MINERAL MATTERS ASSOSIATED WITH

THE MACERALS OF COAL

OLEH : Hizkia Christian (12113021) Najib Mahwan N. (12113026) Prayoga Wirya A. (12113056) Fina Fitriana R. (12113079) Linda Permata (12113081) Kevin Satrio A. (12113092)

Mineral matter in coal includes minerals and other inorganic material in, and

assosiated with, macerals.

Mineral matter in coal consists of 5 kinds of materials :

a. Crystalline mineral particles and aggregates

b. Non-crystalline mineral detritus and aggregates

c. Inorganic elements and compounds associated with the organic molecules of macerals

d. Inorganic elements and compounds dissolved in the pore water and surface water in coal

e. Inorganic constituents in coalbed gas

Mineral matter in coal :

1. Reflects the geochemical characteristics of coal

2. Has a great influence on coal processing ang utilization

3. May result in pollution to the environment (trace elements)

4. May indeed be a mineral resource

The macroscopic occurences of minerals in coal are in the shapes of

rounded pellets, nodules, lenticles, bands, and sometimes in dispersed

crystals.

The microscopic occurences are isolated euhedral crystals, broken crystal

fragments, microscopic nodules, and submicroscopic crystalline aggregates.

The minerals in coal may be classified into the following groups according to

genesis :

a. Plant-origin minerals

b. Terrigenous detrital minerals

c. Chemical and biochemical minerals (authigenic minerals)

d. Minerals formed during diagenetic alteration

According to the formation stages, the minerals may be classified into two kinds:

a. Syngenetic minerals – formed at the same time during the accumulation of the plant

debris

b. Epigenetic minerals – formed after the coal reached its present rank

Tersebar di dalam/di antara masaeral

Berukuran <1μm->100μm

Batas keterdapatan mineral yang diterima: 5%-15%

Mikroskop Cahaya

Lanjutan:

Difraksi Sinar-X

Mikroskop Elektron

Electron Microprobe

Analisa Abu (Ash Analysis)

Ikut tertimbun saat awal pembentukan batubara

Butir halus

Bercampur dengan batubara (Intimately Intermixed)

Terbentuk pada proses pembatubaraan

Butir Kasar

Tidak bertumbuh bersama batubara (Terletak di bukaan)

Pada sebagian besar batubara, clay minerals sering muncul

Dalam beberapa kondisi clay minerals mendominasi sekitar 60-80% dari total mineral

matter yang berasosiasi dalam batubara

Sumber dari clay sangat jelas, tapi pada beberapa kasus sulit untuk dipastikan. Tiga

proses yang sangat penting yaitu:

1. Mechanical Inheritance (detrital)

2. Transformation

3. Neoformation (authigenesis)

Clay minerals biasanya muncul sebagai inklusi batubara yang terdispersi dengan baik

atau sebagai lapisan yang mengandung clay yang hampir murni

Transmission electron microscopical (TEM) memungkinkan melihat clay mineral

sampai ukuran 100Å

Clay minerals dan microlitotypes di dalamnya dapat mengembang akibat adanya

kehadiran air. Sifat mengembang ini paling sering muncul pada grup mineral

montmorillonite

Transformasi dari clay, baik dalam mineralogi dan tekstur adalah hal yang terjadi akibat

migrasi atau ketahanan dari hidrokarbon

http://www.wvgs.wvnet.edu/www/datastat/te/Photos/zircon.GIF

Quartz terdapat pada proses penggambutan

Jenis quartz dalam batubara tebagi dalam 2

kelompok :

a. Clastic quartz grains, terbawa ke gambut oleh

air/udara

b. More finely crystalline quartz (rarely chalcedony),

terbentuk dari larutan setelah terdeposisi dalam

lapisan, atau hasil pelapukan (weathering) feldspar

dan mika

https://i.ytimg.com/vi/uodHWPK8beY/maxresdefault.jpg

http://energy.usgs.gov/portals/0/Rooms/geochemistry_research/images/electron_ph

oto_2.jpg

Mineral karbonat yang paling umum dalam batubara adalah kalsit, yang

sering terdapat di vein atau sebagai pengisi cleat dan juga dapat

mengisi rongga pada maseral, terkadang sebagai replacement.

Kedua yang paling umum dari mineral karbonat pada batubara adalah

siderit, yang terdapat sebagai nodul bulat (spheroidal nodules) atau

mosaic aggregate dari kristal halus.

Mineral karbonat yang lain adalah ankerite dan dolomit yang terdapat

baik dalam bentuk kristal idiomorphic atau diserap menjadi bahan

tanaman untuk membentuk “coal balls” (duplerit).

Semua mineral karbonat asalnya authigenetic. Namun, mineral

karbonat mungkin syngenetik atau epigenetik. Siderit dan dolomit

cenderung asalnya syngenetik, sedangkan kalsit dan ankerite

cenderung epigenetik.

SulfiDA

Muncul dalam bentuk inorganik dan organik pada batubara

Bentuk paling penting sulfur inorganik adalah sulfide.

Sulfide yang sangat melimpah yaitu pirit dan markasite.

Selama penggambutan: pirit umumnya muncul dalam bentuk framboid akibat dari penggambutan

syngenetik.

Bentuk framboid mempunyai luas permukaan yang besar sehingga kecepatan reaksi dengan

oksigen lebih tinggi daripada kristal tunggal,sehingga meningkatkan bahaya pembakaran spontan.

Dinding sel material tumbuhan digantikan oleh pirit sehingga pada penggambutan batubara dan

silika,tekstur tumbuhan diawetkan dalam bentuk yang tidak terpadatkan.

Pada umumnya,batubara yang terdeposisi pada basin paralik lebih kaya akan pirit dibandingkan

basin limnik.

Diantara deposit batubara paralik, lapisan yang diganggu oleh transgresi marine dicirikan dengan

kandungan pirit yang tinggi dan kadang-kadang mengandung sulfur organik,terutama di lapisan

bagian atas.

Pada humic coal dan sapropelic coal kaya sulfur,pirit dengan bentuk butir halus mengandung vitrinit

tinggi.

Siderit primer dapat berubah menjadi pirit dengan menurunkan kandungan H2S.

Impregnasi fusinit dan semifusinit dengan pirit mungkin terjadi pada tahapan

yang bervariasi pada proses pembatubaraan.

Markasit berbeda dengan pirit dari segi sistem kristal. Sistem kristal pirit

isometrik, sedangkan sistem kristal markasit ortorombik.

Markasit anisotrop pada polarisasi cahaya

Kereaktifan mineral besi sulfida pada lapisan strata coal-bearing bergantung

pada cuaca dan meningkat pada air asam tambang.

Kehadiran pirit yang bervariasi digunakan untuk menyeimbangkan potensial

karbonat menjadi netral secara berurutan ketika pembentukan potensi asam

batuan.

Pada penambahan menjadi besi sulfida, banyak lapisan batubara mengandung

sedikit sphalerite, galena dan kalkopirit,terutama jika urat hidrotermal muncul

disekitar lapisan. Mineral tersebut, bersama-sama besi sulfida tahap akhir,

depositnya berupa bukaan dan fissure selama pembatubaraan. Kadang-

kadang muncul lapisan pirit, sphalerte dan galena atau kalkopirit.

Distribusi mineral sulfur pada batubara pada coking coal sangat berlebihan

merupakan sesuatu yang tidak diinginkan. Oleh karena itu,perlu

memperhatikan kehadiran dan karakteristik sulfur pada batubara.

Pada batubara domestik,kandungan sulfur yang tinggi membutuhkan instalasi

mahal untuk desulfurisasi pipa gas untuk menghindari polusi oleh emisi oksida

sulfur.

Pada power plants, raksi antara sulfur dan alkali atau alkaline bumi membentuk

kompleks sulfat yang tidak diinginkan dan berkontribusi pada kontaminasi

pemanasan permukaan dan korosi.

www.itrcweb.org/framboidal www.euromin.net/pyrite

http://www.mdpi.com/minerals/minerals-05-

00525/article_deploy/html/images/minerals-05-00525-g004-1024.png

http://pmburrow.com/wp-content/uploads/2013/03/coke.jpg

•

•

•

http://www.wvgs.wvnet.edu/www/datastat/te/Photos/Goyazite.gif

http://www.wvgs.wvnet.edu/www/datastat/te/Photos/zircon.GIF

http://wikitravel.org/upload/shared//thumb/2/27/Central_Germany_Regions_

01.png/350px-Central_Germany_Regions_01.png

•

•

•

http://www.sapec.co.uk/Dcp00365.jpg

https://katana17.files.wordpress.com/2014/10/life-in-the-third-reich-pics-

0073.gif

Trace elements terdapat di batubara dalam jumlah kecil namun dianggap berbahaya

bagi lingkungan.

Perlu diketahui untuk menyesuaikan dengan daya dukung lingkungan selama

penambangan dan pemanfaatan.

Tidak hanya konten, keterdapatan trace elements juga dipertimbangkan seperti

mengetahui mineral assosiasi pada trace elements di batubara pada saat pemurnian.

Trace elements dikelompokkan menjadi empat yaitu: as bottom ash, as flyash removed

by particle attenuation, as fine ash, dan as part of the vapor phase.

Dinyatakan dalam satuan ppm (ug/g atau mg/kg).

Class 1: elements that are approximately equally concentrated in the fly ash and

bottom ash, or show little or no small particle enrichment. Examples include

manganese (Mn), beryllium (Be), cobalt (Co), and chromium (Cr).

Class 2: elements that are enriched in the fly ash relative to bottom ash, or show

increasing enrichment with decreasing particle size. Examples include arsenic (As),

cadmium, (Cd) lead (Pb), and antimony (Sb).

Class 3: elements which are emitted in the gas phase primarily mercury (Hg) and in

some cases, selenium (Se).

Unsur yang menjadi concern utama adalah arsen (As), Boron (B), Cadmium (Cd),

Chromium (Cr), Flourine (F), Mercury (Hg), Molybdenum (Mo, Lead (Pb) dan Selenium

(Se).

Unsur-unsur tersebut berdampak buruk pada kesehatan pada exposure yang tinggi.

Senyawa dari unsur tersebut hampir semuanya volatile dan dilepas ke atmosfer melalui

emisi gas dan partikel yang terjebak.

Keterdapatan unsur tersebut dalam wujud uap juga berbahaya.

The Clean Air Act Amendments (CAAA)

of 1990 identified eleven trace elements

and their compounds commonly found

in coal as potentially “hazardous air

pollutants” (HAPs). These elements are

listed in the table above.

Major concern: arsenic (As), boron (B), cadmium (Cd), lead (Pb), mercury (Hg),

molybdenum (Mo) and selenium (Se). Arsenic, cadmium, lead and mercury are highly

toxic to most biological systems at concentrations above critical levels. Selenium is an

essential element but is also toxic above certain levels. High levels of molybdenum and

boron in plants are of concern. Molybdenum affects the lactation of cows and boron is

phytotoxic. Phytotoxicity is a term used to describe the degree of toxic effect by a

compound on plant growth.

Moderate concern: chromium (Cr), vanadium (V), copper (Cu), zinc (Zn), nickel (Ni)

and fluorine (F). These elements are potentially toxic and are present in coal

combustion residues at elevated levels. Bio-accumulation is of some concern. Fluorine

has an adverse effect on forage.

Minor concern: barium (Ba), strontium (Sr), sodium (Na), manganese (Mn), cobalt

(Co), antimony (Sb), lithium (Li), chlorine (Cl), bromine (Br) and germanium (Ge).

These elements are of little environmental concern. They were classified mainly on the

basis that they are present in residues.

Elements of concern but with negligible concentrations: beryllium, thallium, silver,

tellurium. These elements have known documented relationships to health but the low

levels present are considered to have negligible impact.

Radioactive elements: uranium (U) and thorium (Th) Uranium and thorium are

radioactive and the products of their decay are the natural radionuclides present in the

environment. Of the naturally-occurring radionuclides, radium, polonium and radon are

of some concern. Radium and polonium are alpha emitters with long half-lives. Radon is

a gas with a short half-life and there has been some concern on the build-up of radon in

underground coal mines.

Unsur syngenetic berasal dari tumbuhan dan dibawa oleh air dan angin dalam

bentuk material detritus.

Mineral epigenetik terbentuk setelah fase gambut merupakan sumber utama dari

trace elements.

Selama fase gambut, trace elements berasosiasi dengan material tumbuhan yang

hancur dan membentuk kombinasi organik dan beberapa asosiasi anorganik.

Pengaruh liingkungan laut pada depositional environment of range B content berdasarkan Australian Permian Coals: (Swaine, 1992)

up to 50 ppm B freshwater-influenced

50-110 ppm B midly brackish water-influenced

100 ppm B brackish water-influenced

Selama diagenesis, trace elements terpengaruhi dengan berubahnya rank, tectonic setting, hydrology, weathering, dan thermal alteration.

Perubahan hidrologi terjadi dengan perubahan suplai ion terlarut dan pengkayaan unsur lainnya.

Thermal alteration, contohnya intrusi batuan beku, merubah konsentrasi relative dari volatile elements. Loses dari beberapa elements terjadi karena coal seam burning in situ. (Goodarzi & Gentzis, 1990).

ARSENIC

Arsenic is carcinogenic and can cause damage to peripheral nerves and blood

vessels. It can also cause anaemia and gastric disturbance. Arsenic is accumulated

in the food chain, especially in seafood. Concentrations exceeding 50 μg/L in

drinking water are considered hazardous.

BORON

Boron-rich soils can limit plant growth resulting in decreased crop yields. Limits exist

on the levels of boron in wastewater and water for irrigation.

CADMIUM

Cadmium has no known biological function. It accumulates in the kidneys and liver. It

is carcinogenic and can cause emphysema and fibrosis of the lung.

CHROMIUM

Chromium is carcinogenic. It accumulates in the liver and spleen. Chromium exists in

the non-toxic form Cr(III) and tends to be absorbed onto clays, sediments and

organic matter. It is therefore not very mobile in the environment. Cr(VI) is more

mobile and more toxic.

FLUORINE

Fluorine is readily absorbed in the body andconcentrates in the same tissues as

calcium, especially the bones and teeth. There is some evidence to suggest that

fluorine can cause genetic damage and disruption of the immune system. Fluorine

causes leaf damage to plants.

MERCURY

Exposure to mercury causes neural and renal damage, and cardiovascular disease.

Organo-mercury compounds bio-accumulate, particularly in fish.

MOLYBDENUM

Pastures containing high levels of molybdenum cause disease in cattle and sheep as

well as poor growth and anaemia. The high molybdenum affects the absorption and

metabolism of copper which is an essential element.

LEAD

Lead causes anaemia and has cardiovascular, neurological and gastrointestinal effects.

Some compounds are animal and possible human carcinogens.

SELENIUM

Although selenium is an essential element, the safe range is narrow. Elevated levels

cause gastrointestinal disturbance, liver and spleen damage, and anaemia.

Trace elements yang terdapat di batubara hadir dalam konsentrasi yang bervariasi,

bergantung pada histori geologis masing-masing.

Trace elements yang berasosiasi dengan mineral harus dapat diidentifikasi untuk

menjaga keramahan lingkungan baik pada saat penambangan dan pemanfaatan.