Air Asam Tambang – Indonesia

[Artikel] Pengaruh pelapukan batuan – Candra Nugraha

Pengaruh pelapukan batuan terhadap pembentukan air asam tambang

Oleh : Candra Nugraha

 

 

 

Abstrak

Partikel kecil sebagai hasil dari proses pelapukan batuan yang mengandung mineral sulphida mempunyai peran ganda dalam suatu sistem lapisan batuan di tempat penimbunan. Terbentuknya partikel yang lebih kecil dapat meningkatkan kecepatan oksidasi mineral sulphida, namun di sisi lain, partikel kecil mempunya peran penting dalam menurunkan tingkat permeabilitas lapisan.

Hasil kajian menunjukkan adanya peran penting dari kedua aspek tersebut dalam upaya pencegahan pembentukan air asam tambang (AAT) di timbunan, yang perlu dipertimbangkan dalam perencanaan pengelolaan batuan penutup (overburden) secara keseluruhan. Hal ini sangat penting mengingat kondisi iklim sebagian besar tambang di Indonesia yang memiliki curah hujan dan temperatur yang tinggi, yang merupakan faktor penting bagi terciptanya kondisi basah – kering, merupakan pemicu terjadinya pelapukan batuan.

 

 

1. Pendahuluan

Ada dua kategori proses pelapukan, yaitu secara fisik dan secara kimia, dan keduanya saling mendukung untuk memecah batuan dan mineral menjadi ukuran yang lebih kecil dan lebih stabil. Lebih lanjut, Nelson (2008) menyebutkan bahwa mineral dalam batuan bereaksi dengan lingkungan baru untuk menghasilkan mineral baru yang stabil dalam kondisi dekat permukaan, terutama karena perubahan kondisi suhu dan tekanan, dan adanya oksigen. Air dapat bertindak sebagai agen utama yang berperan dalam reaksi kimia pelapukan. Jenis-jenis reaksi kimia pelapukan adalah hidrolisis, pencucian, oksidasi, dehidrasi, dan pembubaran lengkap. Meningkatkannya luas permukaan reaktif batuan mengandung sulfida akan mempengaruhi proses kimia dari pembentukan air asam tambang (AAT). Proses pembentukan AAT akan cepat karena kondisi fisik batuan yang tergolong batuan lunak, yang berarti bahwa batu itu secara fisik mudah untuk pecah/lapuk sehingga meningkatkan total luas permukaan reaktif untuk reaksi kimia.

 

Sebuah investigasi dilakukan di daerah penimbunan batuan penutup (overburden) berumur 2 dan 10 tahun. Analisa geokimia dengan uji NAG, Paste pH, Paste EC, ANC, serta mineralogi melalui analisa XRF dan XRD dilakukan terhadap contoh batuan dari setiap interval 20 cm sampai kedalaman 2 m. Hasil kegiatan ini menunjukkan bahwa contoh batuan, baik yang berasal dari timbunan berumur 2 maupun 10 tahun,  umumnya masih memiliki kemungkinan untuk terus teroksidasi. Oksidasi yang belum selesai pada timbunan berumur 2 tahun terutama disebabkan oleh adanya mineral penetral, sedangkan pada timbunan berumur 10 tahun terutama disebabkan oleh ketidakcukupkan oksigen sebagai konsekuensi dari pemadatan alami dan kandungan air yang tinggi dari lapisan permukaan timbunan sebagai hasil pelapukan. Selain itu, keberadaan gypsum sebagai hasil oksidasi mineral sulphide pyrite terdiidentifikasi, menunjukkan bahwa mineral penetral telah bereaksi dengan asam di umur awal timbunan. Gypsum juga berperan dalam menyelimuti mineral sulphide (umumnya pyrite), bersama-sama dengan mineral pembentuk tanah liat (Nugraha et al, 2009a).

 

2. Tinjauan tentang pelapukan batuan

Kondisi basah dan kering mendorong pelapukan batuan secara fisik, yang umumnya memicu pelapukan secara kimia, karena ukuran butiran yang lebih halus berarti meningkatkan total luas permukaan reaktif. Hal ini juga berlaku bagi batuan yang mengandung mineral sulphide, yang umumnya terdapat pada batuan penutup di tempat penimbunan, yang akan mempercepat laju oksidasi (Davis dan Ritchie, 1987; Devasahayam, 2006). Ditinjau dari faktor fisik, perubahan ukuran partikel akan mengurangi permeabilitas lapisan yang disebabkan oleh terisinya ruang antar-batu dengan partikel halus yang dihasilkan dari proses pelapukan. Penurunan permeabilitas juga akan mengontrol laju infiltrasi air dan difusi/adveksi oksigen ke dan di dalam tempat penimbunan batuan (INAP, 2003). Karena oksigen dan air sangat penting dalam proses oksidasi batuan mengandung sulphide, penurunan laju reaksi tersebut akan meminimalkan potensi pembentukan AAT. Secara konseptual, pengaruh ukuran butiran terhadap potensi pembentukan AAT adalah seperti ditunjukkan oleh Gambar 1.

Gambar 1. Pengaruh ukuran partikel pada kecepatan oksidasi (Bowell et al., 2006)

 

Studi lebih lanjut menunjukkan bahwa karakteristik geokimia, termasuk reaktifitas mineral sulphide, dan kecepatan pelapukan batuan secara fisik mempengaruhi kualitas air yang dihasilkan dalam proses pembentukan AAT (Nugraha et al, 2008). Studi ini dilakukan dengan menggunakan kolom berdiameter 50 mm dan tinggi 130 mm. Campuran seragam batuan mudstone NAF (MSN) dan PAF (MSP) (Tabel 1) digunakan dengan komposisi 50:50, dengan penyiraman 250 mL dan pemanasan 12 – 14 jam pada temperature 30-40 oC. Hasil analisa air untuk parameter pH, EC, Eh dan acidity menunjukkan adanya perbaikan kualitas air lindi. Lebih lanjut, hydraulic conductivity yang diukur secara langsung dengan falling head method menunjukkan adanya penurunan nilai. Pembentukan ukuran partikel yang lebih halus, karena kejadian pelapukan fisik, mempengaruhi peningkatan kadar air. Akibatnya, laju oksidasi mineral sulphide dapat dikendalikan oleh kadar air yang dapat menentukan tingkat difusi oksigen.

 

Gambar 2 menunjukkan skema proses yang secara umum menggambarkan  kondisi kolom. Pada kondisi awal (Gambar 2a), material dalam kolom seluruhnya kering. Setelah dilakukan Penyiraman #1, pelapukan batuan terjadi pada lapisan permukaan (Layer 1), menciptakan partikel berukuran lebih kecil yang mengisi rongga yang tersedia, dan meningkatkan derajat pemadatan material. Selanjutnya, kolom bisa dinyatakan dalam kondisi jenuh setelah keluarnya air lindi dari kolom (Gambar 2b). Proses pengeringan (Pengeringan #1) mempengaruhi kondisi Layer 1 berubah menjadi kering, sedangkan Layer 2 berada di transisi antara kondisi kering dan basah, dan Layer 3 tetap pada kondisi jenuh (Gambar 2c). Proses pelapukan yang mirip dengan Penyiraman #1 terjadi pada Penyiraman #2 namun dengan intensitas pelapukan yang lebih tinggi dari karena lebih kecilnya ukuran partikel pada lapisan permukaan yang sebelumnya dibentuk oleh Penyiraman #1 dan Pengeringan #1. Selanjutnya, kondisi ini menciptakan tingkat pemadatan yang lebih tinggi, terutama pada Layer 1 dibandingkan dengan kejadian sebelumnya (Gambar  2d).

 

Tabel 1. Karakteristik geokimia contoh batuan

Contoh

NAG test

Paste

ABA

Type

NAG

pH

NAG

pH=7*

Paste

pH

Paste

EC**

S

(%)

ANC*

MPA*

NAPP*

NPR

MSN

5.6

3.1

8.4

0.49

0.35

25.29

10.65

-14.64

2.38

NAF

MSP

2.1

113.2

5.0

2.90

2.07

0.00

63.40

63.40

0.00

PAF

 

* in kg H2SO4/ton; ** in mS/cm

S: total sulfur

ABA : Acid Base Accounting

ANC: Acid Neutralizing Capacity

MPA: Maximum Potential Acidity NAPP: Net Acid Potential Production

NPR: Neutralizing Potential Ratio

MSN: mudstone – NAF

MSP: mudstone – PAF

 

Classification:

NAF        : NAG pH ≥ 4; NAPP ≤ 0

PAF        : NAG pH < 4; NAPP > 0

Calculation:

MPA       = 30.6 X % S

NAPP     = MPA – ANC

NPR        = ANC/MPA

 

Tabel 2. Hasil analisa kualitas air dari uji kolom

Penyiraman

pH

Eh

(mV)

EC

(mS/cm)

Acidity

(mg CaCO3/L)

Water content*

(%)

Ksat

(cm/s)

1

2.6

655

9.5

6,472

0.0

2

3.1

588

6.5

2,060

6.7

3

3.7

485

3.3

458

7.4

4

4.7

381

2.5

200

7.3

1.3 x 10-3

5

5.4

271

1.9

86

9.9

5.9 x 10-4

*sebelum penyiraman

Gambar 2. Skema proses fisik pada kolom uji

 

Proses tersebut di atas berlanjut sampai Penyiraman #5 diterapkan, menghasilkan lebih tingginya proses pelapukan dan pemadatan material yang mempengaruhi tingkat kejenuhan dan permeabilitas. Interaksi antara faktor pelapukan batuan dan kejenuhan air mempengaruhi ketersediaan oksigen dalam kolom, mengakibatkan proses oksidasi terjadi dengan lambat dan berpengaruh terhadap kualitas air. Kondisi ini memiliki potensi untuk meningkatkan kinerja sistem penutup untuk mencegah pembentukan AAT di tempat penimbunan batuan.

 

Pada kondisi penimbunan berlapis dimana PAF ditimbun dibawah NAF, hasil studi menunjukkan adanya perbedaan warna material pada kolom sebagai hasil dari proses oksidasi. Hal ini menjelaskan proses reaksi didalam kolom dimana pada lapisan atas (NAF) tidak terjadi proses oksidasi meskipun terpapar oleh air dan oksigen. Hal ini berbeda dengan bagian tengah dan bawah kolom. Berdasarkan perbedaan warna ini, dinyatakan bahwa konsumsi oksigen terjadi pada bagian atas lapisan PAF, yaitu ditengah kolom, sampai batas lapisan jenuh air dibawahnya. Pada lapisan jenuh air, oksidasi tidak terjadi karena keterbatasan/ketidakadaan oksigen (Nugraha, 2009b).

Gambar 3. Kondisi kolom dengan metode lapisan batuan dengan komposisi 10%, 20% dan 30% PAF dibagian bawah

Gambar 4. Skema proses geokimia pada metode lapisan batuan

3. Kesimpulan

Pelapukan batuan, yang menciptakan partikel dengan ukuran lebih kecil, merupakan aspek penting yang berpengaruh pada proses oksidasi mineral sulphida yang terkandung pada batuan tersebut. Namun secara sistem keseluruhan, pelapukan batuan juga mempengaruhi kondisi fisik lapisan batuan dimana terjadi penurunan permeabilitas akibat terisinya ruang antar batuan dengan partikel lebih kecil tersebut. Kedua aspek tersebut selanjutnya mempengaruhi proses pembentukan air asam tambang (AAT) secara keseluruhan.

 

Dalam pembentukan tempat penimbunan batuan penutup, penempatan batuan PAF serta bentuk fisik timbunan harus menjadi perhatian untuk memastikan tidak terjadinya kegagalan dalam upaya pencegahan pembentukan AAT.

 

 

Referensi

Bowell, R. J., Sapsford, D. J., Dey, M., Williams, K. P. 2006. Protocols affecting the reactivity of mine waste during laboratory-based kinetic tests. Proceeding of 7th International Conference on Acid Rock Drainage, St Louis, MA

Davis, G.B., Ritchie, A.I.M. 1987. A model of oxidation in pyrite mine waste: part 3: import of particle size distribution, Appl Math Model. 11, pp. 417–422.

Devasahayam, S. 2006. Application of particle size distribution analysis in evaluating the weathering in coal mine rejects and tailings, Fuel Process Technol. 88, pp. 295–301.

International Network for Acid Prevention (INAP). 2003. Evaluation of the long-term performance of dry cover systems–final report No. 684–02, Prepared by O’Kane Consultant Inc.

Nelson, S. A. 2008. Weathering & Clay Minerals. Tulane University. http://www.tulane.edu. Retrived on 14/04/2009.

Nugraha, C., Shimada, H., Sasaoka, T., Ichinose, I., Matsui, K., Manege, I. 2008. Lithology-based rock weathering behavior in acid mine drainage generation, Proc. of Intl Symposium on Earth Science and Technology 2008, Fukuoka, Japan, pp. 381 – 388.

Nugraha, C., Shimada, H., Sasaoka, T., Ichinose, I., Matsui, K., Manege, I. 2009(a). Geochemistry of waste rock at dumping area, Intl Journal of Mining, Reclamation, and Environment. Vol. 23 No. 2 pp. 132 – 143.

Nugraha, C. 2009(b). Acid mine drainage generation due to physical rock weathering at dumping site in coal mine, Indonesia, Dissertation, Earth Resources Engineering Department, Kyushu University, Japan.

Iklan

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

%d blogger menyukai ini: