Recovery logam dengan elektrolisis
Electrolysis • Elektrolisis adalah proses dengan penggunaan arus listrik untuk memisahkan unsur‐unsur dari senyawanya. • Elektrolisis membutuhkan biaya tinggi, dan y umum digunakan g untuk karenanya merecovery logam berharga yang tidak dapat dipisahkan dengan teknik lain • Dalam elektrolisis terjadi pemecahan senyawa ionik menjadi unsur / senyawa sederhana.
Oksidasi dan Reduksi Dalam elektrolisis, senyawa yang dilewati dan akan dipecahkan arus listrik disebut elektrolit. Larutan elektrolit memiliki ion positif dan negatif. Hal apakah yang terjadi selama elektrolisis?
Ion negatif Ion negatif menuju elektroda positif and kehilangan elektron. (OKSIDASI) panas
Ion Positif menuju elektroda negatif dan menerima elektron . . (REDUKSI)
Bagian‐bagian g g sel elektrolisis Sumber Arus
e‐
+
-
Anoda
e‐ Katoda
Terjadi reaksi OKSIDASI
Terjadi reaksi REDUKSI Elektroda
Elektrolit
Keunggulan • Dapat merecovery logam dalam berbagai bentuk (plat, foil, serbuk) • Bersifat selektif dalam mendapatkan logam murni dari limbah • Prosesnya P tidak id k memerlukan l k air untuk i k pengenceran
Teori (1) • Elektrolisis menggunakan sel2 dengan sel2 dengan 2 2 elektroda. – Anoda, yang umumnya ,y g y dibuat dari material seperti: • • • •
platinized titanium, ruthenized h i d titanium, i i Pb, grafit, etc. grafit, etc.
– Katoda , yang ditentukan berdasarkan prosesnya dan tipe alat elektrolisis
Teori (2) • Kuantitas logam yang dideposisi yang dideposisi pada katoda proporsional terhadap kuat arus listrik yang mengalir di antara 2 sel. 2 sel • Faktor2 utama yang mempengaruhi efektifitas elektrolisis – Besarnya energi yang digunakan: menentukan biaya operasi. operasi – Dimensi geometrik alat elektrolisis: mempengaruhi nilai investasi
Teori (3) • Recovery logam dari limbah industri memiliki hubungan sbb:
– Ce = (A x V)/Rf dimana: V = Vo V Vo + Pa Pa + Pc Pc + IR IR Ce = Enegi yang digunakan (KWh/kg) A = Besarnya arus listrik yang dibutuhkan untuk mendeposisi 1 kg logam (kAh/kg) V = Voltage antara terminal2 pada elektrolisis (volt) Vo = Voltage minimum untuk mendeposisi logam Pa = Polarisasi pada Anoda Pc = Polarisasi pada katoda IR = penurunan tahanan pada larutan elektrolit (Ohm) Rf = Faraday yield selama F d i ld l proses
Teori (4) • Nilai Vo, Pa and IR biasanya Vo Pa and IR biasanya bersifat konstan, konstan sehingga besarnya kebutuhan energi menjadi: Ce = K Pc/Rf = K Pc/Rf • Pc dan Rf dapat digunakan untuk modifikasi proses elektrolisis l k li i
Teori (5) • 2 2 reaksi reaksi penting yang terjadi yang terjadi selama elektrolisis : – Pada konsentrasi tinggi, reaksi tinggi reaksi pada katoda ditentukan oleh deposisi logam, sedangkan pelepasan p p H2 2 dari air pada p anoda lebih sulit terjadi . – Akibatnya logam yang sudah terdeposisi pada anoda dapat melarut kembali untuk mengimbangi nilai yang sesuai untuk pembentukan H2
Teori (6) • Kedua reaksi yang berjalan yang berjalan bersamaan ditentukan oleh hubungan: Rf = l = lm / (l / (lm + l + lh) ) Im = besarnya arus listrik untuk deposisi logam pada d katoda k d lh = besarnya arus listrik untuk pembentukan H2 pada anoda
Daftar logam yang dapat direcovery d limbah dari l b h industri d Jenis logam • • • • • • •
Au A Ag Cu Cd Zn Ni Pb
Arus Listrik (Amp) 0 135 0.135 0.25 0.84 0.84 0.48 0.82 0.91 0.26
Volt Ano‐ da 50 5.0 2.5 2.0 2.0 2.5 3.0 3.5 3.0
Energi (KWH/kg)
Harga (Fr/kg)
0.405 0 405 0.625 1.68 1.20 2.46 3.2 0.78
20.000 20 000 350 8.4 1.5 0.8 8 0.6
Peningkatan efisiensi elektrolisis • Peningkatan kefektifan elektrolisis untuk menentukan kadar ion logam yang diinginkan (mg/L) dapat dilakukan dengan penurunan polarisasi dari elektroda2 Cara umum yang digunakan yang digunakan adalah dengan • Cara umum memodifikasi bagian aktif elektroda dan dengan mencegah polarisasi tinggi dengan mengurangi kerapatan arus listrik pada elektroda • Hal tsb di atas dapat dilakukan dengan: – Meng‐agitasi elektroda, – Meningkatkan k k kkecepatan aliran l elektrolit l k l di d antara elektroda – Kombinasi keduanya
Luas permukaan elektroda • Ketentuan umum: agitasi g atau sirkulasi elektrolit p pada kecepatan tinggi dapat mengurangi ketebalan lapisan difusi logam dari 0.5 mm (aliran lambat) menjadi 0.005 mm (aliran turbulen). Jadi mm (aliran turbulen) Jadi koefisen material transfer material transfer dapat berubah hingga 100 x g luas p permukaan p per unit volume (S/V) ( ) • Peningkatan dinyatakan sebagai : S/V = A aktif /V sel – S/V: luas / l permukaan k per unit volume alat l l elektrolisis. l k l – A (Aktif): Luas permukaan elektroda aktif – V (sel): Volume sel V (sel): Volume sel yang bersisi yang bersisi elektroda
• Elektroda2 Elektroda2 yang tersebar yang tersebar dapat memperbaiki kinerja elektrolisis, karena aliran elektrolit akan berhubungan g dengan g p permukaan yyang luas g dan menurunkan lapisan difusi. • Matriks berpori juga dapat memperbaiki turbulensi • Penggunaan elektroda yang terdispersi yang terdispersi per unit per unit volume akan meningkatkan luas permukaan per unit volume dan koefisien material transfer
Contoh alat elektrolisis • Alat elektrolisis dengan plat2 katoda plat2 katoda dapat meningkatkan hasil deposisi logam karena meningkatnya luas permukaan katoda/unit katoda/unit volume
• Pada air limbah air limbah berkonsentrasi tinggi, operasi tinggi operasi alat elektrolisis dilakukan pada kerapatan kuat arus listrik yang tinggi yang tinggi (>> 10,000 A/m (>> 10 000 A/m2), pada ) pada luas permukaan/ unit volume 3 ‐ 100 m2/m3 • Pada air limbah air limbah dengan konsentrasi rendah dapat digunakan kerapatan kuat arus 10 ‐ 100 A/m2. A/m2
Aplikasi teknik elektrolisis untuk recovery logam • L ogam berharga – – – –
Au, Ag, Rh, Pd, Pt Alloy Au‐Cu Au‐Ni Alloy Au‐Cu, Au‐Ni Pemisahan: Au dari Cu, Cu dari Pd Ag dari larutan fotografi
• Logam lain lain – Cu: dalam asam, amonia dan sianida – Cd: adalam asam dan sianida – Ni : dalam Ni d l sulphamate l h t dan d amonia i – Sn: dalam asam – Sn‐Pb: dalam asam – Zn: dalam d l sianida d dan d asam – Pemisahan: Cd dari NI dan Co, Cu dari Cd dan Zn – Proses Membran • Pemekatan logam dalam efluen. • Regenerasi asam dan basa • Recycling asam kromat
TUGAS untuk 3 orang/kelompok TUGAS untuk 3 orang/kelompok • Bahaslah proses elektrolisis untuk recovery recovery logam2 sbb: – Ag dari Ag dari limbah cair industri – Cr dari limbah cair industri – Cu dari Cu dari limbah cair industri – Ni dari limbah cair industri – Sn S dari d i limbah li b h cair i industri i d ti – Cd dari limbah cair industri
