MAKALAH EKSTRAKSI LOGAM NIKEL
Disusun oleh :
THURNANDO AGUSTIO M (F1D114020)
PROGRAM STUDI TEKNIK PERTAMBANGAN JURUSAN TEKNIK KEBUMIAN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS JAMBI 2017
BAB I PENDAHULUAN
1.1
LATAR BELAKANG
Ekstraksi metalurgi adalah praktek menghapus logam berharga dari sebuah bijih dan pemurnian logam mentah yang diekstrak ke dalam bentuk murni. Metalurgi adalah seni dan ilmu pengetahuan untuk mendapatkan logam dari bijihnya dan pembuatan logam menjadi berbagai produk. Ruang lingkup metalurgi terbagi menjadi dua bagian yaitu mineral processing dan metal processing. Mineral processing yaitu perlakuan bijih untuk mendapatkan logam atau konsentrat mineral. Sedangkan metal processing yaitu pembuatan produk dari logam. 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). Salah satu bahan galian yang memiliki nilai ekonomis yang tinggi yaitu Nickel yang merupakan baja nirkarat yang banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari.
1.2. RUMUSAN MASALAH
Dalam tugas ini akan dibahas beberapa masalah, diantaranya : a. Apa pengertian dari logam nikel ? b.
Bagaimana penggolongan senyawa logam nikel ?
c. Bagaimana cara ekstraksi logam nikel ?
1.3. MANFAAT
Penulisan makalah ini, diharapkan pembaca dapat memahami penggolongan logam nikel dan mengetahui cara ekstraksi logam nikel.
BAB II PEMBAHASAN
2.1. PENGERTIAN LOGAM NIKEL
Nikel ditemukan oleh A. F. Cronstedt pada tahun 1751. Nikel memiliki unsur kimia metalik dalam tabel periodik yang memiliki simbol Ni dan nomor atom 28. Nikel adalah logam yang berwarna putih keperakan, kuat dan keras. Seperti besi dan kobalt, logam ini bersifat sangat magnetik. Nikel tidak teroksidasi oleh udara dan tahap tertahap larutan basa. Larutan asam encer melarutkan nikel secara perlahan menghasilkan gas hidrogen. Nikel akan menjadi pasif bila kontak dengan asam nitrat perkat.
Dalam keadaan murni, nikel bersifat lembek, tetapi
jika dipadukan dengan besi, krom, dan logam lainnya, dapat membentuk baja tahan karat yang keras. Perpaduan nikel, krom dan besi menghasilkan baja tahan karat (stainless steel) yang banyak diaplikasikan pada peralatan dapur (sendok, dan peralatan memasak), ornamen-ornamen rumah dan gedung, serta komponen industri. Nikel terdapat dalam kombinasi dengan arsen, antimon, dan sulfur seperti dalam millerite(NIS) dan dalam garnierite, suatu silikat magnesium nikel dalam berbagai komposisi. Nikel juga ditemukan beraliasi dengan besi dalam batuan meteor dan lapisan kulit bumi. Bila bijih nikel di panggang diudara akan dihasilkan NiO, yang dapat tereduksi oleh C menghasilkan Logam Ni. Nikel biasanya
dimurnikan
dengan
elektrodeposisi,
sedang
nikel
yang
tinggi
kemurniannya dibuat dengan proses karbonil. 2.2. PERSENYAWAAN NIKEL
Sebagian besar senyawa kompleks nikel mengadopsi struktur geometri oktahedron, hanya sedikit mengadopsi geometri tertrahedron dan bujursangkar. Ion heksaakuanikel (II) berwarna hijau; penambahan amonia menghasilkan ion biru heksaaminanikel (II) menurut persamaan reaksi : [Ni(H2O)6]2+ (aq) + 6NH3 (aq) → [Ni(NH3)6]2+ (aq) + 6H2O (l) Hijau
Biru
Penambahan larutan ion hidroksida ke dalam larutan garam nikel (II) menghasilkan endapan gelatin hijau nikel (II) hidroksida menurut persamaan reaksi; [Ni(H2O)6]2+ (aq) + 2OH- → [Ni(OH)2] (s) + 6H2O (l)
Seperti halnya kobalt (II), kompleks yang lazim mengadopsi geometri tertrahedron yaitu halida, misalnya ion tertrakloronikelat (II) yang berwarna biru. Senyawa kompleks ini terbentuk dari penambahan HCl pekat ke dalam larutan garam nikel (II) dalam air menurut persamaan reaksi ; [Ni(H2O)6]2+ (aq) + 4Cl- (aq) → [NiCl4]2- (aq) + 6H2O (l) Hijau
Biru
Senyawa kompleks nikel (II) bujursangkar yang umum dikenal yaitu ion tetrasianonikelat
(II).
[NiCl4]2-,
yang
berwarna
kuning,
dan
bis
(dimetilglioksimato) nikel (II), [Ni(C4 N2O2H7)2] yang berwarna merah pink. Warna yang karakteristik pada kompleks yang di kedua ini merupakan reaksi penguji terhadap ion nikel (II) ; senyawa kompleks ini dapat diperoleh dari penambahan larutan dimetilglikosim (C4 N2O2H8 = DMGH) ke dalam larutan nikel (II) yang dibuat tepat basa dengan penambahan amonia menurut persamaan reaksi:
[Ni(H2O)6]2+ (aq) + 2DMGH (aq) + 2OH -
[Ni(DMG)2] (s) + 8H2O (l)
2.3. EKSTRAKSI LOGAM NIKEL
Bijih
sufida
dari
nikel
biasanya
telah
diolah/
diekstraksi
menggunakan pyrometalurgy (proses ekstraksi yang dilakukan pada temperatur tinggi) untuk menghasilkan liquid matte yang akan digunakan pada pemurnian tahap berikutnya. Untuk memproses Nickel matte menggunakan ekstraksi
logam hydrometalurgy (proses ekstraksi yang dilakukan pada temperatur yang relatif rendah dengan cara pelindian dengan media cairan). Adapun proses pyrometalurgy untuk menghasilkan liquid matte yang akan digunakan pada pemurnian tahap berikutnya meliputi: 1. Kominusi
Komunisi adalah proses reduksi ukuran dari ore agar mineral bisa terlepas dari bijjhnya. Berbeda dengan pengolahan emas, dalam tahap komunisi nikel ini
hanya
dibutuhkan
ukuran
maksimal
30
mm
sehingga
hanya
mengurangi
kadar
dibutuhkan crusher saja dan tidak dibutuhkan grinder. 2. Drying
Dryng atau
pengeringan
dibutuhkan
untuk
moisture dalam bjih. Bisanya kadar moisture dalam bijih sdekitar 30-35% dan diturunkan dalam proses ini dengan rotary dryer menjadi 23%. Dalam rotary dryer ini, pengeringan dilakukan dengan cara mengalirkan gas panasa yang dihasilkan dari pembakaran pulverizedcoal dan marine fuel dalam Hot Air Generator (HAG) secara Co-Current (searah) pada temperatur sampai 200o C. 3. Calcining
Tujuan Utama proses ini adalah menghilangkan air kristal yang ada dalam bijih, air kristal yang biasa dijumpai adalah serpentine 3MgO.2SiO2.2H2O dan goethite
(Fe2O3.H2O).
Kiln dengan
Proses
temperatur
dekomposisi
sampai
850o C
dilakukan
dalam Rotary
meggunakan pulverized coal
secara Counter Current. Disamping menghilangkan air kristal, pada proses ini juga biasanya didesain sudah terjadi reaksi reduksi dari NiO dan Fe2o3. Dalam teknologiKrupp rent, semua reduksi dilakukan dalam rotaru kiln dan dihasilkanluppen. Sedangkan dalan teknologi Electric Furnace, hanya sekitar 20% NiO tereduksi secara tidak langsung dalam rotary kiln menjadi Ni dan 80% Fe2O3 menjadi FeO sedangkan sisanya dilakukan dalamelectric furnace. Produk
dari rotary
kiln ini
disebut
dengan calcined
ore dengan
kandungan moisture sekitar 2% dan siap lebur dalamelectric furnace.
4. Smelting
Proses peleburan dalam electric furnace adalah proses utama dalan rangkaian proses ini. Reaksi reduksi 80% terjadi secara lagsung dan 20% secara tidak langsung pada temperature sampai 1650 o C.
5. Refining
Pada proses ini yang paling utama adalah menghilangkan/ memperkecil kandungan Sulfur dalan crude Fe-Ni dan sering disebut
Desulfurisasi.
Dilakukannya proses ini berkaitan dengan kebutuhan proses lanjutan yang digunakannya Fe-Ni sebagai umpan untuk pembuatan baja dimana baja yang bagus harus mengandung Sulfur maksimal 20 ppm sedangkan kandungan Sulfur pada Crude Fe-Ni masih sekitar 0.3% sehingga jika kandungan Sulfur tidak diturunkan maka pada proses pembuatan baja membutuhkan kerja keras untuk menurunkan kadar. Bijih nikel dipanggang di udara menghasilkan NiO, yang kemudian direduksi dengan C menjadi Ni. Nikel biasanya dimurnikan dengan elektrodeposisi namun dalam nikel yang tinggi kemurniannya tetap dibuat dengan proses karbonil. CO bereaksi dengan Ni yang tidak murni pada suhu 50ºC dan tekanan biasa atau dengan anyaman nikel tembaga dalam keadaan yang lebih kuat menghasilkan Ni(CO) 4 yang mudah menguap, di mana logam dengan kemurnian 99,90-99,99 % diperoleh pada komposisi termal 200 º C. Nikel diekstrak dari ore nya dengan proses pemanggangan menghasilkan logam yang kemurniannya >80%. Pemurnian akhir dari pemurnian nikel oksida menggunakan proses Mond, yang dapat meningkatkan kemurnian nikel hingga 99%. Proses modern dipatenkan oleh L. Mond. Proses ini memanfaatkan fakta bahwa ikatan kompleks antara karbon monoksida dengan nikel mudah dan reversibel untuk memberikan karbonil nikel. Proses ini memiliki tiga langkah : a) Nikel oksida direaksikan dengan Syngas pada 200 ° C untuk menghilangkan oksigen, meninggalkan nikel murni. Kotoran termasuk besi dan kobalt. NiO (s) + H2 (g) → Ni (s) + H2O (g)
b) Nikel murni direaksikan dengan karbon monoksida berlebih pada 50-60 ° C untuk membentuk karbonil nikel. Ni (s) + 4 CO (g) → Ni (CO)4 (g) c) Campuran
karbon
monoksida
berlebih
dan
nikel
karbonil
dipanaskan hingga 220-250 ° C. Pada pemanasan, tetracarbonyl nikel nikel terurai untuk memberikan: Ni (CO) 4 (g) → Ni (s) + 4 CO (g) Selanjutnya
untuk
memproses Nickel
matte menggunakan
ekstraksi
logam hydrometalurgy (proses ekstraksi yang dilakukan pada temperatur yang relatif rendah dengan cara pelindian dengan media cairan). Proses Pyrometallurgy Reduksi yang terjadi pada proses ini hanya sebagian dari besi saja yang dapat diikat menjadi Perak, dan sebagian besar masih dalam bentuk ferro-nikelalloy. Dalam hal ini untuk memisahkan besi dari nikel pada reaksi peleburan tersebut ditambahkan beberapa bahan yang mengandung belerang (Gypsum atau Pyrite). Karena perbedaan daya ikat besi dan nikel terhadap oksigen dan belerang, sehingga proses ini didapatkan metal yaitu paduan Ni 3S2 dan FeS. Metal yang dihasilkan ini masih mengandung lebih dari 60 % Fe dan selanjutnya metal yang masih dalam keadaan cair terus diproses lagi dalam konvertor. Proses-proses konvertor diberikan bahan tambah silikon untuk mengerakkan oksida besi. Gerak hasil konvertor ini masih mengandung nikel yang cukup tinggi, sehingga gerak ini biasanya di proses ulang pada peleburan (Resmelting). Proses selanjutnya metal di panggang untuk memisahkan belerang. Nikel oxide yang didapat dari pemanggangan selanjutnya di reduksi dengan bahan tambah arang (charcoal), sehingga didapat logam nikel. Waste dari nikel berupa terak yang sekitar 70% komposisi kimia terak nikel terdiri dari Silika 41,47%, Ferri Oksida 30,44% 58%. Dengan komposisi Silika yang cukup besar pada terak nikel, diharapkan proses hidrasi yang terjadi antara pasta semen dan agregat akan membentuk interface yang lebih sempurna, sehingga kehancuran beton tidak terjadi pada interface, atau kalaupun terjadi kehancuran pada interface diperlukan energi yang cukup tinggi, dengan kata lain akan diperoleh kekuatan beton yang cukup tinggi. beton mutu tinggi dengan menggunakan terak nikel sebagai agregat dan sebagai bahan pencampur semen mempunyai kekuatan tekan,
tarik, modulus elastistisitas, dan berat volume yang lebih tinggi, di samping susut yang relatif kecil dibandingkan dengan beton normal batu alam sehingga beton terak nikel dapat digunakan sebagai bahan untuk beton normal terak nikel. Sedangkan untuk beton berat dari terak nikel dapat digunakan sebagai bahan pipa pemberat beton terak nikel. Agragat memegang peranan penting dalam pembentukan beton karena agregat menyumbang volume beton 60-80% dan di lain sisi semen sebagai pembentuk pasta diperlukan untuk mengikat agregat, tetapi harga semen merupakan harga yang lebih mahal dibandingkan dengan harga agregat Demikian juga pemanfaatan semen yang dicampur dengan produk limbah, memungkinkan pengurangan jumlah semen dalam pembuatan beton. Perkembangan ilmu pengetahuan di bidang Teknologi beton memungkinkan penggunaan limbah menjadi bahan dasar pembentuk beton, sehingga di satu sisi penggunaan bahan alam yang merusak lingkungan dapat dibatasi dan dilain sisi bahan limbah dimanfaatkan seoptimal mungkin untuk bahan dasar pembentukan beton. Terak nikel merupakan salah satu limbah padat dari hasil penambangan dan proses pengolahan nikel. Jumlah terak nikel kian hari kian menumpuk, karena setiap proses pemurnian satu ton produk nikel menghasilkan limbah padat 50 kalinya, setara 50 ton. Sehingga dari hasil limbah yang cukup banyak, dilakukan penelitian untuk menggunakan limbah padat tersebut sebagai bahan pembentuk beton, baik sebagai agregat kasar dan halus , ataupun sebagai bahan campuran semen. Proses pembuatan nikel dan terjadinya terak nikel di perusahaan penambangan nikel PT INCO adalah sebagai berikut:
Mining (penambangan)
Proses pengeringan di Rotary Dryer
Proses reduksi dan sulfidisasi di Reduction Kiln
Proses peleburan di tungku listrik: pada tahapan ini dihasilkan limbah terak nikel 2-3 juta ton per tahun. Proses Pemurnian di Converter: dihasilkan limbah terak nikel sebanyak 3000 an ton per minggu.
2.4 Ekstraksi Logam Nikel Pada Diagtram Alir
Gambar 1 Diagram ekstraksi logam nikel
1. Bijih
Bijih adalah sejenis batu yang mengandung mineral penting, baik itu logam maupun bukan logam. Bijih diekstraksi melalui penambangan, kemudian hasilnya dimurnikan lagi untuk mendapatkan unsur-unsur yang bernilai ekonomis. Bijih yang diproses ini ialah bijih yang mengandung nikel dengan mendapatkannya melalui proses penambangan sesuai dengan lokasi keterdapatanya bijih tersebut. Setelah bijih didapat maka dilakukan proses pendahuluan yaitu : a. CRUSHING adalah proses reduksi/pengecilan ukuran dari bahan galian/bijih nikel yang langsung dari tambang dan berukuran besar-besar (diameter sekitar 110cm) menjadi ukuran 20-25cm bahkan bisa mencapai 2,5cm. Crushing biasanya dilakukan beberapa tahapan :
Prymari crushing (Tahap pertama) : Dapat memecah batuan yang berukuran sekitar 1500mm menjadi ukuran 30-100mm. Ukuran
terbesar dari tahapan ini adalah 200 mm. Alat peremuk yang biasanya digunakan pada tahap ini adalah Jaw Crusher dan Gyratory Crusher.
Secondary Cruher (Tahap kedua) : Dapat memecah material yang berukuran 150 mm menjadi 12.5-25.4mm. Pada tahapan ini kadang masih di jumpai ukuran partikel 75mm sehingga perlu di lakukan cushing tahap ketiga. Alat peremuk yang digunakan adalah Cone Crusher, Hammer Mill dan Rolls.
Fine crushing (Tahap lanjutan) : material yang dicruching biasanya berukuran lebih besar dari 25,4 mm. Apabila hasil tidak memuaskan maka perlu di lakukan crusher lagi. Alat yang digunakan Rolls, Dry Ball Mills, Disc Mills dan Ring Mills.
b. DRYING merupakan salah satu proses pengambilan sejumlah cairan yang terkandung didalam bijih nikel dengan menggunakan medium berupa gas atau udara yang dilewatkan melalui bahan tersebut sehingga kandungan cairan menjadi berkurang karena menguap. Ini dilakukan agar kandungan air pada bijih berkurang hingga tidak terdapat lagi. c. SINTERING merupakan pemanasan material / bahan dengan cara memanaskannya tidak
sampai melampaui titik lelehnya. Solid State
Sintering merupakan sintering yang dilakukan pada material padat yang bertujuan untuk memperbaiki struktur / kualitas material tersebut. Selama proses sintering, gaya penggerak makroskopik menurunkan kelebihan energi di permukaan. Ini dapat terjadi dengan : 1) Penyusutan luas permukaan total karena peningkatan ukuran rata-rata partikel, yang memicu pada pengasaran “coarsening”. 2) Penghapusan antarmuka padatan / gas dan pembentukan batas area butir, diikuti dengan pertumbuhan butir, yang memicu pada pemadatan “densification”. 2. Peleburan
Peleburan (smelting) adalah proses reduksi bijih sehingga menjadi logam unsur yang dapat digunakan berbagai macam zat seperti karbid, hidrogen, logam aktif atau dengan cara elektrolisis. Pemilihan zat peredusi ini tergantung dari
kereaktifan masing-masing zat. Makin aktif logam makin sukar direduksi, sehingga diperlukan pereduksi yang lebih kuat. Pada tahap peleburan ini logam yang telah dilakukan proses sebelumnnya dimasukan alat peleburan dengan campuran kokas, batu gamping dan bijih. Digunakan dengan suhu 1500 o- 2000oC. Proses ini dilakukan 3 kali hingga mendapatkan hasil nikel murni 95 %. Dari hasil tersebut juga didapat material berupa terak . Terak disini ialah bahan yang tidak mengandung nikel atau sangat sedikit mengandung nikel. Dalam artian terak sama halnya dengan tailing yang dibuang ditempat yang khusus sehingga tidak terajadi pencemaran lingkungan. 3. Converter Bessemer
Proses ini dilakukan dalam kontainer baja bulat telur besar dilapisi dengan tanah liat atau dolomit disebut konverter Bessemer. Kapasitas sebuah konverter 830 ton nikel cair dengan muatan yang biasa berada di sekitar 15 ton. Dibagian atas konverter merupakan pembukaan, biasanya miring ke sisi relatif terhadap tubuh kapal, dimana nikel diperkenalkan dan produk jadi dihilangkan. Bagian bawah ini berlubang dengan sejumlah saluran yang disebut tuyères melalui udara dipaksa menjadi konverter. Konverter ini diputar pada trunnions sehingga dapat diputar untuk menerima tekanan, berbalik tegak selama konversi dan kemudian diputar lagi untuk menuangkan nikel cair di akhir.
Gambar 2 Converter bessemer
Hasil dari proses ini berupa mate cair yang kemudian dipadatkan dengan proses pengeringan. Dari material yang cair tersebut diambil melalui tuyeres kemudian di panasakan hingga didapat oksida nikel serta debu dan gas panas. 4. Proses Pemisahan Gas Dan Debu.
Proses pemisahan ini menggunakan cyclone separator , gas berdebu masuk cyclone dengan kecepatan tinggi arah tangensial, sehingga berputar dalam cyclone. Partikel debu terlempar ke dinding karena gaya sentrifugal. Debu menabrak dinding lalu jatuh kebawah.
Gambar 3 cyclone separator
Dimana gas panas tersebut dapat dimanfaatkan menjadi pembangkit listrik dan debu dapat di daur ulang untuk didapatkan kandungan nikel dan juga bisa rekayasa bahan galian.
DAFTAR PUSTAKA
Achmad, Hiskia.2001. Penuntun Belajar Kimia Dasar Kimia Unsur dan Radiokimia. Bandung:PT. Citra Aditya Bakti. Brady, James E. 2002. Kimia Universitas Asas dan Strukutur. jilid 2. Tangerang : Binarupa Aksara. Cotton, F. Albert dan Geofrey Wilkinson. 2007. Kimia Anorganik Dasar . Jakarta: UI-Press. Handoyo, Kristian, dkk. 2001. Buku Materi Pokok Kimia Anorganik 2. Jakarta : Universitas Terbuka. Rahayu, Sri. 2007. Sains Kimia 3 SMA/MA Kelas XII .Jakarta: Bumi Aksara.
