II-1

BAB II

PEMBAHASAN

A. Pendahuluan

Logam bewarna putih keperak-perakan, ringan, kuat, anti karat,

mempunyai daya hantar listrik dan panas yang baik. Nikel adalah unsur kimia

metalik dalam tabel periodik yang memiliki simbol Ni dan nomor atom 28,

valensi 0,1,2, dan 3, berat atom 58,71 spesifik gravity 8,902 (pada 25°C), titik

lebur 1453°C, titik didih 2732°C, resistan terhadap oksidasi, mudah ditarik oleh

magnet, larut pada larutan asam nitrit, tidak larut dalam air dan amoniak, sedikit

larut dalam asam hidrokhlorik dan asam belerang. Berat jenis 8,8 untuk logam

padat dan 9,04 untuk kristal tunggal.

Nikel mempunyai sifat tahan karat. Dalam keadaan murni, nikel bersifat

lembek, tetapi jika dipadukan dengan besi, krom, dan logam lainnya, dapat

membentuk baja tahan karat yang keras.

Untuk mendapatkan nikel murni, perlu dilakukan beberapa tahapan, yang

dimulai dari proses penambangan, pengolahan, peleburan sampai proses

pemurnian.

B. Genesa endapan bijih nikel

Di alam biasanya nikel terbentuk bersama-sama khromium dan platina di

dalam batuan ultrabasa. Konsentrasi residual silikat pada proses pelapukan batuan

beku ultrabasa menghasilkan endapan nikel silikat dengan mineral yaitu gantit

(H4Ni2.Mg2(SiO4)3.4.H2O), konarit (H4Ni2Si3O10), dan garnirit (Mg,Ni) SiO3 +

nH2O.

II-2

Batuan ultrabasa yang mengandung unsur nikel adalah gabro, basalt,

peridotit dan norit. Mineral utamanya adalah pentlandit (Fe,Ni)gS8, nikolit

(NiAs), skuterudit (Co, Fe,Ni)As3 dan violurit (FeNi2S4).

Batuan induk bijih nikel adalah batuan peridotit. Menurut Vinogradov

batuan ultra basa rata-rata mempunyai kandungan nikel sebesar 0,2 %. Unsur

nikel tersebut terdapat dalam kisi-kisi kristal mineral olivin dan piroksin, sebagai

hasil substitusi terhadap atom Fe dan Mg. Proses terjadinya substitusi antara Ni,

Fe dan Mg dapat diterangkan karena radius ion dan muatan ion yang hampir

bersamaan di antara unsur-unsur tersebut. Proses serpentinisasi yang terjadi pada

batuan peridotit akibat pengaruh larutan hydrothermal, akan merubah batuan

peridotit menjadi batuan serpentinit atau batuan serpentinit peroditit. Sedangkan

proses kimia dan fisika dari udara, air serta pergantian panas dingin yang bekerja

kontinu, menyebabkan disintegrasi dan dekomposisi pada batuan induk.

Pada pelapukan kimia khususnya, air tanah yang kaya akan CO2 berasal

dari udara dan pembusukan tumbuh-tumbuhan menguraikan mineral-mineral

yang tidak stabil (olivin dan piroksin) pada batuan ultra basa, menghasilkan Mg,

Fe, Ni yang larut; Si cenderung membentuk koloid dari partikel-partikel silika

yang sangat halus. Didalam larutan, Fe teroksidasi dan mengendap sebagai ferri-

hydroksida, akhirnya membentuk mineral-mineral seperti geothit, limonit, dan

haematit dekat permukaan. Bersama mineral-mineral ini selalu ikut serta unsur

cobalt dalam jumlah kecil.

Larutan yang mengandung Mg, Ni, dan Si terus menerus kebawah selama

larutannya bersifat asam, hingga pada suatu kondisi dimana suasana cukup netral

akibat adanya kontak dengan tanah dan batuan, maka ada kecenderungan untuk

membentuk endapan hydrosilikat. Nikel yang terkandung dalam rantai silikat atau

hydrosilikat dengan komposisi yang mungkin bervariasi tersebut akan mengendap

pada celah-celah atau rekahan-rekahan yang dikenal dengan urat-urat garnierit

dan krisopras. Sedangkan larutan residunya akan membentuk suatu senyawa yang

disebut saprolit yang berwarna coklat kuning kemerahan. Unsur-unsur lainnya

II-3

seperti Ca dan Mg yang terlarut sebagai bikarbonat akan terbawa kebawah sampai

batas pelapukan dan akan diendapkan sebagai dolomit, magnesit yang biasa

mengisi celah-celah atau rekahan-rekahan pada batuan induk. Dilapangan urat-

urat ini dikenal sebagai batas petunjuk antara zona pelapukan dengan zona batuan

segar yang disebut dengan akar pelapukan (root of weathering).

Faktor-faktor yang mempengaruhi pembentukan bijih nikel laterit ini adalah:

a. Batuan asal. Adanya batuan asal merupakan syarat utama untuk terbentuknya

endapan nikel laterit, macam batuan asalnya adalah batuan ultra basa. Dalam

hal ini pada batuan ultra basa tersebut: - terdapat elemen Ni yang paling

banyak diantara batuan lainnya - mempunyai mineral-mineral yang paling

mudah lapuk atau tidak stabil, seperti olivin dan piroksin - mempunyai

komponen-komponen yang mudah larut dan memberikan lingkungan

pengendapan yang baik untuk nikel.

b. Iklim. Adanya pergantian musim kemarau dan musim penghujan dimana

terjadi kenaikan dan penurunan permukaan air tanah juga dapat menyebabkan

terjadinya proses pemisahan dan akumulasi unsur-unsur. Perbedaan

temperatur yang cukup besar akan membantu terjadinya pelapukan mekanis,

dimana akan terjadi rekahan-rekahan dalam batuan yang akan mempermudah

proses atau reaksi kimia pada batuan.

c. Reagen-reagen kimia dan vegetasi. Yang dimaksud dengan reagen-reagen

kimia adalah unsur-unsur dan senyawa-senyawa yang membantu

mempercepat proses pelapukan. Air tanah yang mengandung CO2 memegang

peranan penting didalam proses pelapukan kimia. Asam-asam humus

menyebabkan dekomposisi batuan dan dapat merubah pH larutan. Asam-asam

humus ini erat kaitannya dengan vegetasi daerah. Dalam hal ini, vegetasi akan

mengakibatkan: • penetrasi air dapat lebih dalam dan lebih mudah dengan

mengikuti jalur akar pohon-pohonan • akumulasi air hujan akan lebih banyak

• humus akan lebih tebal Keadaan ini merupakan suatu petunjuk, dimana

hutannya lebat pada lingkungan yang baik akan terdapat endapan nikel yang

II-4

lebih tebal dengan kadar yang lebih tinggi. Selain itu, vegetasi dapat berfungsi

untuk menjaga hasil pelapukan terhadap erosi mekanis.

d. Struktur. Struktur yang sangat dominan yang terdapat didaerah Polamaa ini

adalah struktur kekar (joint) dibandingkan terhadap struktur patahannya.

Seperti diketahui, batuan beku mempunyai porositas dan permeabilitas yang

kecil sekali sehingga penetrasi air sangat sulit, maka dengan adanya rekahan-

rekahan tersebut akan lebih memudahkan masuknya air dan berarti proses

pelapukan akan lebih intensif.

e. Topografi. Keadaan topografi setempat akan sangat mempengaruhi sirkulasi

air beserta reagen-reagen lain. Untuk daerah yang landai, maka air akan

bergerak perlahan-lahan sehingga akan mempunyai kesempatan untuk

mengadakan penetrasi lebih dalam melalui rekahan-rekahan atau pori-pori

batuan. Akumulasi andapan umumnya terdapat pada daerah-daerah yang

landai sampai kemiringan sedang, hal ini menerangkan bahwa ketebalan

pelapukan mengikuti bentuk topografi. Pada daerah yang curam, secara

teoritis, jumlah air yang meluncur (run off) lebih banyak daripada air yang

meresap ini dapat menyebabkan pelapukan kurang intensif.

f. Waktu. Waktu yang cukup lama akan mengakibatkan pelapukan yang cukup

intensif karena akumulasi unsur nikel cukup tinggi.

Profil nikel laterit keseluruhan terdiri dari 4 zona gradasi sebagai berikut :

1. Iron Capping : Merupakan bagian yang paling atas dari suatu penampang

laterit. Komposisinya adalah akar tumbuhan, humus, oksida besi dan sisa-sisa

organik lainnya. Warna khas adalah coklat tua kehitaman dan bersifat gembur.

Kadar nikelnya sangat rendah sehingga tidak diambil dalam penambangan.

Ketebalan lapisan tanah penutup rata-rata 0,3 s/d 6 m. berwarna merah tua,

merupakan kumpulan massa goethite dan limonite. Iron capping mempunyai

II-5

kadar besi yang tinggi tapi kadar nikel yang rendah. Terkadang terdapat

mineral-mineral hematite, chromiferous.

2. Limonite Layer : Merupakan hasil pelapukan lanjut dari batuan beku ultrabasa.

Komposisinya meliputi oksida besi yang dominan, goethit, dan magnetit.

Ketebalan lapisan ini rata-rata 8-15 m. Dalam limonit dapat dijumpai adanya

akar tumbuhan, meskipun dalam persentase yang sangat kecil. Kemunculan

bongkah-bongkah batuan beku ultrabasa pada zona ini tidak dominan atau

hampir tidak ada, umumnya mineral-mineral di batuan beku basa-ultrabasa

telah terubah menjadi serpentin akibat hasil dari pelapukan yang belum tuntas.

fine grained, merah coklat atau kuning, lapisan kaya besi dari limonit soil

menyelimuti seluruh area. Lapisan ini tipis pada daerah yang terjal, dan

sempat hilang karena erosi. Sebagian dari nikel pada zona ini hadir di dalam

mineral manganese oxide, lithiophorite. Terkadang terdapat mineral talc,

tremolite, chromiferous, quartz, gibsite, maghemite.

3. Silika Boxwork : putih – orange chert, quartz, mengisi sepanjang fractured dan

sebagian menggantikan zona terluar dari unserpentine fragmen peridotite,

sebagian mengawetkan struktur dan tekstur dari batuan asal. Terkadang

terdapat mineral opal, magnesite. Akumulasi dari garnierite-pimelite di dalam

boxwork mungkin berasal dari nikel ore yang kaya silika. Zona boxwork

jarang terdapat pada bedrock yang serpentinized.

4. Saprolite : Zona ini merupakan zona pengayaan unsur Ni. Komposisinya

berupa oksida besi, serpentin sekitar <0,4% kuarsa magnetit dan tekstur

batuan asal yang masih terlihat. Ketebalan lapisan ini berkisar 5-18 m.

Kemunculan bongkah-bongkah sangat sering dan pada rekahan-rekahan

batuan asal dijumpai magnesit, serpentin, krisopras dan garnierit. Bongkah

batuan asal yang muncul pada umumnya memiliki kadar SiO2 dan MgO yang

tinggi serta Ni dan Fe yang rendah. campuran dari sisa-sisa batuan, butiran

halus limonite, saprolitic rims, vein dari endapan garnierite, nickeliferous

quartz, mangan dan pada beberapa kasus terdapat silika boxwork, bentukan

II-6

dari suatu zona transisi dari limonite ke bedrock. Terkadang terdapat mineral

kuarsa yang mengisi rekahan, mineral-mineral primer yang terlapukkan,

chlorite. Garnierite di lapangan biasanya diidentifikasi sebagai kolloidal talc

dengan lebih atau kurang nickeliferous serpentin. Struktur dan tekstur batuan

asal masih terlihat.

5. Bedrock : bagian terbawah dari profil laterit. Tersusun atas bongkah yang lebih

besar dari 75 cm dan blok peridotit (batuan dasar) dan secara umum sudah

tidak mengandung mineral ekonomis (kadar logam sudah mendekati atau

sama dengan batuan dasar). Batuan dasar merupakan batuan asal dari nikel

laterit yang umumnya merupakan batuan beku ultrabasa yaitu harzburgit dan

dunit yang pada rekahannya telah terisi oleh oksida besi 5-10%, garnierit

minor dan silika > 35%. Permeabilitas batuan dasar meningkat sebanding

dengan intensitas serpentinisasi.Zona ini terfrakturisasi kuat, kadang

membuka, terisi oleh mineral garnierite dan silika. Frakturisasi ini

diperkirakan menjadi penyebab adanya root zone yaitu zona high grade Ni,

akan tetapi posisinya tersembunyi.

C. Penambangan bijih nikel

Penambangan nikel dapat dilakukan dengan cara tambang terbuka dan

sistem tambang dalam. Di Indonesia penambangan nikel dilakukan dengan cara

tambang terbuka dengan membuat jenjang (bench) pada lereng bukit dan

penggaliannya dilakukan secara backfilling.

Salah satu contoh penambangannya terdapat di PT INCO. Operasi

penambangan nikel PT INCO di Sorowako digolongkan sebagai tambang terbuka

dengan tahapan sebagai berikut:

II-7

Pemboran

Pada jarak spasi 25 - 50 meter untuk mengambil sample batuan dan tanah guna

mendapatkan gambaran kandungan nikel yang terdapat di wilayah tersebut

Pembersihan dan pengupasan

Lapisan tanah penutup setebal 10– 20 meter yang kemudian dibuang di tempat

tertentu ataupun dipakai langsung untuk menutupi suatu wilayah purna tambang.

Penggalian

Lapisan bijih nikel yang berkadar tinggi setebal 5-10 meter dan dibawa ke stasiun

penyaringan.

Pemisahan

Bijih di stasiun penyaringan berdasarkan ukurannya. Produk akhir hasil

penyaringan bijih tipe Timur adalah -6 inci, sedangkan produk akhir bijih tipe

Barat adalah – 4/-2 inci.

Penyimpanan

Bijih yang telah disaring di suatu tempat tertentu untuk pengurangan kadar air

secara alami, sebelum dikonsumsi untuk proses pengeringan dan penyaringan

ulang di pabrik.

Penghijauan

Lahan-lahan purna tambang. Dengan metode open cast mining yang dilakukan

sekarang, dimana material dari daerah bukaan baru, dibawa dan dibuang ke

daerah purna tambang, untuk selanjutnya dilakukan landscaping, pelapisan

dengan lapisan tanah pucuk, pekerjaan terasering dan pengelolaan drainase

sebelum proses penghijauan/penanaman ulang dilakukan.

D. Pengolahan dan ekstraksi bijih nikel

II-8

D.1 Peleburan primer

Secara umum, mineral bijih di alam ini dibagi dalam 2 (dua) jenis

yaitu mineral sulfida dan mineral oksida. Begitu pula dengan bijih nikel, ada

sulfida dan ada oksida. Masing-masing mempunyai karakteristik sendiri dan

cara pengolahannya pun juga tidak sama. Dalam bahasan kali ini akan

dibatasi pengolahan bijih nikel dari mineral oksida (Laterit).

Bijih nikel dari mineral oksida (Laterite) ada dua jenis yang

umumnya ditemui yaitu Saprolit dan Limonit dengan berbagai variasi kadar.

Perbedaan menonjol dari 2 jenis bijih ini adalah kandungan Fe (Besi) dan Mg

(Magnesium), bijih saprolit mempunyai kandungan Fe rendah dan Mg tinggi

sedangkan limonit sebaliknya.

Pabrik pengolahan PT Inco di Sorowako mempunyai kapasitas

produksi 72.500 ton nikel setahun. Proses pengolahan dilakukan untuk

menghasilkan nikel matte yaitu produk dengan kadar nikel di atas 75 persen.

Tahap-tahap utama dalam proses pengolahan adalah sebagai berikut:

Pra Pengolahan

1. Persiapan bahan baku

Bahan baku dalam proses pengolahan adalah bijih nikel (laterit) dengan

antrasit sebagai reduktor serta batu kapur sebagai flux dengan komsumsi

sebagai berikut :

- Bijih nikel sebanyak 320.000 ton bijih basah per tahun

- Antrasit sebanyak 30-40 kg per ton bijih basah.

- Batu kapur sebanyak 20-40 kg per ton bijih basah.

Bijih basah dari tambang diumpankan ke dalam shake out machine

(SOM) untuk memisahkan boulder yang berukuran di atas 30 cm, bijih

yang berukuran di bawah 30 dm diangkut ke ripple flow screen (RFS)

dengan belt conveyor di mana butiran berukuran lebih kecil dari 5 cm

bersama-sama dengan produk impeller breaker selanjutnya diangkut ke

II-9

dalam dua buah bin yang masing-masing berkapasitas 120 ton. bijijh

nikel terpisah masing-masing ditampung dalam bin-bin yang berkapasitas

70 ton.

Pengolahan dan ekstraksi bijih nikel

Pengolahan

1. Crushing

bertujuan untuk menghancurkan bongkahan bijih nikel sebagai bahan

baku dan campuran bahan baku lainnya.

2. Drying

bertujuan untuk menurunkan kadar air bijih laterit yang dipasok dari

bagian Tambang dan memisahkan bijih yang berukuran +25 mm dan – 25

mm.

3. Kalsinasi dan Reduksi di Tanur Pereduksi

untuk menghilangkan kandungan air di dalam bijih, mereduksi sebagian

nikel oksida menjadi nikel logam, dan sulfidasi. Tahapan pada proses

kalsinasi :

- Bahan baku ditimbang

- diangkut ke rotary kiln dengan belt konveyor untuk proses kalsinasi

- bahan bakar yang dipakai untuk burner tersebut adalah Heavy Oil

- Jumlah bijih yang diolah dalam rotary kiln rata-rata sebanyak ± 40 ton

bijih basah per jam

4. Peleburan di Tanur Listrik

untuk melebur kalsin hasil kalsinasi/reduksi sehingga terbentuk fasa

lelehan matte dan terak. Suhu yang biasa di gunakan dalam furnace 1500 oC.

5. Pengkayaan di Tanur Pemurni (converter)

untuk menaikkan kadar Ni di dalam matte dari sekitar 27 persen menjadi

di atas 75 persen.

II-10

6. Granulasi dan Pengemasan

untuk mengubah bentuk matte dari logam cair menjadi butiran-butiran

yang siap diekspor setelah dikeringkan dan dikemas.

7. Nikel matte dingin yang berbentuk butiran-butiran halus ini, yang

kemudian dikeringkan dengan tanur pengering, disaring dan siap dikemas

dalam kantong dengan kapasitas 3 ton matte (Gambar 2.15). Kemasan siap

dikapalkan.

Gambar 2.1

Nikel Matte yang siap dipasarkan

II-11

Gambar 2.2

Alur proses pengolahan peleburan primer bijih nikel

D.2 Peleburan Sekunder

Peleburan sekunder merupakan proses selanjutnya untuk

mendapatkan nikel murni 99,9 %. Matte hasil proses peleburan primer yang

berupa butiran-butiran dimasukkan kedalam crusher dan kemudian

digrinding. Proses selanjutnya metal di panggang untuk memisahkan

belerang.

II-12

Nikel oxide yang didapat dari pemanggangan selanjutnya di reduksi dengan

bahan tambah arang (charcoal), sehingga didapat logam nikel.

Pada proses ini concentrat di leaching dengan larutan ammonia didalam

autoclave dengan tekanan kurang lebih 7 atm (gauge). Tembaga, nikel dan

cobalt terlarut kedalam larutan ammonia, reaksi yang terjadi

Pada gambar 2.3 ditunjukkan diagram proses pemurnian bijih nikel

(peleburan sekunder) .

Gambar 2.3

Proses peleburan sekunder bijih nikel