Hidrometalurgi: Ekstraksi Logam Ramah Lingkungan

Pendahuluan

Hidrometalurgi adalah cabang metalurgi yang berkaitan dengan ekstraksi dan pemulihan logam dari bijih, konsentrat, atau bahan baku lainnya menggunakan larutan air. Metode ini merupakan alternatif modern dan seringkali lebih ramah lingkungan dibandingkan pirometalurgi (ekstraksi logam melalui panas tinggi), terutama untuk bijih berkadar rendah atau kompleks. Seiring dengan peningkatan kesadaran akan keberlanjutan dan kebutuhan untuk mengolah sumber daya yang semakin menantang, hidrometalurgi telah mendapatkan daya tarik yang signifikan dalam industri pertambangan dan metalurgi global.

Sejarah hidrometalurgi dapat ditelusuri kembali ke zaman kuno, di mana proses pelindian sederhana digunakan untuk mengekstraksi logam seperti tembaga dari batuan. Namun, pengembangan hidrometalurgi modern dimulai pada akhir abad ke-19 dan awal abad ke-20 dengan penemuan proses sianidasi untuk emas dan perak, serta proses Bayer untuk aluminium. Sejak saat itu, penelitian dan pengembangan telah terus-menerus meningkatkan efisiensi, selektivitas, dan dampak lingkungan dari proses hidrometalurgi, menjadikannya pilar penting dalam produksi banyak logam esensial saat ini.

Dalam esensinya, hidrometalurgi melibatkan empat tahapan utama: pelindian (leaching), di mana logam terlarut dari matriks bijih menjadi larutan; pemisahan padat-cair, untuk memisahkan larutan kaya logam dari residu padat; pemurnian dan konsentrasi, untuk menghilangkan pengotor dan meningkatkan konsentrasi logam target; dan terakhir, perolehan logam akhir dari larutan menjadi bentuk yang dapat digunakan. Setiap tahapan ini memerlukan pemahaman mendalam tentang kimia air, termodinamika, kinetika, dan teknik rekayasa.

Keunggulan utama hidrometalurgi terletak pada kemampuannya mengolah bijih berkadar rendah dan kompleks yang tidak ekonomis jika diolah dengan pirometalurgi. Selain itu, proses ini seringkali menghasilkan produk logam dengan kemurnian tinggi dan memiliki jejak lingkungan yang lebih rendah dalam hal emisi gas rumah kaca dan partikulat. Namun, hidrometalurgi juga memiliki tantangan tersendiri, termasuk manajemen air, konsumsi reagen, dan penanganan efluen cair. Artikel ini akan membahas secara komprehensif prinsip, tahapan, aplikasi, keunggulan, tantangan, dan prospek masa depan hidrometalurgi.

Prinsip Dasar Hidrometalurgi

Hidrometalurgi berakar kuat pada prinsip-prinsip kimia dan fisika yang memungkinkan pelarutan selektif logam dari matriks mineral ke dalam larutan air. Memahami prinsip-prinsip ini adalah kunci untuk merancang dan mengoptimalkan proses hidrometalurgi.

Termodinamika

Termodinamika memberikan wawasan tentang kelayakan suatu reaksi pelindian dan kondisi kesetimbangan. Diagram Eh-pH, yang juga dikenal sebagai diagram Pourbaix, adalah alat termodinamika yang sangat berharga dalam hidrometalurgi. Diagram ini menunjukkan fase stabil dari suatu elemen (padat, terlarut, gas) sebagai fungsi potensial redoks (Eh) dan pH larutan pada suhu dan tekanan tertentu. Dengan menganalisis diagram Pourbaix untuk logam target dan pengotor, insinyur dapat memprediksi kondisi optimal (Eh dan pH) untuk melarutkan logam target secara selektif sambil meminimalkan pelarutan pengotor atau pembentukan endapan yang tidak diinginkan.

Misalnya, untuk melarutkan mineral sulfida seperti kalkopirit (CuFeS2), kondisi Eh yang tinggi dan pH rendah (asam) seringkali diperlukan untuk mengoksidasi sulfida menjadi sulfat dan melarutkan tembaga. Sebaliknya, pelarutan emas dengan sianida terjadi pada kondisi pH tinggi dan Eh tertentu untuk membentuk kompleks siano-emas yang stabil. Pengendalian yang cermat terhadap Eh dan pH memastikan bahwa logam target tetap terlarut dan pengotor mengendap atau tetap tidak larut, memfasilitasi pemisahan selanjutnya.

Kinetika

Meskipun termodinamika menunjukkan apakah suatu reaksi secara termodinamika mungkin, kinetika menentukan seberapa cepat reaksi tersebut akan berlangsung. Dalam hidrometalurgi, laju pelarutan (leaching rate) sangat penting untuk efisiensi proses dan ukuran peralatan yang diperlukan. Faktor-faktor kinetik meliputi:

• Temperatur: Peningkatan suhu umumnya meningkatkan laju reaksi karena energi aktivasi yang lebih tinggi untuk tumbukan molekul dan peningkatan laju difusi. Namun, suhu yang terlalu tinggi juga dapat meningkatkan konsumsi reagen dan biaya energi, serta korosi peralatan.
• Konsentrasi Reagen: Konsentrasi lixiviant (agen pelindian) yang lebih tinggi dapat mempercepat laju reaksi hingga batas tertentu, setelah itu faktor lain seperti difusi atau ketersediaan permukaan reaksi menjadi pembatas. Konsentrasi harus dioptimalkan untuk efisiensi dan biaya.
• Ukuran Partikel: Ukuran partikel yang lebih kecil meningkatkan luas permukaan yang tersedia untuk reaksi kimia, sehingga secara signifikan meningkatkan laju pelindian. Namun, pengecilan ukuran partikel membutuhkan energi yang besar (penggerusan), sehingga ada titik optimal antara biaya kominusi dan laju pelindian.
• Agitasi: Pengadukan memastikan kontak yang baik antara bijih dan larutan lixiviant, serta membantu menghilangkan lapisan produk (pasivasi) yang terbentuk di permukaan partikel, yang dapat menghambat reaksi dan difusi. Agitasi juga membantu mendistribusikan panas dan reagen secara merata.
• Keberadaan Katalis: Beberapa reaksi dapat dipercepat dengan adanya katalis tertentu, baik berupa ion dalam larutan (misalnya ion ferri dalam pelindian sulfida) maupun mikroorganisme dalam bioleaching.
• Tekanan: Peningkatan tekanan, terutama pada suhu tinggi, dapat meningkatkan kelarutan gas reaktan (seperti oksigen) dan mempercepat reaksi, seperti dalam proses autoklaf.

Prinsip Kelarutan

Kelarutan adalah kemampuan suatu zat (solut) untuk larut dalam pelarut dan membentuk larutan homogen. Dalam hidrometalurgi, prinsip kelarutan diterapkan untuk melarutkan mineral yang mengandung logam target. Ini seringkali melibatkan pembentukan kompleks logam yang stabil dalam larutan air, yang menjaga logam tetap terlarut dan mencegah pengendapan prematur.

• Pelindian Asam: Menggunakan asam (seperti H2SO4, HCl) untuk melarutkan mineral basa atau oksida, membentuk garam logam yang larut dalam air. Contoh: Nikel oksida bereaksi dengan asam sulfat membentuk nikel sulfat yang larut: NiO(s) + H2SO4(aq) → NiSO4(aq) + H2O(l).
• Pelindian Basa: Menggunakan basa (seperti NaOH, NaCN, NH3) untuk melarutkan mineral yang membentuk kompleks stabil dalam larutan basa. Contoh: Pelarutan bauksit dengan natrium hidroksida membentuk natrium aluminat yang larut: Al2O3·nH2O(s) + 2NaOH(aq) → 2NaAlO2(aq) + (n+1)H2O(l).
• Pembentukan Kompleks: Banyak lixiviant bekerja dengan membentuk kompleks yang larut dengan ion logam. Ini penting untuk menjaga logam tetap dalam larutan dan mencegah pengendapan kembali yang tidak diinginkan. Amonia (NH3) misalnya, membentuk kompleks ammina yang kuat dengan tembaga, nikel, dan kobalt. Sianida (CN-) membentuk kompleks siano yang sangat stabil dengan emas ([Au(CN)2]-) dan perak, yang merupakan dasar dari proses sianidasi emas.

Reagen yang Digunakan

Berbagai reagen kimia digunakan dalam hidrometalurgi, masing-masing dengan fungsi spesifik untuk memfasilitasi pelarutan, pemisahan, dan pemurnian logam. Pemilihan dan pengelolaan reagen ini sangat krusial untuk efisiensi dan keberlanjutan proses.

• Lixiviant: Agen pelarut utama yang melarutkan mineral logam. Contoh meliputi asam sulfat (H2SO4), asam klorida (HCl), natrium sianida (NaCN), amonia (NH3), dan natrium hidroksida (NaOH). Pemilihan lixiviant tergantung pada jenis bijih, logam target, dan kondisi operasi.
• Agen Pengoksidasi/Pereduksi: Digunakan untuk mengontrol potensial redoks (Eh) larutan, yang sangat penting untuk kelarutan dan selektivitas. Contoh agen pengoksidasi termasuk oksigen (udara), ferri sulfat (Fe2(SO4)3), hidrogen peroksida (H2O2), dan klorin. Agen pereduksi dapat berupa sulfur dioksida (SO2), serbuk seng (Zn dust), atau gas hidrogen (H2).
• Agen Pengompleks: Senyawa yang berikatan dengan ion logam untuk membentuk kompleks yang larut dan stabil dalam larutan, mencegah pengendapan atau hidrolisis. Contoh utamanya adalah sianida, amonia, dan berbagai ligan organik.
• Flokulan/Koagulan: Digunakan dalam tahap pemisahan padat-cair untuk mengagregasi partikel-partikel halus (flokulasi) agar lebih cepat mengendap, sehingga mempercepat proses penebalan dan filtrasi.
• Ekstraktan Pelarut: Senyawa organik yang digunakan dalam ekstraksi pelarut untuk secara selektif membentuk kompleks dengan logam target dan memindahkannya dari fase air ke fase organik. Contoh yang umum adalah turunan oksim untuk tembaga (misalnya seri LIX®).
• Resin Penukar Ion: Polimer makropori dengan gugus fungsional yang dapat menukar ion dengan ion dari larutan, digunakan dalam pemurnian dan konsentrasi logam. Resin ini bisa kationik, anionik, atau chelating (sangat selektif).
• Agen Pembuffer: Digunakan untuk menjaga pH larutan tetap stabil selama proses, yang vital untuk selektivitas dan stabilitas kompleks logam. Contohnya adalah kapur atau kalsium karbonat dalam pelindian asam, atau amonium karbonat dalam sistem amonia.

Tahapan Utama Hidrometalurgi

Proses hidrometalurgi biasanya dibagi menjadi beberapa tahapan berurutan, masing-masing dirancang untuk mencapai tujuan spesifik dalam pemulihan logam. Meskipun detail dapat bervariasi tergantung pada jenis bijih dan logam yang diolah, tahapan umumnya adalah pra-perlakuan, pelindian, pemisahan padat-cair, pemurnian dan konsentrasi, serta perolehan logam akhir.

A. Pra-Perlakuan

Tahap pra-perlakuan bertujuan untuk mempersiapkan bijih agar lebih responsif terhadap pelindian. Ini bisa melibatkan peningkatan akses lixiviant ke mineral logam, penghilangan pengotor yang mengganggu, atau mengubah mineral refraktori menjadi bentuk yang lebih mudah dilarutkan.

Penggerusan dan Penggilingan (Comminution)

Mengurangi ukuran partikel bijih adalah langkah fundamental dan paling intensif energi dalam banyak operasi pertambangan dan metalurgi. Bijih dipecah melalui penghancuran (crushing) dan penggilingan (milling) untuk meningkatkan luas permukaan yang tersedia untuk kontak dengan larutan pelindian. Luas permukaan yang lebih besar mempercepat laju reaksi pelindian karena area kontak antara lixiviant dan mineral logam meningkat secara signifikan. Pemilihan ukuran partikel akhir sangat bergantung pada mineralogi bijih dan jenis pelindian yang akan dilakukan; misalnya, pelindian tumpukan (heap leaching) dapat menggunakan bijih yang lebih kasar (umumnya ukuran kerikil), sementara pelindian tangki (agitated tank leaching) memerlukan material yang sangat halus (ukuran lumpur) untuk memaksimalkan laju reaksi.

Roasting (Panggang)

Meskipun sering dikaitkan dengan pirometalurgi, roasting kadang-kadang digunakan sebagai pra-perlakuan hidrometalurgi. Tujuan utamanya adalah untuk mengubah mineral yang 'refraktori' (sulit dilarutkan) menjadi bentuk yang lebih mudah larut dalam lixiviant, atau untuk menghilangkan pengotor yang mengganggu. Ada beberapa jenis roasting:

• Roasting Oksidatif: Ini adalah bentuk roasting yang paling umum sebagai pra-perlakuan. Digunakan untuk mineral sulfida refraktori (misalnya pirit, arsenopirit yang mengandung emas yang terperangkap dalam matriks sulfida). Dengan memanaskan bijih di udara pada suhu tinggi, mineral sulfida teroksidasi menjadi oksida yang lebih berpori (misalnya Fe2O3), melepaskan emas yang terperangkap dan memungkinkan lixiviant untuk mengaksesnya. Contoh reaksi: 2FeS2(s) + 5.5O2(g) → Fe2O3(s) + 4SO2(g). Gas SO2 yang dihasilkan harus diolah (misalnya menjadi asam sulfat) untuk mencegah polusi udara.
• Roasting Sulfatasi: Proses ini dirancang untuk membentuk sulfat logam yang larut dalam air dari mineral yang tidak larut. Ini umum untuk bijih nikel, kobalt, dan tembaga tertentu. Misalnya, bijih sulfida dapat dipanggang di bawah kondisi terkontrol untuk menghasilkan sulfat logam yang kemudian dapat dilarutkan dengan air.
• Roasting Kloridasi: Mengubah logam menjadi klorida yang lebih mudah larut. Meskipun kurang umum, ini dapat digunakan untuk bijih kompleks tertentu.

Proses Konsentrasi

Bijih seringkali melewati proses konsentrasi seperti flotasi, separasi magnetik, atau separasi gravitasi sebelum hidrometalurgi. Tujuan dari konsentrasi adalah untuk meningkatkan kadar logam target dan mengurangi volume material yang harus diolah (gangue), sehingga mengurangi ukuran peralatan pelindian yang dibutuhkan dan biaya operasional per unit logam yang dihasilkan. Ini juga dapat membantu menghilangkan pengotor yang akan mengganggu proses pelindian atau pemurnian selanjutnya.

B. Pelindian (Leaching)

Pelindian adalah inti dari proses hidrometalurgi, di mana logam target secara selektif dilarutkan dari bijih ke dalam fase cair. Ini adalah tahap yang paling kompleks dan krusial, yang sangat memengaruhi keseluruhan efisiensi proses.

Definisi dan Tujuan

Pelindian adalah proses kimia di mana mineral yang mengandung logam target diubah menjadi senyawa yang larut dalam pelarut air (lixiviant). Tujuannya adalah untuk memaksimalkan perolehan logam target ke dalam larutan sambil meminimalkan pelarutan pengotor yang tidak diinginkan, yang akan menyulitkan tahap pemurnian.

Mekanisme Pelindian

Pelindian dapat terjadi melalui beberapa mekanisme, seringkali kombinasi dari beberapa di antaranya:

• Pelarutan Langsung: Mineral terlarut langsung dalam lixiviant tanpa perubahan valensi yang signifikan. Misalnya, garam yang larut dalam air.
• Reaksi Kimia: Lixiviant bereaksi secara stoikiometris dengan mineral membentuk senyawa yang larut. Misalnya, asam bereaksi dengan oksida logam.
• Proses Oksidatif: Banyak mineral sulfida memerlukan agen pengoksidasi (seperti oksigen, ion ferri Fe3+) untuk melarutkan logam. Sulfur dalam mineral sulfida dioksidasi menjadi sulfat yang larut atau unsur sulfur yang tidak larut.
• Pembentukan Kompleks: Ion logam yang terlarut membentuk kompleks stabil dengan reagen dalam larutan, yang mencegah pengendapan kembali dan meningkatkan kelarutan. Ini adalah mekanisme kunci dalam pelindian sianida emas atau pelindian amonia.
• Proses Biokimia: Dalam bioleaching, mikroorganisme secara tidak langsung atau langsung mengkatalisis reaksi oksidasi yang melarutkan mineral logam.

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Pelindian

Banyak variabel yang dapat memengaruhi efisiensi pelindian, dan optimalisasi faktor-faktor ini sangat penting untuk keberhasilan proses:

• Jenis Lixiviant: Pilihan lixiviant (asam, basa, sianida, amonia, dll.) sangat tergantung pada mineralogi bijih, jenis logam target, dan selektivitas yang diinginkan. Setiap bijih memiliki reaktivitas yang berbeda terhadap lixiviant tertentu.
• Konsentrasi Lixiviant: Konsentrasi yang optimal diperlukan; terlalu rendah akan mengakibatkan laju reaksi yang lambat dan perolehan yang rendah, sedangkan terlalu tinggi bisa boros reagen, meningkatkan korosi peralatan, dan menyebabkan masalah lingkungan.
• Ukuran Partikel: Seperti dibahas sebelumnya, ukuran partikel memengaruhi luas permukaan yang tersedia untuk reaksi. Partikel yang lebih kecil umumnya menghasilkan laju pelindian yang lebih cepat dan perolehan yang lebih tinggi.
• Temperatur: Peningkatan suhu umumnya meningkatkan laju reaksi dan difusi, tetapi juga dapat meningkatkan konsumsi reagen karena reaksi samping, meningkatkan biaya energi, dan mempercepat korosi peralatan.
• Tekanan: Pelindian pada tekanan tinggi (autoklaf) dapat secara signifikan mempercepat reaksi dan memungkinkan pengolahan mineral refraktori yang tidak dapat diolah pada tekanan atmosfer. Namun, ini membutuhkan peralatan yang lebih mahal dan kompleks.
• Waktu Kontak (Retention Time): Waktu yang cukup harus diberikan agar reaksi pelindian berlangsung sepenuhnya. Waktu kontak yang terlalu singkat akan menghasilkan perolehan yang rendah, sementara terlalu lama akan meningkatkan biaya operasional tanpa peningkatan perolehan yang signifikan.
• Agitasi: Pengadukan yang memadai diperlukan untuk menjaga partikel padat tersuspensi dalam larutan, memastikan kontak yang efektif antara mineral dan lixiviant, serta mengurangi gradien konsentrasi di sekitar partikel.
• Potensial Redoks (Eh) dan pH: Kontrol Eh-pH sangat penting untuk selektivitas dan kelengkapan pelarutan. Eh mengontrol reaksi oksidasi-reduksi, sementara pH mengontrol keasaman/kebasaan dan memengaruhi stabilitas berbagai senyawa logam dalam larutan.
• Keberadaan Pengotor: Pengotor dalam bijih dapat mengonsumsi lixiviant, membentuk endapan pasif di permukaan mineral target, atau melarut bersama logam target, menyulitkan pemurnian.

Jenis-jenis Pelindian

Pelindian Asam

Pelindian asam adalah metode yang sangat umum dan efektif, terutama untuk bijih oksida dan karbonat, serta mineral sulfida yang dapat dioksidasi. Reagen asam yang paling sering digunakan adalah asam sulfat (H2SO4) karena harganya yang relatif murah, ketersediaannya yang melimpah, dan efektivitasnya.

Asam Sulfat (H2SO4)

Asam sulfat banyak digunakan karena ketersediaannya yang melimpah dan biayanya yang rendah. Ini efektif untuk:

• Bijih Nikel Laterit: Proses High Pressure Acid Leaching (HPAL) menggunakan H2SO4 pada suhu dan tekanan tinggi untuk melarutkan nikel dan kobalt dari bijih laterit, meninggalkan besi sebagai residu yang stabil.
• Bijih Tembaga Oksida: Mineral tembaga oksida seperti malakit (Cu2(CO3)(OH)2) dan azurit (Cu3(CO3)2(OH)2) mudah larut dalam asam sulfat encer. Reaksi umum: CuCO3·Cu(OH)2(s) + 2H2SO4(aq) → 2CuSO4(aq) + CO2(g) + 3H2O(l).
• Uranium: Bijih uranium, terutama dari deposit batuan pasir, dilarutkan dalam asam sulfat, seringkali dengan penambahan agen pengoksidasi seperti Fe3+ atau MnO2 untuk mengoksidasi U(IV) menjadi U(VI) yang lebih mudah larut.
• Zinc Oksida: ZnO(s) + H2SO4(aq) → ZnSO4(aq) + H2O(l).
• Emas dari Residu: Dapat digunakan untuk melarutkan logam dasar dari residu sianidasi emas untuk pemulihan lebih lanjut.

Asam Klorida (HCl)

Asam klorida adalah lixiviant yang kuat dan dapat membentuk kompleks kloro dengan banyak logam (misalnya Fe, Cu, Ni, Co), meningkatkan kelarutan mereka, terutama pada konsentrasi tinggi. Ini sering digunakan dalam pengolahan logam refraktori atau untuk pemulihan logam tertentu.

• Logam Tanah Jarang (LTJ): Digunakan untuk melarutkan oksida LTJ dan memisahkan mereka.
• Bijih yang mengandung Besi Tinggi: HCl dapat melarutkan besi, meskipun ini dapat menjadi masalah jika besi adalah pengotor yang tidak diinginkan.
• Nikel dan Kobalt: Proses pelindian klorida dapat menawarkan selektivitas yang lebih baik untuk nikel dan kobalt dari besi dibandingkan sulfat pada kondisi tertentu.

Asam Nitrat (HNO3)

Asam nitrat adalah agen pengoksidasi dan pelarut yang kuat. Namun, ia lebih mahal dan sering menghasilkan gas NOx yang beracun, sehingga penggunaannya terbatas pada aplikasi khusus yang memerlukan daya oksidasi tinggi, seperti pengolahan paduan tertentu atau pra-perlakuan bijih refraktori.

Aqua Regia

Campuran asam nitrat pekat dan asam klorida pekat (biasanya dalam rasio molar 1:3) yang sangat korosif dan mampu melarutkan logam mulia seperti emas dan platina yang tidak larut dalam asam tunggal. Kemampuannya berasal dari kombinasi kekuatan oksidasi HNO3 dan kemampuan pembentukan kompleks kloro oleh HCl. Ini digunakan dalam skala kecil untuk pemurnian logam mulia atau analisis laboratorium, namun jarang untuk operasi skala industri karena biaya dan tantangan penanganan.

Pelindian Basa

Pelindian basa digunakan ketika logam target membentuk kompleks yang larut dalam larutan basa atau ketika matriks bijih bersifat asam atau netral.

Sianida (NaCN, KCN, Ca(CN)2)

Proses sianidasi adalah metode dominan dan paling efisien untuk ekstraksi emas dan perak dari bijih di seluruh dunia, mencakup lebih dari 90% produksi emas. Proses ini melibatkan pelindian bijih yang digiling halus (atau pelindian tumpukan) dengan larutan natrium sianida encer dalam kondisi aerobik. Emas bereaksi dengan sianida dan oksigen (persamaan Elsner): 4Au(s) + 8NaCN(aq) + O2(g) + 2H2O(l) → 4Na[Au(CN)2](aq) + 4NaOH(aq). Proses ini sangat selektif untuk emas dan perak. Namun, sianida sangat beracun dan memerlukan penanganan, kontrol proses, dan pengelolaan limbah yang ketat untuk memastikan keamanan dan kepatuhan lingkungan.

Amonia (NH3)

Amonia digunakan untuk melarutkan tembaga, nikel, dan kobalt, terutama dari bijih sulfida atau oksida tertentu. Logam-logam ini membentuk kompleks ammina yang stabil dalam larutan basa. Contohnya, proses Caron untuk nikel laterit melibatkan reduksi bijih nikel diikuti dengan pelindian amonia-amonium karbonat yang selektif melarutkan nikel dan kobalt. Cu(NH3)42+ adalah kompleks ammina tembaga yang terkenal. Pelindian amonia menawarkan keuntungan selektivitas dari besi, yang cenderung tidak larut.

Soda Kaustik (NaOH)

Natrium hidroksida adalah lixiviant utama dalam proses Bayer untuk alumina, yang merupakan langkah pertama dalam produksi aluminium. Bijih bauksit (terutama aluminium oksida dan hidroksida) dilarutkan dalam larutan NaOH panas dan bertekanan untuk membentuk natrium aluminat yang larut: Al2O3·nH2O(s) + 2NaOH(aq) → 2NaAlO2(aq) + (n+1)H2O(l). Ini adalah proses yang sangat penting untuk industri aluminium.

Pelindian Air (Water Leaching)

Beberapa garam logam tertentu sangat larut dalam air, dan cukup pelindian dengan air untuk mengekstraknya. Metode ini biasanya digunakan untuk melarutkan mineral evaporit atau garam-garaman yang telah terbentuk melalui proses oksidasi atmosferis. Contohnya adalah pelindian garam kalium, natrium, atau magnesium dari deposit mineral, atau pelindian garam tembaga sulfat yang terbentuk dari oksidasi bijih sulfida.

Pelindian Biologis (Bioleaching)

Bioleaching memanfaatkan mikroorganisme (terutama bakteri atau archaea) untuk mengoksidasi mineral dan melarutkan logam. Ini adalah metode yang ramah lingkungan dan hemat biaya, terutama untuk bijih berkadar rendah atau mineral sulfida refraktori yang sulit diolah dengan metode konvensional.

• Mekanisme: Mikroorganisme kemolitotrof seperti Acidithiobacillus ferrooxidans dan Leptospirillum ferrooxidans mengoksidasi pirit (FeS2) dan mineral sulfida lainnya. Bakteri ini memperoleh energi dari oksidasi senyawa sulfur dan besi. Oksidasi pirit menghasilkan asam sulfat dan ion ferri (Fe3+), yang kemudian bertindak sebagai agen pengoksidasi kimia untuk melarutkan logam target. Misalnya, untuk kalkopirit (CuFeS2): CuFeS2(s) + 4O2(g) → CuSO4(aq) + FeSO4(aq). Ion Fe2+ yang terbentuk kemudian dioksidasi kembali menjadi Fe3+ oleh bakteri.
• Aplikasi: Bioleaching banyak digunakan untuk tembaga sulfida (seperti kalkopirit dan bornit), emas (untuk menguraikan bijih refraktori yang mengandung pirit/arsenopirit sebelum sianidasi), dan uranium. Ini juga sedang dieksplorasi untuk pemulihan nikel, kobalt, dan seng.
• Jenis Proses:
  • Heap Bioleaching (Pelindian Tumpukan Biologis): Bijih yang dihancurkan ditumpuk dalam tumpukan besar di atas lapisan kedap air dan disemprotkan dengan larutan yang mengandung bakteri dan nutrien. Larutan yang menembus tumpukan mengumpulkan logam yang telah dilarutkan oleh aktivitas mikroba dan kemudian diproses lebih lanjut. Ini adalah metode berbiaya rendah untuk bijih kadar rendah.
  • Tank Bioleaching (Stirred Tank Bioleaching): Bijih yang digiling halus dicampur dengan larutan dan bakteri dalam tangki beragitasi (tangki berpengaduk). Proses ini memberikan kondisi yang lebih terkontrol (suhu, pH, aerasi) dan laju reaksi yang lebih cepat dibandingkan heap leaching, cocok untuk bijih dengan kadar yang lebih tinggi atau lebih refraktori.

Pelindian In-Situ dan Heap Leaching

Kedua metode ini adalah bentuk pelindian tumpukan besar, namun dengan perbedaan signifikan dalam penerapannya.

• In-Situ Leaching (ISL) atau Solution Mining: Bijih dilarutkan langsung di dalam tanah tanpa perlu penambangan fisik. Larutan lixiviant dipompa ke dalam deposit bijih melalui sumur injeksi, dan larutan kaya logam (PLS) dipompa keluar melalui sumur produksi. Ini sangat hemat biaya dan memiliki dampak permukaan yang minimal, tetapi hanya cocok untuk deposit bijih tertentu dengan geologi yang permeabel (misalnya batuan pasir berpori) dan yang terletak di bawah muka air tanah untuk mencegah kebocoran lixiviant. ISL umum digunakan untuk uranium dan tembaga tertentu.
• Heap Leaching (Pelindian Tumpukan): Bijih yang telah dihancurkan hingga ukuran tertentu (biasanya beberapa sentimeter) ditumpuk di atas lapisan kedap air. Lixiviant disemprotkan secara merata di atas tumpukan, meresap ke bawah melalui bijih, melarutkan logam target. Larutan kaya logam (PLS) mengalir melalui tumpukan dan dikumpulkan di dasar, kemudian dipompa ke pabrik pemulihan. Ini adalah metode yang relatif murah dan berbiaya modal rendah untuk bijih berkadar rendah, terutama untuk emas, perak, dan tembaga oksida.

Pelindian Tekanan Tinggi (Pressure Leaching)

Melakukan pelindian dalam autoklaf pada suhu dan tekanan tinggi secara signifikan meningkatkan laju reaksi dan memungkinkan pengolahan mineral refraktori yang tidak dapat diolah secara efisien pada kondisi atmosfer. Peningkatan suhu dan tekanan meningkatkan kelarutan gas reaktan (seperti oksigen) dan mempercepat kinetika reaksi.

• Nikel Laterit: Proses HPAL (High Pressure Acid Leaching) adalah metode utama untuk mengolah bijih nikel laterit saprolitik yang kaya nikel dan kobalt. Bijih dicampur dengan asam sulfat dan dipanaskan hingga 240-270°C pada tekanan tinggi (hingga 40 atm) dalam autoklaf. Ini secara selektif melarutkan nikel dan kobalt, sementara sebagian besar besi mengendap sebagai hematit yang stabil.
• Konsentrat Sulfida Refraktori: Pelindian tekanan tinggi digunakan untuk mengoksidasi konsentrat sulfida menjadi oksida atau sulfat yang mudah larut, terutama untuk konsentrat yang mengandung logam berharga seperti emas, tembaga, nikel, dan kobalt. Ini sering digunakan sebagai pra-perlakuan untuk bijih emas refraktori sebelum sianidasi.

C. Pemisahan Padat-Cair (Solid-Liquid Separation)

Setelah tahap pelindian, larutan kaya logam (Pregnant Leach Solution - PLS) perlu dipisahkan secara efisien dari residu padat (tailing atau ampas bijih yang telah dilarutkan). Tujuan utamanya adalah untuk mendapatkan larutan yang bersih dan jernih untuk tahap pemurnian selanjutnya, serta membuang atau mengolah residu padat dengan aman dan efisien.

Metode Pemisahan

• Thickening (Penebalan): Partikel padat diizinkan untuk mengendap di bawah gravitasi dalam tangki penebal (thickener) yang besar. Flokulan (senyawa kimia yang membantu partikel beragregasi menjadi flok yang lebih besar) sering ditambahkan untuk mempercepat laju pengendapan. Bagian bawah thickener menghasilkan bubur padat yang kental (underflow), sedangkan bagian atas menghasilkan larutan yang lebih jernih (overflow).
• Filtrasi (Filtration): Menggunakan berbagai jenis filter seperti filter press, filter vakum (misalnya filter disk atau drum), atau filter ban (belt filter) untuk memisahkan padatan halus dari larutan. Filtrasi menghasilkan larutan yang lebih jernih (filtrat) dan kue filter (filter cake) dengan kadar kelembaban rendah yang siap dibuang atau dicuci lebih lanjut. Filtrasi sangat efektif untuk memisahkan partikel yang sangat halus yang sulit mengendap.
• Counter-Current Decantation (CCD): Ini adalah sistem seri dari beberapa penebal (biasanya 3-5 unit) yang diatur secara berlawanan arah dengan aliran larutan. Bijih yang telah dilarutkan (bubur) masuk dari satu ujung, dan dicuci secara bertahap dengan air bersih atau larutan pencuci dari ujung lain. Tujuannya adalah untuk memaksimalkan pemulihan larutan kaya logam ke dalam PLS sambil meminimalkan kehilangan logam ke dalam ampas yang dicuci bersih, dengan efisiensi pencucian yang tinggi dan penggunaan air yang optimal.
• Sentrifugasi: Untuk pemisahan padat-cair yang sangat halus atau ketika diperlukan pemisahan yang sangat cepat, sentrifuga dapat digunakan. Meskipun kurang umum dalam skala industri besar dibandingkan penebalan atau filtrasi, sentrifugasi memberikan pemisahan yang sangat efektif.
• Klarifikasi (Clarification): Setelah penebalan atau filtrasi awal, larutan PLS mungkin masih mengandung partikel-partikel sangat halus yang perlu dihilangkan sebelum tahap pemurnian sensitif seperti ekstraksi pelarut atau elektrowinning. Klarifikasi, seringkali melalui filter pasir atau filter polimer, digunakan untuk mendapatkan larutan yang jernih sempurna.

D. Pemurnian dan Konsentrasi

Larutan PLS dari tahap pelindian seringkali mengandung banyak pengotor selain logam target, dan konsentrasinya mungkin masih relatif rendah. Tahap pemurnian dan konsentrasi bertujuan untuk menghilangkan pengotor secara selektif dan meningkatkan konsentrasi logam target, mempersiapkan larutan untuk perolehan logam akhir dalam bentuk murni.

Ekstraksi Pelarut (Solvent Extraction - SX)

Ekstraksi pelarut adalah teknik pemisahan yang sangat kuat dan selektif, yang telah merevolusi banyak proses hidrometalurgi. Ini melibatkan transfer selektif ion logam dari fase air (PLS) ke fase organik yang tidak larut dalam air, kemudian melepaskan logam tersebut ke fase air kedua (strip solution) dalam bentuk yang lebih murni dan lebih pekat.

Prinsip Dasar

SX didasarkan pada distribusi selektif zat terlarut (ion logam) antara dua pelarut yang tidak dapat bercampur. Dalam hidrometalurgi, ini adalah larutan air yang mengandung logam dan larutan organik yang mengandung reagen ekstraktan.

• Fase Organik: Terdiri dari:
  • Ekstraktan: Senyawa kimia (misalnya turunan oksim, amina, organofosfor) yang secara selektif bereaksi dengan ion logam target, membentuk kompleks yang larut dalam pelarut organik. Ekstraktan dirancang untuk memiliki afinitas tinggi terhadap logam target dan selektivitas tinggi terhadap pengotor.
  • Diluent (Pengencer): Pelarut organik inert (misalnya kerosin yang dimurnikan) yang digunakan untuk melarutkan ekstraktan, mengurangi viskositas fase organik, dan memfasilitasi pemisahan fase.
  • Modifier (Pengubah): Senyawa (misalnya alkohol berantai panjang) yang kadang-kadang ditambahkan untuk meningkatkan kelarutan kompleks logam-ekstraktan, mencegah pembentukan emulsi yang stabil (crud), atau meningkatkan pemisahan fase antara air dan organik.
• Fase Air: Larutan PLS (umpan ke ekstraksi) dan larutan strip (umpan ke stripping).

Mekanisme

Proses ini umumnya melibatkan reaksi pertukaran ion atau solvasi. Sebagai contoh, ekstraktan asam (HA) bereaksi dengan ion logam (M n+) dari fase air untuk membentuk kompleks logam-ekstraktan yang larut dalam organik, melepaskan ion H+ ke fase air: M n+ (aq) + nHA (org) ↔ MA n (org) + nH+ (aq). Proses ini reversibel dan dapat dikendalikan dengan mengubah pH: pH rendah mendorong stripping (pelepasan logam), dan pH tinggi mendorong ekstraksi (penarikan logam ke fase organik).

Tahapan dalam SX Sirkuit

Sirkuit SX biasanya terdiri dari beberapa tahap mixer-settler yang berurutan:

• Ekstraksi (Extraction): PLS dicampur secara intensif dengan fase organik dalam mixer. Logam target berpindah ke fase organik. Campuran kemudian mengalir ke settler, di mana fase organik yang kaya logam (loaded organic) terpisah dari fase air (raffinate). Raffinate yang telah kehilangan logam target kemudian dibuang atau diolah lebih lanjut.
• Scrubbing (Pencucian): Fase organik yang kaya logam dari tahap ekstraksi mungkin masih mengandung sedikit pengotor yang ikut terekstrak. Fase organik ini dicuci dengan larutan air (scrub solution) yang dirancang untuk menghilangkan pengotor tanpa melepaskan logam target.
• Stripping (Pengupasan): Fase organik yang dimurnikan dicampur dengan larutan strip (misalnya asam sulfat pekat atau air). Logam target dilepaskan kembali ke fase air dalam bentuk yang lebih pekat dan murni, dan ekstraktan diregenerasi untuk digunakan kembali dalam tahap ekstraksi. Larutan air yang kaya logam hasil stripping disebut "pregnant electrolyte" atau "strong electrolyte".
• Regenerasi/Pemulihan: Fase organik yang "kosong" (stripped organic) dari tahap stripping dikembalikan ke tahap ekstraksi untuk daur ulang.

Aplikasi

Ekstraksi pelarut sangat dominan dalam industri tembaga (lebih dari 90% tembaga yang diproduksi secara hidrometalurgi menggunakan SX-EW), nikel, kobalt, uranium, logam tanah jarang, seng, dan vanadium. Ini menghasilkan larutan kaya logam yang sangat murni yang ideal untuk elektrowinning.

Penukar Ion (Ion Exchange - IX)

Penukar ion menggunakan resin polimer yang memiliki gugus fungsional yang dapat menukar ion tertentu dari larutan dengan ion lain yang terikat pada resin. Ini sangat efektif untuk pemulihan logam dari larutan encer atau untuk pemurnian yang sangat selektif.

• Prinsip: Resin penukar ion memiliki situs aktif yang menarik ion dengan muatan berlawanan. Misalnya, resin kationik menukar kation logam (M n+) dengan ion H+ atau Na+ yang terikat pada resin. Resin anionik menukar anion (misalnya kompleks [Au(CN)2]-) dengan ion Cl- atau OH-.
• Jenis Resin:
  • Kationik: Menukar kation (logam). Resin asam kuat atau asam lemah.
  • Anionik: Menukar anion (misalnya kompleks siano-emas). Resin basa kuat atau basa lemah.
  • Chelating: Resin yang memiliki gugus fungsional yang dapat membentuk kompleks khelat dengan ion logam tertentu, sehingga sangat selektif.
• Aplikasi: Sangat penting dalam pemulihan emas (Carbon-in-Pulp/Resin-in-Pulp - CIP/RIP), uranium, logam tanah jarang, dan pemurnian air limbah (menghilangkan logam berat).
• Proses: Larutan PLS melewati kolom atau tangki yang berisi resin. Logam target diadsorpsi pada resin. Setelah resin jenuh, logam di-elusi (dilepaskan) dari resin menggunakan larutan eluen yang sesuai (misalnya larutan asam kuat atau basa), menghasilkan larutan logam yang terkonsentrasi dan murni. Resin kemudian diregenerasi untuk digunakan kembali.

Adsorpsi

Adsorpsi melibatkan penyerapan zat terlarut (adsorbat) ke permukaan padatan (adsorben). Ini berbeda dengan penukar ion di mana terjadi pertukaran ion. Karbon aktif adalah adsorben yang paling umum digunakan dalam hidrometalurgi.

• Karbon Aktif: Sangat efektif untuk mengadsorpsi kompleks emas-sianida ([Au(CN)2]-) dari larutan. Proses Carbon-in-Pulp (CIP) atau Carbon-in-Leach (CIL) adalah standar industri untuk pemulihan emas, di mana bubur bijih yang telah dilarutkan dicampur dengan karbon aktif.
• Mekanisme: Kompleks Au(CN)2- diadsorpsi ke permukaan karbon melalui kombinasi interaksi fisik dan kimia. Emas kemudian di-elusi dari karbon menggunakan larutan panas bertekanan yang mengandung sianida dan soda kaustik (proses Zadra atau AARL). Karbon aktif kemudian dapat diaktifkan kembali dengan proses reaktivasi termal.
• Aplikasi Lain: Adsorpsi juga digunakan untuk menghilangkan pengotor organik atau logam tertentu dari larutan.

Presipitasi Selektif (Selective Precipitation)

Presipitasi selektif melibatkan penyesuaian kondisi larutan (terutama pH, suhu, atau penambahan reagen spesifik) untuk mengendapkan pengotor atau logam target secara selektif sebagai senyawa padat yang tidak larut.

• Kontrol pH: Mengatur pH larutan adalah metode umum untuk mengendapkan hidroksida atau karbonat pengotor (misalnya besi, aluminium, magnesium) pada pH tertentu, meninggalkan logam target yang diinginkan dalam larutan. Atau sebaliknya, mengendapkan logam target itu sendiri.
• Reduksi: Menambahkan agen pereduksi untuk mengubah ion logam menjadi bentuk yang kurang larut atau menjadi logam elemental padat. Contoh klasik adalah pengendapan emas dan perak dengan serbuk seng (proses Merrill-Crowe): 2Au(CN)2-(aq) + Zn(s) → 2Au(s) + Zn(CN)42-(aq). Juga, Fe(s) + CuSO4(aq) → FeSO4(aq) + Cu(s) digunakan untuk pemulihan tembaga dari larutan asam.
• Sulfida: Menambahkan hidrogen sulfida (H2S) atau natrium hidrosulfida (NaHS) untuk mengendapkan logam sebagai sulfida yang tidak larut (misalnya NiS, CoS, CuS), yang dapat lebih mudah dipisahkan. Metode ini sering digunakan untuk memisahkan nikel dan kobalt dari larutan yang mengandung besi.
• Oksida/Hidroksida: Pengendapan logam sebagai oksida atau hidroksida setelah pelindian, seperti proses pengendapan yellowcake (ammonium diuranate) dalam pengolahan uranium.

E. Perolehan Logam Akhir (Metal Recovery)

Tahap akhir hidrometalurgi adalah perolehan logam murni dari larutan yang telah dimurnikan dan terkonsentrasi. Metode yang paling umum adalah elektrowinning, meskipun presipitasi kimia juga sering digunakan.

Elektrowinning (EW)

Elektrowinning adalah proses elektrolitik di mana ion logam yang terlarut direduksi menjadi logam murni pada katoda dengan melewatkan arus listrik searah melalui larutan elektrolit yang telah dimurnikan. Ini adalah metode yang sangat efisien untuk menghasilkan logam dengan kemurnian tinggi.

Prinsip

Dalam sel elektrowinning, ada dua elektroda yang dicelupkan ke dalam larutan elektrolit dan dihubungkan ke sumber daya DC:

• Katoda: Elektroda bermuatan negatif tempat reduksi terjadi dan logam target mengendap sebagai padatan. Reaksi umumnya: M n+ + n e- → M (s), di mana M adalah logam target (misalnya Cu2+ + 2e- → Cu(s)).
• Anoda: Elektroda bermuatan positif tempat oksidasi terjadi. Dalam banyak kasus, anoda inert digunakan dan terjadi evolusi oksigen dari air: 2H2O → O2(g) + 4H+ + 4e-. Dalam beberapa sistem, anoda juga dapat berfungsi sebagai tempat oksidasi spesies lain, seperti oksidasi ion Fe2+ menjadi Fe3+.

Sel Elektrowinning

Terdiri dari tangki yang berisi elektrolit (larutan kaya logam yang dimurnikan dari tahap SX atau IX), elektroda katoda (seringkali lembaran start dari logam murni yang sangat tipis atau lembaran stainless steel permanen) dan anoda (biasanya timbal-paduan atau DSA - Dimensionally Stable Anodes), serta sistem catu daya DC, pompa, dan penukar panas untuk menjaga suhu optimal.

Faktor-faktor yang Mempengaruhi EW

Efisiensi dan kemurnian produk EW dipengaruhi oleh beberapa faktor kritis:

• Densitas Arus (Current Density): Laju pengendapan logam per unit luas katoda. Densitas arus yang terlalu tinggi dapat menyebabkan pengendapan yang buruk (misalnya, permukaan kasar atau berpori), masalah transfer massa, atau pengendapan pengotor.
• Tegangan (Voltage): Diperlukan untuk mengatasi resistansi sel (termasuk resistansi elektrolit dan elektroda) dan potensial elektroda. Tegangan yang optimal meminimalkan konsumsi energi.
• Konsentrasi Elektrolit: Konsentrasi logam target yang memadai dalam elektrolit sangat penting untuk laju pengendapan yang efisien dan kemurnian produk. Konsentrasi pengotor harus rendah.
• Temperatur: Mempengaruhi konduktivitas elektrolit, kinetika reaksi, dan kelarutan gas. Temperatur yang lebih tinggi seringkali meningkatkan efisiensi.
• Impuritas: Pengotor dalam elektrolit dapat mengendap bersama logam target, menurunkan kemurnian produk, atau menyebabkan masalah lain seperti pembentukan dendrit, korosi anoda, atau pembentukan gas yang tidak diinginkan.
• Pengadukan: Pengadukan yang lembut membantu transfer massa ion logam ke permukaan katoda dan memastikan distribusi suhu yang seragam.

Aplikasi

Elektrowinning adalah metode standar untuk produksi tembaga (setelah SX), nikel, kobalt, seng, kadmium, dan perak. Juga digunakan untuk emas setelah elusi dari karbon atau resin, meskipun seringkali dalam skala yang lebih kecil.

Presipitasi Kimia

Selain elektrowinning, presipitasi kimia dapat digunakan untuk perolehan logam akhir, terutama jika logam yang diinginkan adalah produk intermediet (misalnya hidroksida atau sulfida yang akan dilebur) atau jika elektrowinning tidak layak secara teknis atau ekonomis.

• Pereduksi Gas: Gas hidrogen (H2) dapat digunakan pada tekanan tinggi dan suhu tinggi untuk mereduksi ion logam tertentu menjadi logam padat murni. Ini sering digunakan untuk nikel dan kobalt dari larutan sulfat atau amoniak, menghasilkan serbuk logam murni. Contoh: NiSO4(aq) + H2(g) → Ni(s) + H2SO4(aq).
• Pereduksi Logam (Cementation): Menggunakan logam yang lebih reaktif untuk mengendapkan logam target dari larutan. Contoh paling terkenal adalah proses Merrill-Crowe untuk emas dan perak menggunakan serbuk seng (seperti disebutkan di bagian presipitasi selektif). Logam yang diendapkan kemudian dilebur untuk mendapatkan doré atau bullion.
• Kristalisasi: Jika produk akhir yang diinginkan adalah garam logam murni (misalnya CuSO4·5H2O, NiSO4·6H2O), kristalisasi dapat digunakan. Larutan logam terkonsentrasi didinginkan atau diuapkan untuk mengendapkan garam kristal. Proses ini memungkinkan produksi senyawa logam dengan kemurnian tinggi yang dapat dijual sebagai bahan kimia atau diolah lebih lanjut.
• Pengendapan Hidroksida atau Oksalat: Untuk beberapa logam seperti Logam Tanah Jarang (LTJ), perolehan akhir mungkin melibatkan pengendapan sebagai hidroksida atau oksalat, yang kemudian dapat dikalsinasi untuk membentuk oksida LTJ.

Aplikasi Hidrometalurgi

Hidrometalurgi telah menjadi tulang punggung bagi produksi berbagai logam esensial, dengan aplikasinya terus berkembang seiring dengan inovasi teknologi dan kebutuhan pasar global yang dinamis. Dari logam dasar hingga logam strategis, hidrometalurgi menawarkan solusi yang efisien dan berkelanjutan. Berikut adalah beberapa aplikasi utama:

Tembaga

Ekstraksi tembaga adalah salah satu area paling signifikan di mana hidrometalurgi telah membuat terobosan besar. Untuk bijih tembaga oksida atau bijih sulfida berkadar rendah (misalnya tailing atau deposit yang tidak dapat diolah dengan flotasi), proses pelindian-ekstraksi pelarut-elektrowinning (SX-EW) telah menjadi metode dominan. Bijih oksida dilarutkan dengan asam sulfat, menghasilkan larutan tembaga sulfat yang kemudian diolah melalui SX untuk menghasilkan elektrolit tembaga murni. Elektrolit ini kemudian digunakan dalam EW untuk menghasilkan katoda tembaga dengan kemurnian tinggi (99.99%), yang secara langsung dapat dijual di pasar. Bioleaching juga digunakan secara luas untuk bijih sulfida tembaga kadar rendah, terutama melalui metode heap leaching.

Nikel dan Kobalt

Nikel dan kobalt seringkali ditemukan bersama dalam bijih laterit atau konsentrat sulfida, dan proses hidrometalurgi sangat penting untuk pemulihannya. Proses High Pressure Acid Leaching (HPAL) adalah teknologi kunci untuk nikel laterit, di mana bijih dipanaskan dengan asam sulfat pada suhu dan tekanan tinggi untuk melarutkan nikel dan kobalt. Alternatif lain termasuk pelindian amonia (proses Caron) untuk bijih nikel laterit tereduksi dan pelindian atmosferik asam. Setelah pelindian, nikel dan kobalt dipisahkan dan dimurnikan menggunakan kombinasi ekstraksi pelarut, penukar ion, dan presipitasi selektif, diikuti dengan perolehan logam akhir melalui elektrowinning atau reduksi hidrogen untuk menghasilkan bubuk nikel dan kobalt murni.

Emas dan Perak

Sianidasi adalah proses hidrometalurgi utama untuk emas dan perak, diterapkan pada sebagian besar bijih emas primer dan sekundernya di seluruh dunia. Proses ini melibatkan pelindian bijih yang digiling halus (atau pelindian tumpukan untuk bijih berkadar rendah) dengan larutan natrium sianida encer untuk membentuk kompleks emas-sianida yang larut. Emas kemudian dipulihkan dari larutan dengan adsorpsi karbon aktif (Carbon-in-Pulp/Carbon-in-Leach - CIP/CIL) atau presipitasi seng (proses Merrill-Crowe), diikuti dengan proses elusi, elektrowinning (untuk emas yang dilarutkan dari karbon/resin), dan terakhir peleburan untuk menghasilkan doré (paduan emas-perak). Untuk bijih emas refraktori (yaitu bijih yang sulit dilarutkan karena emas terperangkap dalam matriks sulfida), pra-perlakuan seperti roasting oksidatif atau bio-oksidasi (bioleaching) dapat digunakan sebelum sianidasi untuk meningkatkan perolehan.

Uranium

Hidrometalurgi adalah metode standar untuk memulihkan uranium dari bijihnya. Pelindian asam sulfat atau karbonat-bikarbonat sering digunakan, tergantung pada mineralogi bijih dan batuan samping. Pelindian in-situ (ISL) adalah aplikasi yang umum untuk uranium karena bijihnya sering ditemukan dalam deposit permeabel yang cocok untuk metode ini. Setelah pelindian, uranium dipulihkan dari larutan kaya logam melalui ekstraksi pelarut atau penukar ion (misalnya resin anionik), diikuti dengan presipitasi kimia untuk menghasilkan "yellowcake" (konsentrat uranium, biasanya berupa amonium diuranat atau magnesium diuranat) yang kemudian diolah lebih lanjut untuk produksi bahan bakar nuklir.

Logam Tanah Jarang (LTJ)

Permintaan akan Logam Tanah Jarang (Rare Earth Elements - REE) telah meningkat tajam karena penggunaannya dalam teknologi tinggi seperti magnet permanen, elektronik, dan katalis. Ekstraksi dan pemisahan LTJ sangat kompleks karena sifat kimianya yang sangat mirip. Hidrometalurgi, terutama ekstraksi pelarut multi-tahap dan penukar ion kationik/anionik, adalah teknik yang sangat diperlukan untuk memisahkan LTJ individual dari larutan campuran, mencapai kemurnian tinggi yang dibutuhkan untuk aplikasi spesifik. Proses ini memerlukan banyak tahap dan optimasi yang cermat untuk memisahkan setiap elemen secara individual.

Daur Ulang Baterai

Dengan lonjakan produksi kendaraan listrik dan perangkat elektronik portabel, daur ulang baterai litium-ion (Li-ion) dan nikel-logam hidrida (NiMH) menjadi semakin penting. Hidrometalurgi menawarkan rute yang menjanjikan untuk memulihkan logam berharga seperti litium, nikel, kobalt, mangan, dan tembaga dari limbah baterai. Proses ini biasanya melibatkan penghancuran baterai, diikuti dengan pelindian dengan asam (misalnya H2SO4 atau HCl) untuk melarutkan logam. Logam-logam ini kemudian dipisahkan dan dimurnikan menggunakan serangkaian langkah ekstraksi pelarut, penukar ion, dan presipitasi selektif untuk menghasilkan garam logam murni yang dapat digunakan kembali dalam produksi baterai baru atau aplikasi lainnya. Ini adalah kunci menuju ekonomi sirkular untuk baterai.

Pengolahan Limbah Industri dan Remediasi Lingkungan

Hidrometalurgi tidak hanya untuk bijih primer tetapi juga untuk pemulihan logam dari sumber sekunder dan pengolahan limbah. Ini termasuk:

• Pemulihan Logam dari E-waste (Limbah Elektronik): Ekstraksi logam mulia (emas, perak, platina, paladium) dan logam dasar (tembaga, nikel, seng) dari papan sirkuit tercetak, konektor, dan komponen elektronik lainnya. Prosesnya sering melibatkan pra-perlakuan fisik, pelindian dengan berbagai lixiviant (asam, sianida, tiourea), dan kemudian pemurnian dengan SX atau IX.
• Pemulihan dari Katalis Bekas: Memulihkan logam berharga seperti platina, paladium, rodium dari katalis otomotif atau industri bekas.
• Pengolahan Lumpur Limbah dan Abu Terbang: Memulihkan logam berharga atau menghilangkan logam beracun dari limbah industri padat atau lumpur.
• Remediasi Air Limbah: Menggunakan teknik hidrometalurgi seperti penukar ion, adsorpsi (misalnya karbon aktif), presipitasi, atau membran untuk menghilangkan logam berat (misalnya Pb, Cd, Hg, As) dari efluen industri sebelum dibuang ke lingkungan, sehingga melindungi ekosistem air.
• Geometalurgi: Pendekatan terpadu yang menghubungkan karakteristik geologi dan mineralogi bijih dengan kinerja metalurgi, termasuk hidrometalurgi. Ini membantu dalam desain proses yang optimal dan prediktif dari variabilitas bijih.

Keunggulan dan Tantangan

Hidrometalurgi menawarkan sejumlah keunggulan signifikan dibandingkan metode ekstraksi logam lainnya, menjadikannya pilihan yang sering kali lebih disukai untuk aplikasi tertentu. Namun, seperti teknologi lainnya, ia juga dihadapkan pada tantangan yang perlu diatasi untuk memastikan keberlanjutan dan efisiensi operasional jangka panjang.

A. Keunggulan Hidrometalurgi

Lingkungan

• Emisi Udara Lebih Rendah: Salah satu keunggulan paling menonjol. Tidak seperti pirometalurgi yang menghasilkan emisi gas rumah kaca (CO2), sulfur dioksida (SO2), nitrogen oksida (NOx), dan partikulat ke atmosfer, hidrometalurgi secara substansial mengurangi atau menghilangkan emisi gas beracun ini. Ini berkontribusi pada kualitas udara yang lebih baik dan mitigasi perubahan iklim.
• Pengelolaan Limbah Padat Lebih Mudah: Residu padat dari hidrometalurgi (sering disebut tailing) umumnya kurang reaktif dan lebih stabil secara kimia dibandingkan slag pirometalurgi, karena sebagian besar logam dasar dan sulfida telah dioksidasi atau dilarutkan. Ini membuat pengelolaan, penyimpanan, dan stabilisasi tailing lebih mudah dengan risiko pencemaran lingkungan yang lebih rendah.
• Jejak Karbon Lebih Rendah: Pada banyak aplikasi, proses hidrometalurgi beroperasi pada suhu yang lebih rendah dan mengonsumsi lebih sedikit energi secara keseluruhan dibandingkan pirometalurgi, sehingga menghasilkan emisi gas rumah kaca yang lebih rendah per ton logam yang diproduksi.
• Potensi Daur Ulang Reagen: Banyak reagen kimia, terutama ekstraktan dalam ekstraksi pelarut dan eluen dalam penukar ion, dapat didaur ulang dan digunakan kembali dalam proses, mengurangi konsumsi bahan kimia baru dan jumlah limbah yang dihasilkan.

Ekonomi

• Pengolahan Bijih Kadar Rendah dan Kompleks: Hidrometalurgi sangat cocok dan seringkali merupakan satu-satunya metode yang ekonomis untuk mengolah bijih berkadar rendah yang tidak akan menguntungkan jika diolah dengan pirometalurgi. Ini juga efektif untuk bijih kompleks yang mengandung beberapa logam berharga atau pengotor yang mengganggu proses peleburan, karena hidrometalurgi dapat dirancang untuk memisahkan setiap komponen secara selektif.
• Fleksibilitas Operasional: Proses hidrometalurgi dapat disesuaikan untuk berbagai jenis bijih, konsentrat, atau bahan baku sekunder. Skala operasi dapat berkisar dari pelindian tumpukan (heap leaching) yang besar dan berbiaya rendah hingga tangki bertekanan tinggi yang canggih, menawarkan fleksibilitas dalam investasi modal dan biaya operasional.
• Kemurnian Produk Tinggi: Metode pemurnian seperti ekstraksi pelarut dan elektrowinning dapat menghasilkan produk logam dengan kemurnian sangat tinggi (misalnya katoda tembaga 99.99%), yang mengurangi kebutuhan akan langkah pemurnian tambahan (refining) dan meningkatkan nilai jual.
• Pemulihan Logam Sampingan: Proses hidrometalurgi seringkali memungkinkan pemulihan logam berharga lainnya yang mungkin hilang dalam proses pirometalurgi atau sulit dipisahkan, seperti kobalt dari bijih nikel, atau perak dari bijih emas, meningkatkan nilai ekonomi keseluruhan dari deposit.

Teknis

• Kontrol Proses yang Lebih Baik: Proses hidrometalurgi umumnya beroperasi pada suhu dan tekanan yang lebih rendah (kecuali HPAL), memungkinkan kontrol proses yang lebih presisi atas kondisi kimia seperti pH, Eh, dan konsentrasi reagen, yang vital untuk selektivitas dan efisiensi.
• Modularitas: Beberapa unit operasi dalam hidrometalurgi dapat ditambahkan atau dihilangkan untuk mengadaptasi proses terhadap perubahan komposisi bijih, persyaratan produk, atau kapasitas produksi.

B. Tantangan Hidrometalurgi

Manajemen Air dan Efluen

• Konsumsi Air: Meskipun meminimalkan polusi udara, hidrometalurgi adalah proses yang sangat bergantung pada air. Ketersediaan air bersih dan pengelolaan air yang efisien merupakan tantangan besar, terutama di daerah kering atau yang memiliki regulasi lingkungan ketat terkait penggunaan air.
• Pengolahan Efluen Cair: Larutan residu (raffinate) dari ekstraksi pelarut atau limbah dari pelindian dapat mengandung konsentrasi rendah dari logam yang tidak diinginkan, reagen kimia yang beracun (misalnya sianida), atau bahan terlarut lainnya yang berbahaya. Pengolahan efluen ini secara memadai sebelum dibuang ke lingkungan memerlukan investasi dan teknologi yang canggih untuk mematuhi peraturan lingkungan yang ketat dan mencegah pencemaran air.

Konsumsi Reagen Kimia

• Biaya Reagen: Beberapa reagen hidrometalurgi (misalnya sianida, ekstraktan pelarut khusus, asam kuat) cukup mahal, yang dapat menjadi bagian signifikan dari biaya operasional. Efisiensi penggunaan reagen dan daur ulangnya sangat penting.
• Penanganan dan Penyimpanan: Banyak reagen yang korosif, beracun, atau mudah terbakar, memerlukan infrastruktur khusus untuk penyimpanan, penanganan, dan penggunaan yang aman sesuai dengan standar keselamatan industri dan lingkungan yang ketat.

Pengelolaan Residu Padat (Tailing)

Meskipun residu hidrometalurgi seringkali lebih stabil dibandingkan slag pirometalurgi, volumenya bisa sangat besar. Penanganan, penyimpanan, dan stabilisasi tailing merupakan tantangan logistik dan lingkungan yang signifikan. Meskipun tidak seberacun limbah pirometalurgi, mereka masih memerlukan pemantauan jangka panjang untuk mencegah pelepasan zat berbahaya ke lingkungan, terutama di lokasi tambang yang luas.

Kapasitas dan Selektivitas Reagen

Meskipun ekstraktan pelarut dan resin penukar ion sangat selektif, menemukan reagen yang memiliki selektivitas sempurna untuk satu logam tertentu dari campuran yang kompleks adalah tantangan yang berkelanjutan. Kapasitas reagen (jumlah logam yang dapat ditangani per unit reagen) juga memengaruhi ukuran pabrik, biaya investasi, dan biaya operasional.

Investasi Awal dan Biaya Operasional

Beberapa proses hidrometalurgi canggih, seperti HPAL yang menggunakan autoklaf bertekanan tinggi, memerlukan investasi modal awal yang sangat besar untuk peralatan khusus dan infrastruktur yang kompleks. Biaya operasional, terutama untuk energi (pemanasan, pengadukan, pemompaan) dan reagen, juga bisa tinggi, yang memerlukan perencanaan ekonomi yang cermat.

Kontrol Proses yang Kompleks

Variabel proses seperti pH, Eh, suhu, konsentrasi reagen, dan laju alir harus dikontrol dengan ketat untuk mengoptimalkan perolehan logam dan meminimalkan pembentukan produk sampingan yang tidak diinginkan. Ini membutuhkan sistem instrumentasi dan kontrol yang canggih, serta personel yang terlatih dan ahli.

Perkembangan Masa Depan

Masa depan hidrometalurgi terlihat cerah dan penuh inovasi, didorong oleh kebutuhan akan solusi yang lebih berkelanjutan, efisien, dan fleksibel untuk memenuhi permintaan logam global yang terus meningkat. Inovasi terus-menerus akan menjadi kunci untuk mengatasi tantangan yang ada dan memanfaatkan peluang baru di lanskap sumber daya mineral dan lingkungan yang berkembang.

Hidrometalurgi Hijau (Green Hydrometallurgy)

Fokus utama adalah mengembangkan proses yang lebih ramah lingkungan dan berkelanjutan. Ini mencakup:

• Lixiviant Baru yang Lebih Ramah Lingkungan: Penelitian sedang gencar mencari lixiviant alternatif yang kurang beracun, lebih selektif, dan dapat didaur ulang, untuk mengurangi ketergantungan pada sianida atau asam kuat. Contohnya termasuk pengembangan asam organik (seperti asam sitrat atau oksalat), cairan ionik (ionic liquids), pelarut eutektik dalam (Deep Eutectic Solvents - DES), dan tiosulfat sebagai pengganti sianida untuk pelindian emas. Tujuan utamanya adalah untuk meminimalkan dampak lingkungan dan risiko kesehatan.
• Biometalurgi Lanjutan: Pengembangan strain mikroorganisme yang lebih efisien dan toleran terhadap kondisi ekstrem (suhu tinggi, pH rendah/tinggi) untuk aplikasi bioleaching dan bioremediasi. Selain itu, eksplorasi aplikasi baru seperti bio-reduksi logam (menggunakan mikroba untuk mengendapkan logam) atau biosorpsi (menggunakan biomassa untuk adsorpsi logam) dari larutan encer.
• Sintesis Reagen Berkelanjutan: Mengembangkan cara untuk memproduksi reagen hidrometalurgi dari sumber terbarukan atau dengan jejak lingkungan yang lebih rendah, serta meningkatkan efisiensi proses sintesisnya.

Automasi dan Kecerdasan Buatan (AI)

Integrasi automasi, sensor canggih, dan kecerdasan buatan akan merevolusi kontrol proses hidrometalurgi, meningkatkan efisiensi dan keandalan:

• Pemantauan Real-time Lanjutan: Penggunaan sensor canggih dan analisis data secara terus-menerus (misalnya spektroskopi in-situ, elektrokimia) akan memungkinkan pemantauan parameter proses kunci seperti pH, Eh, konsentrasi logam, dan morfologi kristal secara instan.
• Optimasi Prediktif: Algoritma AI dan pembelajaran mesin dapat menganalisis data historis dan real-time untuk memprediksi hasil proses, mengidentifikasi anomali, dan mengoptimalkan kondisi operasi (misalnya laju alir reagen, suhu, waktu reaksi) secara dinamis, sehingga mengurangi konsumsi reagen, energi, dan meningkatkan perolehan.
• Pengambilan Keputusan Otomatis: Sistem cerdas dapat mengambil keputusan operasional minor tanpa intervensi manusia, meningkatkan keamanan dan konsistensi proses, dan membebaskan operator untuk fokus pada tugas yang lebih kompleks.

Pengolahan Logam Kritis dan Logam Tanah Jarang

Permintaan akan logam kritis (misalnya kobalt, litium, nikel, grafit, tembaga) dan logam tanah jarang (REE) akan terus meningkat tajam karena transisi energi global (baterai, kendaraan listrik) dan pertumbuhan teknologi tinggi. Hidrometalurgi akan memainkan peran sentral dalam pengembangan proses ekstraksi yang efisien dan berkelanjutan untuk sumber-sumber ini, baik dari bijih primer (misalnya nikel laterit untuk baterai) maupun sumber sekunder (daur ulang baterai). Fokusnya adalah pada peningkatan selektivitas dan efisiensi pemisahan elemen-elemen ini.

Ekstraksi dari Sumber Sekunder (Urban Mining)

"Penambangan urban" atau pemulihan logam dari limbah elektronik (e-waste), baterai bekas, katalis bekas, ampas dan residu industri lainnya menjadi semakin penting sebagai bagian dari ekonomi sirkular. Hidrometalurgi menawarkan jalur yang menjanjikan untuk memulihkan logam berharga (emas, perak, platina, tembaga, nikel, kobalt, litium) dari aliran limbah ini. Hal ini tidak hanya mengurangi ketergantungan pada penambangan primer dan konservasi sumber daya, tetapi juga mengurangi masalah limbah dan polusi lingkungan.

Pengurangan Limbah dan Daur Ulang Reagen

Upaya terus-menerus akan dilakukan untuk meminimalkan volume limbah yang dihasilkan dan memaksimalkan daur ulang reagen. Ini termasuk:

• Zero Liquid Discharge (ZLD): Mengembangkan dan menerapkan sistem untuk sepenuhnya mendaur ulang air limbah dari proses hidrometalurgi, menghilangkan pembuangan cairan dan secara signifikan mengurangi konsumsi air bersih, terutama di wilayah yang kekurangan air.
• Pemulihan dan Daur Ulang Reagen: Peningkatan teknik untuk memulihkan dan memurnikan kembali lixiviant, ekstraktan, dan reagen lainnya dari aliran proses. Ini tidak hanya mengurangi biaya operasional tetapi juga dampak lingkungan terkait produksi dan pembuangan reagen.
• Pemanfaatan Residu: Mencari cara inovatif untuk memanfaatkan tailing hidrometalurgi sebagai bahan bangunan, pengisi tambang, atau untuk pemulihan unsur-unsur lain (misalnya material pengisi, serat mineral, atau bahkan ekstraksi elemen jejak), mengubah limbah menjadi sumber daya yang bernilai tambah.
• Digital Twins: Membuat model digital dari fasilitas hidrometalurgi yang dapat digunakan untuk simulasi, pelatihan, dan pengujian strategi optimasi sebelum diterapkan di dunia nyata, meminimalkan risiko dan biaya.

Kesimpulan

Hidrometalurgi telah berkembang pesat dari praktik kuno menjadi disiplin ilmu modern yang sangat canggih dan esensial dalam industri ekstraksi dan pemurnian logam global. Kemampuannya untuk mengolah bijih berkadar rendah dan kompleks, menghasilkan produk dengan kemurnian tinggi, serta menawarkan jejak lingkungan yang relatif lebih kecil dibandingkan metode pirometalurgi, menjadikannya pilihan yang semakin menarik di era keberlanjutan. Dari pelindian tradisional di tumpukan hingga teknik ekstraksi pelarut dan elektrowinning yang canggih dalam tangki bertekanan, hidrometalurgi terus beradaptasi dan berinovasi untuk memenuhi tuntutan global akan logam-logam esensial.

Meskipun menghadapi tantangan seperti manajemen air, konsumsi reagen, dan penanganan limbah, penelitian dan pengembangan yang berkelanjutan di bidang hidrometalurgi hijau, automasi, kecerdasan buatan, dan pemulihan logam dari sumber sekunder akan semakin memperkuat posisinya sebagai tulang punggung masa depan industri logam. Dengan fokus yang tak tergoyahkan pada efisiensi sumber daya dan minimalisasi dampak lingkungan, hidrometalurgi tidak hanya memastikan pasokan logam yang vital untuk kemajuan teknologi dan industri, tetapi juga berkontribusi pada penciptaan ekonomi sirkular yang kuat dan masa depan yang lebih hijau dan berkelanjutan bagi planet kita.