OPTIMASI KONDISI PELEBURAN KOMPOSISI FLU (1)
Prosiding PPIS 4 Juni 2015, Manado.
Hal 173-182
ISSN 0853-9677
OPTIMASI KONDISI PELEBURAN, KOMPOSISI FLUKS DAN
KUPELASI FIRE ASSAYING UNTUK MENENTUKAN KADAR
LOGAM MULIA DALAM CONTOH KUARSA
Oleh: Ronaldo Irzon dan Kurnia
Laboratorium Geologi – Pusat Survei Geologi
e-mail: ronaldo_irzon@yahoo.com
ABSTRAK
Laboratorium Geologi terus meningkatkan kemampuan dalam mengembangkan ilmu
kebumian di Indonesia dengan pengadaan perangkat uji up to date selain juga kualitas
sumber daya manusianya. Fasilitas fire assay, sebuah metoda yang telah begitu lama
dipergunakan manusia, tersedia untuk memfokuskan penelitian terhadap kandungan
logam mulia. Penelitian ini menguraikan optimasi pengujian berupa temperatur dan
waktu assaying, penentuan komposisi fluks dan keadaan kupelasi terbaik pada
penentuan kadar logam mulia dalam contoh kuarsa. Temperatur 1000oC selama satu
jam dibutuhkan untuk melebur seluruh bahan, dengan kupelasi dilakukan pada 850oC
dengan pintu tungku dibiarkan terbuka hingga terbentuk prill Ag. Recovery pengujian
diukur menggunakan perangkat AAS dan menunjukkan bahwa optimasi terhadap tiga
faktor tadi menghasilkan nilai recovery 90-110%. Pencapaian ini menunjukkan bahwa
studi ini telah mencapai efektifitas yang baik. Penelitian ini dapat dimajukan lebih
jauh agar dapat diproses sebagai metoda standar nasional.
Kata kunci: emas, fire assay, fluks, kupelasi, prill, kuarsa
ABSTRACT
Laboratorium Geologi is continuously improving the ability to develop geoscience in
Indonesia with the procurement of up to date test devices as well as the quality of
human resources. Fire assay facility, a method that has so long been used human,
could be used for research focusing on the precious metal content. This research
outlines the optimization of assaying temperature and time, flux composition,
cupellation condition to determine precious metals content in quartz sample. The
temperature of 1000o C for one hour was needed to melt the entire material, while
cupellation performed in 850oC with open stove to form Ag prills. Recovery test is
measured using AAS devices and shows that the optimization of the three factors
Prosiding PPIS 4 Juni 2015, Manado.
Hal 173-182
ISSN 0853-9677
resulted in 90-110% recovery rate. The result shows that this study has achieved good
effectiveness. This study can be further promoted in order to be processed as a
national standard method.
Key words: cupellation, fire assay, fluxs, gold, prill, quartz
PENDAHULUAN
Pusat Survei Geologi telah mencanangkan pengembangan Laboratorium
Geologi yang dimilikinya agar menjadi laboratorium pengembangan ilmu kebumian
bertaraf nasional. Visi demikian mendorong wahana uji ini melengkapi diri dengan
perangkat uji mutakhir, kualitas sumber daya manusia yang baik, dan standarisasi
prosedur pengujian yang tangguh. Laboratorium ini telah menghasilkan beragam
optimasi metoda uji standar nasional yang telah dioptimasi dengan hasil yang telah
terpublikasi (Siregar drr., 2012; Irzon dan Kurnia, 2013). Wilayah pengukuran logam
mulia dipertajam dengan menghadirkan perangkat peleburan bertemperatur sangat
tinggi, yang dikenal sebagai fire assay. Uji coba serta aplikasinya dalam analisis perlu
diujikan agar hasil keluarannya mempunyai tingkat validasi yang baik.
Validitas data tentu memerlukan beberapa aspek teknis yang perlu dikuasai dan
kemudian dapat dikembangkan. Aspek-aspek teknis tersebut antara lain: penguasaan
pemakaian peralatan, mengetahui komposisi bahan imbuh (fluks) yang tepat untuk
material geologi tertentu, mengetahui suhu dan waktu pemanasan dalam setiap
tahapan dan teknik analisis dari hasil isolasi logam mulia. Selain aspek teknis, perihal
kalibrasi perangkat uji maupun sertifikasi personal laboratorium tentu juga merupakan
hal penting. Namun tulisan ini lebih mengkhususkan pembahasan terhadap aspek
teknis yang berpengaruh terhadap ketepatan pengujian.
Salah satu cara untuk melihat apakah suatu rangkaian proses dalam analisis
berhasil dengan baik adalah dengan menentukan %recovery. Nilai ini diperoleh
melalui analisis terhadap contoh dan contoh yang sudah ditambahkan unsur yang
dianalisis dengan jumlah yang sudah diketahui. Selisih antara jumlah unsur dalam
contoh yang sudah ditambah standard dengan jumlah unsur dalam contoh dibagi
jumlah unsur standar yang ditambahkan dikalikan 100% adalah recovery. Efektifitas
dan efisiensi metoda sebanding dengan nilai recovery.
Prosiding PPIS 4 Juni 2015, Manado.
Hal 173-182
ISSN 0853-9677
TINJAUAN PUSTAKA
Sebagai logam mulia, emas telah dikenal dan digunakan sebagai alat tukar jauh
sebelum manusia mengenal uang. Logam emas murni berwarna kuning, tetapi jika
membentuk paduan dengan logam lain, warnanya berubah menjadi kuning pucat
sampai keputihan. Keberadaan emas dalam bijih primer umumnya berasosiasi dengan
beberapa mineral sulfida dan oksida seperti pirit (FeS2), kalkopirit (CuFeS2), kuarsa
(Si02), dan rutil (TiO2) (Supriadidjaja, 2007; Ruffino drr., 2008). Akibat pentingnya
nilai logam ini, beragam metoda telah dikembangkan untuk mengukur hingga
memurnikan emas. Permukaan logam mulia bahkan telah dapat dioksidasi secara
elektrokimia untuk dijadikan sumber energi, bahan akumulator, maupun bio-sensor
(Baltrunas drr., 2008)
Fire assay merupakan suatu metode untuk mengisolasi logam mulia (Au, Ag,
Pt, Ir, Ru dan Os) dari matriknya melalui teknik peleburan, bahkan hingga >1000 0C.
Shinotsuka drr. (2003) menjelaskan bahwa teknik ini bahkan telah dipakai sejak 4000
SM. Peleburan ini meggunakan campuran bahan-bahan imbuh kimia (fluks).
Selanjutnya hasil isolasi ini ditentukan jumlahnya melalui penimbangan pada contoh
dengan kadar logam mulia tinggi. Pada sampel dengan kadar rendah, contoh hasil
assaying (peleburan) dilanjutkan dengan analisis dengan berbagai alat, seperti:
ETAAS
(electro
thermal
atomic
absorption
spectroscopies),
ICP-AES/MS
(inductively coupled plasma–atomic emission spectrometry/mass spectrometry), AAS
(atomic absorbance spectrometry), maupun XRF (X-Ray Fluorescence) (Galbacs drr.,
2008)
Terdapat beberapa informasi dasar yang harus diketahui sebelum melakukan
percobaan fire assay. Aspek tersebut antara lain mengenai proses-proses pemanasan
dalam pengumpulan dan pemisahan emas, bahan-bahan imbuh yang dipakai dalam
peleburan dan teknik analisis setelah emas dipisahkan. Secara garis besar terdapat dua
langkah dalam pemanasan yaitu pertama peleburan contoh dengan bahan imbuh untuk
menghasilkan Pb-button dan kedua oksidasi Pb-button menghasilkan prill Ag pada
kupelasi. Bahan imbuh (fluks) yang dipakai sangat spesifik tergantung pada jenis
contoh geologi yang diperiksa. Terdapat beberapa jenis bahan kimia yang biasa
dipakai sebagai campuran fluks (John, 1981; Beamish dan van Loon, 1972; Junoven
dan Vaananen, 1993), antara lain: Na2CO3, PbO, SiO2, Na2B4O7, CaF2, KNO3, dan
tepung.
Prosiding PPIS 4 Juni 2015, Manado.
Hal 173-182
ISSN 0853-9677
Sodium karbonat (Na2CO3) merupakan bahan yang bersifat basa kuat, bereaksi
dengan contoh membentuk alkali sulfid, aluminat dan kuarsat. Oksidator dan
penghilang sulfur adalah sifat berikutnya dari sodium karbonat. Sifat basa timbal (II)
oksida (PbO) lebih lemah dari sodium karbonat, namun masih baik sebagai oksidator
sulfur (Martinon-Torres drr., 2008). Ketika PbO terredukasi dalam leburan
menghasilkan Pb yang bertindak sebagai penghimpun logam mulia. Silikon dioksida
(SiO2) merupakan bahan yang sangat lazim terdapat pada batuan, bersifat asam kuat
yang akan membentuk kuarsat dangan oksida logam. SiO2 ditambahkan apabila bijih
rendah kadar kuarsatnya sehingga mengghasilkan leburan yang lebih cair dan
melindungi cawan dari serangan PbO.
Boraks (Na2B4O7) pun merupakan asam kuat, mampu melarutkan semua oksida
logam. Kemampuan menurunkan titik lebur pada proses fire assay merupakan
kelebihan lain dari boraks. Fluiditas dari leburan dapat diatur menggunakan kalsium
florit (CaF2) yang digunakan apabila contoh mempunyai kandungan Al lebih dari 1%.
Sebagai sumber C, tepung berguna dalam reduksi PbO menjadi Pb yang penting
dalam menghimpun logam mulia. Kalium nitrat (KNO3) dengan kandungan
oksigennya memiliki keutamaan untuk mengoksidasi sulfida dalam bijih yang tinggi
kadar sulfidanya.
MAKSUD PENELITIAN
Studi ini bermaksud untuk mengoptimasi teknik fire assay untuk memeriksa
kadar emas pada contoh kuarsa. Optimasi dilakukan terhadap variabel waktu dan
temperatur kupelasi, maupun komposisi bahan dalam pembentukan fluks. Persen
recovery kemudian dijadikan acuan untuk menilai optimasi keadaan fire assay.
Prosedur operasi standard merupakan final pencapaian tujuan studi ini. Hasil yang
diperoleh dapat dimajukan lebih jauh agar dapat diproses dengan pengujian oleh
sebagai metoda standar nasional
METODA PENGUJIAN
Sebagai tuntunan dalam menentukan campuran fluks yang akan dipakai untuk
analisis berbagai bijih dapat dilihat pada Tabel 1. Tahap pertama adalah menentukan
potensial reduksi (RP) dari contoh melalui peleburan pendahuluan, seperti tercantum
Prosiding PPIS 4 Juni 2015, Manado.
Hal 173-182
ISSN 0853-9677
pada Tabel 1. Jika 3 gr contoh dilebur dengan campuran fluks pada tabel,
menghasilkan Pb button 15 g maka potensial reduksi (RP) adalah 15 : 3 = 5. Nilai RP
dari berbagai bahan dapat dilihat pada Tabel 2. Begitu juga dengan potensial oksidasi
(OP). Bila kekuatan oksidasi KNO3 sebesar 4,2, berarti 1 gr KNO3 akan mengoksidasi
4,2 gr Pb). Sebagai contoh dari penggunaan nilai-nilai ini adalah apabila ingin
mengukur kadar Au dan Ag 15 g contoh pirit (RP = 11), maka jumlah KNO3 yang
dibutuhkan supaya menghasilkan Pb button 30 g dihitung dengan cara berikut:
Pengaruh reduksi contoh 15 x 11
= 165 g
Berat Pb button
= 30 g
Ekivalen bijih yang akan teroksidsi
= 165 – 30
= 135 g
Jumlah KNO3 yang dibutuhkan
= 135/4,2
= 32,1 g
Tabel 1. Petunjuk untuk membuat campuran bahan imbuh dalam analisis berbagai bijih.
Jenis contoh
Contoh Na2CO3
PbO
SiO2
Na2B4O7 CaF2 Tepung
(g)
(g)
(g)
(g)
(g)
(g)
(g)
Premelting (untuk RP)
3
10
46
3
1
0
0
KNO3
(g)
0
Basalt
15
30
35
4-8
35
1
3,2
0
Tembaga sulfid
15
20
100
10
5
1
0
7,5
Dolomit
15
30
34
6
35
0
3,4
0
Batuan fluorit
15
25
40
15
8
0
3,0
0
Galena (RP = 3,41)
15
20
50
5
3
0
0
5,3
Hematit
15
25
60
12-15
7
1
3,8
0
Batuan kaolin
15
20
50
12
10
5
2,8
0
Magnetit
15
25
50
15
6
4
4,0
0
Bijih mangan
15
30
35
6-12
35
1
3,2
0
Pirit (RP = 10,56)
15
30
60
12
10
0
0
30
Pirhotit (RP = 5,89)
15
35
70
10
10
0
0
15
Kuarsa/Quatrz
15
20
40
0
3
0
3,0
0
Riolit
15
20
50
1
3
1
2,8
0
Pasir hitam
15
30
40
20
8
5
2,5-3,8
0
Spalerit (RP = 7,00)
15
30
90
12
10
0
0
18
Tuff
15
20
50
1
3
1
2,6-3,0
0
Prosiding PPIS 4 Juni 2015, Manado.
Hal 173-182
ISSN 0853-9677
Peleburan campuran contoh dan fluks dalam cawan dikerjakan dalam tanur
listrik pada temperatur sekitar 9000 C selama 15-20 menit, kemudian pada 1000 0C
selama 15-20 menit. Jika jumlah KNO3 ditambahkan cukup banyak atau pun bila
contoh banyak mengandung oksida besi, terdapat kemungkinan leburan mendidih.
Mengatasi kemungkinan tersebut maka penutup dapat menjadi solusi. Jika terlihat
terjadi percikan pintu perlu dibuka untuk sedikit mendinginkan leburan.
Ketika peleburan telah selesai, cawan diambil dari tanur dan leburan dituangkan
ke dalam cetakan besi yang berbentuk kerucut. Leburan Pb akan tenggelam di dasar
menempati kerucut sedangkan slag diatasnya. Apabila cetakan sudah cukup dingin,
dan leburan sudah membeku, Pb button dipisahkan dari slag yang menempel dengan
mengetuk-ngetuk button sampai berbentuk kubik. Sekarang siap pada tahapan
skorifikasi (dilakukan apabila button terlalu besar, dua atau lebih button akan
disatukan, jika contoh tinggi kadar Cu atau Ni) atau kupelasi.
Tabel 2. Potensial reduksi (RP) dan oksidasi (OP) berbagai material dan pereaksi
Material atau pereaksi
Tahapan
RP
OP
Tepung
10-11
-
FeS2
Pirit
11
-
PbS
Galena
3,4
-
Cu2S
Chalcocit
5
-
FeAsS
Arsenopirit
7
-
Sb2S3
Stibinit
7
-
CuFeS2
Kalkopirit
8
-
ZnS
Spalerit
8
-
FeS
Pirhotit
9
-
Fe
Logam besi
4-6
-
C
Karbon
18-25
-
Fe2O3
Hematit
-
1,3
MnO2
Pirolusit
-
2,4
Fe3O4
Magnetit
-
0,9
KNO3
Niter
-
4,2
berikutnya
adalah
skorifikasi,
pengoksidasian leburan
untuk
menghilangkan logam dasar dari Pb button dan/atau untuk mengurangi jumlah unsur
Pb pada Pb button. Proses ini bertujuan agar berat button berada pada kisaran 30 gr.
Prosiding PPIS 4 Juni 2015, Manado.
Hal 173-182
ISSN 0853-9677
Skorifikasi ini dikerjakan dengan campuran Na2B4O7 dan kuarsa sebagai fluks pada
cawan yang dangkal (skorifier). Proses skorifikasi dilakukan pada suhu 950 0C
dengan pintu tanur dibiarkan terbuka untuk mengalirkan udara luar masuk
mengoksidasi Pb menjadi PbO. Seluruh PbO diharapkan larut dalam slag bersamasama logam dasar lain seperti Cu dan Ni.
Kupelasi adalah proses untuk memisahkan Au dan Ag dari Pb merupakan
langkah selanjutnya. Proses terdiri dari oksidasi Pb menjadi PbO secara cepat pada
cawan kupel pada suhu sekitar 840 0C dalam tanur dengan pintu terbuka untuk
membiarkan udara masuk sebagai oksidator.
Pb-button ditempatkan pada cawan
kupel yang telah dipanaskan dan akan menyerap PbO yang terbentuk selama proses
kupelasi berlangsung. Emas, perak, maupun logam mulia lain akan tertinggal sebagai
pelet pada tengah-tengah cawan kupel. Pada proses ini perlu diwaspadai apabila
terdapat Cu, Ni dan logam transisi lain dalam jumlah cukup banyak pada Pb button,
logam mulia dapat hilang terserap kupel, karena itu tahapan skorifikasi perlu
dilakukan. Apabila temperatur kupelasi terlalu rendah PbO akan menjadi kerak,
sebaliknya jika terlalu tinggi Ag dapat menguap. Menjaga suhu pada proses kupelasi
perlu pengalaman, terutama untuk contoh yang tinggi kadar Ag-nya.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Awal penentuan temperatur dan waktu peleburan optimum dilakukan dengan
memanaskan contoh dan fluks dalam tanur, pada suhu di bawah hingga di atas suhu
peleburan yang telah diulas dibeberapa literatur terdahulu. Temperatur dinaikkan
beberapa puluh sampai seratus derajat Celsius, kemudian ditahan selama waktu
tertentu. Peleburan sempurna apabila hasilnya merah jernih tidak ada bayangan gelap.
Jika peleburan belum sempurna, temperatur dinaikan beberapa puluh derajat Celsius,
ditahan selama waktu tertentu, dan diamati leburannya. Rangkaian percobaan ini terus
dikerjakan sampai peleburan mencapai sempurna. Apabila suhu dan waktu peleburan
terhadap contoh tertentu diketahui, maka pada jenis contoh yang berbeda hanya
dilakukan pemanasan berdasarkan nilai sebelumnya. Hasil peleburan lalu diamati, jika
hasilnya sempurna maka kondisinya dapat disamakan dan jika belum temperatur
dinaikkan secara bertahap dan tiap tahap diamati hasil leburannya. Peleburan
dilakukan pada tungku yang sangat panas sehingga juga membutuhkan baju khusus
untuk mengerjakan fire assaying ini. Walaupun merupakan metoda yang
Prosiding PPIS 4 Juni 2015, Manado.
Hal 173-182
ISSN 0853-9677
membutuhkan waktu yang panjang, fire assay sangat dipercaya akibat hasil
grafimetrisnya yang sempurna (Raju, 2006).
Penentuan temperatur peleburan optimal yang penulis lakukan adalah dengan
cara memanaskan contoh yang sudah dicampur dengan fluks. Rentang smelting
(pelelehan) bahan terbaik dengan menggunakan ceramic crucible berada pada 9001100oC selama satu jam (Turan dan Yucel, 2011). Oleh karena itu, variabel
temperatur yang dipilih pada studi ini adalah 9000, 9500, 10000, dan 10500 C. Kondisi
tersebut dijalankan selama satu jam untuk kemudian diamati hasil leburannya.
Keadaan pengamatan dari leburan pada percobaan menyimpulkan bahwa temperatur
untuk memulai peleburan sempurna untuk contoh kuarsa adalah pada 10000 C dengan
waktu peleburan satu jam. Hal ini dapat diamati bahwa pada temperatur tersebut
leburan sudah bening merah membara tidak terlihat adanya bayangan gelap.
Beragam bahan pembuat fluks seperti telah diuraikan sebelumnya coba
divariasikan dengan tujuan mendapatkan komposisi terbaik. Reeves dan Brooks
(1978) menyebutkan bahwa fluks untuk jenis contoh kuarsa adalah campuran Na2CO3,
PbO, dan Na2B4O7. Bahan Na2CO3 berfungsi menghancurkan kuarsa dan mengikat
sulfida. Timbal (II) oksida (PbO) sebagai penghimpun logam mulia, sedangkan
penambahan Na2B407 bertujuan menurunkan titik lebur serta menghancurkan kuarsat
dan logam. Penulis menambahkan tepung untuk mereduksi PbO menjadi Pb. Studi ini
mengamati komposisi contoh dan bahan imbuh: contoh 15 gr, Na2CO3 sebanyak 20
gr, PbO 40 gr, sedangkan Na2B4O7 divariasikan antara 3-5 gr, dan tepung divasiasikan
antara 1-5 gr. Campuran ini ditambah larutan AgNO3 setara 8 mg Ag untuk
dihomogenkan. Contoh berikut fluks dimasukkan ke dalam fire clay pada tanur 7000
C dan dinaikkan sampai 10000 C.
Baju tahan panas dipakai untuk mengambil leburan. Hasil assaying kemudian
dituangkan pada cetakan besi berbentuk kerucut dimana Pb button akan menempati
bagian kerucut karena berat sedangkan slag (kaca) akan ada di atasnya. Pengamatan
menunjukkan bahwa komposisi tersebut menyebabkan leburan mudah dituang dan
pembekuannya tidak terlalu cepat sehingga pemindahan ke cetakan sempurna, dan
leburan yang menempel pada dasar maupun dinding fire clay sangat tipis.
Penambahan tepung sangat berpengaruh pada jumlah Pb button yang diperoleh,
dengan nilai yang dapat diamati pada Tabel 3. Pengaruh komposisi tepung tehadap
kualitas Pb-button tidak begitu jelas pengaruhnya. Demikian pula penambahan borak,
Prosiding PPIS 4 Juni 2015, Manado.
Hal 173-182
ISSN 0853-9677
bahan ini hanya sedikit menambah jumlah Pb-button walau masih terdapat data yang
menunjukkan hal sebaliknya.
Tabel 3. Pembuatan Pb-button dari jenis contoh kuarsa dengan berbagai komposisi bahan imbuh
(fluks).
No Contoh
Na2B4O7
Tepung
Pb button (gr)
Catatan
1.
Kuarsa
3
3
23,26
Masif agak kusam
2.
Kuarsa
5
3
24,34
Masif agak kusam
3.
Kuarsa
3
5
31,24
Masif agak kusam
4.
Kuarsa
5
5
31,51
Masif agak kusam
5.
Kuarsa + Au 10 ug
3
3
21,15
Masif agak kusam
6.
Kuarsa + Au 10 ug
5
3
20,80
Masif agak kusam
7.
Kuarsa + Au 10 ug
3
5
29,27
Masif agak kusam
8.
Kuarsa + Au 10 ug
5
5
30,93
Masif agak kusam
8.
Kuarsa + Au 40 ug
3
1
8,97
Masif agak kusam
10.
Kuarsa + Au 40 ug
5
1
7,606
Masif mengkilat
keputihan
Selanjutnya prill Ag diambil dengan tang/pinset, kemudian dipipihkan. Hasil
pengamatan tahap kupelasi tercantum pada Tabel 4. Data mengamatan mendapati
bahwa pada temperatur 850o C selama 45 menit sudah mulai terbentuk prill Ag dan
Pb-button meresap ke dalam cawan kupel. Pada jumlah Pb-button sekitar 30 gr cawan
kupel tidak dapat menampung luapan Pb yang mencair terlihat dari tanda adanya noda
Pb pada dinding luar cawan kupel, jumlah yang pas untuk ukuran kupel yang ada
sekitar 18 gr Pb-button. Berat prill Ag yang dihasilkan sekitar 8 mg sesuai dengan
jumlah yang ditambahkan. Hal ini menggambarkan pada proses pembuatan Pb-button
dan kupelasi tidak terlihat jelas adanya hilangnya Ag, yang bermakna bahwa proses
kupelasi berjalan cukup baik.
Penentu efektifitas assaying adalah recovery terhadap prosedur analisa. Penulis
memanfaatkan metoda AAS yang dimiliki oleh Laboratorium Geologi untuk
mengukur kondisi penambahan SRM (standard reference material) terhadap contoh
untuk kemudian menghitung recovery-nya. Hasil pengukuran kadar Au dalam contoh
dan % recovery dirangkum pada Tabel 5., dimana jumlah emas yang terukur yang
berasal dari bahan imbuh, pereaksi dan pasir kuarsa. Dari data pengukuran tersebut
dapat diduga bahwa gangguan analisis dari pengotor yang berasal dari bahan imbuh
Prosiding PPIS 4 Juni 2015, Manado.
Hal 173-182
ISSN 0853-9677
dan kotoran yang mungkin masih menempel pada prill-Ag tidak akan terlalu berarti.
Sedangkan hasil pengukuran terhadap contoh yang sudah ditambahkan sejumlah
tertentu standar Au menunjukkan bahwa terdapat kesesuaian yang sangat dekat untuk
penambahan Au yang kecil (10 µg) dengan recovery sekitar 90%. Pada penambahan
standar Au yang lebih besar (40 µg) terlihat adanya penurunan, dengan recovery 77%.
KESIMPULAN
Penelitian ini menyimpulkan bahwa kondisi optimum pada penentuan kadar
logam mulia dengan contoh uji kuarsa berjalan optimum pada temperatur 1000oC
dengan waktu peleburan satu jam. Komposisi fluks terbaik untuk bahan yang sama
adalah: 5 g boraks, 3 g tepung, 20 g Na2CO3, 40 g PbO dan 2 ml AgNO3 4 mg/ml.
Takaran tersebut berdasar pada jumlah contoh kuarsa sebesar 15 g. Kupelasi
dilakukan dengan meletakkan Pb-button pada cawan kupel yang telah dipanaskan
850o C dengan pintu terbuka sampai terbentuk prill Ag, yakni cukup dengan waktu 45
menit. Kondisi, campuran bahan dan kupelasi tersebut memberikan recovery sekitar
90-105% yang menandakan bahwa prosedur assaying ini telah mencapai efektifitas
yang baik.
Tabel 4. Kupelasi Pb-button Pada Berbagai Suhu
No
Contoh
Pb button (g)
700 0 C, 1jam
800 0 C, 1 jam
850 0 C, 45 menit
1.
Kuarsa
23,26
Pb masih tersisa
2.
Kuarsa
24,34
Pb masih tersisa
3.
Kuarsa
31,24
Pb masih tersisa
4.
Kuarsa
31,51
Pb masih tersisa
5.
Kuarsa + Au
10 ug
Kuarsa +
Au 10 ug
Kuarsa +
Au 10ug
Kuarsa + Au
10 ug
Kuarsa + Au
40 ug
Kuarsa + Au
40 ug
21,15
Pb masih tersisa
20,80
Pb masih tersisa
29,27
Pb masih tersisa
30,93
Pb masih tersisa
8,97
Pb masih tersisa
7,606
Pb masih tersisa
Pril teramati, tapi
Pb masih tersisa
Pril teramati, tapi
Pb masih tersisa
Pril teramati, tapi
Pb masih tersisa
Pril teramati, tapi
Pb masih tersisa
Pril teramati, tapi
Pb masih tersisa
Pril teramati, tapi
Pb masih tersisa
Pril teramati, tapi
Pb masih tersisa
Pril teramati, tapi
Pb masih tersisa
Pril teramati, tapi
Pb masih tersisa
Pril teramati, tapi
Pb masih tersisa
Pb meresap, 7,87 mg
prill
Pb meresap, 8,64 mg
prill
Pb meresap, 7,89 mg
prill
Pb meresap, 7,86 mg
prill
Pb meresap, 7,71 mg
prill
Pb meresap, 7,72 mg
prill
Pb meresap, 7,51 mg
prill
Pb meresap, 7,51 mg
prill
Pb meresap, 8,19 mg
prill
Pb meresap, 7,95 mg
prill
6.
7.
8.
9.
10.
Prosiding PPIS 4 Juni 2015, Manado.
Hal 173-182
ISSN 0853-9677
Tabel 5. Hasil pengukuran kadar Au dan penentuan % recovery dari contoh kuarsa
No
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Contoh
Kuarsa
Kuarsa
Kuarsa
Kuarsa
Kuarsa + Au 10 ug
Kuarsa + Au 10 ug
Kuarsa + Au 10 ug
Kuarsa + Au 10 ug
Kuarsa + Au 40 ug
Kuarsa + Au 40 ug
Na2B4O7
3
5
3
5
3
5
3
5
3
5
Tepung
3
3
5
5
3
3
5
5
1
1
Pb button (g)
23,26
24,34
31,24
31,51
21,15
20,80
29,27
30,93
8,97
7,606
Kadar Au (ug)
0,24
0,62
0,53
0,24
8,87
1,054
66,6
9,01
30,5
30,8
Recovery (%)
88,7
105,4
66,6
90,1
76,25
77
PUSTAKA
Baltrunas, G., Valiunieve, A., Vienozinskis, J., Gaidamauskas, E., Jankaukas,
T., Margarian, Z. 2008. Electrochemical gold deposition from sulfite solution:
application for subsequent polyaniline layer formation. Journal of Applied
Electrochemistry, v.38, hal. 1519-1529
Beamish, F.E. dan Van Loon, J.C. 1972. Recent Advances in the Analytical
Chemistry of Noble Metals, Pergamon, New York.
Bugbee, E.E. 1940. A Textbook of Fire assaying 3rd. Wiley, New York.
Galbacs, G., Jedlinzki, N., Cseh, G., Galbacs, Z. Dan Turi, L. 2008. Accurate
quantitative analysis of gold alloys using multi-pulse laser induced breakdown
spectroscopy and a correlation-based calibration method. Spectrochimica Acta, v.63
(B), hal. 591–597.
Irzon, R. dan Kurnia. 2013. Kondisi Temperatur, Waktu, dan pH Reaksi untuk
Mengoptimasi, Prosedur Standar Analisa, Platinum dengan Ekstraksi Atomic
Absorption Spectrometry. Jurnal Geologi dan Sumberdaya Mineral, v.14 (1), hal. 5158.
John, A.M. 1981. Rock and Mineral Analysis 2nd, John Wiley & Sons, New
York.
Juvonen, R., dan Vaananen, P.J. 1993. Determination of Gold in Geological
Materials by Atomic Absorption after Lead Fire Assay Separation. Geological Survey
of Finland, Report of Investigation, hal.13-16.
Martinón-Torres, M., Thomas, N., Rehren, T., dan Mongiatti A. 2008. Some
problems and potentials of the study of cupellation remains: the case of early modern
Montbéliard, France. ArcheoSciences, revue d’archéométrie, v. 32.
Raju, P.V.S. 2006. Comparison of Different Extraction Methods to Determine
Gold in Geological Samples. Journal of Scientific & Industrial Research, v.65, hal.
65-67.
Reeves, R.D. dan Brooks, R.R. 1978, Trace element analysis of Geological
Materials, Vol.51, John Wiley & Sons, New York.
Prosiding PPIS 4 Juni 2015, Manado.
Hal 173-182
ISSN 0853-9677
Ruffino, F., Grimaldi, M.G., Giannazzo, F., Roccaforte, F. dan Raineri, V. 2008.
Thermodynamic Properties of Supported and Embedded Metallic Nanocrystals: Gold
on/in SiO2. Nanoscale Research Letter, v.3, hal. 454-460.
Shinotsuka, K., Suzuki, K., dan Tatsumi, Y, 2003. Determination of platinum
Group elements using preconcentrationby nickel sulfide fire assay, followed by
tellurium coprecipitation. Institute for Frontier Research on Earth Evolution, v.1:
IFREE Report for 2001-2002, hal. 373 – 378.
Siregar, D.A., Kurnia, dan Irzon, R. 2012. Pengembangan Metode Analisis Zn
Terhadap SNI 13-6974-2003 (Analisis Cu,Pb, Zn, Fe, Mn dan Cd Dalam Batuan
Sulfida). Prosiding PPI Standardisasi, Jakarta November 2012, hal 109 – 117.
Supriadidjaja, A. 2007. Penentuan Kadar Emas (Au) Dan Perak (Ag) Metoda
Fire Assay: Perbandingan Hasil Analisis Peleburan Tungku Gas Terhadap Tungku
Solar. Jurnal Riset Geologi & Pertarnbangan, v.1 (1), hal. 51-59.
Turan, A. dan Yucel, O. 2011. The Effect of Iron dan Oxidizing Flux Addition
on The Fire Assay of Low Grade Pyritic Refractory Gold Ores. Journal of Mining and
Metallurgy, v.47(2 B), hal. 219-227.
Hal 173-182
ISSN 0853-9677
OPTIMASI KONDISI PELEBURAN, KOMPOSISI FLUKS DAN
KUPELASI FIRE ASSAYING UNTUK MENENTUKAN KADAR
LOGAM MULIA DALAM CONTOH KUARSA
Oleh: Ronaldo Irzon dan Kurnia
Laboratorium Geologi – Pusat Survei Geologi
e-mail: ronaldo_irzon@yahoo.com
ABSTRAK
Laboratorium Geologi terus meningkatkan kemampuan dalam mengembangkan ilmu
kebumian di Indonesia dengan pengadaan perangkat uji up to date selain juga kualitas
sumber daya manusianya. Fasilitas fire assay, sebuah metoda yang telah begitu lama
dipergunakan manusia, tersedia untuk memfokuskan penelitian terhadap kandungan
logam mulia. Penelitian ini menguraikan optimasi pengujian berupa temperatur dan
waktu assaying, penentuan komposisi fluks dan keadaan kupelasi terbaik pada
penentuan kadar logam mulia dalam contoh kuarsa. Temperatur 1000oC selama satu
jam dibutuhkan untuk melebur seluruh bahan, dengan kupelasi dilakukan pada 850oC
dengan pintu tungku dibiarkan terbuka hingga terbentuk prill Ag. Recovery pengujian
diukur menggunakan perangkat AAS dan menunjukkan bahwa optimasi terhadap tiga
faktor tadi menghasilkan nilai recovery 90-110%. Pencapaian ini menunjukkan bahwa
studi ini telah mencapai efektifitas yang baik. Penelitian ini dapat dimajukan lebih
jauh agar dapat diproses sebagai metoda standar nasional.
Kata kunci: emas, fire assay, fluks, kupelasi, prill, kuarsa
ABSTRACT
Laboratorium Geologi is continuously improving the ability to develop geoscience in
Indonesia with the procurement of up to date test devices as well as the quality of
human resources. Fire assay facility, a method that has so long been used human,
could be used for research focusing on the precious metal content. This research
outlines the optimization of assaying temperature and time, flux composition,
cupellation condition to determine precious metals content in quartz sample. The
temperature of 1000o C for one hour was needed to melt the entire material, while
cupellation performed in 850oC with open stove to form Ag prills. Recovery test is
measured using AAS devices and shows that the optimization of the three factors
Prosiding PPIS 4 Juni 2015, Manado.
Hal 173-182
ISSN 0853-9677
resulted in 90-110% recovery rate. The result shows that this study has achieved good
effectiveness. This study can be further promoted in order to be processed as a
national standard method.
Key words: cupellation, fire assay, fluxs, gold, prill, quartz
PENDAHULUAN
Pusat Survei Geologi telah mencanangkan pengembangan Laboratorium
Geologi yang dimilikinya agar menjadi laboratorium pengembangan ilmu kebumian
bertaraf nasional. Visi demikian mendorong wahana uji ini melengkapi diri dengan
perangkat uji mutakhir, kualitas sumber daya manusia yang baik, dan standarisasi
prosedur pengujian yang tangguh. Laboratorium ini telah menghasilkan beragam
optimasi metoda uji standar nasional yang telah dioptimasi dengan hasil yang telah
terpublikasi (Siregar drr., 2012; Irzon dan Kurnia, 2013). Wilayah pengukuran logam
mulia dipertajam dengan menghadirkan perangkat peleburan bertemperatur sangat
tinggi, yang dikenal sebagai fire assay. Uji coba serta aplikasinya dalam analisis perlu
diujikan agar hasil keluarannya mempunyai tingkat validasi yang baik.
Validitas data tentu memerlukan beberapa aspek teknis yang perlu dikuasai dan
kemudian dapat dikembangkan. Aspek-aspek teknis tersebut antara lain: penguasaan
pemakaian peralatan, mengetahui komposisi bahan imbuh (fluks) yang tepat untuk
material geologi tertentu, mengetahui suhu dan waktu pemanasan dalam setiap
tahapan dan teknik analisis dari hasil isolasi logam mulia. Selain aspek teknis, perihal
kalibrasi perangkat uji maupun sertifikasi personal laboratorium tentu juga merupakan
hal penting. Namun tulisan ini lebih mengkhususkan pembahasan terhadap aspek
teknis yang berpengaruh terhadap ketepatan pengujian.
Salah satu cara untuk melihat apakah suatu rangkaian proses dalam analisis
berhasil dengan baik adalah dengan menentukan %recovery. Nilai ini diperoleh
melalui analisis terhadap contoh dan contoh yang sudah ditambahkan unsur yang
dianalisis dengan jumlah yang sudah diketahui. Selisih antara jumlah unsur dalam
contoh yang sudah ditambah standard dengan jumlah unsur dalam contoh dibagi
jumlah unsur standar yang ditambahkan dikalikan 100% adalah recovery. Efektifitas
dan efisiensi metoda sebanding dengan nilai recovery.
Prosiding PPIS 4 Juni 2015, Manado.
Hal 173-182
ISSN 0853-9677
TINJAUAN PUSTAKA
Sebagai logam mulia, emas telah dikenal dan digunakan sebagai alat tukar jauh
sebelum manusia mengenal uang. Logam emas murni berwarna kuning, tetapi jika
membentuk paduan dengan logam lain, warnanya berubah menjadi kuning pucat
sampai keputihan. Keberadaan emas dalam bijih primer umumnya berasosiasi dengan
beberapa mineral sulfida dan oksida seperti pirit (FeS2), kalkopirit (CuFeS2), kuarsa
(Si02), dan rutil (TiO2) (Supriadidjaja, 2007; Ruffino drr., 2008). Akibat pentingnya
nilai logam ini, beragam metoda telah dikembangkan untuk mengukur hingga
memurnikan emas. Permukaan logam mulia bahkan telah dapat dioksidasi secara
elektrokimia untuk dijadikan sumber energi, bahan akumulator, maupun bio-sensor
(Baltrunas drr., 2008)
Fire assay merupakan suatu metode untuk mengisolasi logam mulia (Au, Ag,
Pt, Ir, Ru dan Os) dari matriknya melalui teknik peleburan, bahkan hingga >1000 0C.
Shinotsuka drr. (2003) menjelaskan bahwa teknik ini bahkan telah dipakai sejak 4000
SM. Peleburan ini meggunakan campuran bahan-bahan imbuh kimia (fluks).
Selanjutnya hasil isolasi ini ditentukan jumlahnya melalui penimbangan pada contoh
dengan kadar logam mulia tinggi. Pada sampel dengan kadar rendah, contoh hasil
assaying (peleburan) dilanjutkan dengan analisis dengan berbagai alat, seperti:
ETAAS
(electro
thermal
atomic
absorption
spectroscopies),
ICP-AES/MS
(inductively coupled plasma–atomic emission spectrometry/mass spectrometry), AAS
(atomic absorbance spectrometry), maupun XRF (X-Ray Fluorescence) (Galbacs drr.,
2008)
Terdapat beberapa informasi dasar yang harus diketahui sebelum melakukan
percobaan fire assay. Aspek tersebut antara lain mengenai proses-proses pemanasan
dalam pengumpulan dan pemisahan emas, bahan-bahan imbuh yang dipakai dalam
peleburan dan teknik analisis setelah emas dipisahkan. Secara garis besar terdapat dua
langkah dalam pemanasan yaitu pertama peleburan contoh dengan bahan imbuh untuk
menghasilkan Pb-button dan kedua oksidasi Pb-button menghasilkan prill Ag pada
kupelasi. Bahan imbuh (fluks) yang dipakai sangat spesifik tergantung pada jenis
contoh geologi yang diperiksa. Terdapat beberapa jenis bahan kimia yang biasa
dipakai sebagai campuran fluks (John, 1981; Beamish dan van Loon, 1972; Junoven
dan Vaananen, 1993), antara lain: Na2CO3, PbO, SiO2, Na2B4O7, CaF2, KNO3, dan
tepung.
Prosiding PPIS 4 Juni 2015, Manado.
Hal 173-182
ISSN 0853-9677
Sodium karbonat (Na2CO3) merupakan bahan yang bersifat basa kuat, bereaksi
dengan contoh membentuk alkali sulfid, aluminat dan kuarsat. Oksidator dan
penghilang sulfur adalah sifat berikutnya dari sodium karbonat. Sifat basa timbal (II)
oksida (PbO) lebih lemah dari sodium karbonat, namun masih baik sebagai oksidator
sulfur (Martinon-Torres drr., 2008). Ketika PbO terredukasi dalam leburan
menghasilkan Pb yang bertindak sebagai penghimpun logam mulia. Silikon dioksida
(SiO2) merupakan bahan yang sangat lazim terdapat pada batuan, bersifat asam kuat
yang akan membentuk kuarsat dangan oksida logam. SiO2 ditambahkan apabila bijih
rendah kadar kuarsatnya sehingga mengghasilkan leburan yang lebih cair dan
melindungi cawan dari serangan PbO.
Boraks (Na2B4O7) pun merupakan asam kuat, mampu melarutkan semua oksida
logam. Kemampuan menurunkan titik lebur pada proses fire assay merupakan
kelebihan lain dari boraks. Fluiditas dari leburan dapat diatur menggunakan kalsium
florit (CaF2) yang digunakan apabila contoh mempunyai kandungan Al lebih dari 1%.
Sebagai sumber C, tepung berguna dalam reduksi PbO menjadi Pb yang penting
dalam menghimpun logam mulia. Kalium nitrat (KNO3) dengan kandungan
oksigennya memiliki keutamaan untuk mengoksidasi sulfida dalam bijih yang tinggi
kadar sulfidanya.
MAKSUD PENELITIAN
Studi ini bermaksud untuk mengoptimasi teknik fire assay untuk memeriksa
kadar emas pada contoh kuarsa. Optimasi dilakukan terhadap variabel waktu dan
temperatur kupelasi, maupun komposisi bahan dalam pembentukan fluks. Persen
recovery kemudian dijadikan acuan untuk menilai optimasi keadaan fire assay.
Prosedur operasi standard merupakan final pencapaian tujuan studi ini. Hasil yang
diperoleh dapat dimajukan lebih jauh agar dapat diproses dengan pengujian oleh
sebagai metoda standar nasional
METODA PENGUJIAN
Sebagai tuntunan dalam menentukan campuran fluks yang akan dipakai untuk
analisis berbagai bijih dapat dilihat pada Tabel 1. Tahap pertama adalah menentukan
potensial reduksi (RP) dari contoh melalui peleburan pendahuluan, seperti tercantum
Prosiding PPIS 4 Juni 2015, Manado.
Hal 173-182
ISSN 0853-9677
pada Tabel 1. Jika 3 gr contoh dilebur dengan campuran fluks pada tabel,
menghasilkan Pb button 15 g maka potensial reduksi (RP) adalah 15 : 3 = 5. Nilai RP
dari berbagai bahan dapat dilihat pada Tabel 2. Begitu juga dengan potensial oksidasi
(OP). Bila kekuatan oksidasi KNO3 sebesar 4,2, berarti 1 gr KNO3 akan mengoksidasi
4,2 gr Pb). Sebagai contoh dari penggunaan nilai-nilai ini adalah apabila ingin
mengukur kadar Au dan Ag 15 g contoh pirit (RP = 11), maka jumlah KNO3 yang
dibutuhkan supaya menghasilkan Pb button 30 g dihitung dengan cara berikut:
Pengaruh reduksi contoh 15 x 11
= 165 g
Berat Pb button
= 30 g
Ekivalen bijih yang akan teroksidsi
= 165 – 30
= 135 g
Jumlah KNO3 yang dibutuhkan
= 135/4,2
= 32,1 g
Tabel 1. Petunjuk untuk membuat campuran bahan imbuh dalam analisis berbagai bijih.
Jenis contoh
Contoh Na2CO3
PbO
SiO2
Na2B4O7 CaF2 Tepung
(g)
(g)
(g)
(g)
(g)
(g)
(g)
Premelting (untuk RP)
3
10
46
3
1
0
0
KNO3
(g)
0
Basalt
15
30
35
4-8
35
1
3,2
0
Tembaga sulfid
15
20
100
10
5
1
0
7,5
Dolomit
15
30
34
6
35
0
3,4
0
Batuan fluorit
15
25
40
15
8
0
3,0
0
Galena (RP = 3,41)
15
20
50
5
3
0
0
5,3
Hematit
15
25
60
12-15
7
1
3,8
0
Batuan kaolin
15
20
50
12
10
5
2,8
0
Magnetit
15
25
50
15
6
4
4,0
0
Bijih mangan
15
30
35
6-12
35
1
3,2
0
Pirit (RP = 10,56)
15
30
60
12
10
0
0
30
Pirhotit (RP = 5,89)
15
35
70
10
10
0
0
15
Kuarsa/Quatrz
15
20
40
0
3
0
3,0
0
Riolit
15
20
50
1
3
1
2,8
0
Pasir hitam
15
30
40
20
8
5
2,5-3,8
0
Spalerit (RP = 7,00)
15
30
90
12
10
0
0
18
Tuff
15
20
50
1
3
1
2,6-3,0
0
Prosiding PPIS 4 Juni 2015, Manado.
Hal 173-182
ISSN 0853-9677
Peleburan campuran contoh dan fluks dalam cawan dikerjakan dalam tanur
listrik pada temperatur sekitar 9000 C selama 15-20 menit, kemudian pada 1000 0C
selama 15-20 menit. Jika jumlah KNO3 ditambahkan cukup banyak atau pun bila
contoh banyak mengandung oksida besi, terdapat kemungkinan leburan mendidih.
Mengatasi kemungkinan tersebut maka penutup dapat menjadi solusi. Jika terlihat
terjadi percikan pintu perlu dibuka untuk sedikit mendinginkan leburan.
Ketika peleburan telah selesai, cawan diambil dari tanur dan leburan dituangkan
ke dalam cetakan besi yang berbentuk kerucut. Leburan Pb akan tenggelam di dasar
menempati kerucut sedangkan slag diatasnya. Apabila cetakan sudah cukup dingin,
dan leburan sudah membeku, Pb button dipisahkan dari slag yang menempel dengan
mengetuk-ngetuk button sampai berbentuk kubik. Sekarang siap pada tahapan
skorifikasi (dilakukan apabila button terlalu besar, dua atau lebih button akan
disatukan, jika contoh tinggi kadar Cu atau Ni) atau kupelasi.
Tabel 2. Potensial reduksi (RP) dan oksidasi (OP) berbagai material dan pereaksi
Material atau pereaksi
Tahapan
RP
OP
Tepung
10-11
-
FeS2
Pirit
11
-
PbS
Galena
3,4
-
Cu2S
Chalcocit
5
-
FeAsS
Arsenopirit
7
-
Sb2S3
Stibinit
7
-
CuFeS2
Kalkopirit
8
-
ZnS
Spalerit
8
-
FeS
Pirhotit
9
-
Fe
Logam besi
4-6
-
C
Karbon
18-25
-
Fe2O3
Hematit
-
1,3
MnO2
Pirolusit
-
2,4
Fe3O4
Magnetit
-
0,9
KNO3
Niter
-
4,2
berikutnya
adalah
skorifikasi,
pengoksidasian leburan
untuk
menghilangkan logam dasar dari Pb button dan/atau untuk mengurangi jumlah unsur
Pb pada Pb button. Proses ini bertujuan agar berat button berada pada kisaran 30 gr.
Prosiding PPIS 4 Juni 2015, Manado.
Hal 173-182
ISSN 0853-9677
Skorifikasi ini dikerjakan dengan campuran Na2B4O7 dan kuarsa sebagai fluks pada
cawan yang dangkal (skorifier). Proses skorifikasi dilakukan pada suhu 950 0C
dengan pintu tanur dibiarkan terbuka untuk mengalirkan udara luar masuk
mengoksidasi Pb menjadi PbO. Seluruh PbO diharapkan larut dalam slag bersamasama logam dasar lain seperti Cu dan Ni.
Kupelasi adalah proses untuk memisahkan Au dan Ag dari Pb merupakan
langkah selanjutnya. Proses terdiri dari oksidasi Pb menjadi PbO secara cepat pada
cawan kupel pada suhu sekitar 840 0C dalam tanur dengan pintu terbuka untuk
membiarkan udara masuk sebagai oksidator.
Pb-button ditempatkan pada cawan
kupel yang telah dipanaskan dan akan menyerap PbO yang terbentuk selama proses
kupelasi berlangsung. Emas, perak, maupun logam mulia lain akan tertinggal sebagai
pelet pada tengah-tengah cawan kupel. Pada proses ini perlu diwaspadai apabila
terdapat Cu, Ni dan logam transisi lain dalam jumlah cukup banyak pada Pb button,
logam mulia dapat hilang terserap kupel, karena itu tahapan skorifikasi perlu
dilakukan. Apabila temperatur kupelasi terlalu rendah PbO akan menjadi kerak,
sebaliknya jika terlalu tinggi Ag dapat menguap. Menjaga suhu pada proses kupelasi
perlu pengalaman, terutama untuk contoh yang tinggi kadar Ag-nya.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Awal penentuan temperatur dan waktu peleburan optimum dilakukan dengan
memanaskan contoh dan fluks dalam tanur, pada suhu di bawah hingga di atas suhu
peleburan yang telah diulas dibeberapa literatur terdahulu. Temperatur dinaikkan
beberapa puluh sampai seratus derajat Celsius, kemudian ditahan selama waktu
tertentu. Peleburan sempurna apabila hasilnya merah jernih tidak ada bayangan gelap.
Jika peleburan belum sempurna, temperatur dinaikan beberapa puluh derajat Celsius,
ditahan selama waktu tertentu, dan diamati leburannya. Rangkaian percobaan ini terus
dikerjakan sampai peleburan mencapai sempurna. Apabila suhu dan waktu peleburan
terhadap contoh tertentu diketahui, maka pada jenis contoh yang berbeda hanya
dilakukan pemanasan berdasarkan nilai sebelumnya. Hasil peleburan lalu diamati, jika
hasilnya sempurna maka kondisinya dapat disamakan dan jika belum temperatur
dinaikkan secara bertahap dan tiap tahap diamati hasil leburannya. Peleburan
dilakukan pada tungku yang sangat panas sehingga juga membutuhkan baju khusus
untuk mengerjakan fire assaying ini. Walaupun merupakan metoda yang
Prosiding PPIS 4 Juni 2015, Manado.
Hal 173-182
ISSN 0853-9677
membutuhkan waktu yang panjang, fire assay sangat dipercaya akibat hasil
grafimetrisnya yang sempurna (Raju, 2006).
Penentuan temperatur peleburan optimal yang penulis lakukan adalah dengan
cara memanaskan contoh yang sudah dicampur dengan fluks. Rentang smelting
(pelelehan) bahan terbaik dengan menggunakan ceramic crucible berada pada 9001100oC selama satu jam (Turan dan Yucel, 2011). Oleh karena itu, variabel
temperatur yang dipilih pada studi ini adalah 9000, 9500, 10000, dan 10500 C. Kondisi
tersebut dijalankan selama satu jam untuk kemudian diamati hasil leburannya.
Keadaan pengamatan dari leburan pada percobaan menyimpulkan bahwa temperatur
untuk memulai peleburan sempurna untuk contoh kuarsa adalah pada 10000 C dengan
waktu peleburan satu jam. Hal ini dapat diamati bahwa pada temperatur tersebut
leburan sudah bening merah membara tidak terlihat adanya bayangan gelap.
Beragam bahan pembuat fluks seperti telah diuraikan sebelumnya coba
divariasikan dengan tujuan mendapatkan komposisi terbaik. Reeves dan Brooks
(1978) menyebutkan bahwa fluks untuk jenis contoh kuarsa adalah campuran Na2CO3,
PbO, dan Na2B4O7. Bahan Na2CO3 berfungsi menghancurkan kuarsa dan mengikat
sulfida. Timbal (II) oksida (PbO) sebagai penghimpun logam mulia, sedangkan
penambahan Na2B407 bertujuan menurunkan titik lebur serta menghancurkan kuarsat
dan logam. Penulis menambahkan tepung untuk mereduksi PbO menjadi Pb. Studi ini
mengamati komposisi contoh dan bahan imbuh: contoh 15 gr, Na2CO3 sebanyak 20
gr, PbO 40 gr, sedangkan Na2B4O7 divariasikan antara 3-5 gr, dan tepung divasiasikan
antara 1-5 gr. Campuran ini ditambah larutan AgNO3 setara 8 mg Ag untuk
dihomogenkan. Contoh berikut fluks dimasukkan ke dalam fire clay pada tanur 7000
C dan dinaikkan sampai 10000 C.
Baju tahan panas dipakai untuk mengambil leburan. Hasil assaying kemudian
dituangkan pada cetakan besi berbentuk kerucut dimana Pb button akan menempati
bagian kerucut karena berat sedangkan slag (kaca) akan ada di atasnya. Pengamatan
menunjukkan bahwa komposisi tersebut menyebabkan leburan mudah dituang dan
pembekuannya tidak terlalu cepat sehingga pemindahan ke cetakan sempurna, dan
leburan yang menempel pada dasar maupun dinding fire clay sangat tipis.
Penambahan tepung sangat berpengaruh pada jumlah Pb button yang diperoleh,
dengan nilai yang dapat diamati pada Tabel 3. Pengaruh komposisi tepung tehadap
kualitas Pb-button tidak begitu jelas pengaruhnya. Demikian pula penambahan borak,
Prosiding PPIS 4 Juni 2015, Manado.
Hal 173-182
ISSN 0853-9677
bahan ini hanya sedikit menambah jumlah Pb-button walau masih terdapat data yang
menunjukkan hal sebaliknya.
Tabel 3. Pembuatan Pb-button dari jenis contoh kuarsa dengan berbagai komposisi bahan imbuh
(fluks).
No Contoh
Na2B4O7
Tepung
Pb button (gr)
Catatan
1.
Kuarsa
3
3
23,26
Masif agak kusam
2.
Kuarsa
5
3
24,34
Masif agak kusam
3.
Kuarsa
3
5
31,24
Masif agak kusam
4.
Kuarsa
5
5
31,51
Masif agak kusam
5.
Kuarsa + Au 10 ug
3
3
21,15
Masif agak kusam
6.
Kuarsa + Au 10 ug
5
3
20,80
Masif agak kusam
7.
Kuarsa + Au 10 ug
3
5
29,27
Masif agak kusam
8.
Kuarsa + Au 10 ug
5
5
30,93
Masif agak kusam
8.
Kuarsa + Au 40 ug
3
1
8,97
Masif agak kusam
10.
Kuarsa + Au 40 ug
5
1
7,606
Masif mengkilat
keputihan
Selanjutnya prill Ag diambil dengan tang/pinset, kemudian dipipihkan. Hasil
pengamatan tahap kupelasi tercantum pada Tabel 4. Data mengamatan mendapati
bahwa pada temperatur 850o C selama 45 menit sudah mulai terbentuk prill Ag dan
Pb-button meresap ke dalam cawan kupel. Pada jumlah Pb-button sekitar 30 gr cawan
kupel tidak dapat menampung luapan Pb yang mencair terlihat dari tanda adanya noda
Pb pada dinding luar cawan kupel, jumlah yang pas untuk ukuran kupel yang ada
sekitar 18 gr Pb-button. Berat prill Ag yang dihasilkan sekitar 8 mg sesuai dengan
jumlah yang ditambahkan. Hal ini menggambarkan pada proses pembuatan Pb-button
dan kupelasi tidak terlihat jelas adanya hilangnya Ag, yang bermakna bahwa proses
kupelasi berjalan cukup baik.
Penentu efektifitas assaying adalah recovery terhadap prosedur analisa. Penulis
memanfaatkan metoda AAS yang dimiliki oleh Laboratorium Geologi untuk
mengukur kondisi penambahan SRM (standard reference material) terhadap contoh
untuk kemudian menghitung recovery-nya. Hasil pengukuran kadar Au dalam contoh
dan % recovery dirangkum pada Tabel 5., dimana jumlah emas yang terukur yang
berasal dari bahan imbuh, pereaksi dan pasir kuarsa. Dari data pengukuran tersebut
dapat diduga bahwa gangguan analisis dari pengotor yang berasal dari bahan imbuh
Prosiding PPIS 4 Juni 2015, Manado.
Hal 173-182
ISSN 0853-9677
dan kotoran yang mungkin masih menempel pada prill-Ag tidak akan terlalu berarti.
Sedangkan hasil pengukuran terhadap contoh yang sudah ditambahkan sejumlah
tertentu standar Au menunjukkan bahwa terdapat kesesuaian yang sangat dekat untuk
penambahan Au yang kecil (10 µg) dengan recovery sekitar 90%. Pada penambahan
standar Au yang lebih besar (40 µg) terlihat adanya penurunan, dengan recovery 77%.
KESIMPULAN
Penelitian ini menyimpulkan bahwa kondisi optimum pada penentuan kadar
logam mulia dengan contoh uji kuarsa berjalan optimum pada temperatur 1000oC
dengan waktu peleburan satu jam. Komposisi fluks terbaik untuk bahan yang sama
adalah: 5 g boraks, 3 g tepung, 20 g Na2CO3, 40 g PbO dan 2 ml AgNO3 4 mg/ml.
Takaran tersebut berdasar pada jumlah contoh kuarsa sebesar 15 g. Kupelasi
dilakukan dengan meletakkan Pb-button pada cawan kupel yang telah dipanaskan
850o C dengan pintu terbuka sampai terbentuk prill Ag, yakni cukup dengan waktu 45
menit. Kondisi, campuran bahan dan kupelasi tersebut memberikan recovery sekitar
90-105% yang menandakan bahwa prosedur assaying ini telah mencapai efektifitas
yang baik.
Tabel 4. Kupelasi Pb-button Pada Berbagai Suhu
No
Contoh
Pb button (g)
700 0 C, 1jam
800 0 C, 1 jam
850 0 C, 45 menit
1.
Kuarsa
23,26
Pb masih tersisa
2.
Kuarsa
24,34
Pb masih tersisa
3.
Kuarsa
31,24
Pb masih tersisa
4.
Kuarsa
31,51
Pb masih tersisa
5.
Kuarsa + Au
10 ug
Kuarsa +
Au 10 ug
Kuarsa +
Au 10ug
Kuarsa + Au
10 ug
Kuarsa + Au
40 ug
Kuarsa + Au
40 ug
21,15
Pb masih tersisa
20,80
Pb masih tersisa
29,27
Pb masih tersisa
30,93
Pb masih tersisa
8,97
Pb masih tersisa
7,606
Pb masih tersisa
Pril teramati, tapi
Pb masih tersisa
Pril teramati, tapi
Pb masih tersisa
Pril teramati, tapi
Pb masih tersisa
Pril teramati, tapi
Pb masih tersisa
Pril teramati, tapi
Pb masih tersisa
Pril teramati, tapi
Pb masih tersisa
Pril teramati, tapi
Pb masih tersisa
Pril teramati, tapi
Pb masih tersisa
Pril teramati, tapi
Pb masih tersisa
Pril teramati, tapi
Pb masih tersisa
Pb meresap, 7,87 mg
prill
Pb meresap, 8,64 mg
prill
Pb meresap, 7,89 mg
prill
Pb meresap, 7,86 mg
prill
Pb meresap, 7,71 mg
prill
Pb meresap, 7,72 mg
prill
Pb meresap, 7,51 mg
prill
Pb meresap, 7,51 mg
prill
Pb meresap, 8,19 mg
prill
Pb meresap, 7,95 mg
prill
6.
7.
8.
9.
10.
Prosiding PPIS 4 Juni 2015, Manado.
Hal 173-182
ISSN 0853-9677
Tabel 5. Hasil pengukuran kadar Au dan penentuan % recovery dari contoh kuarsa
No
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Contoh
Kuarsa
Kuarsa
Kuarsa
Kuarsa
Kuarsa + Au 10 ug
Kuarsa + Au 10 ug
Kuarsa + Au 10 ug
Kuarsa + Au 10 ug
Kuarsa + Au 40 ug
Kuarsa + Au 40 ug
Na2B4O7
3
5
3
5
3
5
3
5
3
5
Tepung
3
3
5
5
3
3
5
5
1
1
Pb button (g)
23,26
24,34
31,24
31,51
21,15
20,80
29,27
30,93
8,97
7,606
Kadar Au (ug)
0,24
0,62
0,53
0,24
8,87
1,054
66,6
9,01
30,5
30,8
Recovery (%)
88,7
105,4
66,6
90,1
76,25
77
PUSTAKA
Baltrunas, G., Valiunieve, A., Vienozinskis, J., Gaidamauskas, E., Jankaukas,
T., Margarian, Z. 2008. Electrochemical gold deposition from sulfite solution:
application for subsequent polyaniline layer formation. Journal of Applied
Electrochemistry, v.38, hal. 1519-1529
Beamish, F.E. dan Van Loon, J.C. 1972. Recent Advances in the Analytical
Chemistry of Noble Metals, Pergamon, New York.
Bugbee, E.E. 1940. A Textbook of Fire assaying 3rd. Wiley, New York.
Galbacs, G., Jedlinzki, N., Cseh, G., Galbacs, Z. Dan Turi, L. 2008. Accurate
quantitative analysis of gold alloys using multi-pulse laser induced breakdown
spectroscopy and a correlation-based calibration method. Spectrochimica Acta, v.63
(B), hal. 591–597.
Irzon, R. dan Kurnia. 2013. Kondisi Temperatur, Waktu, dan pH Reaksi untuk
Mengoptimasi, Prosedur Standar Analisa, Platinum dengan Ekstraksi Atomic
Absorption Spectrometry. Jurnal Geologi dan Sumberdaya Mineral, v.14 (1), hal. 5158.
John, A.M. 1981. Rock and Mineral Analysis 2nd, John Wiley & Sons, New
York.
Juvonen, R., dan Vaananen, P.J. 1993. Determination of Gold in Geological
Materials by Atomic Absorption after Lead Fire Assay Separation. Geological Survey
of Finland, Report of Investigation, hal.13-16.
Martinón-Torres, M., Thomas, N., Rehren, T., dan Mongiatti A. 2008. Some
problems and potentials of the study of cupellation remains: the case of early modern
Montbéliard, France. ArcheoSciences, revue d’archéométrie, v. 32.
Raju, P.V.S. 2006. Comparison of Different Extraction Methods to Determine
Gold in Geological Samples. Journal of Scientific & Industrial Research, v.65, hal.
65-67.
Reeves, R.D. dan Brooks, R.R. 1978, Trace element analysis of Geological
Materials, Vol.51, John Wiley & Sons, New York.
Prosiding PPIS 4 Juni 2015, Manado.
Hal 173-182
ISSN 0853-9677
Ruffino, F., Grimaldi, M.G., Giannazzo, F., Roccaforte, F. dan Raineri, V. 2008.
Thermodynamic Properties of Supported and Embedded Metallic Nanocrystals: Gold
on/in SiO2. Nanoscale Research Letter, v.3, hal. 454-460.
Shinotsuka, K., Suzuki, K., dan Tatsumi, Y, 2003. Determination of platinum
Group elements using preconcentrationby nickel sulfide fire assay, followed by
tellurium coprecipitation. Institute for Frontier Research on Earth Evolution, v.1:
IFREE Report for 2001-2002, hal. 373 – 378.
Siregar, D.A., Kurnia, dan Irzon, R. 2012. Pengembangan Metode Analisis Zn
Terhadap SNI 13-6974-2003 (Analisis Cu,Pb, Zn, Fe, Mn dan Cd Dalam Batuan
Sulfida). Prosiding PPI Standardisasi, Jakarta November 2012, hal 109 – 117.
Supriadidjaja, A. 2007. Penentuan Kadar Emas (Au) Dan Perak (Ag) Metoda
Fire Assay: Perbandingan Hasil Analisis Peleburan Tungku Gas Terhadap Tungku
Solar. Jurnal Riset Geologi & Pertarnbangan, v.1 (1), hal. 51-59.
Turan, A. dan Yucel, O. 2011. The Effect of Iron dan Oxidizing Flux Addition
on The Fire Assay of Low Grade Pyritic Refractory Gold Ores. Journal of Mining and
Metallurgy, v.47(2 B), hal. 219-227.