Kimia “Pelumas” Penggilingan: Cara Grinding Aids Memangkas kWh/t dan Mendorong % Solids di Tambang

Di sebagian besar operasi, comminution—crushing + grinding (tahap penghancuran dan penggerusan)—memakan porsi listrik terbesar. Studi menyebut wet grinding saja sering mencapai 50–70% dari total energi pabrik (www.mdpi.com), sementara hanya sekitar 1% energi yang benar-benar menciptakan permukaan mineral baru (www.mdpi.com).

Dengan kadar bijih menurun dan target ukuran halus makin ketat, setiap cara untuk menaikkan efisiensi grinding—sekaligus menghemat air—berdampak langsung ke biaya operasi (www.mdpi.com) (www.mdpi.com). Di sinilah grinding aids dan rheology modifiers masuk: bahan kimia khusus yang merombak perilaku aliran slurry agar lebih “licin” dan mudah digiling.

Konteks energi kominutsi basah

Dominasi energi di grinding bukan rahasia: wet grinding menyumbang 50–70% beban listrik pabrik (www.mdpi.com), tapi sebagian besar berubah jadi panas dan suara—sekitar 1% saja yang efektif memecah partikel (www.mdpi.com). Tekanan biaya akibat kadar bijih rendah dan kehalusan target memaksa pabrik mencari penghematan energi dan air (www.mdpi.com).

Mekanisme grinding aids dan rheology modifiers

Grinding aids (bahan tambahan penggilingan) dan rheology modifiers (pengubah reologi/aliran) bekerja dengan mengubah interaksi partikel dalam slurry (campuran padatan-air). Dengan beradsorpsi pada permukaan mineral atau mengubah “lapisan ganda listrik” (electrical double layer), bahan ini menurunkan gaya tarik-menarik dan aglomerasi partikel (www.mdpi.com) (www.mdpi.com).

Dalam praktik, aditif ini berisi polimer fungsional atau surfactants (mis. glycols, amines, polimer anionik) yang “menyelubungi” permukaan mineral dan menambah gaya tolak (www.mdpi.com) (www.mdpi.com). Paten Dow menggambarkan polielektrolit poliakrilat anionik (anionic polyacrylic‐polyelectrolytes) yang meningkatkan fragmentasi di batas butir sambil memangkas slime coating—lapisan halus yang melapisi partikel halus (patents.google.com) (www.mdpi.com).

Efek makronya: slurry jadi “terlumasi”, tegangan luluh (yield stress) turun, dan partikel halus tetap terdispersi alih-alih re-aglomerasi. Itu mendorong laju pematahan pada energi masukan yang sama (throughput naik) dan menajamkan distribusi ukuran produk (PSD) (www.mdpi.com). Secara kuantitatif, teori dan eksperimen menunjukkan penambahan aditif efektif pada dosis rendah dapat memangkas viskositas/tegangan luluh slurry sekitar 10% atau lebih (patents.google.com) (patents.google.com). Satu tinjauan menegaskan aditif ini “meningkatkan efisiensi penggilingan, mengurangi konsumsi air, memperbaiki mobilitas material, dan menajamkan distribusi ukuran produk” (www.mdpi.com).

Untuk pengadaan, bahan kimia khusus kategori pertambangan tersedia secara komersial sebagai “Chemicals for Mining applications” seperti /products/mining dan paket “Complete range of chemicals for mining” seperti /products/chemical.

Dampak reologi terhadap performa mill

Reologi slurry—khususnya tegangan luluh dan viskositas pada geser rendah (low‑shear viscosity)—sangat berkorelasi dengan performa mill. Tegangan luluh tinggi membuat aliran buruk, kontak media‑bijih berkurang, dan daya tersedot naik. Studi menemukan parameter reologi dominan terkait erat dengan daya tarik mill, laju pematahan partikel, dan produksi halus (www.mdpi.com).

Menurunkan tegangan luluh dengan aditif langsung memperbaiki keseragaman grinding. Dalam praktik, penurunan viskositas 10% pada geser rendah—diukur dengan viskometer Brookfield pada 25°C, 5 rpm—biasanya memungkinkan kenaikan padatan pulp yang nyata. Dosis praktis: puluhan gram per ton bijih (mis. 30–100 g/t, ≈0,003–0,01% b/b) dari dispersant polimer dapat memangkas viskositas ~10% (patents.google.com) (patents.google.com).

Tanpa aditif, viskositas melonjak saat % padatan dinaikkan. Dengan aditif, mill bisa beroperasi pada % padatan lebih tinggi: pekerjaan Dow menunjukkan optimum grinding terjadi di ~70–88% padatan (b/b) (patents.google.com), sementara slurry tanpa perlakuan biasanya memerlukan densitas lebih rendah untuk menghindari macet (sekitar 60–65%). Artinya, pada laju air yang sama, muatan bijih dapat dinaikkan 10–20 poin persentase.

Menaikkan % padatan memangkas volume air yang dipompa dan dihangatkan. Di sirkuit ball mill, tiap lintasan menangani lebih banyak bijih per energi. Banyak perusahaan mengamati bahwa, pada daya mill tetap, throughput naik hampir sebanding fraksi padatan—dengan kenaikan “puluhan persen” di lapangan.

Contoh laboratorium: pada magnetit, grinding aid berbasis polisakarida (Zalta VM1122) menurunkan energi spesifik dari 18,0 menjadi 12,4 kWh/t—reduksi 31,1%—dengan produk lebih halus (P80 turun dari 181 menjadi 142 µm) (ltu.diva-portal.org). Di industri semen—sering dianalogikan—seluruh aditif yang diuji memberi penghematan energi signifikan dibanding baseline (www.mdpi.com). Rentang perbaikan kasus tipikal: ~5% untuk kondisi marginal hingga 30–50% pada kondisi teroptimasi (www.mdpi.com) (ltu.diva-portal.org). Penting: pada dosis moderat, grinding aids “tidak merugikan proses hilir” seperti perolehan flotasi tembaga atau emas (patents.google.com).

Ukuran kinerja dan dampak kuantitatif

• Penurunan viskositas: uji rheometer untuk mengukur penurunan viskositas pada geser representatif; pengukuran Brookfield atau rheometer rutin (mis. 25°C, 5 rpm spindle) adalah standar. Target pragmatis: setidaknya 10% penurunan di dosis optimal (patents.google.com).
• Kenaikan throughput: pada daya atau isian mill konstan, % padatan lebih tinggi biasanya menaikkan throughput; sering terlihat retensi padatan 10–20% lebih tinggi untuk laju pompa yang sama. Bandingkan tonase per jam terhadap baseline. Studi kasus menunjukkan kenaikan hingga ~30% mungkin (ltu.diva-portal.org).
• Penghematan energi: catat energi spesifik (kWh/t) dan konsumsi daya mill; aditif efektif menurunkan kWh/t. Reduksi 10–30% telah didokumentasikan (www.mdpi.com) (ltu.diva-portal.org). Bahkan 5% saja bisa berarti jutaan kWh/tahun di mill besar.
• Kehalaan giling: pantau ukuran produk (P80, dll.). Pada uji magnetit, P80 turun ~20% dengan aditif (ltu.diva-portal.org).
• Kinerja hilir: cek perolehan flotasi dan kejernihan air pasca penambahan reagen. Paten mencatat polimer anionik “biasanya tidak merugikan” flotasi tembaga, seng, emas, dll. (patents.google.com). Juga pantau perubahan umur froth atau kejernihan.

Panduan uji coba di plant

1. Karakterisasi baseline: sebelum aditif, catat titik operasi saat ini—laju umpan mill, % padatan dalam slurry, daya, PSD produk, dan perolehan flotasi. Ambil sampel viskositas/tegangan luluh (viskometer lapangan atau rheometer portabel).
2. Screening pilot/batch: di lab atau pilot mill, uji kandidat kimia dengan bijih aktual. Siapkan slurry pada kepadatan pulp target dan berikan dosis bertingkat (mis. 0, 25, 50, 100 g/t). Ukur viskositas vs geser dan pilih dosis yang memberi penurunan berarti—sering di titik “diminishing returns” (patents.google.com). Catatan: dosis kecil (≪1%) lazim; banyak yang efektif di 0,005–0,01% b/b.
3. Penambahan bertahap: di mill nyata, injeksikan aditif pada titik dosis nominal (mis. sebelum umpan ball mill atau di kotak umpan siklon/cyclone feed box). Gunakan injeksi terukur untuk menjaga akurasi, misalnya melalui dosing pump. Naikkan dosis bertahap saat operasi stabil. Pantau daya dan beban mill, densitas slurry, serta kondisi alir; bandingkan perubahan arus motor/beban pada umpan konstan. Ambil sampel berkala untuk analisis PSD.
4. Pemantauan kinerja: untuk tiap run (dengan/tanpa aditif), catat throughput (t/jam), energi giling bersih (kWh/t), dan ukuran produk. Ambil sampel overflow siklon atau produk untuk uji hilir: cek perolehan flotasi atau kadar konsentrat. Jika memungkinkan, ukur head/penggandengan pompa atau kehilangan tekanan pipa; head pompa lebih rendah pada laju alir tetap menandakan viskositas turun. Indikasi baik: energi pompa turun atau alir slurry lebih lancar pada kecepatan pompa sama.
5. Analisis data: hitung persentase kenaikan vs baseline, mis. “pada 50 g/t, throughput naik X% sementara daya Y% lebih rendah.” Plot metrik efisiensi (energi vs % padatan) per dosis. Pastikan kenaikan % padatan atau laju umpan benar‑benar akibat torsi lebih rendah pada umpan sama.
6. Evaluasi ekonomi: bandingkan biaya kimia terhadap penghematan energi atau tambahan produksi. Bahkan penurunan kWh/t kecil dapat membayar reagen jika gain stabil. Perhitungkan perubahan consumables; uji menyebut tidak ada kenaikan keausan bola atau liner (www.mdpi.com).
7. Optimasi dan scale‑up: jika awalnya positif, haluskan dosis (sering ada optimum di mana penambahan lebih lanjut tidak memberi manfaat lagi (www.researchgate.net)). Integrasikan reagen terbaik dan dosisnya ke operasi normal. Pantau konsistensi—variabilitas bijih dapat mengubah reologi; sesuaikan dosis dengan meter viskositas daring atau umpan balik proses.

Ringkasan teknis dan implikasi plant

Dengan pemilihan dan pengujian cermat, grinding aids/rheology modifiers memungkinkan operasi pada pulp density lebih tinggi dengan viskositas lebih rendah. Praktiknya sering berujung pada penghematan energi dan kenaikan throughput berarti. Aditif modern—biasanya berbasis polimer atau surfactant—dapat memangkas viskositas low‑shear ~10% dengan hanya beberapa gram per ton (patents.google.com) (patents.google.com). Kampanye uji menunjukkan potensi kenaikan produksi hingga “puluhan persen” atau reduksi daya ekuivalen di kominutsi (ltu.diva-portal.org) (www.mdpi.com). Kunci keberhasilan: benchmarking ketat sebelum‑sesudah, uji reologi lab untuk menemukan dosis efektif, lalu pengukuran daya, laju umpan, dan ukuran produk secara disiplin di plant—dengan kondisi identik.

Untuk menjaga kepastian suplai dan kompatibilitas proses, penyediaan reagen bisa diselaraskan melalui lini produk kimia industri seperti /products/chemical yang mencakup kebutuhan pertambangan.

Sumber: studi dan laporan industri otoritatif tentang kominutsi dan grinding aids (www.mdpi.com) (www.mdpi.com) (www.mdpi.com) (patents.google.com) (patents.google.com) (patents.google.com) (patents.google.com) (ltu.diva-portal.org). Seluruh tren dan angka di atas bersumber dari artikel terulas‑sejawat, paten, dan tinjauan teknis tersebut.