229229348 Makalah Electrowinning Cu
description
Transcript of 229229348 Makalah Electrowinning Cu
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.