Proses Pengolahan Bijih Tembaga

Indonesia mempunyai cadangan bijih tembaga (Cu) yang sangat besar, sebagian besar dalam cadangan porphyry dengan kadar Cu dalam bijih beragam antara 0,1-2%. Di samping Cu, biasanya bijih berasosisasi dengan logam lain seperti emas (Au), Perak (Ag) dan logam jarang seperti Palladium (Pd), Selenium (Se) dan lain-lain. Beberapa jenis bijih Cu yang ada adalah Bornite (Cu₅FeS₄), Calcopyrite (CuFeS₂), Covellite (CuS) dengan beberapa pengotor seperti Pyrite (FeS₂), Magnetite (Fe₃O₄), Hematite (Fe₂O₃), ataupun Quartz (SiO₂). Disebabkan kebanyakan mineral sulfida maka akan lebih efektif jika proses awal yang dilakukan adalah “Pengkonsentrasian” dengan menggunakan proses flotasi serta Gravity jika memang dalam bijih banyak emas (Au) dalam bentuk Native.

Process flotasi secara umum tidak begitu sulit, seperti pada tulisan sebelumnya flotasi CuS tidak jauh berbeda dengan PbS dan ZnS. Intinya adalah sama-sama mineral sulfide, yang bisa diambil dengan reagent Xanthate. Reagent lain bisa digunakan untuk mengambil bijih tembaga secara khusus, sebagai contoh Merkapto Benzo Tyazone (MBT) yang efektif untuk mengambil Bornite dan Calcopyrite. Secara umum proses flotasi untuk bijih tembaga adalah sebagai berikut:

Gambar 1. Flotation Flowsheet Diagram

Konsentrat yang dihasilkan biasanya berkadar Cu 20-30% tergantung dari bijih dan proses flotasinya sedangkan ikutannya untuk Emas sekitar 10-30 gpt dan Perak sekitar 30-70 gpt tergantung kadar logam tersebut dalam bijih. Namun yang bisa dipastikan untuk bijih dengan kadar bijih >0,5 % maka recovery Cu bisa 85-90% sedangkan Emas dan Perak hanya mengikuti saja sekitar 75% dan 65%, semakin tinggi recovery Cu maka semakin tinggi juga recovery Au dan Ag.

Bagi perusahaan yang mempunyai proses peleburan langsung maka konsentrat yang didapatkan bisa dilebur langsung, namun bagi perusahaan yang tidak mempunyai fasilitas peleburan biasanya konsentrat dijual dengan harga Internasional dan recovery (diskon) pasar (tergantung negosiasi juga). Ada beberapa proses yang ada di dunia ini untuk teknologi peleburan secara continous, salah satunya adalah Mitsubishi Process yang ada di PT. Smelting Gresik. Teknologi lain adalah Flash Smelter dan Flash Conventer dari Outotek (Outocumpu). Apapun teknologi yang digunakan, namun yang pasti adalah proses yang diambil adalah proses oksidasi:

2CuS + 3O₂ = 2CuO + 2SO₂

CuO + Flux = Cu + Slag

SO₂ + H₂O + ½ O₂ = H₂SO₄

Tentu saja bukan hanya itu reaksi yang terjadi, banyak mineral lain yang bereaksi namun intinya tetap sama. Jika dilihat dari reaksi yang kemungkinan tejadi, maka sesungguhnya tidak ada yang terbuang dari proses peleburan konsentrat tembaga ini. Gas yang dihasilkan bisa ditangkap untuk dijadikan asam sulfat (H₂SO₄) untuk dijual ke Pabrik Pupuk, Slag yang dihasilkan bisa dijadikan campuran semen dan dijual ke Pabrik Semen, Energi yang dihasilkan dari reaksi exotherm ini digunakan untuk PLTU guna memenuhi kebutuhan proses lebih lanjut. Sungguh tepat PT. Smelting didirikan di Gresik, dekat dengan PT. Petrokimia dan PT. Semen Gresik. Selain semua itu, masih juga dihasilkan Anode Slime yang mempunyai kandungan Au, Ag dan logam jarang dengan kadar yang cukup tinggi. Jadi perbedaan teknologi yang ada adalah mengenai efisiensi yang dihasilkan saja.

Berikut contoh diagram alir proses yang dimiliki oleh Outotek:

Gambar 2. Proses Peleburan Tembaga

Copper Anode yang dihasilkan masih harus dilakukan electrorefining agar Tembaga yang dihasilkan menjadi murni. Proses electrorefining mirip dengan electrolisa hanya saja menjadikan logam campuran sebagai Anoda dan didapatkan logam murni di Katoda, sehingga setelah dilakukan electrorefining dan peleburan lanjut didapatkan Copper Cathode. Sedangkan sisa yang ada di anoda disebut dengan “Anode Slime”.

Sampai saat ini belum ada pengolahan Anode Slime di Indonesia dengan Recovery >99,2% sehingga anode slime yang dihasilkan oleh PT. Smelting pun saat ini masih dimurnikan (dijual) ke luar negeri. Ada beberapa cara yang bisa digunakan untuk mengambil Au, Ag dan logam jarang yaitu jalur hidrometalurgi dan jalur paduan piro-hidrometalurgi. Mudah-mudahan ke depan Indonesia mempunyai dan bisa mengolah dari bijih hingga dihasilkan logam murni baik Cu, Au, Ag, Pd, Se dll. Masalah yang ada bukanlah masalah teknologi karena banyak orang Indonesia yang pandai dan sudah berpengalaman. Masalah terbesar adalah kekuatan pendanaan serta kekuatan kemauan dan politik.

Extraction Process For Pb and Zn from Galena (PbS) and Sphalerite (ZnS) Ores

In the world, usually Galena ore (PbS) is found together with Sphalerite ore (ZnS) in sulfide mineral. The Grade of PbS and ZnS in the ore between 2-8% for PbS and 8-16 % for ZnS. Generally, to increase the concentration of the metal in sulfide mineral is used The Froth Flotation.

Froth Flotation is Physical Chemistry methode to separate achieve mineral and impurities by use the mineral interface difference. The mineral that is very easy to absord the water is called by Hydrofillic, and the other is Hydrofobic. The Hydrofillic particles will be in the pulp, and the others will be at the air bulb and flow to the atmospheric surface. Usually, we use the reagents to make the interface particles become hydrofillic or hydrofobic. The reagents that we use in flotation are: collector, frother and modifier such as activator, pH regulator, depresant dan dispersant.

Figure 1. Scheme of froth flotation in Denver Flotation Cell

Below is the function for the reagents :
1. Collector
Collector is the reagent that make mineral surface become hydrophobic. Usually, colector is heteropolar organic mineral, content polar and non-polar side. Non-polar side is hydrofobic and will be at the air bulb, and polar side will be at specific solid particles than the solid particles will go to atmospheric surface.

2. Frother
When the surface of the specific solid particle become hydrophobic, that particle must converge with the air bulb from aeration. But the problem is the air bulb will be broke by hit with solid particle, cell, and the other air bulb. So, to make the air bulb become the stable bulb, we must add frother to the pulp. Frother is the reagent that can decrease the surface tension of the bulb hence the bulb is stable. The Effective Frother usually content minimum 5 atoms of carbon in the main molecule.

Table 1. The Frothers that often be used

3. Modifier
Modifier such as : activator, depressant, dispersant and pH regulator often be added to the flotation process. Activator is the reagent that used to increase interaction between solid particle and collector. Depressant make chemist polar film on the surface of the solid particle hence more hydrofobic. Dispersant is used to avoid the agglomeration, hence the particle can interact with the collector and the air bulb well. pH regulator is used to control of pH in order that the hydrofobic system can work optimally.

In Froth flotation for galena and spalerite, the reagents that be used :
1. Xanthate as collector
2. Pine Oil as frother
3. CaO as pH Modifier
4. CuSO4 as Activator for Pb
5. ZnSO4 as Activator for Zn
Generally, Flotation process for PbS and ZnS on industry scale is done continuously. Flowsheet of the process can be seen in figure 2.

Figure 2. The Flowsheet of the flotation process

Based on flowsheet in figure 2, we can see that we get 4 kinds of concentrates:
1. Cons. PbS
2. Cons. Mix PbS and ZnS
3. Cons. ZnS
4. Cons. Sulfur
All these concentrates will be processed to get the end product.. Cons. Sulfur is often processed by oxydation become H2SO4, the reaction:

S + O2 = SO2
SO2 + 1/2 O2 + H2O = H2SO4

Sulfur can be processed to the other product too, for example: fertilize, soap, medicine etc.

After concentration be done, then extraction process for Pb and Zn from the concentrates. We can used pyro ore hydro route, but we will discuss about pyrometallurgy route. Generally, in pyrometallurgy route, the concentrate converted to pellet. The aim of this process is avoid many dust in roasting and smelting process.

Figure 3. Extraction process flowsheet of Zn and Pb from consentrate ZnS

The same process is also done for concentrate PbS and mix PbS-ZnS. The dominant reactions of roasting and smelting process are :

ZnS + 3/2 O2 = ZnO + SO2
PbS + 3/2 O2 = PbO + SO2
C + 1/2 O2 = CO
ZnO + PbO + 2CO = Zn + Pb + 2CO2

The dominant reactions of electrowinning process for crude Pb are :

Pb + H2SO4 + 1/2 O2 = PbSO4 + H2O
Pb2+ + 2e = Pb
2H2O = 4 H+ + O2 + 4e
2H2O + 2e = H2 + 2OH-
2H+ + SO42- = H2SO4

Actually the metals that more achieve such as Cadmium (Cd), Antimony, Bismut etc that we say as impurities can be extract in this process with a little additional treatment.

Extraction process of Pb and Zn from their ore is not availabe yet in Indonesia. But may be in the next year will be build by PT. Dairy Prima Mineral (One of Antam’s subsidiary at North Sumatra). One of the established process in China is Zhongjin Lingnan Nonfemet Co. Ltd