1 sedimentasi-flotasi

Flotasi adalah proses konsentrasi mineral berharga berdasarkan perbedaan tegangan permukaan dari mineral didalam air (aqua) dengan cara mengapungkan mineral ke permukaan. Beberapa jenis partikel yang tercampur dapat dipisahkan salah satu jenisnya dari campurannya atau bila memungkinkan dan dapat terpisah keseluruhan jenis sehingga dapat terkonsentrasi dari tiap – tiap jenis. Pemisahan dari partikel – partikel dalam flotasi ini ditunjukkan oleh penentuan kontak antara tiga fasa, yaitu fasa partikel padat yang akan diapungkan, larutan aqua elektrolit, dan gas ( biasanya dipakai udara ) hampir semua zat anorganik dapat dibasahi oleh fasa aqua. Oleh karena iu langkah pertama dalam flotasi adalah menggantikan sebagian dari antar fasa padat-cair menjadi antara fasa padat-gas. Sebagian hasilnya didapat bahwa permukaan partikel akan menjadi pobi air (hidropobik). Flotasi dari mineral – mineral umumnya dibagi atas dua bagian yaitu : 1. flotasi mineral – mineral logam (metallic minerals) umumnya mineral – mineral sulfida. 2. fotasi mineral – mineral bukan logam ( non metallic minerals ), meliputi logam – logam oksida, silikat, sulfat, karbona, halit dan fosfat , juga felsfar, garnet, muskovit, batu semen, fluosfar dan lain-lain. Mekanisme flotasi didasarkan pada adanya pertikel mineral yang dibasahi (hidropilik) dengan partikel mineral yang tidak dibasahi (hidropobik). Partikel – partikel yang basah tidak mengapung dan cenderung tetap berada dalam fasa air. Di lain pihak partikel – perikel hidropobik (tidak dibasahi) menempel pada gelembung , naik ke permukaan, membentuk buih yang membentuk partikel dan dipisahkan. Secara garis besarnya pemisahan dengan cara flotasi dilakukan dengan menggunakan 2 tahap : yaitu tahap conditioning dan tahap pengapungan mineral (flotasi). Pada tahap conditioning bertujuan untuk membuat suatu mineral tertentu bersifat hidropobik dan menpertahankan mineral lainnya bersifat hidropilik. Pada tahap conditioning ini ini kedalam pulp dimasukkan beberapa reagen flotasi. Sedangakan pada tahap flotasi atau aerasi adalah tahap pengaliran udara kedalam pulp secara mekanis baik agitasi maupun injeksi udara. A. Reagen Flotasi Agar proses flotasi dapat berlangsung maka diperlukan reagen flotasi. Penggunaan reagen flotasi ini tidak dimaksudkan untuk mengubah sifat – sifat kimia dari partikel tersebut tetapi hanya mengubah sifat permukaan dengan menyerap ( adsorsi) reagen flotasi tersebut. Keberhasilan pemisahan mineral secara flotasi ditentukan oleh ketepatan penentuan reagen kimia yang digunakan. Secara garis besarnya reagen yang digunakan dibagi menjadi tiga kelompok, yaitu : kolektor, modifier dan frother. I. Kolektor Kolektor adalah senyawa organic yang ditambahkan kedalam pulp untuk mengubah permukaan mineral dari hidropilik menjadi hidropobik dengan proses penyerapan (adsorbsi). Klasifikasi dari kolektor berdasarkan sifat ionnya, yaitu kationik dan anionic umumnya kolektor dari golongan ini dipakai pada pekerjaan flotasi sulfide. Tetapi ini juga memungkinkan dipakai dalam pekerjaan flotasi mineral non sulfida . sedangkan kolektor kationic untuk flotasi non sulfide. Dalam pemakaian harus diperhatikan mengenai jumlah kolektor. Kolektor yang digunakan bila digunakan terlalu sedikit tidak dapat mengapungkan mineral secara selektif, sedangkan bila terlalu banyak akan menghasilkan flotasi yang tidak terlalu baik. Contoh Kolektor : Xanthate Asam oleik Thiokarbanilid pemakaian : 25 – 100 g/t Flotasi 04JUN Floatasi adalah suatu proses separasi (pemisahan) antara mineral yang berharga dan pengotornya (gangue) dengan memanfaatkan sifat kimia fisik dari permukaan partikel mineral. Dimana partikel mineral memiliki sifat hidrofobik dan hidrofilik. Mineral yang memiliki sifat hidrofobik akan berikatan dengan gelembung udara dan naik ke permukaan membentuk buih. Buih yang dihasilkan diambil dan dikeringkan sehingga didapat mineral berharga yang diinginkan. Flotation (flotasi) berasal dari kata float yang berarti mengapung atau mengambang. Flotalasi dapat diartikan sebagai suatu pemisahan suatu zat dari zat lainnya pada suatu cairan/larutan berdasarkan perbedaan sifat permukaan dari zat yang akan dipisahkan, dimana zat yang bersifat hidrofilik tetap berada fasa air sedangkan zat yang bersifat hidrofobik akan terikat pada gelembung udara dan akan terbawa ke permukaan larutan dan membentuk buih yang kemudian dapat dipisahkan dari cairan tersebut. Secara umum flotation melibatkan 3 fase yaitu cair (sebagai media), padat (partikel yang terkandung dalam cairan) dan gas (gelembung udara). Proses flotasi dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu directional flotation dan reverse flotation. Directional flotation yaitu proses flotasi dimana mineral berharga akan terangkat ke atas membentuk buih yang mengapung di permukaan pulp. Sedangkan reverse flotation adalah proses floatasi dimana partikel mineral yang diapungkan merupakan mineral pengotor (gangue) Klasifikasi Mineral Semua mineral yang ada di muka bumi ini diklasifisikan ke dalam tipe polar dan nonpolar sesuai dengan karakteristik permukaannya.  Permukaan dari mineral nonpolar diindikasikan dengan ikatan molekul yang lemah dan biasanya hidrofobik. Contoh: grafit, sulfur, molybdenite, berlian, batu bara, talc, dll.  Mineral dengan ikatan kovalen atau ionic permukaan yang kuat dikenal dengan tipe polar. Tipe ini memperlihatkan nilai energi bebas yang tinggi yang ada di permukaan polar. Permukaan polar bereaksi kuat dengan molekul air dan mineral-mineral ini secara alami akan menjadi hidrofibik. Contoh: sulfat, karbonat, halide, fosfat, dll Proses floatasi dapat berlangsung optimal bergantung dari reagen-reagen yang digunakan. Reagenreagen yang digunakan juga beragam tergantung dari mineral yang ingin kita peroleh. Reagen – reagen yang digunakan tersebut memiliki masing-masing kegunaan ataupun saling melengkapi antar reagen. Berikut kegunaan masing-masing reagent yang digunakan: 1. Collector Collector adalah senyawa yang dapat menyebabkan prmukaan mineral menjadi suka udara (hidrofobik). Collector biasanya merupakan mineral organic heteropolar, mengandung gugus polar dan non-polar. Gugus non-polar cenderung bersifat hidrofobik dan akan menempel pada gelembung udara, sedangkan gugus polar akan menempel pada partikel solid tertentu sehingga partikel solid tersebut ikut terapung bersama gelembung udara. 2. Frother Frother adalah senyawa yang dapat menurunkan tegangan permukaan gelembung, sehingga tidak mudah pecah. Frother yang efektif biasanya mengandung setidaknya 5 atom karbon dalam tantai utamanya. Ketika permukaan partikel telah menjadi hidrofobik, partikel tersebut harus mampu menempel pada gelembung udara yang disuntikkan (aerasi). Namun muncul masalah ketika gelembung – gelembung tersebut tidak stabil dan mudah pecah akibat tumbukan dengan partikel padat, dinding sel dalam gelembung – gelembung lain. Oleh karena itu perlu adanya penambahan material ke dalam pulp yang dapat menstabilkan gelembung udara. Material yang ditambahkan tersebut dikenal dengan frother. 3. Modifier Adalah beberapa jenis reagen yang ditambahkan untuk mengoptimalkan proses flotasi. Modifier itu sendiri terdiri dari beberapa jenis reagent tertentu, yaitu:     Aktivator, adalah reagen yang ditambahkan untuk menambah interaksi antara partikel solid dengan kolektor Dispersant, adalah reagen yang digunakan untuk mencehah terjadinya penggumpalan antara partikel solid sehingga menambah sifat hidrofobik ke partikel solid lain yang tidak diinginkan Depresant, adalah reagen yang ditambahkan untuk membentuk lapisan polar yang membungkus partikel solid sehingga menambah sifat hidrofobik ke partikel solid lain yang tidak diinginkan pH Regulator, adalah reagen yang digunakan untuk mengontrol pH karena sifat hidrofobik akan berlangsung optimal pada range pH tertentu. Dalam proses floatasi, besarnya ukuran partikel yang akan diflotasi sangatlah penting. Karena besarnya ukuran partikel dapat mempengaruhi laju flotasi. Seperti ditunjukan pada kurva dibawah ini. Ukuran partikel yang semakin besar awalnya menaikkan laju konstanta flotasi secara perlahan, tetapi setelah mencapai puncak(batasan maximum ukuran partikel), laju konstanta flotasi turun secara drastic. Hal ini dikarenakan derajat liberasi yang berkurang dari mineral menurunkan kemampuan bubble untuk mengangkat partikel yang kasar(coarse). Faktor- faktor yang mempengaruhi flotation adalah:  Ukuran partike Ukuran partikel yang besar membuat partikel tersebut cenderung untuk mengendap sehingga susah untuk terflotasi  pH larutan sifat hidrofobik akan berlangsung optimal pada range pH tertentu  surfaktan surfaktan adalah kolektor yang merupakan reagen yang memiliki gugus polar dan gugus non polar sekaligus  laju udara berfungsi sebagai pengikat partikel yang memiliki sifat permukaan hidrofobik, persen padatan, untuk flotasi pada partikel kasar dapat dilakukan dengan persen padatan yang besar demikian sebaliknya, besar laju pengumpanan yang berpengaruh terhadap kapasitas dan waktu tinggi. Sedimentasi Sedimentasi Sedimentasi adalah salah satu operasi pemisahan campuran padatan dan cairan (slurry) menjadi cairan beningan dan sludge (slurry yang lebih pekat konsentrasinya), Pemisahan dapat berlangsung karena adanya gaya gravitasi yang terjadi pada butiran tersebut. Proses sedimentasi dalam industri kimia banyak digunakan ,misalnya pada proses pembuatan kertas dimana slurry berupa bubur selulose yang akan dipisahkan menjadi pulp dan air, proses penjernihan air (water treatment),dan proeses pemisahan buangan nira yang akan diolah menjadi gula. Proses sedimentasi dalam dunia industri dilakukan secara sinambung dengan menggunakan alat yang dikenal dengan nama thickener,sedangkan untuk skala laboratorium dilakukan secara batch. Data-data yang diperoleh dari prinsip sedimentasi secara batch dapat digunakan untuk proses yang sinambung. Di industri aplikasi sedimentasi banyak digunakan, antara lain : 1. Pada unit pemisahan , misalnya untuk mengambik senyawa magnesium dari air laut 2. Untuk memisahkan bahan buangan dari bahan yang akan diolah, misalnya pada pabrik gula 3. Pengolahan air sungan menjadi boiler feed water. 4. Proses pemisahan padatan berdasarkan ukurannya dalam clarifier dengan prinsip perbedaan terminal velocity Sedimentasi adalah suatu proses pemisahan suspensi secara mekanik menjadi dua bagian, yaitu slurry dan supernatant. Slurry adalah bagian dengan konsentrasi partikel terbesar, dan supernatant adalah bagian cairan yang bening. Proses ini memanfaatkan gaya gravitasi, yaitu dengan mendiamkan suspensi hingga terbentuk endapan yang terpisah dari beningan (Foust, 1980). Proses sedimentasi dapat dilakukan dengan tiga macam cara, yaitu : 1. Cara Batch Cara ini cocok dilakukan untuk skala laboratorium, karena sedimentasi batch paling mudah dilakukan, pengamatan penurunan ketinggian mudah. Mekanisme sedimentasi batch pada suatu silinder / tabung bisa dilihat pada gambar berikut : Gambar 1 . Mekanisme Sedimentasi Batch Keterangan : A = cairan bening B = zona konsentrasi seragam C = zona ukuran butir tidak seragam D = zona partikel padat terendapkan Gambar di atas menunjukkan slurry awal yang memiliki konsentrasi seragam dengan partikel padatan yang seragam di dalam tabung (zona B). Partikel mulai mengendap dan diasumsikan mencapai kecepatan maksimum dengan cepat. Zona D yang terbentuk terdiri dari partikel lebih berat sehingga lebih cepat mengendap. Pada zona transisi, fluida mengalir ke atas karena tekanan dari zona D. Zona C adalah daerah dengan distribusi ukuran yang berbedabeda dan konsentrasi tidak seragam. Zona B adalah daerah konsentrasi seragam, dengan komsentrasi dan distribusi sama dengan keadaan awal. Di atas zona B, adalah zona A yang merupakan cairan bening. Selama sedimentasi berlangsung, tinggi masing-masing zona berubah (gambar 2 b, c, d). Zona A dan D bertambah, sedang zona B berkurang. Akhirnya zona B, C dan transisi hilang, semua padatan berada di zona D. Saat ini disebut critical settling point, yaitu saat terbentuknya batas tunggal antara cairan bening dan endapan (Foust, 1980). 2. Cara Semi-Batch Pada sedimentasi semi-batch , hanya ada cairan keluar saja, atau cairan masuk saja. Jadi, kemungkinan yang ada bisa berupa slurry yang masuk atau beningan yang keluar. Mekanisme sedimentasi semi-batch bisa dilihat pada gambar berikut : Gambar 2. Mekanisme Sedimentasi Semi-Batch Keterangan : A = cairan bening B = zona konsentrasi seragam C = zona ukuran butir tidak seragam D = zona partikel padat terendapkan 3. Cara Kontinyu Pada cara ini, ada cairan slurry yang masuk dan beningan yang dikeluarkan secara kontinyu. Saat steady state, ketinggian tiap zona akan konstan. Mekanisme sedimentasi kontinyu bisa dilihat pada gambar berikut : Gambar 3. Mekanisme Sedimentasi Kontinyu Keterangan : A = cairan bening B = zona konsentrasi seragam C = zona ukuran butir tidak seragam D = zona partikel padat terendapkan Kecepatan sedimentasi didefinisikan sebagai laju pengurangan atau penurunan ketinggian daerah batas antara slurry (endapan) dan supernatant (beningan) pada suhu seragam untuk mencegah pergeseran fluida karena konveksi (Brown, 1950). Pada keadaan awal, konsentrasi slurry seragam di seluruh bagian tabung. Kecepatan sedimentasi konstan, terlihat pada grafik hubungan antara ZL dan θL membentuk garis lurus untuk periode awal (dZ/dt=V=konstan ). Periode ini disebut free settling, dimana padatan bergerak turun hanya karena gaya gravitasi. Kecepatan yang konstan ini disebabkan oleh konsentrasi di lapisan batas yang relatif masih kecil, sehingga pengaruh gaya tarik-menarik antar partikel, gaya gesek dan gaya tumbukan antar partikel dapat diabaikan. Partikel yang berukuran besar akan turun lebih cepat, menyebabkan tekanan ke atas oleh cairan bertambah, sehingga mengurangi kecepatan turunnya padatan yang lebih besar. Hal ini membuat kecepatan penurunan semua partikel (baik yang kecil maupun yang besar) relatif sama atau konstan. Semakin banyak partikel yang mengendap, konsentrasi menjadi tidak seragam dengan bagian bawah slurry menjadi lebih pekat. Konsentrasi pada bagian batas bertambah, gerak partikel semakin sukar dan kecepatan turunnya partikel berkurang. Kondisi ini disebuthindered settling. Kondisi free settling dan hindered settling dapat diamati pada grafik hubungan antara ZL dan θL. Dimana untuk kondisi free settling ditunjukkan saat grafik masih berupa garis lurus, sedangkan saat grafik mulai melengkung merupakan kondisi hindered settling.