Profesional pengolahan mineral harus tahu: 5 metode pengolahan mineral paling dasar, prinsip-prinsipnya mudah dipahami

Bagi setiap praktisi atau mahasiswa di bidang pengolahan mineral, pemahaman mendalam dan penguasaan metode pengolahan mineral dasar adalah kunci emas untuk membuka pintu menuju keahlian profesional. Pemisahan mineral yang berguna dari mineral pengotor dalam bijih merupakan langkah penting dalam seluruh proses pengembangan dan pemanfaatan sumber daya mineral. Tujuan dari pengolahan mineral adalah untuk memperkaya mineral yang berguna melalui berbagai metode, menghilangkan kotoran berbahaya, dan menyediakan bahan baku yang berkualitas untuk peleburan atau aplikasi industri selanjutnya. Artikel ini secara sistematis meninjau dan menganalisis secara mendalam lima metode pengolahan mineral yang paling mendasar dan banyak digunakan, yang bertujuan untuk membantu pembaca membangun kerangka pengetahuan yang jelas, memastikan pemahaman yang jelas tentang prinsip-prinsip dan aplikasi yang mudah.

Lima metode inti ini adalah:

•       Pemisahan Gravitasi
•       Flotasi
•       Pemisahan Magnetik
•       Pemisahan Elektrostatis
•       Pengolahan Kimia (Hidrometalurgi)

01 Pemisahan Gravitasi 

Pemisahan gravitasi (disingkat sebagai pemisahan gravitasi) adalah salah satu teknologi pengolahan mineral tertua, dengan aplikasinya yang sudah ada sejak ribuan tahun yang lalu untuk penambangan emas. Saat ini, pemisahan gravitasi tetap penting dalam pengolahan tungsten, timah, emas, bijih besi, dan batubara, karena biaya yang rendah, dampak lingkungan yang minimal, dan kapasitas pengolahan yang tinggi.

Prinsip Inti:

Pemisahan gravitasi pada dasarnya didasarkan pada perbedaan kepadatan antara mineral. Ketika partikel mineral berada dalam media bergerak (terutama air atau udara), mereka tunduk pada efek gabungan dari gravitasi, dinamika fluida, dan gaya mekanik lainnya. Partikel dengan kepadatan tinggi mengendap dengan cepat dan mengendap di lapisan bawah peralatan, sedangkan partikel dengan kepadatan rendah mengendap perlahan dan mengendap di lapisan atas. Peralatan dan aliran proses tertentu dapat memisahkan kedua kelompok kepadatan ini. Ukuran dan bentuk partikel juga memengaruhi proses pemisahan, sehingga kontrol ukuran partikel yang ketat dari bahan yang masuk seringkali diperlukan dalam praktiknya.

Kondisi yang berlaku:

• Terdapat perbedaan kepadatan yang signifikan antara mineral, yang merupakan prasyarat untuk pengoperasian pemisahan gravitasi yang efektif.
• Ia dapat menangani berbagai ukuran partikel dan sangat baik dalam mengolah bijih berbutir kasar yang sulit diproses dengan metode lain. 
•  Cocok untuk mengolah emas dan timah, wolframit, hematit, dan batubara.

Peralatan utama:

• Jig: Melonggarkan lapisan bed dan memisahkannya menjadi lapisan sesuai dengan kepadatan melalui aliran air bolak-balik vertikal berkala. Umumnya digunakan untuk mengolah bijih dan batubara berukuran sedang dan kasar.
•  Meja goyang: Pada bed miring, ia memanfaatkan gerakan bolak-balik diferensial aliran air dan permukaan bed untuk melonggarkan dan memisahkan partikel bijih menjadi lapisan dan melakukan pemisahan zonal. Cocok untuk pemisahan bijih berbutir halus.
• Spiral chute/konsentrator spiral: Ia memanfaatkan efek gabungan dari gravitasi, gaya sentrifugal, dan aliran air untuk memisahkan lumpur bijih saat mengalir di palung spiral. Cocok untuk mengolah bahan berbutir halus dengan ukuran partikel 0,03mm hingga 0,6mm. 
•  Pemisah media berat: Ia menggunakan suspensi berat dengan kepadatan antara mineral yang berguna dan pengotor sebagai media pemisahan. Partikel bijih dengan kepadatan kurang dari media mengapung ke atas, sedangkan yang memiliki kepadatan lebih besar dari media tenggelam, sehingga mencapai pemisahan yang tepat.

02 Flotasi

Flotasi adalah salah satu metode pengolahan mineral yang paling banyak digunakan, terutama dalam pengolahan logam non-ferro (tembaga, timbal, seng), logam mulia (emas, perak), dan berbagai bijih non-logam.

Prinsip Inti:

Flotasi memanfaatkan perbedaan sifat fisik dan kimia permukaan mineral—yaitu, variasi kemampuan mengapungnya (hidrofobisitas). Dengan menambahkan serangkaian agen flotasi tertentu ke lumpur yang digiling sepenuhnya, sifat permukaan ini dapat diubah secara artifisial.

1. Pengatur menyesuaikan pH lumpur, antara lain, untuk menciptakan lingkungan yang optimal agar agen lain berfungsi.

2. Kolektor secara selektif menyerap ke permukaan mineral target, menjadikannya hidrofobik (tidak dapat dibasahi oleh air).

3. Pembuih mengurangi tegangan permukaan air, menghasilkan sejumlah besar gelembung stabil dengan ukuran optimal.

Setelah perlakuan dengan reagen, partikel mineral target hidrofobik secara selektif menempel pada gelembung dan mengapung ke permukaan lumpur, membentuk lapisan busa mineral. Di sisi lain, mineral pengotor hidrofilik tetap berada di dalam lumpur. Busa dikerok dengan pengikis untuk mendapatkan konsentrat yang diperkaya.

Kondisi yang berlaku:

• Cocok untuk mengolah berbagai bijih sulfida dengan ukuran partikel halus dan komposisi kompleks, seperti tembaga, timbal, seng, nikel, molibdenum, dan bijih lainnya. 
• Banyak digunakan dalam pemisahan bijih oksida, bijih non-logam (seperti fluorit, apatit) dan bijih logam mulia.
• Flotasi adalah metode yang sangat efektif untuk memisahkan mineral dengan kepadatan yang sama dan tidak ada perbedaan yang jelas dalam sifat magnetik dan listrik.

Elemen kunci (sistem reagen):

Efektivitas flotasi sangat bergantung pada sistem reagen yang benar, termasuk jenis reagen, dosis, urutan penambahan, dan lokasi.

• Kolektor: Agen ini, seperti xantat dan nitrogliserin, adalah kunci untuk mencapai hidrofobisitas. 
• Pembuih: Agen ini, seperti minyak pinus (minyak No. 2), bertanggung jawab untuk menciptakan busa yang stabil. 
• Pengatur: Agen ini termasuk aktivator (seperti tembaga sulfat), inhibitor (seperti kapur dan sianida), dan pengatur pH, yang digunakan untuk meningkatkan atau mengurangi kemampuan mengapung mineral dan meningkatkan selektivitas pemisahan.

03 Pemisahan Magnetik

Pemisahan magnetik adalah metode fisik yang menggunakan perbedaan magnetik mineral untuk penyortiran. Prosesnya sederhana dan biasanya tidak menyebabkan pencemaran lingkungan. Ia memainkan peran yang sangat diperlukan dalam pemilihan bijih logam besi (terutama bijih besi). Ia juga banyak digunakan untuk menghilangkan kotoran yang mengandung besi atau memulihkan zat magnetik dari mineral lain.

Prinsip inti:

Ketika partikel bijih melewati medan magnet tidak merata yang dihasilkan oleh pemisah magnetik, partikel bijih dengan sifat magnetik yang berbeda akan tunduk pada gaya magnet dengan besaran yang berbeda. 

• Mineral yang sangat magnetik (seperti magnetit) akan tertarik oleh gaya magnet yang kuat dan terserap ke permukaan kutub magnet (seperti drum magnetik). Dengan pergerakan kutub magnet, mereka dibawa ke posisi yang ditentukan, meninggalkan medan magnet dan jatuh untuk menjadi konsentrat. 
• Mineral non-magnetik atau lemah magnetik (seperti kuarsa dan beberapa pengotor) tunduk pada sedikit atau hampir tidak ada gaya magnet. Di bawah aksi gravitasi dan gaya sentrifugal, mereka bergerak di sepanjang jalur semula dan menjadi tailing.

Kondisi yang berlaku:

• Penyortiran magnetit: Pemisahan magnetik adalah metode yang paling penting dan efisien untuk mengolah magnetit.
• Penyortiran mineral magnetik lainnya: Ia juga dapat digunakan untuk menyortir bijih mangan, kromit, ilmenit, dan beberapa mineral logam langka dengan magnetisme lemah (seperti wolframit).
• Penghilangan besi: Dalam pemurnian bahan baku mineral non-logam seperti keramik dan kaca, ia digunakan untuk menghilangkan kotoran besi yang berbahaya untuk meningkatkan keputihan produk.
• Pemulihan media berat: Dalam pengolahan batubara atau bijih media berat, ia digunakan untuk memulihkan bahan berat magnetik seperti bubuk magnetit.

Peralatan utama:

Ada banyak jenis pemisah magnetik. Menurut kekuatan medan magnet, mereka dapat dibagi menjadi pemisah magnetik medan magnet lemah, medan magnet sedang, dan medan magnet kuat; menurut struktur peralatan, mereka dapat dibagi menjadi tipe drum, tipe rol, tipe cakram, dan tipe kolom pemisahan magnetik.

• Pemisah magnetik drum magnet permanen: Paling banyak digunakan, sering digunakan untuk mengolah magnetit yang sangat magnetik, dan dibagi menjadi tipe ko-arus, berlawanan-arus, dan semi-berlawanan-arus sesuai dengan arah aliran lumpur. 
• Pemisah magnetik gradien tinggi: Ia dapat menghasilkan gradien medan magnet yang kuat, yang digunakan untuk menyortir mineral yang lemah magnetik atau menghilangkan kotoran besi berbutir halus. • Pulley magnetik/drum magnetik: Umumnya digunakan untuk pra-seleksi kering untuk menghilangkan potongan besi besar sebelum bahan masuk ke penghancur untuk melindungi peralatan.

04 Pemisahan Listrik

Pemisahan elektrostatis memanfaatkan perbedaan sifat konduktif mineral untuk memisahkannya dalam medan listrik tegangan tinggi. Metode pemisahan kering ini sangat cocok untuk daerah yang kekurangan air. Meskipun tidak digunakan secara luas seperti tiga metode sebelumnya, ia memainkan peran yang tak tergantikan dalam memisahkan kombinasi mineral tertentu, seperti scheelite dari cassiterite dan zirkon dari rutil.

 Prinsip Inti:

Proses pemisahan elektrostatis terutama melibatkan dua langkah: pengisian dan pemisahan.Ketika partikel mineral yang telah dipanaskan dan dikeringkan memasuki medan listrik tegangan tinggi yang dibentuk oleh elektroda korona dan rol berputar: 

• Mineral konduktif (seperti ilmenit dan cassiterite) dengan cepat memperoleh muatan listrik dan dengan cepat menghilangkannya karena kontak dengan rol yang diarde. Setelah kehilangan muatannya, mereka dilemparkan dari rol oleh gaya sentrifugal dan gravitasi. 
• Mineral non-konduktif (seperti zirkon dan kuarsa) memiliki konduktivitas yang buruk dan sulit untuk dihilangkan setelah memperoleh muatan listrik. Mereka tertarik ke permukaan rol oleh gaya elektrostatik, bergerak ke bagian belakang rol saat rol berputar, dan kemudian tersapu oleh sikat.Karena kedua mineral memiliki jalur gerakan yang sangat berbeda, pemisahan tercapai. 

Kondisi yang Berlaku:

• Harus ada perbedaan yang signifikan dalam konduktivitas listrik antara mineral. Mineral konduktif umum termasuk magnetit, ilmenit, cassiterite, dll.; mineral non-konduktif termasuk kuarsa, zirkon, feldspar, scheelite, dll. 
• Umumnya digunakan dalam pemilihan logam non-ferro, logam besi, dan bijih logam langka, terutama untuk memisahkan mineral terkait dari konsentrat campuran pemisahan gravitasi atau pemisahan magnetik. 
• Bahan yang akan dipilih harus benar-benar kering, bersih, dan berukuran partikel seragam. 

Peralatan utama: 

• Pemisah elektrostatis rol: Ini adalah peralatan pemisahan elektrostatis yang paling umum digunakan, yang terdiri dari rol yang diarde yang berputar dan elektroda korona tegangan tinggi untuk membentuk area kerja.
• Pemisah elektrostatis pelat/pelat layar: Digunakan untuk mengolah bahan dengan rentang ukuran partikel yang berbeda.

05 Pengolahan Bijih Kimia / Hidrometalurgi

Pengolahan bijih kimia, seringkali terkait erat dengan konsep hidrometalurgi, memanfaatkan reaksi kimia untuk mengubah fase fisik komponen mineral, sehingga memisahkan komponen yang berguna dari kotoran. Metode ini sangat cocok untuk mengolah bijih kadar rendah, kompleks, dan terimpregnasi halus, seperti oksida tembaga, emas, dan bijih uranium, yang sulit dipisahkan menggunakan metode pemisahan fisik tradisional.

 Prinsip Inti:

 Intinya adalah pelindian selektif. Menggunakan pelarut kimia tertentu (lindi), di bawah kondisi suhu dan tekanan tertentu, logam target atau senyawanya dalam bijih secara selektif dilarutkan menjadi larutan, sedangkan mineral pengotor tetap berada dalam fase padat (residu pelindian).

Langkah-langkah utama meliputi:

      1. Pelindian: Bijih diperlakukan dengan agen pelindian seperti asam (seperti asam sulfat), alkali (seperti natrium hidroksida), atau larutan garam (seperti sianida) untuk melepaskan logam yang berguna ke dalam fase cair. 

      2. Pemisahan Cair-Padat: Larutan kaya logam target (lindi) dipisahkan dari residu pelindian.

      3. Pemurnian dan pengayaan larutan: Gunakan presipitasi, ekstraksi pelarut, atau pertukaran ion untuk menghilangkan ion pengotor dalam larutan dan meningkatkan konsentrasi logam target.

      4. Pemulihan logam: Ekstrak produk logam akhir atau senyawanya dari larutan yang dimurnikan melalui elektrolisis, perpindahan, atau presipitasi.

Kondisi yang berlaku:

• Pengolahan bijih oksida kadar rendah: Misalnya, proses pelindian-ekstraksi-elektrolisis asam untuk bijih oksida tembaga kadar rendah. 
• Ekstraksi logam mulia: Misalnya, metode pelindian sianida untuk bijih emas adalah proses ekstraksi emas yang paling banyak digunakan. 
• Pengolahan bijih yang kompleks dan sulit dipisahkan: Untuk bijih dengan sifat fisik yang serupa dan hubungan interbedding yang kompleks, pengolahan kimia seringkali menjadi satu-satunya cara yang efektif. 
• Pemulihan logam dari limbah: Ia memiliki prospek yang luas di bidang-bidang seperti daur ulang baterai dan pengolahan limbah elektronik. 

Proses khas:

• Ekstraksi emas sianida: Gunakan larutan natrium sianida untuk melarutkan emas dalam bijih, dan kemudian ganti emas dengan serbuk seng.
• Pelindian asam tembaga: Lindi bijih oksida tembaga dengan asam sulfat encer untuk mendapatkan larutan tembaga sulfat, yang kemudian diekstraksi dan dielektrolisis untuk mendapatkan tembaga katoda kemurnian tinggi. 
•  Proses Bayer untuk memproduksi alumina: Memperlakukan bauksit dengan larutan natrium hidroksida di bawah kondisi yang dipanaskan dan bertekanan adalah proses hidrometalurgi klasik untuk memproduksi alumina.

Lima metode dasar pemisahan mineral—pemisahan gravitasi, flotasi, pemisahan magnetik, pemisahan elektrostatis, dan pemisahan kimia—membentuk landasan teknologi pengolahan mineral modern. Setiap metode memiliki prinsip ilmiah dan ruang lingkup aplikasinya sendiri yang unik. Dalam produksi aktual, insinyur pengolahan mineral seringkali perlu secara fleksibel memilih satu metode atau menggabungkan beberapa metode berdasarkan sifat bijih tertentu (seperti komposisi mineral, karakteristik penyebaran, dan sifat fisik dan kimia), indikator teknis dan ekonomi, dan persyaratan perlindungan lingkungan untuk mengembangkan proses pengolahan mineral yang optimal, sehingga mencapai pengembangan sumber daya mineral yang efisien, ekonomis, dan ramah lingkungan. Pemahaman mendalam dan penguasaan prinsip-prinsip dasar ini sangat penting bagi setiap insinyur pengolahan mineral untuk memecahkan masalah praktis dan mempromosikan inovasi teknologi.