MODUL 1 PENGOLAHAN BIJIH-BIJIH LOGAM Materi ini membahas tentang proses pengolahan khususnya
bijih-bijih logam,
dipertambangan terbuka. Tujuan Instruksional khusus yang ingin
dicapai adalah; (1) Menjelaskan definisi dari bijih-bijih logam, (2) Menyebutkan jenis-jenis senyawa dari bijih-bijih logam, (3) Menjelaskan urutan proses pengerjaan bijih-bijih logam, (4) Menjelaskan beberapa metode pemurnian bijihbijih logam. 1.1. Pendahuluan Bijih-bijih logam adalah material yang diperoleh dari hasil penambangan yang biasanya masih berbentuk butiran-butiran atau gumpalan-gumpalan. Bijihbijih logam ini masih bercampur dengan bahan-bahan ikutan lainnya. Prosentase berat dari unsur-unsur yang terkandung di dalam bijih-bijih ini bergantung pada kedalaman lapisan tanah dimana biji tersebut diperoleh. Operasi penambangan bijih-bijih logam (tambang terbuka) dengan tahapan sebagai berikut: a) Pemboran, pada jarak spasi 25 - 50 meter untuk mengambil sample batuan dan tanah guna mendapatkan gambaran kandungan logam yang terdapat di wilayah tersebut b) Pembersihan dan pengupasan, lapisan tanah penutup setebal 10– 20 meter yang kemudian dibuang di tempat tertentu ataupun dipakai langsung untuk menutupi suatu wilayah purna tambang. c) Penggalian, lapisan bijih logam yang berkadar tinggi setebal 5-10 meter dan dibawa ke stasiun penyaringan. d) Pemisahan, bijih di stasiun penyaringan berdasarkan ukurannya. Produk akhir hasil penyaringan bijih tipe Timur adalah -6 inci, sedangkan produk akhir bijih tipe Barat adalah – 4/-2 inci.
1-1
e) Penyimpanan, bijih yang telah disaring di suatu tempat tertentu untuk pengurangan kadar air secara alami, sebelum dikonsumsi untuk proses pengeringan dan penyaringan ulang di pabrik. f) Penghijauan, lahan-lahan purna tambang. Dengan metode open cast mining yang dilakukan sekarang, dimana material dari daerah bukaan baru, dibawa dan dibuang ke daerah purna ambang, untuk selanjutnya dilakukan landscaping, pelapisan dengan lapisan tanah pucuk, pekerjaan terasering dan pengelolaan
drainase
sebelum
proses
penghijauan/penanaman
ulang
dilakukan. 1.2. Sifat-sifat Umum Logam Logam-logam yang banyak ditemukan dalam kehidupan kita sehari-hari, secara umum mempunyai sifat-sifat dapat mengkilat, dapat mengantar kalor dan listrik, berwarna putih seperti perak (kecuali tembaga berwarna kemerah-merahan dan emas berwarna kuning). Logam-logam tersebut mempunyai kekerasan yang berbeda-beda mulai dari lunak sekali (natrium dan kalium) sampai keras sekali (seperti, chromdll.) sementara raksa berbentuk cair. Menurut massa jenisnya logam digolongkan atas logam berat (yang massa jenisnya diatas 5) dan logam ringan (yang massa jenisnya kurang dari 5). Ditinjau dari sifat kimianya logam-logam mempunyai oksida-oksida pembentuk basa dan berdasarkan sifat-sifat logam terhadap oksida ini logamlogam tersebut dapat digolongkan menjadi;
Logam Mulia, yaitu logam yang tidak dapat mengalami oksida, misalnya; Au, Pt, Ag dan Hg.
Logam setengah mulia, yaitu logam yang agak sukar teroksida, misalnya Cu.
Logam tidak Mulia, yaitu logam-logam yang dalam keadaan biasa dan pada perubahan temperatur mudah teroksidasi, misalnya K, Na, Mg, Ca, Al, Zn, Fe, Sn, Pb dll. Sumber logam (source of metal) adalah bijih-bijih logam yang diperoleh
dari penambangan biasanya masih bercampur dengan bahanbahan ikutan lainnya. Prosentase berat dari unsur-unsur yang terkandung didalam bijih-bijih ini bergantung pada kedalaman lapisan tanah dari mana bijih tersebut diperoleh, 1-2
misalnya untuk lapisan tanah dengan kedalaman 16 Km akan diporoleh bijih-bijih dengan 46,59% Oksigen, 27,72 % Silikon dan selebihnya unsur lain termasuk logam-logam. Logam-logam yang terdapat pada bijih-bijih ini biasanya masih dalam keadaan terikat dengan unsur-unsur lain (berupa senyawa), misalnya
Berupa oksida-oksida (untuk bijih-bijih Fe, Mn, Cr, Sn dll.)
Berupa karbonat-karbonat (untuk bijih-bijih Zn, Cu, Fe dll.)
Berupa sulfida (untuk bijih-bijih Pb, Zn, Cu dll.).
1.3. Pengerjaan Bijih-bijih (Work Ores) Sebelum diproses lebih lanjut dilakukan terhadap bijih-bijih, terlebih dahulu bijih-bijih tersebut dikerjakan, antara lain dengan cara pemecahan, pengayakan atau sizing dan pembenahan (ores dressing). A. Pemecahan bijih-bijih. Bijih-bijih yang diperoleh dari penambangan biasanya mempunyai ukuran melintang 1200 - 1500 mm. Dalam pengerjaan metallurgi biasanya dibutuhkan ukuran bijih-bijih yang cukup halus (kadang sampai 0,1 mm), sehingga bijih-bijih yang diperoleh dari penambangan tersebut harus diperkecil atau dipecah terlebih dahulu. Berdasarkan ukuran feed dan ukuran produk dari pemecahan, maka proses pemecahan ini di bagi atas; Pengerjaan 1. Breaking (crushing pendahuluan) 2. Crushing 3. Fine Crushing 4. Grinding
Ukuran feed (mm) 1500-300 300-100 50-10 10-2
Ukuran produk (mm) 300-100 50-10 10-2 0,05
Pada gambar di bawah ini ditunjukkan beberapa bentuk mesin pemecah bijih-bijih yang banyak digunakan.
1-3
Gambar 1.1. Gyratory Crusher 1.Pemecah yang berputar, 2. Kerucut landasan pemecah, 3. Poros, 4. Eksentrik, 5. Alat transmisi. Gyratory Crusher 1
Gambar 1.2. Beater Mill (pemecah awal) 1. Poros, 2. pemukul, 3. Ayakan (saringan). 1-4
Gambar 1.3. Ball Mill ( grinding ) 1. Pemasukan bijih-bijih, 2. Pengeluaran, 3. Roda pengerak. B. Pengayakan (sizing). Bijih-bijih yang sudah dipecah kemudian dipisah-pisahkan menurut besar / ukuran butir, proses pemisahan ini dinamakan pengayakan atau sizing. Pengayakan ini diperlukan agar jangan sampai terjadi pemecahan bijih yang terlalu kecil (lebih kecil dari ukuran yang diperlukan). Pengayakan ini biasanya dilakukan dengan menggunakan ayakan berupa batang-batang baja yang berbentuk kisi-kisi (bar screen), berupa jarring-jaring kawat (vibration screen) atau ayakan yang berupa siiinder (revolving / cylinder screen). Pada Gambar 1.4 diperlihatkan diagram aliran proses pemecahan dan pengayakan bijih-bijih tersebut sampai diperoleh ukuran bijih-bijilh yang diinginkan.
1-5
Gambar 1.4. Diagram aliran pengerjaan bijih. C. Pembenahan bijih-bijih (ores dressing) Yang dimaksud dengan pembenahan bijih-bijih (ores dressing) adalah pemrosesan bijih-bijih dengan tidak merubah sifat-sifat kimia atau sifat fisik dari bijih-bijih tersebut. Tujuan dari ores dressing ini adalah untuk memisahkan bijih-bijih dari bahan-bahan ikutan dari kotoran-kotoran yang biasa disebut tailing. Dengan
1-6
pemisahan tailing akan diperoleh bijih-bijih dengan prosentase bahan tambang yang lebih tinggi yang biasa disebut consentrate. Ores dressing ini sangat panting datam metallurgy modern karena dengan proses ini biaya/ongkos pemisahan barang-barang tambang dari bijih-bijihnya menjadi diperkecil, dan juga dapat menyederhanakan pengerjaan bijih-bijih yang lebih lanjut. Cara-cara yang biasa digunakan untuk pemisahan barangbarang tambang dari bahan-bahan ikutannya : 1. Bijih-bijih yang berharga dipilih / disortir antara lain berdasarkan warna dan bentuk bijih-bijihnya. Pemilihan ini biasanya dilakukan pada permukaan yang datar atau pada konveyor sortir. 2. Pemisahan berdasarkan perbedaan kekerasan l kerapuhan bijihbijih. 3. Pemisahan berdasarkan sifat gesekan bijih-bijih. Dalam hal ini bijih-bijih diluncurkan pada bidang miring sehingga bahan-bahan yang lebih ringan akan meluncur lebih cepat. 4. Pemisahan secara elektro static, yaitu pemisahan bijih-bijih berdasarkan konduktifitas listriknya, kapasitat dan sifat-sifat kelistrikannya. 5. Pemisahan secara magnetis, dimana bahan-bahan tambang dipisahkan berdasarkan perbedaan sifat amgnetiknya. 6. Pemisahan berdasarkan grafitasi bijih-bijih tambang. Dalam hal ini bijih-bijih dibedakan berdasarkan kecepatan tenggelam atau jatuhnya bijih-bijih tersebut dalam suatu cairan atau udara. 7. Pemisahan dengan menggunakan suatu medium berat, dalam hal ini akan terdapat bijih-bijih yang mengapung dan yang tenggelam tergantung pada massa jenis bijih dan massa jenis medium yang digunakan. Medium yang biasa digunakan antara lain berupa cairan organic atau larutan-larutan. 8. Flotasi atau pengapungan bijih-bijih yang sudah berbentuk bubuk dengan bantuan peniupan udara pada bijih-bijih tersebut.
1-7
1.4. Pemerosesan Bijih-bijih ( Ores Processing ) Yang dimaksud dengan pemerosesan bijih-bijih adalah proses pemisahan logam murni atau senyawanya dari bijih-bijihnya. Proses pemisahan ini secara umum dibagai atas dua golongan yaitu pyrometaiiurgy dan hydrometallurgy. A. Pyrometalurgy: Pada proses pyrometallurgy, pemisahan logam dilakukan dengan cara menaikkan temperatur bijih-bijih tersebut. Proses dasar dari pyrometallurgy adalah peleburan, pemanggangan, dan destilasi. Pada proses peleburuan, bijih-bijih dipanaskan sampai tempertur tertentu sehingga cukup untuk mencairkan logam yang dikehendaki dari biji-biji tersebut. Dengan demikian bahan yang sudah melebur akan terpisah dengan sendirinya dari bahan-bahan fainnya akibat perbedaan berat jenis dari bahan-bahan yang terdapat pada bijih-bijih tersebut. Pada proses peieburan akan terjadi proses reduksi dan oksidasi yang bergantung pada jenis bijih-bijih yang diolah. Misalnya bijih-bijih yang bersifat oksida (bijih-bijih Fe, Mn, Cr, Sn), dipisahkan secara reduksi, dan untuk bijihbijih yang bersifat karbonat clan sulfida (bijih-bijih Zn, Cu, re) dilakukan dengan cara oksida kemudian diikuti reduksi. Pada proses pemanggangan, temperaturnya tidak sampai meleburkan iogam
yang
bersangkutan.
Tujuan
pemanggangan
ini
adalah
untuk
mempersiapkan bijih-bijih sebelum dikerjakan lebih lanjut, misalnya untuk menghilangkan gas-gas atau lembab dari bijih-bijih. Pada pemanggan ini dapat terjadi reduksi, aksidasi, klorisasi, sulfatisasi atau jenis-jenis lain sesuai dengan jenis bijih-bijih yang dikerjakan. Keadaan bijih-bijih diantara temperatur pemanggangan clan temperatur peleburan disebut sintering. Dalam hal ini sebagian logarn sudah mencair, kemudian jika didinginkan kembali, bagian-bagiar tersebut akan memadat clan bersatu dengan partikel-partikel lain yang belum mencair. Tujuan sintering ini adalah untuk merubah bijih-bijih yang dipecah terlalu keci!/halus menjadi gumpalan yang lebih besar. 1-8
Pada proses destilasi, logam atau senyawanya diuapkan dari bahan tambang yang sukar menguap terdapat pada bijih-bijih tersebut. Peralatan yang umumnya dipakai proses pirometalurgy adalah 1.Tanur tiup (blast furnace), 2. Reverberatory furnace. Sedangkan untuk pemurniannya dipakai: a. Pierce-Smith converter. b. Bessemer converter. c. Kaldo cenverter. d. Linz-Donawitz (L-D) converter. e. Open hearth furnace. Proses pirometalurgi terbagi atas 5 proses, yaitu : 1. Drying (Pengeringan) Adalah proses pemindahan panas kelembaban cairan dari material. Pengeringan biasanya sering terjadi oleh kontak padatan lembab dengan pembakaran gas yang panas oleh pembakaran bahan bakar fosil. 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). 4. Smelting Adalah proses peleburan logam pada temperatur tinggi sehingga logam ,leleh dan mecair setelah mencapai titik didihnya. Oven yang digunakan, yaitu: a. 1-9
Schacht Oven, b. Scraal Oven (revergeratory Furnace), dan c. Electric Oven (Electric Furnace) 5. Refining (Pemurnian) Pemunian adalah pemindahan kotoran dari material dengan proses panas. B. Hidrometallurgy Prinsip dasar hidrometalurgy adalah pelarutan bijih-bijih dengan asam atau basa yang sesuai dengan jenis logarn yang terdapat pada bijih-bijih yang dikerjakan, kemudian dari larutan tersebut logarn atau senyawanya dipisahkan dari larutan dengan cara elektrolisa atau dengan cara pengendapan. 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). Proses pemisahan seperti ini biasa dilakukan untuk logam-logam ringan ( Al, Mg, Na, K, Cu, dsb). 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. Secara garis besar, proses hidrometalurgi terdiri dari tiga tahapan yaitu: 1. Leaching atau pengikisan logam dari batuan dengan bantuan reduktan organik. 1-10
2. Pemekatan larutan hasil leaching dan pemurniannya. 3. Recovery yaitu pengambilan logam dari larutan hasil leaching. C. 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. 1.5. Rangkuman Bijih-bijih logam adalah material yang diperoleh dari hasil penambangan yang biasanya masih berbentuk butiran-butiran atau gumpalan-gumpalan. Proses pengolahan bijih-bijih logam terdiri dari beberapa tahap yang dimulai dari proses pemecahan dan pengayakan, proses pemisahan untuk mendapatkan bahan tambang dengan konstentrat yang lebih tinggi, dan proses pemurnian.
1-11
1.6. Soal-soal Latihan 1.
Uraikan tahapan operasi penambangan bijih-bijih logam?
2.
Sebutkan sifat-sifat umum logam?
3.
Sebutkan klasifikasi logam berdasarkan sifat oksida-oksida pembentuk basa?
4.
Logam-logam yang terdapat pada bijih-bijih ini biasanya masih dalam keadaan terikat dengan unsur-unsur lain (berupa senyawa), Sebutkan?
5.
Mengapa bijih-bijih logam hasil penambangan harus dipecahkan. Sebutkan tahapannya?
6.
Sebutkan metode yang digunakan untuk memisahkan bahan tambang dari bahan ikutannya?
7.
Apa perbedaan antara proses pyrometallurgi dan hidrometallurgi. Apa kelebihan dan kekurangan dari kedua proses tersebut?
1-12
