LAPORAN KEMAJUAN (PROGRESS REPORT ... - KM Ristek

LAPORAN KEMAJUAN (PROGRESS REPORT) PROGRAM INSENTIF Nomor: Tanggal Perjanjian: RANCANG BANGUN TUNGKU CONVEYOR BELT 1000 °C UNTUK PRODUKSI SERBUK ZIRKONIA (kapasitas produksi laboratorium : 200 g/jam) Ir.Tundjung Indrati Yulianti.MT PUSAT TEKNOLOGI AKSELERATOR DAN PROSES BAHAN BADAN TENAGA NUKLIR NASIONAL Jl.Babarsari, Kotak Pos 6101 Ykbb, Yogyakarta,55281 Telepon (0274)4888435/08157992937/08812678659 Fax.(0275)487824/e-mail.ptapb@batan.go.id 22 November 2010

- _ ~ . uaran Prototip Tungku Conveyor BeltIT.-\. PELAKSANAAN KEGIATAN IReaJisasi Fisik.Tabap KegiatanTargetFisik,%RealisasiFisik, %Keterangan--. PERANCANGANi Berbasis Model Matematik Proses Kalsinasi 7 7 Februari 2010Zr(OH)4 menjadi Zr02 dengan meninjauperubahan molar density untuk penentuanpanjang dan gambar detil nyaBerbasis Navier Stoke menggunaankan 7 7 Februari sidsoftware ansys danjluen untuk menentukan April 2010distribusi suhu di badan tungku dan gambar-:detilPenentuan daya , jumlah nikelin, lilitan serta 5 5 April 2010gambar detil blok pemanas~ Perancangan SIK 5 5 Februari sidMaret 2010I --=- Perancangan sitem mekanik ( hopper, meja 5 5 April 2010pendingin, out of gas , kerangka) dangam bar detilnya= - Penyiapann Umpan( konsentrat Zr sampai 57 5 5 Maret sid%, peleburan, pelindihan menggunakan air, Juni20l0HCl) diperoleh ZrOCL 2 , cuplikan Zr(OH)4.,serta analisis TGA, XRD dan SEM.Pengadaan Bahan I 2 2 sid Mei 2010S Pembuatan komponen tungku dan UJI 6 6 Maret sidkomponen) Juni 2010~ Evaluasi dan Penyusunan laporan 3 3 30 Juni2010I JUMLAH REALISASI 45 45 sid 1 Juli10 Pengadaan Bahan II 2- Konstruksi 20...- Uji fungsi dan penetapan spesifikasi kinerja 15C Penyusunan Laporan 8JUMLAH BELUM TEREALISIR,55 Rencana sidNovember2010

- -\ PELAKSANAAN KEGIA TAN I dan IIRealisasi FisikTahap KegiatanTarget ! RealisasiFisik, % I Fisik, %Keterangan,f-;. RE ALISASI KEGIAT AN TERMIN I55 % I 55 %'3 1\. ONSTRUKSIII Badan Tungku 1000 °c untuk produksi Zr02 20 16 2 Juli sid 30I Sept 2010--- Peogadaan Bahan 2 I 24- 30 SeptI sid 2010- Lj i fungsi dan penetapan spesifikasi kinerja 15 I 3 I Juli sid30 SeptII2010Jl lv1LAH REALISASI I 75 sid 1_ ~ Termin III (1 Oktober 2010 - 10 November 2010)- - RencanaSisatarget %atau targetRealisasiFisikKeteranganD Peoyelesaian konstruksi yang merupakan 12 12 I OktoberUl tegrasi badan tungku dan system pengumpansidP.... ogadaan Bahan 1 1 10:2 Lj i fungsi dan penetapan spesifikasi kinerja 4 4 Novemberrcrmasuk preparasi , 2010,; Peoyusunan Laporan 8 8Jum lah Realisasi Termin III 25 25~,--","""""i Fisik pada tanggallO November 2010 telah mencapai 100 % dengan capaian_""':.L-~ I 55 % ( sampai dengan Juni 2010) ; Termin II 20 % ( sampai dengan 30'Se:~l:Jb e r 2010) sedangkan Termin III 25 % ( sampai dengan 30 November 2010).- ian Kegiatan Craian kegiatan yang sudah dilaksanakan pada termin I sbb -~ :: atan yang telah dilaksanakan adalahPerancangan dimensi tungkuPerancangan berbasis model matematik proses kalsinasi Zr(OH)4 menjadi Zr02rnenggunakan software MATLAB, Model matematik tersebut disusun dimulaideogan menyusun persamaan neraca massa bahwa laju massa rnasuk dikurangidengan laju massa ke1uar ditambah dengan laju terbentuknya bahan baru selarnaproses sarna dengan laju massa terakmTIulasi _Oleh karen a kondisi steady staternaka laju masa yang terakumulasi sarna dengan 0, Untuk selanjutnya untukmenyelesaikan persamaan terse but disusun dengan persamaan tidak berdimensirn engacu pada artikel pengeringan,

Q C z - [Q (C z + dJ] + dV.rc = dV oC oOfQ(C z - C z - dCz) + dV.r z = dV oC zOfoC dC OC_Q __2 + rc = __z = _ __z + rcdV Of o/bo(/b) = or oC___zor+rc==-" oC otUntuk kondisi steady state oC zoc,ot oC---" =-r -7 - =-ror c 0(~0) c= 0, makaoCu-- ==-rOZ zBC : z =c° ; Cz ==C7..0F = ~C zo~ C zo 0 "F =0 "C zu. C zo ¢~r=-­C LMasukkan persamaan tanpa dimensi ke 1 u = kecepatan padatan secaralinier (mis-I)rc = kecepatan kalsinasi (0. S-I)z = jarakL = panjang tungkuF IjIC z = molar density, mollm 3J8F=-~ pljl1 0c ( rc . L J(ZJ dimensiCz"o =1- u.CzoL= g/cm3F = kandungan kelembaban tanpaIf/ = panjang tanpa dimensi

Proses pemasukan nampan ke dalam tungku memanfaatkan dorongan dari nampanurutan berikutnya, maksudnya nampan nomor 1 akan masuk kedalam tungkudengan memanfaatkan dorongan dari nampan nomor 2, dan seterusnya. Melihatkonsep pengiriman nampan ke dalam tungku, ada beberapa hal yang perludiperhatikan, jarak tempuh nampan di dalam tungku mempengaruhi putaran shaftroller konveyor, hal ini dikarenakan putaran shaft mendorong nampan satu demisatu masuk ke dalam tungku, putaran roller conveyor sebagai pengantar danpendorong nampan. Putaran ini berpengaruh dengan waktu tinggal nampan didalam tungku, semakin eepat putaran semakin eepat nampan melalui tungku,begitu pula sebaliknya. Penetuan putaran motor mengaeu pada jarak tempuh,waktu tempuh, keeepatan dan jenis roller berbasis ANSI/SME 36,9 Schedule 40Ssehingga didapat keeepatan keliling yang disebut shaft roller 0,1 rpm. Untukmotor dipasaran 1400 rpm dengan reduktor dipasaran 1 :32. Peneapaian reduksiputaran 44 rpm dan 1,4 rpm. Menggunakan perbandingan rod a gigi lurus denganspesifikasi rod a gigi 23, model 2 dan diameter luar 50 sehingga putarannya 1,4rpm kemudian kedua jumlah gigi 46,modul gigi 2, diameter luar 50 maka rpm 0,7sedangkan spesifikasi roda terakhir 161, modul 2 dan diameter luar 165. Jadidalam system pengumpan terdapat 2 buah reducer ditambah 3 roda gigi .HopperPerhitungan ini dimulai dengan penentuan dimensi dan ukuran Adjusment Valv.,dengan kapasitas 200 gljam maka bila menggunakan adjusment valve 8 buahsirip maka setiap sirip berputar akan memindahkan 25 g persirip maka volumenyaakan 96 em 3 atau volume bola dimana valve berputar 768 em 3 . Dari volumetersebut maka diperoleh diameter pipa sebagai ujung hopper 2,5 em. Untukberoperasi selama 24 jam maka volume hopper 24 x 200 x 4,8 em 3 = 2.304 em 3 .Peraneangan SIKTungku ini dilengkapi sistem pengumpan belt conveyor beserta hoppernya dimanasistem instrumentasi kendali (SlK) pengumpannya berbasis seperangkat engendalivariac ( micro steper driven motor stepper dan timing pully sedangkan SIKtngkunya program logic contoller TlOOMD 88 yang mungkin dihubungkankanke Pc. Peraneangan SIK mengaeu pada blok diagram yang tertera pada Gambar11 . Hasil instalasi SIK semen tara ini berupa panel ( Gambar 12 )Penyiapan U mpanIndikator keluaran dari program insentif RT 2010 - 0589 berupa prototip tungku1000 °C untuk produksi Zirkonia. Berdasar dari kata prototip tadi maka tungkuhams memplmyai spesifikasi kinerja dari hasil uji fungsi yang didahului denganuji eoba alat. Tahap uji fungsi ini memerlukan uji tanpa be ban dan uji denganbeban. Beban yang dimaksudkan disini adalah bahan Zr(OH)4 yang akandipanaskan atau dikalsinasi sehingga didapat Zr02. Oleh karen a PTAPB telahberhasil mengkonstruksi beberapa alat proses maka penyediaan Zr(OH)4 akandiperoleh dari pengolahan pasir Zr yang diminimalisasi kandungan ilmenitnya.Pasir tersebut dilebur dengan Na(OH) dalam tungku 900°C seeara eatu, hasilleburan dilindi menggunakan air untuk rnenghilangkan silikat dalam reaktor alir

tangkir berpengaduk (RATB) secara sinambung. Hasil lindi yang telahdiminimalkan Sinya kemudian dilindi dengan HCI 4N secara sinambung dalamRATB sehingga diperoleh ZrOCIz. Pada term in pertama ini bam diperoleh ZrOCIzsebanyak 40 liter, seperti tertera pada Gambar 13 . Proses pengendapandirencanakan menggunakan ~(OH) dalam RATB secara sinambung.6 Gambar Layout Seperti tergambar pada dokumentasi ( Gambar 15) a. Uraian kegiatan yang sudah dilaksanakan pada termin II sbb1 Konstruksi Badan TungkuKonstruksi Badan Tungku secara visual dapat dicermati pada Gambar 16.Konstruksi ini mempunyai tahap1. Setiap segmen blok pemanas di uji untuk memastikan uji elemen pemanasnikelin . Uji masing masing pemanas memberikan data yang baik denganlaju pemanasan tanpa beban sebesar 5 - 8 °c permenit. Mencapai suhu 850°c dengan kondisi terbuka.2. Tiga segmen tadi kemudian dibuat kerangka yang panjangnya sesuaiperancangan dan gambar deti!. Bahan kerangka sesuai standart material SA240 tennasuk casmgnya.3. Integrasi kerangka, blok pemanas dan casing.2 Tetapan Teknis Proses Kalsinasi Zr(OH)4Tetapan teknis berdasar analisis TGA Gambar 17 .1. Fenomena kalsinasi yang terjadi adalah Shrinking Core Model, sehinggapenetapan tetapan teknis mengacu pada kurva TGA dan pembahandistribusi ukuran serbuk disetiap tahapan pemanasan2. Konstanta pelepasan air kristal k = 6,285 e 6,S12fRT dengan energi aktivasisebesar 6,812 kkaUmol°K.3. Konstanta kecepatan reaksi pembentukkan Zr02 sebesar k = 12,5 E07e4S,576fR.T tlt::H~aH. t:H.t:f~1 akt1-va:sl :st:1:lt::Saf 4~,:'l79 kkal/HHjl"K.Kepastian shrinkage core model dan data tetapan teknis disajikan pada Gambar 19dan Tabel dibawah ini.Energi pelepasan air Kristal Energi pembentukkanKode Zr(OH)4 Zr02KkallmolOKTanpa di 736,07 44,66ayak300 629,49 46,07K3 Lolos 90 564,33 40,393 Pembuatan Zr(OH)4 Hasil endapan ZrOCh menggunakan N~(OH) sebanyak 1,98 kg/ 3 kg pasir Zr.

Pemanas : Nikelin diameter: 2 mmVoltage: variac 380 V - 386 V dengan suhu : 549°Ctanpa variac: 220 V (perphase terhadap normal) dengan capaian suhu1000°CFungsi lain selain produksi Zr02 adalah :1. Pengering Zr( OH)42. Alloy Heat treatment secara batch atau continuec. Hambatan:Tidak adad. U paya Penanggulangan : Tidak ada karena tidak ada hambatane. Dokumentasiglobal Czo v rcCzo=O.0244; %molar density Zr(OH)4 umpan(gmol/cm3)v=0.01; %kecepatan padatan sccara linier ( [c=0.001 ; %kecepatan kalsinasi (asumsi ) Cz=0.0244:0.002:0.0367; %molar density pad a titik Z (dari 0,024-0,0367 gmol/cm3) Z=(Czo-Cz)*(v/rc) %panjang kalsinator (cm) plot(Cz,Z) xlabel('Cz(gmol/cm3 )') y label(,Z(em)') title('Z berbanding Cz')Gambar 1 : Program perhitungan panjangtungkul~ClDID 0.032 0.034 0 Ole 0.008Cl~lGambar 2 : Grafik perubahan molardensity pada posisi z.., po-,- ......" .h 1""1~ ..§ ~];~ i. ~~o T' H..1 1_.,..Ga.rnba.r ] : I-Ia."il "irnula."i pgna.rnpa.ne tunekudengan ketebalan dindingpenyusun badan tungku(software Ansys)Gambar 4: Kontur suhu sepanjangTungku menggunakanCFD (software jluen)

( software An ) . )Gambar 5 :Sket badan tungkuff::7~Gambar 6: Ilustrasi blok pemanasiI1111IiI r I I I I I II:,IiIii:i ! I I I J I I1 1 I I I I i I, JGambar 8 : Blok pemanas danpengujiannyaLJLJ~--o---t-Gambar 9 : beberapa hasil pengerjaanmekanikGambar 10 : blok diagram SIK untuktungku 1000 °C produksiZirkonia, 200 gljam

Gambar 11 : Hasil sebagian instalasi SIKGambar 12 :Peralatan untuk penyiapanumpanGambar 13 :Hasil penyiapan umpanGambar 14 : Hasil analisis dari hasilpenytapan llmpanTungku 1000 °cEJ pengumpanGambar 15 : Lay Out Tungkll Kalsinator

Gambar 16 : Kegiatan Konstruksi Badan Tungku 1000Gambar 17 : Pengadaan Bahan a.Untuk System Pengumpan; b. Silicon Belt

-5,0~ - G,"1, F. . o tt.,r'lllll: ,;.;,.... //!t o n of ,".l

aGambar 20: Prototipe Tungku Belt Coneyor 1000 °C Untuk Produksi Zr02a. Tampak sisi kiri; b. Tampak sisi kanan

Gambar 21a: Zr(OH)4 Hasil Pengeringandisiapkan Untuk Umpan Pembuatan ZrGambar 21 b. Serbuk Zr02 yang dihasilkandengan 200 g / jam0.04 ,---------- - --- - ----- --,0.035 +----­--,____-_ 0 .03'" E 0.025u-~ 0.02~N U 0 .01 +-----­JlL-_~=----=--_____1+----------f-----:::!!oo--""~------___t-:--- """"'=-"""- - --- - --- -- - ---/+---f----- - --- --- ----/0.0 16 ,-----------------~----I- --- - ---- --10.005 ,---- ---- - - - - - --- ---/o +---r-----------~-~o 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0 .1 2 0.14z (m)• modal calculationu~fungsi~ngku1000C- Linear (model calculation)IGambar 22: Kurva Uji Fungsi Prototipe Tungku Belt Coneyor 1000 °CUntuk Produksi Zr02

.~1I , _Zr,IMmIIZr!draZlJdra I­ Zr,ll'll!~l!.m"............)",/. .. ...JIIIJ~_~ ,- .r l;J ,J,~;.J~.. .. . .. .. • 0_. "~'"Gambar 22 : Hasil Analisis Zr(OH)4 dan Zr02 dengan metoda XRDa. Difraktogram Zr(OH)4b. Difratogram Zr(O)2 hasil uji fungsi tungku 600°Cc. Difraktogram Zr02 hasil uji funsi tungku 800°Cd. Difraktogram Zr02 diunduh dari referensi dengan proseskalsinasi suhu 750 °C.No123456789101112Tabel 1: Hasil analisis Zr(OH)4menggunakan metoda XRFUnsurl Oksida %Zr02 52,02HID2 1,19Si02 5,71Ah0 3 0,96F~03 0,65Ti02 1,39Ca02 0,3Mn02 0,04P20S 0,18Mg02 0,01Unsur minor ( Sn02, Y 203) 1,12Lor ( 10ss ofignition) 36,93Jurnlah 100,00Tabel 2: Hasil analisis zr02menggunakan metoda XRFNo Unsur/Oksida1 Zr022 HID23 Si024 Ah0 35 Fe2036 Ti0 27 Ca028 Mn029 P 2 0 S10 Mg0 211 Unsur minor ( Sn02, Y 203)12 Lor ( loss o/ignition )Jumlah%88,282,152,171,491,290,790,120,060,250,080,952,37100Yogyakarta, 22 November 2010ologi Akselerator danpenehtf;­f..Ir.Tundiung Indrati Y.MT. NIP: 19550710.198303.2.0]0