Batu pasir besi

Hot-briquetted iron HBI diatas kertas A4, bentuk lain dari direct reduced iron, DRI, sponge iron dicetak di pabrik.

Mesin HBI.

Batu pasir besi (bahasa Inggris: Direct reduced iron, disingkat sebagai DRI), juga disebut tempaan atau besi spons atau besi busa, adalah jenis batu besi yang dihasilkan langsung dari reduksi bijih besi (dalam bentuk batu benjolan, pelet) menjadi besi dengan mengurangi unsur karbon gas yang dihasilkan dari pembakaran gas alam atau batu bara. Banyak bijih cocok untuk reduksi langsung. Besi spons harus dipadatkan untuk diproses lebih lanjut atau dilebur, karena mengandung kotoran yang tidak diinginkan (terutama terak).

Tungku tempa merupakan perlatan tradisional dan paling primitif yang bisa meleburkan bijih besi. Sebuah tungku tempa adalah jenis tungku yang dulunya pernah digunakan secara luas untuk proses peleburan besi dari unsur oksida. Sebuah tungku tempa akan memproduksi sebuah gumpalan besi berpori dan terak yang disebut tempaan. Campuran terak dan besi di tempaan disebut besi spons, yang biasanya dikumpulkan dan selanjutnya ditempa menjadi besi tempa. Tungku tempa selanjutnya telah digantikan oleh tungku sembur, menghasilkan pig iron.

Reduksi

Produksi reduksi besi langsung dan penguraian berdasarkan proses

Reduksi langsung mengacu pada proses keadaan padat yang mereduksi oksida besi menjadi besi metalik pada suhu di bawah titik leleh besi. Besi tereduksi mendapatkan namanya dari proses ini, salah satu contohnya adalah memanaskan bijih besi dalam tungku pada suhu tinggi 800 hingga 1.200 °C (1.470 hingga 2.190 °F) diikuti dengan adanya gas syngas pereduksi, campuran hidrogen dan karbon monoksida.

Proses reduksi

Proses reduksi langsung dapat dibagi secara kasar menjadi dua kategori: berbasis gas, dan berbasis batubara. Dalam kedua kasus, tujuan dari proses ini adalah untuk menghilangkan oksigen yang terkandung dalam bijih besi dalam berbagai bentuk (bijih berukuran, konsentrat, pelet, skala pabrik, debu tungku, dll), untuk mengubah bijih menjadi besi logam, tanpa melelehkannya (di bawah 1.200 °C (2.190 °F)).

Proses reduksi langsung relatif hemat energi. Baja yang dibuat menggunakan DRI membutuhkan bahan bakar yang jauh lebih sedikit, sehingga tanur sembur tradisional tidak diperlukan. DRI paling sering dibuat menjadi baja menggunakan tungku busur listrik untuk memanfaatkan panas yang dihasilkan oleh produk DRI.

Proses reduksi langsung dikembangkan untuk mengatasi kesulitan tanur sembur konvensional. Pabrik DRI tidak perlu menjadi bagian dari pabrik baja terintegrasi, seperti karakteristik tanur sembur. Investasi modal awal dan biaya operasi pabrik reduksi langsung lebih rendah daripada pabrik baja terintegrasi dan lebih cocok untuk negara berkembang di mana pasokan batubara kokas bermutu tinggi terbatas, tetapi di mana skrap baja umumnya tersedia untuk didaur ulang. India adalah produsen besi reduksi langsung terbesar di dunia. Banyak negara lain menggunakan varian proses.

Faktor-faktor yang membantu membuat DRI ekonomis:

• Besi pereduksi langsung memiliki kandungan besi yang hampir sama dengan besi kasar, biasanya besi total 90-94% (tergantung pada kualitas bijih mentah) sehingga merupakan bahan baku yang sangat baik untuk tungku listrik yang digunakan oleh pabrik mini, memungkinkan mereka untuk menggunakan mutu skrap yang lebih rendah untuk sisa muatan atau untuk menghasilkan mutu baja yang lebih tinggi.
• Hot-briquetted iron (HBI) adalah bentuk DRI yang dipadatkan yang dirancang untuk kemudahan pengiriman, penanganan, dan penyimpanan.
• Besi reduksi langsung panas (HDRI) adalah DRI yang diangkut panas, langsung dari tungku reduksi, ke tungku busur listrik, sehingga menghemat energi.
• Proses reduksi langsung menggunakan bijih besi pelet atau bijih “benjolan” alami. Satu pengecualian adalah proses unggun terfluidisasi yang membutuhkan partikel bijih besi berukuran.
• Proses reduksi langsung dapat menggunakan gas alam yang terkontaminasi dengan gas inert, menghindari kebutuhan untuk menghilangkan gas ini untuk penggunaan lain. Namun, setiap kontaminasi gas inert dari gas pereduksi menurunkan efek (kualitas) aliran gas tersebut dan efisiensi termal dari proses tersebut.
• Pasokan bijih bubuk dan gas alam mentah keduanya tersedia di daerah seperti Australia Utara , menghindari biaya transportasi untuk gas. Dalam kebanyakan kasus, pabrik DRI terletak di dekat sumber gas alam karena lebih hemat biaya untuk mengirimkan bijih daripada gas.
• Metode DRI menghasilkan 97% besi murni.
• Untuk menghilangkan penggunaan bahan bakar fosil dalam pembuatan besi dan baja, gas hidrogen terbarukan dapat digunakan sebagai pengganti syngas untuk menghasilkan DRI.

Besi reduksi langsung sangat rentan terhadap oksidasi dan karat jika dibiarkan tidak terlindungi, dan biasanya cepat diproses lebih lanjut menjadi baja. Besi curah juga bisa terbakar karena piroforik. Tidak seperti besi kasar tanur sembur, yang hampir merupakan logam murni, DRI mengandung beberapa gangue silika (jika dibuat dari skrap, bukan dari besi baru dari besi reduksi langsung dengan gas alam), yang perlu dihilangkan dalam proses pembuatan baja.

Kegunaan

Besi spons tidak berguna dengan sendirinya, tetapi dapat diproses untuk membuat besi tempa atau baja. Spons dikeluarkan dari tungku, yang disebut bloomery, dan berulang kali dipukuli dengan palu berat dan dilipat untuk menghilangkan kotoran terak, mengoksidasi karbon atau karbida, dan mengelas besi bersama-sama. Perlakuan ini biasanya menciptakan besi tempa dengan sekitar tiga persen terak dan sebagian kecil dari persen pengotor lainnya. Perlakuan lebih lanjut dapat menambahkan jumlah karbon yang terkontrol, memungkinkan berbagai jenis perlakuan panas (misalnya "stelling").

Saat ini, besi spons dibuat dengan mereduksi bijih besi tanpa melelehkannya. Hal ini membuat bahan baku hemat energi untuk produsen baja khusus yang dulu mengandalkan besi tua.

Kimia

Reaksi berikut berturut-turut mengubah hematit (dari bijih besi) menjadi magnetit, magnetit menjadi oksida besi, dan oksida besi menjadi besi oleh reduksi dengan karbon monoksida atau hidrogen.

${\ce {3 Fe2O3 + CO/H2 -> 2 Fe3O4 + CO2/H2O}}$

${\ce {Fe3O4 + CO/H2 -> 3 FeO + CO2/H2O}}$

${\ce {FeO + CO/H2 -> Fe + CO2/H2O}}$

Karburasi menghasilkan sementit (Fe₃C):

${\ce {3 Fe + CH4 -> Fe3C + 2H2}}$

${\ce {3 Fe + 2CO -> Fe3C + CO2}}$

${\ce {3 Fe + CO +H2 -> Fe3C + H2O}}$

Lihat pula

• Bijih besi
• Tanur tiup
• Besi kasar
• Besi
• Baja
• Peleburan (metalurgi)
• Pembuatan baja
• Logam paduan
• Ingot

Referensi

• Valipour MS, and Saboohi, Y, "Numerical investigation of nonisothermal reduction of hematite using Syngas: the shaft scale study", Modelling Simul. Mater. Sci. Eng. 15(5), p. 487, 2007.
• Grobler, F. and Minnitt, R.C.A "The increasing role of direct reduced iron in global steelmaking", The Australasian Institute of Mining and Metallurgy.