KOMINUSI & PENSAIZAN

1. KOMINUSI & PENSAIZAN PUSAT PENGAJIAN KEJURUTERAAN BAHAN & SUMBER MINERAL UNIVERSITI SAINS MALAYSIA EBS 215/3 Oleh: PROF. MADYA DR KHAIRUN AZIZI MOHD AZIZLI DR. HASHIM B. HUSSIN

2. Komponen kursus Asas Penilaian • Kerja Kursus 30% • Ujian 15% • Kuiz 5% • Tugasan 10% • Peperiksaan 70% Jumlah 100%

3. Buku Rujukan • B.A Wills, “Mineral Processing Technology: An Introduction To Practical Aspect of Ore Recovery”, Pergamon Press. • Hayes,P. “Process selection In Extractive Metallurgy”, Hayes Publication • Kelly and Spottiswood, “Introduction To Mineral Processing”, Willey.

4. Weiss, “Handbook of Mineral Processing”, SME Publication. • A.J.Lynch, “Developments In Mineral Processing: Mineral Crushing and Grinding Circuits”, Elsevier.

5. OBJEKTIF KURSUS Diakhir kursus ini pelajar dapat merekabentuk helaian aliran proses (process flowsheet design) bagi suatu loji komunisi dan pensaizan yang sesuai untuk sesuatu tujuan. • Mengetahui tujuan proses komunisi & pensaizan di dalam sesuatu industri. • Memperkenalkan konsep asas dalam proses komunisi

6. Mengetahui tentang teknologi dan jenis serta ciri-ciri mesin kominusi dan pensaizan di pasaran. • Kriteria pemilihan mesin kominusi dan pensaizan serta peralatan lain untuk sesuatu tujuan. • Mengetahui konsep pengiraan tertentu yang perlu dibuat sebelum merekabentuk carta-aliran sesuatu loji komunisi dan pensaizan. • Merekabentuk helaian aliran proses bagi loji kominusi dan pensaizan yang sesuai untuk sesuatu tujuan.

7. Idea-idea asas Proses Pengurangan Saiz. Proses Penghancuran Primer Sekunder Tertier Jenis mesin dan kaedah penghancuran Jenis mesin pengisaran termasuk Pengisar Autogenueous & Semi-Autogeneous Tower Mill Agigated Mill dan lain-lain. Silibus Kursus

8. Jenis-jenis litar kominusi • Litar terbuka dan Litar tertutup • Anggaran tenaga untuk pemecahan • Konsep Indeks Kerja Bond & Pengiraan keperluan tenaga. • Merekabentuk litar kominusi yang sesuai untuk sesuatu suapan dan tujuan. • Pensaizan; • Kaedah pensaizan makmal dan di industri • Analisis saiz partikel dan kepentingannya. • Pengayakan dan Pengelasan : Teori, Prinsip Asas & Aplikasi. • Jenis ayak & pengelas • Penentuan kecekapan & prestasi Pengayakan dan Pengelasan.

9. Lengkok pembahagi dan konsep asas lain. • Aplikasi Pensaizan di Industri • Merekabentuk litar kominusi serta penggunaan alat pensaizan (jika perlu) • Contoh-contoh litar kominusi dan pensaizan di dalam industri seperti; • Industri Simen • Kaolin • Agregat • Pemprosesan Mineral • Mamut Copper Mine • Penjom Gold Mine • dan lain-lain.

10. Batu kapur Batu Marmar Lempung Pasir Granit Dolomit Arang Batu Nadir Bumi Emas Tembaga Perak Besi Timah Tantalum Sumber Mineral yang terdapat di Malaysia Mineral Bukan Logam Mineral logam

11. KOMINUSI & PENSAIZAN Secara global, semua proses yang perlu mengurangkan saiz bahan atau mengasingkan bahan kepada pecahan saiz tertentu memerlukan proses kominusi dan pensaizan. Dua proses yang sangat penting dalam industri perlombongan dan pemprosesan mineral, industri pengkuarian dan industri berasaskan sumber mineral seperti industri pengeluaran simen, seramik dan lain-lain

12. Kominusi: • Proses mengurangkan saiz batuan/ mineral/bijih atau lain-lain bahan melalui proses penghancuran atau pengisaran atau kedua-duanya sekali. • Pensaizan: • Proses pemisahan partikel kepada pecahan saiz tertentu – contohnya, menggunakan skrin (ayak) sehingga saiz 500 μm, pengelas hidrosiklon, pilin, atau sadak iaitu pensaizan halus dibawah 500 μm.

13. KEPUTUSAN YANG PERLU DIBUAT SEBELUM SESEORANG JURUTERA PROSES MEREKABENTUK HELAIAN ALIRAN PROSES BAGI SESUATU LOJI KOMINUSI & PENSAIZAN. SOALAN PERTAMA: Produk 1 Produk 2 BAHAN MULA Produk 3 Produk…..n

14. SOALAN KEDUA: Laluan A Produk Laluan B Laluan C Bagaimana Untuk Menghasilkan Produk ? Jawapan kepada produk yang akan dikeluarkan dan proses yang bakal digunakan untuk mengeluarkan produk tersebut akan bergantung kepada berbagai faktor seperti persekitaran, sosio-politik, teknikal, pemasaran dan organisasi yang terlibat

15. KEPERLUAN UNTUK MEMILIH SUATU KAEDAH UNTUK MENGELUARKAN SECARA EKONOMIK SESUATU PRODUK YANG BOLEH DIPASARKAN PADA HARGA YANG KOMPETITIF DAN BOLEH BERSAING TERUTAMANYA DI PERINGKAT ANTARABANGSA OBJEKTIF UTAMA IALAH:

16. KOMINUSI

17. TUJUAN PROSES KOMINUSI • Untuk mengurangkan saiz batuan/mineral/bijih atau lain-lain bahan. • Membebaskan mineral berharga (ekonomik)daripada mineral sisa (bukan ekonomik) Rajah 1: PROSES KOMUNISI UNTUK MENGURANGKAN SAIZ BATUAN DAN MEMBEBASKAN MINERAL BERHARGA DARIPADA MINERAL SISA

18. Diantara objektif kominusi, atau pengurangan saiz • partikel adalah seperti berikut: • Pengeluaran bahan yang mempunyai saiz dimana • Mudah diangkut dan disimpan. • Sesuai digunakan tanpa rawatan lanjut kecuali penskrinan. • Pembebasan mineral berharga daripada mineral sisa untuk pemprosesan seterusnya. • Penjanaan luas permukaan yang diterima – untuk produk seperti simen, luas permukaan mengawal tindak balas. PENGHANCURAN(keseluruhan batuan dimampatkan)Peringkat Kasar PENGISARAN(permukaan diricih)Peringkat Halus

19. Pembebasan Mineral Berharga Proses kominusi bertujuan untuk mengurangkan saiz partikel dan seterusnya membebaskan mineral berharga daripada mineral sisa seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3 dan Rajah 4. Kominusi terdiri daripada dua proses berasingan iaitu; • Proses Penghancuran (Julat saiz kasar iaitu daripada 80cm kepada ½ - 3/8 inci) • Proses Pengisaran (Julat saiz halus iaitu daripada ½ - 3/8 inci kebawah)

20. Contoh Mineral ILMENITE Emas

21. Mineral Liberation Jaw Crushing Rod Milling Total Liberation Ball Milling Partial Liberation Pengurangan saiz partikel dan pembebasan mineral

22. Ciri-ciri Pemecahan Bahan buatan manusia (logam,seramik) biasanya adalah sangat homogen, mempunyai sifat kimia dan mikrostruktur yang terkawal, dan boleh difahami daripada pertimbangan fizik patah bagi bahan tersebut. Mineral dan batuan semulajadi mempunyai pelbagai sifat kimia dan struktur, dan berbagai darjah luluhawa. Ini bermakna dalam suatu jangkamasa yang pendek, sesuatu loji komunisi mempunyai suapan yang berubah-ubah, dan batuan semulajadi pula mengandungi sebilangan besar retakan dan sambungan (joint) yang sedia wujud disebabkan sejarah tektonik lampau, peletupan dan pengelolaan.

23. Adalah sukar untuk memahami dan meramalkan mekanisme patah dan tenaga yang terlibat, bagaimana berbagai prinsip pemecahan boleh dibangunkan dan model matematik berbentuk empirik diterbitkan berdasarkan berbagai percubaan dilapangan Bagi suatu partikel untuk patah, tegasan yang dikenakan perlulah melebihi kekuatan patah bagi partikel tersebut. Cara dimana sesuatu partikel pecah bergantung kepada ciri partikel dan bagaimana daya dikenakan. Daya mungkin daya mampat perlahan atau cepat, ataupun daya ricih seperti partikel bergeser di antara satu dengan lain.

24. Rajah 3: Kombinasi mekanisme patah, seperti yang terjadi di dalam partikel

25. Bagaimana bezanya kekuatan partikel dan apakah yang meyebabkan kelainan ini ? Pertimbangkan berbagai kiub arang batu yang mempunyai kekuatan tegangan teori sebanyak 700 Mpa, yang dipotong dengan sebaik mungkin daripada pelipat (seam). Hasil penghancuran beratus spesimen dijadualkan seperti dibawah, bersama data tegasan pemecahan bagi berbagai saiz gentian kaca.

26. KEKUATAN PARTIKEL ARANG BATU Saiz kiub Kekuatan mampatan min Sisihan piawai (mm) (Mpa) (Mpa) 6.4 25.5 10.5 12.7 19.7 5.8 25.4 16.4 4.9 50.8 12.5 5.2 TEGASAN PEMECAHAN BAGI GENTIAN OPTIK Diameter gentian Tegasan pemecahan (μm) (Mpa) 1020 172 107 292 24 807 3.3 3,390

27. Data bagi arang batu menunjukkan kiub yang bersaiz sama mempunyai perbezaan kekuatan luas, dengan partikel yang lebih kecil lebih susah untuk dipecahkan daripada partikel besar; tetapi semua partikel adalah lebih lemah daripada yang ditunjukkan oleh teori. Gentian fiber tiruan juga menunjukkan kekuatan meningkat dengan pengurangan saiz. Kelemahan pepejal adalah disebabkan oleh retakan Griffith – ketakselanjaran yang sangat kecil atau cacat – dimana daya-daya di dalam sesuatu jasad ditambah pada hujung retakan. Tegasan yang lebih besar akan dibentuk ditempat tersebut, dan merambat retakan. Penurunan di dalam kekuatan dengan saiz yang meningkat berlaku disebabkan kebarangkalian menemui retakan yang besar adalah lebih tinggi di dalam partikel yang besar. Apabila saiz dikurangkan secara komunisi, retakan yang lemah akan pecah dahulu – dan kekuatan yang masih tertinggal akan meningkat.

28. Teori pengurangan saiz yang berlaku di dalam agregat

29. Abrasion Patah disebabkan oleh lelasan berlaku apabila tenaga yang dikenakan tidak cukup untuk meyebabkan patah yang signifikan. Ketegasan yang setempat menjana tegasan ricih yang tinggi berhampiran dengan permukaan partikel, menghasilkan partikel yang lebih kecil.

30. Cleavage Mampatan yang perlahan merambat (propogates) retakan yang sedia ada dan mengakibatkan belahan (cleavage). Retakan berlaku pada beberapa tempat sebaik sahaja retakan besar terlebih dahulu dirambat.

31. Shatter Mampatan yang cepat menyebabkan kekecaian (shatter); tenaga yang dikenakan terlebih daripada yang diperlukan untuk partikel patah. Retakan baru terbentuk, retakan lama diperpanjangkan, dan lebih banyak partikel dalam julat saiz yang lebih luas dihasilkan.

32. Daya-daya pemecahan biasanya adalah rawak. Adalah tidak mungkin mengurangkan kepada satu saiz yang spesifik – satu julat biasanya dihasilkan. Cuba anda lihat interaksi antara komunisi dan pembebasan mineral : implikasinya ialah satu julat saiz pembebasan partikel akan wujud bersama dengan julat saiz-saiz yang dihasilkan. Objektif ialah untuk mengoptimumkan pembebasan secara ekonomik dan akhiarnya perolehan. Keputusan akhirnya adalah mengenai litar yang ekonomik (setakat manakah pengurangan saiz diperlukan)

33. KOS KOMINUSI Kos komunisi adalah tinggi; contohnya untuk bijih logam sulfida, bijih sulfida dll., kos adalah 5-10% daripada kos pengeluaran logam. Kos disebabkan : i. Kos modal(peralatan & pemasangan) ii. Kos pengoperasian (tenaga,gunatenaga & penyenggaraan) Kos meningkat dengan ketara pada julat saiz partikel yang semakin halus.

34. KEPERLUAN TENAGA UNTUK KOMINUSI • Pengurangan saiz daripada: • 1 meter 0.1 meter memerlukan ~ 0.3kWj/ton • 1 mm 0.01 mm memerlukan ~ 10.0kWj/ton • 10 μm 1 μm memerlukan ~ 500kWj/ton • *Perlu diingatkan bahawa partikel yang terlalu halus tidak boleh diperolehi semula dengan berkesan bagi beberapa teknik pemisahan. Oleh itu, adalah penting untuk mengelakkan pengisaran yang terlalu halus daripada yang diperlukan.

35. Oleh itu adalah perlu untuk memaksimumkan : Nilai yang tambah – kos komunisi – kehilangan lendiran (slimes) Nisbah pengurangan saiz , R = Saiz bijih di dalam suapan Saiz bijih di dalam produk di mana saiz adalah biasanya saiz P80, iaitu 80% daripada partikel melepasi saiz yang diperlukan.

36. Perhubungan Tenaga-Saiz Beberapa percubaan telah dibuat untuk menentukan “Hukum-Hukum” untuk membolehkan anggaran tenaga yang diperlukan untuk menghasilkan sesuatu jumlah pengurangan saiz. Hukum Rittinger (1867) E = KR [1/da – 1/di] Tenaga pemecahan adalah berkadaran dengan luas permukaan baru yang dihasilkan. Dimana di= luas permukaan partikel yang asal da= luas permukaan partikel selepas pemecahan dan biasanya diwakili oleh saiz min partikel (P50)

37. Hukum Kick (1885) E = Kk ln [ di / da ] Tenaga yang cukup untuk mengubah bentuk sesuatu jasad kepada titik kegagalan adalah berkadaran kepada isipadunya; jadi tenaga yang diperlukan untuk mematahkan jasad sebenarnya boleh diabaikan Kedua-dua hukum ini memberikan anggaran tenaga yang sangat berbeza apabila komunisi berlaku. Hukum Rittinger menunjukkan tenaga untuk memecahkan satu partikel daripada 10μm kepada 1μm adalah 100 kali ganda lebih daripada tenaga yang diperlukan untuk memecah partikel 1000μm kepada 100μm; Hukum Kick pula menunjukkan tenaga yang sama banyak diperlukan

38. Hukum Bond E = KB [ 1/d ½ - 1/di ½] Ini merupakan perhubungan empirik yang diterbitkan daripada pengisaran kelompok berbagai bijih. Saiz adalah saiz P80; dan persamaan boleh juga ditulis sebagai; W = 10Wi [ 1 / P80 a – 1 / P80 i ] Dimana ; W = input elektrik kepada mesin dalam kWjam/ton Wi = indeks kerja sesuatu bijih. Wi boleh juga diperoleh daripada ujian piawai

39. do –saiz baru • d1– saiz asal • Senarai Wi (indeks kerja Bond) untuk beberapa bahan Material Wi (kWht-1 ) Barite 7 Basalt 22 Klinker simen 15 Tanah liat 8 Feldspar 64 Granit 16 Batu kapur 13 kuartza 14

40. Hukum Bond adalah perhubungan yang paling penting kerana ia memberikan satu padanan yang reasonable untuk data penghancuran dan pengisaran, dan nilai piawai bagi Wi boleh didapati untuk berbagai bahan. Nilai Wi yang tipikal adalah daripada 8 (batuan lembut-bijih potash) kepada 13.69 (kuarza) dan 26 (bahan yang sangat keras – silikon karbida). Apakah perkaitan antara ketiga-tiga hukum tersebut?

41. dE / dx = - C / xn Kesemua Hukum diatas boleh diperolehi daripada persamaan kebezaan umum:

42. dimana dE adalah tenaga yang diperlukan untuk memberi kesan terhadap sebarang perubahan dx didalam saiz partikel. Dengan menetapkan : n = 2 dan pengkamilan memberikan hukum Rittinger, n = 1 dan pengkamilan memberikan hukum Kick n = 3/2 dan pengkamilan memberikan Hukum Bond.

46. Kuiz..!!! • Terangkan apa yang anda faham tentang Hukum Rittinger, Hukum Kick dan Hukum Bond serta perkaitan antara ketiga-tiga hukum tersebut • Bincangkan konsep Indeks Kerja Bond. • Merujuk kepada komunisi, apakah yang dimaksudkan dengan nisbah pengurangan saiz?

47. KAEDAH DAN MESIN KOMINUSI Pengurangan saiz dijalankan dalam beberapa peringkat: • 1. PEMECAHAN LETUPAN(explosive breakage) • Jisim Batuan in situ 1 meter • Kekecaian (shattering) letupan mempunyai kesan yang sungguh signifikan keatas kos penghancuran dan pengisaran. Ianya murah, tetapi sukar untuk mengawal saiz.

48. Aktiviti peletupan yang dijalankan

49. 2. PENGHANCURAN • 2 meter~ > 5 sm • Penghancur Primer • Penghancur Rahang • Penghancur Pelegar • Suapan ~ < 2 meter Produk ~ > 10sm • Kuasa: ~ 0.2 – 2 kWj / ton • Penghancur Sekunder • Penghancur rahang • Penghancur pelegar

50. Penghancur kon • Suapan ~ < 15 sm Produk ~ > 5 sm • Kuasa: ~ 0.5 – 3 kWj / ton • Penghancur Tertier • Penghancur kon • Penghancur tukul • Penghancur gelek • Suapan ~ < 5 sm Produk ~ > 0.5 sm • Kuasa: ~ 0.5 – 3 kWj / ton