Uji Selektivitas dan Penentuan Rekoveri Akhir pada Pemisahan
Logam Emas dengan Metode Agregasi Hidrofobik
Suharta1) , N.M. Surdia2), Buchari2) dan Djulia Onggo2) 1)
S-3 Kimia Analitik, Pacsasarjana ITB Bandung Jl. Ganesha 10 Bandung 40132
2)
Jurusan Kimia FMIPA – ITB Bandung Jl. Ganesa 10 Bandung 40132
Diterima tanggal 21 Maret 2000, disetujui untuk dipublikasikan 30 Juni 2000
Abstrak
Pemisahan zat dengan metode agregasi hidrofobik selalu dimulai dari partikel koloid. Kelemahan dari tehnik ini terutama pada faktor selektivitas pemisahan dan rekoveri. Penelitian ini telah mengembangkan pemisahan logam emas dengan metode agregasi hidrofobik yang dimulai dari sistem larutan. Sistem Larutan yang dipilih adalah dalam bentuk kompleks [AuCl4]-. Selektivitas pemisahan logam emas terhadap ion logam pengganggu {Ag (I), Cu (II), Fe (III), Zn (II), dan Pb (II)}, serta anion pengganggu {sulfat, nitrat, bromida, dan iodida}, telah diuji dalam penelitian ini. Hasil penelitian menunjukkan bahwa metode agregasi hidrofobik yang dimulai dari sistem larutan dapat memisahkan logam emas dengan selektivitas yang tinggi. Selektivitas pemisahan ditentukan oleh pH larutan dengan pH optimum = 2,0. Hasil rekoveri akhir dengan surfaktan DTMAB, TTMAB, dan HTMAB berturut-turut adalah sebesar 92,60 ± 0,89 %; 90,30 ± 1,32 %; dan 89,40 ± 1,51 %.
Kata kunci : agregasi hidrofobik, partikel koloid, surfaktan.
Abstract
The separation of substance by hydrophobic aggregation method is always started from colloidal particles. The flaws of this technique are especially in the selectivity and recovery. This research was developing of gold separation by hydrophobic aggregation method where it was started from solution system. Complex of [AuCl4]- was chosen in this solution system. The gold selectivity from cations {Ag(I), Cu (II), Fe (III), Zn (II), Pb(II)}, and anions {SO4 2-, NO3-, Br-, I-} was studied. As a result, this method can be separated of gold with height selectivity. The selectivity is restrained by pH, and the optimum pH is 2,0. The recovery of gold with DTMAB, TTMAB, and HTMAB surfactant is 92,60 ± 0,89 %; 90,30 ± 1,32 %; and 89,40 ± 1,51 % respectively.
Key words : colloidal particles, hydrophobic aggregation, surfactant.
1. Pendahuluan
Metode agregasi hidrofobik merupakan metode pemisahan dari suatu partikel koloid yang bersifat hidrofob yang jika partikel tersebut diagitasi dengan kecepatan relatif tinggi maka dapat menggumpal sehingga dapat dipisahkan dari campurannya1). Sampai saat ini, pemisahan zat dengan metode agregasi hidrofobik selalu diawali dari partikel koloid. Dalam proses ini terjadi perubahan dari partikel koloid menjadi agregat2). Mekanisme pemisahan yang terjadi ada dua tahap. Pertama, adsorpsi surfaktan ke permukaan partikel koloid. Kedua, terbentuknya agregat akibat tumbukan antar partikel hidrofobik setelah diagitasi dengan kecepatan yang relatif tinggi2). Salah satu kelemahan dari teknik ini terutama terletak pada faktor selektivitas pemisahan3). Hal ini disebabkan, partikel koloid tersebut diperoleh dengan cara dispersi, yaitu dengan menggerus bongkahan bijih logam menjadi bentuk serbuk yang sangat halus. Untuk mendapatkan serbuk dengan ukuran yang sangat kecil (ukuran partikel koloid) tanpa terkotori oleh zat lain, merupakan pekerjaan yang tidak mudah. Hal ini merupakan masalah lain yang dihadapi dalam proses pemisahan zat dengan metode agregasi hidrofobik yang dimulai dari partikel koloid.
Penelitian ini bertujuan mengembangkan metode agregasi hidrofobik yang dimulai dari sistem larutan. Sampel penelitian yang dipilih dalam upaya mengembangkan metode tersebut adalah emas, yang dalam bentuk larutan berupa kompleks [AuCl4]-. Menurut teori orbital molekul dengan pendekatan teori group dan simetri, kompleks [AuCl4]- termasuk senyawa dengan point group D4h yang berbentuk segi empat planar4). Keempat ligan Cl⎯
memiliki kedudukan yang setara terhadap atom pusat. Adsorben yang digunakan untuk mengikat kompleks [AuCl4]- adalah surfaktan amonium kuaterner yang bersifat kationik5). Partikel primer dapat terbentuk sebagai hasil interaksi pasangan ion antara ligan Cl⎯ dalam kompleks [AuCl4]- dengan surfkatan kationik amonium kuaterner6). Partikel primer yang terbentuk, jika diagitasi dengan kecepatan yang relatif tinggi dapat terbentuk agregat yang stabil, sehingga emas dapat dipisahkan dari campurannya.
Dalam bijih emas, di samping mengandung emas juga terdapat logam perak dan tembaga7). Di samping itu, ada beberapa logam lain yang sering ditemukan dalam bijih emas antara lain besi, seng, dan timbal8,9). Untuk menguji selektivitas pemisahan emas terhadap logam-logam pengganggu tersebut, dilakukan uji selektivitas.
Dalam diagram spesiasi kompleks, keberadaan masing-masing spesies ion kompleks dari berbagai jenis logam merupakan fungsi pH10). Dengan mengatur harga pH larutan, dapat dikondisikan bahwa hanya spesies ion logam tertentu yang dapat berinteraksi dengan surfaktan kationik amonium kuaterner, sedangkan spesies ion logam lain yang tidak dikehendaki dapat terpisah. Asumsi dasar inilah yang digunakan dalam mengembangkan selektivitas pemisahan dalam penelitian ini.
2. Bahan dan Metode
2.1 Bahan
Bahan kimia yang digunakan terdiri dari padatan HauCl4.3H2O, surfaktan kationik amonium kuaterner yang terdiri dari DTMAB (dodesiltrimetilamonium bromida), TTMAB (tetradesiltrimetilamonium bromida), dan HTMAB (heksadesiltrimetil-amonium bromida). Di samping itu, juga digunakan AgNO3, CuSO4.5H2O, FeCl3.6H2O, Zn(NO3)2, Pb(NO3)2, KCl, KBr, KI, KNO3, K2SO4, dan NaOH. Selain padatan, juga digunakan bahan kimia berbentuk larutan antara lain, larutan standar Au untuk AAS, asam nitrat, dan asam klorida. Semua bahan kimia yang digunakan berkualitas pro analisis. Sebagai pelarut digunakan akuabides.
2.2 Metode
1. Penyiapan larutan [AuCl4]-
Larutan [AuCl4]- diperoleh dari pelarutan HAuCl4.3H2O padat dalam akuabides. Konsentrasi larutan induk yang dibuat dengan kandungan Au sebesar 1000 ppm. Konsentrasi larutan yang lebih rendah, diperoleh dengan pengenceran.
2. Penyiapan larutan surfaktan amonium kuaterner
Larutan surfaktan amonium kuaterner berturut-turut diperoleh dari pelarutan surfaktan DTMAB, TTMAB, dan HTMAB dalam akuabides. Konsentrasi awal yang disiapkan sebagai larutan induk adalah sebesar 10-3 M
3. Uji selektivitas
Uji selektivitas pemisahan dilakukan dengan menambahkan ion-ion logam pengganggu baik dalam bentuk ion logam tunggal maupun campuran. Ion logam pengganggu yang
diuji meliputi Ag(I), Cu(II), Fe(III), Zn(II), dan P (II). Uji selektivitas juga dilakukan terhadap campuran anion yang meliputi ion sulfat, nitrat, bromida, dan iodida.
a. Uji selektivitas terhadap ion logam tunggal
Larutan [AuCl4]- ditambah dengan larutan AgNO3, kemudian campuran ini ditambah dengan larutan surfaktan DTMAB 10-3 M. Larutan koloid yang terbentuk dimasukkan dalam reaktor agregasi dan dilakukan agitasi pada kecepatan dan lama waktu agitasi optimumnya. Campuran didiamkan selama waktu tinggal optimumnya. Agregat yang terbentuk, disaring dan konsentrasi emas ditentukan dengan spektroskopi serapan atom. Konsentrasi perak yang ada dalam filtrat, juga ditentukan dengan spektroskopi serapan atom. Konsentrasi ion logam pengganggu divariasi mulai dari 10 ppm sampai dengan 500 ppm. Hal ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh konsentrasi ion logam pengganggu terhadap selektivitas pemisahan. Dengan menggunakan prosedur kerja yang sama, dilakukan uji selektivitas terhadap ion logam pengganggu yang lain yaitu ion logam Cu(II), Fe(III), Zn(II), dan Pb(II).
b. Uji selektivitas campuran ion logam pengganggu tanpa penyaringan
Pada larutan [AuCl4]- ditambahkan berturut-turut larutan AgNO3, larutan CuSO4, larutan FeCl3, larutan ZnSO4, dan larutan Pb(NO3)2. Harga pH larutan diukur dengan pH-meter. Campuran ditambah dengan larutan surfaktan DTMAB 10-3M, kemudian campuran dimasukkan dalam reaktor agregasi dan dilakukan agitasi pada kecepatan dan lama waktu agitasi optimumnya. Campuran didiamkan selama waktu tinggal optimumnya. Agregat disaring dan konsentrasi emas ditentukan dengan spektroskopi serapan atom. Konsentrasi perak, tembaga, besi, seng, dan timbal yang ada dalam filtrat ditentukan dengan alat yang sama. Dengan menggunakan prosedur kerja yang sama, harga pH divariasi mulai dari 0 sampai dengan 5. Hal ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh pH terhadap selektivitas pemisahan.
c. Uji selektivitas campuran ion logam pengganggu dengan penyaringan
Prosedur kerja yang dilakukan sama seperti pada langkah b, hanya dalam langkah ini dilakukan penyaringan sebelum ditambahkan larutan surfaktan amonium
kuaterner. Konsentrasi campuran ion logam pengganggu yang ditambahkan divariasi, masing-masing dengan konsentrasi 10 ppm, 25 ppm, 50 ppm, 75 ppm, dan 100 ppm.
d. Uji selektivitas terhadap anion
Prosedur kerja yang dilakukan sama seperti pada langkah a, tetapi ion logam pengganggu diganti dengan anion, masing-masing adalah ion sulfat, nitrat, bromida, dan iodida.
4. Rekoveri emas dihitung dengan rumus, R = C / Co x 100 %. R adalah rekoveri emas, Co dan C masing-masing adalah konsentrasi awal dan akhir dari emas.
3. Hasil Penelitian
3.1 Uji selektivitas terhadap ion logam tunggal
Hasil penelitian menunjukkan bahwa selektivitas pemisahan emas dipengaruhi oleh konsentrasi ion logam pengganggu. Selektivitas pemisahan emas terhadap ion logam Ag (I) adalah yang paling buruk dibandingkan dengan ion logam Cu(II), Fe(III), Zn(II), dan Pb(II). Gambar 1, menyajikan pengaruh konsentrasi ion logam pengganggu terhadap selektivitas pemisahan emas.
0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 10 25 50 75 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Konsentrasi ion logam pengganggu (ppm) Koefisien selektivitas Ag Cu Fe Zn Pb
Gambar 1. Pengaruh konsentrasi ion logam pengganggu terhadap koefisien selektivitas pemisahan emas
3.2 Uji selektivitas campuran ion logam pengganggu tanpa penyaringan
Dalam penelitian ini telah dipelajari pengaruh pH terhadap selektivitas pemisahan emas. Hasil penelitian menunjukkan bahwa selektivitas pemisahan emas terhadap ion logam Ag(I) dan Fe(III) sangat dipengaruhi oleh pH larutan. Selektivitas pemisahan emas terhadap ion logam Cu(II), Zn(II), dan Pb(II), pada rentangan pH antara 0 sampai dengan 4, tidak terpengaruh oleh perubahan harga pH larutan (pada Gambar 2, nampak bahwa titik-titik untuk ion logam Cu(II), Zn(II), dan Pb(II) saling berimpitan).
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 pH Larutan Ag Cu Fe Zn Pb
Gambar 2. Pengaruh pH terhadap koefisien selektivitas pemisahan emas sebelum dilakukan penyaringan
Dalam penelitian ini telah diupayakan untuk mengatasi keberadaan ion logam Ag(I), antara lain dengan menambahkan larutan amonia sehingga akan terbentuk kompleks [Ag(NH3)2]+ yang diharapkan tidak akan berinteraksi dengan surfaktan amonium kuaterner. Hasil penelitian menunjukkan bahwa dengan penambahan larutan amonia, maka harga pH naik menjadi 10,2. Di samping itu, telah dicoba juga dengan menambahkan campuran buffer, namun harga pH masih cukup tinggi yaitu sekitar 6,7. Hal ini tidak efektif karena pada harga pH diatas 6, pembentukan agregat emas dengan surfaktan amonium kuaterner tidak terbentuk.
3.3 Uji selektivitas campuran ion logam pengganggu dengan penyaringan
Cara lain untuk mengatasi spesies ion Ag(I) adalah dengan penyaringan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pada pH sekitar 2, spesies ion Ag(I) berubah menjadi AgCl, sehingga dengan penyaringan maka keberadaan ion logam Ag(I) tidak lagi mengganggu proses rekoveri emas. Keberadaan ion logam Fe(III), pada harga pH < 1, dapat mengganggu proses pemisahan emas, namun pada pH 1,5 keberadaan ion Fe(III) tidak lagi mengganggu proses pemisahan emas. Keberadaan ion logam Cu(II), Zn(II), dan Pb(II), pada rentangan pH antara 0 sampai dengan 4, tidak mengganggu proses pemisahan emas (pada Gambar 3, nampak bahwa titik-titik untuk ion logam Cu(II), Zn(II), dan Pb(II) saling berimpitan). 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 pH Larutan Ag Cu Fe Zn Pb
Gambar 3. Pengaruh pH terhadap koefisien selektivitas pemisahan emas setelah dilakukan penyaringan
3.4 Uji selektivitas terhadap anion
Pengaruh dari anion sulfat, nitrat, bromida, dan iodida secara umum dapat dijelaskan bahwa keberadaan anion tersebut tidak mempengaruhi hasil rekoveri emas yang berhasil dipisahkan. Secara kinetika, keberadaan anion tersebut mempengaruhi waktu pembentukan partikel primer lebih lama, yaitu dari 15 detik menjadi 25 detik.
4. Pembahasan
Dalam diagram spesiasi kompleks, keberadaan masing-masing spesies ion kompleks dari berbagai jenis logam merupakan fungsi pH10). Oleh karena itu, keberadaan masing-masing spesies ion logam dan jumlah fraksinya dalam hubungannya dengan fungsi pH, secara mudah dapat diketahui. Hal ini sangat membantu dalam mengembangkan metode pemisahan, terutama yang berhubungan dengan selektivitas pemisahan. Dengan mengatur pH larutan, dapat dikondisikan bahwa spesies ion logam tertentu berada dalam jumlah maksimal. Spesies ion logam tersebut dapat diikat dengan menggunakan adsorben (misalnya surfaktan), sementara spesies ion logam lain yang tidak dikehendaki dapat dipisahkan. Asumsi dasar inilah yang digunakan untuk mengembangkan selektivitas pemisahan dalam penelitian ini.
Berdasarkan atas diagram spesiasi kompleks dan tabel keberadaan spesies ion logam dalam lingkungan asam klorida10), telah dikembangkan selektivitas pemisahan logam emas dengan metode agregasi hidrofobik. Pada harga pH lebih besar dari 1, keberadaan spesies ion-ion logam Cu(II), Fe(III), Zn(II), dan Pb(II), semuanya berada dalam bentuk kationik. Dengan demikian, ion logam tersebut secara teori tidak mengganggu dalam proses pemisahan logam emas dengan metode agregasi hidrofobik. Hal ini disebabkan karena surfaktan yang digunakan adalah surfaktan yang bersifat kationik dan mekanisme pembentukan partikel primer melewati mekanisme pasangan ion6), sehingga surfaktan amonium kuaterner tidak mungkin berinteraksi dengan ion-ion logam tersebut untuk membentuk partikel primer. Dalam penelitian ini, yang menjadi persoalan adalah keberadaan spesies ion Ag(I). Spesies ion Ag(I), dalam rentangan pH antara 0 sampai dengan 0,8 berada dalam bentuk kompleks [AgCl2]-, sedangkan dalam rentangan pH antara 0,8 sampai dengan 1,0 akan terjadi perubahan dari [AgCl2]- menjadi AgCl. Keberadaan AgCl dapat bercampur dengan agregat emas, sedangkan keberadaan [AgCl2] -dimungkinkan dapat berinteraksi dengan surfaktan kationik amonium kuaterner dan membentuk partikel primer.
Pengaruh pH terhadap selektivitas pemisahan emas menunjukkan bahwa ion logam Ag(I) sangat terpengaruh oleh perubahan harga pH. Pada harga pH < 1, selektivitas pemisahannya kurang baik, pada harga pH > 1, selektivitas pemisahannya semakin tidak
baik. Selektivitas pemisahan emas terhadap ion logam Fe(III), menunjukkan bahwa pada pH < 0,5 selektivitas pemisahannya kurang baik, dan pada harga pH antara 1,5 sampai dengan 4, selektivitas pemisahannya sangat baik. Selektivitas pemisahan emas terhadap ion-ion logam Cu(II), Zn(II), dan Pb(II), pada rentangan pH antara 0 sampai dengan 4 adalah sangat baik (Gambar 2).
Dalam penelitian ini telah diupayakan untuk mengatasi keberadaan ion Ag(I), antara lain dengan penambahan larutan amonia sehingga terbentuk kompleks [Ag(NH3)2]+ yang diharapkan tidak akan berinteraksi dengan surfaktan amonium kuaterner. Hasil penelitian menunjukkan bahwa dengan penambahan larutan amonia maka harga pH naik menjadi 10,2. Di samping itu, telah dicoba dengan menambahkan campuran buffer, namun harga pH masih cukup tinggi yaitu sekitar 6,7. Hal ini tidak efektif karena pada harga pH lebih besar dari 6, pembentukan agregat emas dengan surfaktan amonium kuaterner tidak dapat terbentuk.
Cara lain untuk mengatasi spesies ion Ag(I) adalah dengan sistem penyaringan endapan AgCl yang terbentuk. Dalam pemisahan emas dengan metode agregasi hidrofobik yang dikembangkan ini, semua ion logam berada dalam sistem larutan. Logam-logam yang tidak berada dalam sistem larutan secara otomatis sudah terpisah pada waktu dilakukan penyaringan. Dengan mengatur sistem larutan pada harga pH antara 1,0 sampai dengan 2,0 maka secara otomatis keberadaan spesies ion Ag(I) sudah terpisah dari sistem larutan. Hal ini disebabkan karena keberadaan spesies perak terendap dalam bentuk AgCl. Hasil penelitian menunjukkan bahwa tanpa penyaringan, selektivitas pemisahan emas terhadap ion Ag(I) adalah kurang baik dan setelah dilakukan penyaringan selektivitas pemisahannya menjadi lebih baik (Gambar 3).
Pengaruh dari anion sulfat, nitrat, bromida, dan iodida, secara umum dapat dijelaskan bahwa keberadaan anion tersebut tidak mempengaruhi hasil rekoveri emas. Secara kinetika keberadaan anion tersebut berpengaruh terhadap waktu pembentukan partikel primer menjadi lebih lama, yaitu dari 15 detik menjadi 25 detik, namun hal ini tidak berpengaruh secara signifikan terhadap waktu pemisahan emas dengan metode agregasi hidrofobik.
Berdasarkan hasil uji selektivitas pemisahan emas terhadap pengaruh konsentrasi ion logam pengganggu menunjukkan bahwa selektivitas pemisahan emas dipengaruhi oleh
banyaknya konsentrasi masing-masing ion logam pengganggu yang ada dalam sampel penelitian. Semakin besar konsentrasi ion logam pengganggu maka selektivitas pemisahannya cenderung mengalami penurunan (Gambar 1).
Keberadaan ion logam pengganggu dalam sistem larutan, merupakan penghalang dalam proses pembentukan partikel primer dan proses pembentukan agregat emas. Semakin besar konsentrasi ion logam pengganggu dalam sampel penelitian, maka proses pembentukan partikel primer dan proses pembentukan agregat emas semakin terhambat. Hal ini mengakibatkan rekoveri emas yang diperoleh semakin kecil.
Hasil rekoveri akhir yang diperoleh dalam penelitian ini, masing-masing dengan surfaktan DTMAB, TTMAB, dan HTMAB berturut-turut adalah sebesar 92,60 ± 0,89 %; 90,30 ± 1,32 %; dan 89,40 ± 1,51 %.
5. Kesimpulan
Metode agregasi hidrofobik yang dikembangkan dalam penelitian ini dapat memisahkan logam emas dengan selektivitas yang tinggi terhadap pengaruh ion-ion logam pengganggu yang meliputi ion logam Ag(I), Cu(II), Fe(III), Zn(II), dan Pb(II). Selektivitas pemisahan emas terhadap ion-ion logam pengganggu dipengaruhi oleh pH larutan dengan pH optimum sebesar 2,0. Hasil rekoveri akhir dengan surfaktan DTMAB, TTMAB, dan HTMAB berturut-turut adalah sebesar 92,60 ± 0,89 %; 90,30 ± 1,32 %; dan 89,40 ± 1,51 %.
Daftar Pustaka
1. Shouci, L., dan Zongfu, D., ”Separation of Ultrafine Mineral Particles by Hydrophobic Aggregation Methods in: Plumpton, A.J. (Editor), Proc.Int. Symposium on The Production and Processing of Fine Particles”, Canadian Inst. of Mining and
Metallurgy, Pergamon Press, New York, 309 – 316 (1988).
2. Sitomurni, A.I., ”Proses Shear Flocculation dan Penerapannya dalam Benefisiasi Mineral”, Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi, 58, 22 – 34 (1994).
3. Rubio, J., dan Hoberg, H., ”The Process of Separation of Fine Mineral Particles by Flotation with Hydrophobic Polymeric Carrier”, International Journal of Mineral
Processing, 37, 109 – 122 (1993).
4. Miessler, G. L., dan Tarr, D. A., ”Inorganic Chemistry”, Prentice-Hall Inc., London, 84 – 177 dan 271 – 338 (1991).
5. Rosen, M. J., ”Surfactants and Interfacial Phenomena”, John Willey and Sons, New York, 40 – 71 (1978).
6. Suharta, Surdia, N.M., Buchari, dan Onggo, D., ”Mekanisme Pembentukan Partikel Primer dari Kompleks [AuCl4]- dengan Surfaktan Kationik Amonium Kuaterner”,
Prosiding Seminar Kimia Bersama ITB-UKM Keempat, FMIPA-ITB, 433 – 442
(2000).
7. Sparrow, G.J., dan Woodcock, J.T, ”Cyanide and Other Lixiviant Leaching Systems for Gold with Some Practical Applications”, Mineral Processing and Extractive
Metallurgy Review, 14, 193 – 247 (1995).
8. Abrantes, L.M., dan Costa, M.C., ”Electro-oxidation as a Pretreatment for Gold Recovery”, Hydrometallurgy, 40, 99 – 110 (1994).
9. Bruckard, W.J., Sparrow, G.J., dan Woodcock, J.T., ”Gold and Silver Extraction from Hellyer Lead-Zinc Flotation Middlings Using Pressure Oxidation and Thiourea Leaching”, Hydrometallurgy, 34, 17 – 41 (1993).
10. Aprahamian, V.H., dan Demopoulos, G.P., ”The Solution Chemistry and Solvent Extraction Behavior of Cu, Fe, Ni, Zn, Pb, Sn, Ag, As, Sb, Bi, Se and Te in Acid Chloride Solution Reviewed from The Standpoint of PGM Refining”, Mineral
