Polishing Ni/Co Air Tambang: Sulfida Murah vs Resin Ion Exchange

Indonesia adalah produsen nikel terbesar dunia dan ikut menghasilkan kobalt dalam jumlah signifikan. Air limbah dari penambangan nikel—baik dari laterit/leach processing maupun ferronickel smelter—sering membawa Ni dan Co pada kisaran 0,1–10 mg/L atau lebih tinggi. Regulasi nasional sangat ketat: PerMen LH No. 9/2006 membatasi Ni terlarut pada 0,5 mg/L dan Co pada 0,4 mg/L (id.scribd.com). Dari titik awal yang kerap berada pada puluhan mg/L—misalnya, ferronickelous process waters dari RKEF (rotary kiln electric furnace) dapat membawa Ni pada puluhan mg/L—pencapaian angka baku mutu ini hampir selalu butuh tahap pemolesan (polishing) lanjutan.

Di level praktik, strategi yang masuk akal adalah “bulk removal” murah terlebih dahulu baru kemudian polishing. Dua kandidat utama untuk tahap akhir ini—sulfide precipitation dan resin penukar ion (ion exchange, IEX)—pun bersaing ketat dalam aspek kinerja, biaya, dan limbah.

Baca juga:

Flocculant Tailings Nikel: Laju Endap Tinggi & Overflow Bening

Sulfide precipitation adalah metode mapan untuk mengeluarkan logam berat: Ni²⁺ dan Co²⁺ diendapkan sebagai sulfida tak larut (NiS, CoS) dengan menambahkan sulfida (mis. Na₂S atau H₂S) di pH 7–9. Produk kelarutan (Ksp, konstanta kelarutan) NiS dan CoS sangat rendah (sekitar 10⁻²⁰ dan 10⁻²⁶), sehingga sebagian besar logam bisa mengendap. Uji pada efluen kaya Ni (≈100 mg/L Ni) menunjukkan 90–95% penghilangan pada rasio [S²⁻]/[Ni] yang optimal (iwaponline.com), dan dengan pengendalian pH yang cermat (mis. pH≈5 dioptimalkan lalu dinaikkan), abatement Ni bisa mencapai ~98% (iwaponline.com).

Namun dalam air limbah multi-logam, Ni kadang lebih sulit tuntas dibanding sulfida logam yang lebih tidak larut (seperti CuS) akibat kinetika yang lebih lambat dan sebagian re-dissolution. NiS cenderung terlarut kembali di bawah oksigen pada pH<10 (nepis.epa.gov), sehingga unit tertutup, de-aerated, atau pelepasan padatan yang cepat menjadi praktik umum.

Keuntungan utamanya: kimia sederhana dan murah. Biaya reagen rendah—mengendapkan 1 mg Ni (dari umpan 1 mg/L) hanya memerlukan ~1,3 g Na₂S (harga kisaran ~$0,5–1/kg), setara pecahan sen per m³ untuk konsentrasi Ni tipikal. Reaksi cepat dan terbukti di skala industri; proses seperti SAVMIN® menggunakan sulfida untuk leachates logam mulia (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).

Keterbatasannya: dosis besar menghasilkan lumpur dalam volume besar—setiap mg Ni yang diambil membentuk kira-kira 10–20 mg padatan yang mengandung Ni (campuran NiS/CoS). Lumpur ini sering diklasifikasi berbahaya dan perlu dinetralkan atau ditimbun (landfill), menambah biaya. Selain itu, presipitasi sulfida saja jarang menembus baku mutu bila konsentrasi awal tinggi. Contoh: influen 100 mg/L Ni dengan 94% removal masih menyisakan ~6 mg/L Ni—jauh di atas batas 0,5 mg/L (iwaponline.com). Literatur ringkas (mis. Matebese dkk.) juga menyoroti kebutuhan volume bahan kimia yang besar serta toksisitas lumpur, meski kimianya “simple, safe to operate and low-cost” (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).

Dari sisi peralatan, konfigurasi tipikal meliputi sistem injeksi, tangki kontrol pH, dan unit klarifikasi. Operator yang butuh waktu detensi 0,5–4 jam lazimnya memakai klarifier industri; di konteks ini, penggunaan unit seperti clarifier menjadi bagian dari solusi pengendapan dan pemisahan lumpur.

Resin penukar ion dan media adsorpsi

Resin penukar ion (IEX) bertipe chelating dengan gugus fungsional seperti iminodiacetate atau bis‑picolylamine memiliki afinitas tinggi terhadap Ni²⁺ dan Co²⁺. Pada uji pilot di air limbah encer (contoh: air desulfurisasi gas buang/FGD dengan ~0,09 mg/L Ni), resin chelate (Purolite S930) menurunkan Ni nyaris ke nol: dari 89 µg/L menjadi <0,1 µg/L (lebih dari 99,9% removal) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov; µg/L = mikrogram per liter). Bahkan di tengah kompetitor kation (Ca, Mg, Fe, dll.), Ni dan Co “hampir seluruhnya terambil” oleh resin iminodiacetate (tautan sama). Kapasitas tipikalnya tinggi—untuk Ni berkisar ratusan mg per gram resin (≈100–200 mg/g) (mdpi.com)—dan kinerjanya tidak banyak turun oleh co‑metal sedang. Secara fungsi, IEX adalah unit polishing: setelah presipitasi cepat membawa Ni 100→10 mg/L, tahap resin yang dirancang baik bisa menekan hingga level ppt (parts per trillion).

Di level implementasi, portofolio resin penukar ion chelating menjadi tulang punggung untuk “metal polishing” dan recovery. Untuk solusi sistemik, operator kerap mengintegrasikannya dalam skid Ion‑Exchange sebagai unit akhir yang fleksibel.

Media adsorpsi lain juga diteliti. Activated carbon dan polimer termodifikasi dapat menyerap Ni²⁺/Co²⁺, namun umumnya di bawah resin chelating. Sebuah studi menemukan kapasitas karbon sekitar ~144 mg/g Ni dibanding 90–208 mg/g pada beberapa resin chelating (mdpi.com). Material baru seperti metal‑organic frameworks (MOF) atau mangan oksida (δ‑MnO₂) menunjukkan hasil lab yang menjanjikan untuk Ni/Co (mekanisme: surface complexation), namun belum terkomersialisasi untuk efluen tambang. Secara lokal, adsorben “hijau” seperti rice‑husk biochar aktif sitrat diusulkan; ada laporan >95% removal Cu²⁺ dan ratusan mg/g kapasitas untuk Pb (ecoeet.com), sehingga berpotensi untuk Ni. Namun pemanfaatan biosorben murah di industri dibatasi isu regenerasi, penanganan (mis. risiko clogging silika), dan daya tahan pada air tambang. Berbeda dengan itu, resin IEX sudah matang untuk pemulihan logam—contoh yang lazim disebut adalah Dowex M4195 untuk pemisahan Ni pada daur ulang baterai. Untuk aplikasi karbon aktif yang lebih generik, opsi seperti activated carbon tetap relevan sebagai adsorben universal.

Baca juga:

Grinding Aids Nikel: Hemat Energi Besar dari Kimia Dosis Kecil

Studi kinetika menunjukkan penyerapan Ni/Co pada resin chelating berlangsung cukup cepat (menit–jam) pada pH ringan (pH 2–6) (ru.scribd.com). Selektivitas dapat “di-tune” melalui pilihan resin: resin berbasis thiourea memihak logam mulia, sedangkan resin iminodiacetate efektif menarik Ni/Co. Resin bekas pakai diregenerasi melalui acid stripping, menghasilkan Ni/Co terkonsentrasi dalam volume kecil—membuka peluang recovery menjadi nickel sulfate atau garam kobalt—dan secara total menghasilkan limbah padat yang lebih sedikit dibanding lumpur sulfida.

Biaya modal, O&M, dan peralatan

Presipitasi sulfida butuh modal sederhana—sistem injeksi, tangki kontrol pH, dan klarifier—serta biaya reagen yang sangat rendah. Harga Na₂S berada di kisaran ~$0,50–1,00 per kg; mengendapkan 1 kg Ni kira‑kira butuh 1,3 kg Na₂S, sehingga biaya kimia sekitar ~$0,65–1 per kg‑Ni yang diambil. Dalam kasus tipikal (Ni ~10 mg/L), ini setara hanya ~$0,01–0,05 per m³ air yang diolah. Untuk injeksi yang presisi, sistem dosing kimia biasanya disiapkan berdampingan dengan unit seperti clarifier untuk pemisahan padatan.

Sebaliknya, ion‑exchange membutuhkan modal lebih besar: beberapa vessel/kolom resin dan sekitar 10–20 L resin untuk setiap beberapa meter kubik throughput. Harga resin chelating tinggi—sekitar $18–70 per liter (mdpi.com). Sebagai ilustrasi, 1 m³ resin (mendekati 800 kg) bernilai ~$18.000–$70.000 di muka. Namun 1 liter resin bisa mengikat puluhan gram Ni sebelum perlu regenerasi, sehingga investasi resin diamortisasi lintas banyak siklus. Biaya tambahan muncul dari asam/basa regenerasi dan pembuangan brine regeneran bekas.

Kinerja vs biaya dan jejak lingkungan

Dari sisi kinerja‑biaya, presipitasi sulfida unggul saat konsentrasi Ni/Co tinggi dan target efluen ultra‑rendah tidak wajib. Ia efektif dan murah untuk “bulk removal”: misalnya menurunkan Ni dari 100 mg/L menjadi ~10 mg/L (≈90% removal) dengan biaya sen per m³. Tapi untuk memenuhi 0,5 mg/L Ni, dibutuhkan multi‑tahap sulfida atau reagen berlebih—yang berarti lebih banyak lumpur. Sebaliknya, ion‑exchange memang mahal namun dapat menghasilkan efluen jauh di bawah baku mutu; sebuah studi melaporkan resin “hampir total” menghilangkan Ni hingga <0,1 µg/L (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Karena itu, strategi hibrida lazim: gunakan presipitasi (sulfida atau hidroksida) untuk mengambil beban logam utama lalu poles dengan ion exchange atau adsorpsi demi mencapai ambang regulasi.

Dari perspektif lingkungan dan operasional, toksisitas dan volume lumpur presipitasi adalah “biaya tersembunyi” besar (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Aliran limbah dari ion exchange—larutan regeneran asam—bervolume lebih kecil (puluhan liter per siklus) namun berisi Ni/Co terkonsentrasi; ini bisa dinetralkan atau diolah untuk pemulihan logam. Di sisi keselamatan, penanganan H₂S atau NaHS di lokasi menambah risiko untuk metode sulfida. Soal throughput dan footprint, kolom resin cenderung lebih kompak (tanpa kolam pengendapan besar) dan bisa kontinu, tetapi perlu pemantauan ketelitian kejenuhan (exhaustion).

Ringkasan numerik dan implikasi regulasi

Secara angka, presipitasi diperkirakan menelan biaya sekitar $0,05–0,10 per m³ (utama dari reagen) untuk menghilangkan >90% Ni/Co, sedangkan O&M ion‑exchange (rehidrasi, bahan regenerasi, listrik) menambah sekitar $0,20–0,50 per m³—anggaran ini sangat bergantung pada umur resin dan beban logam. Namun presipitasi saja kemungkinan besar tidak mencapai target <0,5 mg/L dari air tambang tipikal, sedangkan ion‑exchange bisa dengan mudah (hingga <0,001 mg/L) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Pilihan bisnis bertumpu pada laju alir dan biaya siklus hidup: untuk volume kecil atau kasus di mana recovery logam bernilai, polishing resin bisa terbayar; untuk debit besar dengan kebutuhan moderat (contoh: 50→5 mg/L), presipitasi sulfida paling ekonomis (pmc.ncbi.nlm.nih.gov; iwaponline.com).

Temuan berbasis data mempertegas: pada perbandingan pilot‑scale, resin iminodiacetate bentuk H⁺ (Purolite S930) menekan Ni ke level praktis tak terdeteksi, sementara dosis sulfida sederhana dalam uji batch meninggalkan Ni residual setara ordo mg/L (iwaponline.com; pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Biaya resin satu orde magnitudo lebih tinggi dari bahan kimia sulfida (puluhan USD per liter vs sen per kg) (mdpi.com), namun kualitas air keluarannya dengan mudah memenuhi standar SNI/National Class C. Dalam konteks Indonesia, batas 0,5/0,4 mg/L Ni/Co praktis “mewajibkan” adanya tahap polishing (mis. ion exchange atau adsorben lanjutan) setelah pengolahan primer (id.scribd.com). Untuk eksekusi, integrasi skid Ion‑Exchange sebagai polishing bisa dirangkai di hilir presipitasi atau netralisasi awal.

Baca juga:

Hemat Air di Grinding Nikel dengan Thickener dan Flocculant

Seluruh data dan angka bersandar pada publikasi ilmiah dan regulasi resmi: Jerroumi, S. dkk., Water Quality Research Journal 55(4):345–356 (2020) [uji presipitasi Ni] (iwaponline.com; iwaponline.com); Matebese, F. dkk., Heliyon (2024) [tinjauan teknologi air tambang] (pmc.ncbi.nlm.nih.gov); Czupryński, P. dkk., RSC Advances 12:5145–5156 (2022) [pilot IEX untuk Ni/Hg/Cr] (pmc.ncbi.nlm.nih.gov); Zainol, Z. & Nicol, M.J., Hydrometallurgy 96:283–287 (2009) [chelating IEX untuk Ni/Co; bentuk amonium vs H⁺] (ru.scribd.com); Wołowicz, A. & Hubicki, Z., Processes 9(2):285 (2021) [screening IEX; biaya & kapasitas] (mdpi.com; mdpi.com); Kementerian Lingkungan Hidup RI, Permen No. 09/2006 [baku mutu air limbah bijih nikel] (id.scribd.com); Woolsey, S.E. dkk., EPA/Mine Water Environ. (1986) [kinetika presipitasi sulfida: pelarutan NiS] (nepis.epa.gov). Catatan biaya resin dan presipitasi juga dikutip dari pabrikan dan literatur proses (tautan mdpi.com dan iwaponline.com sebagaimana dicantumkan di atas).