2. DASAR TEORI
2.1. Air Asam Tambang (AAT)
Air asam tambang (AAT) dihasilkan dari sisa batuan, tailing, dinding pit tambang terbuka dan tambang bawah tanah. Mineral sulfida seperti pirit teroksidasi dan hadir di air dan udara melalui oksigen yang menghasilkan air asam tambang melalui proses kimia dan biokimia. Oksidasi mineral sulfida dapat dideskripsikan dengan persamaan (Morin and Hutt dalam Bussiere, 2009) dengan langkah
pertama terjadinya oksidasi langsung dari pirit (FeS2) oleh oksigen yang
menghasilkan sulfat (SO42-), ferrous iron (Fe2+) dan keasaman (H+) :
2FeS2 + 7O2 + 2H2O = 2Fe2+ + 4SO42- + 4H+ (1)
Reaksi selanjutnya ferrous iron teroksidasi menjadi ferric iron (Fe 3+).
2Fe2+ + 1/2O2 + 2H+ = 2Fe3+ + H2O
(2)
Ferrous iron juga dapat teroksidasi menghasilkan iron hidroksida (FeOOH) dan keasaman.
Fe2+ + 1/4O2 + 3/2H2O = FeOOH + 2H+
(3)
Pada saat pH > 4, Fe 3+ akan terendapkan sebagai ferric hidroksida (Fe(OH)3), lepas ke lingkungan dengan sangat asam.
Fe3+ + 3H2O = Fe(OH)3 + 3H+ (4)
Pada saat pH < 4, Ferric iron akan larut dan mengoksidasi pirit secara langsung dan melepas asam kesekelilingnya dengan bebas.
Secara keseluruhan reaksi oksidasi pirit dapat diperlihatkan sebagai berikut :
FeS2 + 15/4O2 + 7/2H2O = Fe(OH)3 + 2H2SO4
(6)
Oksidasi 1 mol pirit akan menghasilkan 2 mol asam sulfur. Secara umum pertimbangan literatur (Aubertin dalam Bussiere 2009) bahwa oksidasi oleh oksigen (persamaan 1) berlangsung pada pH netral (5 < pH > 7), sementara itu oksidasi tidak langsung (Persamaan 5) lebih dominan pada pH rendah (pH <3). Persamaan diatas berdasarkan pada persamaan stoikiometri tanpa mempertimbangkan kondisi kinetik setiap reaksi. Seperti nilai rata-rata oksidasi sebagai fungsi faktor penambah (Jerz dan Rimstidt dalam Bussiere, 2009), supply oksigen, temperatur, pH, aktivitas bakteri, luas paparan. Pertimbangan secara umum rata-rata reaksi dikontrol oleh persamaan 2. Rata-rata reaksi berjalan lambat pada pH rendah, tetapi meningkat dengan cepat dan menurunkan pH karena adanya bakteri. Contohnya : Acidithiobaccilus ferrooxidans sebagai katalisator reaksi oksidasi ferrous iron menjadi ferric iron.
Kualitas kimia dari drainase juga tergantung dari mineral lain yang ada di batuan sisa. Asam dapat bereaksi dengan penetral oleh karbonat dan mineral silika, yang
dapat dipertimbangkan sebagai penetral utama adalah calcite (CaCO3) dan dolomite (CaMg(CO3)2) (Dabos, 2005).
2CaCO3 + H2SO4 = 2Ca2+ + 2HCO3- + SO42- (7)
CaMgCO32- + H2SO4 = Ca2+ + Mg2+ + 2HCO3- + SO4 2-(8)
Persamaan diatas memperlihatkan bahwa 2 mol calcite dan 1 mol dolomit dibutuhkan untuk menetralkan 1 mol asam sulfur. Kapasitas mineral penetral untuk membatasi pembentukan air asam tambang juga tergantung kepada faktor yang berbeda beda untuk mempengaruhi proses reaksi seperti : temperatur, pH, tekanan, permukaan mineral.
mitigasi. Beberapa tahun terakhir, beberapa teknik telah diajukan untuk membatasi dampak air asam tambang terhadap lingkungan. Salah satu pendekatan yang dikembangkan untuk mengontrol produksi air asam tambang dari tailing dan batuan sisa adalah dengan mengeliminasi atau menghilangkan satu atau lebih dari 3 komponen utama reaksi oksidasi yaitu : oksigen, air dan mineral sulfida. Beberapa metode yang dikembangkan adalah :
a. Ekstraksi sulfida
Kehadiran mineral sulfida adalah esensi utama pembentukan air asam tambang. Air asam tambang dapat dikontrol dengan melakukan ekstraksi mineral sulfida sehingga membatasi pembentukan air asam tambang di lingkungan. Recovery atau penyimpanan mineral sulfida yang diperlukan tergantung kepada jumlah mineral penetral. Teknik yang berbeda dapat digunakan seperti flotasi dan pemisahan dengan gravimetri dapat digunakan untuk memisahkan sulfida dari tailing (Bussiere, 1998). Metode kontrol seperti ini secara umum sangat aplikatif untuk pertambangan yang sedang beroperasi.
b. Hambatan oksigen / oxygen barriers
Oksigen merupakan salah satu komponen kunci terhadap pembentukan air asam tambang. Membatasi kemampuan oksigen bereaksi pada batuan sisa adalah salah satu teknik yang paling sering digunakan untuk mengontrol air asam tambang, terutama pada daerah lembab. Pendekatan yang berbeda dapat digunakan untuk menghambat oksigen dengan cara menempatkan pelindung air dan megatur elevasi air tanah.
2.3. Pengelolaan Air Asam Tambang
besar dan memindahkan atau membuang selimut lumpur yang mengandung logam.
Pemilihan metode pasif dalam pengolahan air asam tambang dibandingkan dengan pengolahan secara aktif mempunyai kelebihan terutama dari segi perawatan dan biaya yang lebih rendah. Sistem pengolahan pasif hanya memerlukan perawatan dan penggantian secara periodik.
2.4. Sumber – Sumber Air Asam Tambang
Air asam tambang dapat terjadi pada kegiatan penambangan baik itu tambang terbuka maupun tambang bawah tanah. Umumnya keadaan ini terjadi karena unsur sulfur yang terdapat di dalam batuan teroksidasi secara alamiah didukung juga dengan curah hujan yang tinggi semakin mempercepat perubahan oksida sulfur menjadi asam. Sumber – sumber air asam tambang antara lain berasal dari kegiatan – kegiatan berikut :
1. Air dari tambang terbuka
Lapisan batuan akan terbuka sebagai akibat dari terkupasnya lapisan penutup, sehingga unsur sulfur yang terdapat dalam batuan sulfida akan mudah teroksidasi dan bila bereaksi air dan oksigen akan membentuk air asam tambang.
2. Air dari unit pengolahan batuan buangan
Material yang banyak terdapat pada limbah kegiatan penambangan adalah batuan buangan (waste rock). Jumlah batuan buangan ini akan semakin meningkat dengan bertambahnya kegiatan penambangan. Sebagai akibatnya, batuan buangan yang banyak mengandung sulfur akan berhubungan langsung dengan udara terbuka membentuk senyawa sulfur oksida selanjutnya dengan adanya air akan membentuk air asam tambang.
3. Air dari lokasi penimbunan batuan
Timbunan batuan yang berasal dari batuan sulfida dapat menghasilkan air asam tambang karena adanya kontak langsung dengan udara yang selanjutnya terjadi pelarutan akibat adanya air.
4. Air dari unit pengolahan limbah tailing
karena adanya penambahan hydrated lime untuk menetralkan air yang bersifat asam yang dibuang kedalamnya. Air yang masuk ke dalam tailing pond yang bersifat asam tersebut diperkirakan akan menyebabkan limbah asam bila merembes keluar dari tailing pond (Gautama, 2005)
2.4. Dampak – Dampak Air Asam Tambang
Terbentuknya air asam tambang dilokasi penambangan akan menimbulkan dampak negatif terhadap lingkungan. Adapun dampak negatif dari air asam tambang tersebut antara lain :
2.4.1. Kualitas Air Permukaan
Terbentuknya air asam tambang hasil oksidasi pirit akan menyebabkan menurunnya kualitas air permukaan. Parameter kualitas air yang mengalami perubahan diantaranya adalah pH, padatan terlarut, padatan tersuspensi, COD, BOD, sulfat, besi, dan Mangan.
2.4.2. Kualitas Air Tanah
Ketersediaan unsur hara merupakan faktor yang penting untuk pertumbuhan tanaman. Tanah yang asam banyak mengandung logam - logam berat seperti besi, tembaga, seng yang semuanya ini merupakan unsur hara mikro yang dibutuhkan tanaman, sedangkan unsur hara makro yang sangat dibutuhkan tanaman seperti fosfor, magnesium, kalsium sangat kurang. Akibat kelebihan unsur hara mikronya dapat menyebabkan keracuanan pada tanaman, ini tandai dengan busuknya akar tanaman sehingga tanaman menjadi layu.
2.5. Mineral-mineral Pembentuk Air Asam Tambang
Fe 15/4 + 7/2 O + 2
Air asam tambang terbentuk ketika mineral-mineral sulfida dalam batuan muncul di permukaan pada kondisi oksidasi. Banyak tipe dari mineral sulfida, sulfida besi yang sering terdapat pada batubara yang didominasi pirit dan markasit. Beberapa sulfida-sulfida logam yang dapat menyebabkan air asam tambang:
Tabel 2.1. Jenis-jenis Sulfida
Apabila mineral-mineral sulfida muncul di permukaan pada kondisi oksidasi, maka mineral-mineral sulfida akan teroksidasi, bereaksi dengan air dan oksigen menjadi kondisi asam tinggi, kaya akan sulfat. Komposisi logam dan konsentrasi-konsentrasi pada tipe mineral sulfida hadir dalam jumlah yang banyak.
Berdasarkan persamaan kimia dapat diketahui prosesnya sebagai berikut: Persamaan 1 : FeS2 + 7/2 O2 + H2O Fe+2 + 2 SO4-2 + 2 H+
Persamaan 2 : Fe+2 + 1/4 O
2 + H+ Fe+3 + 1/2 H2O
Persamaan 3 : Fe+3 + 3 H
2O Fe(OH) + 3H+
Persamaan 4 : FeS2 + 14 Fe+3 +8 H2O 15 Fe+2 + 2 SO4-2 + 16 H+
Persamaan 1, besi sulfida teroksidasi melepaskan besi ferro, sulfat dan asam Persamaan 2, besi ferro dalam persamaan dua akan teroksidasi menjadi besi ferri Persamaan 3, besi ferri dapat terhidrolisis dan membentuk ferri hidrosida dan asam.
Persamaan 4, besi ferri secara langsung bereaksi dengan pirit dan berlaku sebagai katalis yang menyebabkan besi ferro yang sangat besar, sulfat dan asam.
Batubara adalah batuan sedimen yang terbentuk secara akumulasi dan kompaksi dari sisa-sisa tumbuhan dalam lingkungan reduksi seperti pada daerah rawa.
No Rumus Senyawa Nama Senyawa
1 FeS2 Pyrite
2 FeS2 Marcasite
3 FexSx Pyrrhotite
4 Cu2S Chalcosite
5 CuS Covellite
6 Cu FeS2 Chalcopyrite
7 MoS2 Molybdenite
8 NiS Millerite
9 PbS Galena
Sulfur di dalam batubara dan lapisan pembawa batubara dapat terjadi seperti sulfur organik, sulfur sulfat dan pirit sulfur. Beberapa sulfur nampak pada seam batubara setelah peat berubah menjadi batubara, hal ini dibuktikan dengan adanya pirit pada fracture vertikal permukaan yang disebut cleat. Pada seam pirit banyak hadir dalam lapisan batubara dan overburden terjadi seperti butiran kristal yang sangat kecil tercampur dengan organik dari batubara dan juga tersebar disekitar lapisan-lapisan dari sandstone dan shale. Sumber sulfur yang luas terdapat pada konkresi, nodule, lensa band dan pengisian pada lapisan-lapisan porous.
