Seminar Nasional Kimia dan pendidikan Kimia IV

Seminar Nasional Kimia dan pendidikan Kimia IV

Peran Kimia dan Pendidikan Kimia dalam Meningkatkan

Literasi Sains Masyarakat

PEMISAHAN EMAS DENGAN METODE SOLVENT IMPREGNATED RESIN MENGGUNAKAN CYANEX-921

Ibnu Khaldun1)_{, Amiruddin}1)_{, Muhammad Bachri Amran}2)

1) Program Studi Kimia Fakultas KIP Universitas Syiah Kuala – Banda Aceh 2) Kelompok Keilmuan Kimia Analitik FMIPA ITB Jl. Ganesa 10 Bandung-40132

Abstrak

Emas adalah salah satu logam yang kegunaannya tidak hanya sebagai alat perhiasan tetapi juga digunakan diberbagai bidang industri. Ekstraksi pelarut merupakan salah satu metode alternatif untuk pemisahan dan pemurnian emas. Secara praktis, metode ekstraksi pelarut membutuhkan banyak tahapan proses untuk menghasilkan pemisahan yang memadai. Oleh sebab itu diperlukan metode alternatif lain yang disebut dengan solvent impregnated resins (SIR). Metode ini relatif baru tetapi memiliki banyak potensi yang menguntungkan dibandingkan dengan ekstraksi pelarut bila diaplikasikan pada proses hidrometalurgi karena selektifitasnya tinggi, perbandingan konsentrasi tinggi dan mudah penanganannya. Tujuan dari penelitian ini ialah untuk memisahkan emas(III) menggunakan ekstraktan Cyanex-921 secara solvent impregnated resin (SIR). Dari hasil penelitian diperoleh bahwa konsentrasi maksimum Cyanex-921 dalam

resin adalah 0,045 mol.Kg-1 _{resin XAD-16 kering. Sistem Cyanex-921/XAD-16}

menunjukkan adanya pemisahan selektif antara emas dan logam-logam tembaga, perak, cadmium, merkuri dan timbal. Emas yang berhasil ekstraksi (recovery) dengan larutan thiourea 0,5M sebesar 96%. Gold is a metal that together with its use in jewelry also has a wide use in various industries. Solvent extraction is an alternative method for the separation and purification of gold. Separation via solvent extraction, however, often practically requires multistage cycles of extraction to attain the sufficient separation. Solvent impregnated resins (SIRs) are relatively new types of ion selective exchangers based on the solvent extraction. An SIR has some potential advantages over solvent extraction applied to hydrometallurgical processes due to its high selectivity, high concentration ratio and ease of preparation as well as handling. The aim of the present investigation is to study the extraction of Au(III) with Cyanex-921 with solvent impregnated resin (SIR). The maximum Cyanex-921 concentration in the resin was

0.045 mol. Kg-1 _{dry XAD-16 resin. The Cyanex-921/XAD-16 system was shown to}

provide a means for the selective extraction and recovery of gold from solutions containing copper, silver, cadmium, mercury and lead. Two contacts of the gold-loaded resin with 0.5 M thiourea solution were carried out. During the first contact the recovery was no more than 60%; after the second contact the total stripping of sorbed gold yielded >96% .

1. Latarbelakang

Emas adalah salah satu logam yang kegunaannya tidak hanya sebagai perhiasan tetapi juga digunakan diberbagai bidang industri. Biasanya pemisahan dan pemurnian emas dari pengotornya dilakukan dengan metode ekstraksi pelarut atau resin penukar ion, namun metode tersebut dianggap kurang ekonomis karena membutuhkan pelarut dan ekstraktan yang banyak, waktu prosesnya lama (multi stage) dan juga kehilangan ekstraktan selama proses ekstraksi. Sedangkan metode resin penukar ion relatif lebih stabil tetapi laju transfer massa lambat, membutuhkan alat yang besar dan waktu prosesnya lama. (Francesco L. Bernardis et.al, 2005).

Untuk mengatasi hal tersebut, telah ditemukan metode lain yang lebih efisien dan lebih selektif yaitu dengan mengkombinasikan metode ekstraksi pelarut dengan resin penukar ion menjadi metode solvent impregnated resin (SIR). Keunggulan dari metode SIR diantaranya: pemisahan dan pemekatan ion logam dapat dilakukan dalam satu kali proses, dibutuhkan sedikit ekstraktan dan dapat dipergunakan berulang-ulang dan mudah di scall-up (Cortina, J.L., and Warshawsky, A., 1997). Oleh sebab itu pada penelitian ini akan digunakan metode solvent impregnated resin untuk pemisahan emas dan merkuri serta unsur lainnya seperti Ag, Hg, Pb, Cu dan Cd.

2. Metodologi Penelitian 2.1. Bahan dan Peralatan

Bahan yang digunakan adalah: larutan HAuCl4 standar 1000 mg Au titrisol, AgNO3,

Hg(NO3)2.H2O, Cu(NO3)2.3H2O, Pb(NO3)2, Cd(NO3)2, HCl, HNO3, NaOH, NH4NO3,

kertas indikator universal, Amberlite XAD-16, Cyanex-921, aseton, dan aquabidest. Alat-alat yang digunakan adalah kolom, pengaduk yang kecepatannya dapat diatur, ayakan 30 mesh, oven dan alat-alat gelas, pH meter, SEM, FTIR dan AAS. Larutan

induk Au(III) dibuat dengan cara melarutkan sejumlah padatan HAuCl4.3H2O (Aldrich)

dalam larutan 0,5 M NaCl. pH semua larutan emas dibuat menjadi 2. NaCl dan HCl (Merck A.R) digunakan untuk mengatur kekuatan ion dan pH larutan emas. Cyanex-921

(CYTEX, Canada) dengan struktur R3PO (R = CH3(CH2)7), berat molekul 386

digunakan langsung tanpa pemurnian lebih lanjut. Larutan thiourea (Merck A.R.) 0,5 M digunakan untuk melakukan stripping emas.

2.2 Prosedur Impregnasi.

Sebanyak 0,1 gram XAD-16 kering dikontakkan dengan sejumlah Cyanex-921 dengan konsentrasi berbeda (0,1 – 500 mM) dilarutkan dalam methanol selama 3 jam hingga tercapai kesetimbangan. Resin yang telah terimpregnasi dipisahkan dari larutan organik secara filtrasi. Banyaknya Cyanex-921 dalam fasa organik ditentukan dengan menguapkan pelarutnya lalu residu yang tersisa ditimbang sebagai berat Cyanex-921. Cyanex-921 yang tersisa dalam resin distripping (elusi) dengan methanol dan dievaporasi pelarutnya serta ditimbang berat residu Cyanex-921 yang tersisa. Selanjutnya ditentukan kapasitas resin XAD-16 yang maksimal terhadap Cyanex-921 melalui grafik.

2.3 Pemisahan emas secara batch extraction

Ekstraksi emas dilakukan dengan mengontakkan (mengocok) sejumlah 0,1 gram SIR

dengan 10 mL larutan Au(III) dengan berbagai konsentrasi (1,0 x 10-4 – 3,0 x 10-3M)

selama 1 jam di dalam sebuah tabung tertutup. Selanjutnya resin dipisahkan secara filtrasi dan konsentrasi emas yang tersisa di dalam larutan ditentukan secara AAS. Emas yang telah terekstraksi di dalam resin dilepaskan (stripping) dengan cara mengocok 0,1 gram resin-emas tersebut dengan 20 mL larutan thiourea 0,5 M selama 30 menit di dalam tabung tertutup. Ekstraksi dari Au(III) dan Cu(II), Ag(I), Cd(II) dan Pb(II) dengan Cyanex-921/resin XAD-16 dipelajari dengan cara mengocok 0,1 gram SIR dengan 10 mL larutan logam dalam HCl 1,0 M hingga tercapai kesetimbangan. 2.4 Pemisahan emas melalui kolom

Kolom merupakan tabung gelas dengan panjang 30 cm dan diameter internalnya 7 mm. Untuk setiap eksperimen 0,5 gram SIR dimasukkan ke dalam kolom. Untuk menjaga agar supaya butiran resin tetap kompak di dalam kolom maka ke dalam tabung gelas diisi dengan glasswool sebelum dan setelah SIR dimasukkan.

Sebanyak 100 mL larutan Au(III) dengan konsentrasi antara (1,0 x 10-4 – 3,0 x 10-3 M)

dilewatkan ke dalam kolom dengan kecepatan 1 mL/menit. Setiap 5 mL eluat yang keluar dari kolom diambil lalu diukur konsentrasinya dengan AAS. Untuk mengambil emas yang terimpregnasi di dalam SIR dilakukan dengan cara mengocok campuran SIR-emas dengan larutan thiourea 0,5 M selama 30 menit.

3. Hasil dan Pembahasan

3.1. Impregnasi Cyanex-921/XAD-16

Hasil impregnasi resin XAD-16 sebagai fungsi konsentrasi Cyanex-921 dalam metanol digambarkan seperti pada gambar 1. Dari gambar tersebut terlihat bahwa konsentrasi 0,1M Cyanex-921 dalam metanol menyebabkan resin mengalami kejenuhan. Kapasitas maksimum konsentrasi Cyanex-921 yang mampu diadsorpsi oleh resin Amberlite XAD-16 kering adalah 0,045 mol/kg.

0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,035 0,04 0,045 0,05 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25

Cyanex-921 dalam m etanol (m ol/L)

C y an ex-921 d a lam X A D -16 ( m o l/kg )

Gambar 1. Impregnasi XAD-16 dengan Cyanex 921 dalam metanol

Resin XAD-16 yang memiliki kapasitas maksimum 0,045 mol/kg tersebut selanjutnya dianalisis dengan SEM untuk mengetahui tekstur permukaannya seperti yang terlihat pada gambar 2 berikut ini.

(a) (b) (c)

Gambar 2. Foto SEM permukaan Amberlite XAD-16 (a) sebelum terimpregnasi dan (b) setelah terimpregnasi oleh Cyanex-921.

Dari gambar di atas pada gambar (2a) terlihat bahwa resin Amberlite XAD-16 yang belum terimpregnasi oleh cyanex 921 masih banyak memiliki pori-pori yang kosong di permukaan butirannya, tetapi pada gambar (2b) pori-pori resin telah tertutupi

seluruhnya setelah diimpregnasi dengan oleh Cyanex 921. Apabila jumlah Cyanex-921 yang diimpregnasikan melebihi kapasitasnya menyebabkan SIR tidak stabil sehingga mudah lepas di dalam larutan ketika dilakukan pengocokan. Berdasarkan hasil peneletian tersebut maka SIR yang digunakan untuk pemisahan emas secara batch extraction atau melalui kolom menggunakan SIR yang mengandung Cyanex-921 sebesar 0,045 mol/kg.

3.2 Pemisahan emas dari logam Cu, Ag, Cd, Hg dan Pb secara Bacth extraction Pemisahan emas yang mengandung campuran logam-logam lainnya disajikan dalam bentuk tabel.

Tabel 1. Persen ekstraksi Au(III), Cu(II), Ag(I), Cd(II), Hg(II) dan Pb(II)

Ion logam Konsentrasi awal

(mol/L) Ekstraksi (%) Au(III) 1,01 x 10-3 _99,7 Cu(II) 3,15 x 10-3 5,55 Ag(I) 3,21 x 10-3 2,43 Cd(II) 3,10 x 10-3 0,15 Hg(II) 3,06x 10-3 0 Pb(II) 3,08 x 10-3 ₀

Berdasarkan data pada tabel di atas terlihat bahwa emas dengan logam Hg dan Pb dapat dipisahkan secara sempurna dengan metode solvent impregnated resin menggunakan ekstraktan Cyanex-921. Sedangkan logam Cu, Ag dan Cd dapat dipisahkan dengan faktor pemisahan masing-masing Au/Cu = 17,96, Au/Ag = 41,02 dan Au/Cd = 664,7. Resin yang telah digunakan untuk ekstraksi campuran ion-ion logam selanjutnya dikeringkan dan dianalisa dengan alat EDX untuk mengetahui apakah ion-ion logam selain emas masih berada di dalam resin tersebut.

Gambar 3. Hasil foto SEM/EDX butiran SIR

Dari analisis SEM/EDX terlihat bahwa di dalam SIR masih tersisa Cu(2,94%), Ag(1,02%) dan Cd(0,37%) sedangkan unsur Hg dan Pb tidak terdeteksi lagi. Masih adanya logam Cu, Ag dan Cd yang tersisa dalam SIR disebabkan oleh sifat kimia antara Au dan Cu, Ag dan Cd sangat mirip dan sulit dipisahkan secara sempurna dalam satu kali proses ekstraksi. Meskipun demikian metode SIR ini lebih baik dari pada metode ekstraksi cair-cair yang membutuhkan banyak tahapan untuk memurnikan emas dari logam Cu, Ag dan Cd.

3.3 Pemisahan emas dari logam Cu, Ag, Cd, Hg dan Pb melalui kolom

Kondisi optimum pemisahan emas dari logam Cu, Ag, Cd, Hg dan Pb berdasarkan

batch extraction diaplikasikan dengan menggunakan kolom seperti pada gambar 4

Gambar 4. Kolom berisi Resin sebelum dan setelah dilewatkan campuran emas dan logam Cu, Ag, Cd, Hg dan Pb.

Dari hasil analisis dengan EDX terhadap butiran resin yang telah dilewatkan campuran logam (gambar 5) menunjukkan bahwa di dalam butiran resin masih mengandung Cu(2,56%), Ag(2,44%), Cd(0,53%), sedangkan logam Hg dan Pb tidak terdeteksi. Hasil tersebut hampir sama dengan hasil penelitian dengan metode batch extraction. Keunggulan dari metode kolom yaitu operasinya lebih cepat dan tidak diperlukan pengocokan yang kemungkinan dapat merusak butiran resin. Selain itu dengan metode kolom dapat ditingkatkan menjadi skala yang lebih besar sesuai dengan proses hidrometalurgy.

Gambar 5. Hasil foto SEM/EDX terhadap SIR mengandung campuran logam 3.4 Stripping logam emas dalam resin

Emas yang telah berhasil dipisahkan dari campuran logam-logam Cu, Ag, Cd, Hg dan Pb selanjutnya diambil (stripping) menggunakan larutan thiourea 0,5 M. Data yang diperoleh dari tiga kali pengulangan dapat dilihat pada tabel berikut ini.

Tabel 2. Hasil stripping emas dengan larutan thiourea 0,5 M [Au] dalam

SIR (mg)

[Au] kontak ke-1 (mg)

[Au] kontak ke-2 (mg) Efisiensi total (%) 2,02 1,09 0,86 96,5 4,05 2,31 1,69 98,7 6,03 4,20 1,79 99,3 Selama dilakukan kontak pertama hasil stripping antara 60-70%, tetapi setelah dilakukan stripping ke-2 maka hasil yang diperoleh > 96%. Semakin besar konsentrasi emas dalam resin semakin besar pula efisiensi ekstraksi. Apabila konsentrasi emas dalam resin sedikit menyebabkan ikatan antara emas dengan Cyanex-921 semakin kuat sehingga lebih sulit dipisahkan oleh molekul thiourea.

Reaksi kimia yang terjadi selama ekstraksi antara emas dengan Cyanex-921 dapat dituliskan sebagai berikut (Martinez, et.al., 1997).

) ( 4 ) ( ) ( ) (

4 aq H aq pLorg HAuCl Lporg

AuCl− + + + ⇔

Dalam suasana asam (HCl) logam emas di dalam larutan air berbentuk ion AuCl4− dan

bereaksi dipermukaan resin dengan molekul cyanex-921 dengan perbandingan

stoikiometri (1:1) membentuk senyawa kompleks HAuCl4Lp. Pemisahan emas dengan

Pb(II) dan Hg(II) lebih selektif dibandingkan dengan pemisahan Au(III) dengan ion Cu(II) dan Cd(II) disebabkan karena di dalam larutan HCl encer ion-ion Pb(II) dan

Hg(II) dapat membentuk endapan PbCl2 dan HgCl2 sebelum masuk ke dalam resin

ketika dilakukan ekstraksi. Oleh sebab itu kedua ion logam tersebut tidak terdeteksi ada di dalam resin.

Reaksi stripping emas dengan thiourea dapat dituliskan sebagai beriku:

Au3+ _{+ 2SC(NH}

2)2(aq) ⇔ Au[SC(NH2)2]2+(aq) + Cl

-Untuk mendapatkan emas yang lebih murni biasanya dilakukan dengan metode elektrolisis pada potensial 0,38 V (Ubaldini, 1998).

Au[SC(NH2)2]2+ + e ⇔ Au + 2SC(NH2)2 E0 = 0,38 V

4. Kesimpulan

Kesimpulan yang dapat diungkapkan berdasarkan data-data hasil penelitian adalah sebagai berikut:

1. Kapasitas maksimum konsentrasi Cyanex-921 yang mampu diadsorpsi oleh resin Amberlite XAD-16 kering adalah 0,045 mol/kg

2. Pemisahan emas dengan Pb dan Hg dapat dilakukan secara sempurna dengan metode batch extraction dan melalui kolom. Sedangkan pemisahan emas dengan logam Cu, Ag dan Cd terpisah dengan faktor pemisahan masing-masing Au/Cu = 17,96, Au/Ag = 41,02 dan Au/Cd = 664,7. Hal ini didukung oleh data hasil analisis dengan EDX yaitu di dalam SIR masih tersisa Cu(2,94%), Ag(1,02%) dan Cd(0,37%) sedangkan unsur Hg dan Pb tidak terdeteksi lagi.

3. Untuk mendapatkan emas > 96% perlu dilakukan stripping dengan larutan thiourea sebanyak dua kali.

4. Emas yang dihasilkan belum murni dan masih mengandung sedikit Ag, Cu dan Cd.

Pustaka

Francesco L. Bernardis, Richard A. Grant and David C. Sherrington (2005), A review

of methods of separation of the platinum-group metals through their chloro-complexes, Reactive & Functional Polymers, Vol. 65, p. 205-27.

Martı´nez, S.; Sastre, A.; and Alguacil, F.J.(1997), Gold extraction equilibrium in the

system Cyanex 921–HCl–Au(III). Hydrometallurgy, Vol. 46, p.205–214.

Ubaldini, S., Fornari, P., Massidda, R., and Abbruzzese, C., (1998), An innovative

thiourea gold leaching process, Hydrometallurgy 48, 113-124.

Cortina, J.L., and Warshawsky, A., (1997), Developments in Solid-Liquid Extraction by

Solvent-Impregnated Resins, in: Marinsky J.A., Marcus, Y., (Eds.), Ion