Rizqi Cakti Bramantyo, Johny Wahyuadi Mudaryoto Soedarsono

Studi Pengaruh Konsentrasi Larutan Pelindi dan Suhu Elektrowinning terhadap Perolehan Kembali Seng dari Dross Seng dengan Metode HidroElektrometalurgi Rizqi Cakti Bramantyo, Johny Wahyuadi Mudaryoto Soedarsono Departemen Teknik Metalurgi dan Material, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Kampus Baru UI Depok, Depok, 16436, Indonesia Email: [email protected]

Abstrak Kegunaan logam seng yang luas untuk kebutuhan industri maupun kebutuhan sehari-hari secara otomatis akan meningkatkan angka permintaan terhadap logam seng setiap tahunnya. Mengolah kembali logam seng dari dross seng merupakan salah satu cara agar cadangan mineral seng di bumi tidak habis. Salah satu metode yang dapat dilakukan untuk memperoleh kembali logam seng dari dross seng adalah dengan metode hidro-elektrometalurgi. Proses terdiri dari pemanggangan 700oC, pelindian H2SO4, dan elektrowinning. Penelitian ini meneliti pengaruh dari parameter-parameter pelindian dan elektrowinning pada proses perolehan kembali logam seng. Untuk karakterisasi sampel menggunakan XRD yang dilengkapi dengan perangkat lunak XRD Match!, AAS, dan EDS. Dari penelitian ini, parameter optimal terjadi pada konsentrasi pelindi 2 M H2SO4 dan suhu elektrowinning 25oC pada rapat arus 2000 A/m2. Parameter tersebut menghasilkan efisiensi arus sebesar 91.57% dan kemurnian logam seng sebesar 77.68%. Study of Effect of Leaching Concentration and Electrowinning Temperature on Recovery of Zinc from Zinc Dross with Hydro-Electrometallurgy Method Abstract Extensive usability of zinc metal for industry needs and daily needs will automatically increase demand for zinc metal annually. Recovery of zinc metal from zinc dross is one way for zinc mineral deposits in the earth is not exhausted. One method that can be done to recover zinc metal from zinc dross is hydro-electrometallurgy method. The process consists of roasting 700°C, H2SO4 leaching, and electrowinning. This study investigated the effect of leaching and electrowinning parameters on recovery of zinc metal. For characterization of samples using XRD, that comes with XRD Match! software, AAS, and EDS. From this study, optimal parameters occurred at 2 M H2SO4 leaching concentration and 25oC electrowinning temperature at 2000 A/m2 current density, each performed for 60 minutes. These parameters produced a current efficiency of 91.57% and a purity of 77.68% zinc metal. Keywords: Zinc; Zinc dross; Roasting; H2SO4 leaching; Zinc electrowinning; Hydro-electrometallurgy

Studi Pengaruh konsentrasi..., Rizqi Cakti Bramantyo, FT UI, 2014

1.

Pendahuluan Indonesia merupakan negara yang memiliki kekayaan alam sangat beragam namun

lokasinya tersebar. Dengan sumber daya mineral melimpah yang Indonesia miliki ini mendorong kegiatan pertambangan di Indonesia untuk dapat memanfaatkan sumber daya alam tersebut secara maksimal dan efisien. Salah satu mineral yang dimiliki Indonesia adalah mineral sphalerite (ZnS) yang dapat ditemukan dalam jumlah kecil di sejumlah daerah di Indonesia. Mineral tersebut dapat diolah untuk memperoleh produk utamanya yaitu logam seng (Zn). Seng adalah unsur kimia dengan lambang kimia Zn, nomor atom 30, dan massa atom relatif 65,39. Seng merupakan unsur pertama golongan 12 pada tabel periodik. Beberapa aspek kimiawi seng mirip dengan magnesium. Hal ini dikarenakan ion kedua unsur ini berukuran hampir sama. Selain itu, keduanya juga memiliki keadaan oksidasi +2. Seng merupakan logam yang berwarna putih kebiruan, berkilau. Seng sedikit kurang padat daripada besi dan berstruktur kristal heksagonal. Di kerak bumi, seng merupakan unsur paling melimpah ke-24[1]. Otomotif merupakan salah satu sektor yang banyak menggunakan logam seng sebagai bahan utama untuk proses pengecoran dan galvanisasi. Logam ini memiliki titik leleh yang rendah dan fluiditas yang baik yang menjadikannya salah satu pilihan di industri otomotif. Permukaan lelehan logam seng sangat mudah teroksidasi selama proses pelelehan, dan membentuk suatu lapisan oksida yang menutupi permukaan lelehan yang dinamakan dengan dross. Dross sebagian besar tersusun atas logam Zn, beberapa Zn-oksida dan pengotor dalam jumlah sedikit seperti Fe, Si, Al, Cu[2]. Penelitian dalam rangka mengekstraksi logam seng dari dross seng sudah banyak dilakukan baik secara pirometalurgi, hidrometalurgi, maupun elektrometalurgi. Salah satu penelitian yang sudah dilakukan membahas tentang proses perolehan kembali logam seng dari zinc plant residue (ZPR). Residunya diambil dari Waelz kiln yang memproses bijih sengtimbal karbonat. ZPR mengandung 11,3% Zn, 24,6% Pb, dan 8,3% Fe, dan dicampur dengan H2SO4 dan diproses yang terdiri dari pemanggangan, pelindian air, dan pelindian NaCl. Sekitar 86% Zn didapat setelah pemanggangan 200oC selama 30 menit dengan rasio berat H2SO4/ZPR yang sama dan diikuti dengan pelindian air 25oC selama 60 menit[3]. Selain penelitian di atas, beberapa penelitian mengenai perolehan kembali logam seng dari dross seng sudah banyak dilakukan. Perlu ditemukan cara untuk dapat mengekstraksi logam seng dari dross seng seefektif dan seefisien mungkin sehingga proses produksi logam


seng dapat berjalan dengan potensi yang maksimal dan mampu untuk memenuhi permintaan terhadap logam seng yang akan terus meningkat di masa yang akan datang.


2. 2.1.

Dasar Teori Proses Pemanggangan (Roasting) Pemanggangan atau roasting dapat dikatakan sebagai tahap awal sebelum dilakukan

proses hidrometalurgi. Pemanggangan merupakan proses pemanasan bijih, konsentrat atau senyawa lain yang dilakukan pada suhu di bawah titik leburnya dengan memanfaatkan reaksi antara gas-padatan dan penambahan suatu reagen kimia[4]. Proses pemanggangan pada logam seng termasuk dalam jenis Oxidizing Roasting, dimana proses oksidasi dari logam sulfide menghasilkan logam oksida dan sulfur dioksida. Dalam proses pemanggangan logam seng reaksi yang terjadi sebagai berikut: 2ZnS(s) + 3O2(g) à 2ZnO(s) + 2SO2(g) Pemanggangan pada ZnS diperlukan karena senyawa seng sulfida (ZnS) yang apabila dilarutkan dalam H2SO4 encer pada proses pelindian memiliki kelarutan yang rendah, sedangkan hasil pemanggangan dalam bentuk seng oksida (ZnO) memiliki kelarutan yang tinggi. Rata-rata suhu yang digunakan pada proses pemanggangan ini adalah 900oC, dimana terjadi perubahan ZnS menjadi ZnO. Tetapi pada suhu tersebut terjadi kecenderungan pembentukan zinc ferrite yang bersifat tidak larut pada asam sulfat. Oleh karena itu, suhu pemanggangan harus diturunkan menjadi 700oC[5]. 2.2.

Proses Pelindian (Leaching) Pelindian atau leaching merupakan proses ekstraksi senyawa utama dari padatan yang

dapat larut dari suatu larutan. Secara lebih luas, pelindian didefinisikan sebagai proses pelarutan selektif mineral atau bijih dengan bantuan suatu reagen kimia tertentu sebagai pelarut untuk memisahkan unsur yang diinginkan dari pengotornya dimana hanya unsur yang diinginkan yang akan larut. Beberapa jenis reagen kimia yang biasa digunakan dalam proses pelindian ditampilkan pada Tabel 1. Tabel 1. Reagen Pelindian yang Umum digunakan Beragam Jenis Mineral[6]

Mineral

Jenis Larutan Pelindi

Logam Oksida

H2SO4

Logam Sulfat

H2SO4 atau H2O

Logam Sulfida

Larutan Fe2(SO4)3

Mineral Cu/Ni

Larutan NH3, NH4CO3

Al2O3

NaOH

Au, Ag

NaCN


Proses pelindian pada logam seng menggunakan larutan H2SO4. Penggunaan asam sulfat dapat melarutkan logam Zn dan mengendapkan pengotor. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut: ZnO(s) + H2SO4(l) → ZnSO4(l) + H2O(l) Beberapa faktor yang mempengaruhi proses pelindian logam seng adalah: 1. Konsentrasi Larutan Dengan semakin meningkatnya konsentrasi larutan H2SO4 maka laju reaksi akan semakin bertambah sehingga jumlah dari mineral berharga yung larut akan semakin bertambah[7] . Tetapi apabila terlalu tinggi akan menyebabkan mineralmineral yang tidak diinginkan juga akan ikut terlarut. 2. Temperatur Semakin tinggi temperature maka akan semakin meningkatkan laju reaksi. Tetapi peningkatan temperature juga dapat mengakibatkan jumlah pengotor yang ikut terlarut 3. Waktu kontak Memperpanjang waktu kontak antara pelarut dengan bijih bisa berujung pada peningkatan presentase pengotor yang ada dalam larutan. 2.3.

Proses Elektrowinning Elektrowinning adalah salah satu proses pemurnian berdasarkan teori elektrolisis

untuk mendapatkan logam dari larutan hasil pelindian. Proses ini dilakukan sebagai tahap akhir dari proses ekstraksi hidrometalurgi bila diinginkan produksi logam yang berkadar relatif tinggi. Pada proses elektrowinning Zn, akan diperoleh endapan logam Zn pada permukaan katoda yang berasal dari reaksi reduksi larutan ZnSO4. Pada anoda akan tejadi pembentukan oksigen karena menggunakan anoda inert yang tidak ikut bereaksi.

Gambar 1. Skema Sel Elektrowinnnig Zn


Skema sel elektrowinning Zn dapat dilihat pada Gambar 1. anoda yang digunakan bersifat inert seperti Pb, sedangkan katodanya berupa logam murni seperti aluminium. Larutan elektrolitnya merupakan larutan hasil pelindian (ZnSO4). Suhu operasi proses memiliki andil besar pada proses elektrowinning ini karena suhu operasi proses mempengaruhi konsumsi daya yang dihasilkan dan laju korosi pada anoda yang dipakai agar diketahui kondisi optimum proses untuk mendapatkan kemurnian logam seng yang tinggi[8]. Persamaan berikut memperlihatkan reaksi yang terjadi pada elektrowinning Zn: Katoda

: Zn2+(aq) + 2e- à Zn(s)

Anoda

: H2O (l) à ½ O2(g) + 2H+(aq) + 2e-

Spectator ion : SO42-(aq) à SO42-(aq) Zn2+(aq) + SO42-(aq) + H2O(l) à Zn(s) + 2H+(aq) + SO42-(aq) + ½ O2(g) Hasil dari proses elektrowinning adalah deposisi logam seng pada katoda alumunium. Secara teoritis berat endapan yang terdeposisi pada permukaan katoda dapat dihitung menggunakan persamaan Faraday :

!=

!" ! ! ! !

Dimana, W = Berat logam yang terdeposisi (gram); Ar = Berat atom; I = Arus (Ampere); t = Waktu (detik); n = Jumlah elektron yang berpinda; F = Konstanta Faraday (96500 joule). 3.

Metodologi Penelitian Material atau bahan yang digunakan adalah dross seng yang berasal dari PT. XXX.

Sampel terlebih dahulu dihancurkan (crushing) menggunakan palu kemudian dilanjutkan menggunakan mortar hingga halus. Setelah halus, sampel diayak hingga didapatkan ukuran partikel sebesar #70 dan #80. Sampel dibagi menjadi 9 bagian sesuai dengan banyaknya variasi yaitu tiga konsentrasi larutan dan suhu yang berbeda. Berat masing masing sampel adalah 40 gram.

Gambar 2. Prosedur Penghalusan


Sampel kemudian dicampur dengan briket dengan perbandingan 1:1. Hasil pencampuran tadi kemudian dimasukkan ke dalam krusibel kemudian dilakukan pemanggangan di dalam dapur pemanggang dengan suhu 700oC dengan lama waktu pemanggangan berkisar antara 60 menit. Kemudian dross seng hasil pemanggangan dipisahkan dengan briket. Sampel hasil pemanggangan ditaruh di dalam gelas kimia kemudian dilarutkan dengan menggunakan 500 mL larutan H2SO4 dengan variasi konsentrasi larutan 1, 2, dan 4 M. Kemudian dilakukan pengadukan dengan menggunakan magnet pengaduk. Proses pelindian ini dilakukan pada suhu ruangan dan dilakukan selama 60 menit. Kemudian dilakukan pengecekan pH larutan menggunakan kertas pH meter. Hasil pelindian disaring menggunakan kertas saring (#125) untuk memisahkan filtrat dan residu yang mengendap. Filtrat yang dihasilkan kemudian dimasukkan ke dalam gelas kimia untuk proses selanjutnya. Setiap filtrat akan diambil 100 ml sebagai sampel analisis AAS.

Gambar 3. Prosedur Penyaringan

Pertama-pertama anoda dan katoda dicuci menggunakan larutan aseton dan alkohol untuk menghilangkan lemak di permukaan elektroda. Kemudian katoda Al dilakukan penimbangan sebagai berat awal. Anoda dan katoda dimasukkan ke dalam gelas kimia yang berisi larutan ZnSO4 hasil pelindian. Kemudian anoda, katoda, couloumeter, rectifier, multitester

disambungkan

membentuk

rangkaian

sel

elektrowinning.

Dan

proses

elektrowinning dilakukan pada rapat arus 2000 A/m2 dengan variabel suhu 250C, 40oC, dan 55oC selama 60 menit. Katoda diambil dan dikeringkan menggunakan hair dryer. Kemudian katoda Al dilakukan penimbangan sebagai berat akhir.

Gambar 4. Prosedur Elektrowinning


Masing masing sampel dross seng dan dross hasil pemanggangan yang telah dihaluskan dan diayak sampai berukuran #80 dimasukkan kedalam tempat sampel mesin XRD untuk dilakukan analisa senyawa yang terkandung pada dross seng. Hasil XRD dianalisa menggunakan perangkat lunak Match!. Pengujian AAS dilakukan untuk mengetahui persentase kandungan logam seng pada larutan hasil pelindian. Dilakukan pengambilan sampel pada setiap proses pelindian yaitu sampel dengan konsentrasi 1, 2, dan 4 M. Filtrat hasil pelindian diukur volumenya dan kemudian ditimbang. Kemudian dilakukan pengujian AAS pada setiap sampel. Sampel hasil elektrowinning juga dilakukan uji AAS untuk mengetahui perbandingan hasil dengan pengujian EDS. Setelah pengujian AAS, Pengujian EDS dilakukan untuk mengetahui persentase kandungan logam seng yang terdeposisi pada katoda aluminium. Dendrit yang terbentuk pada katoda aluminium ditembak pada suatu titik dimana terdapat deposisi seng dipermukaannya untuk mengetahui kadar Zn yang terdeposisi. 4. 4.1.

Hasil Penelitian Hasil Pengamatan Karakterisasi XRD pada Sampel Awal Hasil pengujian dengan XRD pada sampel awal didapatkan data difraktogram seperti

pada Gambar 5.

Gambar 5. Difraktogram Sampel Awal Dross Seng

Kandungan senyawa-senyawa dan unsur-unsur dalam sampel yang cocok dengan database dapat dilihat pada Tabel 2.


Tabel 2. Hasil XRD Senyawa dan Unsur Sampel Awal Dross Seng

4.2.

Hasil Pengamatan Karakterisasi XRD pada Sampel setelah Pemanggangan o

700 C Gambar 6. menunjukkan perbedaan yang terjadi pada difraktogram sampel awal dengan sampel setelah pemanggangan.

Gambar 6. Difraktogram Sampel Awal dan Sampel setelah Pemanggangan

Sementara kandungan senyawa-senyawa dan unsur-unsur dalam sampel awal dan setelah pemanggangan ditunjukkan oleh Tabel 3 dan Tabel 4. Tabel 3. Hasil XRD Senyawa Sampel Awal

Tabel 4. Hasil XRD Senyawa Sampel setelah Pemanggangan


4.3.

Hasil Pengamatan Karakterisasi AAS setelah Pelindian H2SO4 Hasil dari karakterisasi AAS setelah pelindian H2SO4 pada sampel dapat dilihat pada

Tabel 5. Tabel 5. Hasil Pengujian AAS pada Sampel setelah Pelindian

Sampel

Konsentrasi

ppm

A

1M

10295

B

2M

24958

C

4M

11075

Sementara untuk melihat grafik yang menunjukkan perbedaan kadar Zn yang dihasilkan oleh ketiga sampel tersebut dapat dilihat pada Gambar 7. 30000

24958

ppm

25000 20000 15000

11075

10295

10000 5000 0 1 M

2 M

4 M

Konsentrasi Larutan

Gambar 7. Grafik Hasil Pengujian AAS pada Konsentrasi 1, 2, dan 4 M

4.4.

Hasil Kemurnian Logam Seng dengan Karakterisasi EDS Tabel 6 menunjukkan hasil pengamatan terhadap kemurnian logam seng dengan

karakterisasi EDS. Tabel 6. Hasil Pengujian EDS pada Sampel setelah Elektrowinning

Sampel

Variasi

Konsentrasi (%wt)

Konsentrasi

Suhu

Al

S

Fe

Zn

1M

o

25 C

3.97

20.91

1.14

73.98

4

2M

o

25 C

4.89

16.1

1.33

77.68

13

2M

55oC

8.79

27.13

0.91

63.17

1

Gambar 8. memperlihatkan hasil dari proses elektrowinning hubungan antara konsentrasi larutan ZnSO4 dan kemurnian logam seng.


100

77.68

73.98

80

Al

%wt

60 40 20

S

20.91 3.97

16.1 4.89 1.33

1.14

Fe Zn

0 1 M

2 M

Konsentrasi Larutan Gambar 8. Grafik Hubungan Konsentrasi Larutan dan Konsentrasi Logam Hasil Elektrowinning

Gambar 9. memperlihatkan hasil dari proses elektrowinning hubungan antara suhu elektrowinning dan kemurnian logam seng. 100

77.68

%wt

80

63.17 Al

60 40 20

S

27.13

16.1 4.89 1.33

8.79

Fe

0.91

Zn

0 25 C

55 C

Suhu Elektrowinning Gambar 9. Grafik Hubungan Suhu Elektrowinning dan Konsentrasi Logam Hasil Elektrowinning

4.5.

Hasil Kemurnian Seng dengan Karakterisasi AAS Tabel 7. memperlihatkan konsentrasi Zn yang diperoleh setelah proses elektrowinning

dengan karakterisasi AAS. Tabel 7. Hasil Pengujian AAS pada Sampel setelah Elektrowinning

Sampel

Variasi

Konsentrasi Zn

Konsentrasi

Suhu

%wt

ppm

1

1M

25oC

91.14

911400

4

2M

25oC

55.48

554800

2M

o

9.9

99000

13

55 C


4.6.

Hasil Konsentrasi Larutan dan Suhu Elektrowinning terhadap Efisiensi Arus Hasil Perhitungan efisiensi arus dari enam sampel setelah dielektrowinning dan dapat

dilihat pada Tabel 8. Tabel 8. Hasil Elektrowinning dan Efisiensi Arus VARIASI Sampel

Konsentrasi

Elektrowinning

Rapat Arus

Suhu/

(A/m2)

Waktu o

Wterdeposisi

Wfaraday

Efisiensi Arus

(gr)

(gr)

(%)

1

1M

2000

25 C/1jam

0.3670

0.4878

55.66

10

1M

2000

40oC/1jam

11 4 12 13

1M

2000

2M

42.49

0.4097

0.4878

66.47

o

0.5750

0.4878

91.57

o

0.5988

0.4878

82.04

o

0.5302

0.4878

68.66

25 C/1jam

2000

2M

0.4878

55 C/1jam

2000

2M

0.2898

o

40 C/1jam

2000

55 C/1jam

Sementara itu, Gambar 10 menunjukkan grafik yang dihasilkan pada konsentrasi larutan terhadap efisiensi arus. Dan Gambar 11 menunjukkan grafik yang dihasilkan pada suhu elektrowinning terhadap efisiensi arus.

% Eﬁsiensi Arus

Pengaruh Konsentrasi Larutan terhadap Efisiensi Arus 100 80 60 40 20 0

91.57 82.04 68.66

66.47 55.66 42.49

25 C 40 C

1 M

2 M

55 C

Konsentrasi H2SO4 Gambar 10. Grafik Pengaruh Konsentrasi Larutan terhadap Efisiensi Arus

% Efisiensi Arus

Pengaruh Suhu terhadap Efisiensi Arus 100 50

91.57

55.66

82.04

68.66 66.47

42.49

1 M 2 M

0 25 C

40 C

55 C

Suhu Elektrowinning

Gambar 11. Grafik Pengaruh Suhu Elektrowinning terhadap Efisiensi Arus


5. 5.1.

Pembahasan Karakterisasi XRD pada Sampel Awal Pada penelitian ini, sebelum sampel diperlakukan dan diteliti terlebih dahulu

dilakukan karakterisasi XRD untuk mengetahui senyawa apa saja yang terkandung pada sampel awal dross seng. Berdasarkan hasil pembacaan perangkat lunak XRD Match! yang ditunjukkan pada Gambar 5., ditemukan 6 buah kecocokan pada unsur Zn dalam sampel awal dross dengan database yang diwakili oleh puncak (peak) yang terbentuk pada difraktogram sampel awal dross seng. Selain itu unsur-unsur lain juga terdeteksi memiliki puncak seperti Al memiliki 4 buah kecocokan, Fe-Zn memiliki 3 buah kecocokan, dan ZnS memiliki 3 buah kecocokan. Kandungan senyawa-senyawa dan unsur-unsur dalam sampe yang cocok dengan database dapat dilihat pada Tabel 2. diketahui bahwa sampel awal dross seng mengandung unsur-unsur dan senyawa-senyawa seperti Al, Zn, Fe-Zn, dan ZnS. Al memiliki kandungan yang cukup tinggi hingga 45.5%, diikuti Zn dengan 32.8%, ZnS dengan 13%, dan Fe-Zn dengan 8.7%. Ini menunjukkan bahwa pengotor utama pada sampel dross seng ini berasal dari Al. Dan penelitian ini difokuskan untuk menurunkan kabar Al, dan mendapatkan kadar Zn setinggi-tingginya. Disamping itu keberadaan ZnS dapat kita ubah menjadi ZnO dengan pemanggangan agar lebih mudah larut dalam H2SO4 encer. 5.2.

Karakterisasi XRD pada Sampel setelah Pemanggangan 700oC Hasil dari pemanggangan dikarakterisasi dengan menggunakan XRD untuk

mengidentifikasi senyawa-senyawa apa saya yang mengalami peningkatan jumlah dan senyawa-senyawa apa saja yang mengalami penurunan jumlah. Gambar 6. menunjukkan perbedaan yang terjadi pada difraktogram sampel awal dengan sampel setelah pemanggangan. Terjadi peningkatan puncak pada Al dan Zn pada difraktogram sampel setelah pemanggangan, hal ini dapat disimpulkan bahwa kandungan Al dan Zn dalam sampel dross seng setelah pemanggangan meningkat jika dibandingkan sampel dross seng awal. Disamping itu, pada difraktogram menunjukkan penurunan senyawa-senyawa seperti Fe-Zn dan ZnS pada sampel setelah pemanggangan. Hal ini menunjukkan bahwa setelah dilakukannya proses pemanggangan terjadi perubahan senyawa-senyawa seperti senyawa sulfida. Tabel 3. dan Tabel 4. menunjukkan bahwa terjadi penurunan persentase ZnS berkurang cukup signifikan dari 23.2% menjadi 3%. Dalam hal ini, proses pemanggangan dengan suhu mencapai 700oC mengubah logam sulfida (ZnS) menjadi logam oksida (ZnO).


Hal ini sudah sesuai dengan literatur, dimana dengan dilakukannya pemanggangan menghilangkan sulfur dan arsenik dengan mengubah logam sulfida menjadi bentuk oksidanya. Dapat dilihat juga pada kedua tabel di atas bahwa terdapat ZnSO4 yang mengalami peningkatan persentase secara signifikan dari 42% menjadi 74.6%. Hal ini dapat terjadi karena pada suhu 500-600oC logam sulfida (ZnS) berubah menjadi senyawa sulfatnya (ZnSO4)[9]. ZnS(s) + 2O2(g) à ZnSO4(s) T = 500-600oC 5.3.

Karakterisasi AAS setelah Pelindian H2SO4 Hasil pengujian yang dilakukan dengan metode AAS pada sampel A, B, dan C dapat

dilihat pada Tabel 5 dan Gambar 7, menunjukkan konsentrasi larutan ZnSO4 yang berbeda yaitu 1, 2, dan 4 M menghasilkan kadar Zn yang berbeda-beda. Pada konsentrasi larutan 1 M ZnSO4 menghasilkan kadar Zn mencapai 10295 ppm, apabila dibandingkan dengan konsentrasi larutan 2 M ZnSO4 terjadi peningkatan kadar Zn mencapai 24958 ppm. Hal ini dapat terjadi karena pada saat dilakukan proses pelindian, pada konsentrasi larutan 2 M ZnSO4 terjadi laju reaksi yang lebih tinggi sehingga logam seng yang terkandung dalam dross seng terlarut lebih banyak dibandingkan pada konsentrasi larutan 1 M ZnSO4. Akan tetapi, pada konsentrasi larutan konsentrasi larutan 4 M ZnSO4 menghasilkan kadar Zn mencapai 11075 ppm, apabila dibandingkan dengan konsentrasi larutan 2 M ZnSO4 terjadi penurunan kadar Zn. Hal ini terjadi dikarenakan larutan dengan konsentrasi 4 M ZnSO4 melarutkan mineral-mineral pengotor yang tidak diinginkan, sehingga mengurangi kadar Zn yang terlarut. Selain itu, pada sampel hasil pelindian dengan konsentrasi larutan 4 M ZnSO4 tampak terlihat gelatin putih yang mengendap pada dasar larutan seperti yang dapat dilihat pada Gambar 12. Hal dapat terjadi dikarenakan pada saat proses pelindian dengan larutan 4 M H2SO4 suhu proses dapat mencapai 110oC sedangkan pada sampel A dan B suhu yang dicapai masing-masing adalah 44oC dan 82oC. Dengan suhu setinggi itu, senyawa ZnO yang terkandung dalam dross seng dapat berubah menjadi seng hidroksida (Zn(OH)2) berupa endapan gelatin putih seperti pada Gambar 12.[9]. Oleh karena itu, penulis tidak melanjutkan penelitian pada sampel C dengan konsentrasi larutan 4 M ZnSO4.


Gambar 12. Gelatin Putih pada Sampel C

5.4.

Analisis Kemurnian Seng dengan Karakterisasi EDS

Dalam pengujian dengan EDS, sampel yang diuji adalah sampel berupa endapan

logam Zn pada permukaan katoda yang berbentuk dendrit. Dari hasil penelitian yang ditunjukkan pada Tabel 6. pada sampel 1 dan 4 memperlihatkan konsentrasi larutan yang berbeda dan suhu elektrowinning yang sama sebagai variabel tetap, dimana ini memiliki pengaruh terhadap kemurnian logam seng yang terdeposisi pada katoda. Gambar 8. memperlihatkan hasil dari proses elektrowinning hubungan antara konsentrasi larutan ZnSO4 dan kemurnian logam seng. Seperti yang diperlihatkan pada Gambar 8. bahwa pada larutan elektrolit dengan dengan konsentrasi 2 M ZnSO4 kemurnian logam seng yang didapatkan mencapai 77.68%, hal ini lebih tinggi jika dibandingkan kemurnian logam seng yang didapatkan pada larutan elektrolit dengan konsentrasi 1 M ZnSO4 yang mencapai 73.98%. Hal ini dapat terjadi dikarenakan pada larutan elektrolit dengan 2 M ZnSO4 konsentrasi logam seng yang terlarut memiliki konsentrasi lebih tinggi yaitu 24958 ppm, sedangkan pada larutan elektrolit dengan konsentrasi 1 M ZnSO4 konsentrasi logam seng yag terlarut lebih rendah yaitu 10295 ppm. Selain logan seng yang terdeposisi, mineral-mineral lainnya juga ikut terdeposisi atau yang biasa kita sebut pengotor. Pengotor seperti S dan Fe ikut terdeposisi pada katoda dengan presentase rendah, kecuali pada S (sulfur). Pada Gambar 8. menunjukkan Fe yang terdeposisi mengalami peningkatan persentase dari 1.14% menjadi 1.33%. Dari yang terdeposisi pada katoda, menunjukkan bahwa dengan konsentrasi larutan yang lebih tinggi mineral-mineral pengotor yang ikut terlarut juga akan semakin meningkat. Selain itu terdapat unsur lain seperti Al, hal ini dapat dikarenakan oleh katoda yang terbuat dari Al. Sehingga saat pengujian EDS mendeteksi adanya unsur Al. Seperti dijelaskan di atas bahwa terdapat pengotor yang terdeposisi dengan konsentrasi yang cukup tinggi, pengotor itu adalah S (sulfur). S yang ikut terdeposisi pada permukaan katoda bukan merupakan S dari dross seng, karena pada sampel awal hasil analisis XRD memperlihatkan bahwa presentase S yang terdapat pada sampel awal dross seng sangat kecil. S yang ikut terdeposisi tersebut dapat disebabkan berasal dari larutan ZnSO4 yang ikut menempel pada permukaan logam seng yang terbentuk. Hal ini dapat diminimalisir dengan dilakukannya proses pencucian pada logam seng setelah dilakukannya proses eleketrowinning menggunakan aquades. Hal ini dilakukan untuk menghilangkan sulfat yang menempel pada permukaan deposit logam seng.


Selain dari konsentrasi larutan yang dapat mempengaruhi kemurnian logam seng, suhu elektrowinning juga mempengaruhi kemurnian logam seng yang dihasilkan. Dari hasil penelitian yang ditunjukkan pada Tabel 6. pada sampel 4 dan 13 memperlihatkan suhu elektrowinning yang berbeda dan konsentrasi larutan yang sama sebagai variabel tetap, dimana ini memiliki pengaruh terhadap kemurnian logam seng yang terdeposisi pada katoda. Gambar 9. memperlihatkan hasil dari proses elektrowinning hubungan antara suhu elektrowinning dan kemurnian logam seng. Grafik pada Gambar 9. memperlihatkan bahwa pada suhu elektrowinning 25oC kemurnian logam seng yang didapatkan mencapai 77.68% dan pada suhu elektrowinning 55oC kemurnian logam seng yang didapatkan turun menjadi 63.17%. Dari data di atas dapat disimpulkan bahwa peningkatan suhu elektrowinning berbanding terbalik dengan kemurnian logam seng yang terdeposisi pada katoda. Hal ini dapat terjadi karena bila dilihat mineralmineral pengotor, seperti S dan Fe, yang ikut terlarut menunjukkan bahwa seiring meningkatnya suhu elektrowinning persentase mineral-mineral pengotor tersebut juga meningkat, artinya dengan meningkatnya suhu elektrowinning maka laju reaksi yang terjadi semakin cepat yang mengakibatkan mineral-mineral pengotor yang seharusnya tidak ikut terdeposisi menjadi ikut terdeposisi dan menyebabkan kemurnian logam seng yang terdeposisi pada katoda semakin berkurang. 5.5.

Analisis Kemurnian Seng dengan Karakterisasi AAS Karakterisasi AAS dilakukan untuk mengetahui kemurnian logam seng yang

terdeposisi dengan lebih kuantitatif, karena karakterisasi EDS hanya menjangkau area-area tertentu sehingga hasil yang didapatkan semi-kuantitatif. Dan dari karakterisasi AAS tersebut didapatkan hasil seperti yang dapat dilihat pada Tabel 7. Pada sampel 1 dan 4 memperlihatkan konsentrasi larutan yang berbeda dan suhu elektrowinning yang sama sebagai variabel tetap, dimana ini memiliki pengaruh terhadap kemurnian logam seng yang terdeposisi pada katoda. Sedangkan sampel 4 dan 13 memperlihatkan suhu elektrowinning yang berbeda dan konsentrasi larutan yang sama sebagai variabel tetap. Tabel 7. memperlihatkan konsentrasi Zn yang diperoleh setelah proses elektrowinning bahwa pada larutan elektrolit dengan dengan konsentrasi 1 M ZnSO4 kemurnian logam seng yang didapatkan mencapai 91.14% atau 911400 ppm, hal ini lebih tinggi jika dibandingkan kemurnian logam seng yang didapatkan pada larutan elektrolit dengan konsentrasi 2 M ZnSO4 yang mencapai 55.48% atau 554800 ppm. Hal ini berbanding terbalik dibandingkan dengan hasil karakterisasi EDS, penurunan ini dapat dikarenakan unsur-unsur lain yang tidak


terdeteksi oleh AAS, dimana pada karakterisasi EDS sulfur yang terbentuk pada sampel konsentrasi 1 M ZnSO4 labih tinggi dibandingkan pada sampel konsentrasi 2 M ZnSO4 sehingga menurunkan konsentrasi Zn. Selain itu, Tabel 7. juga memperlihatkan bahwa pada suhu elektrowinning 25oC kemurnian logam seng yang didapatkan mencapai 55.48% atau 554800 ppm dan pada suhu elektrowinning 55oC kemurnian logam seng yang didapatkan turun secara signifikan menjadi 9.9% atau 99000 ppm. Dari data di atas dapat disimpulkan bahwa peningkatan suhu elektrowinning berbanding terbalik dengan kemurnian logam seng yang terdeposisi pada katoda dan hal ini sudah sesuai dengan hasil karakterisasi EDS. Pada sampel dengan suhu elektrowinning 55oC didapatkan konsentrasi logam yang hanya sebesar 9.9%, hal ini dapat disebabkan oleh jumlah sampel yang sangat sedikit karena sampel yang digunakan adalah sampel setelah dilakukannya pengujian EDS. 5.6.

Pengaruh Konsentrasi Larutan Suhu Elektrowinning terhadap Efisiensi Arus Konsentrasi larutan berpengaruh terhadap efisiensi arus yang dihasilkan. Gambar 10.

memperlihatkan hasil yang didapatkan setelah dilakukan proses elektrowinning dengan variabel konsentrasi larutan ZnSO4 berbeda, yaitu 1 dan 2 M dan pada tiga suhu yang berbeda 25, 40, 55 oC. Pada sampel dengan suhu elektrowinning 25oC dapat dilihat bahwa terjadi peningkatan efisiensi arus pada konsentrasi 2 M ZnSO4 dibandingkan pada konsentrasi 1 M ZnSO4 dari 55.66% menjadi 91.57% . Hal ini juga didapatkan pada sampel dengan suhu elektrowinning 40oC dimana peningkatan terjadi dari 42.49% menjadi 82.04%, dan juga pada sampel dengan suhu elektrowinning 55oC dimana efisiensi arus meningkat dari 66.47% menjadi 68.66%. Dapat dilihat pada Gambar 10. bahwa hasil grafik sudah sesuai dengan literatur, dimana dengan semakin tingginya konsentrasi larutan efisiensi arus juga akan semakin meningkat, hal ini dikarenakan semakin tinggi konsentrasi larutan semakin tinggi juga laju reaksi yang terjadi, dan membuat mineral yang diinginkan juga akan ikut terlarut. Tetapi jika terlalu tinggi akan membuat mineral tidak diinginkan akan ikut terlarut, hal ini terjadi pada larutan 4 M ZnSO4. Suhu elektrowinning berpengaruh terhadap efisiensi arus yang dihasilkan, dengan semakin tinggi suhu semakin tinggi efisiensi arus yang dihasilkan. Pada Gambar 11. dapat dilihat efisiensi-efisiensi arus yang dihasilkan dengan variabel suhu yang berbeda, yaitu 25, 40, dan 55 oC. Hasil yang diperoleh pada sampel dengan konsentrasi larutan 1 M ZnSO4 (garis biru) menunjukkan bahwa terjadi penurunan efisiensi arus pada suhu 40oC dari 25oC


dengan efisiensi arus 55.66% menurun menjadi 42.49%, dan kembali naik pada suhu 55oC dengan efisiensi arus 66.47%. Hal sebaliknya justru diperoleh pada sampel dengan konsentrasi larutan 2 M ZnSO4 (garis merah), dimana pada grafik menunjukkan terjadi penurunan efisiensi arus seiring naiknya suhu elektrowinning. Suhu 25oC menghasilkan efisiensi arus paling besar yaitu 91.57%, suhu 40oC dengan efisiensi arus 82.04%, dan semakin menurun ketika suhu mencapai suhu 55oC dimana menghasilkan efisiensi arus 68.66%. Pada penelitian yang dilakukan Wei Zhang (2010) mengatakan bahwa pada sistem elektrowinning suhu operasi proses meningkatkan laju korosi pada anoda yang dipakai[12]. Hal ini mengindikasikan bahwa dengan meningkatnya laju korosi pada anoda, laju reaksi pada sistem elektrowinning juga akan meningkat. Penelitian lain juga dilakukan Xiulian Ren et al. (2010), dimana dalam penelitiannya menyebutkan bahwa dengan meningkatnya suhu proses maka konduktivitas larutan dan transfer massa juga akan meningkat[10]. Penelitian yang dilakukan Mohamed Buarzaiga (1999) mengatakan bahwa pada sistem elektrowinning menggunakan larutan asam terjadi evolusi hydrogen yang akan mengurangi efisiensi arus pada katoda. Suhu berpengaruh dengan terjadinya evolusi hidrogen, dimana dengan suhu semakin tinggi, evolusi hidrogen juga akan meningkat. Hal ini dapat terjadi karena suhu elektrowinning

juga

berpengaruh

pada

hydrogen

overpotential,

dimana

hydrogen

overpotential turun seiring naiknya suhu proses[11]. Hal ini akan berakibat negatif karena permasalahan evolusi hidrogen dapat diatasi dengan meningkatkan hydrogen overpotential[7]. Dari tiga penelitian di atas dapat disimpulkan bahwa dengan meningkatnya suhu proses elektrowinning maka laju reaksi, konduktivitas larutan, dan transfer massa pada sistem elektrowinning juga akan meningkat, dimana hal ini akan meningkatkan efisiensi arus yang dihasilkan. Akan tetapi, seiring dengan meningkatnya suhu proses maka hydrogen overpotential akan semakin menurun yang akan berakibat pada terjadinya evolusi hidrogen. Itulah mengapa pada sampel dengan konsentrasi larutan 2 M ZnSO4, terjadi penurunan efisiensi arus seiring dengan meningkatnya suhu elektrowinning. 6.

Kesimpulan Berdasarkan data dan analisa yang telah dilakukan pada penelitian ini maka dapat

diambil beberapa kesimpulan, yaitu: 1. Setelah dilakukan pemanggangan, kandungan logam sulfida (ZnS) dalam sampel dross seng sebagian besar berubah menjadi logam oksida (ZnO). Selain itu, pada suhu 500-


600oC ZnS memiliki kecenderungan berubah menjadi ZnSO4 sehingga persentasenya meningkat. 2. Karakterisasi AAS setelah pelindian memperlihatkan peningkatan konsentrasi larutan H2SO4 dari 1 M ke 2 M pada proses pelindian dapat melarutkan lebih banyak logam seng dari 10295 ppm menjadi 24958 ppm, tetapi pada konsentrasi larutan 4 M H2SO4 turun menjadi 11075 ppm. 3. Hasil uji EDS kemurnian logam seng menunjukkan pada konsentrasi larutan 2 M ZnSO4 kemurnian logam seng mencapai 77.68%, lebih tinggi daripada konsentrasi larutan 1 M ZnSO4 yang mencapai 73.98%. Pada parameter lainnya, dengan suhu elektrowinning 25oC kemurnian logam seng mencapai 77.68% dan pada suhu elektrowinning 55oC turun menjadi 63.17%. 4. Hasil uji AAS kemurnian logam seng menunjukkan konsentrasi larutan 1 M ZnSO4 kemurnian logam seng mencapai 91.14% atau 911400 ppm, lebih tinggi daripada konsentrasi larutan 2 M ZnSO4 yang mencapai 55.48% atau 554800 ppm. Pada parameter lainnya, dengan suhu elektrowinning 25oC kemurnian logam seng mencapai 55.48% atau 554800 ppm dan pada suhu elektrowinning 55oC turun secara signifikan menjadi 9.9% atau 99000 ppm. 5. Sampel dengan konsentrasi larutan 2 M ZnSO4 (sampel 4, 12, dan 13) memiliki efisiensi arus lebih tinggi dibandingkan dengan konsentrasi larutan 1 M ZnSO4 (sampel 1, 10, dan 11). 6. Efisiensi arus pada suhu elektrowinning 25, 40, dan 55 oC dengan 2 M ZnSO4 masingmasing menghasilkan 55.66%, 42.49%, dan 66.47%. Pada suhu elektrowinning 25, 40, dan 55 oC dengan 1 M ZnSO4 masing-masing menghasilkan efisiensi arus 91.57%, 82.04%, dan 68.66%. 7. Parameter optimal terjadi pada konsentrasi pelindi 2 M H2SO4 dan suhu elektrowinning 25oC pada rapat arus 2000 A/m2. Parameter tersebut menghasilkan efisiensi arus sebesar 91.57% dan kemurnian logam seng sebesar 77.68%. 7.

Saran Setelah dilakukannya penelitian ini, penulis memiliki beberapa saran yang diperlukan

untuk dilakukan penelitian yang lebih lanjut, diantaranya: 1. Setelah dilakukannya proses eletrowinning lebih baik dilakukan proses pencucian pada logam seng yang terdeposisi pada katoda setelah dilakukannya proses


eleketrowinning menggunakan aquades agar mengurangi kadar sulfur yang ikut menempel pada permukaan logam seng. 2. Untuk penelitian selanjutnya dengan metode yang sama diharapkan parameterparameter lain digunakan seperti waktu pelindian atau elektrowinning sehingga didapatkan

hasil

yang

lebih


optimal.

8. [1]

Referensi Pugazhenthy, L. (1991). Zinc Handbook: Properties, Processing, and Use In Design Second Edition. CRC Press.

[2]

H. Zheng, Z. Gu, Y. Zheng. (2008). Electrorefining Zinc Dross in Ammoniacal Ammonium Chloride System. Journal of Hydrometallurgy 90. Scince Direct. Pp 8–12.

[3]

Turan, M. D., H. Soner Altundogan, Fikret Tumen. (2004). Recovery of Zinc and Lead from Zinc Plant Residue. Journal of Hydrometallurgy 75. Science Direct. Pp. 169-176.

[4]

N. Sevryukov, B. Kuzmin. (1969). General Metallurgy. Moscow : Peace Publishers.

[5]

C.B. Gill. (1980). Nonferrous Extractive Metallurgy. A Willey-Interscience Publication.

[6]

Moore, J.J. (1981). Chemical Metallurgy. Butterworths and Co. (Publishers) Ltd. London.

[7]

Jha, M.K., V. Kumar, R.J. Singh. (2001). Review of Hydrometallurgical Recovery of Zinc from Industrial Wastes. Resources, Conservation and Recycling 33. Science Direct. Pp. 1-22.

[8]

Zhang, Wei. (2010). Performance of Lead Anodes Used for Zinc Electrowinning and Their Effects on Energy Consumption and Cathode Impurities. Faculté Des Sciences Et De Génie. Université Laval. Québec.

[9]

Tamrin. 2002. Proses Perolehan Zinc Oksida dari Limbah Padat Dross Zinc Melalui Proses Leaching H2SO4 dan Pengendapan oleh Natrium Hidroksida. Skripsi Jurusan Teknik Metalurgi dan Material. Universitas Indonesia. Depok.

[10] Ren, Xiulian, et al. 2010. The Recovery of Zinc from Hot Galvanizing Slag in An AnionExchange Membrane Electrolysis Reactor. Journal of Hazardous Materials 181. Elvesier. Pp. 908–915. [11] Buarzaiga, Mohamed. 1999. An Investigation of The Failure Mechanisms of Aluminum Cathodes in Zinc Electrowinning Cells. Department of Metals and Materials Engineering. The University of British Columbia. Vancouver.


Rizqi Cakti Bramantyo, Johny Wahyuadi Mudaryoto Soedarsono

Recommend Documents