HIDRO-ELEKTROMETALURGI
LAPORAN PRAKTIKUM HIDRO-ELEKTROMETALURGI Acara 5 – Pemurnian Larutan : Carbon Adsorption
Dewa Gde Yoga S1, Abdullah2, Aulia3, Errandy4, Firmansyah5, Nabil6, Syahwanul7, dan Syifa8
1Program Studi Teknik Metalurgi, Fakultas Teknologi Mineral, UPN Veteran Yogyakarta, Kampus 2 UPN Babarsari 55281, Indonesia
Abstrak. Proses pemurnian larutan hasil leaching dapat dilakukan dengan adsorpsi karbon aktif. Pada metode ini dilakukan pengikatan logam berharga ke dalam pori-pori karbon. Metode ini dapat diterapkan dalam carbon in leach, carbon in pulp,dan carbon in coloumn. Tipe karbon yang digunakan yaitu aneka kimia, power, norit, calgon, tohoma dan troycarb. Tipe karbon itu dilakukan pengujian sieving test, hardness test, dan gold adsorption test. Hasil dari perhitungan aktivitas karbon menunjukkan bahwa nilai yang didapat dalam % pada tipe aneka kimia sebesar 50,8 ; power 54,2 ; norit 52,9 ; calgon 100 ; tohoma 81,1 ; dan troycarb 85,7. Nilai profit yang didapat dalam USD/bulan yaitu aneka kimia 1232,37 ; power 860,1182 ; norit -294,59 ; calgon 489,5092 ; tohoma 995,2785 ; dan troycarb 1290,914. Dari perhitungan tersebut disimpulkan bahwa troycarb dapat dipilihan untuk proses pemurnian larutan emas karena memiliki nilai profit yang tinggi dengan % aktivitas karbon yang cukup besar.
Keyword : Karbon Aktif, Pemurnian, dan Adsorpsi
1. Pendahuluan
Perkembangan industri yang pesat, menyebabkan pemanfaatan logam berat baik untuk alat pengoperasian, maupun industri yang memroduksi logam sebagai produk utamanya semakin meningkat. Indonesia merupakan negara yang memiliki sumber daya mineral yang melimpah dan sering dimanfaatkan untuk kebutuhan manusia. Beberapa contoh logam berharga hasil eksploitasi sumber daya alam mineral yang pemanfaatannya luas dan berkaitan langsung dengan kebutuhan hidup masyarakat yaitu emas, nikel, perak, dan tembaga.
Dalam proses ekstraksi, salah satu metode yang dapat digunakan yaitu metode hidrometalurgi. Metode ini biasanya dilakukan dengan cara melarutkan suatu bijih menggunakan larutan aqueous seperti asam sianida dengan temperatur < 200ºC. Dalam ekstraksi bijih tembaga maupun emas, kandungan tembaga atau emas yang terdapat didalamnya akan keluar sebagai larutan kaya dan harus dilakukan pengolahan lebih lanjut untuk mendapatkan logam yang diinginkan. Proses lanjutan yang dapat dilakukan yaitu pemurnian larutan hasil leaching atau pemisahan solid-liquid dan recovery sehingga kadar logam berharga yang terdapat didalamnya dapat mengalami peningkatan sedangkan mineral pengotor akan terjadi penurunan hingga kadar tertentu.
Setelah tahapan ekstraksi dengan metode leaching selesai dilakukan, dilanjutkan dengan tahap pemurnian larutan hasil leaching sebelum proses recovery. Hal ini dilakukan agar proses recovery dapat berjalan dengan lebih optimal. Dalam tahapan pemurnian hasil leaching terdapat berbagai metode yang dapat dilakukan seperti adsorpsi karbon aktif, ekstraksi pelarut (solvent extraction), dan resin penukar ion (ion exchange).
Metode adsorpsi karbon aktif lebih sering digunakan
karena memiliki beberapa keuntungan, seperti lebih ekonomis dan tidak menimbulkan efek samping yang beracun serta mampu menghilangkan bahan-bahan organik. Dalam metode ini, karbon aktif digunakan sebagai adsorben. Karbon aktif merupakan suatu padatan yang berpori dengan kandungan karbon sebesar 85-95% dan memiliki daya serap yang besar [1]
Pemisahan solid-liquid yang dengan metode adsorpsi karbon aktif dilakukan dengan cara mengikat larutan kaya mineral berharga yang telah larut menggunakan karbon aktif. Karbon aktif ini pada dasarnya dibuat menggunakan bahan baku yang memiliki kandungan karbon didalamnya. Bahan baku yang digunakan tergantung dari penggunaan karbon aktif, ketersediaan bahan baku, serta kelayakan ekonomi untuk mengubah bahan baku menjadi karbon aktif.
Contoh bahan baku yang dapat digunakan yaitu tempurung kelapa, kayu, kulit kacang, gambut, serbuk gergaji, kulit kemiri, dan batubara [4].
2. Landasan Teori
Pemurnian larutan hasil leaching merupakan proses yang dapat dilakukan dengan berbagai cara sehingga dapat dihasilkan logam berharga dengan kadar yang lebih tinggi dari sebelumnya. Metode yang dapat dilakukan dalam proses ini yaitu seperti adsorpsi karbon aktif, ekstraksi pelarut (solvent extraction), dan resin penukar ion (ion exchange). Dalam metode adsorpsi karbon aktif, mekanisme yang dijalankan yaitu dimana larutan kaya hasil dari proses leaching akan diikat oleh pori-pori permukaan karbon aktif. Hal ini disebabkan oleh keselektifan dari karbon aktif dalam mengadsorpsi emas [5].
Pada umumnya, karbon yang digunakan dalam proses adsorpsi dengan karbon aktif perlu menjalani
proses pengaktifan karbon. Proses pengaktifan karbon ini dilakukan dengan cara menghilangkan hidrogen atau fraksi kaya hidrogen dari bahan mentah yang terdapat unsur karbon sehingga dihasilkan residu yang memiliki pori-pori terbuka. Proses ini dicapai dalam dua tahap.
Pada tahap pertama disebut sebagai tahap karbonisasi, dimana dilakukan pemanasan dengan suhu sekitar 500°C pada bahan dengan ditambahkan reagen dehidrasi. Sebagian pengotor dihilangkan atau tetap sebagai residu seperti tar yang ada pada karbon. Atom karbon akan dibebaskan hingga batas tertentu dan diklasifikasikan bersama sebagai formasi kristalografi yang disebut juga kristalit elementer. Dalam formasi ini menghasilkan produk dengan luas permukaan antara 10- 500 m2/gram atau bahkan 1000 m2/gram yang sebagian besar dikarenakan pembentukan mikropori. Tahap kedua yaitu terdiri dari memaparkan material karbon ke atmosfir udara oksidasi, karbon dioksida, dan atau oksigen (udara) dengan suhu yang digunakan sebesar 700-1000°C. Hal ini dilakukan agar residu seperti tar dapat terbakar dan juga mengembangkan struktur pori yang terdapat di dalam karbon. Reaksi yang berlanjut akan menghasilkan burnout pada lapisan karbon secara sebagian atau keseluruhan. Hal ini akan menghasilkan pelebaran pada pori-pori sehingga permukaan kristal elementer yang terbentuk selama karbonisasi dapat terlihat. Selanjutnya terdapat situs aktif yang merupakan tepi atom karbon dan sudut kristalit elementer pada cacat atau diskontinuitas akan bersifat sangat reaktif karena valensi yang tidak jenuh. Aktivasi karbon dikatalisis dengan besi, tembaga, oksida, dan karbonat dari logam alkali. Biasanya proses ini dilakukan saat reaktivasi karbon yang terjadi pada pabrik ekstraksi emas dengan cara menambahkan uap ke dalam tanur reaktivasi [3].
Karbon aktif ini merupakan bahan karbon yang telah mengalami proses karbonisasi untuk meningkatkan porositasnya. Karbon aktif ini berupa material amorf berbahan organik dengan luas permukaan berkisar antara 300-2000 m2/gram. Struktur pori internal yang dimiliki sangat mengembang. Luas permukaan yang besar didapatkan dari struktur pori-pori yang sangat mengembang sehingga memiliki kemampuan dalam mengadsorpsi gas, uap, ataupun material yang terlarut atau terdispersi dalam cairan. Pori-pori dari karbon aktif ini diklasifikasikan ke dalam 3 kelompok berdasarkan ukuran jari-jari dari pori-pori karbon aktif yaitu makro pori, meso pori, dan mikro pori. Makro pori memiliki besar jari-jari sebesar >25 nm yang berfungsi untuk mempercepat molekul-molekul adsorbat menuju pori- pori lebih kecil yang terletak di dalam. Pada jenis meso pori memiliki jari-jari sebesar 1-25 nm yang berfungsi untuk menangkap bahan yang diserap serta menjadi jalan masuk menuju ke mikro pori. Sedangkan yang terakhir yaitu mikro pori memiliki jari-jari sebesar <1 nm yang paling berperan dalam adsorpsi. Struktur pori dari karbon aktif ini selalu mengandung ketiga kelompok pori-pori tersebut dalam strukturnya. Struktur ini memiliki peran yang penting dalam menentukan kinerja karbon aktif sebagai adsorben [4]. Karbon aktif digolongkan sebagai karbon non-grafit, dimana hal ini disebabkan oleh kerapatan yang dimiliki rendah dan strukturnya yang berpori.bahan yang dapat gunakan
dalam memproduksi karbon aktif salah satunya berasal dari limbah pertanian seperti cangkang dari kelapa sawit, kulit buah, tempurung kelapa, akar, batang, kulit kayu, bunga, dan daun. Dalam memilih bahan dasar yang akan digunakan untuk menghasilkan karbon aktif terdapat beberapa kriteria yang dapat dipertimbangan seperti kandungan karbon tinggi, kandungan zat anorganik yang rendah sehingga hasil abu yang dihasilkan rendah, tingkat degradasi rendah pada penyimpanan, dan kemungkinan menghasilkan karbon aktif dengan persen yang tinggi [2].
Karbon aktif ini digunakan dalam proses adsorpsi yang dimana adsorpsi tersebut merupakan peristiwa penyerapan atau penarikan molekul-molekul zat terlarut, ion, ataupun partikel terdispersi dalam fasa ruahnya pada permukaan padat adsorben yang disebabkan oleh gaya tarik menarik antara adsorbat dengan permukaan adsorben [4]. Adsorbat ini merupakan zat cair atau gas yang terikat oleh zat padat, sedangkan adsorben merupakan zat padat yang dapat mengikat atau melakukan penyerapan. Struktur kimia dari adsorben sangat berpengaruh terhadap proses adsorpsi karena adsorpsi pada logam berat tersebut dapat terjadi yang disebabkan oleh adanya interaksi antara gugus fungsi aktif dari adsorben [6]. Atom serta molekul pada permukaan dalam karbon aktif yang tersebar secara merata menyebabkan gaya tarik menarik yang dilakukan dapat merata pada seluruh permukaan dari adsorben. Dimana gaya tarik menarik ini dapat dilakukan oleh molekul dalam fase gas atau cair dan terikat pada permukaan dari adsorben. Adsorpsi yang dilakukan oleh karbon aktif ini dapat bergantung pada luas permukaan zat padat dan karakteristik dari permukaan. Porositas dari adsorben berpengaruh agar kapasitas adsorpsi dari adsorben bernilai tinggi. Selain itu, gaya dorong adsorpsi bergantung pada afinitas adsorbat terhadap pelarut dan terhadap adsorben [4].
Dalam proses adsorpsi terdapat dua metode yang dapat mengakibatkan adsorpsi tersebut terjadi yaitu adsorpsi fisik dan adsorpsi kimia. Adsorpsi fisik ini bersifat reversibel dimana dapat terjadinya secara bolak- balik. Proses ini merupakan proses penyerapan adsorbat ke permukaan adsorben karena adanya gaya Van der Waals yang terjadi antara adsorbat dan adsorben. Yang dimaksud dari proses reversibel yaitu proses penyerapan dapat bersifat balik dan dapat dilepas kembali ke pelarut. Pada prosesnya, panas penyerapan hampir sama dengan panas yang dilepaskan saat proses deadsorpsi oleh adsorbat. Nilai dari panas adsorpsi fisik yaitu <40 kJ/mol, sehingga tidak cukup untuk melakukan pemutusan ikatan kimia. Adsorpsi ini umumnya dilakukan pada suhu yang rendah, sehingga tingkat penyerapan akan semakin tinggi. Adsorpsi karbon aktif dimana ion logam pada larutan masuk ke permukaan karbo aktif termasuk dalam adsorpsi fisik. Sedangkan adsorpsi kimia merupakan adsorpsi yang melibatkan ikatan valensi sebagai hasil pemakaian bersama elektron oleh adsorbat dan adsorben serta bersifat irreversibel.
Panas yang bekerja pada metode ini yaitu 40-80 kJ/mol.
Sehingga ikatan kimia yang terjadi pada adsorbat akan terputus. Hal ini mengakibatkan energi yang ada dalam proses adsorpsi tidak sama dengan kalor saat desorpsi.
Untuk memisahkan adsorbat dari adsorben maka proses
desorpsi memerlukan energi yang lebih tinggi. Adsorpsi ini terjadi pada temperatur yang tinggi dengan karakter kapasitas adsorpsi meningkat seiring dengan temperatur [4].
Dalam adsorpsi karbon aktif terjadi reaksi kimia yang berlangsung terhadap emas (Au) dan perak (Ag) dalam metode tersebut, yaitu :
2Au(CN)2-
(aq) + Ca+(aq) + 2C(s) → Ca[C-Au(CN)2]2(s)
2Ag(CN)2-
(aq) + Ca+(aq) + 2C(s) → Ca[C-Ag(CN)2]2(s)
Dari reaksi tersebut, sifat selektif yang dimiliki karbon aktif akan berikatan dengan aurosianida (2Au(CN)2-) dan argentosianida (2Ag(CN)2-). Senyawa-senyawa tersebut akan masuk dan berikatan pada pori-pori yang dimiliki oleh karbon aktif. Au dan Ag pada awalnya berfasa liquid, tetapi ketika sudah berikatan dengan karbon aktif akan berubah fasa menjadi solid. Dalam reaksi di atas terdapat penambahan ion Ca+, dimana hal ini disebabkan oleh limestone yang ditambahkan saat proses leaching. Ion Ca+ yang berlebihan akan berdampak buruk saat proses adsorpsi berlangsung dimana dapat menyebabkan terjadinya carbon fouling.
Umumnya, adsorpsi karbon aktif ini dapat dilakukan dengan menggunakan metode carbon in leach (CIL), carbon in pulp (CIP),dan carbon in coloumn (CIC).
Pada metode carbon in leach (CIL), proses adsorpsi dilakukan dengan penambahan karbon aktif yang diberikan saat proses leaching berlangsung di dalam tangki leaching. Metode ini biasanya digunakan untuk tipe bijih karbonat untuk menghindari peristiwa pregrobbing yang dapat disebabkan oleh karbon organik yang ada pada bijih. Pada umumnya metode ini lebih ekonomis dibandingkan dengan carbon in pulp, karena proses adsorpsi yang dilakukan pada tangki yang sama dengan tangki leaching. Selanjutnya yaitu metode carbon in pulp (CIP). Metode ini merupakan metode adsorpsi yang dilakukan menggunakan karbon aktif yang diaplikasikan pada tangki yang berbeda dengan tangki leaching. Proses ini lebih fleksibel dibandingkan CIL karena jumlah tangki adsorpsi dapat ditambahkan sesuai dengan kebutuhan. Proses adsorpsi dikonfigurasi dengan aliran counter current yang terjadi dimana slurry dari tangki leaching dialirkan ke tangki pertama, sedangkan penambahan karbon aktif dimulai dari tangki terakhir. Hal ini menyebabkan karbon aktif yang ada pada tangki terakhir memiliki muatan emas yang lebih tinggi dari pada yang terdapat pada tangki terakhir.
Sedangkan pada tangki terakhir, karbon memiliki muatan emas terendah dengan aktivasi yang paling tinggi. Metode ini memiliki tantangan dalam mengontrol efisiensi penyaringan karbon antar tangki untuk memastikan aliran slurry tetap sesuai dengan yang diinginkan. Terakhir yaitu metode carbon in coloumn (CIC). Metode ini dilakukan proses adsorpsi menggunakan karbon aktif terjadi pada tangki yang berbeda dengan tangki untuk proses leaching. Sebelum proses CIC berlangsung, terlebih dahulu dilakukan pemisahakn solid-liquid. Proses CIC ini dilakukan untuk merekoveri emas dan perak dari larutan hasil leaching yang disebut pregnant leach solution (PLS) untuk mengikat kembali emas yang terdapat dalam tailing. PLS tersebut dialirkan menuju kolom-kolom
adsorpsi yang sebelumnya sudah diisikan dengan karbon aktif [7].
Terdapat beberapa faktor yang penting yang dapat mempengaruhi koefisien dari proses adsorpsi karbon aktif. Faktor tersebut yaitu faktor fisik dan faktor kimia.
Yang pertama adalah faktor fisik dimana hal ini meliputi ukuran partikel, tipe bijih, efisiensi dari pengadukan (agitasi), serta pengaruh dari % solid. Sedangkan pada faktor kimia yang mempengaruhi efisiensi adsorpsi meliputi suhu, konsentrasi dari sianida, konsentrasi emas, serta kekuatan ionik.
Dalam faktor fisik, karbon yang memiliki aktivitas tinggi akan memiliki bentuk yang lebih lunak karena struktur pori yang dimiliki berukuran luas sehingga kekuatan mekanik dari karbon akan semakin berkurang.
Dikarenakan kekuatan mekanik yang dimiliki karbon tersebut kecil sehingga karbon akan lebih mudah terjadi atrisi dan menyebabkan kerugian akibat dari hilangnya karbon memberikan dampak terhadap emas yang terikat juga akan hilang. Ukuran partikel dari karbon juga berpengaruh, dimana karbon yang dipilih yaitu karbon yang memiliki ukuran partikel kecil dengan aktivitas yang tinggi dan luas permukaan yang lebih besar karena berguna dalam meminimalisir terjadinya atrisi dari agitasi. Untuk karbon dengan ukuran yang besar akan lebih berpotensi terjadi atrisi sehingga menyebabkan kehilangan emas yang terikat. Dalam proses agitasi atau pengadukan memiliki dampak dimana semakin cepat pengadukan yang dilakukan maka semakin banyak karbon yang akan mengalami atrisi atau keausan karena terkikis. Keoptimalan dari laju pengadukan ini dapat meningkatkan laju dari adsorpsi. Selain itu Jika agitasi yang terjadi antara partikel karbon dengan cairan relatif kecil, permukaan film dari liquid sekitar partikel akan menjadi tebal dan difusi film akan terbatas. Sedangkan pengaruhnya dari % solid, dimana dengan % solid yang tinggi menyebabkan pori-pori dari karbon aktif tertutup oleh butiran halus dari slurry sehingga % solid ini harus dijaga dengan optimal [3].
Pada faktor kimia, terjadinya proses adsorpsi ini berlangsung secara eksotermis, dimana ketika temperatur mengalami penaikan, maka ikatan atom pada karbon mengalami pelemahan sehingga daya serap yang dimiliki karbon akan menurun. Hal selanjutnya yang berpengaruh secara kimia yaitu konsentrasi dari sianida yang digunakan. Sianida yang dimaksud yaitu sianida bebas yang terdapat dilarutan bukan yang ada pada aurosianida. Dimana konsentrasi dari sianida ini perlu dijaga agar tidak terlalu tinggi. Pada konsentrasi sianida bebas yang tinggi, dapat menyebabkan sianida ini akan ikut terikat dengan karbon. Pada faktor kekuatan ionik, larutan bernilai satu mengartikan bahwa dalam larutan tersebut tidak ada mineral lain sehingga karbon dapat menyerap emas lebih optimal. Penurunan pH larutan akan meningkatkan laju adsorpsi dan kapasitas pemuatan. Dalam praktiknya, pH yang digunakan biasanya berada di atas 10, hal ini dilakukan untuk menghindari hilangnya sianida karena hidrolisis.
Dalam proses adsorpsi juga terdapat carbon fouling. Hal ini juga dapat disebut pengotoran karbon atau terperangkapnya secara fisik pada spesies larutan dan konstituen bijih lainnya yang dapat menimbulkan dampak buruk pada efisiensi adsorpsi emas [3].
Dalam melihat kegunaan dan pengujian terhadap karbon yang akan digunakan, biasanya dilakukan tiga pengujian seperti sieving test, gold adsorption test, dan hardness/agitation test. Pada pengujian sieving test ini digunakan untuk melihat distribusi ukuran karbon yang masih dalam kondisi baik. Pada pengujian gold adsorption test dilakukan untuk mengetahui kecepatan daya adsorpsi karbon tersebut dalam mengadsorpsi emas yang ada pada larutan kaya. Terakhir yaitu pengujian hardness/agitation test yang dilakukan untuk mengetahui daya tahan dari karbon terhadap atrisi atau keausan yang diakibatkan dari putaran agitator yang mengenai karbon atau gesekan slurry selama proses adsorpsi tersebut berjalan.
3. Metode Penelitian
Pada praktikum dengan acara carbon adsorption dilakukan dengan menggunakan alat dan bahan yang akan dijelaskan lebih rinci di bawah.
3.1 Peralatan
Terdapat beberapa peralatan yang digunakan dalam praktikum Carbon Adsorption diantaranya yaitu :
3.1.1 Magnetic Stirrer
Magnetic stirrer merupakan alat yang digunakan untuk melakukan proses pengadukan dengan bantuan magnet berbentuk seperti tabung panjang yang dimasukkan ke dalam gelas beker. Dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Magnetic Stirrer
3.1.2 Timbangan Digital
Timbangan digital merupakan alat yang digunakan untuk menimbang berat dari karbon aktif serta CuSO4. Dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2. Timbangan Digital
3.1.3 Gelas Beker
Gelas beker merupakan alat yang digunakan sebagai wadah dari larutan yang akan digunakan pada proses adsorpsi serta untuk melakukan penimbangan karbon dan larutan. Dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3. Gelas Beker
3.1.4 Ayakan (Screen)
Ayakan (screen) merupakan alat yang digunakan untuk menyaring dan mengetahui distribusi ukuran dari karbon aktif yang digunakan dalam proses adsorpsi.
Dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 4. Ayakan (screen)
3.1.5 Pipet Gondok
Pipet gondok merupakan alat yang digunakan untuk mengambil larutan dalam jumlah tertentu untuk mengecek serta dilakukan proses sampling. Dapat dilihat pada Gambar 5.
Gambar 5. Pipet Gondok
3.1.6 Gelas Ukur
Gelas ukur merupakan alat yang digunakan untuk mengukur volume larutan setelah diambil menggunakan pipet gondok. Dapat dilihat pada Gambar 6.
Gambar 6. Gelas Ukur
3.1.7 Stopwatch
Stopwatch merupakan alat yang digunakan untuk mengetahui lamanya waktu adsorpsi yang dilakukan oleh karbon aktif. Dapat dilihat pada Gambar 7.
Gambar 7. Stopwatch
3.2 Bahan
Adapun bahan yang digunakan dalam praktikum carbon adsorption, antara lain :
3.2.1 Karbon Aktif
Karbon aktif merupakan bahan utama yang digunakan untuk proses adsorpsi sebagai adsorben. Dapat dilihat pada Gambar 8.
Gambar 8. Karbon Aktif
3.2.2 Larutan CuSO4
Larutan CuSO4 merupakan suatu sampel uji yang akan dilakukan proses adsorpsi. Dapat dilihat pada Gambar 9.
Gambar 9. Larutan CuSO4
3.2.3 Aquades
Aquades merupakan bahan yang digunakan untuk membantu membersihkan karbon aktif. Dapat dilihat pada Gambar 10.
Gambar 10. Aquades
3.2 Prosedur Praktikum
Pada pengujian carbon adsorption menggunakan karbon aktif dengan sampel uji yaitu larutan CuSO4
dilakukan dengan menyiapkan alat dan bahan terlebih dahulu sebelum memulai percobaan. Percobaan dilakukan dengan 2 metode yaitu metode pertama merupakan sieving test. Sieving test diawali dengan melakukan penimbangan karbon aktif sebanyak 50 gram. Dapat dilihat pada Gambar 11.
Gambar 11. Penimbangan sampel karbon aktif
Setelah penimbangan selesai dilakukan, dilanjutkan dengan melakukan pengayakan pada karbon aktif
tersebut di ayakan dengan ukuran 4 mm dan 1,19 mm.
hal ini berguna untuk mengetahui distribusi ukuran dari karbon aktif yang digunakan dalam proses adsorpsi.
Dapat dilihat pada Gambar 12.
Gambar 12. Mengayak karbon aktif
Selanjutnya melakukan penimbangan pada karbon aktif yang tertahan pada ukuran ayakan 4 mm, 1,19 mm, dan yang lolos kedua ayakan tersebut. Penimbangan ini dilakukan di alat timbangan digital serta menggunakan gelas beker sebagai wadah dari karbon tersebut Dapat dilihat pada Gambar 13.
Gambar 13. Menimbang karbon aktif yang sudah diayak
Selanjutnya, dilanjutkan dengan metode kedua yaitu gold adsorption dimana pada prosesnya dilakukan penimbangan karbon aktif sebanyak 4 gram dan larutan CuSO4 sebanyak 500 mL.larutan CuSO4 tersebut dilakukan pengadukan dengan magnetic stirrer. Tujuan dari proses ini yaitu untuk mengetahui laju adsorpsi logam pada larutan pelindi. Dapat dilihat pada Gambar 14.
Gambar 14. Proses pengadukan larutan CuSO4
Pada laurtan yang dilakukan pengadukan tersebut, setiap 10 menit dilakukan pengambilan sampel sebanyak 10 mL menggunakan pipet gondok lalu
dimasukkan ke dalam tabung reaksi. Dapat dilihat pada Gambar 15.
Gambar 15. Sampel yang diambil
Setelah itu, dilakukan penambahan karbon 4 gram yang sudah ditimbang tadi pada larutan yang sedang diaduk. Dapat dilihat pada Gambar 16.
Gambar 16. Penambahan karbon ke dalam larutan
Selanjutnya dilakukan proses adsorpsi dengan karbon aktif menggunakan magnetic stirrer. Sampel larutan dilakukan pengambilan pada menit ke 30, 45, 60, 90, dan 120 menit dimana akan dilakukan pengujian dan analisis berdasarkan hasil yang diperoleh. Dapat dilihat pada Gambar 17.
Gambar 17. Proses adsorpsi
4. Hasil Pengamatan
Pada praktikum Carbon Adsorption, data yang digunakan merupakan data sekunder yang diberikan oleh asisten laboratorium untuk dilakukan perhitungan.
4.1 Hasil Data Pengamatan
Data yang diberikan dapat dilihat pada tabel di bawah ini.
Tabel 1. Data Hasil Sieving Test
Tabel 2. Data Hasil Hardness Test
Tabel 3. Data Hasil Gold Adsorption Test
Tabel 4. Data Hasil Perhitungan Aktivitas Karbon Aktif dan Waktu Penyerapan Ion Emas
Tabel 5. Data Hasil Kalkulasi Ekonomi Karbon Aktif
4.2 Perhitungan
Dalam perhitungan terdapat beberapa parameter yang ingin didapatkan dengan menggunakan beberapa rumus, yaitu :
1. Basis penggunaan karbon 600 kg karbon/bulan
2. Waktu yang dibutuhkan karbon untuk menyerap emas sebanyak 50 %
- y = −mx + C - ln[Au] lt = −k. t + ln[Au] lo - ln C50 = −k. t + C
- C50 = 0,5 × Kadar emas pada 0 menit
- t = lnC50−C−K
3. Aktivasi karbon aktif
Waktu Adsorpsi Karbon Tercepat (menit) Waktu Adsorpsi Masing−masing Tipe Karbon
= Aneka Kimia Masing−masing Tipe Karbon
4. Nominal yang diperlukan untuk mengganti karbon yang hilang (CP($))
CP(usd) = HC (usd) × C(kg) Keterangan :
- CP (usd) :
Biaya yang diperlukan untuk mengganti karbon yang hilang
- HC (usd) :
Harga masing-masing karbon - C(kg) :
Jumlah karbon yang diperlukan untuk mengganti karbon yang hilang
5. Nominal yang diperlukan untuk mengganti emas didalam karbon yang hilang (GP(usd))
GP(usd) = CL(kg) × G(ppm) × 0,001 × Harga emas × 0,00353 Keterangan :
- CL(kg) = Karbon yang hilang
- G(ppm) = Emas yang teradsorpsi karbon - Harga emas (USD/oz)
- 0,001 = ppm → kg - 0,00353 = oz → kg
6. Biaya operasional total perbulan (TOT(usd)) TOT(usd) = CP (usd) + GP (usd) Keterangan :
- CP(usd) :
Nominal yang diperlukan untuk mengganti karbon yang hilang
- GP(usd) :
Nominal yang diperlukan untuk mengganti emas didalam karbon yang hilang
7. Income / pendapatan perbulan (INC(usd)) NC(usd) = Basis penggunaan karbon ×
G(ppm)x 0,001 x Harga emas x 0,0353 Keterangan :
- Basis pengunaan karbon = 600 kg/bulan - G(ppm) = Emas yang teradsorpsi karbon
4,75 0,0 2,3 4,2 0,4 0,0 0,0
3,35 6,6 20,0 91,7 86,4 2,7 0,2
2,36 20,1 75,6 0,8 10,0 68,7 0,8
1,7 70,8 1,4 0,1 0,3 26,6 18,7
1,2 1,8 0,5 0,0 1,0 1,2 80,3
-1,2 0,7 0,2 3,2 1,9 0,8 0,0
Total 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0
Size (mm)
%Wt distribution
Aneka Kimia Power Norit Calgon Tohoma Troycarb
(+)1,2 96,65 82,18 59,66 78,33 90,20 98,88
(-)1,2 3,35 17,82 40,34 21,67 9,80 1,12
Total 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00
Troycarb Size (mm)
%Wt distribution
Aneka Kimia Power Norit Calgon Tohoma
0 9,98 10,03 10,05 10,09 10,07 10,08
30 6,87 7,37 7,74 5,35 6,31 6,41
45 6,39 6,36 6,33 4,56 5,18 5,34
60 5,22 4,95 5,06 2,99 3,56 3,21
90 4,07 3,85 3,87 1,95 2,47 2,41
120 3,48 3,14 3,24 1,38 1,90 1,32
Time (minutes)
[Au] Solution Assay
Aneka Kimia Power Norit Calgon Tohoma Troycarb
0 2,3006 2,3056 2,3076 2,3115 2,3096 2,3106
30 1,9272 1,9974 2,0464 1,6771 1,8421 1,8579
45 1,8547 1,8500 1,8453 1,5173 1,6448 1,6752
60 1,6525 1,5994 1,6214 1,0953 1,2698 1,1663
90 1,4036 1,3481 1,3533 0,6678 0,9042 0,8796
120 1,2470 1,1442 1,1756 0,3221 0,6419 0,2776
C 2,2365 2,2789 2,2914 2,2254 2,2574 2,3377
m (-k) -0,0088 -0,0099 -0,0099 -0,0167 -0,0143 -0,0170
R^2 0,9785 0,9860 0,9823 0,9842 0,9816 0,9849
C50 4,9900 5,0150 5,0250 5,0450 5,0350 5,0400
ln C50 1,6074 1,6124 1,6144 1,6184 1,6164 1,6174
t 0,5 71,5478 67,0616 68,7140 36,3494 44,8371 42,4138
Activity 50,80% 54,20% 52,90% 100,00% 81,07% 85,70%
Time (minutes)
ln[Au] Solution Assay
Aneka Kimia Power Norit Calgon Tohoma Troycarb
2,34 2,13 4,48 4,21 3,38 2,68
0 0 0 0 0 0
50 50 50 50 50 50
1250 1250 1250 1250 1250 1250
Profit/loss calculation
47,034 227,7396 1084,34 547,3842 198,744 18,0096 44,34563 235,8923 534,001 286,8566 129,7275 14,826 91,37963 463,6319 1618,34 834,2408 328,4715 32,8356 1232,37 860,1182 -294,59 489,5092 995,2785 1290,914 Fine carbon loss kg/month
Gold in fine carbon g/t (ppm)
Gold price USD/oz
Calgon Tohoma Troycarb
Carbon price USD/kg
Item Unit Aneka
Kimia Power Norit
USD/month
Profit USD/month
Gold loss in fine carbon USD/month
Gross Revenue/ Income USD/month 1323,75
Total operational cost
Carbon backup USD/month
Remark Supplier data
Predicted from hardness test result Based on sampling
Cost for replacing carbon loss from CIL circuit Value of gold loss from fine carbon loss Income if there is no carbon loss in the process
- Harga emas (USD/oz) - 0,001 = ppm → kg - 0,00353 = oz → kg
5. Pembahasan
Pemurnian larutan hasil leaching (solution purification) dengan metode adsorpsi karbon aktif dapat dilakukan pada larutan hasil leaching, slurry hasil leaching, atau bisa juga dengan memasukkan karbon saat proses leaching itu berlangsung. Metode ini memiliki tujuan yaitu untuk meningkatkan kadar logam berharga yang diinginkan dengan menggunakan karbon aktif sebagai adsorben yang dapat mengikat logam berharga dimana logam yang diinginkan akan masuk ke dalam pori-pori dari karbon, sedangkan pengotor tidak ikut terikat bersama dengan logam berharga. Hal ini dapat meningkatkan kemurnian produk akhir yang lebih tinggi dari sebelumnya.
Dalam mekanisme adsorpsi yang merupakan peristiwa penyerapan zat yang terlarut, ion, maupun partikel yang terdispersi dalam fasa ruahnya pada permukaan padat adsorben yang diakibatkan karena gaya tarik menarik antara zat yang diadsorb dan permukaan adsorben. Gaya tarik menarik ini dapat dilakukan oleh molekul-molekul dalam fasa gas atau cair dan terikat pada permukaan adsorben. Karbon aktif yang digunakan memiliki sifat yang selektif, dimana akan bereaksi dengan aurosianida (2Au(CN)2-) argentosianida (2Ag(CN)2-) sehingga senyawa-senyawa tersebut akan terikat dan masuk ke dalam pori-pori karbon. Saat reaksi ini berlangsung terdapat perubahan fasa yang terjadi dari yang awalnya liquid menjadi solid karena berikatan dengan karbon. Dalam reaksi yang berlangsung selama proses, terdapat penambahan ion Ca+ yang disebabkan karena pada saat proses leaching berlangsung terjadi penambahan oleh limestone. Ion Ca+ akan berdampak buruk saat proses adsorpsi berlangsung dimana menyebabkan terjadinya carbon fouling. Reaksi yang terjadi dalam proses adsorpsi ini yaitu :
2Au(CN)2-
(aq) + Ca+(aq) + 2C(s) → Ca[C-Au(CN)2]2(s)
2Ag(CN)2-
(aq) + Ca+(aq) + 2C(s) → Ca[C-Ag(CN)2]2(s)
Adsorpsi pada karbon aktif bergantung pada luas permukaan zat padat dan juga karakteristik permuakaan dari karbon aktif tersebut. Kapasitas adsorpsi dari adsorben akan memiliki nilai yang besar, dimana dipengaruhi oleh porositas dari adsorben yang sangat berperan.gaya dorong dari adsorpsi sangat bergantung pada afinitas adsorbat terhadap pelarut dan terhadap adsorben. Terdapat beberapa faktor yang penting yang dapat mempengaruhi koefisien dari proses adsorpsi karbon aktif. Faktor tersebut yaitu faktor fisik dan faktor kimia. Yang pertama adalah faktor fisik dimana hal ini meliputi ukuran partikel, tipe bijih, efisiensi dari pengadukan (agitasi), serta pengaruh dari % solid.
Sedangkan pada faktor kimia yang mempengaruhi efisiensi adsorpsi meliputi suhu, konsentrasi dari sianida, konsentrasi emas, serta kekuatan ionik.
Dalam faktor fisik, karbon yang memiliki aktivitas tinggi akan memiliki bentuk yang lebih lunak karena struktur pori yang dimiliki berukuran luas sehingga kekuatan mekanik dari karbon akan semakin berkurang.
Dikarenakan kekuatan mekanik yang dimiliki karbon tersebut kecil sehingga karbon akan lebih mudah terjadi atrisi dan menyebabkan kerugian akibat dari hilangnya karbon memberikan dampak terhadap emas yang terikat juga akan hilang. Ukuran partikel dari karbon juga berpengaruh, dimana karbon yang dipilih yaitu karbon yang memiliki ukuran partikel kecil dengan aktivitas yang tinggi dan luas permukaan yang lebih besar karena berguna dalam meminimalisir terjadinya atrisi dari agitasi. Untuk karbon dengan ukuran yang besar akan lebih berpotensi terjadi atrisi sehingga menyebabkan kehilangan emas yang terikat. Dalam proses agitasi atau pengadukan memiliki dampak dimana semakin cepat pengadukan yang dilakukan maka semakin banyak karbon yang akan mengalami atrisi atau keausan karena terkikis. Keoptimalan dari laju pengadukan ini dapat meningkatkan laju dari adsorpsi. Selain itu Jika agitasi yang terjadi antara partikel karbon dengan cairan relatif kecil, permukaan film dari liquid sekitar partikel akan menjadi tebal dan difusi film akan terbatas. Sedangkan pengaruhnya dari % solid, dimana dengan % solid yang tinggi menyebabkan pori-pori dari karbon aktif tertutup oleh butiran halus dari slurry sehingga % solid ini harus dijaga dengan optimal.
Pada faktor kimia, terjadinya proses adsorpsi ini berlangsung secara eksotermis, dimana ketika temperatur mengalami penaikan, maka ikatan atom pada karbon mengalami pelemahan sehingga daya serap yang dimiliki karbon akan menurun. Hal selanjutnya yang berpengaruh secara kimia yaitu konsentrasi dari sianida yang digunakan. Sianida yang dimaksud yaitu sianida bebas yang terdapat dilarutan bukan yang ada pada aurosianida. Dimana konsentrasi dari sianida ini perlu dijaga agar tidak terlalu tinggi. Pada konsentrasi sianida bebas yang tinggi, dapat menyebabkan sianida ini akan ikut terikat dengan karbon. Pada faktor kekuatan ionik, larutan bernilai satu mengartikan bahwa dalam larutan tersebut tidak ada mineral lain sehingga karbon dapat menyerap emas lebih optimal.
Setelah selesai pengujian, dilakukan perhitungan terhadap data sekunder yang diberikan. Perhitungan ini dilakukan untuk mengetahui waktu yang dibutuhkan karbon untuk menyerap 50% emas. Variasi waktu yang ditetapkan yaitu 0, 30, 45, 60,90, dan 120 menit. Pada tipe aneka kimia memerlukan waktu selama 71,55 menit, power selama 67,06 menit, norit selama 68,71 menit, calgon selama 36,35 menit, tohoma selama 44,84 menit, dan terakhir troycarb selama 42,41 menit. Dari lamanya waktu yang didapatkan, dapat ditentukan bahwa tipe calgon menunjukkan proses adsorpsi yang paling cepat untuk emas sebanyak 50% dari pada tipe lainnya. Dari perhitungan aktivitas pada tiap tipe karbon, dimana hasilnya menunjukkan bahwa untuk tipe aneka kimia sebesar 50,8% ; power sebesar 54,2%
; norit sebesar 52,9% ; calgon sebesar 100% ; tohoma sebesar 81,1% ; dan troycarb sebesar 85,7%. Dari perhitungan aktivitas dapat ditentukan bahwa calgon memiliki nilai aktivitas terbesar. Dari perolehan lama waktu dan nilai aktivitas yang didapatkan, maka
pendekatan reaksi kimia yang dapat dipilih secara teoritis yaitu jenis calgon Selanjutnya, hal ini dapat digambarkan ke dalam grafik yang disajikan pada Gambar 18 dan Gambar 19 sebagai berikut,
Gambar 18. Grafik laju adsorpsi karbon
Gambar 19. Grafik aktivitas karbon
Selanjutnya juga dilakukan perhitungan pada segi ekonomi karena dalam pembangunan suatu industri, faktor ekonomi juga dapat mempengaruhi tipe karbon yang lebih ekonomis untuk digunakan dan tidak menimbulkan kerugian perusahaan yang besar. Hal yang diperhatikan terkait perhitungan ekonomi yaitu harga dari masing-masing tipe karbon serta banyaknya kehilangan karbon dan emas yang dapat terjadi.
Perhitungan yang dilakukan terhadap kehilangan karbon setiap bulan produksi sehingga akan lolos pada hardness test menunjukkan bahwa pada tipe karbon aneka kimia sebesar 20,1 kg, power sebesar 106,92 kg, norit sebesar 242,04 kg, calgon sebesar 130,02 kg, tohoma sebesar 58,8 kg, dan troycarb sebesar 6,72 kg.
Setelah itu, dilakukan perhitungan terhadap pendekatan ekonomi sehingga nantinya akan didapatkan nilai profit dari masing-masing tipe karbon yang menunjukkan bahwa pada tipe aneka kimia sebesar 1232,37 USD/bulan, power sebesar 860,1182 USD/bulan, norit sebesar -294,59 USD/bulan, calgon sebesar 489,5092 USD/bulan, tohoma sebesar 995,2785 USD/bulan, dan troycarb sebesar 1290,914 USD/bulan. Dari hasil perhitungan kehilangan dan nilai profit maka dapat dilihat bahwa kehilangan karbon tiap bulan produksi terbesar terjadi pada tipe karbon calgon, sedangkan pada
perolehan nilai profit terbesar ada pada tipe karbon troycarb. Dari keseluruhan yang telah didapatkan maka dapat ditarik kesimpulan bahwa penggunakan tipe karbon troycrab merupakan tipe yang paling tepat digunakan dalam industri. Hal ini dikarenakan tipe troycarb lebih ekonomis dibandingkan dengan yang lainnya sehingga perusahaan tidak mengalami kerugian walaupun waktu proses yang dilakukan tipe karbon ini bukan tipe karbon yang tercepat.
Penerapan karbon yang digunakan dapat diterapkan ke dalam beberapa metode seperti carbon in leach (CIL), carbon in pulp (CIP),dan carbon in coloumn (CIC). Pada metode carbon in leach (CIL), penambahan karbon aktif dilakukan pada tangki leaching secara langsung. Umumnya, penggunaan metode ini dilakukan pada tipe bijih karbonat yang mengandung karbon organik untuk menghindari terjadinya gold pregrobbing yang bisa terjadi karena karbon organik yang ada pada bijih. Peristiwa gold pregrobbing terjadi dimana mineral berharga atau emas akan teradsorpsi oleh karbonat dari bijih itu sendiri. Dari segi keekonomisan, penggunaan metode carbon in leach (CIL) jauh lebih ekonomis dari metode carbon in pulp (CIP) karena pada prosesnya dilakukan dalam satu tangki yang sama dan tidak memerlukan tambahan tangki yang lain. Contoh perusahaan yang menggunakan metode ini yaitu PT.
Agincourt Resources. Kedua yaitu metode carbon in pulp (CIP) yang merupakan proses adsorpsi yang dilakukan pada tangki yang berbeda dari tangki proses leaching dengan dilakukan proses pemompaan dari tangki leaching ke dalam tangki adsorpsi. Penambahan tangki adsorpsi bersifat fleksibel tergantung dari kebutuhan perusahaan. Pada metode ini, proses adsorpsi terjadi dimana slurry dari tangki leaching dialirkan ke tangki pertama, sedangkan penambahan karbon aktif dimulai dari tangki terakhir. Hal ini menyebabkan karbon aktif yang ada pada tangki terakhir memiliki muatan emas yang lebih tinggi dari pada yang terdapat pada tangki terakhir. Sedangkan pada tangki terakhir, karbon memiliki muatan emas terendah dengan aktivasi yang paling tinggi. Selanjutnya yaitu metode carbon in coloumn (CIC), dimana proses adsorpsi menggunakan karbon aktif terjadi pada tangki yang berbeda dengan tangki untuk proses leaching. Sebelum proses CIC berlangsung, terlebih dahulu dilakukan pemisahakn solid-liquid. Proses CIC ini dilakukan untuk merekoveri emas dan perak dari larutan hasil leaching yang disebut pregnant leach solution (PLS) untuk mengikat kembali emas yang terdapat dalam tailing. PLS tersebut dialirkan menuju kolom-kolom adsorpsi yang sebelumnya sudah diisikan dengan karbon aktif. Contoh perusahaannya yaitu PT. Bumisukses Indo.
6. Kesimpulan
Dari praktikum acara Carbon Adsorption yang terlah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa :
1) Waktu yang dibutuhkan karbon untuk menyerap 50% emas tiap tipe karbon
• Aneka kimia = 71,55 menit
• Power = 67,06 menit
• Norit = 68,71 menit
• Calgon = 36,35 menit
• Tohoma = 44,84 menit
• Troycarb = 42,41 menit 2) Hasil aktivitas pada tiap tipe karbon
• Aneka kimia = 50,8%
• Power = 54,2%
• Norit = 52,9%
• Calgon = 100%
• Tohoma = 81,15%
• Troycarb = 85,7%
3) Hasil profit pada tiap tipe karbon
• Aneka kimia = 1232,37 USD/bulan
• Power = 860,118 USD/bulan
• Norit = - 294,59 USD/bulan
• Calgon = 489,509 USD/bulan
• Tohoma = 995,279 USD/bulan
• Troycarb = 1290,91 USD/bulan 4) Hari hasil perhitungan terhadap profit yang akan
didapatkan serta pendekatan teknis seperti waktu dan aktivitas yang telah ditentukan, maka tipe karbon yang dapat digunakan yaitu tipe troycarb.
Hal ini disebabkan karena tipe troycarb lebih ekonomis dibandingkan dengan yang lainnya walaupun waktu proses yang dilakukan tipe karbon ini bukan tipe karbon yang tercepat.
Referensi
1. Anggriani, U. M., Hasan, A., & Purnamasari, I.
(2021). Kinetika Adsorpsi Karbon Aktif Dalam Penurunan Konsentrasi Logam Tembaga (Cu) dan Timbal (Pb). Jurnal Kinetika, 12(2), 29-37.
2. Lubis, R. A. F., Nasution, H. I., & Zubir, M. (2020).
Production of Activated Carbon from Natural Sources for Water Purification. Indonesian Journal of Chemical Science and Technology, 3(2), 67-73.
3. Marsden and House. (2006). Chemistry of Gold Extraction. Metallurgy and Exploration Inc. Amerika Serikat
4. Pitulima, J. (2018). Studi Daya Serap Karbon Aktif Batubara Terhadap Penurunan Kadar Logam Cu dalam Larutan CuSO4. Jurusan Teknik Pertambangan, Universitas Bangka Belitung.
5. Pratama, Z. N. Y. & Frideni, Y. P. G. F. (2021).
Aplikasi Adsorbsi Karbon dan Resin Penukar Ion Sebagai Pengganti Proses Merril Crowe. UPN
“Veteran” Yogyakarta.
6. Tuas, M. A. (2018). Penurunan Kadar Logam Tembaga Dan Besi Pada Limbah Cair Industri Perhiasan Emas Menggunakan Karbon Aktif Melalui Proses Presipitasi Dan Adsorpsi. Tesis Program Magister, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.
7. Zhafran, N. Y. P. & Frideni, Y. P. G. F. (2020).
Aplikasi Adsorbsi Karbon Dan Resin Penukar Ion Sebagai Pengganti Proses Merril Crowe. Jurnal Teknik Metalurgi dan Teknologi Pemrosesan,
Jurusan Teknik Metalurgi, UPN
"Veteran" Yogyakarta.
