Studi Pemanfaatan Fly Ash dan Bottom Ash dalam Pengelolaan Batuan
Penutup untuk Pencegahan Air Asam Tambang
Iin Lestari , Rudy Sayoga Gautama , Muhammad Sonny Abfertiawan ,
Pencegahan air asam tambang (AAT) dapat dilakukan dengan melakukan upaya covering material yang berpotensi membentuk AAT (Potentially Acid Forming/PAF) dengan menggunakan material yang tidak berpotensi (Non Acid Forming/NAF). Sehingga dapat menghentikan atau mengurangi kontak antara mineral besi sulfida dengan udara dan/atau air. Namun, keberadaan material NAF seringkali tidak ditemukan dalam jumlah yang banyak untuk dapat mengisolasi seluruh material PAF. Oleh karena itu, diperlukan material lain sebagai alternatif dalam pencegahan pembentukan AAT. Salah satu material yang memiliki potensi untuk dapat digunakan yakni fly ash dan bottom ash yang merupakan hasil pembakaran batubara di PLTU. Sebuah penelitian dilakukan dengan beberapa variasi campuran fly ash dan bottom ashserta pelapisan material fly ash terhadap material PAF. Hasil pengujian leachate pada kolom pencampuran bottom ash diperoleh nilai pH yang berfluktuasi dengan rentang 4-7. Pada kolom pencampuran fly ash, nilai pH cenderung stabil pada rentang 8-9. Sedangkan pada kolom pelapisan fly ash (10%) diperoleh nilai pH sebesar 9,5 dan terus turun hingga pH sebesar 2,5 di akhir penelitian. Pada kolom pelapisan fly ash (20% dan 30%), nilai pH di akhir penelitian stabil pada kisaran nilai 6. Hasil simulasi menunjukkan bahwa dengan penambahan Fly ash dan bottom ash dapat meningkatkan nilai pH, menurunkan nilai DHL, serta TDS air lindian hasil oksidasi mineral dalam batuan. Penambahan fly ash juga dapat memperkecil laju infiltrasi air melalui material, sedangkan bottom ash dapat memperbesar laju infiltrasi karena ukuran yang cukup besar.
Kata kunci:air asam tambang,fly ash, bottom ash
Pemanfaatan batubara sebagai sumber kebutuhan energi nasional Indonesia akan semakin meningkat hingga 30% dari total persentase sumber energi di tahun 2025 (Dewan Energi Nasional, 2006). Laju produksi batubara nasional mencapai 310 juta pada tahun 2010 dan akan meningkat menjad 340 juta ton pada tahun 2011.
Permasalahan air asam tambang merupakan isu utama yang sering muncul dari kegiatan pertambangan. Pemerintah dalam regulasi yang telah dikeluarkan yakni Undang-undang Nomor 4 Tahun 2009 memberikan kewajiban kepada pemilik Izin Usaha Pertambangan (IUP) dan Izin Usaha Pertambangan Khusus (IUPK) untuk menerapkan kaidah teknik penambangan yang baik serta mematuhi batas toleransi daya dukung lingkungan (Pasal 95, a dan e).Permasalahan air asam tambang masih terjadi di banyak pertambangan batubara, sebagai contoh nilai pH air yang
1 1 1
1
Program Studi Teknik Pertambangan, Fakultas Teknik Pertambangan dan Perminyakan, Institut Teknologi Bandung, Indonesia, r_sayoga@mining.itb.ac.id
Abstrak
rendah di kolam bekas pit penambangan (Coal Pit Lake) di Kalimantan Selatan (Rahmawati & Gautama, 2010; Saputri & Gautama, 2010) dan nilai pH yang rendah di Sungai Ukud yang terkontaminasi oleh air asam tambang di Site Lati, Kalimantan Timur (Abfertiawan, 2010). Sungai Ukud merupakan sungai yang mengalir di Site Lati yang terindikasi terkontaminasi oleh air asam tambang dari kegiatan penambangan aktif dan daerah penimbunan. Daerah tangkapan Sungai Ukud terdiri dari 48.6% daerah terganggu (pit dan timbunan) and 51.4% daerah asli. Pencegahan melalui enkapsulasi dengan memanfaatkan material tidak berpotensi membentuk asam (Non Acid Forming / NAF) sulit dilakukan dikarenakan keterbatasan material tersebut. Secara umumpersentase volume litologi NAF yang menyusun Site Lati adalah 30% dan persentase volume overburden litologi PAF adalah 70% dari total overburden (Laporan Pemodelan Litologi NAF Daerah Lati Berau Coal, 2009). Dalam makalah ini akan didiskusikan mengenai pemanfaatan abu pembakaran batubara (Fly ash dan Bottom ash) sebagai alternatif pencegahan air asam tambang.
Daerah tangkapan (catchment area) Sungai Ukud memiliki luas 1.738,67 Ha yang terbagi menjadi 11 subcatchment dan berbatasan langsung dengan pit aktif di utara dan selatan catchment area. Terdiri dari 48.6% daerah terganggu dan hanya 51,4% masih merupakan daerah asli. Dari total daerah terganggu, hanya 48% yang telah direvegetasi. Perubahan lahan ini akan terus bertambah seiring dengan kemajuan daerah penambangan aktif.
Sebanyak 102 sampel batuan di daerah timbunan sepanjang aliran Sungai Ukud diambil dan 90 sampel diklasifikasikan sebagai PAF. Sayangnya, hasil analisisnya ini tidak menggambarkan pola persebaran yang jelas.
Sungai Ukud berlokasi di selatan Site Lati mengalir ke timur menuju Sungai Lati. Sungai Ukud memiliki kisaran nilai pH 3-4 dikarenakan kontaminasi air asam tambang. Pemantauan kualitas aliran Sungai Ukud dilakukan di tujuh titik pantau dengan parameter pH, SO , Fe , Fe , Mn , Al , total suspended solids (TSS), dan conductivity (CD). Nilai pH yang rendah, pada kisaran 3,96-4,49 terpantau di hampir seluruh titik kecuali satu titik yakni titik dua yang merupakan daerah asli yang belum terganggu. Titik pantau satu memiliki nilai pH terendah yang merupakan daerah penambangan aktif. Sedangkan titik-titik pantau lainnya merupakan daerah timbunan, baik yang belum terevegetasi maupun telah.
Sampel yang digunakan dalam penelitian ini adalah abu sisa pembakaran batubara berupa abu terbang ( ) dan abu dasar ( ), yang berasal dari sisa pembakaran batubara dari PLTU Lati. Batuan berasal dari disposal Q10 dan batuan yang baru terekspos karena proses penambangan ( Pit East). Sampel tersebut dilakukan uji karakteristik
geokimia batuan melalui uji statik dan XRF (komposisi mineral). Hasil dapat dilihat pada Tabel 1. Komposisi Mineral dalam Sampel Hasil Uji XRF
Tabel 1.
Table 2.
Hasil dan Diskusi Metode
free draining colomn leach buchner funnel
fly ash bottom ash
buchner funnel
Karakter Fisik dan Konduktifitas Hidrolik
Percobaan uji kinetik ini dilakukan dengan menggunakan metode , dengan menggunakan berdiameter luar 150 mm, dan tinggi 150 mm, sebanyak 8 kolom, sedangkan untuk pengontrol dilakukan uji terhadap dan dengan menggunakan berdiameter luar 100mm dan tinggi 50 mm sebanyak 2 kolom. Kolom disiram dengan menggunakan air destilat sejumlah 199mL/hari, yang kemudian diukur kecepatan infiltrasi air dan kualitas air lindian yang terbentuk.
Komposisi Sampel untuk Uji (dalam %)
Perubahan fisik secara signifikan terjadi pada setiap kolom yakni ukuran butiran yang mengecil dan perubahan warna batuan dari cokelat gelap menjadi cokelat muda. Kolom pencampuran menunjukkan kecepatan pelapukan (dilihat dari nilai laju infiltrasi) yang lebih besar dibandingkan pada kolom pelapisan. Hal ini dikarenakan pengaruh dari proses pelapukan akibat fluktuasi temperatur dan kelembaban serta frekuensi penyiraman pada masing-masing kolom. Perubahan fisik juga terlihat pada warna dari air lindi (leachate).
Gambar 1.Konduktifitas Hidrolik Harian
Nilai laju infiltrasi kolom pencampuran mempunyai nilai yang menurun tiap harinya yang bernilai sekitar 1 x10-7 m/s sedangkan pencampuran mempunyai nilai yang lebih tinggi yaitu sekitar 10-6 m/s. Nilai laju infiltrasi pada kolom pencampuran mempunyai nilai yang lebih rendah dibandingkan kolom pelapisan dengan nilai laju infiltrasi harian sekitar 5 x10-5 m/s. Perubahan nilai laju infiltrasi harian yang ada pada kolom pelapisan Disposal-FA 20% mempunyai nilai yang lebih besar jika dibandingkan dengan metode pencampuran yang menggunakan sampel dan jumlah masing-masing material yang sama. Hal ini dikarenakan dengan metode pencampuran, material abu akan tercampur dengan batuan sehingga mengakibatkan pori material akan semakin mengecil, sedangkan pada kolom pelapisan,
disusun pada dasar kolom, dan adanya penggumpalan pada sehingga mengakibatkan infiltrasi berlangsung lebih cepat.
Kedua komposisi baik kolom pencampuran maupun pelapisan memperlihatkan penurunan nilai konduktifitas hidrolik yang diakibatkan karena hasil peluruhan dari material batuan. Penurunan nilai konduktifitas hidrolik ini penting dalam memperbaiki kondisi dalam enkapsulasi material PAF. Penutupan maupun pencampuran material PAF dengan menggunakan abu pembakaran batubara
Simulasi yang dilakukan selama 14 minggu menunjukkan nilai pH pada kolom campuran lebih tinggi dibandingkan dengan campuran dengan tapi masih tetap rendah dibandingkan dengan nilai pH pada kolom pelapisan dengan fly ash.
Nilai pH lindian yang dihasilkan pada kolom pencampuran bottom ash cukup fluktuatif dengan rentang nilai 4-7 sedangkan pada kolom pencampuran fly ash relatif stabil pada rentang nilai 8-9. Pada kolom pelapisan juga menunjukkan peningkatan pH akibat penambahan fly ash. Penggunaan fly ash yang lebih banyak menyebabkan nilai pH akan meningkat. Perhatikan Gambar 1.
fly ash
bottom ash
fly ash fly ash
capping
Nilai pH, Daya Hantar Listrik dan Total Dissolved Solids
Gambar 2.
Gambar 3.
Tabel 3.
Grafik pH harian pada kolom pencampuran dan kolom pelapisan
Nilai daya hantar listrik (DHL) dan TDS juga memiliki tren penurunan. Nilai DHL dan TDS kecil pada air lindian yang memiliki pH yang tinggi, hal ini disebabkan logam-logam yang bersifat konduktor seperti Fe, Cu, ataupun Mn hanya sedikit terlarut pada air lindian. Fe, Cu, dan Mn terlarut dalam jumlah yang besar pada air yang memiliki pH kecil atau bersifat asam. Nilai DHL dan TDS pada kolom BA 30% mempunyai nilai rata-rata yang lebih tinggi dibanding BA 20%, karena material ash yang digunakan lebih banyak jumlahnya dan mineral-mineralnya pun lebih banyak.
Nilai DHL harian
Konsentrasi logam terhadap kumulatif (2 mingguan) air lindian tiap kolom diambil dan dilakukan analisis dengan parameter Fe, Mn, Cu dan Zn. Konsentrasi logam pada air lindian memiliki tren menurun. Selengkapnya dapat dilihat pada Tabel 3.
Terlihat bahwa parameter yang menunjukkan adanya sifat alkalinitas dalam lindian seperti Kalium, Kalsium, Magnesium, menunjukkan nulai yang relatif lebih besar apabila dibandingkan dengan kolom tanpa penambahan material abu, sedangkan logam yang mempunyai sifat asiditas, seperti Fe, Mn menunjukkan nilai yang relatif lebih rendah bila dibandingkan kolom tanpa penambahan abu.
Kandungan Cu, Al, Fe maksimum terjadi pada minggu kedua dan ketiga, setelah minggu kedua nilai konsentrasi mineral tersebut menurun mendekati nol, hal ini terjadi karena pengaruh peristiwa pelapukan butiran sampel yang menyebabkan ukuran partikel menjadi lebih kecil yang pada akhirnya menyebabkan terlarutnya logam dan mineral yang ada pada sampel. Karena pH lindian mempunyai nilai yang tinggi (pH>7), logam tersebut akan terpresipitasi dan mengendap pada dasar tabung yang digunakan. Pada kolom pelapisan FR-FA 10% konsentrasi Fe tidak terlalu tinggi pada awal penelitian, hal ini diperkirakan karena jumlah fly ash yang sedikit sehingga kandungan Fe dan logam yang lain akan lebih sedikit jika dibandingkan kolom lain.
Abu pembakaran batubara digunakan sebagai material campuran untuk mencegah pembentukan air asam tambang, karena ukuran yang kecil dan sifat alkali yang diharapkan dapat menetralkan pH air asam. Percobaan dilakukan dalam skala laboratorium menggunakan
. Sampel batuan yang bersifat PAF ditambah dengan atau dengan berbagai variasi jumlah dan variasi model (pelapisan dan pencampuran).
Nilai konduktifitas hidrolik semakin menurun yang diakibatkan karena hasil peluruhan dari material batuan. Konduktifitas hidrolik pada kolom pencampuran menurun secara signifikan dibandingkan dengan kolom pelapisan.
Nilai pH dengan model kolom pelapisan didapatkan nilai yang lebih tinggi daripada model pencampuran, namun tidak terjadi perbedaan kandungan logam yang signifikan.
Secara keseluruhan dapat disimpulkan bahwa pencampuran overburden dengan abu pembakaran batubara terutama fly ash dapat digunakan untuk pencegahan pembentukan air asam tambang. Namun, penelitian skala lapangan masih diperlukan.
Penelitian ini dibiayai oleh Program Hibah Kompetitif Penelitian Sesuai Prioritas Nasional Batch 1 tahun 2009 Nomor: 164/SP2H/PP/DP2M/V/2009, tanggal 30 Mei 2009 dari Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi Departemen Pendidikan Nasional. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada kepada PT. Berau Coal atas dukungannya dalam melaksanakan penelitian ini
Kesimpulan
Ucapan Terima Kasih
free draining colomn
Referensi
Davis, G.B., Ritchie, A.I.M. 1987. A model of oxidation in pyrite mine waste: part 3: import of particle size distribution, Appl Math Model. 11, pp. 417–422.
Kusuma G.J, Gautama R.S., Anggana R.P., 2009, Kajian Perilaku Peluruhan Batuan Dengan Uji Kinetik untuk Air Asam Tambang, Proceedings XVIII Annual Meeting & VII Congress of PERHAPI, October 2009, Jakarta (in Bahasa Indonesia)
