Elektrolit Bersih, Katoda Murni: Cara Tambang Tembaga & Emas Menjaga Purity di Sirkuit Electrowinning

Elektrolit berkemurnian tinggi adalah syarat mutlak untuk electrowinning (proses elektrolisis yang mengendapkan logam di katoda). Jejak impuritas saja bisa memangkas efisiensi arus, mencemari katoda, hingga memicu produk samping toksik.

Di sirkuit SX–EW tembaga (solvent extraction–electrowinning; SX adalah ekstraksi pelarut yang memindahkan Cu ke fase organik), tahapan SX menjadi filter pertama: Cu dipindahkan ke organik, sebagian besar kontaminan tertinggal di raffinate (larutan sisa ekstraksi). Riset menunjukkan sirkuit SX modern rutin mencapai pemulihan Cu di tahap stripping (pengupasan kembali ke fase asam) melampaui 95% dengan ko‑ekstraksi Fe, Zn, Ni dan lain‑lain hanya beberapa persen [www.mdpi.com].

Namun tak semua impuritas tersapu oleh SX. Klorida/nitrat, besi, hingga trace Sb/Bi/Ni/Co butuh taktik tambahan mulai dari presipitasi selektif, polish oksidatif, sampai ion‑exchange. Dan tak ada proses yang menghapus seluruh impuritas secara permanen—di sinilah bleed stream (purge terkontrol dari sirkuit elektrolit) menjadi pagar terakhir.

Selektivitas SX di sirkuit tembaga

Satu studi pada umpan kompleks menunjukkan: satu tahap ekstraksi SX (20% ekstraktan, O/A 3, pH≈1,5) mampu mengangkat 88,1% Cu dengan ko‑ekstraksi Fe, Zn, Ni, Sn di bawah 8%; stripping teroptimasi (H₂SO₄ 180 g/L, O/A 2) lalu memulihkan 95,3% Cu dengan impuritas yang lolos ke elektrolit electrowinning di bawah 6% [www.mdpi.com]. Artinya, SX yang didesain baik mengirim catholyte (elektrolit sisi katoda) yang nyaris “hanya” mengandung Cu; Fe, Al, dsb. tertahan di raffinate.

Kontrol klorida dan nitrat di elektrolit

Klorida (Cl⁻) atau nitrat (NO₃⁻) tinggi di PLS (pregnant leach solution; larutan pelindian kaya logam) bisa terbawa ke elektrolit dan menggerus baja nirkarat atau memicu evolusi klorin di anoda. Di Chili, tambang dengan >30 g/L Cl pada larutan pelindian menambah tahap water‑wash pada SX agar klorida di catholyte tetap sekitar 30–50 mg/L [www.scielo.org.za] [blog.emew.com]. Rekomendasi umum untuk umpan EW tembaga adalah sekitar 50 ppm Cl⁻; di atas itu, evolusi klorin dan pitting pada katoda meningkat cepat [blog.emew.com]. Karena itu, banyak pabrik SX memasang scrubbing/wash stage untuk memurnikan halida dan nitrat sebelum organik masuk ke stripping [www.scielo.org.za].

Besi dan polishing oksidatif

Bahkan kadar Fe kecil di catholyte menurunkan efisiensi via siklus redoks Fe²⁺/Fe³⁺. Panduan praktis: rasio mol Cu:Fe >6:1; jika lebih rendah, siklus ferrous/ferric mengonsumsi daya signifikan [blog.emew.com]. Karena itu, banyak sirkuit melakukan “polish” pada larutan strip dengan presipitasi oksidatif: menaikkan pH catholyte (CaO/NaOH) di hadapan oksidator (O₂ atau H₂O₂) untuk mempresipitasi Fe(III) sebagai goethite (FeOOH) atau jarosite. Pendekatan ini dilaporkan mampu menghapus >95% Fe. Analog di zinc‑EW menunjukkan Fe dan As dapat disingkirkan dengan NaOH+H₂O₂ pada pH≈3,5 [link.springer.com]—indikasi bahwa perlakuan goethite serupa efektif untuk elektrolit Cu. Dosis kimia yang presisi pada tahap ini lazim diatur menggunakan peranti injeksi kimia seperti dosing pump untuk konsistensi pH dan oksidator.

Penghilangan target logam minor

Untuk As, Sb, Bi, Ni, Co, dibutuhkan langkah spesifik. Studi laboratorium menunjukkan Sb dan Bi dapat diekstrak selektif dari elektrolit Cu/HCl memakai pelarut organofosforus bertipe solvating [www.nature.com]. Alternatifnya, Ni dan Co kerap dipresipitasi sebagai hidroksida dengan menaikkan pH >9–10, atau diambil melalui presipitasi sulfida. Dalam praktik industri, kombinasi SX plus presipitasi terarah atau ion‑exchange menjaga impuritas ini di level sub‑ppm; pendekatan ion‑exchange bisa diwujudkan dengan sistem seperti Ion‑Exchange.

Metode presipitasi: parameter kunci

Fe dan As: ferric iron paling efisien dihapus pada pH ~3–4 di kondisi oksidatif. Secara komersial, pemurnian elektrolit mengadopsi proses jarosite atau goethite: misalnya penambahan K₂SO₄ dan NaOH pada 90–95 °C untuk mempresipitasi jarosite KFe₃(SO₄)₂(OH)₆ dan menghilangkan >90% Fe. Pada satu kasus laboratorium, Fe (dan As) dihapus menggunakan NaOH+H₂O₂ pada pH≈3,5 dengan efisiensi praktis 100% [link.springer.com]. Langkah oksidatif ini dapat menurunkan Fe hingga sub‑mg/L dan ikut mempresipitasi As di catholyte.

Cu, Zn, Cd, Al: dapat disingkirkan lewat sementasi atau ko‑presipitasi. Penambahan serbuk seng pada pH≈5 membuat Cu²⁺, Cd²⁺, Al³⁺ mengendap/tersemen sementara Zn terlarut sebagai Zn²⁺ [link.springer.com]. Di kilang seng, langkah ini rutin memoles Cu/Cd/Al residual ke level jejak; pendekatan dua tahap (Fe/As di pH rendah lalu Cu/Cd di pH lebih tinggi) direkomendasikan [link.springer.com]. Bahkan di pabrik tembaga, tambahan kecil Zn atau serbuk besi dapat menyementasi Cu atau logam tak diinginkan dari bleed stream.

Presipitasi sulfida (untuk Cu, Zn, Pb, dsb.): khususnya pada sirkuit emas/ CN, penambahan sulfida (Na₂S, NaHS) pada pH rendah mempresipitasi sulfida logam yang sangat tidak larut. Studi melaporkan bahwa pengolahan barren cyanide solution pada pH≈3 dengan Na₂S menghapus lebih dari 99% Cu²⁺, Zn²⁺, Fe²⁺, dan Pb²⁺ [file.scirp.org]. Dalam satu eksperimen, “ion timbal, seng, tembaga, dan besi” pada dasarnya terhapus total (~99% pulih di padatan) pada pH 3–4 [file.scirp.org], yang lantas membuat electrowinning atau zinc cementation Merrill‑Crowe (semetasi seng untuk pemulihan emas dari larutan sianida) lebih efisien.

Presipitasi hidroksida/karbonat: pada pH tinggi (9–11), hidroksida banyak logam (Zn, Ni, Co, Mn, Fe) mengendap. Contoh, penambahan Ca(OH)₂ ke larutan sianida menaikkan pH dan mempresipitasi Zn(OH)₂ dan Ni(OH)₂. Ini langkah rutin di banyak pabrik emas untuk membersihkan wash water atau larutan antartahap. Tidak ada data spesifik tersedia di sini, namun umumnya >90% Zn/Ni terlarut terhapus pada pH≥9.

Ketika kondisi dioptimalkan, efisiensi penghilangan sangat tinggi. Satu pilot presipitasi dua tahap menurunkan Pb, Zn, Cu, Fe menjadi <1% dari kadar awal hanya dengan pengaturan pH bertahap [file.scirp.org]. Catatan: proses‑proses ini menghasilkan lumpur padat (jarosite, sulfida) yang perlu ditangani atau didaur ulang.

Bleed stream terprogram dan keseimbangan impuritas

Tidak ada perlakuan kimia yang menghapus seluruh impuritas secara permanen, sehingga sirkuit praktis mengandalkan bleed stream terkontrol untuk membuang logam yang terakumulasi. Impuritas yang lolos SX/presipitasi—seperti jejak Ni, Co, Bi, atau garam yang tak terpresipitasi—akan menumpuk di loop elektrolit tertutup. Bleed kontinu kecil (umumnya <1–5% dari debit elektrolit per satuan waktu) berfungsi mengencerkan dan menyingkirkan impuritas agar kadarnya tidak terus naik.

Dalam sianidasi emas, praktiknya adalah membuang sebagian eluate adsorpsi karbon atau barren liquor agar Cu dan Pb tetap di level “tolerable” [www.scirp.org]. Larutan bleed yang kaya sianida dan logam kemudian harus didetoksifikasi atau dipresipitasi sebelum dibuang [www.scirp.org].

Di sirkuit SX–EW, pabrik juga rutin membuang aliran kecil elektrolit ke pembuangan atau resirkulasi. Slime anoda atau slime tankhouse dikeluarkan berkala, dan slipstream larutan dikirim kembali ke tahap leach/pra‑perlakuan. Meski data laju bleed kerap bersifat proprietary, sumber industri mengindikasikan bahkan fraksi bleed sangat kecil pun diperlukan: jika hanya 0,1% elektrolit diganti per jam, logam 1 ppm di umpan akan menumpuk menjadi 7,2 ppm dalam 30 hari tanpa bleed. Secara praktis, pengendalian logam berat (Ni, Zn, dsb.) lazimnya butuh sekitar 0,1–0,5% bleed harian pada pabrik besar. Tanpa bleed, bahkan SX yang selektif sekalipun pada akhirnya memungkinkan kontaminan mencapai level kritis.

Menjaga bleed juga menopang kepatuhan regulasi. Di Indonesia dan banyak yurisdiksi lain, baku mutu membatasi logam berat dan sianida di efluen. Misalnya, standar Indonesia (PP 82/2001 dan PermenLH terkait) umumnya membatasi Cu, Zn, Ni pada kisaran satuan mg/L di air limbah. Bleed teratur dan perlakuannya membantu operasi memenuhi batas ini.

Ambang kritis dan rangkuman

Ringkasnya, SX yang direkayasa baik mengangkat bulk impuritas (yield Cu >90–95% [www.mdpi.com]; Fe, Zn, Ni → raffinate), sementara residu Fe, Al, dsb. dihapus lewat presipitasi hidroksida/jarosite. Ambang impuritas tipikal dijaga sangat rendah, misalnya Fe <~5 mg/L, Cl⁻ <50 mg/L [blog.emew.com] [blog.emew.com]. Untuk besi, patokan Cu:Fe molar >6:1 menjadi jangkar desain [blog.emew.com]; untuk klorida, sasaran ~50 ppm meminimalkan evolusi klorin dan pitting [blog.emew.com]. Pada sirkuit emas/CN, presipitasi berat logam (mis. Na₂S, Zn dust) menyapu Cu, Zn, Pb >99% [file.scirp.org]. Dan bleed kontinu menjaga sisa impuritas tidak pernah menumpuk.

Keseluruhan paket—ekstraktan selektif, polishing presipitasi (mis. Fe via goethite/jarosite), dan bleed—menghasilkan Cu berkualitas tinggi (SFU >95%) [www.mdpi.com] dan operasi yang aman, efisien, serta patuh regulasi—ditopang desain berbasis data (mis. ambang Cu:Fe>6 [blog.emew.com], Cl⁻<50 ppm [blog.emew.com]).

Sumber: studi industri dan akademik tentang SX–EW dan proses sianidasi emas [blog.emew.com] [file.scirp.org] [link.springer.com] [www.scielo.org.za] [www.mdpi.com] [www.scirp.org].