Pengantar Batubara

Pada tulisan singkat ini akan membicarakan gambaran pengantar tentang batubara yang mencakup: deskripsi batubara beserta pembahasan tentang bagaimana pembentukannya,sumber daya batubara, dan cadangan yang dapat dipulihkan di dunia, dengan penekanan pada Batubara dan ladang batubara, jenis dan karakteristik batubara, dan sistem klasifikasi batubara yang relevan dengan sistem klasifikasi batubara dalam tujuan komersial.

Apa itu batubara

Menurut Van Krevelen : "Batubara adalah batu karang, sedimen, konglomerat, biologis fosil, sistem koloid yang kompleks, teka-teki fisika solid-state dan sebuah  objek yang menarik untuk dilakukan analisis secara kimia dan fisika. "Singkatnya, batubara adalah sebuah material yang  secara kimiawi dan fisika heterogen, "mudah terbakar," batuan sedimen yang terdiri dari bahan organik dan anorganik. Secara organik, batubara tersusun dari karbon, hidrogen, dan oksigen, dengan jumlah sulfur yang lebih sedikit dan nitrogen. Secara anorganik, batubara terdiri dari beragam pembentuk abu senyawa yang didistribusikan ke seluruh batubara.

Konstituen anorganik memiliki konsentrasi bervariasi dari beberapa persen sampai ke bagian per miliar dari batubara .Batubara adalah bahan bakar fosil yang paling banyak melimpah di Amerika Serikat sebagai besar wilayah dunia. Pada akhir tahun 2000,cadangan batubara yang dapat dipulihkan di negara bagian Amerika Serikat , yang berisi cadangan batubara terbesar di dunia, berjumlah 274 miliar ton dibandingkan dengan cadangan dunia sebesar 1083 miliar ton .

Cadangan batubara dunia adalah dua kali lipat jika dibandingkan total gabungan minyak bumi dan gas alam. Sehingga batubara memiliki peran yang penting dalam ekonomi dan politik dunia.

Asal Batubara

Batubara ditemukan sebagai endapan yang berasal dari akumulasi vegetasi yang telah mengalami perubahan fisik dan kimia. Perubahan ini meliputi pembusukan vegetasi, deposisi dan penguburan oleh sedimentasi, pemadatan, dan transformasi tanaman  menjadi Batu organik yang ditemukan saat ini. Batubara bervariasi di seluruh dunia dalam jenis bahan tanaman yang diendapkan (jenis batubara), pada tingkat metamorfosis atau coalification (peringkat batubara), dan dalam kisaran ketidakmurnian termasuk (grade batubara).

Ada dua teori utama untuk akumulasi materi vegetasi yang membentuk endapan batubara.Teori pertama, dan yang paling banyak diterima karena menjelaskan asal usul sebagian besar batubara, adalah batubara terbentuk secara in-situ (di mana vegetasi tumbuh dan membusuk ), dan deposit semacam itu dikatakan sebagai endapan sejati.

Awal deposit batubara yang paling awal dimulai dengan rawa gambut tebal dimana airnya hampir stagnan dan serpihan tanaman akumulasi.Vegetasi cenderung tumbuh selama beberapa generasi, dengan tanaman bahan menetap di dasar rawa dan diubah menjadi gambut secara mikrobiologis. Setelah beberapa waktu, rawa menjadi terendam dan ditutupi oleh endapan sedimen, dan lapisan batubara baru terbentuk saat siklus ini diulang, lebih dari ratusan ribu tahun, lapisan pengendapan terus berulang.

Siklus akumulasi dan deposisi ini diikuti oleh diagenetic (yaitu biologis) dan tektonik (yaitu, geologi) dan, tergantung pada tingkat suhu, waktu, dan kekuatan yang diberikan, membentuk jajaran batubara yang berbeda diamati hari ini. Sedangkan pembentukan sebagian besar batubara dapat dijelaskan oleh Proses asli, beberapa simpanan tidak mudah dijelaskan oleh model ini.

Beberapa bara tampaknya terbentuk melalui akumulasi vegetal materi yang telah diangkut dengan air. Menurut teori ini (yaitu,asal allochthonous), fragmen tanaman telah dibawa oleh sungai dan disimpan di dasar laut atau di danau tempat mereka membangun strata,yang kemudian dikompres menjadi batu padat.

Endapan batubara utama terbentuk pada setiap periode geologi sejak  periode karbon, 350 sampai 270 juta tahun yang lalu; pembentukan batu bara utama periode ditunjukkan pada Gambar 1-1, yang menunjukkan usia relatif dari deposit batubara utama dunia. Keragaman yang cukup besar dari berbagai jenis batubara adalah karena kondisi iklim dan botani yang berbeda yang ada selama periode pembentuk batubara utama seiring dengan tindakan geofisika selanjutnya.

Proses Pembentukan Batubara

Proses geokimia yang mengubah material tanaman menjadi batubara disebut koalifikasi dan alur proses pembentukannya sebagai berikut:

gambut → lignit → batubara subbituminus → batubara bitumen> antrasit

Beikut ini adalah klasifikasi sederhana batubara ;Sistem yang lebih kompleks akan dibahas pada tulisan selanjutnya. Coalification dapat dijelaskan secara geokimia terdiri dari tiga proses: degradasi mikrobiologis dari selulosa tanaman, konversi lignin dari tanaman menjadi zat humik, dan kondensasi humik menjadi molekul batubara yang lebih besar.

Gambar 1-1. Perbandingan zaman geologi batubara dan endapan lignit dunia.

(Dari Walker, S.,Major Coalfields of the World,Riset Batubara IEA, London, 2000.)

Jenis vegetasi yang membusuk,kondisi pembusukan, lingkungan pengendapan, dan pergerakan kerak bumi merupakan faktor penting dalam menentukan sifat, kualitas, dan posisi relatif dari lapisan batubara. Dari jumlah tersebut,kekuatan fisik memberikan pengaruh besar pada proses pembentukan endapan dalam proses coalification. Variasi dalam komposisi kimia dari bahan tanaman asli memberikan kontribusi terhadap variabilitas komposisi batubara.Vegetasi berbagai periode geologi berbeda secara biologis dan kimiawi.Kondisi dimana vegetasi membusuk juga penting. Kedalaman,suhu,derajat keasaman, dan pergerakan alami air di rawa asli merupakan faktor penting dalam proses pembentukan batubara.

Tahap geokimia dari proses coalification adalah aplikasi suhu dan tekanan selama jutaan tahun dan yang paling penting faktor proses koalisi. Meskipun ada beberapa ketidaksepakatan dalam meneentukan faktor yang paling penting dalam mempromosikan kimia dan fisik. Perubahan-tekanan tinggi diberikan oleh strata atau time temperature yang terlalu besar . Faktor - perubahan ditandai secara fisik oleh penurunan porositas dan peningkatan gelifikasi dan vitrifikasi.

Gambar1-2. Proses koalisi. (Dari Van Krevelen, D. W., Batubara:

Tipologi- Fisika-Kimia-Konstitusi, edisi ketiga, Elsevier Science, Amsterdam, 1993).

Secara kimia, penurunan kelembaban dan bahan yang mudah menguap yaitu, metana, karbon dioksida ,serta kenaikan persentase karbon, secara bertahap menurun dalam persentase oksigen dan pada akhirnya, sebagai tahap mendekati antrasit,penurunan yang nyata dalam kandungan hidrogen.Sebagai contoh,Kandungan karbon (secara kering, mineral-materi-bebas) meningkat dari kira-kira 50% pada tanaman herba dan kayu sampai 60% di gambut, 70% di lignit,75% batubara subbituminous, 80 sampai 90% batubara bitumen, dan> 90% pada antrasit.Perubahan kandungan karbon ini dikenal sebagai carbonification. Proses coalification / carbonization ditunjukkan pada Gambar 1-2, dimana beberapa reaksi kimia utama yang terjadi selama proses coalification adalah terdapat dalam tabel tersebut.

Klasifikasi Batubara

Upaya untuk mengklasifikasikan batubara dimulai lebih dari 175 tahun yang lalu dan perlu menetapkan beberapa dasar untuk menetapkan klasifikasi batubara yang berbeda. Terdapat dua tipe sistem klasifikasi. Beberapa skema yang dimaksudkan untuk membantu ilmu pengetahuan dan sistem lainnya dirancang untuk membantu produsen batubara dan masyarakat umum.

Sistem klasifikasi ilmiah berkaitan dengan asal usul,komposisi dan sifat dasar batubara, sedangkan sistem komersial menangani masalah perdagangan dan pasar, pemanfaatan, sifat teknologi, dan kesesuaian untuk penggunaan akhir tertentu.

Analisis Batubara Dasar

Sebelum membahas sistem peringkat, jenis, grade, dan klasifikasi batubara, deskripsi singkat tentang analisis dasar batubara.Analisis ini tidak menghasilkan informasi apapun tentang batubara struktur tetapi memberikan informasi penting tentang perilaku batubara dan digunakan dalam pemasaran batubara. Tiga analisis digunakan untuk mengklasifikasi batubara,dua di antaranya adalah analisis kimia dan satu adalah penentuan kalorinya. Analisis kimia meliputi analisis langsung dan analisis akhir. Analisis memberikan informasi jumlah relatif kelembaban, kandungan zat volatil, kadar abu yaitu,bahan anorganik yang tertinggal setelah semua bahan yang mudah terbakar telah terbakar habis dan secara tidak langsung, kandungan karbon tetap dari batubara. Analisis akhir memberikan jumlah karbon, hidrogen, nitrogen, sulfur dan oksigen yang terdiri dari batubara. Oksigen biasanya ditentukan oleh perbedaan yaitu dengan cara mengurangi persentase total karbon, hidrogen, nitrogen, dan belerang dari 100 % karena kompleksitas dalam menentukan oksigen secara langsung. Namun,teknik ini menumpuk semua kesalahan yang terjadi saat menentukan unsur lainnya menjadi nilai yang dihitung untuk oksigen. Yang ketiga analisi penting berupa nilai kalori,adalah ukuran dari jumlah energi yang diberikan 1 kg batubara saat dilakukan proses pembakaran.

Karena kelembaban dan kandungan mineral (atau abu) tidak ada hubungannya dengan substansi batubara, data analitis dapat dinyatakan pada beberapa basis yang berbeda untuk mencerminkan komposisi yang diterima, dikeringkan dengan udara, atau penuh air jenuh batubara atau komposisi kering, bebas abu (daf), atau kering, mineral-materi bebas (dmmf) batubara. Basis yang paling umum digunakan dalam berbagai klasifikasi skema ditunjukkan pada Gambar 1-3. Basis yang paling umum yang digunakan bisa dijelaskan sebagai berikut :

• As-received-Data dinyatakan sebagai persentase batubara dengan kelembaban. Kategori ini biasanya digunakan oleh insinyur pembakaran untuk memantau operasi dan untuk melakukan perhitungan karena seluruh batubara yang ada dimanfaatkan.

• Dry basis (db) -Data dinyatakan sebagai persentase dari batubara setelah kelembaban dihilangkan.

• Kering, bebas abu (daf) -Data dinyatakan sebagai persentase batubara dengan kelembaban dan kadar abu.

• Kering, mineral-materi bebas (dmmf) - Batubara diasumsikan terbebas dari baik kelembaban dan materi mineral dan datanya hanya ukuran saja bagian organik dari batubara.

Gambar 1-3. Hubungan basis analisis yang berbeda dengan komponen batubara.

 (DariWard,C. R.,Ed.,Teknologi Geologi dan Batubara, Blackwell Scientific, Melbourne, 1984, hlm. 66.)

• Moist, ash-free (maf) - Batubara diasumsikan terbebas dari abu tapi tetap saja mengandung kelembaban.

 • Moist, mineral-matter-free (mmmf) - Batubara diasumsikan bebas bahan mineral tapi masih mengandung uap air.

Peringkat Batubara

Tingkat pematangan batubara dikenal sebagai pangkat batubara dan merupakan indikasi dari tingkat metamorfisme batubara telah mengalami. Peringkat juga ukuran kandungan karbon karena persentase kenaikan karbon tetap dengan tingkat metamorfosis. Di Amerika Serikat, lignit dan subbituminous Batubara disebut rendah, sedangkan batubara bituminous dan antrasit diklasifikasikan sebagai batubara dengan peringkat tinggi. Gambar 1-4 mengilustrasikan hubungan antara peringkat dan kandungan karbon tetap. Karbon tetap Kandungan yang ditunjukkan pada Gambar 1-4 dihitung pada bahan kering, bebas mineral dasar. Gambar 1-4 juga menunjukkan perbandingan antara nilai kalor dan pangkat; nilai pemanasan dihitung berdasarkan bahan lembab dan bebas mineral.

Perhatikan bahwa nilai pemanasan meningkat dengan kenaikan pangkat namun mulai menurun dengan semi-antrasit dan batubara peringkat lebih tinggi. Penurunan nilai ini disebabkan oleh penurunan materil volatil yang signifikan, yang ditunjukkan pada Gambar 1-4 .

Gambar 1-4. Perbandingan nilai pemanasan ( kondisi lembab, mineral-materi bebas) 

dan analisis langsung dari batubara dengan tingkatan yang berbeda. 

(Dari Averitt, P.,sumber daya batubara PT A.S., 1 Januari 1974, 

Buletin Survei Geologi A.S., No. 1412, 1975 

Jenis Batubara

Konstituen mikroskopis utama dari batubara disebut macerals. Tiga kelompok utama dicirikan oleh penampilan mereka, komposisi kimia, dan sifat optik. Dalam kebanyakan kasus, konstituen dapat ditelusuri kembali ke komponen spesifik dari puing-puing tanaman dari mana batubara terbentuk.

Tiga kelompok maceral adalah vitrinite, exinite (kadang juga disebut sebagai liptinite), dan inertinite, yang pada gilirannya dapat dibagi menjadi klasifikasi yang lebih rinci. Grup vitrinite berasal dari humifikasi jaringan kayu dan dapat memiliki struktur sel sisa atau tidak memiliki struktur.

Vitrinite mengandung lebih banyak oksigen daripada macerals lainnya pada tingkat tertentu. kelompok eksogen berasal dari resin tanaman, spora, kutikula, dan alga tetap, yang cukup tahan terhadap pembusukan bakteri dan jamur. kelompok ekslusif menunjukkan kandungan hidrogen lebih tinggi daripada macerals lainnya,terutama di peringkat bawah. kelompok macerals inertimum ditemukan kebanyakan dari jaringan kayu, produk degradasi tanaman, atau sisa-sisa jamur.

Ditandai oleh kandungan karbon yang melekat yang dihasilkan dari oksidasi termal atau biologi. Analisis petrografi memiliki banyak kegunaan. Awalnya terutama digunakan untuk mengkarakterisasi dan mengkorelasikan jahitan tentang diagenesis batubara dan metamorfosis, namun kemudian hal itu dipengaruhi perkembangan dalam persiapan batubara (yaitu, penghancuran, penggilingan, dan pemindahan penyusun mineral) dan teknologi konversi. Secara industri, petrografi analisis dapat memberi wawasan tentang kekerasan batubara (yaitu,kekuatan mekanik) serta sifat termoplastik tertentu batubara, yang sangat penting dalam industri kokas.

Grade of Coal

Nilai batubara mengacu pada jumlah bahan mineral yang ada di Indonesia dan merupakan ukuran kualitas batubara.

 Kandungan belerang, suhu fusi abu (yaitu, pengukuran perilaku abu pada suhu tinggi), dan jumlah elemen dalam batubara juga digunakan untuk menilai batubara. Sistem klasifikasi Resmi belum dikembangkan berkenaan dengan grading batubara.Zat mineral mungkin terjadi karena terdispersi halus atau terpisah dalam batubara. Beberapa dari unsur anorganik dan elemen berasal dari vegetasi asli, namun sebagian besar diperkenalkan saat melakukan coalification oleh angin atau air ke rawa gambut atau melalui pergerakan larutan di retakan, retakan,dan rongga. Mineralogi batubara dapat mempengaruhi kemampuan untuk menghilangkan mineral selama persiapan / pembersihan batubara, pembakaran dan konversi batubara (yaitu, produksi bahan bakar cair atau bahan kimia) karakteristik, dan metalurgi sifat coke.

Sistem Klasifikasi

Sistem American Society for Testing Material (ASTM) yang digunakan di Amerika Serikat / Amerika Utara dan Komisi Ekonomi Internasional untuk sistem kodifikasi Eropa (ECE) yang dikembangkan di Eropa. Ini menarik bahwa di semua negara, sistem klasifikasi yang digunakan adalah sistem klasifikasi komersial.

Di beberapa negara di Amerika Serikat, misalnya, parameter nilai pemanasan (lihat Gambar 1-4). Bagi banyak negara Eropa, parameter apakah itu caking atau sifat coking. Pengeringan batubara adalah bara yang melewati keadaan plastik saat pemanasan dimana mereka melembutkan,membengkak, dan mengkompresikan menjadi matriks berkarbon koheren.

Batubara tidak menjadi plastik bila dipanaskan dan menghasilkan koheren yang lemah char residu.  Batubara kokas sangat menyulut bara yang menunjukkan karakteristiknya yang membuat mereka cocok untuk konversi menjadi metalurgi dan lainnya industri kokas .

Sistem Klasifikasi ASTM

Sistem klasifikasi ASTM (ASTM D388) membedakan antara empat kelas batubara, yang masing-masing terbagi menjadi beberapa kelompok (lihat Tabel 1-1).Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, batubara dengan peringkat tinggi (yaitu, bituminous volatil sedang atau yang memiliki peringkat lebih tinggi) diklasifikasikan berdasarkan karbon tetapnya dan isi bahan volatil (dinyatakan secara dmmf), sedangkan batubara dengan peringkat rendah diklasifikasikan dalam hal nilai pemanasannya (dinyatakan secara mmmf).

Sistem klasifikasi ini dikembangkan untuk aplikasi komersial namun telah terbukti memuaskan untuk kegunaan ilmiah tertentu .Jika batubara tertentu digambarkan sebagai pangkat tertentu, maka perkiraan beberapa sifat dapat dibuat,misalnya, jika batubara diklasifikasikan sebagai subbituminous / lignitic atau antrasit, maka tidak akan dipertimbangkan untuk aplikasi tertentu seperti untuk produksi coke.

A.dihitung pada batubara kering, mineral-materi-bebas. Koreksi dari abu ke mineral dibuat dengan formula Parr: mineral matter = 1,08 [% abu + 0,55 (% belerang). Abu dan belerang secara kering.

B. dihitung pada batubara bebas mineral dengan kandungan kelembaban.

C.batubara dengan nilai pemanasan antara 10.500 dan 11.500 Btu / lb tergolong volatile tinggi.bituminous jika mereka memiliki sifat pengadukan atau sebagai subbituminous  jika tidak.

Sumber: Berkowitz, N., Pengantar Teknologi Batubara, Academic Press, New York, 1970

Sistem Klasifikasi / Kodifikasi Internasional

Karena meningkatnya jumlah perdagangan batubara di dunia, maka Coal ECE Komite mengembangkan sistem klasifikasi baru pada tahun 1988 untuk peringkat batubara yang lebih tinggi. Kelemahan sistem internasional yang asli adalah bahwa hal itu terjadi terutama dikembangkan untuk perdagangan batubara Belahan Bumi Utara, yang telah jelas karakteristik yang berbeda dari belahan bumi selatan (mis. Australia dan Afrika Selatan). Seperti perdagangan bara belahan bumi selatan meningkat, menjadi jelas bahwa sistem klasifikasi baru dibutuhkan.Sistem baru ini, yang pada kenyataannya adalah sebuah sistem kode, lebih dikenal sebagai Sistem Kodifikasi.

Sistem Kodifikasi untuk batubara keras, digabungkan dengan Kodifikasi Organisasi Internasional untuk Standardisasi (ISO) dari Brown Coals dan Lignites (yang didirikan pada tahun 1974), menyediakan sebuah kodifikasi lengkap untuk batubara dalam perdagangan internasional. Kodifikasi ISO dari Brown Coals dan Lignites pada Tabel 1-2.Total kandungan kelembaban batubara run-of-mine dan hasil tar ( yaitu penentuan hasil panen residu tar, air, gas, dan kokas dengan distilasi suhu rendah ) adalah dua parameter dikodekan. Kodifikasi Internasional ECE Peringkat Tinggi Batubara lebih rumit dan disediakan dalam Tabel 1-3.

Delapan dasar parameter yang menentukan sifat utama batubara, yang ditunjukkan oleh 14 digit nomor kode. Kodifikasi itu bersifat komersial; termasuk petrografi, pangkat, grade, dan informasi lingkungan; adalah untuk peringkat batubara menengah dan tinggi, adalah untuk campuran dan batubara tunggal, untuk batubara mentah dan dicuci,dan untuk semua aplikasi penggunaan akhir. Kelemahan utama dari sistem ini adalah adanya rumit.

Sumber: Van Krevelen, D. W., Batu Bara: Tipologi-Fisika-Kimia-Konstitusi,

 edan ketiga,Elsevier Science, Amsterdam, 1993..

A.Biji batubara peringkat tinggi adalah batubara dengan nilai kalor bruto (maf) sebesar ≥24 MJ / kg, dan yang memiliki nilai kalori kasar (maf) <24 MJ / kg memberikan arti reflektansi vitrinitik acak ≥ 0,6%. Untuk mengkonversi dari MJ / kg ke Btu / lb, kalikan dengan 429,23.

B.reflectogram bA yang ditandai dengan kode nomor 2 juga bisa dihasilkan dari batubara jahitan tingkat tinggi.

C.Harus dicatat bahwa beberapa inertimum mungkin reaktif.

D.dimana kandungan abu batubara lebih dari 10%, maka harus dikurangi sebelum analisis sampai di bawah 10% dengan pemisahan medium yang padat.Dalam kasus-kasus ini,kepadatan pemotongan dan kandungan abu yang dihasilkan harus diperhatikan.Sumber:VanKrevelen,D.W.,Batubara:Tipologi-Fisika-Kimia Konstitusi, ed., Elsevier Science, Amsterdam, 1993.