Jurnal Teknik Material dan Metalurgi Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, 2012
STUDI PROSES EKSTRAKSI MINERAL TEMBAGA MENGGUNAKAN GELOMBANG MIKRO DENGAN VARIASI DAYA DAN WAKTU RADIASI Nur Rosid Aminudin*, Sungging Pintowantoro** *Mahasiswa Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS **Dosen Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS
Jurusan Teknik Material dan Metalurgi, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya ABSTRAK Batuan tembaga merupakan batuan yang banyak ditemukan di Indonesia, baik dari persentase logam tembaganya rendah hingga persentase yang tinggi. Penelitian ini menawarkan metode ekstraksi logam tembaga dengan memanfaatkan gelombang mikro dari microwave sebagai pembangkit panasnya. Penelitian ini menggunakan batuan tembaga jenis kalkopirit dengan persentase awal sebesar 11,32%. Kemudian direaksikan dengan silica sebagai flux dan diradiasi dengan gelombang mikro dengan variasi daya 1000 Watt dan 2000 Watt dan lama penyinaran selama 40, 50 dan 60 menit. Hasil dari penelitian ini bahwa persentase tembaga mengalami peningkatan seiring dengan peningkatan daya yang digunakan proses ekstraksi dan lama penyinaran dengan gelombang mikro. Pada proses dengan daya 1000 watt dan waktu radiasi 40, 50 dan 60 menit didapatkan kenaikan persentase Cu masing-masing menjadi 23,6%,27,6%,dan 29,57%. Sedangkan pada daya 2000 Watt didapatkan persentase Cu masing-masing 30,3%, 31,7% dan 22,8%. Kata kunci : Ekstraksi, chalcopyrite, gelombang mikro, Daya, waktu radiasi.
PENDAHULUAN Indonesia merupakan negara yang kaya akan mineral dan tambang yang mana persebarannya hampir diseluruh pelosok alam Indonesia. Akan tetapi barang tambang yang dimiliki Indonesia tidak serta merta langsung dapat dimanfaatkan oleh masyarakat, tetapi harus melalui tahap pengolahan terlebih dahulu untuk mendapatkan logam murninya. Seiring dengan perkembangan zaman dan kemajuan teknologi, kebutuhan tembaga nasional mengalami peningkatan dengan adanya pertumbuhan ekonomi masyarakat dan jumlah penduduk. Proses ekstraksi tembaga yang selama ini dilakukan kebanyakan masih menggunakan metode konvensional yang dirasa metode-metode tersebut masih kurang efisien. Contohnya proses ekstraksi yang menggunakan proses pyrometallurgi (proses ekstraksi yang dilakukan pada temperatur tinggi). Dimana pada proses ini memiliki beberapa kelemahan misalnya menghabiskan bahan bakar yang sangat banyak, prosesnya
memakan waktu yang cukup lama dan sangat kompleks. Selain itu, kerugian yang terbesar dari proses ini adalah dihasilkannya gas SO2 (Sulfur Dioksida) yang sangat berbahaya dan dapat menyebabkan hujan asam yang merusak lingkungan. Kedua,proses ekstraksi secara hydrometalurgi (proses ekstraksi yang dilakukan pada temperatur yang relatif rendah dengan cara pelindian media cairan). Proses hydrometalurgi memiliki kelemahan seperti tidak semua mineral dapat diproses melalui metode ini dan waktu pelarutannya memerlukan waktu yang lama. Sehingga diperlukan suatu alternatif proses yang lebih efisien dan ramah terhadap lingkungan. Dengan latar belakang hal tersebut kini saatnya dikembangkan metode-metode ekstraksi yang ramah lingkungan, mempunyai nilai efisiensi tinggi dan harga produksi rendah. (Davenport dkk,2002) Sebuah metode ekstraksi yang belakangan ini dikembangkan para ahli metalurgi ialah metode ekstraksi tembaga
Jurnal Teknik Material dan Metalurgi Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, 2012 dengan pemanfaatan energi panas gelombang mikro dari microwave. Metode ini dapat menghasilkan logam tembaga murni yang diekstraksi baik dari konsentrat maupun langsung dari bijih tembaga. Dimana pada metode ini panas dibangkitkan secara internal akibat getaran molekul-molekul target oleh gelombang mikro. Karena karakter gelombang mikro yang dapat menembus molekul target, maka pemanasan dengan gelombang mikro berlangsung secara serentak. Oleh karena itu pemanasan dengan menggunakan gelombang mikro dapat berlangsung sangat cepat. Berbagai penelitian penggunaan gelombang mikro pada proses ekstraksi metalurgi secara langsung menunjukkan bahwa gelombang mikro sangat efektif karena mengasilkan panas yang stabil dan tidak menimbulkan limbah seperti ekstraksi yang menggunakan media pemanas konvensional. (Kazi E. Haque,1998). Tujuan penelitian ini adalah mengetahui mekanisme proses ekstraksi tembaga dari bentuk ore menggunakan energi gelombang mikro, mengetahui pengaruh variasi dan variasi waktu penyinaran sample terhadap peningkatan persentase kandungan tembaga.
Alat yang digunakan dalam proses reduksi yaitu Microwave oven 2450 MHz, cawan dengan volume 30 ml dan batu tahan api. Pada penelitian ini digunakan variabel daya penyinaran dan waktu radiasi dengan gelombang mikro. Dimana daya yang digunakan sebesar 1000 dan 2000 Watt dan waktu radiasinya ialah selama 40, 50, dan 60 menit.
METODOLOGI Bahan yang digunakan dalam percobaan ini adalah silika dari PT Smelting, Gresik dan konsentrat tembaga yang berasal dari PT Newmont Nusa Tenggara . Silika yang digunakan dalam percobaan ini digerus hingga 120 mesh. Tabel 1. Komposisi Konsentrat Tembaga Komposisi Persentase (%) 11,32 Cu 8,5 Si 0,8 K 0,4 Ca 0,88 Cr 2,79 Mn 29,5 Fe 6,01 Zn 30,5 S 6,2 Mo Tabel 2. Komposisi Kimia Pasir Silika Senyawa Jumlah(%) › 85% SiO₂ ‹ 5% Al₂O₃ MgO ‹ 5% Moisture 5% Gambar 3 Diagram Alir penelitian
Jurnal Teknik Material dan Metalurgi Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, 2012 HASIL DAN PEMBAHASAN Dalam penelitian ini untuk mengetahui hubungan antara kenaikan persentase Cu dengan variasi input daya dan waktu penyinaran gelombang mikro maka dilakukan uji XRF pada ore Cu yang telah diekstraksi. Hasil Uji XRF pada ekstraksi mineral kalkopirit dengan berbagai daya yang berbeda dapat dilihat pada Tabel 4 dibawah ini. Tabel 4. Hasil uji XRF kalkopirit setelah proses ekstraksi Daya (Watt) Waktu (menit) Cu Al Si P K Ca Ti Mn Fe
1000
2000
40
50
60
40
50
60
23,6 7,9 19,3 0,77 0,58 5,46 0,5 0,06 32,5
27,6 8 28,2 0,91 0,72 4,27 0,59 0,05 24,5
29,57 3,4 27,6 0,68 0,46 5,45 0,3 0,04 34,1
30,3 3,3 12,1 0,56 0,48 2,8 0,32 0,08 44,8
31,7 3,5 14,7 0,5 0,42 2,7 0,38 0,06 40,9
22,8 2,9 21,3 0,54 0,4 2,09 0,22 0,06 42,6
Berdasarkan data yang diperoleh dari pengujian XRF yang disajikan pada tabel 4 diatas, peningkatan kandungan Cu pada mineral kalkopirit dengan lama penyinaran 40 menit dengan menggunakan input daya 1000 watt yaitu sebesar 23,6%, maka peningkatannya sebesar 108,5% dari persentase awal sebelum perlakuan sebesar 11,32%. Sedangkan pada penggunaan daya sebesar 2000 watt dengan waktu yang sama kenaikan kandungan sekitar 167,7 % dimana persentase Cu yang terbentuk sekitar 30,3% dengan persentase sebelum proses sebesar 11,32%. Peningkatan persentase Cu juga terjadi pada sampel dengan lama penyinaran gelombang mikro selama 50 menit dengan variasi daya 1000 Watt dan 2000 Watt. Pada sampel dengan penggunaan daya 1000 Watt, peningkatan persentase Cu sebesar 143,8% yang semula persentase Cu sebesar 11,32% menjadi 27,6%. Sedangkan pada sampel dengan daya 2000 Watt dengan waktu yang sama, peningkatan persentase Cu sebesar
180,03% dimana persentase Cu yang terbentuk sebesar 31,7% dari persentase semula sebesar 11,31%. Pada sampel berikutnya yaitu dengan menggunakan lama waktu penyinaran 60 menit dengan variasi daya 1000 Watt dan 2000 Watt. Pada pemakaian daya 1000 Watt, peningkatan persentase Cu sebesar 161,2% dari persentase Cu semula 11,32% menjadi 29,57%. Sedangkan pada penggunaan daya 2000 Watt peningkatan persentase Cu tidak begitu besar bila dibandingkan dengan peningkatan pada sample yang lainnya. Peningkatannya sebesar 101,41% dari yang semula persentasenya 11,32% menjadi 22,8%. Hal ini menyebabkan grafik peningkatan persentase Cu dengan kenaikan daya listrik yang digunakan tidak linier. Karena dalam proses ekstraksi dengan menggunakan daya 2000 Watt dan dengan menggunakan waktu radiasi 60 menit crusible yang digunakan melting dan menjadikan sample bercampur dengan bahan pembentuk crusible. Sehingga dalam pengujian dapat menurunkan persentase Cu dalam persen gram yang sama. Dari data dan penjelasan mengenai persentase Cu hasil dari proses ekstraksi diatas, maka apabila dibentuk dalam bentuk grafik tampak dalam gambar grafik 4.1 dibawah ini.
Gambar 4. Grafik Kenaikan Cu pada Berbagai daya dan waktu radiasi Pada pengujian XRF tersebut, pesentase unsur dapat diketahui secara kwantitatif. Untuk mengetahui persentase unsur yang terkandung secara kwalitatif maka dilakukan pengujian XRD. Dengan menggunakan difraktometer type phylips
Jurnal Teknik Material dan Metalurgi Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, 2012 PW3710 BASED yang ada di lingkungan ITS. Uji XRD bertujuan untuk mengidentifikasi adanya proses ekstraksi Cu yang terjadi. Pada gambar 4 dapat dilihat perbandingan pada grafk XRD dimana puncak-puncak yang terbentuk pada lama penyinaran 40 menit dengan daya 1000 dan 2000 watt sedikit mengalami perbedaan.
Gambar 5. Hasil XRD 1000 dan 2000 watt dengan penyinaran selama 40 menit
Gambar 6. Hasil XRD 1000 dan 2000 watt dengan penyinaran selama 50 menit.
Gambar 7. Hasil XRD 1000 dan 2000 watt dengan penyinaran selama 60 menit.
Pada proses dengan menggunakan daya 1000 Watt, proses ekstraksi yang terjadi belum maksimal, hal ini dapat diketahui dengan masih tingginya silica (SiO2) yang terkandung dalam sampel. Hal ini dikarenakan dalam grafik dalam perbandingan daya yang digunakan masih didapatkan peak silika yang tinggi pada sudut 26°. Peak ini merupakan peak dari silika berdasarkan data dari JCPDS (Joint Committee on Powder Diffraction Standards) No. 46-1045. Selain ditemukan peak silica (SiO2) pada sudut 26°, juga ditemukan adanya peak silica (SiO2) pada sudut 21° sesuai dengan data dari JCPDS (Joint Committee on Powder Diffraction Standards) No. 82-1553. Walaupun proses dalam ekstraksi dengan variasi daya 1000 watt dan dengan waktu radiasi 40 menit ini belum maksimal, namun sudah didapatkan adanya peak Cu yaitu pada peak dengan sudut 43,2° yang berdasarkan data dari JCPDS (Joint Committee on Powder Diffraction Standards) No. 04-0836. Dan juga didapatkan adanya peak dari FeS pada sudut 29° dimana yang sesuai dengan data dari JCPDS (Joint Committee on Powder Diffraction Standards) No. 76-0964. Sedangkan difraktogram pada daya 2000 watt dan waktu penyinaran selama 40 menit tidak jauh berbeda dengan daya 1000 watt. Difraktogram memperlihatkan bahwa peak tertinggi dari hasil XRD merupakan silica (SiO2) sesuai dengan data JCPDS (Joint Committee on Powder Diffraction Standards) No. 82-1553. Namun pada grafik, keberadaan dari peak silica (SiO2) pada sudut 26° sudah mengalami penurunan yang sangat drastis. Hal ini berarti SiO2 pada daya 2000 watt ini sudah mengalami reaksi. Selain hal tersebut, pada penggunaan daya 2000 Watt ini telah nampak adanya peak dari Cu2S pada sudut 36° yang mana sudah sesuai dengan JCPDS (Joint Committee on Powder Diffraction Standards) No. 84-0209. Peak unsur Cu pada daya 1000 terbentuk pada sudut 43,2° yang berdasarkan data dari JCPDS (Joint Committee on Powder Diffraction Standards) No. 04-0836. Untuk mengidentifikasi fasa yang terbentuk pada sampel dengan daya 1000 dan 2000 watt dengan waktu penyinaran gelombang mikro selama 50 dan 60 menit, maka dilakukan cara yang sama seperti pada sampel sebelumnya yaitu sampel hasil ekstraksi dengan daya 1000 dan 2000 watt selama 40 menit.
Jurnal Teknik Material dan Metalurgi Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, 2012 alternatif dalam proses ekstraksi mineral tembaga. 2. Variasi daya pada proses ekstraksi mineral tembaga(kalkopirit) berpengaruh terhadap persentase hasil proses ekstraksi. Waktu radiasi 40 menit, daya 1000 dan 2000 watt persentase dari Cu 23.6% dan 30,3 %. Waktu radiasi 50 menit, daya 1000 dan 2000 Watt persentase Cu 27,6% 31,7 %. Sedangkan waktu radiasi 60 menit, daya 1000 dan 2000 Watt, persentasenya 29,57% dan 22,3%. Kenaikan persentase Cu tertinggi pada daya 2000 Watt dengan waktu 50 menit. 3. Variasi Waktu radiasi gelombang micro pada proses berpengaruh terhadap peningkatan persentase Cu hasil ekstraksi. Pada Daya 1000 Watt dengan variasi 40, 50 dan 60 menit masing-masing persentasenya ialah 23,6%, 27,6% dan 29,57%. Sedangkan pada penggunaan daya 2000 Watt untuk 40, 50 dan 60 menit masingmasing persentasenya ialah 30,3%, 31,7% dan 22,3 %. Kenaikan persentase Cu tertinggi pada penggunaan waktu radiasi 50 menit dengan daya 2000 watt.
Pada pengujian ini juga melakukan pengujian Scanning Electron Microscope SEM-EDX dari mineral kalkopirit dengan tujuan untuk mengetahui struktur mikro dan mengetahui persebaran dari mineral tembaga dari hasil proses ekstraksi. Selain dapat digunakan untuk melakukan pengujian struktur mikro, SEM juga dapat digunakan untuk menguji komposisi kimia pada daerah yang terdapat unsur Cu. Karena SEM yang digunakan telah terintegrasi dengan EDX(Energy Dispersi X-RAY Spectrometry). Sehingga dapat digunakan untuk mengetahui persebaran unsur Cu pada sampel yang telah dilakukan proses ekstraksi. Gambar 8. berikut ini gambar hasil pengujian EDX pada sampel proses ekstraksi dengan daya 1000 Watt dan 2000 Watt dengan lama waktu penyinaran gelombang mikro 40, 50 dan 60 menit.
B
A
C 1.2 Gambar 8 a) Hasil SEM 40 menit b). Hasil SEM 50 menit c). Hasil SEM 60 menit Pada pengujian SEM EDX yang ditunjukkan pada gambar 8 diatas bahwa tiap area yang ditandai sebagian besar terkandung unsur Cu, O, Si, dan Fe. Pada gambar SEM diatas tampak bahwa permukaan sample mengalami perubahan. Itu berarti bahwa dalam proses ekstraksi tersebut sudah terjadi reaksi karena dapat dilihat dari permukaanpermukaan sampelnya dibawah SEM. KESIMPULAN dan SARAN Kesimpulan Berdasarkan hasil pengujian dan analisis data yang telah dilakukan maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut: 1. Gelombang mikro dapat digunakan untuk sumber pembangkit panas
Saran Untuk penelitian selanjutnya ada beberapa saran yang dapat diperhatikan: 1. Dilakukan uji mineralogi untuk menentukan presentase mineral tembaga(kalkopirit) walaupun sample yang digunakan sama dengan penelitian yang sudah dilakukan sebelumnya. Karena setiap mineral yang didapatkan dalam tanah, perentasenya kemungkinan berubah walaupun letak mineralnya bergeser beberapa meter saja. 2. Penggunaan crusible yang berpenampang lebih luas dan tahan dengan temperatur kerja yang tinggi. 3. Harus disediakan Oksigen inlet, karena dalam proses ekstraksi mineral tembaga oksigen tidak mencukupi apabila hanya bergantung dari oksigen dari udara bebas saja. 4. Dilakukan pengujian DSC-TGA untuk mengetahui perubahan senyawa yang terjadi atas pengaruh thermal dengan
Jurnal Teknik Material dan Metalurgi Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, 2012 kenaikan temperatur yang sempit agar lebih akurat. 5. Peralatan pembaca temperature kerja pada mikrowave disarankan untuk menggunakan thermocouple yang langsung bersentuhan pada bahan baku reduksi agar lemih akurat dan dicatat kenaikan temperatur tiap dengan range yang pendek. DAFTAR PUSTAKA
1. Amanto, H., Daryanto. 1999. Ilmu Bahan. Jakarta: PT. Bina Aksara. 2. Chunpeng, L., Yousheng, X., dan Yixin, H. 1990. Application Of Microwave Radiation To Extractive Metallurgy Vol.6. Chin. J. Met. Sci. Technology. 3. Davenport W.G, dkk. 2002. Extractive Metallurgical Of Copper. Oxford: Pergamon. 4. Haque, Kazi E. “Microwave Energy For Mineral Treatment Processes – A Brief Review”, CANMET, 555 Booth Street, Ottawa, Ontario, Canada K1A 0G1, International Journal Of Mineral Processing, 57_1999, 1-24. 5. Harahsheh, M. A, dkk. 2005. “The Influence Of Microwaves On The Leaching Kinetics Of Chalcopyrite”. Minerals Engineering 18 1259 – 1268. 6. Harashsheh, M. A., Kingman, S. W. 2003. “Microwave-Assisted Leaching – A Review”. Hydrometallurgy 73 189 – 203. 7. Krishnan, Hari, D.B Mohanty dan K.D Sharma.2007. “The Effect of Microwave Irradiations on the Leaching of Zinc from Bulk Sulphide
Concentrates Produced from Rampura-Agucha Tailings. Hydrometallurgy 89 332-336. 8. Martono bagus.2012.” Pengaruh Daya Dan Lama Penyinaran Gelombang Mikro Pada Ekstraksi Kalkopirit (Cufes2) Terhadap Peningkatan Kadar Cu Dengan Gelombang Mikro”.Surabaya: ITS-Surabaya 9. Nadlif Masfuk . 2012.”Pengaruh jenis dan komposisi bahan bakar terhadap peningkatan kadar Cu pada ekstraksi chalkopirit PT. Freeport Indonesia dengan menggunakan gelombang Mikro”.Surabaya: ITS-Surabaya 10. Mc. Gill and Walkiewicz, 1987 11. Pickles, C. A. “Microwaves In Extractive Metallurgy Part 1 – Review of Fundamentals”, Departement of Mining Engineering, Queen’s University, Goodwin Hall, Kingston, Ontario, Canada K7L 3N6. Minerals Engineering 22 (2009) 11021111. 12. Samouhus, M., Hutcheon, R., dan Paspaliaris, I. 2011. “Microwave Reduction Of Copper (II) Oxide and Malachite Concentrate”. Minerals Engineering. 24 903-913. 13. Suteja, A. 2007. Bahan Tambang Indonesia. Jakarta: Gramedia. 14. T. Uslu, T. Atalay and A. I. Arol.Effect of microwave heating on magnetic separation of pyrite.Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects 225 (2003) 161_/167.
