JURNAL SAINS DAN SENI POMITS Vol. 2, No.1, (2013) 2337-3520 (2301-928X Print)
1
Recovery Tembaga dari Batuan Mineral dengan Menggunakan Metode Elektrolisis Septa Widha Purnamasari, Harmami, Suprapto Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 E-mail:
[email protected] E-mail:
[email protected] Abstrak—Recovery tembaga dari batuan mineral dengan menggunakan metode elektrolisis telah diteliti. Elektrolisis dilakukan dengan menggunakan elektroda grafit sebagai anoda dan elektroda plat stainless steel sebagai katoda. Proses elektrolisis dilakukan selama 5 jam. Hasil elektrolisis dianalisis dengan menggunakan Atomic Absorption Spectroscopy (AAS). Elektrolisis dilakukan dengan menggunakan variasi konsentrasi larutan elektrolit NaCl 1 M, 3 M dan 5 M. Hasil elektrolisis menunjukkan bahwa recovery tembaga paling besar ketika elektrolisis dengan menggunakan larutan elektrolit NaCl 5 M yaitu sebesar 19,24 %. Kata Kunci—Recovery, elektrolisis, tembaga I. PENDAHULUAN embaga merupakan salah satu jenis logam yang banyak digunakan oleh masyarakat. Recovery (perolehan kembali) tembaga dilakukan untuk memperoleh tembaga dari batuan yang mengandung mineral tembaga. Tembaga dapat dihasilkan dalam keadaan murni dengan menggunakan elektrolisis (Riyanto, 2013). Pada tahun 2005, Kuncaka dkk melakukan penelitian tentang ekstraksi tembaga secara elektrolitik dari batuan mineral yang mengandung CuFeS2. Proses elektrolisis dilakukan dengan menggunakan elektrolit campuran larutan asam sulfat dan natrium sulfat. Sedangkan elektroda yang digunakan adalah platina sebagai katoda dan anoda Chalopyca sebagai anoda. Anoda chalcopyca merupakan campuran padatan CuFeS2 dan CaCO3. Kemudian larutan pada anoda dan katoda hasil elektrolisis, dianalisis dengan menggunakan Atomic Absorption Spectroscopy (AAS). Dari penelitian tersebut dapat diketahui bahwa elektrolisis dapat digunakan untuk memisahkan tembaga dari batuan mineral (Kuncaka dkk., 2005). Kelebihan dari metode elektrolisis adalah biaya yang dibutuhkan sedikit serta tahapan prosesnya juga sedikit. Sehingga pada penelitian ini, dilakukan perolehan kembali tembaga yang terdapat pada batuan mineral yang berasal dari Desa Panggungwuni, kota Tulungagung, Jawa Timur melalui metode elektrolisis. Pada penelitian ini larutan elektrolit yang digunakan adalah larutan garam NaCl yang diperoleh dari hasil rekristalisasi garam industri. Sedangkan elektroda yang digunakan adalah batang grafit sebagai anoda dan plat stainless steel sebagai katoda. Kemudian hasil elektrolisis di analisis dengan menggunakan Atomic Absorption Spectroscopy (AAS).
T
II. URAIAN PENELITIAN 2.1 Preparasi Sampel Cuplikan batuan mineral yang akan digunakan dihancurkan menjadi ukuran yang lebih kecil. Kemudian dikeringkan pada suhu 110°C hingga massanya konstan. Lalu dihaluskan dengan mesin ayakan dengan rentang ukuran 60 mesh, 80 mesh dan 100 mesh. Cuplikan batuan yang digunakan untuk proses selanjutnya adalah cuplikan batuan yang lolos pada 60 mesh tetapi tidak lolos pada 80 mesh. 2.2. Pembuatan Larutan Garam NaCl Larutan NaCl dibuat dari hasil rekristalisasi garam NaCl yang dilarutkan dengan aqua DM dengan beberapa variasi konsentrasi yaitu 1 M, 3 M, dan 5 M. Larutan NaCl 5 M dibuat dengan melarutkan 146,1 g NaCl dengan aqua DM hingga volumenya 500 mL. Untuk larutan NaCl dengan konsentrasi 1 M dan 3 M dibuat dengan mengencerkan larutan NaCl 5 M. 2.3 Penentuan Kadar Cu Awal Cuplikan batuan yang telah dihaluskan ditimbang sebanyak 50 gram dan dimasukkan dalam gelas beker. Kemudian di destruksi dengan menggunakan HNO3 65% dan dipanaskan. Hasil destruksi dianalisis kandungan tembaga dengan menggunakan Atomic Absorption Spectroscopy (AAS). 2.5 Proses Elektrolisis Cuplikan batuan mineral yang sudah dihaluskan ditimbang sebanyak 50 gram dan dimasukkan ke reaktor pada bagian ruang di anoda. Sebelumnya reaktor sudah di isi dengan larutan elektrolit (larutan garam NaCl) pada bagian ruang di anoda dan katoda masing-masing sebanyak 60 ml. Kemudian dilakukan elektrolisis selama 5 jam. Ketika sebelum elektrolisis, menit ke 5 elektrolisis dan sesudah proses elektrolisis dilakukan pengukuran pH pada larutan di anoda serta di katoda. Dari proses elektrolisis akan menghasilkan tembaga yang menempel pada plat stainless steel. Kemudian plat stainless steel ditimbang untuk mengetahui massa tembaga yang menempel pada plat stainless steel. Sebelumnya plat stainless steel sudah dikeringkan terlebih dahulu pada suhu 110°C hingga beratnya konstan untuk menghilangkan kadar air kemudian ditimbang. Setelah proses elektrolisis, filtrat dan endapan pada bagian ruang di anoda serta katoda disaring dengan menggunakan kertas saring. Filtrat pada bagian anoda dianalisis kadar tembaganya dengan menggunakan Atomic Absorption Spectroscopy (AAS). Sedangkan endapan pada bagian ruang di katoda di destruksi dengan menggunakan asam
JURNAL SAINS DAN SENI POMITS Vol. 2, No.1, (2013) 2337-3520 (2301-928X Print) nitrat pekat (HNO3 65%). Sebelum di destruksi, endapan dikeringkan terlebih dahulu pada suhu 110°C hingga massanya konstan untuk menghilangkan kadar air. Kemudian dianalisis kadar tembaganya dengan menggunakan Atomic Absorption Spectroscopy (AAS). Proses elektrolisis dilakukan dengan variasi konsentrasi larutan garam NaCl yaitu 1 M, 3 M dan 5 M. III. HASIL DAN DISKUSI 3.1 Proses Elektrolisis Hasil elektrolisis berupa tembaga yang menempel pada permukaan katoda. Karena ketika proses elektrolisis berlangsung, Cu2+ tereduksi menjadi Cu pada bagian katoda. Tembaga yang menempel pada permukaan katoda yaitu permukaan stainless steel berwarna merah kecoklatan. Kemudian hasil elektrolisis pada ruang bagian anoda dan katoda disaring untuk memisahkan filtrat dan endapan. Pada ruang bagian anoda, endapannya adalah sisa cuplikan batuan mineral setelah elektrolisis. Sedangkan filtratnya adalah Cu2+ hasil elektrolisis yang terlarut. Sehingga pada ruang bagian anoda yang dianalisis dengan menggunakan Atomic Absorption Spectroscopy (AAS) untuk mengetahui kadar tembaga adalah filtratnya. Pada ruang bagian katoda, filtratnya adalah produk samping hasil elektrolisis yaitu NaOH. Sedangakan endapannya adalah tembaga hasil elektrolisis yang tidak menempel di plat stainless steel tetapi mengendap bagian dasar ruang katoda sel elektrolisis. Endapan tersebut mengandung tembaga dalam bentuk hidroksida yaitu Cu(OH)2. ). Sehingga pada ruang bagian katoda yang dianalisis dengan menggunakan Atomic Absorption Spectroscopy (AAS) untuk mengetahui kadar tembaga adalah endapannya. Reaksi yang terjadi sebagai berikut Anoda : CuFeS2(s) Cu2+(aq) + Fe2+(aq) + 2S°(s) + 4e-
2H2O(l) Katoda : 2H2O(l) + 2eCu2+(aq) + 2e-
2
maka massa tembaga yang menempel di katoda juga semakin besar. Hasil data tersebut sesuai dengan hukum Faraday. Dari proses elektrolisis, tembaga yang diperoleh kembali tidak hanya berupa tembaga yang menempel di plat stainless steel. Terdapat tembaga hasil elektrolisis yang tidak menempel di plat stainless steel tetapi mengendap pada sel elektrolisis di bagian katoda. Endapan tersebut mengandung tembaga dalam bentuk hidroksida yaitu Cu(OH)2. Untuk mengetahui kadar tembaga yang terdapat dalam endapan tersebut maka dilakukan destruksi dengan menggnakan asam nitrat dan di analisis dengan menggunakan Atomic Absorption Spectroscopy (AAS). Massa logam tembaga tersebut terdapat dalam Tabel 3.2 Tabel 3.2. Massa tembaga yang tidak menempel di katoda setelah proses elektrolisis dengan variasi konsentrasi larutan garam NaCl
Ketika proses elektrolisis, tidak semua Cu yang teroksidasi pada bagian anoda dapat mengalir ke bagian katoda. Cu tersebut berupa Cu2+ yang terlarut dalam anolit. Untuk mengetahui kandungan tembaga dalam anolit tersebut maka dilakukan analisis dengan menggunakan AAS. Kadar logam tembaga dalam anolit setelah proses elektrolisis dengan variasi konsentrasi larutan garam NaCl terdapat dalam Tabel 3.3. Tabel 3.3. Massa tembaga pada anolit setelah proses elektrolisis dengan variasi konsentrasi larutan garam NaCl
(4.1)
4H+(aq) + O2(g) + 4e-
(4.2)
2OH-(aq) + H2(g) Cu(s)
(4.3) (4.4)
(Kuncaka dkk., 2005). 3.2 Elektrolisis Variasi Konsentrasi larutan garam NaCl Variasi konsentrasi larutan garam NaCl yang digunakan adalah 1 M, 3 M dan 5 M. Proses elektrolisis dilakukan selama 5 jam dengan beda potensial 13 V. Ketika dilakukan elektrolisis dengan variasi konsentrasi larutan NaCl 1 M, 3 M dan 5 M, besarnya tembaga yang menempel pada permukaan katoda ditunjukkan pada Tabel 3.1.
Kemudian dari hasil yang telah diperoleh dapat ditentukan perolehan kembali tembaga setelah proses elektrolisis dengan variasi konsentrasi larutan garam NaCl. Hasil prosentase perolehan kembali tembaga terdapat pada Tabel 3.4. Tabel 3.4. Perolehan kembali tembaga setelah proses elektrolisis dengan variasi konsentrasi larutan garam NaCl Semakin tinggi konsentrasi larutan garam NaCl yang
Tabel 3.1. Massa tembaga yang menempel katoda setelah proses elektrolisis dengan variasi konsentrasi larutan garam NaCl digunakan untuk proses elektrolisis maka semakin tinggi pula perolehan kembali tembaga yang dihasilkan.
Berdasarkan data pada Tabel 3.1, dapat diketahui bahwa semakin besar konsentrasi larutan garam NaCl
JURNAL SAINS DAN SENI POMITS Vol. 2, No.1, (2013) 2337-3520 (2301-928X Print) IV. KESIMPULAN Berdasarkan hasil penelitian di atas dapat disimpulkan bahwa bahwa tembaga dapat diperoleh kembali melalui proses elektrolisis. Pada elektrolisis variasi konsentrasi larutan garam NaCl, hasil penelitian menunjukkan bahwa perolehan kembali tembaga tertinggi ketika elektrolisis dengan menggunakan konsentrasi larutan garam NaCl 5 M yaitu sebesar 19,24 %. UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Allah SWT yang Maha Pengasih lagi Maha Penyayang yang selalu memberikan ilmu, rahmat dan kasih sayang-Nya, 2. Orang tua dan keluarga tercinta atas segala doa dan dukungannya. 3. Semua dosen Jurusan Kimia dan staff atas segala bimbingan dan bantuannya. 4. Semua sahabatku seperjuangan angkatan 2009 atas segala doa, bantuan, semangat dan kerjasamanya. DAFTAR PUSTAKA Farooq, R., Wang, Y., Lin F., Shaukat, S.F., Donaldson, J., and Chouhdary, A.J. 2002. “Effect of ultrasound on the removal of copper from the model solution for copper electrolysis process”. Water Research 36, 3165-3169. [2] Kuncaka, A., Sugiharto, E., and Nastiti, Y.E. 2005. “Extraction of Copper Electrolyticall by Using Solid Mixture of CuFeS2 and CaCO3 (Chalcopyca) as Anode”. Indo. J. Chem 5, 295-301. [3] Riyanto. 2013. Elektrokimia dan Aplikasinya.Yogyakarta : Graha Ilmu [1]
3
