Document

Soal dan Jawaban Responsi, soal hitungan bahan UAS dan UAS tahun 2008
Hidro-Elektro-Metalurgi
1. Jelaskan kelebihan dan kekurangan proses HPAL dibandingkan dengan Atmospheric
Pressure Agitation Leaching (AL) untuk bijih nikel laterit.
Jawab
•
Kelebihan-kelebihan dari proses HPAL adalah sebagai berikut:
 Recoveri nikel dan kobalt tinggi
 Proses berlangsung cepat
 Dalam proses pelindian di autoclave, besi diendapkan sebagai hematite; dalam hal ini
selektivitas PAL lebih baik dari AL yang implikasinya adalah konsumsi asam yang lebih
rendah
 Proses sudah proven meskipun terdapat permasalahan-permasalahan di dalam operasi
yang terkait dengan korosi dan scaling.
•
Kekurangan-kekurangan dari proses HPAL adalah sebagai berikut:
 Capital cost besar
 Membutuhkan peralatan dengan material konstruksi yang mahal
 Biaya perawatan besar
 Rawan terhadap proses korosi dan scaling.
2. Jelaskan unit proses dalam proses Caron sehingga diperoleh produk intermediete berupa
presipitate nikel sulfida. Apa tujuan pemanggangan reduksi.
Jawab
Proses Caron  kombinasi piro dan hidrometalurgi

Proses ekstraksi nikel dengan cara pemanggangan reduksi (reduction roasting) yang
diikuti dengan proses pelindian pada tekanan atmosfer dalam larutan ammoniak

Sebelum dilakukan proses pemanggangan reduksi, dilakukan proses pengeringan dan
penggerusan bijih.

Bijih dikeringkan dalam rotary kiln untuk mengurangi kandungan air dari 30-50%
sampai 2-3% , kemudian dilakukan penggerusan untuk mereduksi ukuran partikelnya
menjadi 74 µm.

Pemanggangan reduksi dilakukan pada temperatur kira-kira 850oC dimana pada
temperatur tersebut hampir semua nikel dan sekitar 10% besi direduksi menjadi
logamnya.

Reaksi kimia pemanggangan reduksi yang terjadi adalah sbb:
NiO  2Fe2O3  3H 2  FeNi  Fe3O4  3H 2O

Setelah proses pemanggangan, bijih didinginkan sampai temperatur 150-200oC,
kemudian bijih tersebut dilindi menggunakan larutan ammonia atau larutan ammonium
karbonat. Pemanggangan reduksi dilakukan pada temperatur kira-kira 850oC dimana pada
temperatur tersebut hampir semua nikel dan sekitar 10% besi direduksi menjadi
logamnya.

Di dalam larutan, nikel dan kobal akan membentuk kompleks dengan ammonia dan tetap
dalam keadaan stabil sementara besi teroksidasi menjadi Fe3+ yang kemudian mengendap
sebagai hidrooksida.

Reaksi pelindian nikel dalam larutan ammonia adalah sebagai berikut:
Ni  1 O2  H 2O  4 NH 3  ( NH 4 )2 CO3  Ni ( NH 3 )6 CO3
2
3
Fe  O2  3 H 2O  Fe(OH )3
4
2

Larutan kaya hasil pelindian ini kemudian dipisahkan dari padatan melalui serangkaian
tahapan pencucian CCD. Co kemudian direcoveri dengan mengendapkannya sebagai Cosulfide, sementara nikel direcoveri sebagai nikel karbonat.
Tujuan pemanggangan reduksi:?
Gambar 2 Diagram alir proses Caron
3. Jelaskan tahap-tahap utama dalam produksi tembaga dengan proses Hidrocopper.
Jawab
•
Atmospheric Leaching pada 85-95oC
- Pelindian dengan 250-300 g/L klorida
CuFeS2 + 3Cu2+ = 4Cu+ Fe2+ + 2So
•
Pengendapan dan oksidasi besi sebagai FeOOH atau Fe2O3
- Sebagian besar S dioksidasi menjadi So (90-95%)
- Recoveri Au dengan karbon aktif
- Pengendapan Cu2O dengan NaOH
CuCl + NaOH = 0.5Cu2O + NaCl + 0.5H2O
Cu2O direduksi dengan H2 menjadi Cu
- Regenerasi reagen pelindi dilakukan dengan metode elektrolisis alkali – klor
NaCl + H2O = NaOH + 0.5Cl2 + 0.5H2
4. Jelaskan mekanisme perpindahan massa ion dalam suatu laturan elektrolit.
Jawab
Perpindahan ion dengan DIFUSI
Proses pelarutan dan pengendapan
di dekat anoda dan katoda akan
menyebabkan
perubahan
konsentrasi setempat di sekitar
permukaan elektroda
Menurut Nernst akan terdapat
lapisan
difusi
di
permukaan
elektroda dimana tebal lapisan
difusi ini akan menentukan laju
difusi ion dari dan ke elektroda
Profil konsentrasi spesi yang bereaksi dalam proses
yang terkendali oleh polarisasi konsentrasi
Untuk reaksi deposisi logam M
Mn+ + ne  M
Fluk difusi ion Mn+ ke permukaan katoda:
J M n   DM n 
C

Padamana DMn+ = koefisien difusi Mn+and  = ketebalan lapis difusi
Rapat arus yang berkaitan dengan fluk difusi ini adalah:
i  nFJ  nFDM n 
C

C  CB  CS
dimana CB = konsentrasi Mn+ di dalam bulk elektrolit and CS =
konsentrasi Mn+ pada permukaan elektroda.
Pada laju reaksi katodik yang tinggi, ion-ion Mn+ di depan katoda akan mengendap
dengan cepat dan FLUKS MAKSIMUM akan dicapai bila CMn+ di permukaan elektroda
= 0.
Rapat arus pad kondisi ini disebut RAPAT ARUS LIMIT (iL) yang merepresentasikan
laju maksimum proses pengendapan Mn+.
iL  nFDM n
CB

Perpindahan ion dengan migrasi :
•
Daya penggerak migrasi = medan listrik antara elektroda dan ion-ion yang bermuatan
listrik
•
Ion berbeda yang berada dalam besar medan listrik yang sama akan bergerak
(berrmigrasi) dengan laju yang berbeda karena mempunyai UKURAN yang berbeda
 Laju migrasi ion tergantung mobilitas ion yang ditunjukkan oleh bilangan
transport-nya
•
Dalam larutan encer yang mempunyai komponen tunggal (misalnya CuSO4) tanpa
kehadiran komponen yang meningkatkan konduktivitas larutan (misalnya H2SO4)
KONTRIBUSI
MIGRASI
terhadap
perpindahan
massa
ion
HARUS
DIPERHITUNGKAN.
•
Dalam kondisi dimana pengaruh migrasi harus diperhitungkan, persamaan untuk rapat
arus limit menjadi:
iL  nFD
CB
1  t 
Dimana t = bilangan transport ion

Bilangan transport menunjukkan fraksi arus yang dibawa oleh ion tertentu.
Perpindahan ion dengan konveksi
•
Daya penggerak konveksi = pergerakan mekanik elektrolit yang dapat berlangsung secara
natural, maupun dipaksa (forced convection) dengan cara pengadukan mekanik,
penghembusan gas dalam elektrolit (gas sparging), penggetaran elektroda (electrode
vibration), etc.
•
Perpindahan massa dengan konveksi dalam proses elektrometalurgi menentukan ukuran
dan dimensi pabrik elektrometalurgi (tankhouse), tingkat rapat arus yang bisa
diaplikasikan untuk tingkat produksi yang ditetapkan.
•
Konveksi natural (natural/free free convection) dapat terjadi akibat perbedaan densitas
elektrolit di dekat permukaan elektroda dan di dalam ruah larutan
Dalam proses pengendapan ion logam, larutan di dekat permukaan katoda densitasnya
lebih kecil oleh karena penurunan konsentrasi ion logam akibat pengendapan logam di
katoda
Sebaliknya dalam larutan didekat anoda mempunyai konsentrasi kation yang lebih tinggi
akibat pelarutan anoda (khususnya dalam proses electrorefining) sehingga mempunyai
densitas yang lebih tinggi.
Oleh karenanya akan terjadi aliran elektrolit turun sepanjang permukaan anoda dan naik
sepanjang permukaan katoda sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 3 (contoh kasus
electrorefining Cu).
Pada rapat arus yang rendah, profil alirannya adalah laminar. Peningkatan rapat arus
meningkatkan gradien densitas elektrolit dan akibatnya terjadi peningkatan laju alir
akibat konveksi natural. Pada kondisi tertentu aliran laminar dapat berubah menjadi
turbulen.
5. Jelaskan unit proses pemurnian emas dan perak dari bulion yang dimulai dengan dry
chlorination.
Jawab
Penjelasan?
6. Apa yang anda ketahui tentang sel Balbach Thum dan sel Mobius.
Sel Balbach Thum dan sel Mobius keduanya digunakan dalam pemurnian Ag secara
elektrolisis. Adapun perbedaannya:
Sel Moebius: Posisi anoda dan katoda vertikal, katoda: stainless steel. Ag kristal yang
menempel pada katoda stainless steel harus diambil secara mekanik
Anoda
Kantong Anoda
Sel Balbach-Thum: Posisi anoda dan katoda horisontal: katoda graphit. Endapan Ag kristal
tidak menempel pada katoda grafit
7. Apa permasalahan dalam proses elektrorefining secara langsung dari nikel matte.
Jawab

Permasalahan yang terkait dengan kebutuhan energi:
i. Lumpur anoda yang sebagian besar adalah So (95%) menjadi semakin tebal dan
volume anoda + lumpur anoda menjadi 2x lipat  meningkatkan tahanan listrik dan
tegangan sel meningkat dari ~3V pada saat anoda baru dimasukkan menjadi ~6V
pada saat akhir
ii. Tahanan lumpur anoda yang tinggi juga meningkatkan temperatur elektrolit hingga
10 oC.
8. Apa yang dimaksud dengan efek anoda dalam proses elektrolisa Al? Bagaimana cara
menanganinya.
Jawab
Salahsatu masalah dalam proses Hall-Heroult adalah efek anoda (anode effect) yaitu
peningkatan tegangan sel hingga 10x
lipat sampai
> 30 V  efisiensi arus turun secara
drastis. Kandungan CO dalam campuran gas meningkat drastis. Efek anoda disebabkan oleh
terbentuknya lapisan gas antara anoda dan elektrolit  elektrolit tidak “membasahi” anoda
sehingga kontak listriknya tidak baik 
elektrolit terlalu rendah.
Penanganan efek anoda:
-
penambahan kembali alumina
-
Pengadukan elektrolit
-
Pemutusan arus sesaat
terjadi jika konsentrasi Al2O3
dalam
Soal Hitungan
1. Elektrowinning Cu
Sebuah pabrik elektrowinning tembaga memproduksi tembaga 36000 ton Cu per tahun.
Proses elektrolisa berlangsung secara kontinyu selama 300 hari kerja efektif. Rapat arus
katodik yang digunakan 200 A/m2 dengan efisiensi arus 90% pada tegangan sel 220 V,
keluaran arus rectifier 12 kA. Anoda yang digunakan adalah paduan Pb-Ag dengan tebal
8mm, sedangkan katodanya adalah stailess steel dengan ketebalan 3mm, lebar 100cm dan
tinggi yang tercelup di elektrolit 100cm serta beratnya 22 kg. Elektrolisa dilakukan dalam
sejumlah bak dimana rangkaian listrik antar bak paralel dan rangkaian antar elektroda dalam
bak dirangkai seri. Komposisi larutan elektrolit yang masuk ke dalam bak elektrolisa
mengandumg Cu2+ = 38,9 gram/L dan H2SO4 = 40 gram/L dan konsentrasi Cu2+ dalam
larutan yang meninggalkan bak = 28,5 gram/L. Endapan Cu diambil setelah berat katoda
mencapai 90 kg. Hitung:
a. Jumlah bak elektrolisa yang digunakan
b. Sesudah berapa lama endapan Cu diambil dari katoda
c. Jumlah anoda dan katoda dalam setiap bak
d. Konsentrasi H2SO4 yang meninggalkan bak
e. Kebutuhan energi (KWH/kg Cu)
f. Tegangan minimal rectifier untuk mensuplai pabrik tersebut
Jawab
a. Jumlah Bak ?
Keluaran arus rectifier = 12.000 A
Rapat arus katodik = 200 A/m2
Luas katoda = 1 m x 1 m x 2 = 2 m2
Arus katodik = i x A = 400 A
Rangkaian listrik dalam bak seri  I dalam bak sama = 400 A
Jumlah bak =
𝐴𝑟𝑢𝑠 𝑟𝑒𝑐𝑡𝑖𝑓𝑖𝑒𝑟
𝐴𝑟𝑢𝑠 𝑝𝑒𝑟 𝑏𝑎𝑘
=
12000 𝐴
400 𝐴
= 30 𝑏𝑎𝑘
b. Perioda pengambilan katoda ?
Endapan Cu diambil setelah berat katoda = 90 kg
Berat endapan Cu = 90 kg – 22 kg = 68 kg
W=
𝐴𝑟 𝐶𝑢
𝑛𝑥𝐹
x I x t x eff arus
63,5
68.000 (gram) = 2 𝑥 96500 𝑥 400 𝑥 𝑡 𝑥 90%
t = 590.989 detik = 6,644 hari
~ 7 hari
c. Jumlah anoda dan katoda per bak ?
Produksi pabrik per jam = 36.000 ton/tahun
= 36.000 x 106 gram/tahun
=
36000000000 𝑔𝑟/𝑡𝑎ℎ𝑢𝑛
300
ℎ𝑎𝑟𝑖
𝑥
𝑡𝑎ℎ𝑢𝑛
𝑗𝑎𝑚
ℎ𝑎𝑟𝑖
24
= 5 𝑥 106 𝑔𝑟𝑎𝑚/𝑗𝑎𝑚
Pengendapan dalam satu buah katoda per jam
=
68000 𝑔𝑟𝑎𝑚
24
𝑗𝑎𝑚
𝑥 7 ℎ𝑎𝑟𝑖
ℎ𝑎𝑟𝑖
= 404,76 gram/jam
Jumlah total katoda =
5 𝑥 106 𝑔𝑟𝑎𝑚/𝑗𝑎𝑚
404,76 𝑔𝑟𝑎𝑚/𝑗𝑎𝑚
Katoda dalam satu bak =
12353 𝑘𝑎𝑡𝑜𝑑𝑎
30 𝑏𝑎𝑘
= 12.353 buah
= 412 𝑏𝑢𝑎ℎ 𝑘𝑎𝑡𝑜𝑑𝑎/𝑏𝑎𝑘
Anoda dalam satu bak = jumlah katoda + 1 = 413 buah anoda/bak
d. Konsentrasi H2SO4 yang meninggalkan bak ?
Elektrolit yang meninggalkan bak mempunyai konsentrasi Cu2+ = 28,5 gr/L
Konsentrasi awal = 38,9 gr/L
Cu yang diendapkan = 38,9 gr/L – 28,5 gr//L = 10,4 gr/L
Reaksi sel
Katoda : Cu2+ + 2e  Cu
Anoda : H2O  2H+ + ½ O2 + 2e
Reaksi sel : CuSO4 + H2O  H2SO4 + Cu + ½ O2 ... (*)
Konsentrasi H2SO4 yang meninggalkan bak
= konsentrasi awal + penambahan konsentrasi akibat pembentukan H+ oleh reaksi (*)
Mol Cu yang mengendap ~ mol H2SO4 yang terbentuk
M H2SO4 = 10,4gr/L : 63,5 gr/mol = 0,157 M
Gr/L H2SO4 = 0,157 M x 98 gr/mol = 15,43 gr/L
Konsentrasi H2SO4 yang meninggalkan bak = 40 + 15,43 = 55,43 gr/L
e. Kebutuhan energi listrik (kWh/kg.Cu)
63,5
1000 (gram) = 2 𝑥 96500 𝑥 𝐼 𝑥 𝑡 𝑥 90%
I.t =
1000 𝑥 2 𝑥 96500
63,5 𝑥 0,90
I.t = 3.377.078 A.s = 938 A.jam
Kebutuhan energi listrik
= V.I.t
= 2,2 . 938 = 2.063,8 W/kg.Cu
= 2,064 kWh/kg.Cu
f. Tegangan total rectifier ?
Rangkaian listrik di dalam bak seri, bak dipasang paralel, maka tegangan total rectifier =
tegangan sel x jumlah sel/bak
= 2,2 x 412 x 2 =1.813 V = 1,81 kV
2. Elektrowinning Cu
Sebuah perusahaan tambang mengolah bijih tembaga oksida kadar rendah dengan metoda
heap leaching – solvent extraction – elektrowinning. Berikut adalah data-data pabrik
elektrowinning:
-
Tahanan jenis elektrolit
3,61 ohm.cm
-
Jarak antar anoda-katoda
4,2 cm
-
Overpotensial akibat evolusi gas di anoda
0,48 V
-
IR drop, katoda-busbar
0,06 V
-
IR drop, anoda-busbar
0,08 V
-
Rapat arus katodik
330 A/m2
-
Arus per bak
45000 A
-
Luas efektif katoda
1,1 m x 0,94 m
Reaksi yang terjadi di anoda katoda:
Katoda
: C u2+ + 2e
= Cu
Eo = +0,34 V
Anoda
: H2O
= 2H+ + 1/2O2 + 2e
Eo = - 1,23 V
Hitung:
a. Overpotensial karena tahanan elektrolit
b. Tegangan sel
c. Jumlah katoda per bak
d. Efisiensi arus, jika 18,5 kg Cu dapat diendapkan dalam satu bak setiap 4 jam
e. Periode pengambilan katoda, jika katoda dikeluarkan setelah terbentuk 100 kg endapan
Cu pada katoda stainless steel
f. Efisiensi tegangan (asumsi E = Eo) dan efisiensi energi
g. Konsumsi energi dalam kWh/kg Cu
h. Jumlah bak untuk memproduksi 218.000 ton/tahun tembaga di katoda (asumsi 1 tahun =
345 hari kerja efektif.
Jawab
a. Overpotensial karena tahanan elektrolit ?
V=IxRV=Ix
𝜌.𝑙
𝐴
=ix𝜌xl
= 330 A/m2 x 3,61 x 10-2 ohm.m x 0,042 m
V = 0,50 Volt
b. Tegangan sel ?
Tegangan sel = Tegangan dekomposisi + overpotensial total
Asumsi, E = Eo
Tegangan dekomposisi = │Ek + Ea│= │0,34 – 1,23│= 0,89 V
Overpotensial total = 0,48 + 0,06 + 0,08 + 0,50 = 1,12 V
Tegangan sel = 1,12 V + 0,89 V = 2,01 V
c. Jumlah katoda dalam setiap bak ?
I katodik = i x A = 330 A/m2 x (1,1 m) x (0,94 m) x 2 = 682,44 A
Jumlah katoda per bak = 𝐼
𝐼𝑏𝑎𝑘
𝑘𝑎𝑡𝑜𝑑𝑎
=
45000 𝐴
682,44 𝐴
= 66 𝑘𝑎𝑡𝑜𝑑𝑎
d. Efisiensi arus (CE) ?
Waktual = 183,5 kg
Wteoritik =
𝐴𝑟 𝐶𝑢
𝑛𝑥𝐹
𝑥𝐼𝑥𝑡
63,5
= 2 𝑥 96500 x 682,44 x 4 x 24 x 3600
= 213,4 kg
183,5 𝑘𝑔
CE = 213,4 𝑘𝑔 𝑥 100% = 86%
e. Periode pengambilan Cu
Cu diambil setelah 100 kg
63,5
100.000 (gram) = 2 𝑥 96500 𝑥 682,44 𝑥 𝑡
t = 515.700 detik ~ 6 hari
f. Efisiensi tegangan (VE) dan efisiensi energi (EE)
VE =
𝑉 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑡𝑖𝑘
𝑉 𝑎𝑘𝑡𝑢𝑎𝑙
𝑥 100%
0,89
= 2,01 𝑥 100% = 44,3%
EE = CE x VE
= 86% x 44, 3% = 38,1%
3. Produksi aluminium dengan proses Hall Heroult
Sebauh pabrik memproduksi Al dengan elektrolisa garam lebur mempunyai output 600.000
ton Al / tahun. Dalam satu tahun digunakan 300 hari kerja efektif. Arus yang mengalir dalam
setiap pot adalah 300 kA dengan efisiensi arus 95,5 % dan tegangan sel 7 Volt. Gas buang
mengandung 60% (% Volume) CO2 dan sisanya CO dan lelehan aluminium dikeluarkan dari
pot pada temperatur 900o C. Suhu ruang pabrik 25oC
a. Hitung jumlah pot yang digunakan dalam pabrik tersebut
b. Hitung konsumsi energi listrik (kWh/kg Al)
c. Hitung presentase energi listrik yang digunakan untuk pemanasan reaktan ( sensible
heat), reaksi endotermis, pelelehan aluminium dan panas yang terbawa oleh lelehan
aluminium dan gas buang
d. Volume total gas dalam m3 yang dihasilkan perharinya.
Jawab
a) Jumlah pot (sel) ?
𝑛=
𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑏𝑒𝑟𝑎𝑡 𝐴𝑙 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑑𝑖𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑘𝑠𝑖
𝐵𝑒𝑟𝑎𝑡 𝐴𝑙 𝑝𝑒𝑟 𝑝𝑜𝑡
𝑛=
600.000 𝑡𝑝𝑦
𝑥
𝐵𝐴 𝐴𝑙
× 300.000 × 345 × 24 × 3600 × 0,955 × 10−6
3×𝐹
𝑥=
𝑥 = 795,6 𝑡𝑜𝑛/𝑝𝑜𝑡/𝑡𝑎ℎ𝑢𝑛
600.000 𝑡𝑝𝑦
= 755 𝑝𝑜𝑡
795,6 𝑡𝑜𝑛⁄𝑝𝑜𝑡⁄𝑡𝑎ℎ𝑢𝑛
𝑛=
b) Konsumsi energi listrik (kWh/kg Al) ?
𝐵𝐴 𝐴𝑙
× 𝐼𝑡 × 0,955
3×𝐹
1000 × 3 × 96500
𝐼𝑡 =
= 11.239 𝐴. 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘 = 3122,2 𝐴. 𝑗𝑎𝑚
26,97 × 0,955
1000 𝑔𝑟𝑎𝑚 𝐴𝑙 =
𝐸 = 𝑉. 𝐼𝑡 = 7 𝑣𝑜𝑙𝑡 × 3122,2 𝐴. 𝑗𝑎𝑚 = 21.855 𝑊𝑎𝑡𝑡. 𝑗𝑎𝑚 = 21,855 𝑘𝑊ℎ⁄𝑘𝑔 𝐴𝑙
c) Data
BA / BM
Ho298 (kcal/mol)
Al2O3
101,94
-399
Al
26,97
0
C
12
0
CO2
44
-94
10,6
CO
28
-26,4
6,6 + 1,2x10-3 T
Cp (kal/mol.K)
Solid = 4,8 + 3,22x10-3 T
Liquid = 7,00
Titik leleh Al = 600OC , ΔH pelelehan Al = 2,52 kcal/mol
% volume CO2 = 60%
% volume CO = 40%
Sehingga total reaksi dapat dituliskan sebagai berikut :
4/3 Al2O3 + 5/2 C → 8/3 Al + CO + 3/2 CO2
𝑛𝐶𝑂2 60 3
=
=
𝑛𝐶𝑂
40 2
Basis perhitungan perjam
Energi listrik = V.I.t = 7 volt x 300.000 ampere x 3600 detik = 7.560.000.000 Joule
= 7.560.000 kJ
= 1.814.400 kcal
1 watt.detik = 1 joule
1 joule = 0,24 kalori
Energi untuk reaksi, pelelehan Al yang hilang dari lelehan Al gas buang dapat dihitung
sebagai berikut :
𝑇
∆𝐻 = ∆𝐻 𝑜 298 + ∫𝑇𝑜 𝑛 𝐶𝑝 𝑑𝑡
∆𝐻 𝑜 298 = (𝑛 𝐻 𝑜𝐴𝑙,298 + 𝑛 𝐻 𝑜 𝐶𝑂2,298 + 𝑛 𝐻 𝑜 𝐶𝑂,298 − 𝑛 𝐻 𝑜𝐴𝑙2𝑂3,298 − 𝑛 𝐻 𝑜 𝐶,298 )
Gram Al per jam:
𝐵𝐴 𝐴𝑙
=
3𝐹
𝑚𝑜𝑙 𝐴𝑙 =
𝑚𝑜𝑙 𝐶 =
× 300.000 × 3600 × 0,955 = 96085,87 𝑔𝑟𝑎𝑚
3 3
× × 3563 = 2004 𝑚𝑜𝑙
2 8
4 3
𝑚𝑜𝑙 𝐴𝑙2 𝑂3 = × × 3563 = 1781,5 𝑚𝑜𝑙
3 8
96085,87
= 3563 𝑚𝑜𝑙
26,97
𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑂2 =
5⁄2
× 3563 = 3340 𝑚𝑜𝑙
8⁄3
𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑂 =
3
× 3563 = 1336
8
∆𝐻 𝑜 298 = {0 + 2004 (−94) + 1336(−26,4) − 1781,5 (−399) − 0}
= 487.172 𝑘𝑐𝑎𝑙.
Untuk CO2 :
1173
1173
10,6 𝑑𝑡 = 2004 {196 (1173 − 298)} = 18587,1 𝑘𝑐𝑎𝑙
𝑛 ∫ 𝐶𝑝 𝑑𝑡 = 2004 ∫
298
298
Untuk CO :
1173
1173
𝑛 ∫ 𝐶𝑝 𝑑𝑡 = 1336 ∫
6,6 + (1,2 × 10−3 𝑇) 𝑑𝑡
298
298
= 1336 {6,6 (1173 − 298) +
1,2×10−3
2
(11732 − 2982 )} = 8.747,16 𝑘𝑐𝑎𝑙
Untuk Al :
933
∆𝐻 = 3563 { ∫ (4,8 + 3,22 × 10
298
1173
−3
𝑇) 𝑑𝑡 + ∆𝐻𝑃𝑒𝑙𝑒𝑙𝑒ℎ𝑎𝑛 𝐴𝑙 + ∫ 7 𝑑𝑡}
933
3,22 × 10−3
(9332 − 2982 )) + 2520 + 7(1173 − 933)}
= 3563 {(4,8 (933 − 298) +
2
= 30308,705 𝑘𝑐𝑎𝑙
Total ΔH :
= (487.172 + 18.587,1 + 8.747,16 + 30.308,705 )kcal = 544.814,965 kcal
% efisiensi pengunaan energi :
=
544.814,965 kcal
× 100% = 30,03%
1.814.400 kcal
d) Volume total gas ?
𝑃𝑉 = 𝑛𝑅𝑇
𝑉=
𝑛𝑅𝑇
𝑃
R = 0,082 L.atm/mol.K
P = 1 atm
T = 25oC = 298 K
2004 × 0,082 × 298
× 10−3 𝑚3 = 48,97 𝑚3
1
1336 × 0,082 × 298
=
× 10−3 𝑚3 = 32,65 𝑚3
1
𝑉𝐶𝑂2 =
𝑉𝐶𝑂
𝑉𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑔𝑎𝑠 = 48,97 𝑚3 + 32,65 𝑚3 = 81,62 𝑚3
4. Elektrorefining Cu
Sebuah pabrik electrorefining Cu memproduksi 240.000 ton tembaga per tahun (345 hari
kerja) dengan rapat arus katodik 320 A/m2 dan efisiensi arus 93% . Proses elektrolisa
dilakukan dalam 4 sirkuit terpisah yang terdiri dari sejumlah bak dengan jumlah katoda dan
anoda per bak masing-masing 111 dan 110 buah. Setiap sirkuit menggunakan satu buah
rectifier. Jarak antara anoda-katoda = 2,5 cm, dengan luas permukaan katoda yang tercelup =
0,75 m2. Rangkaian listrik anoda-katoda dalam bak adalah paralel sedangkan antar bak dibuat
seri. Tegangan listrik dalam setiap bak adalah sebesar 0,24 Volt.
a) Tentukan jumlah bak elektrolisa yang digunakan
b) Tentukan tahanan jenis elektrolit, bila 50% komponen tegangan adalah karena IR drop
akibat tahanan elektrolit
c) Tegangan dan keluaran arus rectifier
d) Biaya energi dalam Rupiah per tahun jika pabrik tersebut membeli listrik dengan harga
Rp 2000/kWh.
Jawab
a) Jumlah bak?
Diketahui jumlah (berat) endapan Cu/tahun = 240.000 ton
Jumlah endapan Cu per bak per tahun dapat dihitung dari persamaan Faraday karena
diketahui rapat arus katodiknya = 320 A/m2.
Jumlah bak 
berat Cu/tahun
berat Cu/bak.tah un
Jumlah bak 
240.000 ton/tahun
berat Cu/bak.tah un
Berat endapan Cu per bak/tahun :
W(gram) 
ArCu
x110.I .t.eff .arus
2xF
I = i x A = 320 A/m2 x 0,75 x 2 m2 (katoda yang tercelup 2 sisi)
I = 480 A
W(gram) 
63,5
x110 x 480 x345 x 24 x60 x60 x0,93
2x96500
 481,58 x106 gram / bak.tahun  481,58 ton / bak .tahun
Jumlah bak 
240.000 ton/tahun
 498,36  499
481,58 ton/bak.ta hun
Jumlah bak = 499 bak
b) TAHAHAN JENIS ELEKTROLIT () dalam ohm.cm ?
Diketahui IR drop akibat tahanan elektrolit = 50% x 0,24 V = 0,12 V
V  IxR  Ixx
l
 ixxl
a

V
ixl

0,12V
 0,015ohm.m  1,5ohm.cm
320 A / m 2 x0,025m
c) TEGANGAN DAN KELUARAN ARUS RECTIFIER ?
Rangkaian sel dalam bak disusun paralel  tegangan sel dalam bak sama = 0,24 Volt.
Terdapat total 499 bak dalam 4 sirkuit yang masing-masing menggunakan 1 rectifier
Maka tegangan tiap rectifier = jumlah bak per sirkuit x tegangan sel dalam setiap bak.
= (499/4) x 0,24 Volt = 29,94 Volt
keluaran arus  110 x 480 A  52800 A  52,8 kA
d) Biaya energi listrik dalam rupiah /tahun?
per kg Cu:
1000(gram) 
Ixt 
63,5
Ixtx0,93
2x96500
1000 x2 x96500
 3268140 A. det ik  907,82 A. jam
63,5x0,93
Kebutuhan energi listrik per kg Cu
E  V .It  0,24Voltx907,82 A. jam  217,88Watt. jam  0,2178kWh
Biaya untuk energi listrik per kg/Cu :
 0,2178 kWh / kgCu xRp 2000 / kWh  Rp.435,6 / kg
Biaya energi listrik per tahun = Rp 435,6 x 240.000 x 103
= 104 milyar 544 juta rupiah per tahun
5. Elektrowinning Zn
Sebuah pabrik elektrowinning Zn mempunyai 3 sirkuit elektrolisa terpisah yang masingmasing terdiri dari 150 bak. Masing-masing sirkuit menggunakan rectifier dengan daya 7100
kW. Tegangan listrik dalam setiap bak sebesar 4,1 Volt dengan jumlah anoda dan katoda
masing-masing 28 dan 27 yang disusun secara paralel. Luas permukaan satu sisi katoda yang
tercelup adalah 0,61 m2. Endapan seng sejumlah 11 kg diambil dari 2 sisi permukaan katoda
(paduan aluminium) secara mekanik setelah 24 jam. Hitumg:
a. Rapat arus katodik dalam A/m2
b. Volume oksigen dan hidrogen yang dihasilkan oleh pabrik tersebut tiap hari dalam m3.
Larutan elektrolit berada pada temperatur 25oC dan tekanan gas 1 atm.
c. Efisiensi arus pengendapan Zn
d. Konsumsi energi dalam kWh / kg Zn
Jawab
a) Rapat arus?
Rangkaian listrik dalam bak disusun paralel → rangakain listrik antar bak disusun seri.
Tegangan listrik dalam satu bak = 4,1 V
Tegangan listrik dalam satu sirkuit = 4,1 V x jumlah bak = 4,1 V x 150 = 615 V
Daya dalam satu sirkuit = P = 7100 kW
Arus = I = P/V = 7100000 W / 615 V = 11544,72 A dalam satu sirkuit
Arus dalam satu bak = 11544,72 A (karena rangkaian listrik antar bak seri)
Arus dalam satu katoda = 11544,72 / jumlah katoda = 11544,72 / 27 = 427,58 A
Luas permukaan katoda yang tercelup = 0,61 m2 x 2 (katoda yang tercelup dua sisi) =
1,22 m2
Rapat arus = i = I / A = 427,58 A / 1,22 m2 = 350,48 A/m2
b) Volume oksigen dan hydrogen yang dihasilkan?
Reaksi elektrowinning Zn:
Katoda
:
Zn2+ + 2e
→
Zn
Anoda
:
(H2O
→
2H+ + ½ O2 + 2e) x 2
2H+ + 2e
→
H2
Total
:
Zn2+ + H2O →
Untuk mengkompensasi
kekurangan elektron
Zn + 2H+ + ½ O2 + H2
Mol O2 yang dihasilkan = ½ mol Zn yang terendapkan
Mol H2 yang dihasilkan = mol Zn yang terendapkan
Endapan seng dalam satu katoda = 11 kg / hari
𝑚𝑜𝑙 𝑍𝑛 =

11 × 1000 𝑔𝑟
11000 𝑔𝑟
=
= 168,196𝑚𝑜𝑙/𝑘𝑎𝑡𝑜𝑑𝑎/ℎ𝑎𝑟𝑖
𝐴𝑟𝑍𝑛
65,4 𝑔𝑟/𝑚𝑜𝑙
mol O2 = ½ x 168,196 mol = 84,098 mol / katoda / hari
Volume O2 pada STP = 84,098 x 22,4 x 10-3 m3 = 1,88 m3 per katoda / hari
Vol. Total O2 yang dihasilkan per hari = 1,88 m3 x 3 x 150 x 27 = 22.842 m3

mol H2 = mol Zn = 168,196 mol per katoda / hari
Volume H2 pada STP = 168,196 x 22,4 x 10-3 = 3,77 m3
Vol total H2 yang dihasilkan per hari = 3,77 m3 x 3 x 150 x 27 = 45.805,5 m3
c) Efisiensi arus?
Berat endapan seng = 11 kg per katoda diambil setelah 24 jam
𝐴𝑟𝑍𝑛
× 𝐼 × 24 × 60 × 60 × 𝑒𝑓𝑓. 𝑎𝑟𝑢𝑠
2 × 96500
65,4
11 × 1000 𝑔𝑟𝑎𝑚 =
× 427,58 × 24 × 60 × 60 × 𝑒𝑓𝑓. 𝑎𝑟𝑢𝑠
2 × 96500
11000 × 2 × 96500
𝑒𝑓𝑓. 𝑎𝑟𝑢𝑠 =
× 100% = 87,87%
65,4 × 427,58 × 24 × 60 × 60
𝑊𝑎𝑘𝑡𝑢𝑎𝑙 =
d) Konsumsi energi dalam kWh / kg Zn?
Per kg Zn :
65,4
× 𝐼 × 𝑡 × 0,8787
2 × 96500
1000 × 2 × 96500
𝐼×𝑡 =
= 3358450,366 𝐴 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘 = 932,90 𝐴 𝑗𝑎𝑚
65,4 × 0,8787
1000 (𝑔𝑟𝑎𝑚) =
Kebutuhan energi listrik per kg Cu :
E = V x I x t = 4,1 V x 932,90 A jam = 3824,89 Watt jam = 3,82 kWh / kg Cu
6. Elektodeposisi Cu
a. Hitung bilangan transport ion Cu++ dalam larutan aqueous CuSO4 pada pengenceran tak
terhingga dan temperatur 25 oC. Diketahui: o (Cu2+) pada 25 oC = 53.6 x 10–4 ohm-1 eq-1
m2, o (SO42-) pada 25 oC = 80.02 x 10–4 ohm-1 eq-1 m2.
b. Hitung koefisien difusi ion Cu++ dalam 0.050 mol/liter larutan aqueous CuSO4 jika
diketahui konduktivitas ekivalen Cu++ dalam larutan ini = 99.5 x 10-4 ohm-1 m2 ek-1.
c. Hitung rapat arus limit pengendapan Cu dari larutan (b) jika diketahui ketebalan lapisan
difusi () = 0.05 cm dan bilangan transport Cu++ = 0.28.
d. Jika proses elektrodeposisi Cu dari larutan Cu(II) sulfat dilakukan pada rapat arus yang
cukup tinggi yaitu diatas rapat arus limitnya, sejumlah tertentu gas hidrogen akan
terbentuk dari permukaan katoda bersamaan dengan proses deposisi Cu. Hitung efisiensi
arus untuk pengendapan Cu dari larutan (b) jika proses dilakukan pada total rapat arus
katodik sebesar 16 A/m2. Asumsikan ketebalan lapis difusi () masih 0.05 cm
Jawab
a) Bilangan transport ion Cu2+?
Pada pengenceran tak terhingga,
Konduktivitas ekivalen = konduktivitas ekivalen limit
  o
 o  o
 oCu 2   oSO 2 
4
Bilangan transport ion Cu2+ (tCu2+) :
tCu 2  



oCu
2
oCu  oSO
2
2
53,6 x104 ohm1eq 1m2

 0,401
(53,6 x10 4  80,02 x10 4 ) ohm1eq 1m2
4
b) Koefisien difusi ion Cu++ ?
Z Cu 2  .F
u Cu 2  
R.T
DCu 2  ......1)
Cu  F . uCu .......2)
2
2
Substitusikan persamaan 1) ke dalam persamaan 2) :
Cu  F
2
DCu 2  
Z Cu 2  .F
R.T
Cu 2  .R.T
DCu 2 
F 2 .Z Cu 2 
99,5 x10 4.8,314.298

965002.2
 1,32 x10 9 m 2 s 1
c) Rapat arus limit pengendapan Cu ?
Reaksi penguraian CuSO4 dalam larutan:
CuSO4 → Cu2+ +SO42CCu2+ = CCuSO4 = 0,05 mol/L x
L
0,001 m3
= 50
mol / m3.
iL,Cu = n. F. D.
CCu2+
(1 − t Cu2+ ). δ
= 2 × 96500 × 1,32 × 10−9 ×
50
(1 − 0,28). 0,0005
= 35,38 𝐴/𝑚2
d) Hitung efisiensi arus untuk pengendapan Cu ?
𝐸𝑓𝑖𝑠𝑖𝑒𝑛𝑠𝑖 𝑎𝑟𝑢𝑠 =
𝑖𝐶𝑢2+
× 100%
𝑖 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙
𝑖𝐶𝑢2+ = 𝑖𝐿𝑖𝑚𝑖𝑡 (𝑑𝑖𝑓𝑢𝑠𝑖) + 𝑖𝑚𝑖𝑔𝑟𝑎𝑠𝑖
CCu2+
+ (𝑡𝐶𝑢2+ × 𝑖𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 )
δ
50
= 2 × 96500 × 1,32 × 10−9 ×
𝐴⁄𝑚2 + (0,4 × 16 𝐴⁄𝑚2 )
0,0005
𝑖𝐶𝑢2+ = n. F. D.
𝑖𝐶𝑢2+
𝑖𝐶𝑢2+ = 31,876 𝐴⁄𝑚2
𝐸𝑓𝑖𝑠𝑖𝑒𝑛𝑠𝑖 𝑎𝑟𝑢𝑠 =
𝑖𝐶𝑢2+
31,876 𝐴⁄𝑚2
× 100% =
× 100% = 199,225%
𝑖 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙
16 𝐴⁄𝑚2
UAS Hidro tahun 2008
1. a. Kelebihan dan kekurangan HPAL dan AL
b. Jenis-jenis impurities di elektrorefining Cu
c. Polarisasi konsentrasi
d. Skema Hall-heroult
2. a. Bil. Transport
b. koefisien difusi
c. Rapat arus limit
Untuk kelarutan
sangat ecer
d. Efisiensi arus
3. Pabrik elektrorefi ning Cu
Jawab
1. a. Jawaban sama dengan jawaban responsi no.1.
b. Jenis-jenis pengotor pada elektrorefining Cu

Pengotor yang lebih elektropositif dari Cu yaitu Au, Ag, Pt, Pd, Se,Te tidak larut dan
masuk ke lumpur anoda.

Pengotor dengan potensial reduksi standard (Eo) berdekatan dengan Cu (yaitu As,
Sb, Bi) sebagian larut di elektrolit, sebagian masuk ke lumpur anoda. Konsentrasinya
dibatasi karena dapat menimbulkan pembentukan floating slime dan dapat terendapkan
di katoda (codeposisi)

Pengotor yang lebih elektronegatif dengan Cu (yaitu Fe, Ni, Zn  larut dalam
elektrolit. Konsentrasi nikel dibatasi hingga 20 g/l. Nikel sulfat juga merupakan
BYPRODUCT electrorefining Cu.

Khusus Pb  Pb larut dari katoda tetapi karena kelarutan PbSO4 sangat rendah, PbSO4
kemudian masuk ke dalam lumpur anoda.
c. Polarisasi konsentrasi :
Hubungan antara RAPAT ARUS, RAPAT ARUS LIMIT (iL) dan OVERPOTENTIAL
KONSENTRASI untuk proses yang dikendalikan oleh difusi ion adalah sbb:
 

2,303RT
i
log 1  
nF
 iL 
Upaya penurunan overpotensial konsentrasi dalam proses elektrometalurgi:
• Untuk meminimalkan overpotensial konsentrasi (c), rapat arus limit (iL) harus
ditingkatkan dengan cara:
–
–
–
Menurunkan  dengan pengadukan elektrolit
•
Larutan tidak diaduk  ~ 0.05 cm
•
Larutan diaduk dengan baik  ~ 0.001 cm
Beberapa kemungkinan yang bisa dilakukan di industri:
•
Pengadukan elektrolit secara mekanik
•
Pemberian gas bubling
•
Sirkulasi elektrolit (by pumping)
Jika konsentrasi ruah (Cb) terlalu kecil (misalnya dalam pregnant solution hasil heap
leaching, proses electrowinning langsung menjadi tidak ekonomis karena besarnya c
 oleh karenanya harus dilakukan misalnya ekstraksi pelarut sebelum proses
electrowinning
d. Skema Hall-heroult
-
Dipasang refraktori pada bagian bawah sel untuk meminimalkan heat loss
-
Ketebalan lapisan Al leleh ~15 cm
-
Lelehan garam mengapung diatas lelehan Al: ~15 -20 cm
-
Anoda karbon tercelup sebagian dalam lelehan elektrolit
TOTAL REAKSI:
2 Al2O3 + 3C  4Al + 3CO2

Alumina larut dalam lelehan garam (Na3AlF6 + AlF3 + additives).

Reaksi di katoda: Al3+ (aq) + 3e  Al(l)

Aluminium cair yang terbentuk di katoda mempunyai berat jenis lebih dari lelehan
garam (elektrolit) sehingga turun di dasar sel. Karena lelehan Al tertutupi oleh
elektrolit maka dapat terhindar dari proses reoksidasi (meskipun tidak 100%)

Kelarutan alumina maksimal 8%, Al2O3 baru (fresh) harus ditambahkan secara
periodik untuk mengganti Al2O3 yang terkonsumsi

Anoda karbon teroksidasi oleh oksigen dan membentuk campuran gas CO dan CO2

Reaksi di anoda: C + 2O2-  CO2 + 4e

Reaksi pembentukan gas CO juga bisa berlangsung:
C + O2-  CO + 2e

Anoda karbon terkonsumsi (consumable)

Konsumsi karbon: 420 – 500 kg/ton Al

Untuk menghasilkan 1 ton Al, kurang lebih diperlukan 1,9 ton Al2O3, kriolit 50 kg,
AlF3 50 kg

Elektrolisis dilakukan dalam sebuah sel yang disebut pot
2. Tipe soal mirip dengan soal hitungan no.6
3. Tipe soal mirip dengan soal hitungan no.4