Mineral Processing

Main objective of mineral processing in mining industry is to extract and to recover metals from its mineral occurrence in ore. Metals recovered are valuable and economically in mining projects. For example, gold mining operations take and send ore to processing plant to get gold as metal from rock. Mining processing is downstream industry in integrated mining industry system. It consist to several processes from liberation processing to metallurgical extraction or refining. This industry is commonly separated from mining operation process in the field. In projects, company could mine from certain rich resources country and send ores out of mining area as raw materials to be processed. These are known as raw materials exported products in several mining countries like Chile, Peru or Indonesia. Mineral processing is also main process in mining industry which could not be neglected its contribution for countries’ income. Nowadays, mineral processing concepts are used to recycling industries to extract metals from scraped products or also known as urban mining. 

Mining MES

Technology in mineral processing is developing more and more. The challenges given to recover as many as possible metals from any kinds of ore grade in economically project are encouraging technology to be researched and to be applied later. The technology itself could be divided based on processes from comminution (crushing-grinding), screening-classification (separation-extraction and concentration), to concentrate and metallurgical treatment (including refining). Each process has different technology development. Comminution process is to liberate or to unlock mineral from ores before separation. Rod mill, Ball mill and SAG mill as examples are combining in comminutioning process based on particle size and hardness after crushing. Rod mills are suitable for preparation of feed to gravity concentrators, certain flotation processes, magnetic cobbing and ball mills. Actual diameters in use for rods range from 25 to 150mm.  The  smaller the  rods the  larger  is  the  total  surface  area  and  hence  the greater  is  the  grinding  efficiency. Rod  mills  are  normally  run  at  between  50  and 65%  of  the  critical  speed. The  feed  pulp  density  is  usually between  65  and  85%  solids  by  weight,  finer  feeds requiring  lower  pulp  densities. Ball mills. It is final stage of comminution using steel balls as grinding medium, known as ball mills. This is capable for fine grinding finishing because of greater surface area per unit weight than rod mill. The balls could be stone (pebbles, like South African gold mines) or metal which grinds materials by friction and impact with the tumbling balls. Balls has ratio length to diameter about 1 – 1.5 only. 

Based on explanation below, there are several point different among them. Crushing is usually undertaken in dry process and several processes in reduction sizes. Grinding could be done in dry and wet process to provide slurry feed for concentration process. For classification process is to separate mixture of minerals products. Classification is a method of separating mixtures of minerals into 2 or more products on the basis of velocity with which the grain fall through a fluid medium in which is influenced by size, specific gravity and shape of particles.  (Heiskanen, 1993). This is usually applied to minerals which are too fine to be separated by screening. In classification principles, there are two things important influenced namely free settling and hindered settling. Free settling refers to total volume of sinking of particles in volume of fluid. Newton’s law and Stoke’s law are related directly to free settling understanding about velocity factors in different particles size. Hindered settling refers to effects of reducing size effects and increasing density effect on classification. This ratio is always greater than free settling ratio.  These two settlings influence classifier types designed and built to get the most effective one.

The separation could be in many technologies like gravity separation, dense medium separation (DMS), flotation, magnetic separation, electrostatic separation, shape separation and leaching-extraction. Separation is chosen or classified to several factors related physical-chemical characteristics of feed. In metallurgical treatment, processes are classified into pyrometallurgy and hydrometallurgy chosen based on mineral types, like oxide mineral or sulphide mineral. For examples are flotation and solvent extraction-electron winning (SX-EW) in copper processing. Refining is a process to refine and to produce metals as 99.99% quality. All processes in mineral processing are subject to get as many as possible recovered metals economically.

Simplified schematic of an SX plant using Mixer-Settlers (source: postmixing.com)

Konsep Tabling

Pemisahan mineral ekonomis dan pengotornya dapat dilakukan dengan memanfaatkan perbedaan sifat fisik antara material ekonomis dan pengotornya. Salah satu sifat fisik yang dapat digunakan untuk memisahkan mineral tersebut adalah perbedaan densitas. Akibat adanya pengaruh atau konsentrasi gravitasi, material-material dengan densitas yang besar akan mengendap dan memisah dari material-material dengan densitas yang lebih ringan.

Konsep shaking table

Shaking Table adalah alat yang umumnya digunakan untuk memperoleh konsentrat emas bersih. Alat ini terdiri dari sebuah dek dengan alat-alat dukungan yang dapat divariasikan. Pada shaking table untuk operasi normal, ukuran feed yang digunakan adalah 3 mm hingga 100 mikron. Sebuah motor ditempatkan di satu sisi drive lengan kecil yang mengguncang meja sepanjang sisinya. Prinsip kerja shaking table adalah perbedaan densitas yang diikuti pergerakan partikel di dalam fluida yang dibantu dengan gaya dorong air (flowing film concentration) dan efek gaya sentak dari head motion.

Bervariasi yang tersedia di pasar dan produsen masing-masing memiliki khusus sesuai dengan penggunaannya. Table berosilasi horizontal dan konsentratnya partikel berat karena perbedaan inersia diciptakan oleh gerak dingin reciprocating dari dek miring dari meja. Partikel kasar akan membutuhkan stroke panjang pada kecepatan lebih rendah dan partikel halus perlu stroke lebih pendek pada kecepatan lebih cepat.

Variabel - variabel dari shaking table dapat dibagi menjadi:

Design Variable

1. Table shape
2. Table surface material
3. Shape of riffle
4. Pattern of riffle
5. Acceleration dan decceleration
6. Feed Presentasion

Running Speed

1. Motor speed
2. Pulley Speed

Stroke

1. Toggle
2. Vibrator setting

Operating Controls

1. Table tilt
2. Pulp density of feed
3. Wash water
4. Position of product splitter

Sluice box merupakan suatu alat konsentrasi mineral bijih yang berdasarkan atas specific gravity. Dalam proses ini mineral mempunyai specific gravity tinggi akan mengendap yang nantinya akan diambil sebagai konsentrat sedang mineral yang ringan akan ikut terbawa aliran air sebagai tailing. Alat sluice box berupa lounder dengan ukuran panjang 8-12 meter, lebar 1 meter dengan feed 10%-20%. Mekanisme pemisahan yang terjadi di dalam sluice box sebagai berikut: 

1. Feed yang sudah terliberasi sempurna seperti emas, timah, pasir besi dimasukkan ke dalam sluice box. 
2. Partikel-partikel yang berukuran besar dipisahkan terlebih dahulu. 
3. Bila pada ujung alat sudah terdapat mineral berat berarti alat sudah jenuh maka pada alat lounder tersebut dibersihkan (cleaning), yaitu dengan mengalirkan air pembersih (wash water) dan akan terjadi pemisahan antara partikel berat dari partikel ringan. 
4. Partikel berat akan tertinggal pada bagian belakang bawah riffle atau akan menempel pada karpet sebagai konsentrat. Dalam pengambilan mineral yang menempel pada karpet maka karpet tersebut biasanya dibakar.

Konsep Magnetic Separator

Magnetic separator bekerja dengan memanfaatkan pengaruh medan magnet pada bijih yang akan dipisahkan. Dengan memanfaatkan sifat kemagnetan saja disebut sebagai magnetic separator. Berdasarkan sifat kemagnetannya, material dibagi menjadi tiga kategori, yaitu ferromagnetic, paramagnetic, dan diamagnetic. Ferromagnetic merupakan material yang memiliki sifat kemagnetan kuat atau dapat dipengaruhi kuat medan magnet. Paramagnetic merupakan material yang dipengaruhi oleh lemah medan magnet atau memiliki sifat kemagnetan lemah. Diamagnetic adalah material yang tidak memiliki sifat kemagnetan atau tidak dipengaruhi magnet sama sekali. Unsur yang termasuk ferromagnetik adalah Fe dalam hematite. Mineral yang termasuk paramagnetik adalah magnetite. Mineral yang termasuk diamagnetik adalah ilmenite. 

Alat magnetic separator terdiri dari  dua macam, yaitu:

1. Low Intensity Magnetic Separtor
2. High Intensity Magnetic Separator.

Dalam menentukan pemakaian jenis alat pemisahan tersebut harus diketahui jenis dan kekuatan magnet dari bahan galian (mineral). Reaksi ini dapat diukur berdasarkan dari jenis kemagnetan yang telah disebutkan sebelumnya.  Partikel yang tertarik ke medan magnet disebut partikel magnetik. Partikel magnetik dibagi menjadi dua, yaitu partikel magnet kuat, seperti besi dan magnetite, dan partikel magnetik lemah, seperti rutile, ilmenite, dan kromit.

Partikel magnet yang kuat (feromagnetic) dapat dengan mudah dipisahkan dengan pemisah yang memiliki intensitas rendah medan magnet 400-600 Gauss. Partikel magnet yang lemah (paramagnetic) memerlukan intensitas medan magnet yang lebih tinggi untuk memisahkan mereka, biasanya mulai dari 6.000 hingga 20.000 Gauss. Perbedaan intensitas ini menyebabkan ada dua tipe alat magnetic separator, yaitu low intensity dan high intensity magnetic separator. 

Mekanisme kerja dari magnetic separator bekerja berdasarkan gaya – gaya yang bekerja saat pemisahan berlangsung. Gaya – gaya tersebut adalah sebagai berikut:

1. Gaya magnet. Gaya magnetik pada partikel kecil dalam percobaan terkadang sulit untuk dianalisis. Fenomena ini dapat dibayangkan sebagai titik dipole magnet dikelilingi oleh massa partikel. Gaya magnetik dari suatu partikel bergantung dari kuat medan magnet yang diberikan dan gradien medan magnet yang diinduksikan.
2. Gaya gravitasi, sentrifugal, friksi dan gaya inersial. Gaya gravitasi dari partikel berbentuk bola dengan densitas. Pada alat pemisah kering (dry magnetic separator) yang memisahkan partikel relatif besar, maka gaya magnetik harus cukup untuk menahan partikel terhadap competing force gravity. Dalam pemisah basah (wet magnetic separator) dari partikel kecil, gaya magnetik harus lebih besar dari gaya gesek partikel.
3. Gaya attractive atau repulsive interpartikel. Gaya-gaya yang bekerja ini didasari oleh keadaan dari feed dan karakteristik dari separator itu sendiri.

Konsep pemisahan magnetik

Kinerja dari gaya – gaya ini juga dipengaruhi oleh karakteristik lain atau faktor – faktor pemisah lainnya. Faktor – faktor tersebut, antara lain sifat fisik feed dan peralatan yang digunakan. 

Mekanisme Kerja Jigging

Mekanisme kerja jigging akan berkaitan langsung dengan proses pengendapan. Secara umum, mekanisme jigging yang dilakukan adalah melalui tahapan berikut :

1. Pengumpanan. Pemisahan harus dilakukan dengan laju dan persen solid yang konstan. Umpan yang masuk harus merata pada seluruh permukaan jig. Umpan berupa slurry dengan 25% - 45% solid masuk pada salah satu ujung jig, dan mengalir membentuk arus horizontal (crash flow) di permukaan jig.
2. Stratifikasi (Pengendapan). Partikel ringan (density rendah), terutama yang berbutir halus terbawa arus dan keluar pada ujung yang lainnya. Partikel yang mengendap dari arus horizontal ini pada zona transportasi masuk di daerah di mana aksi jigging bekerja di antara arus horizontal dan ayakan. Mekanisme pada jigging dapat terlihat pada zona ini, seperti differential accleration, hindered settling, dan trickling.
3. Pemisahan. Pemisahan lebih berkaitan pada pengeluaran hasil pemisahan, baik sebagai underflow atau overflownya. Semua bergantung pada densitas yang terlihat pada startifikasi. Mineral ringan yang oleh tekanan dari stroke pada fluida akan terdorong memasuki zona separating dan terbawa oleh arus horizontal. 

Pada zona separating akan dimasuki oleh mineral berat, dan berusaha mendorong ke atas middling. Oleh sebab itu middling mempunyai peluang masuk pada zona separating. Di sinilah yang menjadi fungsi raging (ayakan) agar mineral ringan tidak turun sebagai underflow. Mineral berat yang besar dengan cepat mencapai permukaan ayakan diikuti dengan mineral berat yang kecil melalui zona roughing dan separating.

Mekanisme jigging

Dalam penggunaan jig sebagai separator, dikenal suatu tahap pengendapan yang diakibatkan stratifikasi pada proses yang terjadi. Prinsip pengendapan ini hampir mirip dengan mekanisme kerja jigging secara umum. Mekanisme itu adalah sebagai berikut :

1. Perbedaan percepatan. Dalam waktu yang relatif singkat partikel dengan berat jenis lebih besar akan mempunyai jarak tempuh yang lebih besar dari   pada   partikel   yang   berat   jenisnya lebih  kecil (differential acceleration). Percepatan awal dari partikel tidak bergantung pada ukuran dan bentuk partikel tersebut, tetapi dipengaruhi oleh densitas partikel dan densitas fluida yang digunakan.
2. Hindered settling. Hal ini menunjukkan bahwa bukan pengendapan bebas dari satu partikel, melainkan dari sekelompok partikel yang menjadi satu sehingga terbentuk seperti suatu perlapisan. Efek hindered settling akan menyebabkan  partikel yang lebih berat akan mengalami settling lebih cepat dibandingkan partikel yang lebih ringan. 
3. Interstitial trickling. Mekanisme menunjukkan bahwa partikel kecil dapat lolos di antara partikel besar. Gaudin mengajukan mekanisme trickling untuk jigging yang disebut sebagai consolidation trickling.

Skema siklus proses jigging: (a) pulsion, (b) differential acceleration, (c) hindered settling, (d) interstitial trickling

Kapasitas jig berbanding lurus dengan efek transportasi dari arus horizontal umpan. Agar kapasitasnya dapat diperbesar dan memiliki efisiensi tinggi, maka ada empat faktor yang penting untuk diperhatikan, antara lain : 

1. Ukuran dari partikel kecil. Ukuran umpan yang dikehendaki masuk menjadi konsentrat dan keluar melalui hutch. 
2. Volume umpan persatuan waktu. 
3. Ketebalan aliran. 
4. Banyaknya hutch water persatuan waktu yang masuk ke aliran. 

Jig juga dapat dibedakan berdasarkan ayakannya, yaitu:

1. Jig dengan ayakan bergerak. Jig ini dipakai di daerah terpencil dan sekarang sudah jarang digunakan lagi.
2. Jig dengan ayakan tetap. Dilasi dari mineral di atas ayakan diciptakan oleh gerakan bolak – balik fluida yang menerobos ayakan. Gerakan bolak – balik ditimbulkan secara mekanis oleh energizing unit.

Konsep Jigging

Pernah dengar jigging? Ini adalah salah satu metode pengolahan bahan galian yang digunakan untuk memproses pemisahan material berdasarkan perbedaan densitas dua material yang akan dipisahkan. Jigging sangat mudah ditemui di Pulau Bangka dan Pulau Belitung untuk memisahkan bijih timah dan pengotornya. 

Jigging is one of the oldest processes used to separate heavy minerals from the lighter gangue. This technology was used in Cleopatra's time to separate wheat from chaff. A jigging sieve was described by Agricola in De Re Metallica in the 16th century.

Pernyataan di atas menunjukkan bahwa jigging merupakan konsep pemisahan yang sejak dulu digunakan. Jigging merupakan proses konsentrasi berdasarkan pada aliran air ke atas. Pemisahan pada jig terjadi karena perbedaan SG (specific gravity) yang mana tiap mineral akan mengalami tiga peristiwa, yaitu: hindered settling, differential acceleration dan consolidation trickling. Agar proses pemisahan berlangsung kontinu, diperlukan adanya suction dan pulsion, dimana pada waktu terjadi suction diperlukan underwater agar besarnya suction tereliminir.

Pada pengolahan bahan galian, jigging digunakan pada mineral yang memiliki kontras densitas tinggi terhadap pengotornya. Penggunaan jigging misal dalam pemisahan kasiterit terhadap ilmenite, kuarsa dan hematite. Jigging juga dapat digunakan dalam industri batubara. Pengolahan batubara dilakukan dengan menggunakan Baum jig dan Batac jig. Baum jig sesuai digunakan untuk pencucian batubara ukuran besar, meskipun demikian akan lebih efektif melakukan pencucian pada ukuran 10 – 35 mm dengan spesifik gravity 1,5 –1,6. Modifikasi Baum jig adalah Batac jig yang biasa digunakan untuk batubara ukuran halus. Pada batubara ukuran sedang, prinsipnya dengan pulsing (tekanan) air hembusan yang berasal dari samping atau dari bawah bed. Dalam menambah bed atau mineral keras yang digunakan untuk meningkatkan stratifikasi dan menghindari pencampuran kembali. Mineral yang digunakan biasanya adalah feldspar yang berupa lump silica dengan ukuran 60 mm.

Konsep jigging secara umum di tambang batubara.
Skema (1) pulsator, (2) regulatory device, (3) jigging screen, (4) discharge device
Source: http://encyclopedia2.thefreedictionary.com/Jigging+Machine

Jenis – jenis Jig yang ada antara lain berdasarkan penimbul suction dan pulsion, plunger, diaphragm, pulsator dan air pulsator.

1. Harz Jig
2. Diaphragm Jig
3. Baum Jig
4. Circular Jig
5. Wernco Jig
6. Pneumatic Jig
7. Bathe Jig

Kominusi Material

Kominusi merupakan bagian awal atau start dalam pengelohan bahan galian. Kegiatan kominusi dilakukan untuk menghasilkan partikel yang sesuai dengan kebutuhan dan memberbaskan mineral berharga dari pengotornya secara umum. Kegiatan kominusi yang dilakukan terdiri dari crushing dan grinding. Kegiatan grinding dilakukan untuk menggerus material yang digunakan. Grinding dilakukan dengan menggunakan ball mill lalu diayak menggunakan shieve (ayakan skala laboratorium). Secara umum, penggerusan dimulai dengan ukuran kasar hasil peremukan yang dilakukan dalam alat yang berbentuk silinder dan berputar pada sumbu horizontalnya. Di dalam silinder, akan dibantu media, seperti bola baja untuk menggerus bijih ataupun tidak menggunakan media ini atau disebut autogenous mill.

Kegiatan crushing merupakan tahap awal yang dilakukan dalam kegiatan kominusi. Hasil penambangan dibawa ke pabrik pengolahan dalam ukuran bongkah yang beragam. Peremukan dilakukan untuk mengurangi ukuran dari bongkah agar dapat diproses lebih lanjut pada grinding. Proses crushing dapat dilakukan hingga tiga tahap, yaitu primary, secondary dan tertiary crushing. Namun, pada umumnya proses crushing dilakukan hingga secondary crushing saja. Kegiatan crushing biasa dilakukan dengan jaw crusher ataupun gyratory crusher. 

Kegiatan kominusi terdiri dari crushing dan grinding. Kegiatan kominusi dipengaruhi oleh beberapa faktor. Faktor tersebut adalah sebagai berikut:

1. Ukuran material atau bijih dari tambang
2. Keadaan bijih
3. Kesediaan air
4. Proses pengolahan bahan galian selanjutnya
5. Korosi pada lining 
6. Reaksi material dengan air. 

Mekanisme setiap kegiatan kominusi berbeda tergantung pada aksi yang dilakukan. Pertama, kegiatan crushing. Kegiatan crushing dilakukan sebagai tahap pertama dalam perkecilan ukuran material dari tambang langsung. Pemilihan crushing dilakukan sesuai dengan ukuran materialnya. Kegiatan primary dan secondary crushing dapat dilakukan dengan menggunakan jaw crusher. Jaw crusher merupakan salah satu alat remuk dalam pengolahan bahan galian yang biasa digunakan sebagai pada tahap peremukan primer. Peremukan primer dilakukan pada bongkah berukuran sekitar 1 m menjadi ½” – 3/8”. Jaw crusher terdiri dari dua plat yang dapat membuka tutup seperti rahang dengan salah satunya diam.  Jaw crusher terdiri dari blake crusher (single dan double toogle) dan dodge crusher. 

Blake crusher dengan double toggle penggerak crusher

Selain jaw crusher, juga digunakan roll crusher. Roll crusher banyak digunakan pada secondary crushing. Secondary crushing merupakan tahapan peremukan kedua untuk menghasilkan material berukuran 3” – 2”. Roll crusher terdiri dari single dan double roll crusher. Single roll crusher digunakan untuk memecahkan batuan yang sifatnya lembab. Kegiatan peremukan dengan menggunakan tahapan ini lebih ringan dibandingkan pada primary crushing. Kapasitas roll crusher bergantung pada ukuran batuan yang digunakan dan kecepatan roda berputar.

double roll crusher

Kegiatan grinding dilakukan dari bijih atau material yang brukuran sekitar 25 mm. Setiap bijih mempunyai ukuran optimum yang ekonomis. Hal ini bergantung pada derajat liberasi dan ukuran pemisahan yang dilakukan pada proses selanjutnya. Penggerusan dilakukan dengan alat berbentuk silinder yang berputar pada sumbu horizontalnya. Di dalam silinder terdapat media penggerus, biasanya dapat berupa bola atau batang baja. Media ini disebut sebagai media penggerusan. Media penggerusan juga terkadang tidak dibutuhkan, disebut sebagai autogenous mill. Ball mill yang digunakan 25 – 150 mm. Alat ini memiliki diameter sama dengan panjangnya. Ball mill dapat dibedakan berdasarkan pengeluaran produknya, yaitu overflow mill (produk keluar sendiri) dan grate discharge mill (produk keluar  melalui saringan pada ujung pengeluaran produk).