UNIVERSITAS INDONESIA
PRAKTIKUM METALURGI EKSTRAKSI
BUKU DASAR TEORI
KELOMPOK 12
ELIA TUGIMIN – 1706103575
NATALIN – 1706037213
PANGESTU RANGGA P. – 1706037724
RASYID SAHIRUL M. – 1706037623
RYAN AZIZ – 1706037655
LABORATORIUM KOROSI DAN METALURGI EKSTRAKSI
DEPARTEMEN METALURGI DAN MATERIAL
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA
FEBRUARI 2020
DAFTAR ISI
MODUL I – PROSES PENGOLAHAN MINERAL.............................................................. 4
1.1.
Kominusi ................................................................................................................... 4
1.1.1.
Crushing ............................................................................................................ 4
1.1.2.
Grinding ............................................................................................................ 5
1.2.
Klasifikasi ................................................................................................................. 6
1.3.
Separasi ..................................................................................................................... 6
1.3.1.
Gravity Separation ............................................................................................. 7
1.3.2.
Magnetic Separation .......................................................................................... 8
1.3.3.
Electrostatic Separation ...................................................................................... 9
1.3.4.
Froth Flotation ................................................................................................. 10
1.4.
Referensi ................................................................................................................. 11
MODUL II – PIROMETALURGI ....................................................................................... 12
2.1.
Tahapan Pirometalurgi ............................................................................................. 12
2.1.1.
Drying ............................................................................................................. 12
2.1.2.
Calcining ......................................................................................................... 12
2.1.3.
Roasting........................................................................................................... 12
2.1.4.
Smelting .......................................................................................................... 13
2.2.
Ekstraksi Logam Ferrous ......................................................................................... 13
2.2.1.
Primary Metallurgy .......................................................................................... 14
2.2.2.
Secondary Metallurgy ...................................................................................... 16
2.3.
Ekstraksi Logam non-Ferrous .................................................................................. 17
2.3.1.
Ferronickel....................................................................................................... 17
2.4.
Faktor-faktor Pirometalurgi ..................................................................................... 19
2.5.
Referensi ................................................................................................................. 20
MODUL III – HIDROMETALURGI .................................................................................. 21
3.1.
Tahapan Hidrometalurgi .......................................................................................... 22
3.1.1.
Roasting........................................................................................................... 22
3.1.2.
Leaching .......................................................................................................... 22
3.1.3.
Precipitation dan Isolation ................................................................................ 22
3.2.
Leaching.................................................................................................................. 22
3.2.1
Faktor-faktor Kinetika Leaching ...................................................................... 22
3.2.2
Jenis-jenis Reagen Leaching ............................................................................ 23
3.2.3
3.3.
Jenis-jenis Metode Leaching ............................................................................ 24
Ekstraksi Nikel dengan Proses Hidrometalurgi ......................................................... 25
3.3.1
HPAL/PAL ...................................................................................................... 25
3.3.2
Caron ............................................................................................................... 26
3.4.
Referensi ................................................................................................................. 27
MODUL IV – ELEKTROMETALURGI............................................................................. 28
4.1.
Sel Elektrolisis......................................................................................................... 29
4.1.1.
Electrowinning................................................................................................. 29
4.1.2.
Electrorefining ................................................................................................. 29
4.1.3.
Electroplating .................................................................................................. 29
4.1.4.
Electroforming ................................................................................................. 30
4.2.
Diagram Pourbaix .................................................................................................... 30
4.2.1.
Al .................................................................................................................... 30
4.2.2.
Fe .................................................................................................................... 30
4.2.3.
Zn .................................................................................................................... 31
4.2.4.
Nernst Equation ............................................................................................... 31
4.3.
Transport Massa ...................................................................................................... 32
4.3.1.
Electrical Double Layer (EDL)......................................................................... 32
4.3.2.
Proses Perpindahan Massa ............................................................................... 32
4.4.
Referensi ................................................................................................................. 33
MODUL I – PROSES PENGOLAHAN MINERAL
Pengolahan mineral adalah rangkaian proses pemisahan mineral berharga dari
pengotornya (gangue). Pengolahan mineral berjalan secara mekanis, dan tujuannya
adalah untuk menghasilkan produk yang memiliki konsentrat (mineral berharga)
sebanyak mungkin dan tailing (produk buangan atau pengotor) sesedikit mungkin.
1.1. Kominusi
Kominusi adalah tahap paling awal dalam upaya pengolahan mineral sebelum dapat
dilakukan proses separasi. Kominusi merupakan upaya pembebasan awal mineral
berharga dari pengotornya dengan cara mengurangi ukuran bijih mineral secara
bertahap hingga partikel bersih dari mineral dapat dipisahkan dengan metode lainnya.
Kominusi dilakukan untuk membuat material yang baru digali dapat diolah lebih
mudah melalui pengeksposan permukaan mineral berharga, mengontrol jumlah
gangue, dan juga mengontrol ukuran partikel.
Kominusi secara umum terbagi menjadi dua tahap, yaitu penghancuran (crushing)
dan penggilingan (grinding). Crushing merupakan metode penghancuran yang
memanfaatkan prinsip penekanan atau kompresi dari bijih terhadap permukaan
padatan lain atau dengan menumbukkannya dengan permukaan padatan-padatan lain.
Grinding merupakan metode penghancuran yang memanfaatkan prinsip abrasi dan
tumbukkan bijih dengan media-media penggerus.
1.1.1. Crushing
Crushing adalah tahap pertama dalam proses kominusi yang
bertujuan untuk membebaskan mineral berharga dari pengotornya.
Pada umumnya, crushing adalah operasi kering (tidak melibatkan
air) dan biasanya dilakukan secara bertahap. Bongkahan bijih dari
tambang yang memiliki ukuran sebesar 1.5 m dapat dikurangi
ukurannya menjadi sebesar 0.5 – 2 cm.
Tahap pertama dari crushing adalah primary crushing. Pada tahap
ini, bongkahan bijih sebesar 1.5 m akan dihancurkan menjadi
bongkahan-bongkahan berukuran 10 – 20 cm. Setelah itu,
bongkahan-bongkahan tersebut akan masuk ke tahap secondary
crushing, dimana mereka akan dihancurkan menjadi bongkahanbongkahan berdiameter 0.5 – 2 cm. Namun, apabila bongkahan
bijih cenderung licin dan keras, dilakukanlah tahap tertiary
crushing, dimana bongkahan bijih tersebut akan melalui proses
penggilingan kasar dan akan memiliki ukuran akhir 10 – 2 mm.
Seringkali, untuk mencegah kerusakan crusher, bongkahanbongkahan bijih akan dilewatkan ke ayakan bergetar (vibrating
screens) untuk menghilangkan material-material yang sangat kecil
(undersized).
1.1.2. Grinding
Grinding atau penggerusan merupakan tahap terakhir dalam proses
kominusi. Pada tahap ini, ukuran partikel diperkecil melalui 2 mekanisme,
yaitu tumbukan dan abrasi. Grinding dapat dilakukan dalam keadaan
kering maupun basah.
Berdasarkan pergerakan mill shell atau drumnya, terdapat dua tipe
grinding, yaitu:
1. Tumbling mills. Pada tipe ini, mill shell yang digunakan akan
berputar dan membuat media penggerus seperti batang besi,
bola-bola, atau batuan bergerak dan menggerus bijih mineral.
Tumbling mill pada umumnya digunakan untuk proses coarse
grinding, dimana partikel berukuran 5 – 250 mm akan digerus
menjadi 40 – 300 μm.
2. Stirred mills. Pada tipe ini, mill shell yang digunakan akan diam
pada tempatnya, dan yang membuat media penggerus bergerak
dan menggerus bijih mineral adalah pergerakan pengaduk atau
stirrer di dalam drum. Stirred mill pada umumnya digunakan
untuk proses fine grinding, dimana partikel berukuran lebih
dari 40 μm dapat digerus hingga berukuran 15 – 40 μm (fine
grinding) atau bahkan < 15 μm (ultra-fine grinding)
Tahap grinding berperan untuk mengontrol secara ketat ukuran partikel
yang dihasilkan, dimana penggerusan yang baik merupakan kunci dari
keoptimalan pengolahan mineral. Apabila bijih mengalami undergrinding,
maka produk yang dihasilkan terlalu kasar, derajat liberasinya tidak
ekonomis, serta rasio pemulihan dan pengayaannya akan buruk.
Sedangkan itu, bijih yang mengalami overgrinding akan membuat proses
separasi tidak efisien karena ukuran partikel yang terlalu kecil dan
membuat pengotor sulit dipisahkan.
1.2. Klasifikasi
Proses selanjutnya adalah klasifikasi. Klasifikasi merupakan metode
pemisahan campuran mineral menjadi dua produk berdasarkan kecepatan
jatuh partikel mineral ke dalam medium fluida. Produk yang dihasilkan
disebut overflow jika terminal velocity partikel lebih kecil daripada kecepatan
fluida. Sedangkan underflow jika terminal velocity partikel lebih besar
dibandingkan kecepatan fluida. Terdapat tiga gaya yang terjadi ketika partikel
dijatuhkan ke dalam suatu media yaitu Drag Force, Bouyant Force dan
Gravitation Force. Medium yang paling utama digunakan dalam metode ini
adalah fluida karena efektif untuk pemisahan partikel halus dan ketika dalam
keadaan vakum, percepatannya. Sedangkan, pada medium kental seperti air
dan udara, semakin besar kecepatannya
maka nilai hambatannya akan
semakin besar. Pada pengendapan partikel terdapat berbagai kondisi yaitu :
a. Free Settling
b. Hindered Settling
Proses berikutnya adalah separasi. Separasi adalah metode pemisahan
mineral berharga dari pengotornya berdasarkan perbedaan sifat-sifat fisik dan
kimia dari mineral yang terdapat dalam bijih.
1.3. Separasi
Proses terakhir dari pengolahan mineral yaitu proses separasi. Separasi
merupakan metode pemisahan antara mineral berharga dengan pengotornya
dengan menggunakan teknik pemisahan yang didasarkan pada perbedaan
sifat-sifat fisik dan kimia dari mineral-mineral yang ada dalam bijih tersebut.
Beberapa teknik pemisahan yang digunakan dalam proses pengolahan mineral
di antaranya adalah:
1.3.1. Gravity Separation
Gravity separation merupakan proses pemisahan mineral berdasarkan
perbedaan densitas oleh pergerakan relatif sebagai respon dari gravitasi dalam
suatu medium fluida. Mineral-mineral yang terdapat dalam bijih akan
merespon gaya gravitasi sesuai dengan nilai densitas dan ukuran yang
dimilikinya. Besaran yang dapat digunakan untuk memprediksi apakah
operasi konsentrasi berdasarkan gravitasi dapat dilakukan dengan mudah atau
tidak, bisa ditentukan melalui kriteria konsentrasi.
Kriteria Konsentrasi =
𝑆𝐺 𝑜𝑓 ℎ𝑒𝑎𝑣𝑦 𝑚𝑖𝑛𝑒𝑟𝑎𝑙 – 𝑆𝐺 𝑜𝑓 𝐹𝑙𝑢𝑖𝑑
𝑆𝐺 𝑜𝑓 𝑙𝑖𝑔ℎ𝑡 𝑚𝑖𝑛𝑒𝑟𝑎𝑙 − 𝑆𝐺 𝑜𝑓 𝐹𝑙𝑢𝑖𝑑
Jika nilai kriteria konsentrasi yang didapatkan lebih besar dari 2.5 maka
separasi gravitasi akan lebih mudah. Jika nilai kriteria konsentrasi kurang dari
1,25 maka separasi gravitasi tidak dapat dilakukan. Alat yang digunakan
dalam pemisahan partikel menggunakan metode gravity separations, adalah
sebagai berikut:
b. Jigging:
Alat
pemisahan
berdasarkan perbedaan berat jenis
dan bekerja secara mekanis dengan
memanfaatkan
perbedaan
kemampuan menerobos dari butiran
yang akan dipisahkan terhadap
suatu lapisan pemisah (bed).
Gambar 1.1 Skema Jigging
c. Shaking Concentrator: Alat pemisahan berdasarkan perbedaan berat dan
ukuran partikel terhadap gaya gesek akibat aliran air tipis sehingga terjadi
pemisahan antara mineral dengan densitas yang lebih kecil dan mineral
dengan densitas lebih besar.
Gambar 1.2 Skema Shaking Concentrator
d. Flowing Film Concentrator: Alat pemisahan yang menginisiasi
pemisahan partikel dengan menggunakan lapisan slurry yang mengalir
menuruni permukaan yang miring di bawah pengaruh gravitasi.
1.3.2. Magnetic Separation
Magnetic separation merupakan metode pemisahan mineral berharga
dari pengotornya dengan cara memanfaatkan sifat kemagnetan antar bijih
mineral. Mineral-mineral yang diletakkan di medan magnet akan
termagnetisasi, dimana rasio intensitas dari magnetisasi ini terukur sebagai
magnetic susceptibility (S).
Berdasarkan sifat kemagnetan mereka, material dapat dibedakan
menjadi 3 tipe, yaitu :
1. Diamagnetik. Material tipe ini akan tertolak oleh gaya magnet
hingga mencapai titik dengan intensitas magnet yang rendah.
Contohnya adalah kuarsa (SiO2).
2. Paramagnetik. Material tipe ini akan tertarik oleh gaya magnet
hingga mencapai titik dimana intensitas magnet yang tinggi.
Contohnya adalah ilmenit (FeTIO3), hematit (Fe2O3), dan
kromit (FeCr2O4).
3. Feromagnetik. Material tipe ini sangat rentan terhadap gaya
magnet dan sangat mudah tertarik oleh gaya tersebut, bahkan
lebih dari paramagnetik. Contohnya adalah magnetit (Fe3O4).
Gambar
1.3.
Drum dari
sebuah
magnetic
separator.
1.3.3. Electrostatic Separation
Pemisahan Mineral yang memanfaatkan prinsip dasar perbedaan
konduktivitas mineral melalui penggunaan electrostatic separator. Proses
ini akan memisahkan mineral konduktor listrik dari mineral nonkonduktor listrik dengan melewatkan partikel silinder logam yang
berputar dalam lintasan balistik. Prinsip pemisahan elektrostatik adalah
pemisahan yang dilakukan saat partikel mineral dijatuhkan ke silinder
logam berputar kemudian dilewatkan melalui medan listrik yang kuat
sehingga
setiap
partikel
memperoleh
muatan.
Lalu,
konduktor
meneruskan muatannya saat melewati medan listrik sementara nonkonduktor akan tertahan sesaat pada rotor hingga angkhirnya jatuh karena
kehilangan muatan.
Gambar 1.4 Alat Electrostatic Separation
1.3.4. Froth Flotation
Froth Flotation merupakan suatu proses pemisahan secara fisikkimia yang memanfaatkan perbedaan sifat permukaan dari mineral
berharga dan pengotor. Mineral yang bersifat hidrofobik akan berikatan
dengan gelembung udara dan naik ke permukaan membentuk buih.
Sedangkan mineral yang bersifat hidrofilik tidak berikatan dengan
gelembung udara.
Dalam prosesnya, Froth Flotation dibantu beberapa reagen kimia
yang memiliki fungsi berbeda-beda. Macam-macam reagen itu
diantaranya;

Collector : Berfungsi untuk mengubah permukaan mineral yang
semula hidrofilik menjadi hidrofobik. Contohnya fatty acid

Frother
: Berfungsi untuk menurunkan tegangan permukaan
gelembung sehingga gelembung tidak mudah pecah. Contohnya
pine oil

Modifier : Merupakan reagen kimia yang berfungsi untuk
mengatur lingkungan yang sesuai dengan lingkungan flotasi yang
diinginkan. Terdiri dari beberapa reagen yaitu;

Activator
Reagen yang berfungsi untuk membantu kolektor
agar interaksi kolektor dengan mineral tersebut
bekerja dengan baik. Contohnya CuSO4

Depressant
Reagen yang berfungsi untuk meningkatkan
selektivitas flotasi dengan mengubah mineral
tertentu menjadi lebih hidrofilik. Contohnya
K2Cr2O4

pH Regulator
Reagen kimia yang berfungsi untuk mengatur pH
lingkungan flotasi. Contohnya H2SO4 dan NaOH
Gambar 1.5 Froth Flotation
1.4. Referensi
1. https://www.911metallurgist.com/blog/froth-flotation-process
2. https://www.hxjqmachine.com/pro/shaking_table.html
3. Wills, B. A., & Napier-Munn, T. (2006). Mineral processing technology. Oxford:
Butterworth-Heinemann.
MODUL II – PIROMETALURGI
Pirometalurgi adalah salah satu cabang dari metalurgi ekstraksi. Pirometalurgi
bekerja dengan cara memberikan panas yang tinggi kepada bijih atau konsentrat, dimana
perlakuan panas tersebut akan menyebabkan perubahan fisika dan kimia di mineral induk
sehingga material berharga dapat diperoleh. Hasil dari pirometalurgi dapat berupa logam
serta senyawa/paduan intermediate (logam tidak murni) yang dapat diproses lebih lanjut.
2.1. Tahapan Pirometalurgi
Pirometalurgi melalui tahapan-tahapan proses seperti berikut:
2.1.1.
Drying
Proses drying atau pengeringan bertujuan untuk menghilangkan
kadar air yang ada di dalam material agar pemrosesan material pada tahap
berikutnya dapat berjalan lebih efisien, kualitas produk dan yield dapat
meningkat, serta meningkatkan reaktivitas material. Umumnya, drying
berlangsung dengan cara memanaskan material hingga mencapai suhu 400
– 600 ⁰C atau menurunkan tekanan lingkungan hingga di bawah tekanan
kesetimbangan uap air. Reaksi drying adalah sebagai berikut:
𝑀𝑋𝑛 . 𝑚𝐻2 𝑂 → 𝑚 (𝐻2 𝑂) + 𝑀𝑋𝑛
2.1.2.
Calcining
Proses calcining atau kalsinasi bertujuan untuk mendekomposisi senyawa
di dalam material. Senyawa yang umum didekomposisi adalah hidroksil
(menjadi uap air) dan karbonat (menjadi karbon dioksida). Kalsinasi
berlangsung
dengan
cara
memanaskan
material
di
atas
temperatur
dekomposisinya, yaitu saat dimana tekanan kesetimbangan uap/gas melebihi
tekanan parsial uap/gas di udara. Reaksi kalsinasi adalah sebagai berikut:

Dekomposisi hidroksil
𝑀(𝑂𝐻)𝑛 → 0.5 𝑛 (𝐻2 𝑂) + 𝑀𝑂0.5 𝑛

Dekomposisi karbonat
𝑀𝐶𝑂3 → 𝑀𝑂 + 𝐶𝑂2
2.1.3.
Roasting
Proses roasting atau pemanggangan bertujuan untuk mengoksidasi
secara parsial ataupun secara total kadar sulfur di dalam mineral dan
merubahnya menjadi oksida. Proses roasting berlangsung dengan cara
memanaskan sulfida dengan menghembuskan udara atau oksigen
bertemperatur tinggi. Reaksi dari proses roasting adalah sebagai berikut:
𝑀𝑆 +
2.1.4.
3
𝑂 → 𝑀𝑂 + 𝑆𝑂2
2 2
Smelting
Proses smelting pada dasarnya adalah proses pelelehan yang
dimana fasa penyusun dari bijih mineral dapat terpisah menjadi fasa-fasa
tersendiri, seperti slag, matte, speiss, atau logam. Seringkali pada proses
smelting ditambahkan fluks untuk memfasilitasi pembentukan fasa slag
yang memiliki suhu leleh rendah.
Secara umum, proses smelting adalah sebagai berikut:
𝑚𝑖𝑛𝑒𝑟𝑎𝑙 + 𝑟𝑒𝑑𝑢𝑘𝑡𝑜𝑟 + 𝑓𝑙𝑢𝑘𝑠 → 𝑙𝑜𝑔𝑎𝑚 + 𝑠𝑙𝑎𝑔 + 𝑔𝑎𝑠
Proses smelting yang menghasilkan matte (lelehan yang terdiri dari
campuran sulfida) melibatkan fusi antara logam yang memiliki kandungan
sulfida dengan fluks, tanpa melibatkan reduktor. Reaksinya adalah sebagai
berikut:
𝑘𝑜𝑛𝑠𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑡 𝑏𝑒𝑟𝑠𝑢𝑙𝑓𝑖𝑑𝑎 + 𝑓𝑙𝑢𝑘𝑠 → 𝑚𝑎𝑡𝑡𝑒 + 𝑠𝑙𝑎𝑔 + 𝑔𝑎𝑠
2.2. Ekstraksi Logam Ferrous
Proses pirometalurgi sangat penting dalam pembuatan besi dan baja.
Bijih besi yang digunakan seperti hematit, magnetit, siderit, pirit dan himosit.
Adapun persyaratan bijih besi untuk dilakukan ekstraksi antara lain :
Menggandung Fe yang tinggi ±70%
Memiliki pengotor seperti (S, P, As, Zn, Pb, Na, K) yang rendah
Sebisa mungkin memiliki kandungan oksida untuk meningkatkan fluks
Mudah dilakukan reduksi
Ukuran seragam sehingga dapat terdistribusi dengan baik
Dari persyaratan yang ada, hematit dan magnetit merupakan bijih besi yang sesuai
dan paling banyak digunakan. Pada proses ekstraksi logam non- ferrous diperlukan
reduktor seperti C, CO, dan H2 untuk dapat memisahkan O2 dari logam.
2.2.1.
Primary Metallurgy
2.2.1.1.
Blast Furnace
Teknologi yang telah digunakan lebih dari 100 tahun dan cocok
untuk produksi dengan kapasitas besar (minimum 2 juta
ton/tahun) dengan menggunakan kokas sebagai reduktor dan
penghasil panas selama proses. Hasil dari blast furnace berupa
besi cair dan slag. Kondisi Operasi Proses Pembuatan Besi dan
Baja pada Tanur Tinggi dapat di lihat pada Gambar
Gambar 2.1 Tanur Tinggi
2.2.1.2.
Basic Oxygen Furnace
Basic Oxygen Furnace (BOF) merupakan proses peleburan
besi dengan menggunakan molten iron (70-75%) hasil peleburan
dengan tanur tinggi yang kemudian dicampur dengan steel scraps
(25-30%) dan lime/dolomite. Hal ini bertujuan untuk menurunkan
kadar karbon menggunakan O2 murni yang diinjeksikan dengan
kecepatan tinggi ke permukaan hot metal dengan reaksi yang
bersifat eksotermis. Dengan dilakukannya proses tersebut, kadar
karbon dapat diturunkan dari semula 4.3% menjadi 0.04% dengan
waktu 20 menit. Oleh karena itu proses BOF memiliki nilai
produktifitas yang tinggi dengan hasil berupa baja karbon rendah,
medium, dan tinggi.
Gambar 2.2 Kondisi Operasi Proses Pembuatan Baja pada BOF
2.2.1.3.
Electric Arc Furnace
Tanur busur listrik (EAF) adalah peralatan yang digunakan
untuk proses pembuatan besi dan baja dengan input bahan baku
berupa hot metal untuk suplai karbon, sponge iron untuk
meningkatkan mutu, dan scrap untuk menghasilkan produk
dengan kualitas standar. Bahan baku tersebut dipanaskan dan
dicairkan dengan menggunakan busur listrik yang berasal dari
elektroda ke dalam tanur.
Gambar 2.3 Kondisi Operasi Proses Pembuatan Besi dan Baja pada EAF.
2.2.2.
Secondary Metallurgy
Tujuan dari proses sekunder :
-
Mengatur temperatur baja cair yang akurat sebagai bahan baku untuk
pengecoran
-
Mengatur komposisi akhir baja cair dengan kemampuan koreksi
komposisi sebagai unsur pemadu
-
Homogenisasi baja cair melalui pengadukan dengan gas
-
Peningkatan kebersihan baja melalui deoksidasi dan desulfurisasi
-
Bertindak sebagai buffer antara unit peleburan dan unit pengecoran
-
Meningkatkan fleksibilitas dalam produksi berbagai jenis dan
kualitas baja
2.2.2.1.
Ladle Furnace
LF (Ladle Furnace) adalah tempat untuk baja cair setelah proses EAF
dan sebelum dituangkan/dicetak. Proses ini melakukan pengaturan
komposisi kimia dan pengaturan temperature untuk meningkatkan
kualitas dan produktivitas. Pada proses ini dilakukan proses
deoksidasi, desulfurisasi dan alloying.
Gambar 2.4 Ladle Furnace
2.2.2.2.
Argon Oxygen Decarburization
lelehan baja yang belum dilebur, dipindahkan dan EAF kedalam
tong yang terpisah.Campuran argon dan oksigeditiupkan melalui
bawah tong melewati baja cair. Zat pembersih ditambahkan
kedalam tong bersama dengan gas-gas
untuk menghilangkan ketidakmurnian, sementara oksigen yang
dikombinasikan dengan karbon didalam baja terseb.:
menurunkan kadar karbon. Keberadaan argon meningkatkan
keterikatan karbon terhadap oksigen dan memfasilitas
penghilangan karbon.
2.2.2.3.
Ruhrstahl Heraeus Vacuum Degassing
RH-degasser diperlukan untuk memenuhi permintaan produk baja
high-grade dari konsumen.
Fungsi RH Vaccum Degassing :
o Menghasilkan baja dengan komposisi yang spesifik dan
temperatur yang homogen.
o Meningkatkan kebersihan baja dan mengeliminasi unsurunsur pengotor
o Dekarburasi atau Deoksidasi, Dehidrogenisasi dan
Denitrogenisasi
o Alloying tanpa efek oksidasi
2.3. Ekstraksi Logam non-Ferrous
2.3.1.
Ferronickel
Secara umum, bijih Nickel Laterit diklasifikasi menjadi 3 tipe berdasarkan
dominasi mineral induk Nickel:

Tipe A : Bijih nikel silikat yang didominasi Mg-Ni Hidrated
(contoh: garnierite). Kandungan nikel melebih 20%. Umumnya
terbentuk di dasar saprolite.

Tipe B : Bijih silikat tanah liat yang didominasi smectitic clay
(contoh: nontronite). Kandungan nikel 1.0-1.5%. Umumnya
terbentuk di bagian atas saprolite atau pedolith

Tipe C : Bijih oksida yang didominasi oleh Fe Oksihidroksida
(contoh: geothite), membetuk lapisan pada batas pedolith-saprolite
Tahapan proses produksi ferronickel dari nickel laterite dijelaskan sebagai
berikut.
1.
Penambangan nikel laterite
Material
baku
untuk
menghasilkan
ferronikel adalah saprolite moister, yang
merupakan tipe mineral laterite. Bijih ini
mengandung 1.5%-3% Ni dalam bentuk
mineral nikel silicate, seperti garnierite
(Mg,Ni)3Si2O5(OH)4.
2.
Pengeringan (drying)
Penghilangan secara mekanis air
terjerat dalam konsentrat.
yang
Kemudian
bijing melalui tahap grinding (< 1 inch)
untuk meningkatkan luas permukan agar
proses leaching dan roasting maksimal
3.
Kalsinasi (calcination)
Penghilangan secara kimiawi air yang terikat (dekomposisi kimia)
dari bijih kering
4.
Reduksi (reduction)
Penghilangan oksigen dari nikel dan besi oksida pada proses kalsinasi
5.
Peleburan (smelting)
Pengabungan reduksi dan peleburan pada suhu tinggi atau titik
didihnya dimana reduksi dalam tungku putar (rotary kiln) sedangkan
peleburan dalm tungku listrik (electric furnace) untuk membentuk lapisan
terpisah berupa lapisan nikel matte dan nickel pig iron
6.
Pemurnian (refining)
Penghilangan pengotor, seperti sulfur dan fosfor dari molten
ferronickel untuk meningkatkan kemurnian logam yang diekstraksi
7.
Granulasi
Ferronickel diproduksi dalam bentuk ingot-ingot kecil atau ‘water-
granulated’ sehingga mudah ditambahkan saat pembuaatan paduan logam
dalam furnace
2.4. Faktor-faktor Pirometalurgi
Terdapat beberapa faktor yang dapat memengaruhi proses pirometalurgi:

Reduktor
Terdapat beberapa reduktor yang dapat digunakan dalam proses
pirometalurgi, yaitu:
 Batu bara
 Minyak bumi
 Gas Metana (CH4)

Temperatur
Pada proses pirometalurgi setiap material memiliki suhu optimal masingmasing agar mencapai efisiensi tertinggi, seperti pada proses peleburan
nikel yang dilakukan dengan rotary kiln electric furnace, kondisi
operasinya pada temperatur 1500 – 1600°C.

Reagen
Penambahan reagen yang dilakukan pada saat peleburan bertujuan untuk
membantu efisiensi peleburan logam. Mekanisme kinerja dari
penambahan reagen, akan menurunkan temperatur proses peleburan
sehingga akan meningkatkan efisiensi dari proses tersebut. Contohnya
limestone

Waktu
Pada setiap proses peleburan logam memiliki waktu yang optimal sesuai
dengan temperatur, reduktor serta kondisi lainnya
2.5. Referensi
1. https://bramcreate.wordpress.com/category/knowledge-steel/
2. https://www.gurupendidikan.co.id/larutan-dan-kelarutan/
3. https://www.slideshare.net/sandyarifpp/steel-melting
4. https://www.scribd.com/doc/258226038/pirometalurgi
5. https://www.researchgate.net/figure/Schematic-representation-of-the-
basic-oxygen-furnace-process-1-4_fig8_258379527
6. https://www.researchgate.net/publication/303795438_Developing_an
_optimum_maintenance_policy_by_life_cycle_cost_analysis__a_case_study
7. Gupta, C. K. (2003). Chemical metallurgy principles and practice.
Weinheim: Wiley-VCH GmbH & Co. KGaA.
MODUL III – HIDROMETALURGI
Hidrometalurgi adalah metode ekstraksi logam dengan menggunakan pelarut.
Metode hidrometalurgi dapat digunakan untuk mengekstraksi logam dari bijihnya, dari
konsentrat, ataupun dari produk daur ulang bahkan produk buangan. Skema
hidrometalurgi secara umum adalah sebagai berikut:
Gambar
3.1.
Skema
dasar dari
proses
ekstraksi
hidrometal
urgi..
Terdapat 3 tahap kerja mendasar dari hidrometalurgi, yaitu:
1. Proses pelarutan dari zat yang dapat dilarutkan yang terdapat di dalam
material padat dengan menggunakan pelarut. Tahap ini disebut leaching.
2. Proses pemurnian larutan hasil leaching untuk menghilangkan pengotor
serta meningkatkan konsentrasi logam di dalam larutan. Tahap ini
disebut purification.
3. Proses pengeluaran logam dari larutan, umumnya dengan cara
memadatkannya menjadi kristal garam (precipitation).
Proses hidrometalurgi memiliki keuntungan dan kerugian, di antaranya adalah:
Keuntungan
Suhu operasional relatif rendah
Kerugian
Laju reaksi lambat, sehingga proses
relatif lama
Tidak membutuhkan reduktor
Membutuhkan cukup banyak reagen
Minim polusi udara
Memerlukan plant yang besar
Cocok digunakan untuk bijih logam
berkadar rendah
Konsentrasi logam yang dihasilkan kecil
3.1. Tahapan Hidrometalurgi
3.1.1.
Roasting
Roasting, mengubah mineral sulfida menjadi mineral oksida untuk
meningkatkan kelarutan mineral pada leaching agent
3.1.2.
Leaching
Leaching, proses pelarutan selektif dari mineral yang diinginkan dengan
cara mengontakkan dengan pelarut cair. Pelarut yang digunakan pada
leaching, yaitu asam dan basa.
Leaching asam, mengontakkan mineral berharga dengan cairan asam,
H2SO4 dan HCl. Mineral berharga akan akan terlarut dan kadar logam
yang diinginkan akan meningkat dalam larutan. Leaching basa,
mengontakkan mineral dengan cairan basa menggunakan cairan NaOH.
3.1.3.
Precipitation dan Isolation
Precipitation & Isolation, endapan logam akan diambil dari larutan
hasil leaching pada tahap sebelumnya. Metode precipitation dapat
menggunakan
pengaturan
pH,
penambahan
unsur
kimia
atau
mendinginkan larutan untuk mendapatkan endapan. Isolation memiliki
tujuan yang sama dengan precipitation , perbedaannya terletak pada fasa
yang dipisahkan, jika pada precipitation endapan yang dipisahkan,
sedangkan isolasi pemisahan larutan. Berbagai macam metode isolation:
Solvent extraction, pemisahan zat cair hasil leaching dengan carrier yang
memanfaatkan sifat misscibility dan immiscibility. Reverse osmosis,
proses perpindahan dari konsesntrasi tinggi ke konsentrasi rendah ang
membutuhkan energi membran semi permeabel yang brfungsi dalam
proses
screening.
Ion exchange, proses pertukaran ion dengan melibatkan ion exchanger
3.2. Leaching
3.2.1
Faktor-faktor Kinetika Leaching
Laju (kinetika) leaching dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu :
a. Ukuran partikel: Laju pelindian akan meningkat seiring dengan
berkurangnya ukuran dari bijih karena semakin kecil suatu partikel
maka luas permukaan per unitnya akan semakin besar sehingga reaksi
akan mudah terjadinya.
b. Konsentrasi: Semakin tinggi konsentrasi zat pelindian maka jumlah
dari mineral berharga yang larut akan semakin besar. Hal ini karena
konsentrasi yang tinggi akan membuat proses reaksi akan semakin
cepat terjadi.
c. Temperatur: Semakin tinggi temperatur mengakibatkan tumbukan
antar partikel semakin banyak sehingga akan semakin cepat juga
proses pelindian yang berlangsung.
d. Waktu: Semakin tinggi waktu pelindian maka akan semakin banyak
proses yang akan terjadi. Akan tetapi, waktu harus diatur secara
optimal karena jika waktunya berlebihan maka kontak antara zat
pelarut dan mineral akan semakin banyak ini akan memungkinkan
persentase pengotor yang ada di larutan akan semakin tinggi.
3.2.2

Jenis-jenis Reagen Leaching
Asam: Larutan asam yang banyak digunakan sebagai agen pelindian yaitu
H2SO4, HCl, HNO3 dan aqua regia. Larutan asam dapat digunakan dalam
kondisi pekat, terkonsentrasi atau dicampur dengan asam hidrofluorik.
Senyawa oksida dapat langsung larut pada larutan asam sulfat jenuh.
Mineral yang biasanya dilindi menggunakan asam antara lain cassiterite,
pyrite, dan beberapa mineral lainnya. Contoh yang paling nyata adalah
pada pelindian ZnO kalsin dan tembaga oksida kadar rendah dengan asam.
Reaksinya sebagai berikut:
ZnO + H2SO4 → ZnSO4 + H2O
CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O

Basa: Larutan basa yang sering digunakan sebagai agen pelindian yaitu
NaOH dan NH4OH. Mineral yang biasa dilindi menggunakan cairan basa
adalah bauksit, kaolinit, dan beberapa mineral lain, khususnya yang
mengandung silika. Contoh yang paling penting pada kasus ini adalah
proses bayer yang dimulai dengan pelindian bauksit menggunakan NaOH.
Al2O3 + 2NaOH + 3H2O → 2NaAl(OH)4

Garam: Larutan garam yang digunakan pada proses hidrometalurgi,
terdiri dari senyawa asam dan basa yang kemudian membentuk senyawa
garam. Larutan garam yang digunakan dapat berupa NaCl, NaCN, FeCl3,
CuCl2, Fe2(SO4)3, dan Na2S2O3. Mineral yang biasa dilindi menggunakan
larutan garam berupa senyawa sulfida, emas dan perak (Ag).
3.2.3
a.
Jenis-jenis Metode Leaching
In-situ Leaching (Leaching in Place)
Proses leaching ini dilakukan ditempat langsung dan disimpan dalam
waktu yang cukup lama supaya dapat mengambil mineral dari
bijihnya dilakukan. Untuk ini bijih yang digunakan memiliki kadar
yang rendah dan tidak ekonomis jika dilakuakn penambangan.
b.
Heap Leaching
Proses leaching dilakukan dengan cara menimbun bijih mineral di
suatu lokasi dimana alasanya ialah aspal, biasanya dimasukkan pipa
vertikal dalam timbunan sebagai aliran air dan udara selama proses
leaching. Untuk memperoleh mineral. Air dana sam sulfat pekat
disiramkan di bagian atas timbunan, kemudian laruta pregnant
mineral dikumpulkan pada bagian pond.
c.
Agitation Leaching
Proses leaching dilakukan dengan cara mengaduk larutan secara
mekanik dan dengan tekanan udara. Umpan yang akan leaching akan
dihaluskan melalui proses grinding.
d.
Hot Digestion
Proses leaching dilakukan pada suhu tinggi dalam sebuah
vessel dan bantuan pengadukan dengan pereaksi leaching berupa
asam atau basa yang berkonsentrasi tinggi.
e.
Pressure Leaching
Tanpa Oksigen berarti tekanan diperoleh dari tekanan uap
bijih yang dipanaskan setelah dilarutkan dalam larutan leaching pada
temperatur diatas titik didih larutan sehingga diperoleh laju rekasi
tertinggi.
Dengan Oksigen berarti tekanan diperoleh dari tekanan larutan
ditambah tekanan oksigen dan dilakukan dalam autoclave. Laju
leaching diatur oleh tekanan parsial oksigen bukan tekanan total.
f.
Bio Leaching
Proses leaching dilakuakn dengan bantuan mikroorganisme untuk
memperoleh
pergerakan
logam
berharga
mikroorganisme,
dari
terdapat
mineralnya.
2
model
Berdasarkan
mekanisme
bioleaching, yaitu kontak langsung sehingga elektron diperoleh dari
reaksi mikroba dan mineral tanpa mediasi apapun. Sedangkan tanpa
kontak langsung berarti adanya media lain sebagai pembawa elektron
untuk reaksi terjadi sehingga bateri tidak bersentuhan langsung
dengan mineral.
3.3. Ekstraksi Nikel dengan Proses Hidrometalurgi
3.3.1
HPAL/PAL
Proses HPAL/PAL adalah proses mengekstraksi nickel dan kobalt dari
bijih nickel dimana larutan asam sulfat untuk memisahkan nikel dan kobalt
dari bijih laterit.
High Pressure
Leaching
Laterite Ore
CCD &
Neutralization
Precipitation &
Redesolution
(optional)
Purification
and Recovery
Gambar 3.2 Tahapan Proses HPAL/PAL
Adapun tahapan proses HPAL dijelaskan sebagai berikut.
1. Pada proses HPAL proses drying dan reduction roasting yang
mengonsumsi
50
energi
dapat
dihindari
karena
proses
HPALmenggunakan directly leached. Namun perssiapan bijih tetap
dilakukan yaitu crushing dan grinding yang kemudian dijadikan
slurry.
2. Kemudian dilakukan pre-heating, dan slurry dimasukkan ke autoclave
dengan temperatur dan tekanan yang tinggi dengan menggunakan
H2SO4.
3. Proses pencucian menggunakan metode CCD (Counter Current
Decantation) dan neutralization.
4. Proses purifikasi dan recovery dapat
menggunakan metode
electrorefining atau electrowinning.
5. Hasil yang didapatkan dari proses Caron adalah Ni dan Co.
3.3.2
Caron
Sama seperti proses HPAL/PAL, Proses caron digunakan untuk
mengekstrak nikel dan kobalt dari bijih nikel. Feed berupa Ni: 1.8%, Co:
0.1%, Fe: 25-40%, MgO: <12.0%. Proses Caron menggunakan suhu yang
lebih tinggi dibandingkan proses HPAL dikarenakan penggunaan batu
bara dan minyak bumi dalam tahap grinding dan drying. Proses pelindian
dilakukan menggunakan ammonium karbonat dan dilanjutkan dengan
pencucian CCD (Counter Current Decantation). Produk yang dihasilkan
berupa NiO, Ni Metal 94% Recovery dan Co Metal 90% Recovery. Energi
yang dibutuhkan untuk proses ini lebih besar dibandingkan energi untuk
proses HPAL/PAL, karena temperatur operasinya pada 7000C-900oC,
namun keunggulan proses ini dapat digunakan untuk bijih yang
mengandung Mg dan Al yang cukup tinggi dibanding proses caron.
3.4. Referensi
1. Haldar, S. K. (2018). Mineral Processing. Mineral Exploration, 259–290.
doi: 10.1016/b978-0-12-814022-2.00013-7
2. Wills, B. A., & Napier-Munn, T. (2006). Mineral processing technology.
Oxford: Butterworth-Heinemann
MODUL IV – ELEKTROMETALURGI
Elektrometalurgi adalah sebuah metode ekstraksi logam yang memanfaatkan
energi listrik untuk menggerakan reaksi kimia, dimana reaksi kimia ini disebut juga
elektrokimia. Dengan melewatkan arus listrik melalui sebuah elektrolit yang
menghantarkan arus di antara dua elektroda, reaksi elektrokimia pun dapat berjalan.
Elektrometalurgi memanfaatkan prinsip elektrodeposisi, dimana melalui reaksi
elektrokimia, larutan di sekitar elektroda positif (anoda) atau anoda itu sendiri akan
terdekomposisi dan melepaskan elektron. Elektron yang terlepas tersebut akan mengalir
melalui rangkaian tertutup yang menghubungkan elektroda positif dengan elektroda
negatif. Begitu elektron tiba di elektroda negatif (katoda), muatan negatif pada elektroda
akan membuat ion logam yang terkandung di dalam larutan ionik akan terdeposisi ke
katoda.
Elektrometalurgi adalah metode yang digunakan untuk memperoleh logam dari
larutan hasil leaching atau untuk memurnikan logam yang sudah dimiliki. Pembahasan
mendalam mengenai metode-metode elektrometalurgi akan dibahas pada bagian
berikutnya.
Keuntungan elektrometalurgi dibandingkan dengan proses ekstraksi lainnya
adalah sebagai berikut:
Keuntungan
Kerugian
Logam yang dihasilkan memiliki tingkat
Perlu adanya material khusus untuk
kemurnian yang tinggi
dijadikan elektroda
Tidak memerlukan suhu operasional yang
tinggi
Dibutuhkan sumber energi listrik,
seringkali dalam jumlah yang cukup
besar
Potensi pencemaran lingkungan cukup
tinggi
4.1. Sel Elektrolisis
4.1.1.
Electrowinning
Electrowinning merupakan proses ekstraksi mineral berharga yang
berasal dari larutan mineralnya (biasanya hasil leaching), lalu mineral
berharga hasil ekstraksi akan mengendap pada katoda, sedangkan pada
anoda akan diletakan material inert. Salah satu contoh electrowinning
adalah pengendapan lapisan Zn(s) dari larutan kaya seng (pregnant
solution) hasil pelindian pada sebuah anoda inert seperti Pb atau grafit.
4.1.2.
Electrorefining
Electrorefining merupakan proses ekstraksi dimana mineral
berharganya berasal dari anoda, lalu ion mineral berharga yang ingin
diambil akan bermigrasi menuju katoda dan mengendap. Salah satu contoh
proses electrorefining adalah proses pemurnian tembaga. Logam tembaga
mentah, dicetak menjadi lempengan, kemudian digunakan sebagai anoda
dalam sel elektrolisis yang mengandung larutan CuSO4 dalam H2SO4.
Pada katoda, digunakan lembaran tipis tembaga murni kemudian
menggunakan prinsip elektrokimia, tembaga yang terdapat pada anoda
diendapkan dalam bentuk yang lebih murni pada katoda, sampai
mempunyai kemurnian 99,97 % tembaga.
4.1.3.
Electroplating
Electroplating merupakan proses pelapisan suatu logam dengan
logam lain menggunakan prinsip elektrokimia, berbeda dengan proses
elektrometalurgi yang lain, electroplating lebih berfungsi untuk
melindungi material dari proses oksidasi dan korosi. Salah satu contoh
proses electroplating adalah pendepositan logam nikel. Logam yang ingin
dilapisi dengan nikel (logam kerja) ditaruh sebagai katoda, sedangkan
logam nikel yang akan melapisi logam kerja ditaruh sebagai anoda
kemudian kedua elektroda tersebut akan dihubungkan dengan sumber arus
searah (rectifier).
4.1.4.
Electroforming
electroforming merupakan salah satu proses pembentukan logam
yang membentuk suatu model dengan proses elektrodeposisi, model yang
digunakan tersebut umumnya disebut dengan “mandrel”.
4.2. Diagram Pourbaix
4.2.1.
Al
Gambar 4.1 Diagram Pourbaix Al
4.2.2.
Fe
Gambar 4.2 Diagram Pourbaix Fe
4.2.3.
Zn
Gambar 4.3 Diagram Pourbaix Zn
4.2.4.
Nernst Equation
Gambar 4.4 Rumus Nernst
4.3. Transport Massa
Selama proses electrowinning berlangsung, terjadi tiga proses perpindahan
yang dapat berlangsung, yaitu :
4.3.1.
Electrical Double Layer (EDL)
Gambar 4.4 Electrical Double Layer (Φ1 adalah IHP dan Φ2 adalah OHP)
Pendepositan logam terjadi pada katoda dimulai dari ion-ion daln pelarut
bulk yang terpolarisasi. Di dekat permukaan katoda, ion-ion tersebut akan
tertarik menuju katoda karena ada perbedaan anion (-) dengan kation (+)
sehingga terbentuk daerah Electric Double Layer (EDL) atau lapisan
dielektrik. Adanya gaya dorong beda potensial listrik dan reaksi kimia
sehingga ion-ion logam akan menuju permukaan katoda dan menangkap
elektron dari katoda, kemudian mendepositkan diri di permukaan katoda.
Hal ini akan membuat penambahan massa di daerah katoda. Saat
discharge terjadi, pergerakan ion dari anoda ke katoda akan terus terjadi
hingga sel elektrolisis mengalami kondisi equilibrium.
4.3.2.
Proses Perpindahan Massa
Selama proses electrowinning berlangsung, terdapat tiga proses
perpindahan massa yang terjadi. Proses akan dijelaskan sebagai berikut.

Konveksi
Proses perpindahan massa secara hidrodinamik dari larutan bulk (yang
memiliki banyak ion) menuju elektroda karena adanya tekanan fisik
untuk mengalirkan fluida melalui pengadukan, pemompaan elektrolit,
injeksi udara, perbedaan densitas

Difusi
Pergerakan ion logam dari larutan bulk menuju OHP (Outer Helmholtz
Plane) karena adanya gradien konsentrasi

Migrasi
Proses perpindahan ion karena terdapat perbedaan potensial listrik di
sepanjang medan listrik
4.4. Referensi
1. Hasanudin, Nofri. 2010. Laporan Awal Praktikum Metalurgi Ekstraksi.
2. https://dokumen.tips/documents/laporan-awal-praktikum-metalurgi
ekstraksielectrowinning-zn.html
3. https://byjus.com/questions/what-is-the-purpose-of-electrorefining/
4. http://www.tutorvista.com/content/chemistry/chemistry
ii/electrolysis/electroplating.php
5. http://ajtuckco.com/what-is-electroforming/
6. Gupta, C. K. (2003). Chemical metallurgy principles and practice. Weinheim:
Wiley-VCH GmbH & Co. KgaA.