Ekstraksi Logam Timbal (Pb) Dari Mineral Galena (PbS)

(1)

Ujian Tengah Semester

Metalurgi Ekstraksi

Ekstraksi Logam Timbal (Pb) dari Mineral Galena (PbS)

Oleh Rhidiyan Waroko, 0806331935

Departemen Teknik Metalurgi dan Material

Fakultas Teknik Universitas Indonesia

Ujian Tengah Semester

Metalurgi Ekstraksi

Logam Timbal (Pb) dari Mineral Galena (PbS)

Rhidiyan Waroko, 0806331935

Departemen Teknik Metalurgi dan Material

Fakultas Teknik Universitas Indonesia

Depok 2010

Ujian Tengah Semester

Logam Timbal (Pb) dari Mineral Galena (PbS)

Departemen Teknik Metalurgi dan Material

Fakultas Teknik Universitas Indonesia

(2)

Departemen Teknik Metalurgi dan Material FTUI 2

Ekstraksi Logam Timbal (Pb) dari Mineral Galena (PbS)

1. Pendahuluan

Konsumsi penggunaan logam Pb banyak digunakan sebagai material suatu komponen atau alat, seperti pada tabel 1 untuk USA, Jepang dan Eropa Barat.

Tabel 1. Aplikasi penggunaan material Pb (%) (Source: Metallstatistik 1977-1987)

Uses United Stated Japan Europe

1977 1987 1977 1987 1977 1987

Batteries 59.8 77.5 49.6 68.7 38.4 44.6

Cables 0.9 1.6 10.1 1.7 11.0 7.0

Semifinished 7.0 6.7 8.2 3.0 16.8 17.5

Pigment and Chenicals 21.0 7.6 15.0 16.2 23.4 22.3

Alloy 7.2 4.4 5.1 4.6 4.4 34.0

Other 4.1 2.2 12.0 5.8 4.0 5.2

Total (%) 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0

Total (Juta Ton) 1.436 1.23 0.334 0.378 1.164 1.131

Terlihat pada tabel diatas, penggunaan material Pb ini sebagai bahan baku pembuatan baterai (sumber energi). Contohnya pada kendaraan bermotor, logam timbal ini terdapat pada accu. Pada accu, material timbal ini merupakan anoda sedangkan logam Cu adalah bagian katodanya. Anoda dan katoda diletakkan didalam larutan elektrolit PbSO4 dan

CuSO4 dihubungkan oleh sebuah jembatan garam. Sistem ini akan menghasilkan arus listrik

yang digunakan untuk menyalakan mesin saat starting dan untuk pecahayaan lampu kendaraan.

Gambar 1. Skema Accu

(3)

Selain pada accu, aplikasi material logam Pb banyak digunakan sebagai paduan suatu logam lain. Contohnya untuk paduan dengan material Sn pada kawat solder. Kegunaan logam Pb adalah untuk menurunkan titik leleh dari kawat solder. Dengan turunnya nilai titik leleh dari kawat solder, maka energi yang dibutuhkan untuk melakukan penyolderan lebih rendah, imbasnya akan menghemat nilai dari cost production-nya.

2. Raw Material

Timbal (Pb) adalah suatu logam transisi yang non reaktif. Pb dalam bentuk ore dapat berupa galena (PbS) 86%Pb, Cerussite (PbCO3) 77%Pb, Anglesite (PbSO4) 68%Pb. Namun

yang akan dibahas adalah untuk mendapatkan Pb dari mineral bijih galena (PbS). Didalam Galena hanya terdapat 10% Pb, yang kemudian di Explor hingga memperoleh 3% Pb. Lalu dilakukuan proses Froth Flotation sehingga mendapatkan 70% Pb.

Di dalam Metal Cycle pengikat Pb dapat berupa Zn, Au, Ag, dll.

Gambar 2.

(4)

Elemen Pb adalah logam yang memiliki kilau. Sesaat setelah material tersebut dipotong, warna dibagian potongan tersebut akan berwarna putih kebiru-bruan, tetapi setelah teroksidasi warnanya akan menjadi abu-abu pudar. Elemen Pb memilki elektron valensi 2+ atau 4+, berarti konfigurasi elektronnya adalah sebagai berikut:

Sifat mekanik dan fisik dari logam Pb cukup baik dengan melting point-nya yang rendah, densitas tinggi, kelunakan dan sifat mampu tempanya. Berikut adalah sifat dari logam Pb:

Seperti yang dijelaskan pada metal cycle, Pb memilki material pengikat seperti Zn, Au dan Ag. Material Pb tersebar dimuka bumi ini dengan kandungan di kerak bumi sekitar

(5)

0.0016%. Mineral yang paling banyak dimanfaatkan untuk diekstrak timbalnya adalah mineral galena (PbS). Galena mengandung 86.6% Pb.selain galena, mineral yang mengandung Pb adalah jamesonite, Pb4(Sb,Fe)7S14 (40% Pb) dan boulangerite, Pb3Sb4S11

(40% Sb).

Mineral galena berikatan dengan mineral yang lain, seperti bijih zinc. Deposit dari timbal diklasifikasikan sebagai berikut:

a. Hydrothermal Vein, Impregnation dan replacement deposit (Broken Hill, Australia; Anvil Mine, Kanada; Cordilleran-Andean Orogeny)

b. Volcanogenic Sedimentary (Sullivan Mine, Kanada; Rammelsberg, Jerman; Mountlisa dan Hellyer, Australia)

c. Marine Sedimentary di Amerika Utara dan Eropa

Tabel 2. Negara penghasil logam Pb.

3. Proses Pengolahan Timbal

Skema praktis pengekstraksian logam Pb dapat dilihat di gambar 3. Mineral yang biasanya digunakan untuk diekstrak Pb-nya adalah mineral galena. Keberadaan galena di bumi ini selalu berikatan dengan material logam lainnya, seperti zinc, Au dan Ag. Untuk mendapatkan logam Pb yang murni, mineral galena harus di melewtai tahap ore dressing.

Tujuan ore dressing adalah untuk meningkatkan kadar. Mineral galena dengan pengikatnya lainnya dinaikkan dari sekitar 3% Pb menjadi 40-70% Pb. Ore Dressing melewati tahap

crushing, grinding dan kemudian dilakukan konsentrasi. Metode konsentrasi yang digunakan adalah froth flotation, yaitu metode pemisahan dengan memanfaatkan sifat responnya

(6)

terhadap larutan (biasanya air). Dari proses ore dressing ini, diperoleh konsentrat Pb dengan kadar yang lebih tinggi sebagai syarat supaya mineral ini dapat diekstraksi diproses selanjutnya.

Ekstraksi logam Timbal yang secara konvensional adalah lewat jalur Pirometallurgi, biasanya dapat menghasilkan pencemaran udara dalam bentuk emisi gas SO2, uap, dan debu logam Timbal. Ada 4 tahap pirometalurgi untuk mendapatkan logam timbal, yaitu:

• _Roasting • _Smelting • _Converting • _Refining

Rincian proses ekstraksi dirinci sebagai berikut:

(7)

a. Metode Roasting yang dipakai adalah blast roasting atau sintering, untuk melakukan proses desulfurisasi. Reaksi kimia yang terjadi pada Roasting adalah:

2PbO + PbS →_{3Pb + SO2}

PbS + 3/2 O2 →_{PbO + SO2}

PbS + PbSO4 →_{2Pb + 2SO2}

b. Proses smelting merupakan proses konsentrasi dimana pengotor yang terdapat dalam timbal dipisahkan di dalam slag. Proses timbal dibagi menjadi 2 :

i. Smelting timbal hasil roasting

Smelting timbal hasil roasting biasanya menggunakan blast furnace yang menggunakan bahan bakar kokas dengan bantuan udara yang dialirkan, sehingga membakar kokas menjadi gas CO

Reaksi yang terjadi adalah : PbO + CO →_{Pb + CO2}

CO2 + C →_2CO

Grafik 1. Reaksi yang terjadi pada sistem ternary Pb-S-O dengan udara sebagai oksidator dan tekanan parsial dari sulfur sulfida sekitar 0.2 atm.

(8)

Pada proses smelting ini terjadi pembentukan matte dan speiss, yang terbentuk dari elemen-elemen seperti Cu, Fe, Co dan Ni, yang bergabung dengan S dan As. Bath terbagi menjadi 3 zone, yaitu paling atas slag, kemudian matte dan speiss dan di dasar timbal cair. Matte dan speiss masih dapat direcovery untuk diambil logam-logam yang berharga

ii. Smelting timbal yang tidak di roasting

Pada Smelting Timbal (Pb) yang tidak di Roasting penghilangan S dilakukan dengan menggunakan dapur listrik. Reaksi yang terjadi pada dapur listrik adalah :

2 PbS + 3 O2 = 2 PbO + 2 SO2 PbS + 2 PbO = 3 Pb + 3 O2

Kokas ditambahkan untuk mengurangi kadar PbO pada slag yang terbentuk. Dari proses smelting dihasilkan lead bullion (kadar 96%-99%), slag, dan gas. Slag ini disebut Dross karena masih memilikki kadar logam lain yang cukup tinggi.

(9)

c. Proses Converting adalah tahap terakhir untuk menghilangkan S. Tahap ini juga terjadi pemilahan dross dan matte dari timbal yang telah tereduksi. Dross dan matte direcycle kembali ke smelting furnace, sedangkan Pb mentah tanpa S diambil dan menuju tahap refining

d. proses Refining dilakukan untuk meningkatkan kadar Pb. ada 2 metode dalam proses Refining, yaitu:

I. Fire refining i. Drossing ii. Softening

(10)

iii. Penghilangan kadar perak softened Timbal iv. Pengurangan kadar seng

v. Pengurangan kadar Bismuth II. Electrolitic refening

Proses electrolytic refining dikenal dengan ”Betts Process” yang menghasilkan timbal bebas bismuth dengan kemurnian 99,999%. Anoda yang digunakan adalah ”softened lead” atau timbal yang telah dilunakkan. Elektrolit yang digunakan adalah timbal fluosilikat (PbSiF6) dan 8 - 15 % asam hidrofluosilik (H2SiF6). Maka, logam Pb akan menempel pada katoda

sedangkan pada anoda akan menempel pengotor dalam bentuk lumpur.

Dengan semakin ketatnya persyaratan ambang batas yang diizinkan untuk polutan, maka perlu dicari altematif lain. Salah satu alternatif tersebut adalah lewat jalur hidro-elektrometallurgi. Hasil kegiatan menunjukkan bahwa, terdapat kondisi-kondisi yang dianggap memenuhi kriteria-kriteria teknis, yaitu persen pengubahan dan recovery diatas 90%, serta dapat dihasilkan logam Pb dengan kadar diatas 99,9%, pada efisiensi arus diatas 95%, dan konsumsi energi sekitar 0,7 kwh/kg Pb.

Jika menggunakan Hidrometalurgi dalam mengolah Pb dalam jumlah besar akan banyak menghabiskan biaya, sehingga tidak akan ekonomis. Namun dengan Pirometalurgi akan bisa menghasilkan gas SO2, uap, dan debu logam Timbal, sehingga akan bisa

menyebabkan polusi. Jadi, untuk mengekstrak dalam jumlah sedang masih ekonomis dengan menggunakan Pirometalurgi.

Belakangan ini, logam timbal sudah ditekan produksinya. Penelitian untuk pengganti material timbal pada beberapa komponen sudah sangat digencarkan. Hal ini terkait dengan sifat logam Pb yang tidak ramah lingkungan. Penelitian lebih lanjut adalah mencari cara mengolah limbah logam Pb tersebut supaya bisa dimanfaatkan kembali atau setidaknya mengurangi efek buruk bagi lingkungannya.

(11)

Daftar Pustaka

1. Habashi, Fatih: Handbook of Extractive Metallurgy, Vol II, Wiley-VCH, Weinheim: 1990

2. Slide Kuliah Metalurgi Ekstraksi 1, Prof. Dr. Ir. Johny Wahyuadi Soedarsono, DEA,

Departemen Teknik Metalurgi dan Material, Fakultas Teknik Universitas Indonesia.

3. Lecture Notes: ChemicalPrinciples of Materials Production, Prof. Dr. Yavuz A. TOPKAYA.