PELINDIAN BIJIH NIKEL LATERIT SULAWESI TENGGARA DALAM MEDIA ASAM SULFAT

Transkripsi

1 PROSIDING PEMAPARAN HASIL PENELITIAN PUSAT PENELITIAN GEOTEKNOLOGI LIPI TAHUN 2014 Peran Penelitian Geoteknologi untuk Menunjang Pembangunan Berkelanjutan di Indonesia PELINDIAN BIJIH NIKEL LATERIT SULAWESI TENGGARA DALAM MEDIA ASAM SULFAT Solihin 1, M. Zaki Mubarok 2, Abdul Hapid 3, dan F. Firdiyono 4 1 Pusat Penelitian Geoteknologi LIPI, Jl. Sangkuriang, Bandung Program Studi Teknik Metalurgi Institut Teknologi Bandung, Jl. Ganesha 10, Bandung 3 Pusat Teknologi Sumber Daya Mineral Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi, Puspiptek Serpong 4 Pusat Penelitian Metalurgi LIPI, Puspiptek Serpong, Tangerang Solihin@lipi.go.id ABSTRAK Bijih nikel letarit merupakan sumber logam nikel. Logam nikel merupakan salah satu bahan baku dalam pembuatan baja tahan karat dan baja lainnya. Diperkirakan di masa depan kebutuhan nikel meningkat seiring dengan meningkatnya kebutuhan baja tahan karat. Kebutuhan ini mendorong dilakukannya kegiatan penelitian pengolahan bijih nikel laterit yang dapat menjadi landasan ilmia bagi pengolahan bijih nikel laterit. Percobaan pelindian bijih nikel laterit telah dilakukan. Hasil percobaan menunjukan bahwa temperature proses dan konsentrasi asam sulfat berpengaruh terhadap perolehan besi dan nikel dalam media pelindi. Kenaikan temperatur dan konsentrasi asam akan meningkatkan perolehan besi dan nikel. Pada temperature o C dan konsentrasi asam 30 % didapatkan perolehan besi dan nikel masing-masing sebesar 90 dan 80 %. Kata kunci : nikel; laterite; pelindian; hidrometalurgi ABSTRACT Nickel lateritic ore is the main source of metallic nickel. Nickel is one of the raw material in stainless steel making and other nickel alloys making. The demand of nickel is estimated to increase due to the increasing of stainless steel demands in the future. This leads to initiation of research in nickel ore processing. The leaching experiment to process nickel lateritic ore has been initiated. The result of the experiment shows that temperature and sulfuric acid concentration plays important role in iron and nickel recovery. The increasing of both variables increases the recovery of iron and nickel. At o C and acid concentration 30 % the recovery of iron and nickel reaches 90 and 80 %, respectively. Keywords: nickel; laterite; leaching; hydrometallurgy PENDAHULUAN Nikel merupakan logam yang vital dan strategis. Logam ini merupakan salah satu bahan baku utama dalam pembuatan baja tahan karat, baja khusus, katalis, dan baterai (Barkas 2011, Schested 2004). Kebutuhan nikel diperkirakan akan meningkat seiring dengan perkiraan meningkatnya kebutuhan baja tahan karat dunia (International Stainless Steel Foundation 2013). Gambar 1 menunjukan estimasi peningkatan kebutuhan baja tahan karat sampai tahun 2020 yang dikeluarkan oleh International Stainless Steel Foundation (ISSF). Sumber logam nikel di alam terdapat dalam bentuk endapan bijih sulfida dan endapan bijih laterit. Endapan bijih sulfida biasanya terdapat di belahan bumi bagian utara, sementara endapan bijih laterit biasanya terdapat di belahan bumi beriklim tropis (Duke 1990, Mudd 2009). Indonesia sebagai salah satu negeri beriklim tropis memiliki cadangan bijih nikel laterit yang sangat besar (Antam 2012, Prasetyo 2008). Cadangan bijih nikel laterit dunia diperlihatkan pada Gambar 2. Dari gambar tersebut terlihat bahwa negara-negara lain yang memiliki cadangan bijih nikel laterit yang besar diantaranya adalah New Caledonia, Indonesia, Australia, Kuba, Amerika Serikat dan Brazil. 527

2 ISBN: Indonesia sebagai salah satu pemilik cadangan nikel yang besar seharusnya dapat menjadi produsen material yang berbasis nikel seperti baja tahan karat dan baja paduan nikel lainnya. Gambar 1. Estimasi peningkatan kebutuhan baja tahan (International Stainless Steel Foundation, 2013) Gambar 2. Distribusi cadangan nikel dunia (Barkas 2011) Bijih nikel telah lama diproses melalui jalur proses pirometalurgi untuk menghasilkan ferronikel atau nikel matte (Voermann 2004) sedangkan untuk jalur proses hidrometalurgi belum dilakukan di Indonesia. Penelitian ini bertujuan untuk menyelidiki kemungkinan proses pengolahan bijih nikel dalam jalur proses hidrometalurgi. Dalam penelitian ini akan dilakukan pengamatan prilaku pelindian bijih nikel laterit dalam media asam. Hasil penelitian diharapkan dapat memberikan basis data untuk pengoperasian plant pelindian bijih nikel laterit. PERCOBAAN Bijih nikel laterit didatangkan dari lokasi penambangan milik PT. Antam Tbk di Sulawesi Tenggara.Terhadap bijih dilakukan proses preparasi bijih berupa peremukan (crushing), pengeringan (drying), penggilingan (milling) dan pengayakan (screening). Bijih yang telah 528

3 PROSIDING PEMAPARAN HASIL PENELITIAN PUSAT PENELITIAN GEOTEKNOLOGI LIPI TAHUN 2014 Peran Penelitian Geoteknologi untuk Menunjang Pembangunan Berkelanjutan di Indonesia megalami proses preparasi berukuran di bawah 100 mesh. Terhadap bijih tersebut kemudian dilakukan X-Ray Diffraction (XRD) dan X-Ray Fluorescence (XRF). Untuk mengetahui komposisi mineral dan unsur dalam bijih. Selanjutnya bijih akan mengalami proses pelindian (leaching). Pelindian dilakukan dalam tekanan atmosfer luar (atmospheric leaching) dengan media pelindi asam sulfat. 10 gram bijih nikel laterit dilarutkan dalam 100 ml asam sulfat yang sudah terlebih dahulu dipanaskan sampai temperatur tertentu. Suspensi bijih dalam asam sufat tersebut diaduk dengan magnetic stirrer selama 60 menit dan disaring. Penyaringan dilakukan untuk memisahkan filtrat dan residu pelindian. Terhadap filtrat dilakukan analisa Atomic Absorption Spectroscope (AAS) untuk mengetahui jumlah nikel dan besi yang larut dalam asam sulfat. Sedangkan terhadap residu dilakukan analisa Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX) untuk mengetahui sisa unsur belum terlarutkan. HASIL DAN PEMBAHASAN Gambar 3 menunjukan hasil analisa XRD terhadap bijih nikel laterit yang digunakan dalam penelitian ini. Mineral-mineral yang terdapat dalam bijih adalah goethite, kwarsa, dan magnesium silikat. Keberadaan magnesium silikat yang cukup tinggi biasanya mengindikasikan bahwa kadar nikel dalam bijih cukup tinggi. Hasil analisa unsur menggunakan EDX menunjukan bahwa kadar nikel dalam bijih memang tinggi yakni sekitar 3.1 %. Unsur dalam bijih ini dengan kadar tertinggi adalah besi, dengan kadar sekitar 32.7 %. Angka ini masih di bawah kadar besi dalam bijih besi konvensional yang memiliki kadar besi minimal 60 %. Gambar 3. Profil XRD bijih nikel laterit Sulawesi Tenggara Penelitian sebelumnya (Solihin 2014) menunjukan hasil mapping logam nikel dalam bijih, dan dilaporkan bahwa nikel tersebar merata di seluruh bagian butiran bijih. Gabungan hasil mapping pada publikasi sebelumnya dan hasil analisa XRD (Gambar 3), mengindikasikan bahwa nikel berada dalam bijih berada dalam jaringan mineral goethite dan magnesium silikat. Keterikatan nikel dalam jaringan ini menjadikan proses pelindian menjadi lebih kompleks karena diperlukan energi tambahan untuk melepaskan nikel dari jaringan mineral goethite dan magnesium silikat sebelum dapat dilarutkan dalam media pelindi. Energi tambahan yang dibutuhkandalam hal ini adalah energi panas berupa pemanggangan bijih tersebut sebelum proses pelindian. Dalam hal ini pemanggangan tidak dilakukan karena akan meningkatkan biaya proses pengolahan secara keseluruhan. Alternatif lainnya adalah dengan meningkatkan konsentrasi asam sehingga goethite dan silikat dapat 529

4 ISBN: didekomposisilkan sedemikian rupa sehingga nikel oksida yang terperangkap dalam mineral tersebut dapat dilepaskan. Tabel 1. Komposisi Unsur dalam Bijih Nikel Laterit dari Pomalaa Sulawesi Tenggara Unsur Cd Pd Ag Mo Zn Ni 3.11 Co Fe Mn Cr Balance % Massa Profil pelindian nikel dan besi diperlihatkan pada Gambar 4. Dari gambar tersebut terlihat bahwa perolehan nikel dan besi dalam larutan meningkat seiring dengan meningkatnya konsentrasi asam. Peningkatan perolehan nikel itu kemungkinan disebabkan oleh dua faktor yakni terdekomposisinya goethite dan magnesium silikat sehingga nikel terbebaskan dari jaringan mineral yang memerangkapnya dan bergesernya reaksi kimia ke arah pembentukan produk pelarutan disebabkan penambahan reaktan asam sulfat. Reaksi pelarutan besi dan nikel direpresentasikan dalam persamaan reaksi di bawah ini (Georgiou 1998). FeOOH + 3H + Fe H2O (1) NiO + 2H + Ni 2+ + H2O (2) Gothite dan mineral silikat secara natural memerangkap nikel oksida sehingga mempersulit akses reagen pelindi kepada nikel oksida. Tetapi gothite dan mineral silikat dapat terdekomposisi oleh asam dengan konsentrasi yang tinggi. Semakin tinggi konsentrasi asam maka semakin progresif proses dekomposisi goethite dan mineral silikat tersebut. Dekomposisi goethite akan menghasilkan pelarutan ion besi dalam asam sedangkan dekomposisi silikat akan kemungkinan akan menghasilkan silikat yang lebih sederhana. Penambahan asam juga berpengaruh dalam meningkatkan pelarutan nikel oksida yang sudah terbebaskan karena dengan bertambahnya asam sulfat sebagai pereaktan dalam proses pelindian maka arah reaksi akan semakin bergeser ke arah pelarutan nikel oksida. Oleh karena itu penambahan asam akan meningkatkan konsentrasi nikel dan juga besi seperti yang diperlihatkan pada Gambar

5 PROSIDING PEMAPARAN HASIL PENELITIAN PUSAT PENELITIAN GEOTEKNOLOGI LIPI TAHUN 2014 Peran Penelitian Geoteknologi untuk Menunjang Pembangunan Berkelanjutan di Indonesia Gambar 4. Pengaruh konsentrasi asam terhadap perolehan nikel dan besi dalam larutan pelindi (Temperatur Proses 70 o C) Gambar 5 menunjukan pengaruh temperatur terhadap perolehan nikel dan besi. Dari gambar tersebut terlihat bahwa perolehan besi dan nikel meningkat seiiring dengan meningkatnya temperatur proses. Proses pelindian merupakan reaksi heterogen, yakni reaksi kimia yang melibatkan fasa padat (bijih) dan fasa cari (larutan pelindi). Reaksi tersebut terdiri dari reaksi difusi reaktan dan reaksi kimia antar reaktan. Urutan reaksi heterogen adalah: transportasi komponen reaktan pada lapis batas fasa padat-cair (mineral-reagen pelindi), reaksi kimia pada antar muka padat-cair, dan transportasi hasil reaksi melalui lapis batas fasa padat-cair. Kedua jenis sub reaksi tersebut dipengaruhi oleh temperatur (Gupta 2003). Difusi reaktan dan atau hasil reaksi sangat dipengaruhi oleh proses temperatur karena koefisien difusi akan berubah secara linier sesuai persamaan sebagai berikut (Satterfield 1981). D = 7, T(X.M)1/2 (3) μv 0.6 dimana D = koefisien difusi T = Temperatur X = Parameter asosiasi pelarut M = Berat molekul zat terlarut V = Volum molar zat terlarut = Viskositas larutan 531

6 ISBN: Sedangkan koefisien reaksi kimia pada antar muka dipengaruhi temperatur secara eksponensial sesuai dengan persamaan Arhenius (Gupta 2003) di bawah ini. k = A. e E/RT (4) dimana k = koefisien reaksi kimia A = konstanta sesuai jenis reaksi E = Energi aktivasi R = koefisien gas ideal T = Temperatur Dari persamaan (3) dan (4) jelas terlihat bahwa peningkatan temperatur akan meningkatkan koefisien reaksi difusi dan reaksi kimia sehingga pada akhirnya akan meingkatkan laju reaksi kimia pelindian. Proses pelarutan besi dan nikel dari bijih nikel laterit jelas mengikuti kecenderungan ini. Pada temperatur rendah (30 o C) terlihat pelarutan besi dan nikel sangat rendah (sekitar %). Kenaikan temperatur akan menaikan koefisein difusi reaktan dan koefien reaksi kimia pelarutan pada antar muka bijih-pelarut asam. Terbukti dengan meningkatnya dengan drastis persen pelarutan besi dan nikel seprti yang diperlihatkan pada Gambar 5. Gambar 5. Pengaruh temperatur terhadap perolehn logam dalam larutan pelindi (Konsentrasi asam sulfat 30 % berat) Analisa terehadap residu hasil pelindian juga menunjukan kecederungan yang sama. Gambar 6 menunjukan perubahan komposisi unsur-unsur dalam residu pada temperatur pelindian yang berbeda. Besi sebagai unsur yang paling dominan dalam bijih nikel laterit mengalami penurunan kadar dengan drastis pada saat temperatur proses dinaikan. Penurunan yang drasti ini jelas 532

7 PROSIDING PEMAPARAN HASIL PENELITIAN PUSAT PENELITIAN GEOTEKNOLOGI LIPI TAHUN 2014 Peran Penelitian Geoteknologi untuk Menunjang Pembangunan Berkelanjutan di Indonesia disebabkan oleh terlarutnya sebagian besar besi dalam larutan pelindi. Hal yang sama juga terjadi pada logam nikel, sementara logam kromium mengalami kenaikan. Kenaikan kromium ini tidak berarti bahwa kromium tidak larut dalam media pelindi tetapi karena berkurangnya unsur besi dengan drastis. Gambar 6. Pengaruh temperatur proses terhadap komposisi residu pelindian Dari uraian di atas terlihat bahwa proses pelindian dipengaruhi oleh temperatur dan konsentarsi asam sulfat. Pada temperatur o C dan konsentrasi asam 30 % didapatkan perolehan besi lebih dari 90 % dan nikel 80 %. KESIMPULAN Bijih nikel lateirt Sulawesi Tenggara mengandung mineral-mineral goethite, magnesium silikat dan silika. Nikel tersebar merata di dalam jaringan mineral goethite dan magnesium silikat. Proses pelindian bijih nikel dalam media asam sulfat dapat memisahkan sebagian unsur besi dan nikel. Performa pelindian dipengaruhi oleh perubahan temperatur dan konsentrasi asam sulfat. Perolehan besi dan nikel menngkat seiring dengan naiknya temperatur dan konsentrasi asam sulfat. Pada temperatur o C dan konsentrasi asam sulfat 30 % didapatkan perolhen tertinggi yakni 90 % besi dan 80 % nikel. UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada Kementrian Riset dan Teknologi yang telah memfasilitasi pendanaan penelitian ini melalui hibah penelitian Insinas tahun Penulis juga berterima kasih kepada staf administrasi dan staf teknisi Pusat Penelitian Metalurgi dan Pusat Penelitian Geoteknologi yang telah membantu pengaturan administrasi dan teknis pelaksanaan kegiatan penelitian ini. DAFTAR PUSTAKA Antam Tbk, 2012, Feasibility study of blast furnace for limonite processing, Jakarta 533

8 ISBN: C. K. Gupta, 2003, Chemical Metallurgy, Wiley-VCH Verlag GmbH G.M. Mudd, Nickel Sulfide Versus Laterite : The Hard Sustainability Challenge Remains, Proceeding of 48 th Annual Conference of Metallurgists, Canadian Metallurgical Society, Sudbury, Ontario, Canada, August International Stainless Steel Foundation (ISSF), 2013, Stainless Steel in Figures 2013, Brussels, Belgium J. Barkas, Nickel and Stainless Steel: prospects and challenges, SBB World Steel Raw Materials Conference, Bali, 2011 J.M. Duke, 1990, Mineral Deposit Models: Nickel Sulfide Deposits Of The Kambalda Type, Canadian Mineralogist Vol. 28 p J. Sehested, J.A.P. Gelten, I.N. Remediakis, H. Bengaard, J.K. Nørskov, 2004, Sintering of nickel steam-reforming catalysts, Journal of Catalysis 223 p N. Voermann, T. Gerritsen, Developments in furnace technology for ferronickel production, Proceedings of 10th International Ferroalloys, 2004, p P. Prasetyo, 2008, Utilization of nickel ore now and the future, Metalurgi 23:1, p Solihin, M. Zaki Mubarok, Abdul Hapid,. F. Firdiyono, The Processing of Low Grade Nickel Ore from South Sulawesi, MRS-id Internatioan Conference,