BAB II PEMBAHASAN
II.1. Electrorefining Electrorefining adalah proses pemurnian secara elektrolisis dimana logam yangingin ditingkatkan kadarnya (logam yang masih cukup banyak mengandung pengotor)digunakan sebagai anoda pada sel elektrolisis, elektrolit yang digunakan adalah larutandengan konduktifitas listrik yang besar dan konsentrasi yang konstan, dan katodanyaadalah logam murni. Dalam proses electrorefining, anoda adalah logam murni dan kotoran harus hilang selama proses elektrolisis ketika logam dari anoda ke katoda , reaksi elektroda pada anoda: M → Mn + + nedan pada katoda: Mn + + ne- → M Proses electrorefining menggunakan molten salt
atau elektrolit non-berair yang
digunakan dan, merupakan subyek dari pengembangan lebih lanjut. Hal ini disebabkan kemungkinan yang mereka tawarkan untuk meningkatkan kepadatan arus dan pemurnian melalui oksidasi yang lebih rendah tidak stabil dalam air (misalnya pemurnian tembaga melalui Cu
+
akan membagi dua kebutuhan energi). Namun, aqueous processes sangat
mendominasi karena kemudahan dalam penanganannya. II.1.1. Aplikasi electrorefining Salah satu aplikasi electrorefining adalah pada tembaga. Serbuk tembaga merupakan salah satu bahan logam yang digunakan untuk membuat komponen otomotif, elektronika dan juga sebagai bahan untuk produk cat yang bersifat konduktip. Dalam industri otomotif dan elektronika, pembuatan komponen dari serbuk tembaga dilakukan dengan teknologi metalurgi serbuk, dimana proses metalurgi serbuk terdiri dari tahapan – tahapan mixing, compacting dan sinterin. (Subagja dkk, 1996).
Pembuatan serbuk ini menggunakan proses deposisi elektrolisis dengan metode electrorefinig, karena metode ini menghasilkan partikel serbuk hingga 40 µm serta dapat mencapai kemurnian 99,97 % - 99,99 % tembaga murni (Popov dkk, 2002). Proses pembuatan serbuk tembaga menggunakan elektroda lempengan tembaga sebagai anoda dan plat stainless steel 316L sebagai katoda, keduanya ditempatkan dalam tangki yang berisi elektrolit. Katoda berfungsi untuk proses pengambilan serbuk dilakukan dengan mengangkat serbuk tembaga diserut untuk dikeringkan. Metode electrorefining (pemurnian elektrik) digunakan untuk memurnikannya lebih lanjut. Misalnya logam tembaga mentah, dicetak menjadi lempeng, yang digunakan sebagai anoda dalam sel elektrolisis yang mengandung larutan CuSO4 dan H2SO4. Proses deposisi elektrolisis merupakan cara yang banyak digunakan secara luas dalam pembuatan serbuk tembaga, berilium, besi, serta nikel. Kesesuaian antara material kimia dengan kondisi fisik selama elektrodeposisi memungkinkan untuk melonggarkan endapan yang menempel pada katoda, sehingga mudah untuk diserut menjadi serbuk. Metoda ini pula dapat menghasilkan serbuk logam dengan kemurnian tinggi sehingga sangat baik untuk pengolahan metalurgi serbuk industri elektronika (Popov, 2002). Proses elektrolisis pembuatan serbuk tembaga mirip dengan proses elektrolisis pemurnian tembaga, dimana logam mentah tembaga, dicetak menjadi lempengan, yang digunakan sebagai anoda dalam sel elektrolisis yang mengandung larutan CuSO4 dalam H2SO4 berair. Metode electrorefining (pemurnian elektrik) digunakan untuk memurnikannya lebih lanjut. Misalnya 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. Hasil lembaran tembaga murni pada katoda kemudian diproses lanjut, dan diantaranya digunakan sebagai serbuk tembaga. Proses pemurnian tembaga diawali dengan penggilingan bijih tembaga kemudian dicampur dengan batu kapur dan bahan fluks silika. Tepung bijih dipekatkan terlebih dahulu, sesudah itu dipanggang sehingga terbentuk campuran FeS, FeO, SiO 2, dan CuS. Campuran ini disebut kalsin dan dilebur dengan batu kapur sebagi fluks dalam dapur reverberatory. Besi yang ada larut dalam terak dan tembaga, besi yang tersisa ditaungkan ke dalam konventor.
Udara dihembuskan ke dalam konventor selama 4 – 5 jam, kotoran-kotoran teroksidasi, dan besi membentuk terak yang dibuang pada selang waktu tertentu. Panas oksidasi yang dihasilkan cukup tinggi sehingga muatan tetap cair dan sulfida tembaga akhirnya berubah menjadi oksida tembaga dan sulfat. Bila aliran udara dihentikan, oksida bereaksi dengan sulfida membentuk tembaga blister dan dioksida belerang. Setelah itu, tembaga ini dilebur dan dicor menjadi slab, kemudian diolah lebih lanjut secara elektronik menjadi tembaga murni. Penggunaan elektrolisis yang sangat menarik adalah pada pembersihan dan pemurnian tembaga. Ketika mula-mula dipisahkan dari bijih tembaga, kemurnian kandungan logam tembaga kira-kira 99%, sisanya terutama terdiri dari besi, seng, perak, emas, dan platina. Dalam proses pemurnian tembaga, tembaga yang belum murni digunakan sebagai anoda dalam sel elektrolisis yang mengandung larutan tembaga sulfat sebagai elktrolit. Katoda teriisi dari tembaga yang sangat murni.
Gambar 2.1. Elektrolisis pada Pemurnian Tembaga Ketika terjadi elektrolisis, hanya tembaga dan logam-logam aktif lainnya seperti besi atau seng yang dapat dioksidasi dan larut dalam larutan. Perak, emas dan platina tidak larut dan mengendap di dasar sel. Pada katoda hanya zat yang sangat mudah direduksi, Cu 2+ yang dapat menarik elektron,jadi hanya tembaga yang mengendap. Hasil akhir dari elektrolisis adalah tembaga pindah dari anoda ke katoda, sedangkan Fe dan Zn tinggal dalam larutan sebagai Fe2+ dan Zn2+. Endapan lumpur perak, emas, dan platina dikeluarkan dari sel. Kemudian dijual dengan harga yang dapat menutupi biaya listrik yang dibutuhkan untuk
elektrolisis ini. Sebagai hasilnya, pemurnian logam tembaga (kira-kira kemurniannya 99,96%) relatif tidak mahal. Dengan demikian, biaya total produksi tembaga cukup memadai karena termasuk penambangan bijih kasar dan pemurniaan awalnya. Berikut adalah proses pembuatan tembaga : A. Pengapungan (Floating) Proses pengapungan atau floating di awali dengan pengecilan ukuran bijih kemudian digiling sampai terbentuk butiran halus. Bijih yang telah dihaluskan dimasukkan ke dalam campuran air dan suatu minyak tertentu. Kemudian udara ditiupkan ke dalam campuran untuk menghasilkan gelembung-gelembung udara. Bagian bijih yang mengandung logam yang tidak berikatan dengan air akan berikatan dengan minyak dan menempel pada gelembung-gelembung udara yang kemudian mengapung ke permukaan. Selanjutnya gelembunggelembung udara yang membawa partikel-partikel logam dan mengapung ini dipisahkan kemudian dipekatkan.
Gambar 2.2. Proses Pengapungan Tembaga B. Pemanggangan (Roasting) Pada proses ini kalkoprit akan bereaksi dengan oksigen 4CuFeS2(s) + 9O2 → 2Cu2S(s) + 2Fe2O3(s) + 6SO2(g) Dengan menambahkan SiO2 maka besi akan terpisah sebagai ampas. Fe2O3(s) + 3SiO2(s) → Fe2(SiO3)3(s) Pada proses pemanasan Cu2S akan teroksidasi.
C. Reduksi Proses reduksi terjadi antara Cu2O dengan Cu2S yang masih ada dalam proses sebelumnya. 2Cu2O(s) + Cu2S(s) → 6Cu(s) + SO2(g) Cu yang diperoleh dengan proses ini mempunyai kemurnian mendekati 99%. D. Pemurnian Pemurnian tembaga dilakukan secara elktrolisis. Blister atau tembaga lepuhan masih mengandung misalnya Ag, Au, dan Pt kemudian dimurnikan dengan cara elektrolisis. Pada elektrolisis tembaga kotor (tidak murni) dipasang sebagai anoda dan katoda digunakan tembaga murni, dengan elektrolit larutan tembaga (II) sulfat (CuSO4). Selama proses elektrolisis berlangsung tembaga di anoda teroksidasi menjadi Cu2+ kemudian direduksi di katoda menjadi logam Cu. Katoda : Cu2+(aq) + 2e → Cu(s) Anoda : Cu(s) → Cu2+(aq) + 2e Pada proses ini anoda semakin berkurang dan katoda (tembaga murni) makin bertambah banyak, sedangkan pengotor-pengotor yang berupa Ag, Au, dan Pt mengendap sebagai lumpur. II.1.2. Faktor yang Mempengaruhi Jumlah Tembaga pada Proses Electrofining Berikut adalah penjelasan faktor-faktor yang mempengaruhi jumlah tembaga yang dikumpulkan pada katoda ketika dua elektroda tembaga ditempatkan dalam larutan sulfat tembaga dan dilewati arus listrik. Dalam percobaan, tembaga di anoda (elektroda positif) akan mengionisasi dan larut, Cu (s)
Cu2+ (aq) + 2e-
dan ion tembaga (II) dari larutan akan diendapkan pada katoda (elektroda negatif): Cu2+ (aq) + 2e-
Cu (s)
Dengan ketelitian percobaan, tembaga yang diendapkan pada elektroda akan lebih murni daripada tembaga yang terbuat dari anoda terbuat. Hal ini disebut electrorefining dan digunakan untuk memurnikan logam di industri. Untuk setiap mol tembaga yang diendapkan di katoda, harus tersedia 2 mol elektron (dan satu mol Cu2+). Sehingga dua faktor dalam menentukan massa tembaga yang diendapkan akan menjadi sebagai berikut:
Total yang ditransfer ke katoda. Ini akan sama dengan arus (total transfer per detik) kali jumlah detik saat diterapkan. Dua cara untuk meningkatkan jumlah tembaga diendapkan, maka harus meningkatkan jumlah arus dan meningkatkan panjang waktu saat diterapkan. Meningkatkan arus terlalu banyak akan mengurangi larutan pada permukaan katoda Cu2+, dan hidrogen dapat berkurang bersamaan dengan tembaga: 2H+(aq) + 2e-
H2 (g)
Berhubungan dengan hal tersebut untuk menentukan berat logam Cu yang diendapkan dapat diperoleh dari rumus : W=
Ar x i x t nxF
Komposisi larutan. Konsentrasi ion Cu2+ akan mempengaruhi jumlah tembaga yang disimpan. Untuk pengurangan ion Cu2+ di katoda, Cu2+(aq) + 2e-
Cu(s). Persamaan Nernst menyiratkan
bahwa potensi katoda adalah sebanding dengan log dari molaritas Cu2+: E = Eo + (RT / nF) ln [Cu2 +] di mana : -
Eo = potensial elektroda dalam kondisi standar (sekitar 0,34 V untuk reaksi ini), n = jumlah mol elektron yang ditransfer (2 mol elektron per mol Cu disimpan), F = biaya per mol elektron yang ditransfer ( F = 96.487 coulomb / mol), R = konstanta hukum gas (8,31451 J / mol K).
Ketika [Cu2+] kurang dari 1 M, log akan bernilai negatif, dan potensial elektroda akan lebih negatif. Itu berarti bahwa semakin rendah konsentrasi Cu 2+, yang lebih negatif sehingga potensial (tegangan) akan diperlukan. Dapat disimpulkan semakin encer solusi CuSO4, semakin sedikit tembaga akan diendapkan pada katoda. Dari rumus tersebut juga dapat dilihat bahwa nilai E dipengaruhi oleh E o, yang mana nilai Eo diperoleh dari sel volta ion reduksi dan oksidasi. Secara garis besar nilai E dipengaruhi oleh deret volta.
