no. 1), didalam kontrak jual beli batubara biasanya selalu ada price adjusment yang seiring dengan naik turunya nilai moisture. Adjustmentnya ada yang langsung ke kuantitas yaitu dengan mengkalkulasi pertambahan moisture sebagai volume batubara yang hilang, sehingga dengan suatu formula akan didapat adjustment tonnase actual yang akan dijadikan dasar pada paymentnya.

Ada pula adjustment langsung dengan pengurangan atau penambahan dasar harga per ton batubara seiring dengan naik turunya moisture tersebut. Bahkan banyak juga yang menempatkan nilai moisture ini dalam term rejection limit. Sedangkan untuk megurangi kesalahan perkiraan nilai kalori yang dihasilkan didalam penggunaannya (no. 3), biasanya Buyer juga membuat spesifikasi nilai kalorinya dalam basis NAR (Net as received) Karena nilai kalori dalam basis inilah yang lebih mendekati ke actual kalori yang dihasilkan pada saat batubara tersebut dibakar.

Jadi jelaslah bahwa betapa berartinya nilai moisture dalam batubara terutama untuk tujuan komersial. Tentu saja baik Seller maupun Buyer tidak ada yang mau dirugikan atas akibat negatif dari nilai moisture ini. Kalau Buyer berusaha dengan membuat suatu spesifikasi yang ketat, sebaliknya bagi Seller harus mengupayakan bagaimana caranya untuk mengurangi akibat dari moisture ini, baik untuk mengkatrol harga dasar maupun untuk mencegah rejection yang akibatnya sangat fatal bagi Seller. Selain itu juga untuk menjaga kesan yang baik dan kepuasan bagi Customer dengan memberikan kualitas yang sama atau paling tidak mendekati guarantee specification secara konsisten.

III.2.3. ASH

Ash atau abu merupakan istilah umum sebagai sisa pembakaran.

Mineral dalam batubara digolongkan menjadi tiga kategori yaitu:

n   Mineral matter: unsur-unsur yang terikat secara organik dalam rantai carbon sebagai kation pengganti hidrogen. Contoh Kalium dan sodium

n   Inherent ash: superfine discrete mineral yang masih dapat tertinggal dalam partikel batubara setelah dihaluskan misalnya alumina dan besi 

n   Extraneous ash: yang termasuk kedalam kategori ini adalah tanah atau pasir yang terbawa pada saat penambangan batubara.

III.2.4. VOLATIL MATTER

Volatile matter adalah zat terbang yang terkandung dalam batubara.Zat yang terkandung dalam volatile matter ini biasanya gas hidrokarbon terutama gas methane. Volaitile matter ini berasal dari pemecahan struktur molekule batubara pada rantai alifatik pada temperature tertentu. Di laboratorium penentuannya dengan cara memanaskan sejumlah batubara pada temperature 900 derajat Celsius.

Sifat dalam coal combustion, volatile matter memegang peranan penting karena ikut menentukan sifat-sifat pembakaran seperti efisiensi pembakaran karbon atau carbon los on ignition. Volatile matter yang tinggi menyebabkan batubara mudah sekali terbakar pada saat injection ke dalam suatu boiler.

Volatile matter juga digunakan sebagai parameter dalam memprediksi keamanan batubara pada  Silo Bin, Miller atau pada tambang-tambang bawah tanah. Tingginya nilai volatile matter semakin besar pula resiko dalam penyimpananya terutama dari bahaya ledakan.

III.2.5. FIXED CARBON

Fixed carbon adalah adalah parameter yang tidak ditentukan secara analisis melainkan merupakan selisih 100 % dengan jumlah kadar moisture, ash, dan volatile matter.

Fixed carbon ini tidak sama dengan total carbon pada Ultimate.

Perbedaan yang cukup jelas adalah bahwa Fixed carbon merupakan kadar karbon yang pada temperature penetapan volatile matter tidak menguap. total carbon yang ditentukan pada Ultimate analysis merupakan semua carbon dalam batubara kecuali carbon yang berasal dari karbonat.

III.3. TOTAL SULFUR

Sulfur didalam batubara terdiri dari dua jenis yaitu

n  sulfur organik ada dalam batubara seiring dengan pembentukan batubara dan berasal dari tumbuhan pembentuk batubara tersebut

n  sulfur anorganik. anorganik sulfur berasal dari lingkungan dimana batubara tersebut terbentuk. Ada dua jenis sulfur anorganik yaitu

o      Pyritic sulfur dan

o      sulfat sulfur.

Dalam utilisasi di industri, sulfur yang tinggi dapat menimbulkan emisi SO2 yang konsentrasinya tidak boleh tinggi karena dapat menyebabkan hujan asam. Selain itu SO2 juga termasuk corrosive constituent bersama chlorine yang dapat merusak metal dalam boiler.

Analisa reguler yang ditentukan baik untuk explorasi, produksi, dan shipment adalah total sulfur yang biasanya ditentukan dengan high temperature method

III.4. CALORIC  VALUE

Nilai Kalori atau Calorific Value adalah jumlah unit panas yang dikeluarkan per unit bahan bakar yang dibakar dengan oxygen, nitrogen dan oksida nitrogen, carbondioksida, sulfurdioksida, uap air dan abu padat

Penentuan  nilai  kalori  batubara  yang digunakan di sini  adalah  dengan  alat Calorimeter  dengan  sistem Isoperibol. Alat  ini menggunakan  siklus  Isotermik, dimana secara komputerize, panas yang  dihasilkan dari  pembakaran batubara  dalam calorimeter tersebut dikonversikan    ke dalam   satuan  Calori  per gram (Cal/g).

III.5. RELATIVE DENSITY

Relative Density adalah hasil yang didapatkan untuk mengetahui berat jenis batubara. Apabila suatu seam memiliki hasil RD, kemudian dikalikan dengan ketebalan batubara akan didapatkan tonase dari seam tersebut  

III.6. ULTIMATE

Ultimate analysis adalah penentuan karbon dan hidrogen yang ada didalam material yang diperoleh dan produk gas dari hasil combustion yang sempurna dan penentuan sulfur, nitrogen dan abu yang ada didalam material, serta perhitungan kandungan oksigen.

Pada umumnya hasil analisis ini dilaporkan dengan basis daf atau dmmf. Unsur yang diperoleh;

Ø  karbon dan hidogen :

pembentuk utama bahan organik dalam batubara. Terlepas dalam bentuk CO2 dan H2O sewaktu pembakaran. Akan tetapi CO2 ada juga dari karbonat dan H2O dari lempung

Ø  Nitrogen:

Berasosisisai hanya dengan bahan organi. Dapat memdorong terjadinya polusi bila batubara terbakar.

Ø  Sulfur :

Terdapat dalam 3 bentuk yaitu

> Sulphur organik : terikat dengan bahan organik

> Sulfur piritik : bagian dari mineral sulphida

> Sulphat

Sulphur bermasalah sewaktu pemakaian, karena: korosi, fouling, polusi udara

Ø  Oksigen

Okigen pada batubara diperlukan dari 100% dikurangi jumlah persen karbon, hidrogen, nitrogen, toatal sulfur dan abu.

III.7. ASH ANALYSIS

Ash pada umumnya terdiri dari ikatan dari logam Silikon, Aluminium, Besi dan Kalsium serta kandungan lain yang lebih kecil seperti Titanium, mangan, magnesium, sodium dan potassium dimana semuanya terjadi dalam bentuk silicates, oksida, sulphida, sulfat dan phospat.

Element lain seperti arsen, copper, timbal, nikel, zinc dan uranium dapat dilaporkan dalam jumlah yang sangat kecil.

Pengetahuan mengenai komposisi sebenarnya dari ash sangat penting untuk memprediksi karakteristik dan behaviour batubara jika digunakan dalam berbagai aplikasi di dunia industri.

III.8. ASH FUSION TEMPERATURE

Ash Fusion Temperature menggambarkan karakteristik pelunakan dan pelelehan ash, dan diukur  menurut standar prosedur tertentu dengan cara pemanasan secara gradual terhadap sample yang sudah disiapkan dalam bentuk cone untuk selanjutnya diamati profil perubahannya.

Temperatur dicatat pada sifat-sifat yang menunjukkan:

o  initial Deformation

o  Spherical

o  Hemispherical

o  Flow

III.9. HARDGROVE GRINDABILITY INDEX

Merupakan suatu bilangan yang dapat menunjukkan mudah sukarnya batubara digerus menjadi bahan serbuk. Makin kecil bilangannya makin keras keadaan batubaranya. Harga hardgrove index untuk batubara di Indonesia berkisar antara 35-60.