PENGGUNAAN KARBON AKTIF SEBAGAI PENYERAP ION SIANIDA
SELINAWATI T. DARMUTJI DAN RETNO DAMAYANTI Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Mineral dan Batubara Jalan Jenderal Sudirman No 623 Bandung 40211, Telp. (022) 6030483, Fax. (022) 6003373 Naskah masuk : 18 Januari 2006, revisi pertama : 20 Desember 2006, revisi kedua : 28 Desember 2006, dan revisi terakhir : 22 Februari 2007
SARI Senyawa sianida termasuk bahan beracun berbahaya (B3), banyak digunakan dalam berbagai industri seperti serat sintetik (akrilonitril), petrokimia, baja, pertambangan dan pelapisan logam (electroplating). Sebagai akibat dari pemakaian bahan beracun dan berbahaya tersebut, umumnya kegiatan-kegiatan itu menghasilkan limbah yang masih mengandung sianida yang berpotensi mencemari lingkungan di sekitarnya. Berbagai upaya untuk mengurangi pencemaran lingkungan telah dilakukan, antara lain dengan pemanfaatan kembali limbah, oksidasi kimia, absorpsi dan biodegradasi. Pada penelitian ini telah dilakukan pengamatan penyerapan ion sianida dengan menggunakan karbon aktif untuk limbah kegiatan pertambangan emas. Kondisi optimum penyerapan karbon aktif ditentukan melalui pengamatan pengaruh pH, konsentrasi penyerap dan waktu. Penambahan ion Cu2+ sebagai katalis telah diteliti pula. Hasil menunjukkan bahwa penambahan karbon aktif sebanyak 25 g/l pada pH 10,5 dapat menurunkan konsentrasi sianida sebesar 20 % dalam waktu 8 jam. Penambahan ion Cu2+ (100 mg/l) pada larutan sianida telah meningkatkan penyerapan sebesar 55 % dalam waktu 2 jam. Penyerapan ion sianida dengan karbon aktif yang telah direndam dengan larutan Cu 2+ (0,5 %) meningkat menjadi 82 % dalam waktu 2 jam. Kata kunci : Limbah, karbon aktif, sianida, absorpsi
ABSTRACT Cyanide compounds are categorized as hazardous waste that mostly used in acrylonitril synthetic fibre, petrochemical, steel, electroplating and mine industries. Consequently, those industrial activities will produce cyanide containing waste compounds which potentially contaminate the environment. Some efforts have been done to reduce the potential hazard by waste reutilization, chemical oxydation, absorption and biodegradation. This research focused on the absorption of cyanide ion from gold processing unit by using activated carbon. The optimum condition of this absorption was determined by some parameters such as pH, concentration of absorber and time. The addition of Cu2+ ion as a catalyst was also observed. Result shows that the addition of activated carbon of 25 g/l at pH of 10.5 could reduce cyanide concentration of 20 % for 8 hours. The addition of Cu2+ ion of about 100 mg/l increased the absorption capacity up to 55 % in 2 hours. Absorption of cyanide by using activated carbon that was impregnated by Cu 2+ solution of about 0,5 % increased up to 82 % in 2 hours. Keywords : Waste, activated carbon, cyanide, absorption
Penggunaan Karbon Aktif sebagai Penyerap Ion Sianida, Selinawati T. Darmutji dan Retno Damayanti
1
Ke Daftar Isi
1.
PENDAHULUAN
dengan cara penambahan langsung dan perendaman karbon aktif dalam larutan tembaga.
Senyawa sianida termasuk dalam bahan beracun berbahaya (B3), yang banyak digunakan dalam berbagai industri seperti serat sintetik (akrilonitril), petrokimia, baja, pertambangan dan pelapisan logam (electroplating). Sebagai akibat dari pemakaian bahan beracun dan berbahaya tersebut, umumnya kegiatan-kegiatan itu menghasilkan limbah yang masih mengandung sianida yang berpotensi mencemari lingkungan di sekitarnya. Pada kegiatan pertambangan, senyawa sianida banyak digunakan dalam pengolahan bijih emas. Pada proses pengolahan ini, bijih yang mengandung emas dilarutkan dengan larutan natrium sianida (NaCN) pada pH tinggi. Sebagai akibatnya limbah dari proses sianidasi ini masih mengandung senyawa sianida yang cukup tinggi konsentrasinya (200-300 mg/l), baik dalam limbah cair maupun limbah padatnya. Berbagai usaha untuk mengurangi limbah sianida telah dilakukan baik secara fisika, oksidasi kimia maupun secara biologi, misalnya melalui pemanfaatan kembali limbah, pembuatan tailing pond, pemasangan unit penghancur sianida dan lain sebagainya (Sule, 1990).
2.
METODOLOGI
2.1
Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini berupa limbah cair dari kegiatan pengolahan emas dengan proses sianidasi yang berlokasi di Jawa Barat. Sedangkan sebagai bahan penunjang digunakan karbon aktif dan CuSO4 berupa pereaksi kimia p.a. (pro analysis). Semua larutan yang digunakan dibuat dengan menggunakan pelarut air suling. 2.2
Terhadap percontoh limbah sianida, dilakukan analisis kimia terhadap kadar sianida total serta parameterparameter lainnya seperti pH dan kandungan logam. Konsentrasi sianida (CN-) ditentukan dengan metode spektrofotometer menggunakan asam barbiturat pada panjang gelombang 578 nm dan konsentrasi logam ditentukan dengan menggunakan metode SSA (Spektrofotometer Serapan Atom). 2.3
Dalam mengurangi kadar sianida dari limbah pengolahan emas, karbon aktif merupakan penyerap dan katalis dalam detoksifikasi sianida dan beberapa paten yang berkaitan telah dikeluarkan selama kurang lebih 30 tahun terakhir ini. Khun (1976) mematenkan penggunaan karbon aktif sebagai katalis dalam oksidasi sianida. Dalam prosesnya, limbah yang mengandung sianida dalam suasana basa bercampur dengan udara dipompakan ke kolom karbon aktif. Penyerapan dengan karbon aktif ini dipercepat dengan adanya ion Cu2+. Calgon Corporation (1972) mengembangkan metode detoksifikasi sianida menggunakan oksidasi katalitik pada karbon aktif granular. Percobaan dilakukan hampir sama dengan Khun, hanya Calgon menambahkan ion Cu2+ ke dalam limbah untuk mempercepat penyerapan (Palmer, et al, 1988). Pada penelitian ini dicoba untuk mengurangi konsentrasi ion sianida dari limbah pengolahan bijih emas dengan proses sianidasi menggunakan karbon aktif. Parameter-parameter yang mempengaruhi proses absorpsi seperti pH, waktu kontak dan konsentrasi karbon aktif telah diamati untuk memperoleh kondisi optimum. Di samping itu, pemakaian ion Cu2+ sebagai katalis diteliti pula
2
Analisis Kimia
Percobaan Absorpsi dengan Karbon Aktif
Percobaan absorpsi sianida dengan karbon aktif dilakukan sebagai berikut : Karbon aktif yang digunakan sebelumnya dicuci terlebih dahulu dengan air suling dingin. Seluruh kegiatan dilakukan terhadap 100 ml air limbah pada suhu kamar di dalam lemari asam. Pengaturan pH dilakukan dengan penambahan larutan natrium hidroksida atau asam sulfat dan diamati pada pH 4, 7 dan 10,5. Ke dalam air limbah ditambahkan karbon aktif dalam jumlah tertentu, kemudian dikocok selama waktu tertentu pula. Ion sianida dalam larutan ditentukan secara spektrometri dengan menggunakan asam barbiturat pada panjang gelombang 578 nm. Untuk melihat pengaruh waktu terhadap proses penyerapan, percobaan diulangi dengan berbagai variasi waktu. Hal yang sama dilakukan untuk mengetahui jumlah karbon aktif efektif, yaitu dengan variasi penambahan karbon aktif dari 1 sampai 10 g ke dalam 100 ml limbah dan penentuan kadar CN - dilakukan pada waktu tertentu.
Jurnal Teknologi Mineral dan Batubara Nomor 39, Tahun15, Januari 2007 :1 - 5
Ke Daftar Isi
Pengaruh penambahan ion Cu2+ sebagai katalis diamati dengan 2 cara, yaitu : penambahan langsung larutan Cu 2+ dengan konsentrasi masing-masing 10 dan 100 mg/l. impregnasi (perendaman) karbon aktif dalam larutan Cu2+ 0,5 % Cu, dibuat dengan cara merendam 100 g karbon aktif dengan 20 ml air yang mengandung 2,683 g CuCl2.2H2O selama 24 jam. Disaring dan dicuci sampai bebas ion Cl-, dan dikering udarakan.
a. b.
konsentrasi sianida sampai 90 %, tanpa maupun dengan penambahan karbon aktif. Jadi pada keadaan asam terjadi penguapan HCN, sedangkan penambahan karbon aktif tidak mempunyai pengaruh yang nyata. Untuk menghindari terjadinya penguapan gas HCN yang sangat berbahaya dan penurunan konsentrasi sianida selama percobaan, selanjutnya semua percobaan dalam penelitian ini dilakukan dengan kondisi pH 10,5. 3.3
3.
HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1
Analisis Limbah
Analisis kimia limbah sianida hasil kegiatan pengolahan bijih emas yang digunakan pada penelitian ini dapat dilihat pada Tabel 1.
Pengamatan terhadap waktu penyerapan sianida diamati selama 8 jam pada pH 10,5 terhadap limbah pengolahan bijih emas dengan penambahan karbon aktif 25 mg/l. Hasil menunjukkan bahwa pada waktu kurang dari 2 jam kecepatan penyerapan karbon aktif terhadap ion sianida berlangsung sangat cepat, namun setelah 2 jam kecepatan penyerapan tersebut berlangsung dengan lambat (Gambar 2).
Hasil analisis kimia contoh limbah sianidasi
Parameter pH CN total Cu Fe Zn
Satuan
Nilai
ppm mg/l mg/l mg/l
10,5 280 4,5 16 157
300 C N - te rs e ra p , %
Tabel 1.
Pengaruh Waktu
250 200 150 100 50 0 0
0.5
1
2
4
6
8 10 waktu, jam
Pengaruh pH
Pengaruh pH terhadap absorpsi karbon aktif pada ion sianida dari pengolahan bijih emas diamati pada pH 4, 7 dan 10,5 tanpa dan dengan penambahan karbon aktif 25 g/l pada berbagai waktu percobaan selama 10 jam . Hasil percobaan dapat dilihat pada Gambar 1. Hasil percobaan menunjukkan bahwa pada pH 10,5 tanpa penambahan karbon aktif, senyawa sianida tidak ada yang hilang sedangkan dengan penambahan karbon aktif terjadi penurunan konsentrasi sianida sampai + 20 % (215 mg/l). Pada pH 7,3 tanpa penambahan karbon aktif, konsentrasi sianida turun sampai 35 % dalam waktu 10 jam. Hal ini disebabkan pada penurunan pH terjadi penguapan sianida dalam bentuk gas HCN. Penambahan karbon aktif selama waktu yang sama telah menurunkan konsentrasi sianida sebesar 88 %. Penurunan pH sampai 4, dalam waktu 5 jam terjadi penurunan
Gambar 1.
pH=10.5+ KA pH= 4,5
pH= 7,3 pH = 4,5+KA
Pengaruh pH terhadap penyerapan sianida oleh karbon aktif
25 CN terserap, %
3.2
pH =10.5 PH=7,3+KA
20 15 10 5 0 0
Gambar 2.
1
2
4
8 waktu, jam
Pengaruh waktu terhadap penyerapan ion sianida oleh karbon aktif
Penggunaan Karbon Aktif sebagai Penyerap Ion Sianida, Selinawati T. Darmutji dan Retno Damayanti
3
Ke Daftar Isi
Hal ini kemungkinan setelah proses penyerapan berlangsung selama 2 jam, permukaan karbon aktif telah jenuh, sehingga proses penyerapan terhenti atau berlangsung sangat lambat. Sehingga waktu optimum penyerapan karbon aktif adalah 2 jam dengan persentase CN- terserap sebesar 20 %. 3.4
Pengaruh Konsentrasi Karbon Aktif
-
CN terserap, %
Pengaruh konsentrasi karbon aktif terhadap proses penyerapan diamati dengan penambahan karbon aktif pada berbagai konsentasi, yaitu 0 – 300 mg/l dan waktu 2 jam serta pH 10,5. Dari Gambar 3 terlihat bahwa pada konsentrasi karbon aktif yang rendah (0 –100 mg/l), kecepatan reaksi oksidasi berlangsung secara linier.
sianida oleh karbon aktif dapat dipercepat dengan menggunakan ion Cu2+ sebagai katalis. Untuk itu pengaruh penambahan ion Cu2+ telah dicoba dengan konsentrasi 10 dan 100 mg/l, pH 10,5 dengan penambahan 25 g/l karbon aktif selama 8 jam. Hasil yang diperoleh dari percobaan ini dapat dilihat pada Gambar 4. Diketahui bahwa penambahan ion Cu2+ sangat berpengaruh terhadap penyerapan karbon aktif terhadap sianida. Hasil menunjukkan bahwa pada percobaan tanpa penambahan katalis, konsentrasi CNdalam larutan turun sampai 254 mg/l atau turun sebesar 20 %, sedangkan penambahan katalis dengan konsentrasi Cu2+ sebesar 10 mg/l telah menurunkan konsentrasi sianida sebesar 30 %. Pada penambahan ion Cu2+ 100 mg/l, konsentrasi sianida turun sampai 55 %.
100 80 60 40 20 0 0
50
100
200
300
Penambahan karbon aktif, mg/l
Gambar 3.
Pengaruh penambahan konsentrasi karbon aktif terhadap proses penyerapan sianida
Namun pada konsentrasi karbon aktif yang tinggi (> 100 mg/l), kecepatan reaksi yang mula-mula berlangsung dengan cepat, mengalami penurunan kecepatan reaksi. Pengaruh penambahan karbon aktif terhadap larutan sianida diterangkan oleh Adams, (1992), sebagai berikut; sianida dalam larutan dioksidasi menjadi ion sianat (CNO-) oleh adanya karbon aktif. Sebagian dari ion CNO- yang terbentuk dioksidasi kembali oleh karbon aktif membentuk ion-ion amonia (NH4+) dan hidrogen karbonat (HCO3-) berdasarkan reaksi : CN- + 2 OH CNO- + H2O + 2 e½ O 2 + H2 O + 2e- 2 OH+ CNO + 2 H2O + H NH4+ + HCO3 3.5
Penyerapan sianida dengan menggunakan karbon aktif dari limbah yang telah ditambahkan ion Cu2+
Hal ini dapat diterangkan sebagai berikut : dalam waktu 2 jam terjadi penurunan konsentrasi sianida sebesar 55 %, yang selanjutnya perpanjangan waktu tidak menunjukkan perubahan yang berarti. Penambahan ion Cu2+ terhadap limbah pengolahan bijih telah memperbanyak kemungkinan terjadinya Cu(CN) 2 -. Berdasarkan pengamatan terdahulu, ion ini akan terserap sangat kuat oleh karbon aktif, membentuk kompleks yang stabil (Bernardin, 1987). Pengaruh ion Cu2+ terhadap penyerapan sianida oleh karbon aktif juga diamati dengan cara merendam karbon aktif dengan larutan Cu sebelum digunakan. Gambar 5 menunjukkan bahwa dengan merendam karbon aktif dalam larutan Cu (0,5 %) terlebih dahulu terjadi peningkatan penyerapan sianida dari limbah sebesar 82 % dalam waktu 2 jam.
Pengaruh Penambahan Ion Cu2+
Pengembangan yang dilakukan oleh Bernardin (1987), menunjukkan bahwa proses penyerapan
4
Gambar 4.
Hal ini dapat terjadi karena pada penyerapan sianida dalam limbah yang mengandung Cu2+ oleh karbon aktif saat dilakukan impregnasi dengan larutan CuCl2,
Jurnal Teknologi Mineral dan Batubara Nomor 39, Tahun15, Januari 2007 :1 - 5
Ke Daftar Isi
3.
Penambahan ion Cu2+ dengan konsentrasi 100 mg/l telah meningkatkan penurunan ion sianida sampai 55 % dalam waktu 2 jam.
4.
Dengan karbon aktif yang telah direndam dengan larutan Cu 0,5 %, terjadi penurunan kadar CNsampai 82 % dalam waktu 2 jam.
100 CN terserap, %
80 60 40 20 0 0
1
3
Tanpa Cu
Gambar 5.
5
Cu 100 mg/l
7 waktu, jam Cu imp
Penyerapan sianida menggunakan karbon aktif yang telah diimpregnasi
ion Cu2+ direduksi oleh karbon menjadi ion Cu+, sedangkan kelebihan ion Cu2+ dari proses impregnasi bereaksi membentuk ion Cu(CN)4-3dengan reaksi sebagai berikut : Cu2+
+ 4 CN
Cu (CN)4
-2
4.2
Saran
Mengingat penelitian ini hanya dilaksanakan dengan sistem batch, disarankan untuk melakukan penelitian lanjutan dengan menggunakan karbon aktif menggunakan continuous system.
UCAPAN TERIMA KASIH Ucapan terima kasih disampaikan kepada Ibu Juarsih yang telah banyak membantu dalam analisis kimia hingga selesainya penelitian ini.
Cu (CN)4 –2 + e Cu (CN)4 –3 Cu (CN)4 –2 CN(CN)2 + 2
OH-
Cu (CN)2 –1 + ½ (CN)2 +
DAFTAR PUSTAKA
Adams, M.D.,1992. The Removal of Cyanide from Aqueous Solution by the Use of Ferrous Sulphate, Journal of Mining & Metallurgy, Vol. 92, No. 1, pp. 17-25.
CN-
+ CNO + H2O
Di samping reaksi reduksi di atas, CuCN yang terikat pada karbon aktif juga bereaksi dengan ion CN dalam larutan membentuk ion Cu(CN)2 yang sangat kuat terikat pada karbon aktif. Hal ini akan menambah kecepatan reaksi dari penyerapan sianida oleh karbon aktif.
4.
KESIMPULAN DAN SARAN
4.1
Kesimpulan
Dari hasil percobaan dapat disimpulkan hal-hal sebagai berikut : 1.
2.
Karbon aktif dapat digunakan untuk mengoksidasi limbah sinida tanpa melakukan pengaturan pH terlebih dahulu. Namun, kecepatan dan kapasitas penyerapan karbon aktif sangat lambat.
Bernardin, F.E., 1987. Cyanide Detoxification Using Adsorption and Catalytic Oxidation on Granular Activated Carbon, Journal of Water Pollution Control, 45. Khun,R.G, 1976. Activated Carbon Adsorption of Cyanide Complexes and Thiocyanate Ion from Petrochemical Wastewater, Am. Chem. Soc., Div. Environ. Chem., Prepr. ; Vol/Issue: 16:1; NY, USA. Palmer, S.A.K, et al, 1988 . Metal/Cyanide Containing Wastes Treatment Technologies, Noyes Data Corporation, New Jersey, USA. Sule, D., 1990. Problema Pengolahan Emas Serta Dampak Lingkungannya. Buletin PPTM, Vol. 12, No. 4, pp.15-25.
Karbon aktif dengan konsentrasi 25 g/l hanya dapat menurunkan konsentrasi CN - dalam limbah pengolahan bijih emas sebesar 20 %.
Ke Daftar Isi
Penggunaan Karbon Aktif sebagai Penyerap Ion Sianida, Selinawati T. Darmutji dan Retno Damayanti
