MODUL IV ELEKTROMETALURGI
4.1 TUJUAN PERCOBAAN
Mengetahui dan memahami proses elektrometalurgi dengan menggunakan metode electrowinning . Pada percobaan ini pula, praktikan diharapkan mampu mengetahui faktorfaktor yang mempengaruhi endapan logam yang merupakan hasil proses electrowinning . 4.2 DASAR TEORI
Elektrometalurgi merupakan proses ekstraksi mineral yang menggunakan prinsip elektrokimia dengan bantuan energi listrik untuk meningkatkan kadar mineral berharga yang diinginkan. Adapun keuntungan dan kerugian dari proses elektrometalurgi, yaitu: Keuntungan : •
Kemurnian yang dihasilkan tinggi.
•
Bisa dilakukan pada temperatur yang relatif rendah.
Kerugian : •
Diperlukan material khusus untuk menjadi elektroda.
•
Membutuhkan sumber energi listrik eksternal.
Pada
aplikasinya,
elektrometalurgi
memiliki
4
metoda
yaitu
electrowinning,
electrorefining, electroplating dan electroforming . Adapun perbedaan dari keempat metode tersebut dapat dilihat pada Gambar 4.1.
Gambar 4. 1 Jenis-jenis
electrometallurgy
1
2
Electrowinning merupakan proses ekstraksi mineral berharganya yang berasal dari larutan (biasanya hasil leaching) dimana mineral berharga tersebut akan diendapkan pada katoda. Salah satu contoh electrowinning ialah pengendapan lapisan Zn(s) dari larutan kaya seng ( pregnant solution) hasil pelindian pada sebuah katoda inert. Electrorefining merupakan proses ekstraksi yang mineral berharganya berasal dari anoda, lalu mineral berharga yang ingin diambil akan ber migrasi menuju katoda. Salah satu contoh proses electrorefining ialah pada proses pemurnian tembaga. Logam tembaga mentah, dicetak menjadi lempeng, yang digunakan sebagai anoda dalam sel elektrolisis yang mengandung larutan CuSO4 dalam H2SO4. Lembaran tipis tembaga murni digunakan sebagai katoda, dan tembaga yang larut pada anoda diendapkan dalam bentuk yang lebih murni pada katoda, sampai mempunyai kemurnian 99,97 % tembaga. Electroplating merupakan proses pelapisan suatu logam dengan logam lain menggunakan prinsip elektrokimia, berbeda dengan proses elektrometalurgi yang lain, electroplating lebih berfungsi untuk melindungi material dari oksidasi dan korosi. Salah satu contoh proses electroplating ialah pendepositan logam nikel. Logam yang ingin dilapisi dengan nikel (logam kerja) ditaruh sebagai katoda, sedangkan logam nikel yang akan melapisi logam kerja ditaruh sebagai anoda kemudian kedua elektroda tersebut akan dihubungkan dengan sumber arus searah (rectifier ). Sementara electroforming merupakan salah satu proses pembentukan logam yang membentuk suatu model dengan proses elektrodeposisi, model tersebut umumnya dikenal dengan sebutan “mandrel”. Berdasarkan keempat metode tersebut, prinsip yang digunakan dalam proses ekstraksi atau pemurnian logam ialah electrowinning dan electrorefining . Pada proses elektrowinning, larutan seng sulfat (ZnSO4) yang merupakan hasil pelindian (leaching ) akan terdekomposisi dari senyawa tersebut. Setelah proses dilakukan, akan didapatkan endapan logam Zn pada permukaan katoda hasil dari reaksi reduksi. Pengendapan ini terjadi karena adanya gaya dorong (driving force) dari arus dan tegangan yang diberikan ke dalam sel elektrolisis yang menyebebkan potensial katoda mencapai nilai potensial pada daerah k estabilan Zn(s) pada suatu kondisi pH tertentu.
3
Adapun reaksi yang terjadi selama proses ialah: •
Anoda yang digunakan pada percobaan ini ialah anoda tak larut yaitu Pb. Pada anoda, terjadi reaksi oksidasi yang menyebabkan logam akan berubah menjadi ionnya seperti reaksi dibawah ini. Anoda (Pb): 2H2O → 4H+ + O2 + 4e-
•
Pada katoda, terjadi rekasi reduksi yang menyebabkan ion berubah menjadi logamnya. Selain reduksi logam, pada katoda juga akan terjadi reduksi hidrogen yang harus dihindari atau diminimalisir. Katoda (Al/SS) : Zn2+ + 2e- → Zn(s) 2H+ + 2e- → H2
•
Ion berpindah dari anoda ke katoda Selama proses electrowinning berlangsung, terjadi 3 aliran perpindahan ion, yaitu :
1. Konveksi, merupakan pergerakan elektrolit dalam skala yang besar dari larutan ruah ke lapisan difusi. Proses ini dapat dilakukan dengan memberi pengadukan, pemompaan elektrolit, atau dengan injeksi udara. 2. Difusi, yaitu proses pergerakan ion-ion logam menuju OHP (Outer Hemholtz Plane) melalui elektrolit yang diam. 3. Migrasi, yaitu proses perpindahan ion karena terdapat perbedaan potensial. Sementara mekanisme pendepositan logam pada katoda dimulai dari dikelilinginya ion- ion logam oleh molekul-molekul pelarut yang mengalami polarisasi. Di dekat permukaan katoda, terbentuk daerah Electrical Double Layer (EDL) yang bertindak seperti lapisan dielektrik. Adanya lapisan EDL memberi beban tambahan bagi ion-ion untuk menembusnya. Dengan gaya dorong beda potensial listrik dan dibantu oleh reaski-reaksi kimia, ion-ion logam akan menuju permukaan katoda dan menangkap electron dari katoda, sambil mendeposisikan diri di permukaan katoda. Dalam kondisi equilibrium, setelah ion-ion mengalami discharge menjadi atom-atom kemudian akan menempatkan diri pada permukaan katoda dengan mula- mula menyesuaikan mengikuti susunan atom dari material katoda.
4
Secara termodinamika, potensial dari reaksi elektroda bisa dihitung dengan menggunakan persamaan Nernst, yaitu:
E = EO + (n n
ocdc
)
dc
r e
Hasil dari proses elektrowinning merupakan adanya logam Zn yang mengendap atau terdeposisi pada permukaan katoda Stainless Steel. Jumlah berat endapan logam Zn yang terbentuk pada katoda bisa dihitung dengan menggunakan rumus hukum Farada y.
4.3 ALAT DAN BAHAN 1.4.1 Alat
Alat yang digunakan pada praktikum ini adalah: •
•
Coulometer Cu Beaker glass
•
Plat SS dan Al
•
Plat Pb
•
Rectifier
•
Multitester
1.4.2
Bahan
Adapun bahan yang digunakan pada praktikum ini ialah larutan hasil pelindian.
5
4.4
PROSEDUR KERJA (FLOWCHART)
Berikut adalah prosedur kerja dari proses elektrowinning :
Hitung massa awal katoda dan anoda menggunakan timbangan.
Masukkan anoda dan katoda ke dalam beaker glass yang mengandung larutan hasil leaching dan pastikan anoda serta katoda tidak bersentuhan langsung dengan dinding beaker glass.
Masukkan beaker glass ke dalam bak elektrowinning..
Sambungkan anoda dan katoda ke logam Cu pada coulometer dengan rectifier dan multitester seperti rangkaian percobaan pada Gambar 3.1
Angkat anoda dan katoda dari dalam beaker glass.
Keringkan anoda dan katoda
Hitung massa akhir anoda dan katoda menggunakan timbangan.
6
4.5
SKEMA KERJA a. Skema perpindahan ion selama proses electrowinning
b. Skema Proses E lectrowinning
4.6
REFERENSI Modul Praktikum Metalurgi Ekstraksi 2018
