Flotasi Dalam Pertambangan

Flotasi adalah proses pengapungan. Di bidang metalurgi, flotasi atau lebih spesifik lagi flotasi buih adalah metode fisika kimia di mana partikel-partikel dari mineral yang berbeda dipisahkan satu dengan yang lainnya dengan mengapungkan mineral tertentu ke permukaan air.
Mekanisme flotasi didasarkan pada gejala bahwa beberapa jenis partikel mudah basah (hydrophil) dan lainnya tidak demikian mudah (hidrofhob). Menurut sifat permukaannya, mineral dapat dibedakan menjadi dua golongan, yaitu :
1).      Hidrofilik
Mineral yang permukaannya mempunyai lapisan polar, sehingga sukar dibasahi air, tetapi mudah melekat pada gelembung udara.
2).      Hidrofobik
Mineral yang permukaannya mempunyai lapisan non polar, sehingga mudah dibasahi air, tetapi sukar melekat pada gelembung udara.
Keterapungan (float ability) dari suatu mineral ditentukan dengan kecenderungannya untuk menempel pada permukaan gelembung udara, dan hali ini dipengaruhi oleh sifat-sifat permukaan mineral. Dengan menggunakan berbagai reagent flotasi, sifat-sifat permukaan mineral dapat diubah dan dikendalikan.
Keuntungan dari proses flotasi antara lain adalah ;

• Hampir semua bahan galian dapat dipisahkan dengan proses flotasi.
• Sifat permukaan dapat dikontrol dan diubah-ubah dengan reagent flotasi.
• Sangat cocok digunakan untuk pemisahan mineral-mineral sulfida.

Kerugian dari proses flotasi antara lain adalah ;

• Biayanya mahal
• Metodenya rumit, karena harus diapungkan
• Dipengaruhi oleh slime

1. A.      SUDUT KONTAK

Kontak antara permukaan padatan dan gelembung udara di dalam air ditunjukkan pada gambar di bawah ini (permukaan padatan-udara dan padatan-air digambarkan di atas bidang yang sama).
Pada keadaan setimbang, tegangan antar muka pada titik kontak 3 fase :
T_pu = T_pa + T_ua cos θ                   T_pu       = tegangan antar muka padatan-udara
Cos θ = T_pu – T_pa             T_ua        = tegangan antar muka udara-air
T_ua                            T_pa        = tegangan antar muka padatan-air
θ = sudut kontak diukur melalui air.
Jika θ = 0^O berarti permukaan partikel diselimuti air (hidrofobilik), θ = 180^O berarti udara menutupi partikel (hidrofilik). Kenyataannya sudut kontak terbesar yang diketahui ialah 110^O. Pada sistem flotasi sudut kontak 60^O sudah cukup untuk berlangsungnya flotasi dengan baik. Untuk memperbesar  sudut kontak, maka cos θ harus diperkecil, ini berarti T_pu – T_pa diperkecil, dan T_ua diperbesar.
Sudut kontak sering digunakan sebagai ukuran kehidrofobian permukaan partikel mineral dan perhatian dipusatkan pada adsorbsi, pada antarfasa padatan-air yang akan menurunkan tegangan antar muka.

1. B.       REAGENT FLOTASI

Proses flotasi merupakan proses yang bergantung sifat adhesi mineral tertentu terhadap udara (hidrofob), dan terhadap air (hidrofil). Untuk membantu proses flotasi dengan mengubah sifat-sifat permukaan partikel mineral perlu ditambahkan zat-zat kimia berupa reagent.
Reagent-reagent yang digunakan dalam proses flotasi dapat digolongkan menjadi :

1. 1.        Collector

Collector adalah bahan yang dapat menyebabkan partikel mineral menjadi suka udara, yaitu dengan cara melapisi permukaan polar dari partikel mineral dengan reagent. Sehingga pada bagian luar dari mineral terjadi reaksi kimia yang membentuk lapisan non polar yang mudah menarik udara,  dan mineral kan mudah menempel pada gelembung udara.
Contoh kolektor untuk mineral sulfida adalah Xanthate, dan Dithiophosphate. Sedangkan untuk mineral non sulfida adalah Fatty acid jenuh dan tidak jenuh.

1. 2.        Frother

Frother zat kimia yang digunkan untuk membantu menstabilkan gelembung udara yang terbentuk, sehingga tidak mudah pecah. Gelembung-gelembung udara yang terbentuk harus dapat bergerak bebas di dalam pulp dan dapat mengambil partikel-partikel mineral berharga, kemudian diapungkan ke dalam pulp.
Contoh dari frother adalah DOWFROTH Flotation Frother Series, MIBC, dan Polyalkoxyparaffins.

1. 3.        Modifier (Modifying Agent)

Modifier digunakan untuk mengembalikan sifat permukaan ke yang aslinya. Tujuannya adalah untuk meningkatkan selectivity. Modifying agent dapat dikelompokkan menjadi 3 kelompo, yaitu :
a).       Regulating dan Dispersing Agent
Regulor berfungsi untuk mengendalikan pH, menghilangkan pengaruh gangguan slime, colloid, dan garam laut. Contohnya adalah CaO, Na₂CO₃
Dispersing Agent berfungsi untuk melepaskan slime pada pemukaan mineral.
Contohnya adalah Na₂SiO₃
b).      Aktivator
Bertujuan meningkatkan aktivitas permukaan mineral agar dapat berinteraksi dengan kolektor, sehingga adsorbsi kolektor pada permukaan partikel menjadi lebih baik. Contohnya adalah Cu⁺⁺ untuk mengapungkan sfalerit, dan Ca⁺⁺ untuk mengapungkan kuarsa.
c).       Depresant
Mencegah pengapungan mineral tertentu tanpa menghalangi pengapungan mineral lainnya. Digunakan apabila float ability mineral yang tidak diinginkan mengapung sama dengan mineral yang akan diapungkan oleh kolektor tertentu. Contohnya adalah CN^- (pyrit, sfalerit), dan Zn⁺⁺(sfalerit)

1. C.      MEKANISME FLOTASI

Gelembung-gelembung udara yang terbentuk karena adanya udara yang dihisap ke dalam pulp, dan frother yang membentuk energi bebas permukaan pada antar muka air dan udara. Untuk membantu proses flotasi, partikel-partikel mineral feed harus berukuran halus. Hal ini karena walaupun densitynya besar, ukuran partikel yang halus akan menyebabkan density asosiasi partikel-gelembung menjadi lebih kecil dari density air.
Karena ion permukaan dilapisi melalui reaksi secara adsorbsi fisik atau kimia dengan bagian ionik kolektor dan bagian organiknya merubah sifat permukaannya misalnya menjadi hidrofob. Dengan sifat tersebut partikel menjadi adhesif terhadap gelembung udara, sehingga gelembung-gelembung udara akan mengalami aerasi. Partikel-partikel mineral yang menempel pada permukaan gelembung akan terbawa naik ke permukaan pulp, dan terpisahkan.
Langkah-langkah yang dilakukan pada proses flotasi sulfida adalah :

1. Penghancuran dan penghalusan (Kominusi)
2. Desliming
3. Pulp Concentration
4. Conditioning
5. Aeration
6. Pemisahan

1. D.      VARIABEL DALAM FLOTASI

Variabel yang mempengaruhi proses flotasi adalah :

1. Keadaan dan ukuran butir

Ukuran butir mineral yang akan mempengaruhi partikel mineral akan lebih besar dari density air, sedangkan jika terlalu kecil akan menimbulkan slime yang akan mengganggu jalannya proses flotasi.

1. Pulp preparation

Penyediaan pulp diusahakan supaya cocok untuk proses pengolahan yang umumnya berkaitan dengan persen solid yang sesuai.

1. Intensitas pengadukan dan pemberian udara

Pengadukan dalam flotasi dilakukan dengan mesin flotasi.

1. Kekentalan pulp

Untuk suspensi pulp yang lebih kental akan diperoleh recovery yang lebih baik.

1. Waktu kontak dan waktu flotasi

Kenaikan recovery terjadi pada suatu waktu tertentu, yang tergantung pada :

• Komposisi mineral bijih
• Keadaan dari partikel-partikel bijih
• Jumlah kolektor yang ditambahkan
• Lama pengadukan
• Ukuran kemudahan mengapung suatu mineral (float ability)
• Ukuran butir

1. Pengaruh pH

Tujuan dari pengaturan pH adalah untuk menurunkan sudut kontak.

1. Pengaruh Collector

Yang harus diperhatikan adalah sifat-sifat dari kolektor yang akan digunakan, misalnya Xanthate, sangat baik untuk merubah sifat permukaan mineral-mineral sulfida dan batubara, mudah larut dalam air dan tidak akan menimbulkan frother.

1. Pengaruh Frother

Digunakan untuk menstabilkan gelembung udara untuk waktu yang relatif lama.

Persentase solid 10 % cukup baik karena dapat menciptakan zona tenang di bawah lapisan buih yang biasanya antara 10-15% solid. Dengan demikian partiel yang tidak diinginkan akanturun ke dasar sel. Persentase solid ditentukan oleh ukuran butir. Dalam percobaan persentase solid tidak konstan 10% karena terjadi penambahan air untuk batas muka air agar lapis buih dapat melewati bibir sel flotasi.
Temperatur percobaan dapat mempengaruhi recovery (yield). Pada kondisi temperatur diatas 40 C menyebabkan gelembung udara mudah terbentuk karena tegangan permukaan yang menurun. Percobaan dilakukan pada suhu kamar antara 25-40 C, masih dalam batas normal dan cukup memenuhi syarat untuk flotasi. Kecepatan putar impeler antara 1000-1200 rpm cukup memadai untuk menciptakan kondisi pengadukan merata dan menyebar reagen keseluruh bagian sel flotasi
Putaran yang terlalu tinggi dapat menyebabkan gelembung udara mudah pecah sehingga akan menurunkan efisiensi alat. Jika terlalu rendah akan memperpanjang waktu conditioning.  Dari data kelompok terlihat gejal ketidakteraturan (teoritis) hubungan antara yield dengan waktu flotasi. Kecenderungan adalah terjadinya peningkatan yield pada awal percobaan sampai titik maksimum dan berbalik menurun.
Fungsi MIBC selain sebagai frother juga dapat berperan sebagai collector, depresan limb, dan pengapung sulfur, jika MIBC digunakan dalam jumlah minimal. Batubara bersih didepre dan sulfurnya diapungkan sehingga akan diperoleh batubara bersih (dari sulfur) sebagai tailing.
Penambahan kolektor dalam flotasi batubara akan meningkatkan yield sampai batas optimal. Dari data percobaan diektahu bawa yield terbesar 70,02% diperoleh dari penambahan kolektor sebanyak 2,5 kg/ton.

1. Bebarpa hal yang perlu diperhatikan dalam flotasi batubara :

• Air yang dipakai ber-pH 6 – 7,5
• Persen solid pulp 10% sampai 30%
• Temperatur ideal adlah di ats 40^O , meski suhu kamar cukup memenuhi syarat.
• Kecepatan impeller
• Penambahan kolektor dan frother.

1. Flotasi batubara belum dilakukan dalam skala industri karena :

• Memerlukan dewatering plant serta reagent-reagent yang banyak, sehingga tidak/belum ekonomis.
• Pasar batubara halus yang dihasilkan masih kecil.
• Hasil tambang batubara di Indonesia berukuran relatif kasar sehingga tidak ekonomis unutkdiolah dengan flotasi.

1. Perbedaan utama flotasi batubara dengan flotasi mineral sulfida adalah :

• Kolektor pada flotasi batubara adalah minyak solar (diesel) yang bersifat non ionizing collector, sedangkan pada flotasi mineral sulfida digunakan amyl xanthate, yaitu sulphydril clollector.
• Ukuran partikel flotasi batubara berukuran halus yang tidak dapat diproses dengan konsentratsi gravimetri. Untuk mineral sulfida untuk semua selang ukuran dapat diproses, tapi umumnya berukuran 65 mesh agar dieroleh derajat liberasi yang tinggi.

1. Umpan flotasi dapat dipakai pada metode Sink and Float menggunakan Heavy Media Separator karena ukuran -28 mesh sampai 325 mesh. Untuk ukuran kuranf dari 0,1 mm, HMS tidak efisien.
2. Pengaruh ukuran butir terhadap fraksi halus :

Partikel halus dari batubara mengandung slime dan pengotor, sehingga modifier yang digunakan akan lebih banyak. Karena selektivitas partikel yang halus akan berkurang dengan banyaknya slime yang menutupi bidang kontak antara gelembung udara dan permukaan partikel mineral. Selain itu slime juga dapat membuat gelembung udara sulit pecah, sehingga menggangu proses pengapungan.

1. Masalah-masalah yang dihadapi dalam proses flotasi batubara :

• Penghilangan sulfur yang sukar dilakukan secara mekanis sehingga perlu menggunakan multipler stage flotation.
• Pemilihan reagent flotasi yang tidak tepat untuk setiap jenis batubara akan menghalangi pencapaian hasil optimum.
• Membersihkan permukaan batubara yang mengandung slime yang tinggi sebelum flotasi dilakukan.
• Biaya dewatering dan thickening yang tinggi.

1. Masalah-masalah yang dapat diatasi menggunakan flotasi batubara :

• Pencemaran air akibat pencucian batubara. Batubara halus dalam air pencuci dapat dipisahkan secara flotasi.
• Untuk mendapatkan batubara bersih dnegan kadar yang tinggi.
• Untuk mengolah batubara halus yang tidak dapat diolah dengan proses lain jika sudah tidak ekonomis.