ELECTROWINNING Cu

HIDRO – ELEKRO METALURGI

ARDI TRI LAKSONO

3334100485

UNIVERSITAS SULTAN AGENG TIRTAYASA

CILEGON – BANTEN

2013

2

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL ...........................................................................................1

DAFTAR ISI........................................................................................................2

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang................................................................................3

1.2 Tujuan Percobaan............................................................................5

1.3 Batasan Masalah..............................................................................5

1.4 Sistematika Penulisan......................................................................6

BAB II PRINSIP PROSES

2.1 Teori Dasar......................................................................................7

2.2 Leaching..........................................................................................8

2.3 Solvent Extraction...........................................................................8

2.4 Electrowinning Cu...........................................................................9

2.5 Aplikasi Industri............................................................................11

BAB III ASPEK TEMODINAMIKA DAN KINETIKA METALURGI

3.1 Aspek Termodinamika Metalurgi.................................................13

3.2 Aspek Kinetika Metalurgi.............................................................13

BAB IV KESIMPULAN

4.1 Kesimpulan....................................................................................15

DAFTAR PUSTAKA

3

BAB I

LATAR BELAKANG

1.1 Pendahuluan

Pada proses industri hulu metalurgi umumnya akan didapat berbagai

macam bijih yang bervariasi untuk proses industrinya tersebut. Seperti

bentuk ukuran dan kadarnya. Untuk yang berukuran besar akan direduksi

ukurannya agar didapat ukuran yg sesuai dengan prosesnya. Sementara itu

pada tahap selanjutnya pengolahan bijih akan tergantung pada kadar yang

terdapat pada bijih itu sendiri. Pada bijih kadar tinggi proses akan dilakukan

menggunakan pirometalurgi, sementara yang memiliki kadar rendah akan

masuk ke jalur proses hidrometalurgi ataupun elektrometalurgi.

Elektrometalurgi adalah proses ekstraksi suatu bijih logam

memanfaatkan arus listrik untuk menjalankan. Dan permasalahan yang

muncul adalah ketika industri mendapatkan bijih–bijih dengan kadar rendah.

Maka akan dilakukan suatu teknik recovery agar pemasalahan teratasi. Salah

satu teknik yang dapat dipakai adalah teknik electrowinning sebagai cara

agar didapatkan produk logam dengan kadar tinggi meskipun dari bijih

kadar rendah.

Electrowinning adalah proses recovery logam berharga dengan kadar

rendah menggunakan prinsip elektrolisis dimana menggunakan arus listrik

dari anoda ke katoda untuk mendapatkan logam dari larutan kaya hasil

4

leaching yang nantinya logam berharga akan menempel dikatoda berbentuk

pelat mengikuti bentuk pelat yang dipasang dikatoda. Dipresentasikan

pertama kali pada tahun 1847 oleh Maximilian Leuchtenberg secara

eksperimental.

Gambar 1. Maximilian Luechtenberg

Setelahnya pabrik pertama dibuat oleh James Elkington dimana

mematenkan proses secara komersial pada tahun 1865 dan membuka pabrik

pertama di Pembrey, Wales pada tahun 1870. Dan berikut adalah gambaran

pabrik di Pembrey.

Gambar 2. Pabrik di Pembrey

5

Secara komersial pabrik Electrowinning pertama dibuat ada di

Amerika Serikat yaitu Balbach and Sons Refining and Smelting Company di

Newark, New Jersey pada tahun 1883.

Gambar 3. Balbach and Sons Refining and Smelting Company

1.2 Tujuan Penulisan

Adapun tujuan dari penulisan makalah ini adalah untuk memenuhi

tugas mata kuliah Hidro-Elektro Metalurgi. Selain itu juga agar penulis serta

mahasiswa lainnya memahami proses electrowinnung tembaga.

1.3 Batasan Masalah

Dalam makalah ini penulis membahas mengenai electrowinning

tembaga yaitu mengenai sejarah, prinsip, alur proses, serta aspek

termodinamika dan kinetika metalurginya. Aplikasi dari pemakaian

electrowinning diindustri pun termasuk kedalam batasan masalah sebagai

bukti manfaat adanya teknologi dari proses electrowinning ini bagi industri.

6

1.4 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan pada laporan ini terdiri dari lima bab. Bab I

menjelaskan mengenai latar belakang, tujuan penulisan, batasan masalah,

dan sistematika penulisan. Bab II menjelaskan mengenai prinsip proses

yang berisi mengenai teori dasar yang mendukung dan menjelaskan

bagaimana teknik ini dapat berjalan serta aplikasinya dalam industri. Bab III

menjelaskan mengenai aspek termodinamika metalurgi dan kinetika

metalurgi yang berhubungan dengan proses pada makalah ini. Serta Bab IV

menjelaskan mengenai kesimpulan dari makalah ini.

7

BAB II

PRINSIP PROSES

2.1 Teori Dasar

Prinsip dasar pada teknik recovery pada ekstraksi tembaga (Cu) kadar

rendah ini memanfaatkan pregnant solution hasil leaching menggunakan

proses electrolysis. Electrolysis adalah proses mengubah energi listrik

menjadi reaksi kimia. Dimana proses electrolysis ini membutuhkan energi

listrik untuk reaksinya berlangsung serta anoda (sebagai kutub positif) dan

katoda (sebagai kutub negatif) serta elektrolit sebagai tempat berpindahnya

ion-ion selama reaksi dari proses elektrolisis ini berlangsung. Dapat dilihat

skema prosesnya seperti gambar berikut:

Gambar 4. Skema electrolysis

Sementara pada proses electrowinning yang menjadi anoda adalah

paduan Pb lalu yang menjadi katoda adalah stainless steel polos. Elektrolit

yang dipakai adalah pregnant solution hasil leaching tembaga.

8

2.2 Leaching

Leaching adalah proses melarutkan logam berharga menggunakan

pelarut selektif yang disebut leaching agent. Proses leaching sendiri

umumnya dilakukan untuk logam-logam oksida dengan pelarut yang umum

dipakai adalah h2so4 dan hcl. Maka dari itu untuk dapat melakukan

leaching terhadap logam sulfida harus mendapatkan keadaan- keadaan

tertentu, karna sulitnya melarutkan logam sulfida maka jarang sekali logam

sulfida melalui tahap hidromet biasanya logam sulfida diberikan proses

praolahan dipirometalurgi seperti kalsinasi roasting dan aglomerasi. Setelah

menjadi logam oksida barulah masuk ke tahap hidromet bila dibutuhkan.

Tembaga sendiri di alam sebanyak 80% berikatan dengan sulfur membentuk

tembaga sulfida dengan berbagai jenis macamnya. Namun pada makalah ini

penulis berasumsi bila proses leaching dilakukan didalam aqueous solution

secara bacterial leaching menggunakan bantuan bacteria enzym catalyst

sehingga akan didapatkan ion Cu++ dalam pregnant solution. Dengan reaksi

seperti berikut:

Cu2S + 2,5O2 + H2SO4 → 2Cu++ + 2SO4-- + H2O (1)

2.3 Solvent Extraction

Dalam proses elektrowinning sangat direkomendasikan untuk

melakukan proses bila kadar dari tembaga pada elektrolit diatas 35 kg/m3.

Tujuannya agar kandungan tembaga terjamin selalu tersedia untuk dapat

melapisi permukaan katoda, selain itu juga agar didapatkan kehalusan,

9

kepadatan, kemurnian yang tinggi, dan layak jual pada tembaga dikatoda.

Maka dari itulah dilakukan solvent extraction. Karna solvent extraction

mampu untuk menyediakannya.

Cara melakukan proses solvent extraction yaitu :

1. mencampurkan larutan hasil pelindian dengan ektrak larutan organik

khusus tembaga

2. memisahkan secara gravitasi larutan leaching yang tembaganya sudah

dikosongkan (raffinate) dari tembaga yang menyimpan ekstrak organik.

3. mengirim kembali raffinate yang memiliki Cu rendah ke proses

leaching.

4. mengirim tembaga yang menyimpan ekstraktan organik untuk kontak

dengan H2SO4 kuat elektrolit electrowinning (170-200 kg H2SO4/m3),

menyebabkan Cu menjadi dilucuti dari organik dan menjadi elektrolit.

5. memisahkan dengan gravitasi ekstraktan organik Cu yang akan

dipisahkan dari larutan elektrolit yang diperkaya Cu++

6. selanjutnya ekstraktan organik yang dipisahkan digabung dengan

pregnant leach solution.

7. mengirim elektrolit yang diperkaya Cu++ ke elektrowinning dimana Cu++

sendiri dalam elektrodeposit adalah sebagai logam tembaga murni

2.4 Electrowinning Cu

Prinsip dasar dari kerja electrowinning Cu sesuai dengan prinsip

elektrolisis dimana anoda oksidasi (+) dan katoda reduksi (-), konduktor

10

listrik untuk membawa arus, dan elektrolit sebagai konduktor ion.

Menggunakan larutan kaya hasil leaching (CuSO4). Cu dalam elektrolit

disebut elektrowon sebagai logam tembaga murni. Anoda yang dipakai

lembaran paduan Pb-Sn-Ca hasil roll dan katodanya lembaran Stainless

Steel polos. Waktu produksinya sekitar 1 minggu pengerjaan dengan

kandungan tembaga pada elektrolit umumnya sekitar 45 kg/m3.

Produk electrowinning adalah:

1. Logam tembaga murni di katoda

2. Gas oksigen di anoda

3. Regenerasi asam sulfat dalam larutan.

Laju pelapisan umumnya berkisar 0,25 - 0,5 Kg Cu/ jam pada katoda.

Electrowinning berlangsung dengan merendam katoda logam dan anoda

inert (tapi konduktif) di elektrolit CuS04-H2S04-H20 untuk dapat

menjalankan prosesnya, memberikan potensial listrik antara anoda dan

katoda, pelapisan logam tembaga murni dari elektrolit ke katoda, kebutuhan

energi untuk electrowining ±2000 kWh/ ton tembaga dan tahanan listrik

±300 A/m2, serta dilakukan pada temperatur sekitar 65oC. Keberhasilan dari

proses electrowinning ditentukan dengan efisiensi arus diatas 95%.

Reaksi pada katoda :

Cu++ + 2e- → Cu0 ε0 = + 0,34 V (2)

Reaksi pada anoda :

H20 → H+ + OH- → ½O2 + 2H+ + 2e- ε0 = -1.23 V(3)

11

Reaksi keseluruhan :

Cu++ + SO4-- + H2O → Cu0 + ½ O2 + 2H++ SO4-- ε0 = -0,89 V (4)

2.5 Aplikasi Industri

Aplikasi electrowinning Cu merupakan metoda recovery yang dipakai

di PT. FREEPORT. Dimana PT. FREEPORT menggunakan proses

Electrometal-Electrowinning (EMEW). EMEW adalah suatu proses

Electrowinning yang dimodifikasi mengikuti bentuk dari pelat logam.

Pertama kali dikembangkan tahun 1994 oleh electrometal mining limited di

australia. Tampilan fisik dari EMEW berbentuk tabung tidak seperti

electrolysis pada umumnya yang berupa bak besar yang didalamnya disusun

elektroda. Sel EMEW dibentuk dengan anoda yang berada ditengah dan

katoda sebagai batas bagian dalam tabungnya. Berikut ini adalah gambar

skema kinerja EMEW.

Gambar 5. Skema EMEW

12

Sistem kerja pada EMEW yaitu dengan larutan yang dipompakan

memasuki tabung dengan kecepatan tinggi, mengalir secara melingkar

didalam tabung sehingga terjadi kontak antara ion-ion tembaga dengan

permukaan dalam katoda secara kontinu diperbarui dan keseimbangan

antara pasokan (distribusi dan jumlah ion logam dalam larutan ) dengan

permintaan (jumlah arus yang diberikan pada elektroda) lebih bersifat

langsung dan lebih efektif daripada yang terjadi pada sel konvensional.

Sumber energinya yaitu tiga pembangkit listrik tenaga uap di lokasi

tambangnya dengan kapasitas masing-masing 65 megawatt. Serta memiliki

tambahan pembangkit bertenaga diesel untuk membantu pengoperasian

tambang.

13

BAB III

ASPEK TERMO-KINETIKA METALURGI

3.1 ASPEK TERMODINAMIKA METALURGI

Untuk mengetahui suatu proses electrowinning dapat berjalan atau

tidak kita dapat menghitungnya dengan rumus energi potensial. Seperti

dijelaskan sebagai berikut.

ε = ε 0 - (RT/nF) ln K

Dengan:

ε = Energi potensial elektroda (v)

ε0 = Energi potensial standar elektroda(v)

R = 0,082 (L atm/ mol K)

T = Temperatur (K)

n = Jumlah ion bereaksi

F = Bilangan Faraday

K = konstanta kesetimbangan

3.2 ASPEK KINETIKA METALURGI

Untuk mengetahui bagaimana laju kinetika proses elektrowinning

berjalan kita dapat menghitungnya menggunakan hukum I Faraday. Sebagai

berikut :

W= Eit/96500

Dengan:

14

W = berat dalam gram

E = berat ekuivalen, (berat atom/ valensi)

i = arus, Ampere

t = waktu, detik

F = bilangan Faraday = 96500

15

BAB IV

KESIMPULAN

Dari pembahasan yang tertulis dalam makalah ini maka dapat ditarik

kesimpulan bila electrowinning termasuk kedalam bidang ilmu hidro-elektro

metalurgi. Electrowinning bertujuan untuk mendapatkan tembaga murni.

Electrowinning menggunakan prinsip elektrolisis dengan anoda inert dan katoda

yang akan terlapisi yang terendam dalam larutan kaya (elektrolit) hasil leaching

tembaga.

16

DAFTAR PUSTAKA

Davenport, W.G. 2002. Extractive Metallurgy of Copper Fourth Edition.

Elsevier : Oxford, United Kingdom.

UNIT PROCESSES OF EXTRACTIVE METALLURGY-

HIDROMETALLURGY

http://www.alpensteel.com/article/50-104-energi-sungai-pltmh--micro-

hydro-power/3749--pt-pln-akan-membangun-pembangkit-listrik-

yang-bersumber-dari-sungai-urumuka-timika.html

Hersubeno, J.B. 2010. INSTALASI PENGOLAHAN AIR ASAM DAN

TAMBANG PT. FREEPORT INDONESIA. ENERGI.