KUALITAS & KLASIFIKASI BATUBARA

Kualitas batubara adalah sifat fisika dan kimia dari batubara yang mempengaruhi potensi kegunaannya. Kualitas batubara ditentukan oleh maseral dan mineral matter penyusunnya, serta oleh derajat coalification (rank).

Umumnya, untuk menentukan kualitas batubara dilakukan analisa kimia pada batubara yang diantaranya berupa analisis proksimat dan analisis ultimat.

• Analisis proksimat dilakukan untuk menentukan jumlah air (moisture), zat terbang (volatile matter), karbon padat (fixed carbon), dan kadar abu (ash), sedangkan
• Analisis ultimat dilakukan untuk menentukan kandungan unsur kimia pada batubara seperti : karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen, sulfur, unsur tambahan dan juga unsur jarang.

Kualitas batubara ini diperlukan untuk menentukan apakah batubara tersebut menguntungkan untuk ditambang selain dilihat dari besarnya cadangan batubara di daerah penelitian.

Untuk menentukan jenis batubara, digunakan klasifikasi American Society for Testing and Material (ASTM, 1981, op cit Wood et al., 1983) ( Tabel ). 

Klasifikasi ini dibuat berdasarkan jumlah karbon padat dan nilai kalori dalam basis dry mineral matter free (dmmf). Untuk mengubah basis air dried (adb) menjadi dry mineral matter free (dmmf) maka digunakan Parr Formulas (ASTM, 1981, op cit Wood et al., 1983) :

dimana :

·         FC   = % karbon padat (adb)

·         VM  = % zat terbang (adb)

·         M    = % air total (adb)

·         A     = % Abu (adb)

·         S     = % sulfur (adb)

·         Btu  = british termal unit = 1,8185*CV adb

ISTILAH – ISTILAH “ BASIS” :

·         As Received  disingkat  : ar

·         Air Dried  disingkat        : ad  atau adb

·         Dry  disingkat                : db

·         Dry Ash Free disingkat : daf

·         Dry Mineral Matter Free disingkat : dmmf

Harus dicantumkan setiap menuliskan Nilai Parameter Kualitas.

Tabel
Klasifikasi batubara berdasarkan tingkatnya  (ASTM, 1981, op cit Wood et al., 1983)

Class	Group	Fixed Carbon ,% , dmmf		Volatile Matter Limits, % , dmmf		Calorific Value Limits BTU per pound (mmmf)
		Equal or Greater Than	Less Than	Greater Than	Equal or Less Than	Equal or Greater Than	Less Than	Agglomerating Character
I Anthracite*	1.Meta-anthracite	98			2			nonagglomerating
	2.Anthracite	92	98	2	8
	3.SemianthraciteC	86	92	8	14
II Bituminous	1.Low volatile bituminous coal	78	86	14	22
	2.Medium volatilebituminous coal	69	78	22	31
	3.High volatile A bituminous coal		69	31		14000D		commonly
	4.High volatile B bituminous coal					13000D	14000	agglomerating**E
	5.High volatile C bituminous coal					11500	13000
						10500	11500	agglomerating
III Subbituminous	1.Subbituminous A coal					10500	11500
	2.Subbituminous B coal					9500	10500
	3.Subbituminous C coal					8300	9500	nonagglomerating
IV. Lignite	1.Lignite A					6300	8300
	1.Lignite B						6300

Kelas dan jenis batu bara

Berdasarkan tingkat proses pembentukannya yang dikontrol oleh tekanan, panas dan waktu, batu bara umumnya dibagi dalam lima kelas: antrasit, bituminus, sub-bituminus, lignit dan gambut.

• Antrasit adalah kelas batu bara tertinggi, dengan warna hitam berkilauan (luster) metalik, mengandung antara 86% - 98% unsur karbon (C) dengan kadar air kurang dari 8%.
• Bituminus mengandung 68 - 86% unsur karbon (C) dan berkadar air 8-10% dari beratnya. Kelas batu bara yang paling banyak ditambang di Australia.
• Sub-bituminus mengandung sedikit karbon dan banyak air, dan oleh karenanya menjadi sumber panas yang kurang efisien dibandingkan dengan bituminus.
• Lignit atau batu bara coklat adalah batu bara yang sangat lunak yang mengandung air 35-75% dari beratnya.
• Gambut, berpori dan memiliki kadar air di atas 75% serta nilai kalori yang paling rendah.

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

PENGENALAN UMUM KUALITAS BATUBARA

Batubara merupakan bahan baku pembangkit energy dipergunakan untuk industry. Mutu dari batubara akan sangat penting dalam menentukan peralatan yang dipergunakan.

Untuk menentukan kualitas batubara, beberapa hal yang harus diperhatikan adalah :

• High heating value (kcal.kg),
• Total moisture (%),
• Inherent moisture (%),
• Volatile matter (%),
• Ash content (%),
• Sulfur content (%),
• Coal size (%),
• Hardgrove grindability index (<3mm,>)

High Heating Value (HHV)

High heating value sangat berpengaruh terhadap pengoperasian alat, seperti : pulverizer, pipa batubara, wind box, burner. Semakin tinggi high heating value maka aliran batubara setiap jamnya semakin rendah sehingga kecepatan coal feeder harus disesuaikan.

Moisture Content

Kandungan moisture mempengaruhi jumlah pemakaian udara primernya, pada batubara dengan kandungan moisture tinggi akan membutuhkan udara primer lebih banyak guna mengeringkan batubara tersebut pada suhu keluar mill tetap.

Volatile Matter

Kandungan volatile matter mempengaruhi kesempurnaan pembakaran dan intensitas nyala api. Kesempurnaan pembakaran ditentukan oleh :

		Fixed Carbon
Fuel Ratio	=	---------------------
		Volatile Matter

Semakin tinggi fuel ratio maka carbon yang tidak terbakar semakin banyak.

Ash Content dan Komposisi

Kandungan abu akan terbawa bersama gas pembakaran melalui ruang bakar dan daerah konveksi dalam bentuk abu terbang atau abu dasar. Sekitar 20% dalam bentuk abu dasar dan 80% dalam bentuk abu terbang. Semakin tinggi kandungan abu dan tergantung komposisinya mempengaruhi tingkat pengotoran (fouling), keausan dan korosi peralatan yang dilalui.

Sulfur Content

Kandungan sulfur berpengaruh terhadap tingkat korosi sisi dingin yang terjadi pada elemen pemanas udara, terutama apabila suhu kerja lebih rendah dari letak embun sulfur, disamping berpengaruh terhadap efektifitas penangkapan abu pada peralatan electrostatic precipator.

Coal Size

Ukuran butir batubara dibatasi pada rentang butir halus dan butir kasar. Butir paling halus untuk ukuran <3mm,>

Hardgrove Grindability Index (HGI)

Kapasitas mill (pulverizer) dirancang pada Hardgrove grindability index tertentu, maka untuk HGI lebih rendah kapasitasnya lebih rendah dari nilai patoknya untuk menghasilkan fineness yang sama.

Ash Fusion Characteristic

Ash Fusion Characteristic akan mempengaruhi tingkat fouling, slagging dan operasi blower.

PARAMETER KUALITAS BATUBARA

Cukup banyak parameter untuk menentukan kualitas batubara antara lain :

1.   Total moisture (%) *) **) ***)
2.   Inherent moisture (%) *) **) ***)
3.   Ash content (%) *) **)
4.   Volatile matter (%) *) **)
5.   Fixed carbon
6.   Calorific value (kcal/kg) *) **)
7.   Total sulphur (%) ***)
8.   Index hardgrove *) **)
9.   Index muai bebas ***)
10. Roga index ***)
11. Gray king ***)
12. Diatometri ***)
13. Nitrogen (%) **)
14. Phosphor *)
15. P2O5 *)
16. Plastometri ***)
Keterangan :
*) Diperlukan datanya untuk PLTU
**) Diperlukan datanya untuk bahan bakar
***) Diperlukan datanya untuk industry kokas metallurgi

Pemanfaatan suatu jenis batubara tertentu perlu diketahui suatu set data kualitas batubara yang diperlukan untuk suatu keperluan tertentu. Data ini diperoleh dari hasil suatu analisis pengujian. Dari sekian banyak parameter kualitas batubara, biasanya hanya beberapa saja yang bermakna dalam melanjutkan suatu kemanfaatan tertentu. Tetapi dengan mempunyai data lengkap parameter kualitas batubara dari suatu cadangan tertentu, akan lebih terlihat seluruh kemungkinan pemanfaatan batubara tersebut yang dapat membantu industry pemakai.

ARTI  KUALITAS BATUBARA PADA PEMANFAATANNYA

Pada pemanfaatan batubara perlu diketahui sifat-sifat yang akan ditunjukan oleh batubara tersebut, baik sifat kimiawi, fisik dan mekanis. Sifat-sifat ini akan dapat dilihat atau disimpulkan dari data kualitas batubara hasil analisis dan pengujiannya. Dari sejumlah data kualitas yang ada daripadanya dapat diambil harga rata-ratanya, misalnya kandungan air, abu dan lain yang bersifat kimiawi, tetapi ada pula yang tidak dapat diambil harga rata-ratanya melainkan harus dilihat harga minimum dan maksimum, seperti pada harga hardgrove index dan titik leleh abu.

Beberapa parameter kualitas yang akan sangat mempengaruhi pemanfaatannya terutama sebagai bahan bakar adalah :

Kandungan air

Kandungan air ini dapat dibedakan atas kandungan air bebas (free moisture), kandungan air bawaan (inherent moisture) dan kandungan air total (total moisture). Kandungan air ini akan banyak pengaruhnya pada pengangkutan, penanganan, penggerusan maupun pada pembakarannya.

Kandungan abu

Selain kualitas yang akan mempengaruhi penanganannya, baik sebagai fly ash maupun bottom ash tetapi juga komposisinya yang akan mempengaruhi pemanfaatan nya dan juga titik leleh yang dapat menimbulkan fouling pada pipa-pipa. Dalam hal ini kandungan Na2O dalam abu akan sangat mempengaruhi titik leleh abu. Abu ini dapat dihasilkan dari pengotor bawaan (inherent impurities) maupun pengotor sebagai hasil penambangannya. Komposisi abu seyogyanya diketahui dengan baik untuk kemungkinan pemanfaatannya sebagai bahan bangunan atau keramik dan penanggulangannya terhadap masalah lingkungan yang dapat ditimbulkannya.

Zat terbang (Volatile Matter)

Kandungan zat terbang sangat erat kaitannya dengan kelas batubara tersebut, makin tinggi kandungan zat terbang makin rendah kelasnya. Pada pembakaran batubara, maka kandungan zat terbang yang tinggi akan lebih mempercepat pembakaran karbon padatnya dan sebaliknya zat terbang yang rendah lebih mempersukar proses pembakaran. Nisbah kandungan carbon tertambat terhadap kandungan zat terbang disebut fuel ratio.

Nilai Kalor (Fuel Ratio)

Harga nilai kalor merupakan penjumlahan dari harga-harga panas pembakaran dari unsur-unsur pembentuk batubara. Harga nilai kalor yang dapat dilaporkan adalah harga gross calorific value dan biasanya dengan besar air dried, sedang nilai kalor yang benar-benar dimanfaatkan pada pembakaran batubara adalah net calorific value yang dapat dihitung dengan harga panas latent dan sensible yang dipengaruhi oleh kandungan total dari air dan abu.

Fuel Ratio Berbagai Jenis Batubara :

Jenis Batubara	Fuel Ratio
1. Coke	92
2. Antrasit	24
3. Semi antrasit	8.6
4. Bitumen
*) Low volatile	2.8
*) Medium volatile	1.9
*) High volatile	1.3
5. Lignit	0.9

Hardgrove Grindability Index (HGI)

Hardgrove Grindability Index merupakan petunjuk mengenai mudah sukarnya batubara untuk digerus. Harga Hardgrove Grindability Index diperoleh dengan rumus :

HGI = 13,6 + 6,93 W

W adalah berat dalam gram dari batubara lembut berukuran 200 mesh.

Makin tinggi harga HGI makin lunak batubara tersebut. Suatu PLTU biasanya disiapkan untuk menggunakan kapasitas penggerusan terhadap suatu jenis batubara dengan HGI tertentu.

Sifat Caking dan Coking

Kedua sifat tersebut ditunjukan oleh nilai muai bebas (free swelling index) dan harga dilatasi, yang terutama memberikan gambaran sifat fisik pelunakan batubara pada pemanasannya. Harga-harga yang ditunjukan oleh hasil analisis dan pengujian tersebut diperoleh dari sejumlah sample dengan menggunakan tata cara tertentu dan terkendali. Sedangkan pada kenyataannya pemanfaatannya sangat berbeda. Oleh karenanya perlu dilakukan pemantauan oleh pemakai batubara terhadap hasil pembakaran sebenarnya. Dengan demikian akan diperoleh angka-angka yang dapat dikorelasi terhadap hasil analisis dan pengujian dari sampel batubara.

(sumber: Batubara & Gambut, Ir. Sukandarrumidi, MSc. Ph.D)