2014
PT. Trubaindo Coal Mining Mery Marthen
HUBUNGAN ANTARA KEASAMAN,
LUMPUR, DAN BAHAN PENETRAL YANG
DIBUTUHKAN DALAM SATUAN VOLUME
AIR ASAM TAMBANG
1 ABSTRAK
Pembentukan air asam tambang (AAT) sangat potensial terjadi pada perusahaan yang beroperasi pada bidang pertambangan mineral khususnya batubara. Setiap perusahaan pelaku penambangan wajib melakukan penanggulangan pada masalah ini. Salah satu cara adalah mengaplikasikan metode netralisasi AAT dengan penambahan bahan penetral dimana yang paling umum digunakan adalah limestone CaCO3,
quicklime CaO, dan hydratelime Ca(OH)2.
Pada proses penetralan, logam-logam yang terlarut akan diikat dan mengendap sebagai endapan hidroksida logam. Banyaknya material penetral tergantung pada sifat dari AAT itu sendiri. Berdasarkan penelitian keasaman AAT berbanding lurus dengan jumlah material penetral yg dibutuhkan dan volume lumpur yang dihasilkan. Dari hasil uji kebutuhan kapur, dimana AAT dengan pH 3,02-3,04 membutuhkan hydrate lime Ca(OH)2 sebanyak 1,5 gram untuk menetralkan 4 liter AAT, dan dari hasil penetralan
2
DAFTAR ISI
1. PENDAHULUAN ... 3
1.1 Latar Belakang ... 3
2. TINJAUAN PUSTAKA ... 5
2.1 Air Asam Tambang ... 5
2.2 Perkiraan Kebutuhan Material Penetral ... 8
2.3 Pembentukan Lumpur ... 11
2.3.1 Hubungan pH Air dan Lumpur ... 14
3. KESIMPULAN ... 17
3
1. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pertambangan batubara merupakan suatu komuditi yang dapat menimbulkan dampak positif dan negatif. Dampak negative terbesar adalah adalah potensi atau telah terbentuknya Air Asam Tambang (AAT) atau dalam bahasa Inggris dikenal dengan Acid Rock Drainage (ARD) atau Acid Mine Drainage (AMD), yang jika tidak ditanggulangi maka akan dapat berakibat pada pencemaran perairan atau sungai yang menyebabkan terganggunya ekosistem sungai, sehingga kelompok masyarakat yang ditinggal disekitar sungai juga akan terkena dampak dari pencemaran ini, dan bahkan kerugian yang akan muncul adalah lebih besar dari keuntungan yang telah diperoleh, jika dampak kerusakan yang ditimbulkan dibiarkan tanpa upaya perbaikan.
Pembentukan AAT berasal dari oksidasi mineral-mineral sulfida dan yang paling umum didapati dialam adalah pirit, FeS2. Oksidasi pirit ini melibatkan proses biokimia
yaitu proses oksidasi-reduksi dengan kehadiran bakteri sebagai katalisator, menghasilkan asam sulfat dan logam-logam terlarut diantaranya Fe, Mn, Zn, Cu yang menyebabkan penurunan pH air hingga di bawah pH 3.
Beberapa sistem penanggulangan AMD telah banyak diaplikasikan oleh beberapa perusahaan pertambangan di Indonesia. Sistem yang paling umum adalah penggunaan batu kapur atau material basa lainnya. Sistem pengolahan ini menghasilkan sejumlah besar lumpur basah yang membutuhkan pengolahan limbah hasil penetralan AMD berupa lumpur dari bahan logam hidroksida.
Penambahan bahan penetral dari air asam bersumber dari perusahaan pertambangan yang akan menghasilkan lumpur hasil reaksi penetralan. Bahan penyusun lumpur bergantung pada bahan yang digunakan dalam proses penetralan, pada umumnya adalah endapan lumpur Ca(OH)2, namun menurut penelitian pembentukan
4
Penelitian tentang banyaknya jumlah bahan penetral yang dibutuhkan dalam menetralkan air asam telah banyak dilakukan, salah satunya adalah laborarium AMD PT. Trubaindo Coal Mining, dimana pada laboratorium ini dilakukan penelitian pada sejumlah air asam dari washing plan, penelitian ini bertujuan untuk mengetahui jumlah bahan penetral dan waktu yang dibutuhkan untuk air asam mengalami peningkatan pH hingga pH netral, sesuai dengan ketentuan dari perusahaan yang berlaku.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan pada uraian sebelumnya, maka rumusan permasalahan pada penelitian ini adalah menyangkut tentang adanya korelasi antara potensi keasaman tanah tambang, bahan penetral yang dibutuhkan jika air asam tambang terbentuk dan jumlah limbah baru yang terbentuk setelah proses penetralan.
1.3 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Mengetahui jumlah kebutuhan kapur untuk menetralkan sejumlah air asam tambang
2. Mengetahui jumlah lumpur yang dihasilkan setelah proses penetralan
3. Mengetahui hubungan antara keasaman air dengan volume lumpur yang terbentuk
1.4 Manfaat Penelitian
5
2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Air Asam Tambang
Air Asam Tambang (AAT) yang dalam bahasa Inggris dikenal dengan Acid Mine Drainage (AMD) atau Acid Rock Drainage (ARD) terjadi sebagai hasil dari proses fisika dan kimia yang cukup kompleks yang mengakibatkan terbentuknya air yang bersifat asam (tingkat keasaman yang tinggi dan sering ditandai dengan nilai pH yang rendah di bawah 4) sebagai hasil dari oksidasi mineral sulfida yang terpapar (exposed) di udara dengan kehadiran air.
Air asam tambang merupakan limbah pencemar lingkungan yang terjadi akibat aktifitas pertambangan. Limbah ini terjadi karena adanya proses oksidasi bahan mineral pirit (FeS2 ) dan bahan mineral sulfida lainnya yang tersingkap ke
permukaan tanah dalam proses pengambilan bahan mineral tambang. Proses kimia dan biologi dari bahan-bahan mineral tersebut menghasilkan sulfat dengan tingkat kemasaman yang tinggi. Secara langsung maupun tidak langsung tingkat kemasaman yang tinggi mempengaruhi kualitas lingkungan dan kehidupan organisme. (Muhammad Yusron, 2009).
Prinsip terjadinya air asam tambang adalah adanya reaksi pembentukan H+ yang merupakan ion pembentuk asam akibat oksidasi mineral-mineral sulfida dan bereaksi dengan air (H2O). Kemudian oksidasi dari Fe2+, hidrolisis Fe3+ dan pengendapan logam
hidroksida. Prinsip tersebut bila dilihat secara kimia, sedangkan secara biologi terjadi air asam tambang akibat adanya bakteri-bakteri tertentu yang sanggup untuk mempercepat proses (katalisator) dari oksida mineral-mineral sulfida dan oksidasi-oksidasi besi.
6
FeS2 + 7/2 O2 + H2O Fe2+ + 2 SO42- + 2 H+ (1)
Fe2+ + ¼ O2 + H+ Fe3+ + ½ H2O (2)
Fe3+ + 3 H2O Fe(OH)3 + 3 H+ (3)
FeS2 + 15/4 O2 + 7/2 H2O 2 H2SO4 + Fe(OH)3 (4)
Persamaan reaksi (1) menunjukkan oksidasi dari kristal pyrit oleh oksigen, persamaan reaksi (2). menunjukkan oksidasi dari ferrous iron (Fe2+) menjadi Ferric iron dan persamaan reaksi (3). menunjukkan hidrolisis ferric iron dan pengendapannya menjadi besi hidroksida [Fe(OH)3]. Bila ketiga persamaan tersebut dijumlah akan
memberikan hubungan stokiometri secara menyeluruh seperti pada persamaan reaksi (4).
Kondisi keasaman dari pelapukan ion-ion hidrogen selama oksidasi dapat pula disebabkan karena adanya aktivitas biologi oleh bakteri-bakteri. Bakteri tersebut mampu untuk mempercepat proses oksidasi dari mineral-mineral sulfida dan oksidasi besi serta mendapat energi hasil pelepasan energi dari proses oksidasi. Bakteri ini termasuk dalam subgroup strick aerobes, genus trobhasillus, species thiobasillus, ferroxidans (kadang-kadang dijumpai Ferrobacillus ferroxidans).
Pada kegiatan penambangan, terdapat beberapa mineral sulfida, menurut U.S. Environmental Protection Agency mineral sulfide yang umum ditemukan adalah:
7
9. FeAsS: arsenoPyrite 10.HgS: Cinnabar
Dampak yang dapat ditimbulkan akibat air asam tambang adalah terjadinya pencemaran lingkungan, dimana komposisi atau kandungan air di daerah yang terkena dampak tersebut akan berubah sehingga dapat mengurangi kesuburan tanah, mengganggu kesehatan masyarakat sekitarnya, dan dapat mengakibatkan korosi pada peralatan tambang.
8
2.2 Perkiraan Kebutuhan Material Penetral
Penetapan kebutuhan penetral yang dalam percobaan ini meggunakan kapur hydrate lime Ca(OH)2, dilakukan berdasarkan perubahan tingkat keasaman (pH).
Prosesnya yaitu dengan melakukan penambahan Ca(OH)2 pada air asam dalam waktu
tertentu, kemudian dilakukan pengukuran pH dengan menggunakan pHmeter. Setiap melakukan penambahan Ca(OH)2 diikuti pengukuran hingga pH air mencapai kondisi
netral (pH 7).
Pada pengujian ini, penambahan Ca(OH)2 dilakukan pada air yang dikondisikan
tidak dalam keadaan diam, maka sebelum penambahan dilakukan pengadukan selama ±10 kali pemutaran. Hal ini dilakukan untuk mengkondisikan air asam di laboratorium percobaan seperti pada kondisi air asam di lapangan.
Proses penelitian dilakukan menggunakan 4 liter volume air asam yang berasal dari 9 titik kolam penampungan air asam washing plan seperti pada gambar 1.
9 penambahan kedua dengan tahapan cara seperti penambahan sebelumnya yaitu 0,5 gram, sample air selanjutnya diukur pada menit ke 15, dimana dalam percobaan ini sample air belum mencapai pH netral, Maka dilakukan penambahan 0,5 gram yang ketiga dan dari ketiga penambahan hasil pengukuran pH menunjukkan hasil dimana pH air diatas netral 7,0.
Berikut hasil proses penambahan bahan penetral dengan Ca(OH)2 pada air asam
10 WP Point 9 3.04 3.32 4.77 8.12
Average 3.03 3.53 5.22 8.44
Tabel 1. Hasil pengukuran kebutuhan waktu dan bahan kapur
Total penambahan Ca(OH)2 adalah 1.5 gram dan total waktu yang dibutuhkan
adalah 20 menit, sehingga dapat disimpulkan bahwa sample air asam pada pH 3,02-3,04 membutuhkan 1,5 gram Ca(OH)2 untuk mencapai pH netral dalam waktu 20 menit.
Reaksi penetralan yang terjadi adalah sebagai berikut:
Ca(OH)2 + H2SO4 CaSO4 + 2H2O
Dalam proses terdapat kemungkinan kehadiran karbon anorganik dapat membawa interferensi pada reaksi utama diatas.
Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O
11
2.3 Pembentukan Lumpur
Hasil reaksi penetralan akan menghasilkan air dengan pH netral, namun hasil akhir reaksi ini akan menghasilkan lumpur yang akan mengendap membentuk lapisan pada bagian dasar gelas kimia. Sifat dan komposisi lumpur bergantung pada material yang terkandung dalam air asam dan bahan yang digunakan sebagai penetral. Kandungan dalam air asam yang paling utama adalah asam sulfat, H2SO4 dan
kandungan beberapa logam, terutama besi sulfat. Dalam hal ini besi sulfat berada dalam bentuk ferro (Fe2+) ataupun ferri (Fe3+), dimana pada kondisi asam dengan keberadaan oksigen oksida besi (II) akan teroksidasi menjadi menjadi besi (III) yang tidak larut dan proses sedimentasi untuk menghasilkan endapan yang berbentuk Fe(OH)3 yang
diindikasikan dengan warna endapan orange kecokelatan yang dapat dilihat jelas pada akhir reaksi penetralan.
Reaksi oksidasi besi (II) menjadi besi (III): 4Fe2+ + O2 + 4H+ 4Fe3+ + 2 H2O
Fe3+ + 3 H2O Fe(OH)3 + 3 H+
Gambar 3. Proses pembentukan lumpur
12
untuk air asa tambang dengan nilai pH < 4 kemungkinan besar dipengaruhi oleh asam sulfat yang berasal dari oksidasi pirit. Sebagai tambahan, nilai EC tidak dipengaruhi oleh material organik dan dapat digunakan untuk membedakan antara material organic yang membawa keasaman ( EC rendah) dan pirit yang membawa keasaman (EC tinggi).
(Warwick Stewart).
pH 4 EC tinggi penurunan pH dipengaruhi oleh asam sulfat pH 4 EC rendah penurunan pH dipengaruhi oleh material organik
Mineral-mineral penetral(pada umumnya karbonat, CO3) juga terdapat dalam air
asam tambang. Namun untuk air asam tambang dengan pH rendah (2-3) pada umumnya tidak mengandung material ini karena lebih didominasi oleh asam sulfat, sehingga pada proses penetralan akan lebih banyak membutuhkan kapur untuk mengimbangi sifat asam air hingga tercapai pH netral air.
Berdasarkan reaksi kimia yang terjadi, endapan yang terbentuk adalah kalsium sulfat, CaSO4. Jumlah dan karakter lumpur tergantung pada sifat dari air asam yang
diproses.
Setelah terjadi peningkatan pH hingga pH netral, maka campuran air dan lumpur dipindahkan kedalam gelas ukur untuk mengetahui volume lumpur dalam air yang terbentuk.
13
Untuk memastikan volume dari lumpur dalam air asam, maka dilakukan penetapan volume tetap. Volume tetap adalah volume yang tidak berubah setelah beberapa kali pengukuran volume dalam beberapa jam.
No. Sample pH 4 L Sample
Sludge % Sludge
Formed in final pH
(24 Hours) (24 Hours)
WP Point 1 3.02 170 4.25
WP Point 2 3.03 165 4.13
WP Point 3 3.02 170 4.25
WP Point 4 3.03 165 4.13
WP Point 5 3.04 145 3.63
WP Point 6 3.03 145 3.63
WP Point 7 3.02 165 4.13
WP Point 8 3.02 165 4.13
WP Point 9 3.04 155 3.88
Average 3.03 160.56 4.01
14
2.3.1 Hubungan pH Air dan Lumpur
Hasil dari penetralan air asam tambang berupa lumpur yang dihasilkan
Grafik 1. Grafik korelasi antara pH air asam dan lumpur
Dengan mengacu pada konsep pemahaman Ketetapan Idaris (KI), maka pada grafik dapat dilihat bahwa tingkat keasaman air dan persentase lumpur yang dihasilkan memiliki korelasi yang cukup kuat, dengan kata lain volume lumpur yang terbentuk berbanding terbalik dengan pH air asam, semakin rendah pH air asam maka akan semakin tinggi volume lumpur yang terbentuk.
R² = 0.5571
3.015 3.02 3.025 3.03 3.035 3.04 3.045
15
Dari 4962 sample tanah pada laboratorium AMD, didapatkan 20 sample dengan nilai NAGpH 3.0 - 3.4 seperti berikut:
16
1.3258 0.3453
Average 0.6595 20.1972 4.3820 15.8152 2.9975 10.5417 17.5424 0.4471
17
3. KESIMPULAN
Dari beberapa sample tanah yang didapatkan memiliki pH 3,00 – 3,04, terbentuk jumlah keasaman sebanyak 10,5417 kg H2SO4/ton yang berasal dari oksidasi pirit
menjadi asam sulfat, logam besi dan aluminium, sementara sisanya adalah 7,0007 kg H2SO4/ton dimana keasaman ini dibawa oleh kangdungan logam-logam terlarut seperti
zink (Zn) dan tembaga (Cu).
Menurut Warwick Steward dari Ian Wark Research Institute, ketepatan nilai NAPP tergantung pada sebaik apa pengukuran sulfur dari pirit yang terkandung dalam sample tanah tambang, sebaik apa ANC menghasilkan komponen penetral, dan apakah keberadaan dari komponen penetral tersedia dalam jumlah yang sama dengan pembentukan asam dari pirit.
Dari hasil uji kebutuhan kapur, dimana air asam tambang dengan pH 3.02-3.04 membutuhkan hydrate lime Ca(OH)2 sebanyak 1,5 gram untuk menetralkan 4 liter air
18
DAFTAR PUSTAKA
Warwick Stewart. 1994. Development of Acid Rock Drainage Prediction Methodologies For Coal Mine Waste. Ian Wark Research Institute. Mawson Lakes, Australia.
Sobek, A.A., Schuller,W.A., Freeman, J.R., and Smith, R.M., 1978. Field and Laboratory Methods Applicable to Overburdens and Minesoils. p.p. 47-50. U.S. Environmental Protection Agency, Cincinati, Ohio, 45268 (EPA-600/2-78-054). EGi Environmental Geochemistry International, Australia, revisi April 2000,
EGi Environmental Geochemistry International, Australia, revision March 2001.
Rudy Sayoga Gautama, 2012. PENGELOLAAN AIR ASAM TAMBANG,Fakultas Teknik Pertambangan & Perminyakan. Institut Teknologi Bandung
