1. TEMBAGA

Karakterisasi Bijih Tembaga

Umumnya Tembaga ditemukan di kerak bumi dalam bentuk mineral-mineral tembaga sulfida seperti chalcocite (Cu2S) dan bornite (Cu5FeS4) atau dalam bentuk mineral-mineral tembaga-besi-sulfida yaitu chalcopyrite (CuFeS2).

Kandungan tembaga dalam bijih berkisar antara 0,4 persen hingga 2,0 persen. Bijih dengan kadar tembaga sekitar 0,4 persen umumnya dieksploitasi dengan cara tambang terbuka, sedangkan bijih dengan kadar tembaga sekitar satu sampai dua persen dieksploitasi dengan cara tambang dalam.

Selain bijih tembaga, tembaga murni juga diproduksi dari proses daur ulang atau recycling scrap tembaga murni dan paduan-paduan tembaga.

Diagram Alur Proses Pengolahan Bijih Tembaga

Mineral  tembaga dalam bentuk sulfida umumnya diproduksi dengan jalur pirometalurgi yaitu peleburan dan pemurnian pada temperatur tinggi atau pyrorefining, dan dilanjutkan dengan electrorefining.

Mineral tembaga dalam bentuk oksida, karbonat, silikat dan sulfat ditemukan di alam dalam jumlah kecil. Bijih tembaga ini umumnya diproduksi dengan jalur hidrometalurgi. Dalam Perkembangannya, jalur hidrometalurgi juga digunakan untuk mengolah sebagian bijih sulfida, khususnya Cu2S.

Pengolahan untuk ekstraksi bijih tembaga-besi-sulfida menjadi tembaga terdiri dari beberapa unit operasi dan unit proses sebagaimana ditunjukkan dalam gambar di bawah.

Diagram Alur Proses Pengolahan Bijih Tembaga

Tahap Kominisi

Tahap kominusi terdiri dari operasi peremukan dan penggerusan. Tujuan proses peremukan dan penggerusan adalah untuk membebaskan atau meliberasi mineral-mineral tembaga dari ikatan mineral-mineral pengotornya. Target ukuran dari tahap kominusi adalah ukuran partikel bijih yang dapat menghasilkan tingkat recoveri tembaga yang maksimal saat proses konsentrasi flotasi.

Tahap Konsentrasi Flotasi

Setelah mencapai ukuran yang cocok atau sesuai ukuran target, maka tahap selanjutnya adalah Tahap pemisahan mineral atau konsentrasi. Pemisahan mineral-mineral Cu-Fe-S dan Cu-S dari pengotornya dilakukan dengan metoda flotasi. Pemisahan dengan cara flotasi merupakan metode yang cukup efektif.

Tahap konsentrasi bijih tembaga dengan metoda flotasi dapat meningkatkan kadar tembaga di Konsentrat menjadi sekitar 30 persen.

Tahap Matte Smelting.

Pada tahap ini konsentrat tembaga dilebur menjadi lelehan matte. Proses peleburan dilakukan dalam suasana yang oksidatif. Proses ini menghasilkan lelehan matte, lelehan slag dan gas buang.

Matte merupakan lelehan sulfida yang kaya akan tembaga dengan mengandung sedikit besi, sedangkan slag adalah lelehan yang terdiri dari campuran oksida besi dan oksida logam pengotor serta fluks (silika).

Proses smelting ini menghasilkan matte dengan kandungan tembaga sekitar 45 – 75 persen.

Suasana oksidatif dalam tanur peleburan diperoleh dengan menginjeksikan udara yang diperkaya oksigen atau oxygen-enriched air.

Tahap Konversi Matte

Pada tahap ini matte dikonversi menjadi tembaga blister atau blister copper. Pada tahap ini, matte dioksidasi menjadi tembaga blister, dan  kandungan tembaga naik menjadi sekitar 90 persen.

Umumnya proses converting dilakukan dalam Peirce-Smith Converter. Ke dalam concerter dihembuskan udara melalui sejumlah tuyeres yang terendam dalam lelehan (submerged tuyeres). Pada Proses converting ini ditambahkan juga oksigen murni, silika sebagai fluks, revert dan scrap. Slag yang dihasilkan mengandung besi-silika.

                                                   

Tahap Fire refining

Fire refining adalah proses pemurnian yang dilakukan terhadap  tembaga blister. Proses fire refining dilakukan dalam rotary furnace, reverberatory furnace atau hearth furnace yang dapat ditilting. Tahapan ini dilakukan dalam 2 tahap. Tahap satu adalah oksidasi selektif terhadap sulfur dan elemen pengotor lainnya, dan tahap kedua adalah deoksidasi untuk penurunan kandungan oksigen dalam tembaga.

Proses fire refining mampu menghasilkan  logam tembaga yang memiliki kandungan tembaga sekitar 99 persen.

Tahap Electrorefining

Proses electrorefining merupakan pelarutan tembaga secara elektrokimia dari tembaga anoda dan mengendapkannya kembali di permukaan katoda. Elemen-elemen pengotor yang terkandung dalam tembaga anoda tidak ikut terendapkan.

Dari proses Electrorefining ini dihasilkan logam tembaga dengan kandungan  Cu > 99.99 persen.

Penjelasan Lebih Lanjut

Cara, Proses Pembuatan Tembaga, Senyawa, Unsur Kimia

Cara, Proses Pembuatan Tembaga, Senyawa, Unsur Kimia - Tembaga diperoleh

dari bijih kalkopirit CuFeS2 melalui beberapa tahap, yaitu:

1. Pengapungan (Flotasi)

Bijih diserbukkan sampai halus kemudian dimasukkan ke dalam campuran air dan minyak. Bagian bijih yang mengandung tembaga akan diselaputi oleh minyak sedangkan zat pengotornya terbawa oleh air. Udara ditiupkan ke dalam campuran dan mineral yang diselaputi minyak tadi dibawa ke permukaan oleh gelembung-gelembung udara dan mengapung, sedangkan zat-zat pengotor diendapkan di bagian bawah. Dari pengapungan ini dapat diperoleh bijih pekat yang mengandung 20 – 40% Cu.

2. Pemanggangan

Bijih pekat hasil pengapungan selanjutnya dipanggang dan terjadi reaksi

4Cu2FeS2(s) + 9O2(g) → 2Cu2S(s) + 2Fe2O3(s) + 6SO2(g)

3. Reduksi

Cu2S yang terjadi dipisahkan dari Fe2O3 kemudian dipanaskan dan dialiri udara dan

terjadi reduksi menjadi logam tembaga.

2Cu2S(s) + 3O2(g) → 2Cu2O(s) + 2SO2(g)

Cu2S(s) + 2Cu2O(s) → 6Cu(s) + SO2(g)

4. Elektrolisis

Logam tembaga yang diperoleh dari reduksi masih tercampur dengan sedikit Ag, Au, dan Pt kemudian dimurnikan dengan cara elektrolisis. Tembaga yang tidak murni dipasang sebagai anoda dan sebagai katoda digunakan tembaga murni, dengan elektrolit larutan CuSO4. Tembaga di anoda teroksidasi menjadi Cu2+ kemudian direduksi di katoda menjadi logam Cu.Katoda : Cu2+(aq) + 2e– → Cu(s)Anoda : Cu(s) → Cu2+(aq) +2e–

+Cu(s) → Cu(s) +katoda Anoda

Pada proses ini anoda semakin habis dan katoda (tembaga murni) makin bertambah besar, sedangkan Ag, Au, dan Pt diendapkan sebagai lumpur anoda sebagai hasil samping.

2. MAGNESIUM

Deskripsi Magnesium

Magnesium adalah elemen logam terbanyak ketiga (2%) di kerak bumi

setelah besi dan aluminium. Kebanyakan magnesium berasal dari air laut yang

mengandung 0,13% magnesium dalam bentuk magnesium klorida. Pertama

kali diproduksi pada tahun 1808, logam magnesium dapat didapat dengan cara

electrolitik atau reduksi termal. Pada metode elektrolisis, air laut dicampur

dengan kapur (kalsium hidroksida) dalam tangki pengendapan.Magnesium

hidroksida presipitat mengendap, disaring dan dicampur dengan asam

klorida.Larutan ini mengalami elektrolisis (seperti yang dilakukan pada

aluminium); agar eksploitasi menghasilkan logam magnesium, yang kemudian

dituang/dicor menjadi batang logam untuk diproses lebih lanjut ke dalam

berbagai bentuk.

Dalam metode reduksi thermal, batuan mineral yang mengandung

magnesium (dolomit, magnesit, dan batuan lainnya) dibagi dengan reduktor

(seperti ferrosilicon serbuk, sebuah paduan besi dan silikon), dengan

memanaskan campuran di  dalam ruang vakum. Sebagai hasil reaksi ini, wujud

uap dari magnesium, dan uap tersebut mengembun menjadi kristal

magnesium. Kristal ini kemudian meleleh, halus, dan dituang menjadi batang

logam untuk diproses lebih lanjut ke dalam berbagai bentuk.

Proses kimiawih Pembuatan Magnesium

Magnesium diperoleh dari air laut menurut proses Dow melalui tahap-tahap

1. Mencampurkan air laut dengan (CaO) sehingga magnesium mengendap

CaO (s) + H2O (l) à Ca2+ (aq) + 2OH- (aq)

Mg2+ (aq) + 2OH- (aq) à Mg(OH)2 (s)

Mg2+(aq) + H2O(l) + CaO(s ) à Mg(OH)2(s) + Ca2+

(aq)

2. Mg(OH)2 yang terbentuk disaring, dicuci dan direaksikan dengan larutan HCl pekat.

Mg(OH)2(s) + 2HCl(aq) à MgCl2(aq) + 2H2O(l)

3. Larutan MgCl2 yang diperoleh diuapkan sehingga diperoleh Kristal MgCl2

4. Kristal MgCl2 dielektrolisis terhadap lelehan MgCl2 yang dicampur CaCl2.

MgCl2 (l) à Mg2+ (l) + 2Cl- (l)

Katoda : Mg2+(l) + 2e à Mg(l)

Anoda  : 2Cl- (l) à Cl2(g) + 2e

Hasil    : Mg2+ (l) + 2Cl–(l) à Mg(l) + Cl2(g)

Diagram alur pembuatan Magnesium :

Aplikasi Peggunaan Magnesium

Untuk membuat logam campuran (aliase).  Contoh: Magnalium (Mg + Al). Paduan

logam ini kuat dan ringan serta tahan korosi sehingga digunakan untuk membuat

komponen pesawat terbang, rudal, bak truk, serta berbagai peralatan lainnya.

Sedikit magnesium digunakan pada pengolahan logam tertentu.

Pembakaran magnesium menghasilkan cahaya yang sangat terang. Dapat digunakan

untuk membuat kembang api, untuk blitz pada kamera.

Pencegah korosi pipa besi di tanah dan dinding kapal laut.

3. URANIUM

Proses Pengolahan Uranium

Kadar uranium dalam bijih umumnya sangat rendah, yaitu berkisar antara 0,1 – 0,3 % atau 1-3 kg uranium tiap ton bijih. Untuk mempermudah dan menekan biaya transportasi, maka uranium dalam bijih ini perlu diolah terlebih dahulu. Tujuan utama dari pengolahan adalah untuk pemekatan dengan cara mengurangi sebanyak mungkin bahan lain yang ada dalam bijih sehingga dapat menyederhanakan proses transportasi ke tempat pemrosesan berikutnya. Pengolahan bijih uranium dapat dilakukan dengan cara penggerusan, pelindihan maupun ekstraksi kimia dan pengendapan. Hasil akhir dari proses pengolahan uranium ini adalah diperolehnya endapan kering berwarna kuning yang disebut pekatan (konsentrat) yang  berkadar uranium sekitar 70 %. Karena berwarna kuning maka endapan ini disebut juga yellowcake. Dari 1000 ton bijih rata-rata dapat dihasilkan 1,5 ton yellowcake.

Pengolahan uranium terdiri dari : pemanggangan, penghancuran, pemekatan fisis, pelindian asam/basa, dekantasi, pertukaran ion, presipitasi, filtrasi.

Diagram alur pembuatan Magnesium :

Pemanggangan

Proses pemanggangan  bertujuan untuk membuat senyawa Uranium dan Vanadium lebih mudah dilindi, sehinnga Vanadium dapat diam bi l sebagai  hasil samping, karena proses pemanggangan ada pengaruh terhadap pemungutan Uranium dan Vanadium.Pada suhu 350oC  U terambil dulu, tapi diatas 350 -500 oC % U terambil turun, diatas 500oC – 800oC dengan NaCl  V mulai banyak terambil. Selain itu pemanggangan dapat merusak ikatan organik, sehingga memudahkan pelindian dan memudahkan pengenapan/dekantasi.

Penghancuran

Proses ini bertujuan untuk mereduksi ukuran bijih agar lebih mudah terlindi (+10 Mesh )

Pemekatan fisis

Bertujuan : untuk mengurangi bahan pelindi, mengurangi bahan-bahan yang tidak membawa U tinggi.

Pemekatan fisis bergantung pada tipe bijih,sehingga dapat dilakukan dengan cara yaitu :

a) Flotasi buih

b) Pengenapan grafitasi

c) Pemilahan dengan meja-alur-getar

d) Pemilahan radioaktif

e) Pemungutan bahan bijih lain yang bernilai ekonomis

Bijih yang telah melalui pemekatan fisis, sudah memiliki grade rata-rata lebih tinggi.

Pelindian

Pelindian yang dikenakan dapat berupa :

1. Pelindian basa / alkali, dengan Na2CO3

2.  Pelindian asam, umumnya dengan H2SO4 encer

Sebagaian besar bijih dapat dikenai lindi asam, tapi bijih dengan konstituen basa, lebih ekonomis dikenai lindi basa, karena kalau lindi asam, perlu banyak. Mengingat semua bijih U dilindi dengan asam sulfat atau dengan karbonat, maka

hasil lindiannya banyak mengandung asam  bebas, Fe, Al; F;Mn;Ca;Ti;Si dan U dalam konsentrasi kecil, oleh karena itu diperlukan cara seekonomis mugkin. Jadi cara pengendapan langsung umumnya tidak ekonomis dan layak secara teknis

Cara pertukaran ion ternyata sangat layak. Cara ini bekerja atas dasar kemampuan resin-penukar anion dalam menyerap anion U secara selektif dari lautan asam / basa. Setelah U terserap cukup banyak, maka dilakukan pengusiran U dari resin  menggunakan garam tetentu, supaya bisa dihasilkan U  lebih pekat dan relatif lebih murni. Kemudian hasil pemekatan ini bisa diendapkan dengan alkali menghasilkan Yellow Cake dengan kadar U yang cukup tinggi.

Selain dengan cara pertukaran ion, pemurnian juga dapat dilakukan dengan proses ekstraksi pelarut. Cara ini berdasar pada sifat pelarut organik tertentu yang tidak bercampur dengan air ( eter; ester, amina dll)yang mencapai kesetimbangan  dan punya kemampuan membentuk komplek dengan garam U Kemudian kedua fase dibiarkan memisah, maka senyawa logam akan terdistribusi dalam fase-fase tersebut

Cara ekstraksi memberikan keuntungan : karena dapat isolasi U / pemekatan U dan penghilangan kontaminan atau impuritas. Dalam proses  ekstraksi  larutan mengandung U dan pengotor, akan diekstraksi dengan menggunakan alat MIXER SETTLER. Alat untuk  ekstraksi(ekstraktor).

Gambar Mixer Settler (Pesawat Pengaduk Pengenap) 1 Stage

Langkah terakhir adalah proses pengendapan, filtrasi dan pengeringan untuk memperoleh U-Konsentrat, karena umumnya hasil ekstraksi maupun penukar ion berupa larutan encer.

Biasanya U mengendap bersama-sama bersama-sama dengan impuritas atau pengotor, tanpa dimurnikan lagi.Tapi sering juga dilakukan pengendapan selektif dengan cara pengaturan pH. Jadi tujuan utama proses pengendapan adalah untuk

menghasilkan konsentrat padat dari uranium dan terkenal dengan sebutan YELLOW CAKE.

4. MANGAN

Proses Pengolahan Mangan

Mangan diperoleh dengan ekstraksi oksida-oksidanya dari tambang bijihnya.

Prosesnya ada beberapa cara antara lain:

1.  Reduksi dengan karbon

Oksida mangan yang telah diekstraksi dicampur dengan karbon lalu dipanaskan,

sehingga terjadi reaksi:

Mn3O4 + 4C → 3Mn + 4CO

MnO +2C → Mn + 2CO

2.  Proses alumino thermic

Bijih dicuci dengan mengalirkan air dan dipanggang dengan dialiri udara lalu

dipanaskan terus sampai pijar(merah) dimana MnO2 akan berubah menjadi Mn3O4

MnO2 → Mn3O4 + O2

Oksida yang terbentuk dicampur dengan bubuk aluminium dalam krus, lalu

ditimbuni dengan bubuk magnesium dan barium peroksida. Reduksi terjadi dalam

pemanasan

3Mn3O4 + 8Al → 4Al2O3 + 9Mn

3.  Metode elektrolisa:

Mangan secara besar-besaran diprodiuksi dengan cara ini:

Bijih digiling dan dipekatkan dengan proses gravity

Bijih yang sudah dipekatkan dipanggang (elumino proses) sampai terbentuk Mn3O4.

Mn3O4 diubah menjadi MnSO4.

Mn3O4 dipanaskan bersama H2SO4 encar maka terbentuk MnSO4 (larut) dan

MnO2 (tak larut). MnO2 dapat dipijarkan lagi menjadi Mn3O4 dan proses diulang

seperti diatas.

Elektrolisa larutan MnSO4 dielektrolisa menggunakan katoda merkuri. Mangan

dibebaskan pada katoda ini membentuk amalgam. Selanjutnya amalgam didestilasi

dimana Hg akan menguap lebih dulu dan tinggal mangan.

Diagram alur pembuatan Mangan :

5. WOLFRAM

Proses Pengolahan Wolfram

Wolfram didapat dengan cara mereduksi oksida wolfram dengan hidrogen yang

dihasilkan dari dapur listrik. Bijih wolfram yang mengalami proses dalam dapur listrik,

proses kimia, dibuat batang-batang yang dapat ditempa, ditarik dalam keadaan panas

menjadi kawat yang dapat mencapai garis tengah 0,01 mm dan juga digilas menjadi

lembaran. Pengerjaan menjadi barang-barang yang dialami oleh wolfram ini mirip

dengan pengerjaan pada bahan keramik yaitu tanpa mencairkannya. Wolfram diperoleh

kembali setelah peleburan dengan alkali dan dilarutkan kembali dalam air dengan

pengendapan WO3 oleh asam. Oksida direduksi dengan H2 menghasilkan logamnya

sebagai bubuk abu-abu. Ini mudah diserang hanya dengan campuran HF-HNO3 atau

dengan mengoksidasi leburan alkali dengan Na2O2, atau KNO3-NaOH (Cotton dan

Wilkinson, 1989). WO3 mudah dibuat dengan memanaskan logamnya atau sulfidanya

dalam oksigen. Oksida-oksida ini tidak bereaksi dengan asam, tetapi larut dalam basa

membentuk larutan molibdat atau wolframat. WO3 berupa padatan kuning lemon

dengan titik leleh ~1200 C (Sugiyarto dan Sugiyani, 2010). Trioksida diperoleh pada

pemanasan logam atau senyawaan lain dalam udara dan WO3 berwarna kuning.

Wolfram tidak diserang oleh asam selain HF namun larut dalam basa membentuk

wolframat. Garam-garam logam alkali atau NH4+ yang larut dalam air mengandung ion

tetrahedral WO42-. Bilamana larutan wolframat dibuat menjadi asam lemah, terjadi

kondensasi menghasilkan polianion yang rumit. Dalam larutan asam yang lebih kuat,

oksida terhidrasi dan WO3. 2H2O (putih) terbentuk (Cotton dan Wilkinson, 1989).

Interaksi wolfram dengan F2 menghasilkan heksafluorida tidak berwarna WF6 (titik

didih 17ᴼC) dan bersifat mudah terhidrolisis. Klorinasi Wolfram panas menghasilkan

monomer biru hitam pekat heksaklorida, WCl6. Ia larut dalam CS2, CCl4, alcohol, dan

eter. Ia bereaksi lambat dengan air dingin, cepat dengan air panas, menghasilkan asam

tungstat. WCl6 adalah bahan pemula yang biasa untuk sintesis berbagai senyawaan

seperti dialkilamida, alkoksida, organologam dan karbonil.

Berikut ini adalah reaksi wolfram (Annonymous, 2001) :

1. Reaksi dengan air

Pada suhu ruangan, tungsten tidak bereaksi dengan air.

2. Reaksi dengan udara

Pada suhu ruangan, tungsten dapat bereaksi dengan udara atau O2. Pada suhu

yang meningkat, trioksida tungsten(VI) oksida terbentuk. Persamaan reaksinya

sebagai berikut : 2 W (s) + 3 O2 2 WO3 (s)

3. Reaksi dengan halogen

Pada suhu ruangan, tungsten beraksi langsung dengan fluorin membentuk

tungsten(VI) fluoride. Persamaan reaksinya sebagai berikut :

W(s) + 3F2(g) 3F6(g)

Tungsten bereaksi secara langsung dengan klorin atau bromine (pada

250ᴼC) masing-masing membentuk tungsten(VI) klorida atau tungsten(VI)

bromide. Persamaan reaksinya sebagai berikut :

W(s) + 3Cl2(g) WCl6(s)

Diagram alur pembuatan Wolfram :