Minggu, 09 Agustus 2009

Teknologi Proses Produksi Pupuk ZK


Potassium Sulphate (ZK) biasa digunakan sebagai pupuk pada tanaman

Potassium Sulphate (ZK) biasa digunakan sebagai pupuk pada tanaman

Potassium Sulphate (ZK) atau biasa disebut Sulphate of Potash (SOP) telah dikenal sejak abad ke-14 yang merupakan garam berwarna putih dan memiliki sifat tidak mudah terbakar serta larut di dalam air. ZK digunakan sebagai pupuk yakni sumber senyawa kalium dan sulfur pada tanaman perkebunan seperti rami, kapas, dan tembakau. Di Indonesia pupuk ini tidak disubsidi sehingga harganya relatif tinggi di pasaran. Bahan baku sulfat alami untuk pembuatan ZK yang berasal dari pertambangan antara lain adalah lanbeinite (K2SO4.2MgSO4), leonite (K2SO4.MgSO4.4H20), schoenite (K2SO4.MgSO4.6H2O), dan glaserite (K3Na(SO4)2). Pertambangan sumber batuan tersebut banyak terdapat di negara Rusia, Kanada, benua Eropa, Israel, negara-negara timur tengah, Cina, Thailand, Kongo, dan Amerika Serikat.

Pemilihan proes produksi yang digunakan di dalam suatu pabrik pupuk ZK bergantung pada ketersediaan bahan baku. Secara umum ada 7 proses produksi pembuatan pupuk ZK, yaitu:

  1. Dekomposisi KCl dengan Na2SO4
  2. Dekomposisi KCl dengan CaSO4
  3. Dekompisisi KCl dengan MgSO4
  4. Dekomposisi KCl dengan (NH4)2SO4
  5. Proses Hargreaves yaitu mereaksikan gas SO2, O2, dan H2O dengan KCl
  6. Proses Mannheim yaitu mencampur langsung KCl dengan H2SO4 dengan rasio mol tertentu
  7. Pemurnian sumber sulfat alami seperti langbeinite dan kainit

1. Proses Produksi ZK dengan Dekomposisi KCl dengan Na2SO4

Dewasa ini, sumber yang umum digunakan berasal dari Sodium Sulphate Na2SO4 yang dapat diperoleh dari hasil samping dari beberapa proses produksi yakni:

  1. Pengolahan bijih chromium
  2. Pemurnian flue gas
  3. Pembuatan serat (viscose fibres)
  4. Produksi HCl, pigmen silica, asam lemak, dan trimethylolpropane
  5. Pengolahan limbah asam sulfat

Diagram alir proses ditampilkan pada Gambar 1.

Gambar 1. Diagram alir proses produksi ZK dengan melalui dekomposisi KCl dengan Na2SO4

Gambar 1. Diagram alir proses produksi ZK dengan melalui dekomposisi KCl dengan Na2SO4

Penjelasan proses:
Bahan baku yang digunakan adalah sodium sulphate baik dalam bentuk anhydrous (Na2SO4) maupun dalam bentuk hydrated (Na2SO4.10H2O). Selain itu digunakan juga potassium chloride (KCl) dalam bentuk larutan pada temperatur 20 – 25ºC. Umpan KCl, Na2SO4, dan recycle mother liquor yang mengandung kristalin glaserite K3Na(SO4)2 dan KCl, serta kondensat hasil kondensasi dari uap evaporator diumpankan ke reaktor. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:

4Na2SO4 + 6KCl -> 2K3Na(SO4)2 + 6NaCl
2KCl + 2K3Na(SO4)2 -> 4K2SO4 + 2NaCl

Rasio mol Na2SO4 : KCl dibuat sangat berlebih yakni antara 1 : 6 sampai 1 : 10 untuk mendapatkan konversi yang tinggi (96 – 99%), sedangkan untuk rasio mol ZK : Na2SO4 dijaga 2 : 1. Beberapa variasi rasio mol (mr) bahan baku dan produk terhadap konversi yang diperoleh di dalam reaktor ditampilkan pada Gambar 2.

Gambar 2. Pengaruh rasio mol reagent terhadap derajat konversi Na2SO4 menjadi K2SO4

Gambar 2. Pengaruh rasio mol reagent terhadap derajat konversi Na2SO4 menjadi K2SO4

Setelah bereaksi di reaktor, produk ZK dipisahkan di filter dan selanjutnya mother liquor yang terbentuk diuapkan di unit konsentrasi 2 tingkat secara bertahap dan diikuti dengan proses kristalisasi pada temperatur rendah (? 2ºC) untuk tahap 1. Setiap mother liquor yang sudah terpisah baik di tahap 1 maupun 2 akan dipisahkan di filter untuk selanjutnya di-recycle kembali ke reaktor, sedangkan uap dari unit konsentrasi akan dikondensasikan terlebih dahulu dan selanjutnya dikirim ke reaktor.

Selain produk ZK juga diperoleh by-product berupa NaCl. Adapun spesifikasi produk ZK adalah sebagai berikut:
K2SO4: 96%-w
Cl- : 0,5%-w
Na+ : 0,2%-w

2. Proses Produksi ZK dengan bahan baku KCl dan CaSO4

Ada 3 tahapan utama dalam metode proses ini, yaitu:

  1. Pelarutan gypsum
  2. Konversi satu tahap (T = 25ºC)
  3. Siklus amoniak dalam proses

Diagram alir proses dapat dilihat pada gambar 3.

Gambar 3. Diagram alir proses produksi ZK dengan melalui dekomposisi KCl dengan CaSO4

Gambar 3. Diagram alir proses produksi ZK dengan melalui dekomposisi KCl dengan CaSO4

Reaksi yang terjadi dalam proses ini antara lain:

CaSO4.2H2O + (NH4)2CO3 -> (NH4)2SO4 + CaCO3
2KCl + (NH4)2CO3 -> K2SO4 + 2NH4Cl

Adapun reaksi samping:

CaCO3 -> CaO + CO2
2NH4Cl + CaO + H2O -> CaCl2 + 2NH4OH
2NH4OH + CO2 -> (NH4)2CO3

Karakter dasar dari proses ini ialah adanya sistem recovery multistage untuk gas amoniak dan KCl, juga produk ZK yang dihasilka akan selalu mengandung amonium sulfat yang sangat dipengaruhi oleh komposisi mother liquor.

Panjing Hengxing Chemicals Co., Ltd. Salah satu produsen pupuk ZK yang berdomisili di Cina

Panjing Hengxing Chemicals Co., Ltd. Salah satu produsen pupuk ZK yang berdomisili di Cina

3. Proses Produksi ZK melalui dekomposisi KCl dengan MgSO4

Reaksi yang terjadi:

2KCl + 2MgSO4.xH2O + 5H2O -> K2Mg(SO4)2.6H2O + MgCl2
K2Mg(SO4)2.6H2O + 2KCl -> 2K2SO4 + MgCl2 + 6H2O

Proses produksi ZK melalui dekomposisi KCl dengan MgSO4 terdiri dari dua tahap konversi, yakni magnesium sulphate bereaksi dengan sylvite (KCl) membentuk schoenite (K2Mg(SO4)2.6H2O) terlebih dahulu sebelum membentuk produk akhir yaitu SOP (ZK). Skema proses yang biasa digunakan dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

Diagram alir proses produksi ZK dengan melalui dekomposisi KCl dengan MgSO4

Diagram alir proses produksi ZK dengan melalui dekomposisi KCl dengan MgSO4

4. Proses Produksi ZK melalui Dekomposisi KCl dengan (NH4)2SO4

Reaksi yang terjadi:

2KCl + (NH4)2SO4 -> K2SO4 +2NH4Cl

Proses ini memiliki beberapa karakteristik, diantaranya yaitu konversi KCl menjadi pupuk K2SO4 atau K2SO4-(NH4)2SO4 pada temperatur 25ºC. Rasio K2O : N di pupuk dapat divariasikan dari 50 : 1 hingga 40 : 5. Selain itu NH4Cl dan KCl dapat direcover dengan proses kristalisasi dari larutan induk. PFD dari proses ini dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

Diagram alir proses produksi ZK dengan melalui dekomposisi KCl dengan (NH4)2SO4

Diagram alir proses produksi ZK dengan melalui dekomposisi KCl dengan (NH4)2SO4

Pengaruh kadar NH4 di larutan induk terhadap kadar K2SO4 pada garam yang telah dikristalisasi direpresentasikan oleh grafik. Terlihat bahwa semakin rendah kandungan NH4 di larutan induk maka semakin besar pula yield produk yang dapat diperoleh.

Pengaruh kadar NH4 di larutan induk terhadap kadar K2SO4 pada garam yang telah dikristalisasi

Pengaruh kadar NH4 di larutan induk terhadap kadar K2SO4 pada garam yang telah dikristalisasi

5. Proses Hargreaves

Tidak banyak literatur yang membahas proses ini. Dalam proses ini KCl dikeringkan, diayak, dan diumpankan ke chamber reaksi. Gas SO2 panas dari Sulfur burner direaksikan dengan uap air dan udara (kondisi excess) di masukan ke dalam converter secara batch dan counter-current. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:

4KCl + 2SO2 + O2 + 2H2O -> 2K2SO4 + 4HCl

6. Proses Mannheim dengan Mencampur Langsung KCl dengan H2SO4

Furnace Mainnheim

Furnace Mainnheim

Proses ini menggunakan furnace Mannheim yang berupa bejana silindris yang memiliki 2 ruang bakar, yaitu combustion chamber dan reaction chamber. Temperatur operasi furnace Mannheim adalah sebesar 800ºC. Karakteristik dari proses ini yaitu:

  1. Temperatur tinggi
  2. Banyak problem pada material (tingkat korosi, dll)
  3. Diperoleh by-product HCl

Reaksi yang terjadi adalah:

KCl + H2SO4 -> KHSO4 + HCl
KCl + KHSO4 -> K2SO4 + HCl

Reaksi tahap pertama bersifat eksotermis dan terjadi pada temperatur yang rendah, sedangkan reaksi tahap kedua bersifat endotermis dan berlangsung pada temperatur 550 – 600ºC. Produk ZK selanjutnya didinginkan di cooling drum. Residu H2SO4 dinetralkan dengan penambahan Ca(OH)2 dan CaCO3 sedangkan by-product HCl yang terbentuk didinginkan di graphite heat exchanger dan selanjutnya dilakukan absorbsi 2 tahap dengan air.

Diagram alir proses Mannheim

Diagram alir proses Mannheim

Spesifikasi produk yang dihasilkan adalah sebagai berikut:

Specproduk

Emisi yang dihasilkan dikontrol dengan batasan HCl maksimum 5 ppm dan SO2 maksimum 800 ppm. Beberapa negara di dunia yang telah mendirikan pabrik ZK dengan proses Mannheim antara lain Belgia, Amerika Serikat, Indonesia, dan Cina.

7. Pemurnian Sumber Sulfat Alami seperti Langbeinite dan Kainite

Dasar pemurnian proses ini adalah reaksi kristal dan pertukaran ion. Proses pemurnian langbeinite dapat dilakukan dengan menggunakan Muriate of Potash (MOP) atau KCl dengan mencampurnya dengan langbeinite. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:

4KCl + K2SO4.2MgSO4 -> 3K2SO4 + 2MgCl2

Bijih langbeinite dipisahkan dari KCl dan NaCl dengan pencucian selektif, pengapungan, dan penambahan agen pemisah. Selanjutnya bijih tersebut dihaluskan dengan ball mill dan dicampur dengan larutan MOP yang telah dilarutkan dan di-clarified terlebih dahulu pada unit terpisah. Produk ZK yang terbentuk berupa larutan garam dan kristal. Kristal dapat difiltrasi atau disenrifugasi kemudian dikeringkan, dan terakhir diayak untuk memperoleh ukuran produk yang sesuai. Sedangkan garam dapat dievaporasi, kristalisasi, dan terakhir difiltrasi. Campuran dari garam yang diperoleh dapat diumpankan kembali ke reaktor, sedangkan filtratnya dapat dibuang sebagai limbah.

Proses pemurnian bijih kainite yang hampir mirip dengan pemrosesan langbainite terdiri dari 4 tahap:

  1. Persiapan bijih dan pengapungan
  2. Produksi schoenite (K2SO4.MgSO4.6H2O) dan recovery-nya
  3. Leaching schoenite menjadi ZK
  4. Pengolahan larutan induk

Kainite dihaluskan bersama garam recycle di ball mill dan hydroclasifier. Overflow akan menuju ke thickner dan filter utama sedangkan underflow diolah dengan flotasi dan filtrasi. Cake dari filter utama akan diumpankan ke reaktor schoenite dan cyclone. Setelah 2 tahap pemisahan, Schoenite diumpankan ke reaktor leaching dan ZK yang terbentuk dipisahkan di thickner lalu di sentrifugasi dan dikeringkan, sedangkan overflow thickner di-recycle kembali. Spesifikasi produk yang terbentuk juga cukup baik, yakni kadar K2O minimal 50% dan kandungan chlorine kurang dari 1%.


Sumber:
Fertilizer Manual, 1967
Chemical Paper, B. U. Grzmil and B. Kic, 2005

K-UTEC AG Salt Technologies: www.k-utec.com

Manual of Fertilizer Processing, Francis T. Nielsson,
www.bodast.com

http://www.k-utec.com/download/Te04-01.pdf, 2004

http://majarimagazine.com/2009/07/teknologi-proses-produksi-pupuk-zk-bagian-1/

http://majarimagazine.com/2009/08/teknologi-proses-produksi-pupuk-zk-bagian-2/

© adietz bey ubay.359

Tidak ada komentar:

Poskan Komentar