2.Media karbon Aktif
Karbon aktif adalah karbon yang di proses sedemikian rupa sehingga pori – porinya terbuka, dan dengan demikian akan mempunyai daya serap yang tinggi. Karbon aktif merupakkan karbon yang bebas serta memiliki permukaan dalam (internal surface), sehingga mempunyai daya serap yang baik. Keaktifan daya menyerap dari karbon aktif ini tergantung dari jumlah senyawa kabonnya yang berkisar antara 85 % sampai 95% karbon bebas. Karbon aktif yang berwarna hitam, tidak berbau, tidak terasa dan mempunyai daya serap yang jauh lebih besar dibandingkan dengan kabon aktif yang belum menjalani proses aktivasi, serta mempunyai permukaan yang luas, yaitu memiliki luas antara 300 sampai 2000 m/gram. Karbon aktif ini mempunyai dua bentuk sesuai ukuran butirannya, yaitu karbon aktif bubuk dan karbon aktif granular (butiran). Karbon aktif bubuk ukuran diameter butirannya kurang dari atau sama dengan 325 mesh. Sedangkan karbon aktif granular ukuran diameter butirannya lebih besar dari 325 mesh.
Karbon aktif merupakan suatu bentuk arang yang telah melalui aktifasi dengan menggunakan gas CO2, uap air atau bahan-bahan kimia sehingga pori-porinya terbuka dan dengan demikian daya absorpsinya menjadi lebih tinggi terhadap zat warna dan bau. Karbon aktif mengandung 5 sampai 15 persen air, 2 sampai 3 persen abu dan sisanya terdiri dari karbon. Karbon aktif berbentuk amorf terdiri dari pelat-pelat datar, disusun oleh atom-atom C yang terikat secara kovalen dalam suatu kisi heksagonal datar dengan satu atom C pada setiap sudutnya. Pelat-pelat tersebut bertumpuk-tumpuk satu sama lain membentuk kristal-kristal dengan sisa hidrokarbon, ter dan senyawa organik lain yang tertinggal pada permukaannya. Bahan baku karbon aktif dapat berasal dari bahan nabati atau turunannya dan bahan hewani. Mutu karbon aktif yang dihasilkan dari tempurung kelapa mempunyai daya serap tinggi, karena arang ini berpori-pori dengan diameter yang kecil, sehingga mempunyai internal yang luas. Luas permukaan arang adalah 2 x 104 cm2 per gram, tetapi sesudah pengaktifan dengan bahan kimia mempunyai luas sebesar 5 x 106 sampai 15 x 107cm2 per gram . Ada 2 tahap utama proses pembuatan karbon aktif yakni proses karbonasi dan proses aktifasi. Dijelaskan bahwa secara umum proses karbonisasi sempurna adalah pemanasan bahan baku tanpa adanya udara sampai temperatur yang cukup tinggi untuk mengeringkan dan menguapkan senyawa dalam karbon. Pada proses ini terjadi dekomposisi termal dari bahan yang mengandung karbon, dan menghilangkan spesies non karbonnya. Proses aktifasi bertujuan untuk meningkatkan volume dan memperbesar diameter pori setelah mengalami proses karbonisasi, dan meningkatkan penyerapan. Pada umumnya karbon aktif dapat di aktifasi dengan 2 (dua) cara, yaitu dengan cara aktifasi kimia dan aktifasi fisika.
1. Aktifasi kimia, arang hasil karbonisasi direndam dalam larutan aktifasi sebelum dipanaskan. Pada proses aktifasi kimia, arang direndam dalam larutan pengaktifasi selama 24 jam lalu ditiriskan dan dipanaskan pada suhu 600 – 9000C selama 1 – 2 jam.
2. Aktifasi fisika, yaitu proses menggunakan gas aktifasi misalnya uap air atau CO2 yang dialirkan pada arang hasil karbonisasi. Proses ini biasanya berlangsung pada temperatur 800 – 11000C.
Karbon aktif bersifat sangat aktif dan akan menyerap apa saja yang kontak dengan karbon tersebut. Karbon Aktif digunakan untuk menjernihkan air, pemurnian gas, industri minuman, farmasi, katalisator, dan berbagai macam penggunaan lain. Selain di bidang pengolahan air, karbon aktif dapat digunakan di berbagai industri seperti pengolahan/tambang emas dengan berbagai ukuran mesh maupun iondine number. Juga digunakan untuk dinding partisi, penyegar kulkas, vas bunga, dan ornamen meja. Di balik legamnya, barang gosong itu ternyata sangat kaya manfaat. Karbon aktif dapat digunakan sebagai bahan pemucat, penyerap gas, penyerap logam, menghilangkan polutan mikro misalnya zat organic maupun anorganik, detergen, bau, senyawa phenol dan lain sebagainya. Pada saringan arang aktif ini terjadi proses adsorpsi, yaitu proses penyerapan zat - zat yang akan dihilangkan oleh permukaan arang aktif, termasuk CaCo3 yang menyebabkan kesadahan. Apabila seluruh permukaan arang aktif sudah jenuh, atau sudah tidak mampu lagi menyerap maka kualitas air yang disaring sudah tidak baik lagi, sehingga arang aktif harus diganti dengan arang aktif yang baru.
Untuk mengurangi kesadahan (Hardness) pada air dapat digunakan filtrasi (penyaringan) dengan media karbon aktif yang memiliki sifat kimia dan fisika, di antaranya mampu menyerap zat organik maupun anorganik, dapat berlaku sebagai penukar kation, dan sebagai katalis untuk berbagai reaksi. Karbon aktif adalah sejenis adsorbent (penyerap), berwarna hitam, berbentuk granule, bulat, pellet ataupun bubuk. Jenis karbon aktif tempurung kelapa ini sering digunakan dalam proses penyerap rasa dan bau dari air, dan juga penghilang senyawa-senyawa organik dalam air. Air sadah adalah air yang mengandung ion Kalsium (Ca) dan Magnesium (Mg). Ion-ion ini terdapat dalam air dalam bentuk sulfat, klorida, dan hidrogenkarbonat. Kesadahan air alam biasanya disebabkan garam karbonat atau garam asamnya. Kesadahan merupakkan petunjuk kemampuan air untuk membentuk busa apabila dicampur dengan sabun. Pada air berkesadahan rendah, air dapat membentuk busa apabila dicampur dengan sabun, sedangkan air yang berkesadahan tinggi tidak akan membentuk busa. Kesadahan atau Hardness adalah salah satu sifat kimia yang dimiliki oleh air.Penyebab air menjadi sadah adalah karena adanya ion-ion Ca2+, Mg2+. Atau dapat juga disebabkan karena adanya ion-ion lain dari polyvalent metal (logam bervalensi banyak) seperti Al, Fe, Mn, Sr dan Zn dalam bentuk garam sulfat, klorida dan bikarbonat dalam jumlah kecil
Dewasa ini, penyerapan dengan menggunakan karbon aktif berkembang luas diantaranya dalam proses sianidasi pada skala industri pertambangan besar maupun pertambangan rakyat di Indonesia, khususnya pengolahan emas. Konsentrasi emas dalam ore sangat menentukan hasil produksi. Ore hasil tambang sangat bervariasi, ada yang berupa pasir, batu keras ( kuarsa ), batu lunak ( domato ), lempung ( clay ), dan lumpur. Untuk Pengolahan Emas Karbon aktif yang dipergunakan dapat berasal dari arang batok kelapa, maupun arang kayu atau batu bara. Yang paling banyak dipakai adalah karbon aktif granular dari arang batok kelapa. Dengan pengolahan tertentu yaitu proses aktivasi seperti perlakuan dengan tekanan dan suhu tinggi, dapat diperoleh karbon aktif yang memiliki permukaan dalam yang luas. Untuk kualitas baik, setiap kg karbon aktif memiliki daya adsorbsi emas hingga 8 - 16 g, namun kualitas karbon aktif yang tersedia dipasaran rata-rata hanya mampu mengadsorpsi berkisar 2 - 5 g emas untuk setiap kg-nya. Adsorpsi kompleks emas (khususnya ion disianoaurat (I)) pada karbon aktif merupakan dasar dari teknik modern untuk proses ekstraksi emas. Proses ini sangat efektif dan telah menjadi faktor utama dalam memperbaiki produktifitas industri tambang emas selama 25 tahun terakhir.
Proses Sianida yang didasarkan pada recovery melalui adorpsi kabon aktif dari larutan leach yang mengandung emas low-grade (konsentrasi) telah dikembangkan sejak 1970-an dan sampai sekarang 85% recovery emas telah dilengkapi dengan teknik ini. Tiga proses berbeda yang telah dikembangkan didasarkan pada teknik pelindian dalam ekstraksi padat-cair dan sifat-sifat kimia serta fisika dari bijih. Yaitu: CIP (Carbon in Pulp), CIL (Carbon in Leach), dan CIC (Carbon in Column atau Carbon in Clear Solution). Proses CIP digunakan dalam proses pelindian terdiri dari waktu pengadukan yang lama dan penambahan karbon aktif dengan ukuran 1-3 mm (mesh: 8-25) terhadap bubur (padatan dan cairan) setelah selesai proses pelindian. Dengan cara ini, emas yang terkandung pada fase cair akan teradsorp pada permukaan karbon aktif.
Proses CIL diterapkan jika pelindian dilakukan dengan pengadukan dalam waktu yang singkat (kurang dari 10 jam) dan/atau jika emas pada fase cair diadsorp lagi ke permukaan fase padat residu melalui efek material berkarbonasi atau mineral lempung pada bijih. Proses ini lebih ekonomis karena pelarutan dan adsorpsi dilakukan pada tangki yang sama secara serempak dengan penambahan karbon aktif selama pelindian.
Proses ketiga adalah (CIC) digunakan dalam ekstraksi padat-cair dimana residu padatan dan larutan leaching diperoleh secara terpisah misalnya heap leaching. Larutan hasil pelindian dilewati melalui kolom adsorpsi yang mengandung karbon aktif untuk mendapatkan logam emasnya
Cara Pemilihan Karbon Aktif Untuk Pengolahan Emas
Sangat pentingnya Penggunaan Carbon dalam pengolahan emas, di karenakan Carbon di gunakan untuk Penangkapan emas (Carbonisasi) dalam pengolahan emas secara cyanidasi, pemilihan karbon yang tepat sangat berdampak pada hasil emas yang anda dapatkan di pengolahan emas, oleh karena itu sangat penting untuk mengetahui Carbon mana yang paling tepat untuk pengolahan emas, berikut ini penjelasannya :
1. Ada 2 spec yang harus di perhatikan yaitu IODINE dan HARDNES. IODINE : yang di maksudnya adalah ukuran / nilai daya serap dari carbon tersebut terhadap partikel2 logam. apabila nilai IODINE yang tinggi otomatis dayar serap carbon terhadap emas pun semakin kuat dan besar sehingga emas dalam pengolahan emas dapat di serap secara keseluruhan. HARDNES : yang di maksud adalah tingkat kekerasan / kekuatan Carbon (semakin tinggi semakin keras dan tidak mudah remuk), semakin sedikit karbon pecah2 / remuk dalam pengolahan emas, semakin sedikit emas yang terbuang , di karenakan karbon yang remuk / pecah2 kecil tidak dapat di tangkap dalam proses penyaringan karbon, sehingga remukan / pecahan kecil carbon tersebut terbuang ke pembuangan limbah
2. Ada beberapa masalah yang harus di perhatikan dalam penggunaan Activited Carbon dalam pengolahan emas. Activited Carbon pada umumnya dalam kondisi yang sangat kotor / banyak debu2 karbon halus. Oleh karena itu dalam pengolahan emas , banyak pengolah mencuci terlebih dahulu karbon tersebut sampai bersih (tidak ada carbon halus) di karenakan apabila tidak di hilangkan carbon halus tersebut bisa mengakibatkan lostnya emas yang tertangkap di karbon halus tersebut. Akan tetapi pencucian karbon tersebut mempunyai dampak sangat buruk yaitu Iodine (daya serap) dari karbon tersebut akan turun drastis akibat dari penyucian tersebut. Solusinya carilah karbon aktif dengan jumlah partikel debu minim (bersih), sehingga kita tidak perlu mencuci atau pun mengayak dan pada akhirnya iodine (daya serap) dari karbon tersebut tidak menurun. Carilah karbon aktif dengan ukuran butiran mesh: 8-25, karena ukuran ini kandungan debunya minim (Ash Content maximum 4%). Cara pengujian daya serap (iodine) dapat di lakukan menggunakan Metalynblue, dengan cara sbb :
1. Bersihkan karbon yang akan di uji (di siram / bilas dengan air jika kondisi karbon banyak debu karbonnya) , khusus karbon yang sudah bersih tidak perlu di lakukan pembersihan lagi
2. Siapkan air dalam gelas.., lalu teteskan cairan metalynblue tersebut dalam air sehingga air berubah warna menjadi kebiruan
3. Masukan carbon yang sudah di bersihkan tersebut ke dalam cairan yang sudah kita campur tadi
4. Aduk2 beberapa menit , anda akan melihat warna dari air tersebut akan menjadi bening kembali, itu di karenakan carbon menyerap cairan metalyn dengan baik.
Secara ringkas karbon aktif yang biasa digunakan untuk mengolah emas mempunyai spesifikasi sebagai berikut:
Total ash content max: 4%
Moisture content max: 5%
Apparent density (Bulk Density = Berat Jenis): 450 – 550 kg/m3
Mean particle diameter : 6x12 mesh min. 2.48 mm atau 8x16 mesh min. 1.55 mm
Bahan pembuat : batok kelapa
Iodine number : 800 atau 1000 mg/g
Selain untuk mengadsobrsi pada emas, karbon aktif juga bisa digunakan untuk mengadsorbsi senyawa sianida termasuk bahan beracun berbahaya (B3) pada aliran air sungai. Sianida banyak digunakan dalam berbagai industri seperti serat sintetik (akrilonitril), petrokimia, baja, pertambangan dan pelapisan logam (electroplating). Sebagai akibat dari pemakaian bahan beracun dan berbahaya tersebut, umumnya kegiatan-kegiatan itu menghasilkan limbah yang masih mengandung sianida yang berpotensi mencemari lingkungan di sekitarnya. Berbagai upaya digunakan untuk mengurangi pencemaran lingkungan tersebut, salah satunya dengan penyerapan karbon aktif yang ditentukan melalui pengamatan pengaruh pH, konsentrasi penyerap dan waktu. Penambahan ion Cu2+ sebagai katalis telah diteliti pula. Hasil menunjukkan bahwa penambahan karbon aktif sebanyak 25 g/l pada pH 10,5 dapat menurunkan konsentrasi sianida sebesar 20 % dalam waktu 8 jam. Penambahan ion Cu2+ (100 mg/l) pada larutan sianida telah meningkatkan penyerapan sebesar 55 % dalam waktu 2 jam. Penyerapan ion sianida dengan karbon aktif yang telah direndam dengan larutan Cu2+ (0,5 %) meningkat menjadi 82 % dalam waktu 2 jam.
Karbon aktif juga digunakan untuk menyerap kandungan logam berat Pb (Plumbum = Timbal) dan Cd (Cadmium). Logam berat menimbulkan efek kesehatan bagi manusia sebagai penghalang kerja enzim, sehingga proses metabolisme tubuh terputus. Lebih jauh lagi logam berat akan bertindak sebagai penyebab alergi, mutagen, teratogen atau karsinogen bagi manusia. Jalur masuknya adalah melalui kulit, pernapasan dan pencernaan. Logam berat jika sudah terserap ke dalam tubuh maka tidak dapat dihancurkan tetapi akan tetap tinggal di dalamnya hingga nantinya dibuang melalui proses ekskresi. Hal serupa juga terjadi apabila suatu lingkungan terutama di perairan telah terkontaminasi (tercemar) logam berat maka proses pembersihannya akan sulit sekali dilakukan. Sedikitnya terdapat 80 jenis dari 109 unsur kimia di muka bumi ini yang telah teridentifikasi sebagai jenis logam berat. Berdasarkan sudut pandang toksikologi, logam berat ini dapat dibagi dalam dua jenis.
Jenis pertama adalah logam berat esensial, di mana keberadaannya dalam jumlah tertentu sangat dibutuhkan oleh organisme hidup, namun dalam jumlah yang berlebihan dapat menimbulkan efek racun. Contoh logam berat ini adalah Zn, Cu, Fe, Co, Mn dan lain sebagainya.
Sedangkan jenis kedua adalah logam berat tidak esensial atau beracun, di mana keberadaannya dalam tubuh masih belum diketahui manfaatnya atau bahkan dapat bersifat racun, seperti Hg, Cd, Pb, Cr dan lain-lain. Kontaminasi logam berat terutama Pb dan Cd di lingkungan merupakan masalah besar dunia saat ini.
Proses industri dan urbanisasi memegang peranan penting terhadap peningkatan kontaminasi tersebut. Suatu organisme akan kronis apabila produk yang dikonsumsikan mengandung logam berat tersebut. Timbal yang terserap oleh ibu hamil akan berakibat pada kematian janin dan kelahiran prematur, berat lahir rendah bahkan keguguran. Penelitian menunjukkan bahwa timbal yang terserap oleh anak, walaupun dalam jumlah kecil, dapat menyebabkan gangguan pada fase awal pertumbuhan fisik dan mental yang kemudian berakibat pada fungsi kecerdasan dan kemampuan akademik. Kadmium berpengaruh terhadap manusia dalam jangka waktu yang panjang dan dapat terakumulasi pada tubuh khusunya hati dan ginjal. Secara prinsip, pada konsentrasi rendah berefek terhadap gangguan pada paru-paru, emphysemia dan renal turbular disease yang kronis. Kadmium lebih mudah terakumulasi oleh tanaman jika dibandingkan dengan timbal (Pb). Logam berat ini tergabung bersama timbal dan merkuri sebagai “the big three heavy metals” yang memiliki tingkat bahaya tertinggi pada kesehatan manusia. Dari evaluasi beberapa teknik pengolahan logam berat dengan mempertimbangkan akan kemudahan sistem aplikasi lapangan dan sumber daya yang melimpah, maka diperoleh suatu metode yang lebih representatif dalam mengolah logam berat timbal dan kadmium. Metode tersebut adalah adsorpsi dengan media karbon aktif. Karbon aktif memiliki ruang pori sangat banyak dengan ukuran tertentu. Pori-pori ini dapat menangkap partikel-partikel sangat halus (molekul) terutama logam berat dan menjebaknya disana. Penyerapan menggunakan karbon aktif adalah efektif untuk menghilangkan logam berat. Ion logam berat ditarik oleh karbon aktif dan melekat pada permukaannya dengan kombinasi dari daya fisik kompleks dan reaksi kimia. Karbon aktif memiliki jaringan porous (berlubang) yang sangat luas yang berubah-ubah bentuknya untuk menerima molekul pengotor baik besar maupun kecil. Efektifitas adsorpsi karbon aktif terhadap logam timbal Pb2+ telah ditunjukkan pada sertifikat NSF (National Sanitation Foundation) yang merefleksikan isotherm Langmuir dimana adsorbsi logam berat Pb akan berlangsung sampai mencapai titik keseimbangan dimana proses adsorbsi tidak akan berjalan lagi atau berhenti meskipun dosis karbon aktif diperbesar. Kecepatan penyerapan ini tergantung dari sifat adsorbsi, temperatur, pH, dan waktu singgung karbon aktif dengan Pb. Sedangkan penyerapan Cd relatif merefleksikan isotherm Freundlich.
Proses eliminasi logam berat Pb dan Cd dengan karbon aktif akan semakin efektif dimana selain sebagai adsorben karbon aktif secara simultan juga bertindak sebagai pemberat (weighing agent) demikian pula jika berbagai metode pengolahan digabung misalnya metode adsorbsi karbon aktif dengan metode konvensional (koagulasi, flokulasi, sedimentasi, filtrasi dan khlorinasi). Penyerapan karbon aktif bubuk dapat digunakan pada instalasi pengolahan di hampir seluruh tempat/titik pembubuhan. Pembubuhan karbon aktif dapat dilakukan dengan sistem kering maupun basah. Titik pembubuhan ini tentunya mempunyai kelebihan dan kekurangan masing – masing. Untuk meningkatkan kecepatan adsorpsi, dianjurkan agar menggunakan arang aktif yang telah dihaluskan. Aplikasi sistem ini sangat cocok diterapkan dalam industri – industri pengolahan yang menghasilkan limbah cair yang relatif banyak dan sangat dianjurkan terutama pada Instalasi Pengolahan Air Bersih atau Air Minum (IPAM). Dalam perspektif yang lebih luas, aplikasi teknologi karbon aktif ini dapat digunakan tidak hanya untuk mengolah logam berat Cd dan Pb tetapi juga pada unsur pecemar lainnya.
KEGUNAAN tempurung kelapa yang sudah diolah menjadi karbon aktif sangat banyak dan dibutuhkan di industri-industri besar. Untuk pemurnian gas, misalnya, karbon aktif diperlukan untuk menghilangkan belerang, gas beracun, bau busuk, asap dan pencegahan racun. Kemudian dipakai juga pada industri pengolahan gas alam cair (LNG), katalisator untuk mengangkut vinil klorida dan vinil asetat. Dan, yang lebih sederhana adalah sebagai bahan pembersih udara di ruangan yang kandungan uap air dan gas berbau/beracunnya tinggi, seperti pada mobil, kamar pendingin, botol obat-obatan serta peralatan-peralatan yang harus dilindungi dari proses perkaratan. Kemudian karbon aktif juga digunakan di industri obat dan makanan sebagai penyaring, penghilang warna, bau dan rasa tidak enak pada makanan. Di bidang perminyakan juga karbon aktif dipakai sebagai bahan penyulingan bahan mentah dan zat perantara. Dalam industri pembersihan air dipakai juga sebagai bahan penghilang bau, warna dan logam berat, menghilangkan ammonia, nitrit, fenol. Bahkan dalam industri pulp (bahan kertas) dan tambang emas, karbon aktif digunakan sebagai bahan pemurnian.
Secara ringkas kegunaan karbon aktif :
1. Pada pengolahan air untuk penjernihan dan mengurangi kesadahan dengan menyerap bau, rasa, warna, kaporit, kapur (CaCO3), logam berat
2. Pada pengolahan emas untuk menyerap konsentrasi emas (ore) dalam bentuk Carbon in pulp (CIP), Carbon in Leach (CIL), Carbon in Clear Solution (CIC) biasanya dari batok kelapa mesh 8-25
3. Pada pemurnian gas dengan menyerap belerang, gas beracun, bau busuk, asap dan pencegahan racun.
4. Pada pengolahan limbah untuk menyerap Bahan Beracun Berbahaya (B3) yaitu menyerap sianida yang terdapat pada limbah industri serat sintetik (akrilonitril), petrokimia, baja, pertambangan dan pelapisan logam (electroplating) dengan cara merendam karbon aktif dengan larutan Cu2+ (0,5%) yang menghasilkan daya serap sianida menjadi 82% dalam waktu 2jam.
5. Untuk menyerap logam berat Raksa/Hg, Cadmium/Cd, Plumbum/Pb/Timbal, Cromium/Cr penyebab sakit kanker
6. Penyegar/pembersih udara ruangan dari kandungan uap air/gas berbau/beracun, seperti pada mobil, kamar pendingin, botol obat-obatan serta peralatan-peralatan yang harus dilindungi dari proses perkaratan.
7. Pada industri obat dan makanan sebagai penyaring, penghilang warna, bau dan rasa tidak enak pada makanan.
8. Pada bidang perminyakan dipakai sebagai bahan penyulingan bahan mentah dan zat perantara
