1
BAB 9 ENDAPAN PERMUKAAN Sutarto, Teknik Geologi UPN Yogyakarta
Endapan permukaan merupakan endapan-endapan bijih yang terbentuk relatif di permukaan, yang dipengaruhi oleh pelapukan dan pergerakan air tanah. Telah dikenal secara luas, bahwa endapan (sedimen} permukaan dibagi menjadi endapan alohton (allochthonous) dan endapan autohton (autochthonous). Endapan alohton merupakan endapan yang ditransport dari tempat lain (dari luar lingkungan pengendapan), sedangkan endapan autohton adalah endapan yang terbentuk di lingkungan pengendapan
Endapan alohton yang terkait dengan bijih atau secara ekonomi sering disebut sebagai endapan placer . Sedangkan endapan autohton yang terkait dengan bijih biasa dikenal sebagai endapan residual dan endapan presipitasi kimia atau evaporasi . Sedangkan pengkayaan supergen (supergen enrichment) walaupun tidak terbentuk di dekat permukaan, tetapi pembentukannnya terkait dengan proses-proses di permukaan.
9.1 Endapan Placer Endapan placer secara umum dapat dibagi menjadi empat golongan, yaitu endapan placer eluvial, endapan placer colluvial, endapan placer aluvial, dan endapan placer aeolian aeolian (Macdonald, 1983 dalam Evans ,1993). Secara tradisional juga sering digunakan istilah endapan placer residual , untuk endapan yang terbentuk dan berada di atas batuan sumbernya. Endapan ini umumnya terbentuk pada daerah yang mempunyai morfologi yang relatif datar. Penggunaan istilah endapan placer colluvial tidak begitu populer, beberapa penulis menyebut endapan ini terbentuk di dasar suatu tebing (cliff) dan (cliff) dan sering diartikan sama dengan endapan talus . Endapan placer eluvial umumnya terbentuk pada daerah yang memiliki morfologi bergelombang. Mineralmineral berat akan terkonsentrasi di lereng-lereng dekat batuan sumber.
Endapan placer aluvial terbentuk karena adanya aliran air, baik oleh pergerakan air sungai maupun air laut. Endapan ini merupakan endapan placer yang paling penting di dunia, mulai jaman primitif sampai sekarang. Komoditi penting yang terbentuk sebagai endapan placer adalah emas (Au) dan Timah (Sn).
2
9.2 Endapan resid ual Endapan-endapan placer, seperti yang telah dibahas di atas terbentuk dari material yang terlepas dari batuan sumbernya baik secara mekanik maupun kimiawi. Seringkali material atau unsur yang tertinggal oleh karena proses tersebut
mempunyai nilai
ekonomi yang tinggi. Endapan-endapan sisa tersebut dikenal sebagai endapan residual. Untuk dapat terjadi endapan residual, pelapukan kimia yang intensif terutama untuk daerah tropis dengan curah hujan yang tinggi sangat diperlukan. Dalam kondisi tersebut sebagian besar batuan akan menghasilkan soil yang kehilangan materialmaterial yang mudah larut. Soil seperti ini dikenal sebagai laterit (laterites). Besi (Fe) dan aluminium (Al) hidroksid adalah sebagaian dari material yang paling tidak mudah larut, dan laterit umumnya mengandung material ini.
Endapan residual aluminium Laterit yang sebagian besar mengandung aluminium hidroksid disebut sebgai bauxite dan merupakan bijih aluminium yang paling penting. Beberapa endapan bauxite mengalami melapukan dan terendapkan kembali membentuk bauxite sedimen (sedimentary bauxites).
Endapan residual nikel (Ni)
3
Ada sedikit perbedaan pembentukan antara residual aluminium dengan residual nikel. Aluminium merupakan unsur yang tidak mudah larut, sedangkan nikel mudah larut. Selama lateritisasi, nikel yang terkandung dalam batuan peridotit dan serpentinit (0,25% Ni) pada awalnya terlarut, tetapi kemudian secara cepat mengalami presipitasi kembali ke dalam mineral-mineral oksida besi pada zona laterit atau zona limonit (12% Ni) atau dalam garnierit pada zona saprolit (2-3%, zona lapuk di bawah zona laterit)
Secara umum profil laterit nikel; dapat dibagi menjadi 4 zona (dari atas ke bawah), yaitu : a. Zona Overburden atau iron Capping Zona ini berada paling atas pada profil dan masih dipengaruhi aktivitas permukaan dengan kuat. Zona ini tersusun oleh humus dan limonit dengan kandungan Ni sekitar 0,5-1%). Mineral-penyusunnya adalah goethit, hematit, yang mengindikasikan daerah yang sudah lama tersingkap. Iron capping (Ferricrete) terbentuk akibat mobilitas limonit yang berbentuk pada kondisi asam dekat permukaan dengan morfologi relatif datar. b. Zona Limonite Zona ini di bawah iron capping, sebagai zona transisi kea rah zona saprolit dengan ukuran material berfariasi dari lempung – pasir. Tekstur dan struktur dari batuan induk mulai dapat dikenali, dengan jumlah fragmen peridotit berukuran 2-3 cm (jumlah sedikit). ecendrungan kimia pada lapisan ini, terjadi pengkayaan supergen Ni yang signifikan (1-2% Ni), Fe semakin mengecil, SiO2 semakin membesar, dan Co pada lapisan ini paling tinggi dan mengalami kestabilan (dibanding lapisan yang lain). Mineralisasi sama dengan zona limonit dan zona saprolit, yang membedakan adalah hadirnya kuarsa, lithopirit, dan opal. c. Zona saprolit Merupakan zona bijih (ore zone), mengandung banyak fragmen batuan dasar sehingga mineral penyusunnya, tekstur dan struktur batuan induk dapat dengan mudah dikenali. Saprolit urat (vein)
garnierit,
yang
merupakan
koloid
nickeliferous serpentine banyak dijumpai. Kecendrungan kimianya, yaitu mempunyai kandungan Ni yang paling tinggi (2-3% Ni). Ketebalan berkisar antara 2 - 14 meter. Hasanudin dkk (1992), menyatakan bahwa Derajat serpentinisasi batuan asal laterit akan mempengaruhi pembentukan zona saprolit, dimana batuan induk yang sedikit terserpentinisasi akan memberikan zona saprolit dengan inti batuan sisa yang keras, pengisian celah oleh mineral
4
garnierit,
kalsedon
-
nikel
dan
kuarsa,
sedangkan
serpentinit
akan
menghasilkan zona saprolit yang relatif homogen dengan sedikit kuarsa atau garnierit. d. Zona batuan induk (bedrock zone) Zona batuan induk berada pada bagian paling bawah dari profil laterit. Tersusun atas bongkah lebih besar dari 75 cm dan blok batuan dasar dan secara umum sudah tidak mengandung mineral ekonomis lagi (<0,5% Ni). Zona ini terfrakturisasi kuat, kadang - kadang membuka, terisi oleh mineral garnierit dan silika. Frakturisasi ini diperkirakan menjadi penyebab muncul atau adanya root zone of weathering (zona akar – akar pelapukan), yaitu high grade Ni, akan tetapi posisinya tersembunyi. Batuan induk umumnya berupa peridotit, dunit, serpentinit.
9.3 Pengkayaan su pergen
Selama berlangsung pengangkatan dan erosi, suatu endapan bijih terekspos di dekat permukaan, kemudian mengalami proses pelapukan, pelindian (leaching), maupun oksidasi pada mineral-mineral bijih. Proses tersebut menyebabkan
banyak unsur
5
logam (Cu2+, Pb2+, Zn2+ dll.) akan terlarut (umumnya sebagai senyawa sulfat) dalam air yang bergerak ke dalam air tanah atau bahkan sampai ke kedalaman dimana proses oksidasi tidak berlangsung. Daerah dimana terjadi proses oksidasi disebut sebagai zona oksidasi. Sebagian larutan yang mengandung logam-logam yang terlarut bergerak terus hingga di bawah muka air tanah, kemudian logam-logam tersebut mengendap kembali membentuk sulfida sekunder. Zona ini dikenal sebagai zona pengkayaan supergen. Di bawah zona pengkayaan supergen terdapat daerah dimana mineralisasi primer tidak terpengaruh oleh proses oksidasi maupun pelindian, yang disebut sebagai zona hipogen (Gambar 1).
Gossan
Gambar 1. Penampang umum urat yang mengandung sulfida, memperlihatkan pengkayaan supergen (dimodifikasi dari Jensen dan Batema, 1981)
Zona pelindian (leaching)
Bijih oksida Muka air tanah
Zona pengkayaan supergen
Zona hipogen
Menurut Jensen dan Bateman (1981), terdapat tiga stadia berkaitan dengan proses pengkayaan supergen, yaitu: 1. Oksidasi dan pelindian pada zona oksidasi 2. Pengendapan di dalam zona oksidasi 3. Pengendapan di dalam zona pengkayaan supergen (reduksi)
6
Gambar 2. Perbandingan pembentukan mineral-mineral sulfida dan oksida sekunder dari beberapa logam yang berbeda (Barnes, 1988)
Oksidasi dan pelarutan di zona oksidasi Proses oksidasi terjadi di atas muka air tanah. Efek oksidasi pada endapan bijih berpengaruh sampai bagian dalam, menyebabkan: 1. Terubahnya struktur mineral 2. Unsur logam pada mineral terlindi dan membentuk senyawa baru 3. Mengaburkan tekstur dan tipe endapan, terutama dengan kehadiran limonit. Faktor yang sangat berpengaruh terhadap proses oksidasi adalah air sebagai regin, tetapi CO2 juga berperan penting, disamping dibantu bakteria Thiobacillus ferrooxidans (proses biokimia) (Barnes, 1988). Substansi di atas (terutama air) akan bereaksi
7
dengan mineral tertentu terutama pirit (sebagian besar endapan bijih mengandung pirit), menghasilkan pelarut yang kuat seperti ferric sulfate atau sulfuric acid. Jensen dan Bateman (1981) membuat rangkaian pembentukan ferric sulfate, yang diawali oleh oksidasi dan hidrolisa pada pirit (pirhotit /Fe8S9 dapat membentuk proses yang sama), dengan reaksi sebagai berikut: 1). FeS2 + 7O + H 2O (pirit)
FeSO4
(ferrous sufate)
+ H2SO4 (sulfur ic acid)
2). 2FeSO4 + H2SO4 + O → Fe2 (SO4)3 + H2O (ferric sulfate)
3). 6FeSO4
+ 3O + 3H2O → 2Fe2 (SO4)3 + 2Fe(OH)3
(ferrous sufate)
(ferric sulfate)
(ferric hydroxide)
4). Fe2 (SO4)3 + 6H2O → 2Fe(OH)3 + 3H2SO4
Dari reaksi tersebut di atas terlihat bahwa pirit, sangat berperan membentuk agen pelarut ferric sulfate. Ferric hydroxide akan berubah menjadi hematit dan goethite membentuk endapan “limonit” , sebagai penciri zona oksidasi (Jensen dan Bateman, 1981). Ferric sulfate kemudian akan bereaksi dengan logam dan sulfida lain seperti kalkopirit, spalerit, galena, kovelit, dan perak.Unsur-unsur logam pada sulfida tersebut akan terlarut dan membentuk senyawa sulfat dan terus bergerak ke arah bawah menembus muka air tanah. 5). Fes2 + Fe2 (SO4)3 → 3FeSO4 +2S (pirit)
6). CuFeS2 + 2Fe2 (SO4)3 →CuSO4 + 5FeSO4 + 2S (kalkopirit)
7). Cu2S + Fe2 (SO4)3 → CuSO4 + 2FeSO4 + CuS (kalkosit)
8). CuS + Fe2 (SO4)3 → 2FeSO4 + CuSO4 + S (kovelit)
9). ZnS + Fe2 (SO4)3 + 4H2O → ZnSO4 + 8FeSO4 + 4H2SO4 (spalerit)
10). PbS + Fe2 (SO4)3 + H2O + 3O → PbSO4 + 2FeSO4 + H2SO4 (galena)
11). 2Ag + Fe2 (SO4)3 → Ag2SO4 + 2FeSO4 (perak)
8
Ketidak hadiran pirit pada endapan bijih yang mengalami oksidasi, menyebabkan pelarut ferric sulfate terbentuk dalam jumlah yang sedikit, sehingga pelarutan pada sulfida juga terjadi dalam jumlah sedikit. Keadaan ini menyebabkan sulfida-sulfida cenderung terubah menjadi senyawa yang teroksidasi yang in situ, sehingga tidak terjadi pengkayaan supergen. Contoh endapan ini adalah di pertambangan New Cornelia di Ajo, Arizona; minimnya pirit menyebabkan kalkopirit terubah menjadi tembaga karbonat. Hal ini juga dapat terjadi pada tembaga sulfida lainnya, sedikitnya pirit akan menyebabkan sulfida seperti kalkosit terubah menjadi tembaga karbonat, kuprit, atau unsur tembaga.
Menurut Evans (1993), apabila pross melibatkan kehadiran karbon dioksida (CO2), oksidasi pirit akan langsung membentuk ferric hydroxide, tetapi tidak membentuk ferrous sulfate yang menghasilkan ferric sulfate. Kehadiran CO2 juga menyebabkan terlarutnya unsur logam pada sulfida lain seperti kalkopirit, membentuk senyawa tembaga sulfida.
12. 2FeS2 + 15O + 8 H2O + CO2 → 2Fe(OH)3 + 4H2SO4 + H2CO2 13. 2CuFeS2 + 17O + 6H2O + CO2 → 2Fe(OH)3 + 2CuSO4 + 2H2SO4 + H2CO3 Selama oksidasi, mineral-mineral alumina-silikat karena metasomatisme ion H+, akan melepas komponen silika dan material yang teroksidasi (Fe2+, Mg2+), membentuk mineral-mineral lempung. Material yang terlindi tersebut mungkin dapat bertahan sebagai gel atau material kriptokristalin, kemudian menyatu dengan sejumlah oksida besi membentuk jasper. Oleh karena itu jasperoid merupakan bahan penting di dalam mempelajari gossan dan ubahan.
Pengendapan di dalam zona oksidasi
Seringkali logam-logam yang terlarut sudah mengendap sebelum mencapai muka, membentuk mineral-mineral oksida seperti kuprit (Cu2O), Goethite (α -FeOOH), dan Hematit (Fe2O3). Batugamping
atau
batuan-batuan
yang
karbonatan
cenderung
menghambat
pergerakan larutan sulfat di dalam zona oksidasi ke arah bawah. Komponen pada batugamping yang reaktif akan bereaksi dengan tembaga sulfat membentuk , misalnya endapan tembaga karbonat seperti malakit [Cu2(CO3)(OH)2], azurit [Cu3(CO3)2(OH)2],
9
Smitsonit
(ZnCO3),
maupun
Cerussite
(PbCO3);
sehingga
akan
mengurangi
pengkayaan supergen.
Pengendapan di dalam zona reduksi (pengkayaan supergen) Sebagian besar logam yang terlarut, tertinggal dalam larutan sampai di bawah muka air tanah yang mempunyai kondisi reduksi. Keadaan ini menyebabkan terjadinya reaksi replacement (penggantian) pada sulfida primer oleh sulfida sekunder, menyebabkan kadar logam pada zona ini menjadi bertambah. Reaksi-reaksi yang umum adalah sebagai berukut: 14. PbS + CuSO4
CuS + PbSO4
→
(kovelit) (anglesit)
15. 5FeS2 + 14CuSO4 + 12H2O
7Cu2S + 5FeSO4 + 12H2SO4
→
(kalkosit)
16. CuFeS2 + CuSO4
2CuS + FeSO4
→
(kovelit)
Gossan dan capping (tudung) Gossan adalah singkapan batuan yang teroksidasi membentuk massa limonit di atas endapan bijih sulfida. Dengan pengertian lain gossan adalah konsentrasi besar material limonitik, yang berasal dari mineral-mineral sulfida masiv, yang mengalami pelindian di tempat, dan tertranspor ke arah bawah (Jensen dan Bateman, 1981). Sedangkan Capping adalah tubuh bijih atau batuan yang mengalami pelindian, tetapi masih mengandung diseminasi mineral sulfida (Jensen dan Bateman, 1981). Gossan tidak hanya terbatas pada bagian permukaan, tetapi juga dapat menerus hingga jauh di bawah permukaan. Pada beberapa kasus gossan dapat mengandung mineral bijih yang ekonomis untuk ditambang.
Peranan besi pada gossan
Limonit terbentuk selama oksidasi dari sulfida yang mengandung besi (tidak terlarutkan) di dalam zona oksidasi dan membentuk gossan dan capping.
Mineral-
mineral teroksidasi lain yang tinggal di dalam gossan juga dapat mengindikasikan mineral primernya, seperti Pb-sulfat dan Pb-karbonat, Zn-silikat dan Zn-karbonat, maupun unsur perak. Emas umumnya tinggal sebagai native gold. Pada bagian tertentu, sulfida besi mungkin dapat membentuk salah satu:
10
a. Sebagai oksida di tempat mana sulfida tersebut berada, membentuk indigenous limonite, atau b. Terlarut, tertransport, kemudian meng endap kembali di segala tempat membentuk transported limonite. Oksidasi pirit yang membentuk ferrous sulfate akan membentuk transported limonite (reaksi 1 dan 3), sebaliknya pada reaksi 12 dan 13, oksidasi pirit dan kalkopirit langsung menghasilkan ferric hydroxide sebagai pembentuk limonit.
Boxwork limonit
Ketika butiran sulfida mengalami oksidasi dan residual limonit (indigenous) tertinggal di dalam rekahan atau pori, akan memperlihatkan pola tertentu yang dikenal sebagai boxwork. Struktur dan warna yang dibentuk oleh indigenous limonite pada boxwork, sebagaian besar dapat dijadikan penciri (diaknostik) mineral asalnya. Dengan mengenal pola boxwork dapat diperkirakan kemungkinan mineral sulfida yang berada di bawahnya. Kenampakan
struktur
yang
sama
tetapi
menunjukkan
warna
yang
berbeda,
kemungkinan mineral asalnya berbeda. Mineral-mineral limonit seperti goethite, hematit, dan jarosit pada umumnya tahan terhadap ubahan, sehingga pola boxwork tidak akan berubah.
Pustaka
Jensen, M.L., and Bateman, A.M., 1981.Economic Mineral Deposits, John Wiley & Sons, New York, Chichester, brisbane, Toronto, Singapore, 593 h. Evans, A.M., 1993. Ore geology and industrial Minerals , an introduction, Geoscience Texts, Blackwell Science, 389 h. Barnes, J.W., 1988. Ores and Minerals, introducing economic geology, Open University Press, Milton Keynes, Philadelpia, 181 h.
11
