Menekan Organic Losses di SX/EW: Settler Lebih Tenang, Coalescer Lebih Cerdas, Additives Lebih Tepat

Di pabrik solvent extraction (SX) untuk tembaga dan emas, setiap tetes organik yang ikut terbawa (entrainment) berarti biaya hilang. Ukurannya selevel ppm (parts per million), tetapi akumulasinya besar. Kabar baiknya: rancangan settler dengan flux rendah dan waktu tinggal (residence time) “menit-an”, ditambah coalescer dan flotasi sebagai polishing, serta dosis additives yang pas, bisa memangkas organic losses ke level sangat rendah—sering kali ke satu digit ppm—tanpa pertaruhan besar pada throughput (www.scielo.org.za; 911metallurgist.com).

Parameter desain settler dan waktu tinggal

Inti pemisahan fase yang efektif dimulai dari kapasitas settler yang cukup. Desainer menargetkan “settler flux” (debit per luas area) yang cukup rendah agar waktu tinggal tercapai di skala menit. Untuk copper SX, nilai sekitar 2–4 US gpm/ft² (~8–10 m³/m²·h) lazim digunakan (www.scielo.org.za). Contoh riil: pada 2,4 gpm/ft² dengan ketebalan “dispersion band” (lapisan emulsi di settler) 4″ (≈10 cm), fase campuran tinggal sekitar ~1 menit di band tersebut (911metallurgist.com).

Secara kinetika, organik SX yang “segar” biasanya butuh ~30–60 detik untuk disengage (memisah fase), sementara organik “spent” atau terkontaminasi bisa sampai ~2 menit (patents.google.com). Artinya, total residence time mixer+settler 1–2 menit kerap diperlukan agar ekstraksi mendekati kesetimbangan. Sebaliknya, kecepatan turun (downcomer) yang tinggi—misalnya tinggi lapisan organik dangkal—akan memangkas waktu ini secara drastis. Ilustrasi: sebuah settler selebar 32 m pada 1000 m³/jam dengan tinggi organik hanya 0,2 m menghasilkan kecepatan linear ~312 m/jam dan cuma ~3,9 menit menempuh panjang 20 m (www.scielo.org.za)—jelas tidak memadai untuk coalescence tenang.

Kesimpulannya, luas area settler dan kedalaman “organic bed” perlu disetel agar tersedia ≥1–2 menit “calm coalescence” pada beban alir yang diharapkan, membuahkan >90% kejernihan fase. Peranti internal juga menentukan. “Picket‑fence baffles” (baffle bilah) sepanjang lebar weir terbukti menyebarkan emulsi secara seragam dan memecah lapisan dispersi, sehingga entrainment turun drastis—praktik modern menyebut baffle inlet/outlet selebar penuh sebagai “primary means of controlling entrainment” pada aliran moderat (patents.google.com). Distributor di inlet memastikan debit dari mixer mengisi penampang settler secara merata (www.911metallurgist.com; patents.google.com), dan menjaga kecepatan fluida dalam batas rekomendasi menahan O‑in‑A (organic‑in‑aqueous, kehilangan organik di fase air) di level puluhan ppm.

Pedoman peralatan juga sering menyarankan oversizing untuk settler tahap akhir (luas atau kedalaman ekstra), karena entrainment kecil di tahap awal biasanya tak berdampak besar, tetapi carryover di tahap akhir langsung menambah organic losses (www.911metallurgist.com). Praktiknya, desain untuk “dispersion band” 4–6″ dan ≳1–2 menit residence per tahap konsisten menahan residual organic entrainment di level sangat rendah (<20–50 ppm) (911metallurgist.com; patents.google.com).

Perangkat polishing fisik dan after‑settler

Dengan desain ideal pun, jejak organik nyaris selalu tersisa. Karena itu banyak pabrik menambah “polishing stages” untuk menyapu entrained solvent. Skema umum adalah dua langkah berantai: fase air (raffinate atau loaded electrolyte) dipompa ke “surge tank” tenang atau ruang coalescing, lalu ke filter/coalescer rekayasa atau flotasi. Salah satu rancangan mengirim loaded electrolyte dari stripper ke surge tank lebih dahulu, kemudian ke seksi solvent‑recovery dengan coalescing packs atau flotation cell untuk mengangkat organik residual (www.911metallurgist.com). Di surge tank, droplet besar turun oleh gravitasi; unit hilir menangkap mikrodroplet tersisa.

Media coalescing (demister) lazim dipakai: anyaman serat atau mesh tempat droplet kecil bertumbuk dan menyatu jadi tetes besar. Nonwoven polypropylene atau fiberglass (pleated/stacked) bisa disisipkan di outlet settler atau di filter side‑stream. TREA (3M) menyoroti bahwa coalescer nonwoven berlipat di dekat overflow settler mampu menangkap tetes sangat halus (mis. <30–40 µm) dan “mendisrupsi film antarmuka”, menurunkan entrainment pada kedua fase (trea.com). Di lapangan, coalescer menunjukkan removal mikrodroplet 90%+: aliran 50–100 ppm organik yang melewati static coalescer sering turun ke single ppm. Catatan: pack ini bisa tersumbat jika ada padatan (www.911metallurgist.com).

Bila padatan/“crud” membatasi filter, flotasi menjadi alternatif. Elektrolit atau raffinate diaerasi di kolom flotasi sehingga droplet organik terangkat dan overflow. Literatur industri melaporkan recovery sangat tinggi: >90% organik terangkat bahkan di loading tinggi. Satu sumber mencatat “optimum 2,5 menit flotasi” membersihkan ~90% organik dari aliran awal 50–100 ppm, dan waktu lebih lama hanya menambah manfaat marginal (www.911metallurgist.com). Bahkan pada 1000 ppm, flotasi tetap efektif: hanya perlu kontak sedikit lebih lama (www.911metallurgist.com). Karena flotasi toleran terhadap padatan, ia kerap disukai untuk raffinate padatan tinggi (dengan konsekuensi konsumsi daya), sedangkan coalescing pads dipilih saat padatan rendah (biaya energi nyaris nol) (www.911metallurgist.com; www.911metallurgist.com).

Beberapa pabrik memasang kolom coalescing khusus di aliran kritis. Contoh, Chuquicamata SX menempatkan kolom bantu berisi media serat di jalur loaded‑organic untuk memastikan droplet air terperangkap dihilangkan sebelum resirkulasi (www.scielo.org.za). “After‑settler” (tangki/kolom gravitasi kecil, kadang ber‑internals) juga bisa ditaruh di outlet raffinate. Kombinasi peranti ini—picket fences, coalescer packs, flotation cells—umumnya menurunkan organic losses dari ratusan ppm menjadi satuan ppm (www.911metallurgist.com).

Additives kimia untuk phase disengagement

Agen kimia dapat mempercepat pemisahan fase. Banyak yang berbasis surfactant non‑ionik atau garam terlarut, ditambahkan sebelum settling. Misalnya, surfactant non‑ionik (seperti polyethylene–polypropylene glycol block copolymers) diidentifikasi sebagai “phase disengagement agents”. Paten melaporkan penambahan sekitar 100–500 ppm ke fase air mampu memangkas waktu disengagement ~25–30% (contoh: 100 s menjadi ~75 s) (patents.google.com). Praktisnya, jet demulsifier ke feed tank atau mixer mempercepat pecahnya film emulsi, membatasi carryover. Paten ini menekankan surfactant non‑ionik dengan HLB moderat dan mengecualikan senyawa thiocarbonyl untuk menghindari isu stabilitas (patents.google.com). Kontrol dosis presisi lazim dilakukan melalui peralatan dosing, misalnya dosing pump (pengumpan kimia) di lini proses.

Additive lain yang menonjol adalah garam logam terlarut. BASF/Cognis mematenkan penambahan dosis kecil “compatible salts” (mis. CuSO₄, FeSO₄, Al₂(SO₄)₃) langsung ke organik atau emulsi campuran. Gagasan dasarnya: kristal garam menumbuhkan nukleus/menyeimbangkan muatan pada mikrodroplet, memaksa coalescence cepat. Dalam praktik copper SX, rekomendasi sekitar 1–2 kg CuSO₄ per 50 ton Cu yang diproduksi (orde 100–200 ppm beberapa kali per hari) (patents.google.com; patents.google.com). Uji coba menunjukkan penyemprotan kristal CuSO₄ halus ke mixer/emulsi membuat dispersi “kolaps” lebih cepat di settler, dengan konsekuensi munculnya sludge sulfat (“crud”) yang harus dikeluarkan.

Additives lain meliputi demulsifier selektif atau flocculant: jejak kation polivalen (Ca²⁺, Mg²⁺) atau bantuan filtrasi (bentonite, silika) kadang dipakai untuk menggumpalkan impuritas koloid dan memecah film tipis. Dalam praktik, operator juga “polish” organik resirkulasi melalui clay filtration untuk menarik keluar crud halus yang bertindak sebagai emulsifier—meski clay menimbulkan isu pembuangan tersendiri. Kompatibilitas sangat penting; misalnya, garam Ca atau Al hanya dipakai bila tidak memasukkan logam tak diinginkan atau mengubah kimia secara merugikan (patents.google.com).

Dampak terukurnya menonjol. Satu sirkuit SX melaporkan bahwa pre‑treatment organik dengan 0,5% bentonite (mengangkat fines) menurunkan aqueous entrainment pada organik ~40–65%, kira‑kira memangkas separuh beban impuritas (www.scribd.com). Penambahan surfactant atau garam juga dievaluasi melalui uji dosis untuk mengukur penurunan entrained organics (ppm) atau perbaikan waktu settling (detik).

Ringkasan rancangan, perangkat, dan kimia

Data dari studi desain metalurgi dan kasus industri menunjukkan pola yang konsisten: gunakan flux konservatif (mis. 2–4 US gpm/ft² atau ~8–10 m³/m²·h), jaga “dispersion band” 4–6″, sediakan ≳1–2 menit untuk coalescence, dan pasang baffle selebar penuh untuk mendistribusikan emulsi—maka O‑in‑A bisa ditekan ke puluhan ppm dan residual entrainment turun ke <20–50 ppm (911metallurgist.com; patents.google.com; patents.google.com; www.scielo.org.za; www.scielo.org.za). Tambahkan coalescer/flotasi sebagai polishing—baik di surge tank, after‑settler, atau kolom bantu—untuk mengantar outlet air dari puluhan‑ratusan ppm ke satuan ppm (www.911metallurgist.com), lalu gunakan additives non‑ionik atau garam kompatibel pada dosis 100–500 ppm atau setara 1–2 kg CuSO₄/50 ton Cu (orde 100–200 ppm beberapa kali per hari) untuk mempercepat phase split—dengan manajemen “crud” yang disiplin (patents.google.com; patents.google.com; patents.google.com). Setiap elemen ini—tweak desain dan kimia terarah—memberi penurunan kuantitatif pada organic carryover, kerap dari puluhan ppm ke rendah sekali (single‑digit ppm atau kurang).