Kuasai pH, Suhu, Redoks: Leaching Nikel Tinggi, Fe Rendah

Di bijih laterit, lebih dari 70–80% nikel “menumpang” pada oksida besi. Leaching dalam asam kuat memang efektif melarutkan Ni—namun, Fe dan gangue tak mau ketinggalan. Satu studi mencatat perolehan Ni naik ke ~96.4% pada 1.0 M H₂SO₄ di 90 °C selama 5 jam, tetapi hampir seluruh Fe ikut larut (www.researchgate.net). Kuncinya: mengatur pH, temperatur, dan redoks untuk memaksimalkan pelarutan Ni sambil meminimalkan Fe.

Fakta lainnya tak kalah tajam. Pada 90 °C, hanya ~49% Fe(II) yang mengendap di pH 3.5 (5 jam). Naikkan pH ke 5.0, ≈95% Fe mengendap dalam 2.5 jam dan Fe tersisa ≤0.7 g/L (pubs.acs.org). Artinya, pH rendah (≈0.5–1.0) untuk melarutkan Ni, lalu pH menengah (~2–4) untuk menjatuhkan Fe—dengan temperatur tinggi (80–100+ °C) mempercepat kedua sisi mekanisme ini.

Baca juga:

AMD Nikel: Lime vs Caustic, Desain 3 Tahap, Ni Turun Sampai Baku Mutu

pH (derajat keasaman) yang makin rendah mempercepat leaching Ni—namun menambah pelarutan Fe dan gangue. Sebaliknya, pH yang lebih tinggi memperlambat Ni tetapi mempromosikan presipitasi Fe. Uji hidrolysis-oksidatif pada 90 °C memperlihatkan perbedaan tajam: ~49% Fe(II) terendapkan di pH 3.5 dalam 5 jam vs ≈95% di pH 5.0 dalam 2.5 jam (Fe tersisa ≤0.7 g/L) (pubs.acs.org). Maka, praktiknya: pH rendah untuk Ni, pH menengah untuk Fe.

Temperatur tinggi meningkatkan pelarutan Ni sekaligus mengonversi mineral Fe ke bentuk yang kurang larut. Pada limonit prereduksi, 88.2% Ni dicapai pada 100 °C (rasio asam 0.164 kg/kg bijih) dengan ~5 mg/L Fe di larutan; di 180 °C Ni melonjak ke 95.2% (asam 0.287 kg/kg) dan Fe turun di bawah 1 mg/L (aseestant.ceon.rs).

Redoks juga menentukan nasib Fe. Penambahan H₂O₂ di 1 M H₂SO₄ (S/L 10% — rasio solid/liquid) pada 90 °C mencapai ~94.5% ekstraksi Ni; oksidasi yang lebih lunak ini memungkinkan penyesuaian pH berikutnya (dengan CaCO₃) untuk hampir menyingkirkan seluruh Fe (pubs.aip.org). Intinya: temperatur tinggi dan keasaman optimal memaksimalkan Ni, tetapi pengendalian impuritas menjadi kritikal; kenaikan pH atau oksidan di tahap lanjutan selektif menurunkan Fe.

Presipitasi impuritas dan pemisahan

Dengan >70–80% Ni terikat dalam oksida Fe, strategi terbaik bukan melarutkan Fe, melainkan memisahkannya selektif. Metode yang terbukti adalah presipitasi jarosite: setelah leach asam, tambah alkali (sering dari laterit silikat atau sumber Na⁺) ke pH ~1–2 pada ~80–100 °C sehingga Fe³⁺ mengendap sebagai NaFe₃(SO₄)₂(OH)₆ (jarosite) (www.mdpi.com). Pembentukan jarosite melepas H⁺ yang kemudian melarutkan Ni (dan Mg) dari bijih penetral.

Miettinen dkk. menunjukkan menggabungkan leach limonit dengan netralisasi saprolit memangkas konsumsi H₂SO₄ dari ~0.6–0.8 kg/kg bijih (leach langsung) menjadi ~0.37–0.42 kg/kg (www.mdpi.com) (www.mdpi.com). Fe dalam pregnant liquor (PLS — larutan kaya logam) turun dari ~10 g/L (≈80% Fe) ke ~2–3 g/L (www.mdpi.com). Perolehan Ni (60–73%) tetap atau membaik sementara pelarutan Fe jatuh dari puluhan persen ke 1–3% (www.mdpi.com). Jarosite, singkatnya, “mengunci” besi secara ekonomis.

Pilihan oksidatif lain adalah presipitasi goethite (hidrolisis oksidatif) pada pH netralisasi sedang. Uji bangku memperlihatkan pH ~4 dengan aerasi menghilangkan ~96–97% Fe (Fe tersisa ~1 g/L) dalam hitungan jam (pubs.acs.org) dengan kehilangan Ni/Co kecil (Ni ≤8% bahkan pada 97 °C) (pubs.acs.org). Menurunkan pH memperlambat penghilangan Fe (~50% setelah 5 jam di pH 3.5) (pubs.acs.org) namun menjaga Ni. Praktiknya, flowsheet menggunakan netralisasi bertahap dengan batu kapur/CaCO₃: satu paten menyebut pengangkatan pH ke ~4.5–5.0 untuk menjatuhkan sebagian besar Fe, Al, dan Cr (www.researchgate.net). Padatan (predominan Fe-oksi-hidroksida) kemudian di-thicken/dicuci, meninggalkan Ni/Co dalam larutan untuk pemulihan lanjutan.

Agen selektif: fosfat, FeCl₃, dan kontrol redoks

Reagen selektif bisa “mengunci” Fe. Leaching fosfat (70–85% H₃PO₄) melarutkan ~98% Ni sembari mengendapkan ~98% Fe sebagai FePO₄·2H₂O (pada limonit terkalsinasi) (www.researchgate.net).

Leaching ferric-chloride dua tahap juga efektif: Li dkk. (2025) meleach laterit kaya Ni/Co dalam asam encer (60–95% ekstraksi Ni), lalu mengolah PLS pada 180 °C dengan FeCl₃. Hidrolisis Fe³⁺ berlebih menghilangkan besi ~89–90% sambil mempertahankan ~90% Ni/Co dalam larutan (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Hidrolisis Fe³⁺ ini membangkitkan H⁺ tambahan yang menopang leaching Ni.

Kebalikannya, aditif reduktif (SO₂ atau bisulfit) cenderung mempertahankan besi sebagai Fe²⁺ dalam larutan; contoh leach atmosferik dengan natrium sulfite menunjukkan ekstraksi Ni dan Fe sangat berkorelasi—Ni baru terleach jika Fe ikut larut (www.researchgate.net). “Kontrol redoks” perlu dipilih sesuai tujuan: mempresipitasi Fe atau menahannya sementara lalu mempresipitasi.

Pra-leach dan pretreatment gangue reaktif

Banyak flowsheet menyisipkan tahap awal untuk mengeluarkan gangue “termudah” sebelum ekstraksi Ni utama. Contohnya pretreatment termal ala proses Caron (reduktif roasting): Chang dkk. melakukan prereduksi (>93%) kalsin laterit menjadi magnetit sebelum HPAL (High Pressure Acid Leach — leaching asam bertekanan). Transformasi goethite (membawa Ni) menjadi hematite pada pemanasan ringan memungkinkan ekstraksi 88.2% Ni hanya pada 100 °C (dengan ~5 mg/L Fe) (aseestant.ceon.rs). Setelah pemanasan ke 180 °C, Ni menjadi 95.2% dan Fe <1 mg/L (aseestant.ceon.rs). Efeknya, mineralogi berubah sehingga Fe kurang larut.

Alternatifnya, sebagian bijih sendiri dipakai sebagai penetral (pra-leach kuasi). Dalam skema jarosite, penambahan saprolit pada pH rendah mempra-leach besi (sebagai jarosite) lalu kembali melarutkan Ni. Banyak paten (mis. Arroyo/Neudorf) menginstruksikan leach limonit dengan H₂SO₄, lalu “pra-netralisasi” memakai saprolit atau material mengandung MgO untuk mengendapkan Fe sebelum menyelesaikan leach Ni. Pada heap-leach, kenaikan pH bertahap kerap jadi pretreatment efektif: Boyd Willis mencatat pengangkatan liquor laterit Ni dari ~1.5 ke ~4.5–5.0 mempresipitasi nyaris seluruh Fe, Cr dan sebagian besar Al (www.researchgate.net). Padatan yang di-thicken dicuci (memulihkan Ni/Co teradsorp — www.researchgate.net) dan dibuang, sementara liquor cucian membawa Ni/Co ke hilir.

Di operasi yang lebih sederhana, bilasan karbonat atau alkali ringan pada suhu ruang dapat bertindak sebagai pra-leach: misalnya bilasan kapur atau Na₂CO₃ akan melarutkan oksida Mg/Al dan mengonsumsi keasaman bebas, menyisakan bijih lebih kaya nikel untuk leach utama. Setteryan [85] menggunakan netralisasi CaCO₃ dua tahap: pertama menaikkan pH≈4.3 (90 °C) lalu ke ≈7 (70 °C) untuk menyingkirkan besi dan aluminium pasca leach asam (pubs.aip.org). Langkah-langkah ini mengeluarkan “reactive gangue” (mineral Mg, Fe, Al) lebih awal, memangkas beban impuritas di PLS Ni.

Baca juga:

Air Asam Tambang Nikel: Limestone, Kimia Sulfida, Dry Cover Efektif

Perolehan Ni vs konsumsi asam. Pola konsisten: kondisi leach agresif memaksimalkan perolehan Ni, tetapi biayanya naik. Leach atmosferik langsung pada limonit Yunani di pH rendah (≈0.25–0.5) mengonsumsi ≈0.6–0.8 kg H₂SO₄/kg bijih dan memulihkan hingga ~70% Ni (www.mdpi.com). Ketika netralisasi saprolit (jarosite) ditambahkan, leach Ni tetap tinggi (60–73%) namun penggunaan asam turun ke ≈0.37–0.42 kg/kg (www.mdpi.com) (www.mdpi.com). Miettinen dkk. juga mencatat leach berbantu jarosite pada 90 °C memakai ~0.4 kg/kg asam (dibanding 0.6–0.8 kg/kg langsung) (www.mdpi.com). Kurva kompromi menunjukkan perolehan Ni >90% baru tercapai pada ≥1 M H₂SO₄ dan temperatur tinggi, sementara operasi di pH≈1–1.5 (Ni ~65–90%) mengonsumsi ~50% lebih sedikit asam (www.researchgate.net) (www.mdpi.com).

Efisiensi penghilangan besi. Pada kondisi presipitasi optimal, Fe di PLS bisa ditekan ke satuan mg/L. Presipitasi jarosite dalam leach gabungan membatasi Fe ke 2–3 g/L (www.mdpi.com) (dibanding 10+ g/L tanpa langkah ini). Hidrolisis oksidatif di pH ≈4–5 menghilangkan 94–97% Fe (tersisa <1 g/L) (pubs.acs.org) (pubs.acs.org). Plot pH vs presipitasi Fe membentuk kurva sigmoid: di pH 3.5 hanya ~50% Fe terlepas, namun mendekati pH 5 hampir 100% jatuh (pubs.acs.org). Temperatur juga membantu: naik dari 70 ke 90 °C, presipitasi Fe meningkat dari ~80% ke ~97% pada pH tetap (pubs.acs.org) (pubs.acs.org). Dampak samping tetap kecil: kehilangan Ni di 90–97 °C berada di bawah ~8% (pubs.acs.org).

Konteks regulasi Indonesia

Di Indonesia, baku mutu mewajibkan Ni dan Fe sangat rendah di efluen. Peraturan Menteri Lingkungan Hidup No. 09/2006 membatasi Ni 0.5 mg/L dan Fe 5 mg/L pada efluen penambangan/pengolahan (nikel.co.id). Praktisnya, liquor leach mesti dimurnikan hingga level ini. Strategi di atas—leach gabungan‑jarosite atau presipitasi pH tinggi—secara rutin menurunkan Fe ke satuan mg/L. Perancangan berbasis data memastikan perolehan Ni mendekati ambang hukum ini tanpa “denda” asam atau kopresipitasi berlebihan.

Pengendalian pH dan penambahan reagen di plant lazimnya diatur oleh sistem injeksi kimia; perangkat seperti dosing pump membantu menjaga setpoint pH tetap stabil selama leaching dan netralisasi. Setelah presipitasi Fe, padatan biasanya dipisahkan dengan unit pengental; peralatan seperti clarifier dapat berperan dalam tahap thickening sebelum pencucian padatan yang disebutkan dalam alur di atas.

Dampak ekonomi

Optimasi kondisi berimbas langsung pada biaya dan operasi. Memangkas konsumsi asam setengahnya (0.8→0.4 kg/kg bijih) menurunkan ongkos reagen signifikan (www.mdpi.com) (www.mdpi.com). Menurunkan Fe terlarut ke beberapa g/L (dibanding puluhan g/L) mengecilkan biaya netralisasi hilir (kapur) berlipat. Minimnya kopresipitasi Ni (menjaga ≥90% perolehan Ni sambil mempresipitasi Fe) memaksimalkan produk jual. Data mendukung: Fig. 4 (Das dkk.) memperlihatkan konsumsi asam nyaris datar di atas ~0.5% Ni pada pH 0.25–1.5 (leach 90 °C)—artinya kebutuhan asam didorong oleh impuritas, bukan Ni (www.mdpi.com). Sementara itu, uji laboratorium terdanai menunjukkan bahwa kondisi teroptimasi (mis. langkah jarosite, leach FeCl₃, pH bertahap) dapat menangkap ~90–95% Ni sambil menghapus ~90–97% Fe (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pubs.acs.org) (www.researchgate.net).

Baca juga:

AMD Nikel: Tiga Teknologi Pasif, Tiga Biaya Siklus Hidup, Satu Kerangka Keputusan

Mengendalikan impuritas leach menuntut penguasaan pH, temperatur, dan redoks. Leach pH rendah‑temperatur tinggi memaksimalkan Ni tetapi ikut melarutkan Fe; langkah berikutnya adalah mempresipitasi Fe secara selektif (jarosite, goethite, fosfat, FeCl₃). Pretreatment (pra-leach ringan atau roasting) mengalihkan beban impuritas dari leach utama. Dampak kuantitatifnya jelas: Fe turun dari ~10 g/L ke ~1 g/L setara <3% Fe dalam larutan (dari ~80% semula) sambil menjaga Ni di atas 90% (www.mdpi.com) (pubs.acs.org). Penyempurnaan berbasis data—didukung uji lab/plant—membuat pelarutan Ni maksimal dengan penalti impuritas minimal, selaras target komersial dan lingkungan.

Sumber data mengutamakan studi terulas-rekan dan data industri: Chang dkk., 2016 (aseestant.ceon.rs); Miettinen dkk., 2019 (www.mdpi.com); Das dkk., 2023 (pubs.acs.org) (pubs.acs.org); Li dkk., 2025 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov); Setiawan dkk., 2024 (pubs.aip.org) (pubs.aip.org); Hidayat dkk., 2021 (www.researchgate.net); regulasi nasional (nikel.co.id). Seluruh angka/nilai eksperimen dikutip langsung.