e. Metallurgical Coke yang dihasilkan melalui karbonisasi batubara atau campuran
batubara pada temperatur hingga diatas 1400 K untuk menghasilkan bahan karbon makroporos yang kuat.
f. Delayed Coke adalah bentuk yang paling umum digunakan untuk hasil karbonisasi
utama pada fraksi didih hidrokarbon melalui proses pemasakan kokas. Delayed Coke memiliki tingkat grafit yang lebih baik dibandingkan dengan kokas yang dihasilkan
dengan proses lain bahkan dengan bahan dasar yang sama. Hasil utama dari delayed coke ini adalah sponge coke dan needle coke. Shot coke juga dihasilkan seperti
timbunan bola dengan diameter 1-2 mm, tapi tidak memiliki nilai jual.
g. Sponge Coke memiliki tekstur optik yang tak-terorientasi tak-terarah dan digunakan
sebagai pengisi untuk elektroda pada industri aluminium.
h. Needle Coke adalah bentuk umum yang digunakan untuk kokas jenis khusus dengan
tingkat grafit yang tinggi yang dihasilkan dari struktur mikrokristal yang dimilikinya.
Harry Marsh, 1989
2.3. Pengotor Kokas dan Pengaruhnya
Kualitas dan bahan-bahan dari green coke sangat erat hubungannya dengan sumber bahan mentah dan proses pemasakan kokas. Umumnya minyak mentah yang berasal dari
Cina mengandung sulfur dan vanadium yang rendah tapi tinggi kandungan kalsium, silikon, dan nikel. 70 sulfur dan 90 dari pengotor logam terkonsentrasi dalam green
coke. Yang menarik perhatian bagi para pengguna petroleum coke adalah kadar pengotor
di dalamnya dan struktur fisika dari kokas tersebut. Pengotor tersebut dapat terbentuk dari
Universitas Sumatera Utara
elemen-elemen yang terikat secara kimia dalam membentuk kokas. Molekul-molekul seperti sulfur, vanadium, dan nikel.
Kotoran impurities tersebut juga dapat terbentuk dari elemen-elemen yang memang ada di dalam kokas tersebut seperti silikon, besi, natrium, dan kalsium.
1. Sulfur : adalah elemen yang paling umum dijumpai di dalam minyak mentah. Jumlah
sulfur dalam petroleum coke sangat diperhatikan bagi para pengguna. Konsentrasi yang tinggi di dalam kokas yang membentuk anoda dapat menyebabkan masalah
lingkungan pada produksi anoda karena semua sulfur tersebut dilepaskan dalam bentuk SO
2
SO
3
ke atmosfer.
2. Vanadium : terkandung di dalam minyak mentah dan residunya hampir secara
kuantitatif ditemukan sebagai senyawa kompleks purin di dalam kokas. Jumlah vanadium yang ada sangat diperhatikan dalam pembuatan anoda karena konsentrasi
yang tinggi meningkatkan reaktifitas udara pada anoda. Dalam produksi aluminium proses peleburan vanadium dikurangi dan ditemukan, sebagai pengotor dalam logam
tersebut.
3. Nikel : terkandung di dalam minyak mentah dan seperti vanadium hampir secara
kuantitatif dapat ditemukan di dalam kokas. Layaknya vanadium, nikel akan berakhir di dalam aluminium.
4. Natrium : terjadi sebagai kontaminan dalam produksi minyak mentah. Jika ini tidak
dihilangkan maka natrium akan berakhir di dalam kokas. Sodium natrium memiliki dampak terhadap reaktifitas karboksi dari anoda.
5. Besi : terjadi sebagai kontaminan yang masuk kedalamnya dan seperti vanadium dan
nikel yang akan berakhir sebagai pengotor dalam aluminium.
Universitas Sumatera Utara
6. Kalsium : muncul sebagai senyawa organik maupun anorganik. Senyawa anorganik
ada dalam bentuk CaCl
2
, CaCO
3
dan CaSO
4
, sementara senyawa organik Ca terikat kepada asam naftenik dan asam fenolik. Ca memiliki dampak negatif terhadap
reaktifitas CO
2
dari kokas. Liu Fengqin, 2004
Unsur-unsur di dalam petroleum coke yang dapat mempengaruhi kinerja anoda dalam
proses elektrolisis dapat dilihat pada tabel 1 berikut ini :
Elements Typ.
Values Metal
Anodes Consumption
Current Pollution
Quality Energy
Consumption Efficiency
S 0.5 - 3.5
O H
0.05 - 0.10 O
Si ppm 50 250
o
Fe ppm 50 400
o
Ti ppm 5 10
o
Pb ppm 1 10
o O
Ni ppm 50 220
o o
V ppm 30 350
o o
o
Na ppm 30 120
o
K ppm 5 10
o
Ca ppm 20 100
o
P ppm 1 10
o
Werner K. Fischer, 1995
Universitas Sumatera Utara
Memproduksi kokas dari bahan baku dengan konsentrasi aspal dan resin yang tinggi akan menghasilkan kokas dengan konsentrasi pengotor yang tinggi pula seperti sulfur dan
vanadium, menjadikan kokas tersebut tidak sesuai lagi peruntukkannya dalam produksi batangan anoda. Sebuah bahan baku dengan kandungan molekul aromatik yang tinggi,
seperti residu vakum dengan kira-kira 50 berat karbon aromatik, menghasilkan kokas yang sesuai untuk elektroda pada proses aluminium. Membuat kokas dari bahan baku
dengan kandungan karbon aromatik yang tinggi akan menghasilkan sebuah kokas dengan kualitas yang baik, yang dikenal sebagai needle coke.
Beberapa jenis bahan-bahan dari kokas hasil kalsinasi minyak bumi yang digunakan dalam produksi elektroda dapat dilihat pada
tabel 2
berikut :
Markus W. Meier, 1996
Property Unit
Typical Value
Water content wt.
0.0 0.2 Oil content
wt. 0.10 0.30
Grain size 8 mm wt.
10 20 8 - 4 mm
wt. 15 25
4 - 2 mm wt.
15 25 2 - 1 mm
wt. 10 20
1 - 0.5 mm wt.
5 15 0.5 - 0.25 mm
wt. 5 15
0.25 mm wt.
2 8 Tapped bulk dens. 2 - 1 mm
kgdm
3
0.80 0.86 Grain stability 8 - 4 mm
wt. 75 - 90
Density in xylene kgdm
3
2.05 2.10 Specific electrical resistance
µ m 460 - 540
Universitas Sumatera Utara
CO
2
reactivity loss 1000 C wt.
3 - 15 Air reactivity at 525 C
min 0.05 - 0.3
Crystallite size Lc 25 - 32
Ash content wt.
0.10 0.20 Unsur S
wt. 0.5 3.5
V ppm
30 - 350 Ni
ppm 50 - 220
Si ppm
50 - 250 Fe
ppm 50 - 400
Al ppm
50 - 250 Na
ppm 30 - 120
Ca ppm
20 - 100 Mg
ppm 10 30
Markus W. Meier, 1996
2.4. Kegunaan Lain dari Kokas
Berdasarkan pada jenis yang akan diproduksi dan kadar pengotor yang spesifik yang ada dalam hasil akhir, petroleum coke pada dasarnya digunakan untuk tiga jenis
pekerjaan. Jenis pekerjaan ini dapat diklasifikasikan sebagai bahan bakar, elektroda, dan
metalurgi. Klasifikasi yang keempat masih relatif baru digunakan, yaitu gasifikasi, yang masih dalam tahap evaluasi bagi perusahaan-perusahaan tapi tidak memberikan hasil
yang cukup signifikan pada saat ini.
Penggunaan sebagai bahan bakar
Penggunaan petroleum coke sebagai bahan bakar umumnya masuk kepada dua kategori, bahan bakar untuk pembangkit tenaga uap dan bahan bakar untuk pabrik semen. Untuk
Universitas Sumatera Utara
penggunaan ini, kokas biasanya dicampur dengan batubara bitumen atau digunakan dalam kombinasi dengan minyak atau gas. Pada umumnya, kokas sebagai bahan bakar
digunakan dalam kombinasi dengan batubara bitumen memiliki keuntungan sebagai berikut disamping batubara bitumen itu sendiri :
1. Grinding penggilingan. Kokas lebih mudah untuk digiling daripada batubara bitumen, dihasilkan dengan biaya penggilingan yang lebih murah dan tidak perlu
perawatan yang lebih. 2. Nilai Pemanasan Heating Value. Nilai pemanasan dari petroleum coke adalah
lebih dari 14.000 Btulb, dibandingkan dengan 9000 sampai 12.500 Btulb untuk batubara.
3. Kandungan abu. Kandungan abu yang sangat rendah kurang dari 0,5 persen berat dari kokas menghasilkan biaya pengolahan yang lebih murah.
Penggunaan Untuk Elektroda
Kadar sulfur yang rendah, sponge coke dengan kadar logam yang rendah, setelah proses kalsinasi, dapat digunakan untuk membuat anoda pada industri aluminium. Industri
aluminium merupakan industri satu-satunya yang mengkonsumsi kokas paling banyak. Untuk setiap pon dari aluminium yang dihasilkan melalui proses peleburan hampir ½ lb
dari kokas hasil kalsinasi yang digunakan. Needle coke merupakan petroleum coke yang paling banyak dipesan yang dihasilkan dari
bahan aromatik dengan kandungan sulfur yang rendah. Penggunaan utama dari needle coke yang dkalsinasi adalah pada pembuatan elektroda grafit untuk dapur elektrik pada
industri baja. Robert A. Meyers, 1986
Universitas Sumatera Utara
Pada dasarnya, anoda prapanggang untuk produksi aluminium terdiri dari sekurang- kurangnya 65 petroleum coke, 20 batang anoda yang didaur ulang, dan 15 coal tar
pitch sebagai perekat. Bahan dasar lainnya juga digunakan, atau masih digunakan, sebagai contoh cairan kokas, kokas dari batubara, dan pitch minyak bumi. Dikarenakan
jumlahnya yang relatif kecil, tidak ada satu pun dari bahan ini yang sangat mempengaruhi dalam produksi anoda. Petroleum coke yang digunakan untuk pembuatan anoda yang
berkualitas dihasilkan dari fraksi minyak berat heavy residual dari minyak mentah, melalui sebuah proses yang dikenal dengan istilah delayed coking. Viskositas dari cairan
hidrokarbon yang terbentuk pada proses melalui fase transisi dari cairan ke bentuk padat diperoleh dengan cara cracking, dehidrogenasi, dan polimerisasi.
Kokas yang baru atau green coke yang dihasilkan belum sesuai sebagai kokas pengisi di dalam elektroda. Kokas ini merupakan sebuah amorf, struktur yang sangat lemah,
termasuk di dalam jenisnya 8 15 berat merupakan hidrokarbon yang mudah
menguap. Kokas ini juga memiliki reaktifitas yang tinggi dan konduktivitas listrik yang lemah. Sebagai proses lanjutan green coke tadi dilakukan pemanasan yang ditujukan
menjadi kokas pengisi dalam elektroda, proses tersebut dikenal sebagai kalsinasi. Selama proses kalsinasi hingga mencapai suhu 1350
C, kokas mengecil hingga kira-kira 10 14 berat dan kandungan senyawa volatil berkurang sampai 0,5 berat. Senyawa-senyawa
yang mudah menguap ini dilepaskan sebagai gas, seperti CH
4
, C
2
H
6
, H
2
, H
2
S, dan CH
3
SH. Kualitas kokas yang dihasilkan dari kalsinasi dikendalikan oleh komposisi kimia dari bahan baku sebagaimana parameter operasional selama proses coking dan kalsinasi.
Markus W. Meyer, 1996
Universitas Sumatera Utara
Penggunaan metalurgi
Petroleum coke dengan kandungan sulfur yang rendah 2.5 berat atau kurang dapat digunakan dalam metalurgi besi ketika dicampurkan dengan batubara yang rendah
kemampuan menguapnya. Petroleum coke yang digunakan dalam penuangan besi atau untuk pembuatan baja meningkatkan bahan-bahan dari batubara melalui penurunan
jumlah zat yang mudah menguap dan meningkatkan nilai rata-rata pemanasan. Kandungan logam dalam kokas tidak menjadi masalah dalam industri metalurgi.
Robert A. Meyers, 1986 2.5. Analisis dengan X-Ray Fluorescene
X-Ray Fluoerescene merupakan suatu metode analisis suatu bahan yang sifatnya tidak merusak non-destruktif. Sebuah sumber X-ray digunakan untuk meradiasi sampel
dan menyebabkan unsur-unsur di dalam sampel tersebut mengeluarkan karakteristik sinar X yang mereka miliki. Sebuah system pendeteksi digunakan untuk mengukur posisi
puncak pendaran sinar x untuk identifikasi kualitatif terhadap keberadaan unsur, dan mengukur intensitas puncak untuk penentuan kuantitatif terhadap komposisi tersebut.
Semua unsur terkecuali unsur dengan massa atom yang rendah dapat dianalisis dengan menggunakan alat X-Ray Fluorescene.
Ketika sebuah unsur ditembakkan oleh sinar X, karakteristik radiasi akan dikeluarkan sebagai bentuk energi yang akan dipergunakan elektron dalam perpindahan
dari satu orbital ke orbital lainnya. Sinar primer dari tabung tube sinar X menyebabkan perpendaran karakteristik berupa garis lurus dari unsur yang terdapat dalam suatu sampel.
Sheralyn M. Hume, 1990
Universitas Sumatera Utara
Kadar pengotor impurities dalam kokas dapat ditentukan dengan menggunakan X- Ray Fluorescene dengan pellet yang ditekan pressed dengan diameter 40 mm. Analisis
X-ray fluorescene merupakan metode penentuan elemen dalam padatan atau cairan yang cepat, tidak merusak, baik secara kualitatif maupun kuantitatif. Dengan peralatan
konvensional, hal ini berdasarkan pada pengukuran panjang gelombang dan intensitas sinar X yang diemisikan oleh sampel, ketika tereksitasi oleh sinar dari tabung X-ray
primer. Pada dasarnya ini merupakan sebuah teknik permukaan, karena sinar primer tidak masuk terlalu jauh kedalam zat tersebut. Biasanya hanya beberapa micrometer untuk
unsur-unsur yang cukup berat seperti emas dan sekitar setengah millimeter untuk unsur- unsur yang lebih ringan seperti aluminium.
Energi yang tinggi yang terkandung di dalam sebuah sinar X menyebabkan sebuah sampel mengeluarkan karakteristik sinar X dari atom-atom di dalam sample tersebut.
Elemen diidentifikasi dari panjang gelombang atau energi dari karakteristik radiasi ini, dan konsentrasi dihitung dari pengukuran intensitas.
Clive Whiston, 1987
Penembakan suatu bahan atau logam tertentu oleh sejumlah elektron, yang memiliki energi yang cukup besar dapat menghasilkan sinar-X. Hampir semua energi kinetik dari
elektron ini berubah menjadi panas, tapi sebagian dari padanya berubah menjadi sinar X.
E = 1,1 X 10
-9
Z . V
Keterangan : E ; Efisiensi pembentukan sinar X
Z ; Nomor atom target
Universitas Sumatera Utara
V ; Tegangan listrik dari sinar X
Prinsip pembentukan sinar X Sinar X
Filamen Target
Elektron
+ _
Listrik bertegangan Tinggi
Gambar 1. Pembentukan sinar X X-ray tube adalah sumber sinar X yang paling banyak dipergunakan dalam peralatan
diffraksi sinar-X, X-ray tube ini mempunyai berbagai bentuk untuk berbagai kegunaan. Efisiensi kerja dari alat X-ray tube ini, sangat dipengaruhi oleh titik lebur dan daya hantar
panas dari target. Pengukuran panjang gelombang dari sinar X adalah melalui pengukuran sudut difraksi dengan menggunakan kristal. Hubungan antara panjang gelombang ,
ketebalan kristal dan sudut difraksi dinyatakan dengan persamaan Braggs : 2 d sin = n
Keterangan : n ; Derajat refleksi konstanta ; Sudut yang terbentuk antara sinar datang dengan bidang
kristal. ; Panjang gelombang sinar X.
Universitas Sumatera Utara
d ; Tebal kristal
d
Gambar 2. Difraksi Sinar-X X-Ray User Guide
Analisa kualitatif digunakan untuk menentukan elemen-elemen apa saja yang ada di dalam sampel. Ini juga dapat digunakan sebagai analisa kuantitatif untuk menentukan :
- level dan bentuk background - Adanya garis lain yang berlebih
Analisa kualitatif biasanya dilakukan dengan memeriksa secara lamban sepanjang sudut 2 yang terbentuk. Sebuah puncak akan ditemukan hanya jika hokum Bragg
terpenuhi. Spektrum yang dihasilkan dari pemeriksaan ini memiliki puncak-puncak yang berkaitan dengan elemen-elemen yang ada dalam sampel. Selama pemeriksaan,
goniometer memutar kristal melalui sudut sementara detektor berputar melalui sudut 2 . Ini memastikan bahwa sudut antara sinar-x, kristal dan detektor selalu memenuhi hokum
Bragg. Intensitas dari background bergantung pada sejumlah faktor, termasuk : - komposisi sampel
- pengaturan optik - intensitas sinar-x yang mengenai sampel
Universitas Sumatera Utara
Intensitas dari puncak-puncak tersebut dipengaruhi oleh konsentrasi dari elemen- elemen dalam sampel dan hasil perpendaran dari garis karakteristik, sebagai tambahan
dari beberapa faktor diatas. Posisi puncak pada spektrum yang keluar bergantung pada panjang gelombang dari unsur dan Kristal yang digunakan, seperti yang dapat dilihat
dengan mengubah hukum Bragg : Sin = n
2d Karena panjang gelombang untuk setiap elemen adalah sama, variabel satu-satunya
adalah 2d jarak dari kristal. Jadi, perbedaan kristal akan menghasilkan puncak pada lokasi yang berbeda untuk elemen yang sama.
Analisa kuantitatif digunakan untuk menghasilkan konsentrasi dari elemen-elemen yang ada dalam sampel. Ini merupakan sebuah metode analisa komparatif, yang
berdasarkan fakta bahwa intensitas terukur dari radiasi karakteristik dari sebuah elemen dalam sampel langsung terhubung dengan konsentrasinya. Dengan membandingkan
intensitas yang terukur dengan intensitas untuk sampel yang telah diketahui konsentrasinya, ini memungkinkan untuk menghitung konsentrasi dari elemen tersebut.
Inti dari analisa kuantitatif adalah kalibrasi. Ini membentuk factor konsentris dari intensitas terukur dengan konsentrasi dari sebuah elemen. Setiap elemen yang diinginkan
harus dikalibrasi sebelum hasilnya dapat diperoleh. Kalibrasi dilakukan dengan mengukur sejumlah standar sampel kalibrasi yang mengandung konsentrasi yang telah diketahui
dengan baik dari elemen-elemen tersebut yang diinginkan tadi. Kalibrasi terdiri dari sejumlah tahapan :
- memasukkan data standar
Universitas Sumatera Utara
- mengukur sampel standar - menggambar kurva kalibrasi ; intensitas yang terukur harus digambar versus
konsentrasi yang telah diketahui, yang menghasilkan garis regresi . Jika prosedur ini telah diselesaikan untuk semua elemen yang diinginkan, maka
sampel normal dapat kemudian diukur dan dihitung konsentrasinya. Intensitas yang direkam ketika mengukur standar kalibrasi digambarkan versus konsentrasi yang telah
diketahui dari elemen-elemen tersebut untuk menciptakan kurva kalibrasi atau garis regresi . Perbandingan intensitas terukur dari sampel normal versus garis tersebut
memberikan hasil konsentrasi dari elemen dalam sampel. Garis regresi diekstrapolasi dalam dua arah dari titik yang terukur. Titik dimana garis yang melalui sumbu Y
merupakan level background Rb dari pengukuran. Konsentrasi dapat diukur dari persamaan :
C = R
p
R
b
m Dimana : C : konsentrasi
R
p
: intensitas puncak yang terukur R
b
: intensitas background m : slope dari garis regresi
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
BAB III METODOLOGI PERCOBAAN
3.1. Alat - alat
Dalam melakukan analisis untuk menentukan impurities pada kokas ini diperlukan peralatan-peralatan sebagai berikut :
- X-Ray Fluorescene - Vibrating Mill
- Siever -60 mesh - Rotap
- Jaw Crusher - Plastik Sample
- Spatula - Tisu
- Brequeting Press - Holder Sample
- Plastik film polipropilen - Grinder
- Neraca Analitik
Universitas Sumatera Utara