Inmetco: Proses Kunci dalam Daur Ulang Baja dan Produksi Utama
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Definisi dan Konsep Dasar
Inmetco, singkatan dari Indiana Mineral Extraction Company, adalah proses kepemilikan dan peralatan terkait yang digunakan dalam tahap pemrosesan utama produksi baja, terutama berfokus pada pemulihan dan daur ulang logam berharga dari bahan baku sekunder. Ini dirancang untuk mengolah berbagai residu metalurgi, terak, dan aliran limbah lainnya untuk mengekstrak logam ferrous dan non-ferrous, sehingga mengurangi limbah dan meningkatkan efisiensi sumber daya.
Dalam rantai pembuatan baja, Inmetco berfungsi sebagai langkah pemrosesan perantara yang mengubah bahan baku sekunder—seperti terak, debu, dan produk sampingan metalurgi lainnya—menjadi konsentrat logam yang dapat digunakan kembali. Ini biasanya mengikuti operasi pembuatan baja primer seperti proses tanur tiup atau tanur busur listrik (EAF) dan mendahului tahap pemurnian atau peleburan sekunder. Perannya sangat penting dalam menutup siklus material, meminimalkan dampak lingkungan, dan mengoptimalkan pemanfaatan sumber daya secara keseluruhan.
Tujuan dasar dari Inmetco adalah untuk memulihkan logam sisa yang sebaliknya akan hilang ke tempat pembuangan atau aliran limbah, sehingga meningkatkan keberlanjutan dan efisiensi ekonomi produksi baja. Ini juga membantu memenuhi regulasi lingkungan dengan mengurangi volume limbah berbahaya dan emisi yang terkait dengan pembuangan.
Desain dan Operasi Teknis
Teknologi Inti
Inmetco menggunakan kombinasi proses termal, kimia, dan mekanik untuk mengekstrak logam dari residu metalurgi. Prinsip rekayasa inti melibatkan reduksi suhu tinggi, pelarutan selektif, dan teknik pemisahan fisik.
Komponen teknologi kunci termasuk tanur putar atau tanur hearth putar, yang menyediakan lingkungan termal yang terkontrol untuk reduksi dan peleburan. Tanur ini dilengkapi dengan pelapisan refraktori yang dirancang untuk menahan terak korosif dan suhu tinggi, biasanya berkisar antara 1.200°C hingga 1.400°C.
Reaktor kimia dan tangki pelarutan diintegrasikan ke dalam aliran proses untuk memfasilitasi pemisahan logam dari matriks terak. Pemisah magnetik dan unit flotasi digunakan untuk memusatkan logam ferrous dan non-ferrous secara berturut-turut. Aliran proses melibatkan pemberian residu yang telah diproses ke dalam tanur, di mana reaksi reduksi membebaskan logam, yang kemudian dipisahkan dan dikumpulkan.
Aliran material dikendalikan dengan hati-hati untuk mengoptimalkan tingkat pemulihan. Residu input diperlakukan sebelumnya untuk menghilangkan kelembaban dan kotoran, memastikan kualitas umpan yang konsisten. Proses ini bersifat kontinu, dengan laju umpan disesuaikan berdasarkan kapasitas throughput dan efisiensi pemulihan yang diinginkan.
Parameter Proses
Variabel proses kritis mencakup suhu, pasokan oksigen, waktu reduksi, dan komposisi umpan. Suhu operasi tipikal di dalam tanur berkisar antara 1.200°C hingga 1.400°C, dioptimalkan untuk mendorong reduksi lengkap tanpa konsumsi energi yang berlebihan.
Perkayaan oksigen digunakan untuk mengontrol keadaan oksidasi dan memfasilitasi reaksi tertentu, dengan laju aliran oksigen biasanya antara 0,5 hingga 2,0 Nm³/jam, tergantung pada umpan dan hasil yang diinginkan. Waktu tinggal di dalam tanur bervariasi dari 30 hingga 120 menit, tergantung pada jenis material dan tujuan proses.
Rasio terak terhadap logam mempengaruhi efisiensi pemulihan logam dan dipertahankan dalam rentang tertentu, sering kali sekitar 1:1 hingga 2:1. Sistem kontrol proses memanfaatkan sensor waktu nyata untuk suhu, komposisi gas, dan parameter metalurgi, memungkinkan penyesuaian yang tepat untuk mempertahankan kondisi optimal.
Sistem kontrol menggunakan pengontrol logika terprogram (PLC) dan algoritma kontrol proses canggih (APC) untuk memantau dan menyesuaikan variabel secara dinamis, memastikan kualitas produk yang konsisten dan keselamatan operasional.
Konfigurasi Peralatan
Instalasi Inmetco yang tipikal terdiri dari tanur putar atau tanur hearth putar, dengan dimensi bervariasi berdasarkan kapasitas—berkisar dari unit pilot kecil (~1 ton/jam) hingga sistem industri besar yang melebihi 50 ton/jam throughput.
Tanur putar memiliki cangkang refraktori berbentuk silinder yang dipasang pada rol, dengan kemiringan ringan untuk memfasilitasi pergerakan material. Sistem tambahan termasuk hopper umpan, pemanas awal, unit pembersihan gas, dan sistem pengolahan gas buang untuk mengontrol emisi dan memulihkan energi.
Evolusi desain seiring waktu telah memperkenalkan fitur-fitur seperti material refraktori yang lebih baik untuk umur layanan yang lebih lama, sistem sirkulasi gas yang ditingkatkan untuk efisiensi energi, dan peningkatan otomatisasi untuk kontrol proses yang lebih baik.
Peralatan tambahan termasuk unit penghancur dan penggilingan untuk persiapan umpan, pemisah magnetik untuk pemulihan logam ferrous, sel flotasi untuk logam non-ferrous, dan sistem pengumpulan debu untuk meminimalkan emisi partikel.
Kimia Proses dan Metalurgi
Reaksi Kimia
Proses Inmetco terutama bergantung pada reaksi reduksi di mana oksida logam diubah menjadi bentuk logam. Misalnya, oksida besi (Fe₂O₃, Fe₃O₄) direduksi menjadi besi logam (Fe) melalui karbon atau kokas sebagai agen reduksi:
Fe₂O₃ + 3C → 2Fe + 3CO
Demikian pula, logam non-ferrous seperti seng, tembaga, dan timbal dibebaskan dari bentuk oksida atau sulfida mereka melalui reduksi suhu tinggi dan peleburan:
ZnO + C → Zn + CO
Cu₂S + 2C → 2Cu + CS₂
Termodinamika reaksi diatur oleh diagram Ellingham, yang menggambarkan stabilitas oksida dan sulfida pada berbagai suhu, membimbing pemilihan suhu proses untuk mendukung pembentukan logam.
Kinetika tergantung pada faktor-faktor seperti suhu, ukuran partikel, dan laju aliran gas, yang mempengaruhi kelengkapan dan laju ekstraksi logam. Produk sampingan termasuk karbon monoksida (CO), karbon dioksida (CO₂), gas sulfur, dan fase terak.
Transformasi Metalurgi
Selama pemrosesan, mikrostruktur residu mengalami perubahan signifikan. Awalnya, umpan mengandung fase mineral kompleks, termasuk oksida, sulfida, dan silikat.
Seiring suhu meningkat, reaksi reduksi mengubah oksida menjadi fase logam, yang mengarah pada pembentukan tetesan logam dan fase terak. Perkembangan mikrostruktural termasuk koalesensi partikel logam, pertumbuhan butir, dan transformasi fase dari oksida menjadi logam.
Transformasi fase dipengaruhi oleh laju pendinginan dan elemen paduan, mempengaruhi sifat-sifat seperti kekerasan, ketangguhan, dan ketahanan korosi. Proses ini bertujuan untuk menghasilkan konsentrat logam dengan kemurnian tinggi dan sifat metalurgi yang sesuai untuk peleburan selanjutnya.
Interaksi Material
Interaksi antara logam, terak, refraktori, dan atmosfer sangat penting untuk stabilitas proses. Tetesan logam dapat menempel pada permukaan refraktori, menyebabkan keausan atau kontaminasi.
Interaksi terak-logam mempengaruhi komposisi dan kemurnian logam yang dipulihkan, dengan terjebaknya terak yang berlebihan menyebabkan kotoran. Degradasi refraktori terjadi akibat serangan kimia oleh fase terak yang agresif atau korosi suhu tinggi.
Gas atmosfer, seperti oksigen dan senyawa yang mengandung sulfur, dapat menyebabkan oksidasi atau pengambilan sulfur, mempengaruhi kualitas produk. Untuk mengontrol interaksi ini, parameter proses dioptimalkan, dan pelapisan refraktori pelindung digunakan.
Sistem pengurasan gas dan penyegelan meminimalkan masuknya atmosfer yang tidak diinginkan. Prosedur pengetukan terak dan logam dikelola dengan hati-hati untuk mencegah kontaminasi dan memastikan keluaran berkualitas tinggi.