Metalurgi Ekstraksi Pendahuluan
Untuk menghasilkan logam dari bijihnya, diperlukan suatu proses ekstraksi metalurgi. Karena di alam bijih logam umumnya dalam bentuk oksida dan sulfida, maka untuk menghasilkan logam diperlukan d iperlukan reaksi reduksi dan oksidasi. Proses ekstraksi metalurgi terbagi menjadi dua jalur, yaitu yaitu proses pro ses hidrometalurgi dan pirometalurgi. Perbedaan utama kedua proses tersebut terletak pada temperatur proses yang menyertainya. Proses hidro metalurgi terjadi pada temperatur rendah sedangkan proses pro ses pirometalurgi pada temperatur tinggi. Untuk selanjutnya akan dibahas proses pro ses pirometalurgi. pirometalurgi. Pirometalurgi merupakan suatu proses pengambilan logam berharga dar i bijihnya melalui temperatur tinggi. Oleh karena itu pada proses ini akan melibatkan pengetahuan tentang bahan bakar, reaksi-reaksi eksotermik dan perubahan fasa dari padat ke liquid . Bijih
Bijih adalah perpaduan beberapa senyawa yang ari padanya terdapat kandungan logam yang dapat diekstraksi secara ekonomis. Jadi berdasarkan penjelasan tersebut, definisi bijih bersifat sementara atau tergantung dari waktu dan k eadaan pada saat itu.
Metalurgi Eksraksi
Yang dimaksud dengan metoda ekstraktif adalah setiap langkah-langkah dari ekstraksi metalurgi yang menghasilkan logam-logam dengan kemurnian tertentu. Langkah metoda ekstraktif ini dapat dikatakan konstruktif untuk menghasilkan logam tertentu. Proses ekstrak logam ini juga dapa t dikatakan sebagai Kimia Metalurgi. Hal ini disebabkan karena pro ses ekstraksi logam selalu melibatkan reaksi kimia. Sedangkan hasilnya yang berupa logam, dapat berubah kembali menjadi senyawa kembali. Langkah-langkah Metoda Ekstraksi : 1. Proses Ekstraksi Adalah rangkaian pekerjaan untuk menghasilkan logam dari kumpulan senyawa atau bijih. 2. Proses Pemurnian Pekerjaan lanjut dengan tu juan untuk mempertinggi kemurnian logamlogam mentah atau untuk memperbaiki sifat-sifat logam 3. Untuk menentukan proses ekstraksi yang akan dikerjakan, maka harus dilihat keadaan-keadaan sebagai berikut : Sifat-sifat fisik logam
y
Produk yang akan dihasilkan
y
y
y
y
Fasilitas
yang ada
Keadaan sumber endapan.
Bahan baku lain yang diperlukan untuk ekstraksi
Klasifikasi Proses Ekstraksi Metalurgi : 1. Pirometalurgi Proses pirometalurgi ini merupakan pengambilan log am dari bijihnya yang umumrnya paling tua. Proses ini berhubungan dengan temperatur tinggi dan sebagian besar berlangsung sampai terjadi peleburan. Sifat dari proses pirometalurgi ini cepat (jam). 2. Hidrometalurgi Proses ekstraksi logam yang biasanya berlangsung pada temperatur kamar dan melibatkan reaksi air. Proses hidrometalurgi ini lebih mampu untuk mengolah bijih-bijih yang berkadar rendah. Proses yang terjadi biasanya pelarutan. Sifat dari proses hidrometalurgi ini adalah lamabt (pro ses berlangsung antara hari sampai bulan) 3. Elektrometalurgi Proses-proses ekstraksi dan pemurnian yang melibatkan energi listrik sebagai dasar-dasar ekstraksinya. Prinsip yang digunakan ada lah elektrolisis dan elektrokimia. 4. Proses-proses hidrometalurgi umumnya berhubungan dengan elektrometalurgi baik secara fisik maupun kepada penggunaannya. Sedangkan suatu proses pirometalurgi yang pembangkit panasnya dari energi listrik disebut proses e lektrothermik.
Suatu proses ekstraksi metalurgi didasarkan keilmuan sebagai berikut : 1. Termodinamika ±> Ilmu ini akan menjawab apakah reaksi dapat berjalan atau tidak. Jadi jika diterapkan pada proses ekstraksi, akan dapat diramalkan apakah proses ekstraksi yang akan dilakukan dapat berjalan dengan baik atau tidak. 2. Kinetika ±> Ilmu ini akan menjawab berapa lama proses akan berlangsung, karena dari kinetika akan dapat ditentukan berapa besar laju reaksi yang terjadi. Dan dengan ilmu ini dapat dirancang dan diupayakan agar laju rekasi lebih besar atau dengan kata lain proses ekstraksi dapat dipercepat. 3. Perpindahan panas dan Perpindahan massa 4. Teknologi Proses ±> Teknologi proses saat ini berkembang sangat pesat, sehingga tiap teknologi proses perlu dipelajari dengan detail. BAB
I
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Metalurgi didefinisikan sebagai ilmu dan teknologi untuk memperoleh sampai
pengolahan
logam
yang
mencakup
tahapan
dari
pengolahan
bijih
mineral,pemerolehan (ekstraksi) logam, sampai ke pengolahannya untuk menyesuaikan sifat-sifat dan perilakunya sesuai dengan yang dipersyaratkan dalam pemakaian untuk pembuatan produk rekayasa tertentu. Berdasarkan tahapan rangkaian kegiatannya, metalurgi dibedakan menjadi dua jenis, yaitu metalurgi ekstraksi dan metalurgi fisika. Metalurgi ekstraksi yang banyak melibatkan proses-proses kimia, baik yang temperatur rendah dengan cara pelindian maupun pada temperatur tinggi dengan cara proses peleburan utuk menghasilkan logam dengan kemurnian tertentu, dinamakan juga metalurgi
kimia. Meskipun sesungguhnya metalurgi kimia itu sendiri mempunyai pengertian yang luas, antara lain mencakup juga pemaduan logam denagn logam lain atau logam dengan bahan bukan logam. Beberapa aspek perusakan logam (korosi) dan cara-cara penanggulangannya, pelapisan logam secara elektrolit,dll. Adapun proses-proses dari ekstraksi metalurgi / ekstraksi logam itu sendiri antara lain adalah pyrometalurgy (proses ekstraksi yang dilakukan pada temperatur tinggi), hyd rometalurgy(proses ekstraksi yang dilakukan pada temperatur yang relatif rendah dengan cara pelindian dengan media cairan), dan electrometalurgy (proses ekstraksi yang melibatkan penerapan prinsip elektrokimia, baik pada temperatur rendah maupun pada temperatur tinggi).
BAB
II
PEMBAHASAN TAHAPAN PROSES EK STR AK SI METALURGI
2.1 Hidrometalurgi
Hidrometalurgi merupakan cabang tersendiri dari metalurgi. Secara harfiah hidrometalurgi dapat diartikan sebagai cara pengolahan logam dari batuan atau bijihnya dengan menggunakan pelarut berair (aqueous solution). Atau secara detilnya proses Hydrometalurgi adalah suatu proses atau suatu pekerjaan dalam metalurgy, dimana dilakukan pemakaian suatu zat kimia yang cair untuk dapat melarutkan suatu partikel tertentu. Hidrometalurgi dapat juga diartikan sebagai proses ekstraksi metal dengan larutan reagen encer (< 1 gram/mol) dan pada suhu < 100º C. Reaksi kimia yang dipilih biasanya yang sangat selektif. Artinya hanya metal yang diinginkan saja yang akan bereaksi (larut) dan kemudian dipisahkan dari material yang tak diinginkan. Peralatan yang dipergunakan adalah : a. Electrolysis / electrolytic cell. b. Bejana pelindian (leaching box).
Saat ini hidrometalurgi adalah teknik metalurgi yang paling banyak mendapat perhatian peneliti. Hal ini terlihat dari banyaknya publikasi ilmiah semisal jurnal kimia berskala internasional yang membahas pereduksian logam secara hidrometalurgi. Logam-logam yang banyak mendapat perhatian adalah nikel (Ni), magnesium (Mg), besi (Fe) dan mangan (Mn). Hidrometalurgi memberikan beberapa keuntungan: 1.
Bijih tidak harus dipekatkan, melainkan hanya harus dihancurkan menjadi
bagian-bagian yang lebih kecil. 2.
Pemakaian batubara dan kokas pada pemanggangan bijih dan sekaligus
sebagai reduktor dalam jumlah besar dapat dihilangkan. 3.
Polusi atmosfer oleh hasil samping pirometalurgi sebagai belerang
dioksida, arsenik (III) oksida, dan debu tungku dapat dihindarkan. 4.
Untuk bijih-bijih peringkat rendah (low grade), metode ini lebih efektif.
5.
Suhu prosesnya relatif lebih rendah.
6.
Reagen yang digunakan relatif murah dan mudah didapatkan.
7.
Produk yang dihasilkan memilki struktur nanometer dengan kemurnian
yang tinggi.
Pada
prinsipnya
hidrometalurgi
melewati
beberapa
proses
yang
dapat
disederhanakan tergantung pada logam yang ingin dimurnikan. Salah satu yang saat ini banyak mendapat perhatian adalah logam mangan dikarenakan aplikasinya yang terus berkembang terutama sebagai material sel katodik pada baterai isi ulang. Baterial ion litium konvensional telah lama dikenal dan diketahui memiliki kapasitas penyimpanan energi yang cukup besar. Namum jika katodanya
dilapisi
lagi
dengan
logam
mangan
oksida
maka
kapasitas
penyimpanan energi baterai tersebut menjadi jauh lebih besar. Kondisi yang baik untuk hidrometalurgi adalah : 1.
Metal yang diinginkan harus mudah larut dalam reagen yang murah.
2.
Metal yang larut tersebut harus dapat ³diambil´ dari larutannya dengan
mudah dan murah. 3.
Unsur atau metal lain yang ikut larut harus mudah dipisahkan pada proses
berikutnya. 4.
Mineral-mineral pengganggu (gangue minerals) jangan terlalu banyak
menyerap (bereaksi) dengan zat pelarut yang dipakai. 5.
Zat pelarutnya harus dapat ³diperoleh kembali´ untuk didaur ulang.
Zat yang diumpankan (yang dilarutkan) jangan banyak mengandung lempung (clay minerals), karena akan sulit memisahkannya. 6.
Zat yang diumpankan harus porous atau punya permukaan kontak yang
luas agar mudah (cepat) bereaksi pada suhu rendah. 7.
Zat pelarutnya sebaiknya tidak korosif dan tidak beracun (non-corrosive
and non-toxic), jadi tidak membahayakan alat dan operator.
Secara garis besar, proses hidrometalurgi terdiri dari tiga tahapan yaitu: 1.
Leaching atau pengikisan logam dari batuan dengan bantuan reduktan
organik. 2.
Pemekatan larutan hasil leaching dan pemurniannya.
3.
Recovery yaitu pengambilan logam dari larutan hasil leaching.
Leaching adalah proses pelarutan selektif dimana hanya logam-logam tertentu yang dapat larut. Pemilihan metode pelindian tergantung pada kandungan logam berharga dalam bijih dan karakteristik bijih khususnya mudah tidaknya bijih dilindi oleh reagen kimia tertentu. Secara hidrometalurgi terdapat beberapa jenis leaching, yaitu : 1.
Leaching in Place (In-situ Leaching)
2.
Heap Leaching
3.
Vat Leaching /Percolation Leaching
4.
Agitation Leaching
5.
Autoclaving
Reduktan organik adalah hal yang sangat penting dalam proses ini. Reduktan yang dipilih diusahakan tidak berbahaya bagi lingkungan, baik reduktan itu sendiri maupun produk hasil oksidasinya. Kebanyakan reduktan yang digunakan adalah kelompok monomer karbohidrat, turunan aldehid dan keton karena punya gugus fungsi yang mudah teroksidasi. Contohnya adalah proses reduksi mangan dengan adanya glukosa sebagai reduktan:
C6H12O6
+ 12MnO2 + 24H+ = 6CO2 + 12Mn2+ + 18H2O
Larutan hasil leaching tersebut kemudian dipekatkan dan dimurnikan. Ada tiga proses pemurnian yang umum digunakan yaitu evaporasi, ekstraksi pelarut dan presipitasi (pengendapan). Di antara ketiganya, presipitasi adalah yang paling mudah dilakukan, juga lebih cepat. Namun cara ini kurang efektif untuk metalurgi adalah : Pada PBG : v bijih / mineral v tetap mineral v kadar logam rendah v kadar logam tinggi v sifat-sifat fisik dan kimia v tak berubah
Pada ekstraktif metalurgi : v bijih / mineral v jadi logam (metal) v sifat-sifat fisik dan kimia v berubah
Kominusi atau pengecilan ukuran merupakan tahap awal dalam proses PBG yang bertujuan untuk : a. b.
Membebaskan / meliberasi mineral berharga dari material pengotornya. Menghasilkan ukuran dan bentuk partikel yang sesuai dengan kebutuhan
pada proses berikutnya. c.
Memperluas permukaan partikel agar dapat mempercepat kontak dengan
zat lain, misalnya reagen flotasi.
Tahapan proses (process aims) pada metalurgi ekstraktif adalah :
a.
Pemisahan (separation), yaitu pembuangan unsur, campuran atau material
yang tidak diinginkan dari bijih (sumber metal ) b.
Pembentukan campuran (compound foramtion), yaitu cara memproduksi
material yang secara struktur dan sifat-sifat kimianya berbeda dari bijihnya (sumbernya). c.
Pengambilan/produksi
metal
(metal
production),
yaitu
cara-cara
memperoleh metal yang belum murni. d.
Pemurnian metal (metal purification), yaitu pembersihan, metal yang
belum murni (membuang unsur-unsur pengotor dari metal yang belum murni), sehingga diperoleh metal murni.
2.2 Pirometalurgi
Suatu proses ekstraksi metal dengan memakai energi panas. Suhu yang dicapai ada yang hanya 50º - 250º C (proses Mond untuk pemurnian nikel), tetapi ada yang mencapai 2.000º C (proses pembuatan paduan baja). Yang umum dipakai hanya berkisar 500º - 1.600º C ; pada suhu tersebut kebanyakan metal atau paduan metal sudah dalam fase cair bahkan kadang-kadang dalam fase gas. Umpan yang baik adalah konsentrat dengan kadar metal yang tinggi agar dapat mengurangi pemakaian energi panas. Penghematan energi panas dapat juga dilakukan dengan memilih dan memanfaatkan reaksi kimia eksotermik (exothermic). Sumber energi panas dapat berasal dari : 1.
Energi kimia (chemical energy = reaksi kimia eksotermik).
2.
Bahan bakar (hydrocarbon fuels) : kokas, gas dan minyak bumi.
3.
Energi listrik.
4.
Energi terselubung/tersembunyi, panas buangan dipakai untuk pemanasan
awal (preheating process).
Peralatan yang umumnya dipakai adalah : 1.
Tanur tiup (blast furnace).
2.
Reverberatory furnace.
Sedangkan untuk pemurniannya dipakai : 1.
Pierce-Smith converter.
2.
Bessemer converter.
3.
Kaldo cenverter.
4.
Linz-Donawitz (L-D) converter.
5.
Open hearth furnace.
Proses pirometalurgi terbagi atas 5 proses, yaitu :
1. Drying (Pengeringan) Adalah proses pemindahan panas kelembapan cairan dari material. Pengeringan biasanya sering terjadi oleh kontak padatan lembap denganpembakaran gas yang panas oleh pembakaran bahan bakar fosil. Pada beberapa kasus, panas pada pengeringan bisa disediakan oleh udara panas gas yang secara tidak langsung memanaskan. Biasanya suhu pengeringan di atur pada nilai diatas titik didih air sekitar 120ºC.pada kasus tertentu, seperti pengeringan air garam yang dapat larut, suhu pengeringan yang lebih tinggi diperlukan. 2. Calcining (Kalsinasi) Kalsinasi adalah dekomposisi panas material. Contohnya dekomposisi hydrate seperti ferric Hidroksida menjadi ferric oksida dan uap air atau dekomposisi kalsium karbonat menjadi kalsium oksida dan karbon diosida dan atau besi karbonat menjadi besi oksida.Proses kalsinasi membawa dalam variasi tungku/furnace termasuk shaft furnace, rotary kilns dan fluidized bed reactor. 3.
Roasting (Pemanggangan)
Adalah pemanasan dengan kelebihan udara dimana udara dihembuskan pada bijih yang dipanaskan disertai penambahan regen kimia dan pemanasan ini tidak mencapai titik leleh (didih). Kegunaan Roasting adalah : -Mengeluarkan
sulfur,
Arsen,
Antimon
dari
- Merubah mineral sulfida menjadi oksida dan su lfur 2 ZnS + 3O2 - Membentuk material menjadi porous - Menguapkan impurity yang foltair.
2 ZnO + 2 SO4
persenyawaannya
Dapur yang digunakan pada proses roasting, yaitu : - Hazard Vloer Oven - Suspensi roasting oven - Fluiized bed roasting
Jenis-jenis roasting, yaitu : a. Oksida Roasting Biasanya dilakukan terhadap mineral-mineral sulfida pada temperatur tinggi (direduksi langsung). Pada temperatur rendah : - sulfida logam dapat direduksi dengan Carbon membentuk CS dan CS2. - Tidak dapat direduksi langsung karena sulfida logam-logam lebih stabil
b. Reduksi Roasting Adalah suatu proses pemanggangan dimana suatu oksida mengalami proses reduksi oleh suatu reduktor gas yang dimaksudkan untuk menurunkan derajat oksidasi suatu logam. Peristiwa reduksi ini tidak dapat t ercapai untuk suatu oksida yang sangat stabil.
c. Chlor Roasting
Dalam proses ini, bijih/konsentrat dipanggang bersama senyawa k lorida (CaCl2,NaCl) atau dengan gas Cl2. Tujuan chlor roasting adalah : -Menghasilkan senyawa klorida logam dalam air (d i ekstraksi) Menghasilkan senyawa klorida logam-logam yang mudah menguap agar dapat dipisahkan dari mineral-mineral pengganggu (Metalurgi Halida).
d.
Fluor
Roasting
Pemanggangan ini menggunakan reagent F2.
e. Yodium Roasting Pemanggangan ini menggunakan reagent I2.
4. Smelting Adalah proses peleburan logam pada temperatur tinggi sehingga logam ,leleh dan mecair setelah mencapai titik didihnya. Oven yang digunakan, yaitu : a. Schacht Oven b. Scraal Oven (revergeratory Furnace c. Electric Oven (Electric Furnace) Dalam pemakaian oven yang perlu diperhatikan, yaitu : a. Ketahanan mekanis dari feeding b. Kemurnian dari bahan bakar. Smelting terbagi beberapa jenis, yaitu : a. Reduksi smelting b. Oksidasi smelting c. Netral smelting d. Sementasi smelting e. Sulfida smelting f. Presipitasi smelting g. Flash smelting (peleburan semprot) h. Ekstraksi timbal dan seng secara simultan. 5. Refining (Pemurnian) Pemunian adalah pemindahan kotoran dari material dengan proses panas.
Contoh Proses Ekstraksi Metaluri Secara Pirometalurgi
1.
Peleburan Besi
Proses pembuatan besi baja berlangsung didalam Convertor. Plat baja tebal sebelah dalam dilapisi refractory asam (silikat). Pipa-pipa udara d i bagian bawah 200 buah dengan diameter 1-3 cm. O2 dimasukan melalui pipa-pipa udara yang ada di bagian bawah convertor. Kemudia O2 yang dihembuskan tersebut pada metal bad akan mengoksider logam-logam tertentu untuk membentuk slag. Slag dan logam yang didapat dalam keadaan cair akan terpisah oleh berat jenis. Slag yang dihasilkan 10%. Dampak Negatif dari Esktraksi Metalurgi Secara Pirometalurgi Pencemaran lingkungan yang terjadi adalah : 1.
Panas yang terasa oleh para pekerja yang berada di sekitar peralatan lebur.
2.
Gas buangan yang mengandung racun (CO, NO2, SO2, dll).
3.
Debu dan padatan yang beterbangan di sekitar pabrik.
4.
Terak (slag) yang bisa mengotori atau merusak lahan, walaupun dapat juga
dimanfaatkan sebagai material pengisi (land fill), pengeras jalan (road aggregate) dan campuran beton ringan (light weight concrete aggregate).
2.3 Elektrometalurgy Elektrometalurgi merupakan proses ekstraksi metalurgi yang menggunakan sumber listrik sebagai sumber panas. Tujuan dari proses ini adalah untuk mengendapkan logam dari suatu larutan sebagai hasil pelindian.
Prinsip Elektro Metalurgy Untuk prinsip elektro metalurgy ini adalah suatu elektrolisa dimana penggunaan tenaga listrik untuk mengendapkan suatu metal atau logam pada salah satu elektrodanya. Proses elektrometalurgi terdiri atas lima macam, yaitu : 1. Suatu elektrolisa di dalam larutan air,terbagi atas : ·
Elektrowinning,merupakan tahap pemerolehan kembali suatu logam dari
larutannya dengan menggunakan arus listrik yang diberikan dari luar. Logam yang dihasilkan murni, maka pengendapan dengan cara ini lebih disukai. ·
Elektrorefining,untuk mengekstraksi logam-logam sehingga diperoleh
logam dengan tingkat kemurnian yang tinggi. · 2.
Elektrodissolution Elektrolisa di dalam larutan garam.
Biasanya digunakan untuk mengekstraksi logam-logam yang sangat reaktif, seperti Al dan Mg. 3.
Elektrolisa di dalam larutan zat organik.
4.
Elektroplating dan Anodisasi.
5.
Korosi logam dan teknik penanggulangannya.
Yang banyak digunakan pada elektrolisa metal adalah elektrolisa dalam larutan air dan elektrolisa dalam larutan garam, sedangkan elektrolisa dalam larutan zat organik sedikit sekali digunakan. Pekerjaan elektrolisa ini terdiri atas 2 tingkatan, yaitu elektro Winning dan elektro Refinary. Hasil dari elektro Winning selanjutnya dimurnikan melalui elektro Refinery. Pekerjaan di dalam elektrolisa dilakukan dengan arah arus DC, dimana daerah elektrolisa positif disebut anoda, sedangkan daerah elektrolisa negative disebut katoda. Banyaknya penempelan logam pada plat katoda adalah berbanding lurus dengan elektrisitet pada larutan. Kekuatan elektrisitet = joule coulomb. Sifat Proses Elektro Metalurgy 1.
Pada daerah katoda (reduksi), yang lebih mulia mengalami pengendapan.
2.
Pada anoda (oksidasi), yang kurang mulia tidak mengalami pengendapan.
Jika tidak terjadi keseimbangan, maka reaksi akan terjadi sebaliknya.
BAB
III
PENUTUP
3.1
Kesimpulan
Metalurgi didefinisikan sebagai ilmu dan teknologi untuk memperoleh sampai
pengolahan
logam
yang
mencakup
tahapan
dari
pengolahan
bijih
mineral,pemerolehan (ekstraksi) logam, sampai ke pengolahannya untuk menyesuaikan sifat-sifat dan perilakunya sesuai dengan yang dipersyaratkan dalam pemakaian untuk pembuatan produk rekayasa tertentu. Tahapan proses ekstraksi metalurgi : Hidrometalurgi Hidrometalurgi merupakan cabang tersendiri dari metalurgi. Secara harfiah hidrometalurgi dapat diartikan sebagai cara pengolahan logam dari batuan atau bijihnya dengan menggunakan pelarut berair (aqueous solution). Atau secara detilnya proses Hydrometalurgi adalah suatu proses atau suatu pekerjaan dalam metalurgy, dimana dilakukan pemakaian suatu zat kimia yang cair untuk dapat melarutkan suatu partikel tertentu. Pirometalurgi Suatu proses ekstraksi metal dengan memakai energi panas. Suhu yang dicapai ada yang hanya 50º - 250º C (proses Mond untuk pemurnian nikel), tetapi ada yang mencapai 2.000º C (proses pembuatan paduan baja). Yang umum dipakai hanya berkisar 500º - 1.600º C ; pada suhu tersebut kebanyakan metal atau paduan metal sudah dalam fase cair bahkan kadang-kadang dalam fase gas. Elektrometalurgy Elektrometalurgi
merupakan
proses
ekstraksi
metalurgi
yang
menggunakan sumber listrik sebagai sumber panas. Tujuan dari proses ini adalah untuk mengendapkan logam dari suatu larutan sebagai hasil pelindian.
