TAHAPAN PROSES EKSTRAKSI METALURGI

Metalurgi didefinisikan sebagai ilmu dan teknologi untuk memperoleh sampai pengolahan logam yang mencakup tahapan dari pengolahan bijih mineral,pemerolehan (ekstraksi) logam, sampai ke pengolahannya untuk menyesuaikan sifat-sifat dan perilakunya sesuai dengan yang dipersyaratkan dalam pemakaian untuk pembuatan produk rekayasa tertentu.
Berdasarkan tahapan rangkaian kegiatannya, metalurgi dibedakan menjadi dua jenis, yaitu metalurgi ekstraksi dan metalurgi fisika. Metalurgi ekstraksi yang banyak melibatkan proses-proses kimia, baik yang temperatur rendah dengan cara pelindian maupun pada temperatur tinggi dengan cara proses peleburan utuk menghasilkan logam dengan kemurnian tertentu, dinamakan juga metalurgi kimia. Meskipun sesungguhnya metalurgi kimia itu sendiri mempunyai pengertian yang luas, antara lain mencakup juga pemaduan logam denagn logam lain atau logam dengan bahan bukan logam. Beberapa aspek perusakan logam (korosi) dan cara-cara penanggulangannya, pelapisan logam secara elektrolit,dll. Adapun proses-proses dari ekstraksi metalurgi / ekstraksi logam itu sendiri antara lain adalah pyrometalurgy (proses ekstraksi yang dilakukan padatemperatur tinggi), hydrometalurgy (proses ekstraksi yang dilakukan pada temperatur yang relatif rendah dengan cara pelindian dengan media cairan), dan electrometalurgy (proses ekstraksi yang melibatkan penerapan prinsip elektrokimia, baik pada temperatur rendah maupun pada temperatur tinggi).

HIDROMETALURGI
Hidrometalurgi merupakan cabang tersendiri dari metalurgi. Secara harfiah hidrometalurgi dapat diartikan sebagai cara pengolahan logam dari batuan atau bijihnya dengan menggunakan pelarut berair (aqueous solution). Atau secara detilnya proses Hydrometalurgi adalah suatu proses atau suatu pekerjaan dalam metalurgy, dimana dilakukan pemakaian suatu zat kimia yang cair untuk dapat melarutkan suatu partikel tertentu.
Hidrometalurgi dapat juga diartikan sebagai proses ekstraksi metal dengan larutan reagen encer (< 1 gram/mol) dan pada suhu < 100o C. Reaksi kimia yang dipilih biasanya yang sangat selektif. Artinya hanya metal yang diinginkan saja yang akan bereaksi (larut) dan kemudian dipisahkan dari material yang tak diinginkan. Peralatan yang dipergunakan adalah : a. Electrolysis / electrolytic cell. b. Bejana pelindian (leaching box). Saat ini hidrometalurgi adalah teknik metalurgi yang paling banyak mendapat perhatian peneliti. Hal ini terlihat dari banyaknya publikasi ilmiah semisal jurnal kimia berskala internasional yang membahas pereduksian logam secara hidrometalurgi. Logam-logam yang banyak mendapat perhatian adalah nikel (Ni), magnesium (Mg), besi (Fe) dan mangan (Mn). Hidrometalurgi memberikan beberapa keuntungan: 1. Bijih tidak harus dipekatkan, melainkan hanya harus dihancurkan menjadi bagian-bagian yang lebih kecil. 2. Pemakaian batubara dan kokas pada pemanggangan bijih dan sekaligus sebagai reduktor dalam jumlah besar dapat dihilangkan. 3. Polusi atmosfer oleh hasil samping pirometalurgi sebagai belerang dioksida, arsenik (III) oksida, dan debu tungku dapat dihindarkan. 4. Untuk bijih-bijih peringkat rendah (low grade), metode ini lebih efektif. 5. Suhu prosesnya relatif lebih rendah. 6. Reagen yang digunakan relatif murah dan mudah didapatkan. 7. Produk yang dihasilkan memilki struktur nanometer dengan kemurnian yang tinggi. Pada prinsipnya hidrometalurgi melewati beberapa proses yang dapat disederhanakan tergantung pada logam yang ingin dimurnikan. Salah satu yang saat ini banyak mendapat perhatian adalah logam mangan dikarenakan aplikasinya yang terus berkembang terutama sebagai material sel katodik pada baterai isi ulang. Baterial ion litium konvensional telah lama dikenal dan diketahui memiliki kapasitas penyimpanan energi yang cukup besar. Namum jika katodanya dilapisi lagi dengan logam mangan oksida maka kapasitas penyimpanan energi baterai tersebut menjadi jauh lebih besar. Kondisi yang baik untuk hidrometalurgi adalah :
1. Metal yang diinginkan harus mudah larut dalam reagen yang murah.
2. Metal yang larut tersebut harus dapat “diambil” dari larutannya dengan mudah dan murah.
3. Unsur atau metal lain yang ikut larut harus mudah dipisahkan pada proses berikutnya.
4. Mineral-mineral pengganggu (gangue minerals) jangan terlalu banyak menyerap (bereaksi) dengan zat pelarut yang dipakai.
5. Zat pelarutnya harus dapat “diperoleh kembali” untuk didaur ulang.
6. Zat yang diumpankan (yang dilarutkan) jangan banyak mengandung lempung (clay minerals), karena akan sulit memisahkannya.
7. Zat yang diumpankan harus porous atau punya permukaan kontak yang luas agar mudah (cepat) bereaksi pada suhu rendah.
8. Zat pelarutnya sebaiknya tidak korosif dan tidak beracun (non-corrosive and non-toxic), jadi tidak membahayakan alat dan operator.
Secara garis besar, proses hidrometalurgi terdiri dari tiga tahapan yaitu:
1. Leaching atau pengikisan logam dari batuan dengan bantuan reduktan organik.
2. Pemekatan larutan hasil leaching dan pemurniannya.
3. Recovery yaitu pengambilan logam dari larutan hasil leaching.
Leaching adalah proses pelarutan selektif dimana hanya logam-logam tertentu yang dapat larut. Pemilihan metode pelindian tergantung pada kandungan logam berharga dalam bijih dan karakteristik bijih khususnya mudah tidaknya bijih dilindi oleh reagen kimia tertentu. Secara hidrometalurgi terdapat beberapa jenis leaching, yaitu :
1. Leaching in Place (In-situ Leaching)
2. Heap Leaching
3. Vat Leaching /Percolation Leaching
4. Agitation Leaching
5. Autoclaving
Reduktan organik adalah hal yang sangat penting dalam proses ini. Reduktan yang dipilih diusahakan tidak berbahaya bagi lingkungan, baik reduktan itu sendiri maupun produk hasil oksidasinya. Kebanyakan reduktan yang digunakan adalah kelompok monomer karbohidrat, turunan aldehid dan keton karena punya gugus fungsi yang mudah teroksidasi. Contohnya adalah proses reduksi mangan dengan adanya glukosa sebagai reduktan:
C6H12O6 + 12MnO2 + 24H+ = 6CO2 + 12Mn2+ + 18H2O
Larutan hasil leaching tersebut kemudian dipekatkan dan dimurnikan. Ada tiga proses pemurnian yang umum digunakan yaitu evaporasi, ekstraksi pelarut dan presipitasi (pengendapan). Di antara ketiganya, presipitasi adalah yang paling mudah dilakukan, juga lebih cepat. Namun cara ini kurang efektif untuk metalurgi adalah :
• Pada PBG : * bijih / mineral
  * tetap mineral
  * kadar logam rendah
  * kadar logam tinggi
  * sifat-sifat fisik dan kimia
  * tak berubah
• Pada ekstraktif metalurgi : * bijih / mineral
* jadi logam (metal)
* sifat-sifat fisik dan kimia
* berubah
Kominusi atau pengecilan ukuran merupakan tahap awal dalam proses PBG yang bertujuan untuk :
a. Membebaskan / meliberasi mineral berharga dari material pengotornya.
b. Menghasilkan ukuran dan bentuk partikel yang sesuai dengan kebutuhan pada proses berikutnya.
c. Memperluas permukaan partikel agar dapat mempercepat kontak dengan zat lain, misalnya reagen flotasi.
Tahapan proses (process aims) pada metalurgi ekstraktif adalah :
a. Pemisahan (separation), yaitu pembuangan unsur, campuran atau material yang tidak diinginkan dari bijih (sumber metal )
b. Pembentukan campuran (compound foramtion), yaitu cara memproduksi material yang secara struktur dan sifat-sifat kimianya berbeda dari bijihnya (sumbernya).
c. Pengambilan/produksi metal (metal production), yaitu cara-cara memperoleh metal yang belum murni.
d. Pemurnian metal (metal purification), yaitu pembersihan, metal yang belum murni (membuang unsur-unsur pengotor dari metal yang belum murni), sehingga diperoleh metal murni.

Pirometalurgi
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).

ELEKTRO METALURGY
Elektrometalurgi merupakan proses ekstraksi metalurgi yang menggunakan sumber listrik sebagai sumber panas. Tujuan dari proses ini adalah untuk mengendapkan logam dari suatu larutan sebagai hasil pelindian
Prinsip Elektro Metalurgy
 Untuk prinsip elektro metalurgy ini adalah suatu elektrolisa dimana penggunaan tenaga listrik untuk mengendapkan suatu metal atau logam pada salah satu elektrodanya.
 Proses elektrometalurgi terdiri atas lima macam, yaitu :
1. Suatu elektrolisa di dalam larutan air,terbagi atas :
• Elektrowinning,merupakan tahap pemerolehan kembali suatu logam dari larutannya dengan menggunakan arus listrik yang diberikan dari luar. Logam yang dihasilkan murni, maka pengendapan dengan cara ini lebih disukai.
• Elektrorefining,untuk mengekstraksi logam-logam sehingga diperoleh logam dengan tingkat kemurnian yang tinggi.
• Elektrodissolution
2. Elektrolisa di dalam larutan garam.
Biasanya digunakan untuk mengekstraksi logam-logam yang sangat reaktif, seperti Al dan Mg.
3. Elektrolisa di dalam larutan zat organik.
4. Elektroplating dan Anodisasi.
5. Korosi logam dan teknik penanggulangannya.
Yang banyak digunakan pada elektrolisa metal adalah elektrolisa dalam larutan air dan elektrolisa dalam larutan garam, sedangkan elektrolisa dalam larutan zat organik sedikit sekali digunakan.
Pekerjaan elektrolisa ini terdiri atas 2 tingkatan, yaitu elektro Winning dan elektro Refinary. Hasil dari elektro Winning selanjutnya dimurnikan melalui elektro Refinery. Pekerjaan di dalam elektrolisa dilakukan dengan arah arus DC, dimana daerah elektrolisa positif disebut anoda, sedangkan daerah elektrolisa negative disebut katoda. Banyaknya penempelan logam pada plat katoda adalah berbanding lurus dengan elektrisitet pada larutan. Kekuatan elektrisitet = joule coulomb.
Sifat Proses Elektro Metalurgy
1. Pada daerah katoda (reduksi), yang lebih mulia mengalami pengendapan.
2. Pada anoda (oksidasi), yang kurang mulia tidak mengalami pengendapan.
Jika tidak terjadi keseimbangan, maka reaksi akan terjadi sebaliknya.