Pirometalurgi

TEKNIK PENGOLAHAN TEMBAGA

Tembaga atau Cupper berlambang unsur Cu berasal dari bahasa yunani Kypros atau Siprus berarti merah. Tembaga adalah salah satu dari dua logam dibumi selain emas yang berwarna merah atau kekuningan, mempunyai nomor Atom 29 dengan kepadatan 8, 92g/ cm3 . Tembaga murni mencair pada suhu 1083° C dan akan menjadi uap atau mendidih pada suhu 2567° C pada tekanan normal.Dalam Sistim Periodik Unsur masuk di golongan IB, satu golongan dengan perak dan emas yang berarti bahwa tembaga adalah salah satu dari logam mulia, itu karena tingkat kereaktifannya yang rendah.

• Sifat-sifat tembaga antara lain:

1. Kuat dan Ulet2. Dapat ditempa3. Tahan Korosi4. Penghantar listrik dan panas yang baik5. Logam yang kurang aktif

Bijih tembaga yang terpenting adalah berupa sulfida seperti kalkosit dan kalkopirit. Penambangan tembaga di Indonesia terdapat di Papua ( irja) , Sulut, Jabar dan beberapa daerah lain di Indonesia.

• Penggunaan Tembaga

1. Untuk kawat listrik2. Untuk membuat logam paduanSeperti:• Kupronikel, terdiri dari 75% Cu dan Ni 25% , untuk membuat koin.• Duralium, terdiri dari Al 96% dan Cu 4% , untuk komponen pesawat.• Kuningan, terdiri dari Cu 70% dan Zn 30% , untuk alat musik dan berbagai aksesoris.

• Perunggu, terdiri dari Cu 95% dan Sn 5% , untuk membuat patung dan ornament

Tembaga ( II) sulfat, CuSO4.5H2O yang dikenal dengan nama terusi atau blue vitriol digunakan sebagai fungisida, misalnya pada kolam renang. Kegunaan lain adalah pada pemurnian tembaga dan penyepuhan dengan tembaga.

Tembaga di alam terdapat sebagai:

• Sulfida, seperti chalcopite, bronit, chalcocite, covelite.• Oksida, seperti cuprite, ferronite

Untuk pengolahan mineral tembaga menjadi tembaga batang dikenal 2 macan cara, yaitu:

A. Phyrometalurgi

Adalah suatu proses pengolahan mineral dengan dasar panas. Inti dari proses ini adalah pengolahan tembaga dengan melalui suatu proses yang bertujuan untuk mengubah pengotor senyawa Sulfida menjadi Oksida atau disebut dengan proses Roasting

CuFeS2+ 9O2 menjadi 2Cu2S+ 2Fe2O3+ 6SO2

Pada persamaan kimia diatas menunjukan bahwa proses Roasting bertujuan untuk mengubah Besi Sulfida menjadi Besi Oksida sedangkan Tembaga tetap Sulfida. Diubahnya besi sulfida menjadi besi oksida adalah agar pada proses selanjutnya yaitu smelting atau peleburan, tembaga sulfida akan mencair meninggalkan besi oksida yang bertitik cair lebih tinggi dan akan ditinggalkan sebagai terak pengotor, sedangkan tembaga yang telah mencair akan turun kebawah karena berat jenis tembaga yang lebih tinggi dari besi oksida. Adapun urutan prosesnya sebagai berikut:

1. Bijih tembaga dihaluskan dengan alat peremuk batuan2. Bijih dicampur air sehingga terbentuk slurry3. Slurry dimasukkan ke tangki sel flotasi dengan tujuan pemisahan dari mineral pengotor4. Diperoleh konsentrat Cu dalam bentuk Cu dengan kadar tinggi5. Diproses lanjut dalam pabrik pengawa-airan ( dewatering plant) untuk menghilangkan air dengan:• Penyaring putar• Pengeringan sampai di dapat konsentrat Cu yang kering6. Roasting atau pemanggangan bertujuan untuk proses reduksi pengotor7. Ekstraksi tembaga murni dari konsentrat tembaga dengan dengan:• Prometalurgi• Elektrolisis ( dengan arus listrik)

Namun seiring dengan kemajuan teknologi, proses Phyrometalurgi sudah tidak diterapkan untuk pengolahan tembaga, karena kemudian diketahui ada suatu proses yang lebih ekonomis untuk pengolahan tembaga yaitu hidrometalurgi. Phyrometalurgi tetap digunakan tetapi dipakai pada pengolahan-pengolahan mineral lain seperti nikel, manganese, chrom dll.

B. Hidrometalurgi

Hidrometalurgi adalah suatu proses pengolahan tembaga dari batuan alam dengan berdasar pada air sebagai pengolahnya, namun maksud air adalah bukan air biasa melainkan air yang telah dicampur dengan suatu asam tertentu sebagai reduktor. Hidrometalurgi dipakai karena keuntungan-keuntungannya antara lain :

o Biaya pengolahan yang rendah

o Recovery yang tinggio Proses pengolahan relatif mudaho Investasi alat yang rendah sehingga memungkinkan percepatan BEPo Proses pengolahan yang relatif lebih singkat

Pada proses ini dipakai suatu asam sebagai reduktor yaitu asam sulfat ( H2SO4) yang mudah didapatkan dan rendah biaya pengolahan. Dipakainya asam sulfat sebagai pereduktor adalah bertujuan untuk membentuk tembaga sulfat ( CuSO4.5H2O) . Tembaga adalah suatu unsur yang sangat mudah membentuk sulfida. Maka dari itu asam sulfat dipakai sebagai pilihan. Adapun prosesnya adalah sebagai berikut :

o Mula-mula batuan tembaga dihancurkan hingga menjadi halus sampai mess tertentu.o Selanjutnya tempatkan pada suatu tabung yang terbuat dari bahan tahan asam ( plastik, fiber, dll) lalu ditambah air dengan ukuran tertentu.o Kemudian tambahkan asam sulfat pekat sambil diaduk agar terbentuk larutan tembaga sulfat ( CuSO4.5H2O) .o Setelah terbentuk larutan tembaga sulfat pindahkan pada suatu tabung elektrolisis yang bertujuan untuk mengambil ion tembaga dari larutan tembaga sulfat yang terbentuk pada proses pengasaman.o Secara bertahap ambil tembaga yang menempel pada katoda, dan tembaga hasil dari katoda adalah tembaga murni.o Selanjutnya tembaga hasil dari katoda siap untuk proses peleburan pada tungku peleburan tembaga yang mampu menghasilkan suhu 1300° C.

Dari uraian diatas dapat disimpulkan bahwa pengolahan mineral tembaga untuk saat ini yang terbaik dan termurah dari biaya produksi adalah proses hidrometalurgi yang dilanjutkan dengan proses elektrolisa kemudian dilanjutkan dengan proses peleburan.Maka dari itulah kami menyarankan proses hidrometalurgi dan elektrolisis yang akan kami terapkan pada teknologi pengolahan untuk batuan dari Indonesia karena proses ini sangat tepat diterapkan untuk jenis batuan dari Indonesia.

Dapus : http://belajarmetalurgi.blogspot.com/2011/02/tugas-pirometalurgi.html

Dapus : http://repository.ui.ac.id/dokumen/lihat/1404.pdf

Suatu proses ekstraksi metal dengan memakai energi panas. Suhu yang dicapai ada yang hanya 50o - 250o C (proses Mond untuk pemurnian nikel), tetapi ada yang mencapai 2.000o C (proses pembuatan paduan baja). Yang umum dipakai hanya berkisar 500o - 1.600o C ; pada suhu tersebut kebanyakan metal atau paduan metal sudah dalam fase cair bahkan kadang-kadang dalam fase gas.

Umpan yang baik adalah konsentrat dengan kadar metal yang tinggi agar dapat mengurangi pemakaian energi panas. Penghematan energi panas dapat juga dilakukan dengan memilih dan memanfaatkan reaksi kimia eksotermik (exothermic).

Sumber energi panas dapat berasal dari :

1.  Energi kimia (chemical energy = reaksi kimia eksotermik).

2. Bahan bakar (hydrocarbon fuels) : kokas, gas dan minyak bumi.

3.  Energi listrik.

4. Energi terselubung/tersembunyi, panas buangan dipakai untuk pemanasan awal (preheating process).

Peralatan yang umumnya dipakai adalah :

1. Tanur tiup (blast furnace).

2. Reverberatory furnace.

Sedangkan untuk pemurniannya dipakai :

1. Pierce-Smith converter.

2. Bessemer converter.

3. Kaldo cenverter.

4. Linz-Donawitz (L-D) converter.

5. Open hearth furnace.

Proses pirometalurgi terbagi atas 5 proses, yaitu :

1. Drying (Pengeringan)

Adalah proses pemindahan panas kelembapan cairan dari material. Pengeringan biasanya sering terjadi oleh kontak padatan lembap denganpembakaran gas yang panas oleh pembakaran bahan bakar fosil. Pada beberapa kasus, panas pada pengeringan bisa disediakan oleh udara panas gas yang secara tidak langsung memanaskan.

Biasanya suhu pengeringan di atur pada nilai diatas titik didih air sekitar 120oC.pada kasus tertentu, seperti pengeringan air garam yang dapat larut, sushu pengeringan yang lebih tinggi diperlukan..

2. Calcining (Kalsinasi)

Kalsinasi adalah dekomposisi panas material. Contohnya dekomposisi hydrate seperti ferric Hidroksida menjadi ferric oksida dan uap air atau dekomposisi kalsium karbonat menjadi kalsium oksida dan karbon diosida dan atau besi karbonat menjadi bsi oksida.

Proses kalsinasi membawa dalam variasi tungku/furnace termasuk shaft furnace, rotary kilns dan fluidized bed reactor.

3. Roasting (Pemanggangan)

Adalah pemanasan dengan kelebihan udara dimana udara dihembuskan pada bijih yang dipanaskan disertai penambahan regen kimia dan pemanasan ini tidak mencapai titik leleh (didih).

Kegunaan Roasting adalah :

- Mengeluarkan sulfur, Arsen, Antimon dari persenyawaannya

- Merubah mineral sulfida menjadi oksida dan sulfur

- 2 ZnS + 3O2 2 ZnO + 2 SO4

- Membentuk material menjadi porous

- Menguapkan impurity yang foltair.

Dapur yang digunakan pada proses roasting, yaitu :

- Hazard Vloer Oven

- Suspensi roasting oven

- Fluiized bed roasting

Jenis-jenis roasting, yaitu :

a. Oksida Roasting

Biasanya dilakukan terhadap mineral-mineral sulfida pada temperatur tinggi (direduksi langsung). Pada temperatur rendah :

- sulfida logam dapat direduksi dengan Carbon membentuk CS dan CS2.

MS + C M M + CS

M2S + C 2M + CS2

- Tidak dapat direduksi langsung karena sulfida logam-logam lebih stabil dari CS dan CS2.

MS + 3/2 O2 MO + SO2

b. Reduksi Roasting

Adalah suatu proses pemanggangan dimana suatu oksida mengalami proses reduksi oleh suatu reduktor gas yang dimaksudkan untuk menurunkan derajat oksidasi suatu logam. Peristiwa reduksi ini tidak dapat tercapai untuk suatu oksida yang sangat stabil..

c. Chlor Roasting

Dalam proses ini, bijih/konsentrat dipanggang bersama senyawa klorida (CaCl2,NaCl) atau dengan gas Cl2.

Tujuan chlor roasting adalah :

-Menghasilkan senyawa klorida logam dalam air (di ekstraksi)

Menghasilkan senyawa klorida logam-logam yang mudah menguap agar dapat dipisahkan dari mineral-mineral pengganggu (Metalurgi Halida).

d. Fluor Roasting

Pemanggangan ini menggunakan reagent F2.

e. Yodium Roasting

Pemanggangan ini menggunakan reagent I2.

4. Smelting

Adalah proses peleburan logam pada temperatur tinggi sehingga logam ,eleleh dan mecair setelah mencapai titik didihnya.

Oven yang digunakan, yaitu :

a. Schacht Oven

b. Scraal Oven (revergeratory Furnace

c. Electric Oven (Electric Furnace)

Dalam pemakaian oven yang perlu diperhatikan, yaitu :

a. Ketahanan mekanis dari feeding

b. Kemurnian dari bahan bakar.

Smelting terbagi beberapa jenis, yaitu :

a. Reduksi smelting

b. Oksidasi smelting

c. Netral smelting

d. Sementasi smelting

e. Sulfida smelting

f. Presipitasi smelting

g. Flash smelting (peleburan semprot)

h. Ekstraksi timbal dan seng secara simultan.

5. Refining (Pemurnian)

Pemunian adalah pemindahan kotoran dari material dengan proses panas.

Contoh Proses Ekstraksi Metaluri Secara Pirometalurgi

1. Peleburan Besi

Proses pembuatan besi baja berlangsung didalam Convertor. Plat baja tebal sebelah dalam dilapisi refractory asam (silikat). Pipa-pipa udara di bagian bawah 200 buah dengan diameter 1-3 cm.

O2 dimasukan melalui pipa-pipa udara yang ada di bagian bawah convertor. Kemudia O2 yang dihembuskan tersebut pada metal bad akan mengoksider logam-logam tertentu untuk membentuk slag. Slag dan logam yang didapat dalam keadaan cair akan terpisah oleh berat jenis. Slag yang dihasilkan 10%.

Dampak Negatif dari Esktraksi Metalurgi Secara Pirometalurgi

Pencemaran lingkungan yang terjadi adalah :

1. Panas yang terasa oleh para pekerja yang berada di sekitar peralatan lebur.

2. Gas buangan yang mengandung racun (CO, NO2, SO2, dll).

3. Debu dan padatan yang beterbangan di sekitar pabrik.

4. Terak (slag) yang bisa mengotori atau merusak lahan, walaupun dapat juga dimanfaatkan sebagai material pengisi (land fill), pengeras jalan (road aggregate) dan campuran beton ringan (light weight concrete aggregate).

Dapus : http://www.senyawa.com/2010/02/pirometalurgi.html

Dapus : http://www.dundeeprecious.com/English/operations/processing/tsumeb-smelter/smelting/default.aspx

Pierce-smith converter

Matte cair disadap dari tungku reverberatory ditransfer ke Pierce Smith konverter untuk produksi tembaga melepuh. Udara ditiupkan ke dalam matte dan oksigen bereaksi dengan sulfur, timbal besi, dan seng. Sulfur dari sulfida logam menyediakan energi untuk menyelesaikan konversi matte untuk tembaga melepuh. Tembaga melepuh (98,5% Cu) adalah 1,62 bar dilemparkan ke t untuk pengiriman ke kilang.

Terak terbentuk ketika besi dioksidasi bereaksi dengan silika yang ditambahkan selama tahap bertiup terak. Terak ini adalah skim ke ladle dan pasir dalam air untuk pengobatan di pabrik terak atau kembali panas ke tungku reverb. Off-gas dari konverter didinginkan di menara semprotan air pendingin sampai 120 º C dan melewati baghouse konverter sebelum dirilis ke atmosfer melalui tumpukan yang sama digunakan untuk tungku reverberatory. Debu dikumpulkan dalam baghouse diperlakukan di pabrik arsenik atau dibuang ke lokasi pembuangan limbah.