3 Air Asam Tambang Prof Rudy Sayoga

FORUM Pengelola Lingkungan Pertambangan Mineral & Batubara

PENGELOLAAN AIR ASAM TAMBANG Oleh:

Prof.. Dr. Prof Dr. Rudy Rud y Sayoga S ayoga Gautama Gautam a Fakultas Teknik Pertambangan & Perminyakan Institut Teknologi Bandung BIMBINGAN TEKNIS REKLAMASI DAN PASCATAMBANG PADA KEGIATAN PERTAMBANGAN PERTAMBANGAN MINERAL MI NERAL & BATUBARA BATUBARA DITJEN MINERAL & BATUBARA, KESDM YOGYAKARTA, YOGYAKARTA, 20 jUNI 2012

Dampak dari kegiatan pertambangan •

Dampak lingkungan yang dapat ditimbulkan dari kegiatan kegiatan pertambangan (aspek biogeofisik):  –

Dampak terhadap badan air: •

•

 –

•

Kuantitas – misalnya turunnya muka air tanah atau debit sungai Kualitas – baik secara fisik (misalnya meningkatnya kekeruhan) maupun secara kimia (meningkatnya konsentrasi unsur/senyawa berbahaya bagi biota atau manusia)

Dampak terhadap lahan – karena kegiatan penggalian dan penimbunan

 –

Dampak terhadap udara – menurunnya kualitas udara karena debu

 –

Dampak terhadap biota (karena pembersihan lahan)

Salah satu dampak yang sangat penting adalah dampak terhadap badan air, air, terutama dari aspek kualitas air

14/06/2012

© Rudy Sayoga Gautama Institut Teknologi Bandung

2

Dampak dari kegiatan pertambangan •

Dampak lingkungan yang dapat ditimbulkan dari kegiatan kegiatan pertambangan (aspek biogeofisik):  –

Dampak terhadap badan air: •

•

 –

•

Kuantitas – misalnya turunnya muka air tanah atau debit sungai Kualitas – baik secara fisik (misalnya meningkatnya kekeruhan) maupun secara kimia (meningkatnya konsentrasi unsur/senyawa berbahaya bagi biota atau manusia)

Dampak terhadap lahan – karena kegiatan penggalian dan penimbunan

 –

Dampak terhadap udara – menurunnya kualitas udara karena debu

 –

Dampak terhadap biota (karena pembersihan lahan)

Salah satu dampak yang sangat penting adalah dampak terhadap badan air, air, terutama dari aspek kualitas air

14/06/2012

© Rudy Sayoga Gautama Institut Teknologi Bandung

2

Sumber: GARD Guide, 2009 14/06/2012

© Rudy Sayoga Gautama Institut Teknologi Bandung

3

Mengapa Air Asam Tambang? •

•

•

 Air asam tambang –  AAT (acid mine drainage - AMD  atau air asam batuan –  acid rock drainage - ARD) adalah air yang bersifat asam (tingkat keasaman yang tinggi dan sering ditandai dengan nilai pH yang rendah di bawah 5) sebagai hasil dari oksidasi mineral sulfida yang terpajan atau terdedah (exposed ) di udara dengan kehadiran air

Kegiatan penambangan, yang kegiatan utamanya adalah penggalian, mempercepat proses pembentukan AAT karena mengakibatkan terpajannya mineral sulfida ke udara, air dan mikroorganisme Dampak yang dapat ditimbulkan dari AAT adalah terhadap biota perairan, baik secara langsung karena tingkat keasaman yang tinggi maupun karena peningkatan kandungan logam di dalam air (air yang bersifat asam mudah melarutkan logam-logam)

14/06/2012

© Rudy Sayoga Gautama Institut Teknologi Bandung

4

Mengapa Air Asam Tambang? •

AAT menjadi salah satu dampak penting dari kegiatan pertambangan yang harus dikelola tidak saja karena dampaknya terhadap lingkungan perairan atau air tanah, tetapi juga karena:  –

 –

•

•

Sekali telah terbentuk akan sulit untuk menghentikannya (kecuali salah satu komponennya habis) Bisa berdampak sangat lama, melampaui umur tambang; pengalaman menunjukkan bisa berlangsung sampai ratusan tahun

Eropa dan Amerika Serikat menghadapi masalah dengan AAT yang terbangkitkan dari bekas-bekas tambang atau tambang yang sudah ditutup puluhan tahun bahkan ratusan tahun yang lalu, karena pengelolaannya menjadi tanggung jawab pemerintah Biaya yang dikeluarkan mencapai milyaran dollar Amerika

14/06/2012

© Rudy Sayoga Gautama Institut Teknologi Bandung

5

Mengapa pengelolaan AAT? •

•

•

•

Memang tidak semua tambang dapat menghasilkan AAT Risiko yang dihadapi oleh pertambangan terhadap AAT tidak saja pada masa operasi tetapi yang lebih penting adalah pada masa pascatambang Jika mengacu pada Undang-undang No. 4 tahun 2009 tentang pertambangan mineral dan batubara serta Undang-undang No. 32 tahun 2009 tentang perlindungan dan pengelolaan lingkungan hidup, pelaku usaha pertambangan harus bertanggungjawab terhadap berbagai dampak lingkungan yang ditimbulkannya Bila terjadi kasus AAT pada pascatambang, bisa membuat pelaku usaha pertambangan bertanggungjawab selamanya atau harus mengeluarkan biaya yang sangat besar untuk melakukan penggalian & penimbunan kembali ( re-mining)

14/06/2012

© Rudy Sayoga Gautama Institut Teknologi Bandung

6

Pembentukan AAT Genangan di pit

(Sumber: GARD Guide, 2009)

Sungai yang tercemar AAT

14/06/2012

Pit lake yang terisi AAT

© Rudy Sayoga Gautama - Institut Teknologi Bandung

7

P embentukan AAT •

•

Pembentukan AAT dimungkinkan karena tersedianya:  –

Mineral sulfida – sumber sulfur/asam

 –

Oksigen (dalam udara) - pengoksidasi

 –

Air – pencuci hasil oksidasi

Oleh karena itu perlu diketahui jenis sulfur yang terdapat di dalam batuan – yang mudah teroksidasi adalah sulfur yang terdapat dalam bentuk mineral sulfida:  –

FeS2 - pirit

MoS2 - molybdenite

 –

FeS2 - marcasite

CuFeS2 – chalcopirit

 –

FexSx - pyrrhotite

PbS - galena

 –

Cu2S - chalcocite

ZnS - sphalerite

 –

CuS - covellite

FeAsS - arsenopirit

14/06/2012

© Rudy Sayoga Gautama Institut Teknologi Bandung

8

Pendahuluan –  pembentukan AAT •

•

•

Reaksi pertama adalah reaksi pelapukan dari pirit disertai proses oksidasi. pirit dioksidasi menjadi sulfat dan besi fero. Dari reaksi ini dihasilkan dua mol keasaman dari setiap mol pirit yang teroksidasi. O2 terlarut dapat juga mengoksidasi tetapi kurang penting karena kelarutannya sangat terbatas Reaksi ini dapat terjadi baik pada kondisi abiotik maupun biotik Selain oksidasi langsung, pirit dapat juga terlarut dan selanjutnya teroksidasi

(1)

2 FeS2 + 7 O2 + 2 H2O

2+

2-

2 Fe  + 4 SO4  + 4 H

+

Pyrite + Oxygen + Water  Ferrous Iron + Sulfate + Acidity 14/06/2012

© Rudy Sayoga Gautama Institut Teknologi Bandung

9

Pendahuluan –  pembentukan AAT •

•

•

 Aqueous ferric ion juga dapat mengoksidasi pirit

Reaksi oksidasi lanjutan dari pirit oleh besi ferri lebih cepat (23 kali) dibandingkan dengan oksidasi dengan oksigen dan menghasilkan keasaman yang lebih banyak per mol pirit Tetapi terbatas pada kondisi dimana terdapat jumlah yang cukup dari ion ferri (kondisi asam) 3+

FeS2 + 14 Fe  + 8 H2O

(2)

2+

2-

15 Fe  + 2 SO4  + 16 H

+

Pyrite + Ferric Iron + Water  Ferrous Iron + Sulfate + Acidity •

Dengan demikian oksidasi pirit dimulai dengan reaksi (1) pada kondisi dekat netral dan dilanjutkan dengan reaksi (2) jika kondisi semakin asam (pH < 4,5)

14/06/2012

© Rudy Sayoga Gautama Institut Teknologi Bandung

10

Pendahuluan –  pembentukan AAT •

Pada reaksi ketiga terjadi konversi dari besi ferro menjadi besi ferri yang mengkonsumsi satu mol keasaman. Laju reaksi lambat pada pH < 5 dan kondisi abiotik. Kehadiran bakteri acidithiobacillus ferrooxidans dapat mempercepat reaksi ini (5-6 kali). 2+

+

4 Fe  + O2 + 4 H

3+

4 Fe  + 2 H2O

(3)

Ferrous Iron + Oxygen + Acidity •

 Ferric

Iron + Water

Anggapan bahwa ion ferri dapat mengoksidasi pirit tanpa kehadiran oksigen – tidak benar. Reaksi (3) menunjukkan bahwa oksigen diperlukan untuk mengoksidasi ion ferro menjadi ferri

14/06/2012

© Rudy Sayoga Gautama Institut Teknologi Bandung

11

Pendahuluan –  pembentukan AAT •

Ion ferri yang dihasilkan pada reaksi (1) dapat mengalami oksidasi dan hidrolisa dan membentuk ferri hidroksida. Pembentukan presipitat ferri hidroksida tergantung pH, yaitu lebih banyak pada pH di atas 3,5. 2+

Fe  + ¼ O2 + 5/2 H 2

(4)

•

(5)

4 Fe(OH)3 + 2 H

+

Jika reaksi (1) dan (4) digabungkan maka FeS2 + 15/4 O2 + 7/2 H2O Pyrite + Oxygen + Water

14/06/2012

Fe(OH)3

+ 2SO4= + 4H+

"Yellowboy" + Sulfuric Acid

© Rudy Sayoga Gautama Institut Teknologi Bandung

12

Prinsip pengelolaan AAT •

•

•

•

Pencegahan terbentuknya AAT lebih baik dari pada mengolahnya ( prevention is better than treatment ) karena:  –

Lebih andal untuk jangka panjang

 –

Meminimalkan risiko

Langkah pertama dari pencegahan – identifikasi batuan yang berpotensi membentuk asam dan yang tidak berpotensi membentuk asam – “karakterisasi” Dengan mengetahui sebaran jenis-jenis batuan berdasarkan karakteristiknya dalam pembentukan AAT – dapat disusun perencanaan pencegahan yang baik Hal ini perlu dilakukan sejak tahap eksplorasi, perencanaan & perancangan, konstruksi, penambangan, dan pascatambang

14/06/2012

© Rudy Sayoga Gautama - Institut Teknologi Bandung

13

Prinsip pengelolaan AAT –  pengelolaan overburden (OB management)

14/06/2012

© Rudy Sayoga Gautama Institut Teknologi Bandung

14

Tujuan pengujian •

•

Pengujian terhadap sampel batuan bertujuan untuk mengetahui karakteristik geokimia batuan terkait dengan pembentukan AAT Konsep perhitungan potensi asam:  –

 –

 –

 –

 –

14/06/2012

Kandungan sulfur sebesar 1% pada batuan sebanyak 1 ton akan menghasilkan asam sulfat sebanyak 30,62 kg yang membutuhkan 31,25 kg CaCO3 untuk menetralkannya. Jika sulfur dalam batuan tersebut terdapat dalam bentuk pirit, kandungan sulfur total dalam batuan secara akurat mengkuantifikasi potensi pembentukan asam Jika terdapat juga sulfur organik atau sulfat dalam jumlah yang cukup besar, maka total sulfur akan memberikan prediksi yang “overestimate”. Di dalam batuan selain pirit bisa juga terdapat material basa (alkaline), umumnya dalam bentuk karbonat atau exchange cation dalam lempung, yang dapat mengurangi proses oksidasi atau menetralkan asam yang terbentuk. Material alkaline juga dapat mengontrol bakteri dan membatasi kelarutan dari besi ferri. Jumlah material alkaline ini diukur dengan kemampuannya untuk menetralkan asam

© Rudy Sayoga Gautama - Institut Teknologi Bandung

15

Potensi pembentukan asam •

Ada dua jenis uji untuk menentukan potensi pembentukan asam, yaitu:  –

 –

•

•

Potensi pembentukan asam melalui penentuan secara independen komponen yang dapat membangkitkan dan menetralkan asam → dikenal sebagai ABA ( Acid-Base Accounting) Potensi pembentukan asam dinyatakan dalam satu nilai yang digunakan untuk menggambarkan kemungkinan asam yang dibangkitkan atau pelepasan asam yang terkandung dalam sampel → NAG test dan paste pH

Uji-uji di atas relatif tidak mahal sehingga dapat dilakukan untuk jumlah sampel yang banyak – hasilnya seringkali dipakai untuk kriteria penapisan dalam klasifikasi batuan ABA awalnya dikembangkan untuk batubara tetapi selanjutnya juga digunakan pada tambang bijih

14/06/2012

© Rudy Sayoga Gautama Institut Teknologi Bandung

16

Pengujian AAT •

Perangkat untuk penapisan terdiri atas:  –

Penentuan total sulfur (umumnya dengan metode LECO , tetapi jika tidak tersedia dapat juga dengan metode Eschka berdasarkan SNI 13-3481-1994 )

 –

Kapasitas penetralan asam atau acid neutralizing capacity  (ANC) – mengacu pada SNI 13-7170-2006, yang mengadopsi Sobek, A.A., Schuller, W.A., Freeman, J.R., and Smith, R.M., 1978. Field and Laboratory Methods Applicable to Overburdens and Minesoils. p.p. 47-50. U.S. Environmental Protection Agency, Cincinati, Ohio, 45268 (EPA-600/2-78-054)

 –

Pembentukan asam neto atau net acid generating (NAG) – mengacu pada SNI 13-6599-2001 yang mengadopsi metode yang dikembangkan oleh EGi (Australia) dalam AMIRA (2002)

 –

pH pasta atau paste pH  – mengacu pada Sobek et al (1978) dan AMIRA (2002)

•

Uji-uji di atas seringkali dikelompokkan sebagai uji statik (static test) karena tidak dapat menentukan laju reaksi pembentukan AAT

14/06/2012

© Rudy Sayoga Gautama Institut Teknologi Bandung

17

Neraca asam-basa (acid-base accounting, ABA) •

Untuk mengklasifikasi batuan menjadi:  –

 –

•

Cara perhitungan:  –

 –

 –

•

Batuan yang berpotensi membentuk asam (potentially acid forming PAF   ) Batuan bukan pembentuk asam (non acid forming NAF   ) Hitung potensi keasaman maksimum (maximum potential of acidity MPA) = total sulfur x 30,62 dalam satuan [kg H2SO4/ton batuan] Hitung potensi pembentukan asam neto (nett acid producing potential NAPP) = MPA – ANC dalam satuan [kg H2SO4/ton batuan] Hitung nisbah potensi neto (net potential ratio NPR) = ANC/MPA

Kriteria batuan PAF  –

 –

 –

14/06/2012

NAPP > 0 NPR < 1 pH NAG < 4,5 © Rudy Sayoga Gautama Institut Teknologi Bandung

18

Uji kinetik (kinetic test) •

Uji kinetik (kinetic test) dilakukan untuk  –

 –

 –

•

•

memvalidasi hasil uji statik, Memperkirakan laju pelapukan (reaksi pembentukan AAT) jangka panjang Memperkirakan potensi batuan untuk menghasilkan penyaliran yang dapat berdampak terhadap lingkungan

Uji kinetik adalah simulasi proses oksidasi (pelapukan) yang prosedurnya disesuaikan untuk mendapatkan informasi yang diperlukan dalam jangka waktu yang tidak terlalu lama (reasonable) ada dua jenis uji kinetik yang dikenal secara umum:  –

 –

14/06/2012

Humidity cell test (HCT) – suatu uji standar pada kondisi beroksigen dengan pencucian (flushing) secara periodik Column leach test © Rudy Sayoga Gautama Institut Teknologi Bandung

19

Uji kinetik di laboratorium Uji kinetik dengan humidity cell 

Uji kinetik dengan column leach 14/06/2012

© Rudy Sayoga Gautama Institut Teknologi Bandung

20

Pengelolaan AAT •

•

•

•

Seperti yang telah disampaikan di bagian awal, bahwa sekali AAT sudah terbangkitkan akan sangat sulit untuk menghentikannya Prinsip utama pengelolaan AAT → sedapat mungkin mencegah terbentuknya AAT = upaya preventif Tetapi pada kenyataannya pada kegiatan penambangan terbuka hal tersebut tidak dapat mencegah secara total terjadinyaAAT → AAT yang terbentuk di dalam pit (baik di dinding atau pit wall  maupun di dasar atau pit floor ) tidak akan mungkin dicegah – perlu ditangani (mitigasi) Upaya yang dapat dilakukan adalah mencegah terbentuknya AAT di daerah penimbunan batuan penutup – rencana pengelolaan overburden (overburden management plan)

14/06/2012

© Rudy Sayoga Gautama - Institut Teknologi Bandung

21

Tujuan pencegahan dan mitigasi •

Prinsip dasar pencegahan pencemaran adalah menerapkan suatu proses perencanaan dan perancangan untuk  –

 –

14/06/2012

mencegah, menahan, atau menghentikan proses-proses hidrologi, kimia, mikrobiologi, atau termodinamika yang menyebabkan pencemaran pada lingkungan perairan, pada atau sedekat mungkin dengan lokasi dimana terjadinya penurunan kualitas air (reduksi pada sumber) atau menerapkan upaya-upaya fisik untuk mencegah atau menahan transpor dari kontaminan ke badan air (antara lain dengan recycling, pengolahan/treatment  dan/atau mengamankan timbunan) © Rudy Sayoga Gautama Institut Teknologi Bandung

22

Penanganan overburden •

•

Melalui upaya segregasi dapat dipisahkan antara material PAF dan NAF Metode yang umum diterapkan dalam penimbunan overburden adalah encapsulation dan layering → menempatkan material PAF dan NAF sedemikian untuk menghindari terjadinya pembentukan AAT (mencegah oksidasi mineral sulfida dan/atau aliran air)

14/06/2012

© Rudy Sayoga Gautama Institut Teknologi Bandung

23

Contoh metode encapsulation

Sumber: GARD Guide, 2009 14/06/2012

© Rudy Sayoga Gautama Institut Teknologi Bandung

24

Contoh metode encapsulation

Sumber: PT Kaltim Prima Coal 14/06/2012

© Rudy Sayoga Gautama Institut Teknologi Bandung

25

Mengapa perlu pengolahan AAT •

•

•

•

Pengolahan AAT diperlukan untuk agar memenuhi baku mutu lingkungan sebelum dilepaskan ke badan perairan alami Walaupun metode pencegahan telah dilakukan dengan baik, tetap saja ada AAT yang terbangkitkan dan perlu diolah AAT yang tak dapat dicegah pembentukannya, misalnya:  –

Dari mine pit

 –

Pengotor hasil dari pencucian batubara

 –

Stockpile batubara

Pengolahan AAT dapat digolongkan menjadi:  –

Pengolahan aktif (active treatment)

 –

Pengolahan pasif (passive treatment)

 –

Pengolahan ditempat (in situ treatment)

14/06/2012

© Rudy Sayoga Gautama Institut Teknologi Bandung

26

Pengolahan aktif - berbagai jenis material alkali Material/senyawa alkali

Kebutuhan Alkali (ton/ton of keasaman)

Efisiensi Netralisasi (% yang terpakai)

Biaya relatif ($ / ton)

Batu kapur, CaCO3

1.00

30 - 50

10 – 15

Hydrated lime, Ca(OH)2

0.74

90

60 – 100

Kapur tohor, CaO

0.56

90

80 – 240

Soda abu, Na2CO3

1.06

60 - 80

200 – 350

Caustic soda, NaOH

0.80

100

650 – 900

0.4

90

Project specific

Fly ash

Material specific

-

Project specific

Kiln dust

Material specific

-

Project specific

Slag

Material specific

-

Project specific

Magna lime, MgO

14/06/2012

© Rudy Sayoga Gautama Institut Teknologi Bandung

27

Contoh instalasi penambah kapur

14/06/2012

© Rudy Sayoga Gautama Institut Teknologi Bandung

28

Contoh instalasi penambah kapur

14/06/2012

© Rudy Sayoga Gautama Institut Teknologi Bandung

29

Pengolahan pasif (passive treatment) •

•

•

Merupakan proses pengolahan yang tidak memerlukan intervensi, operasi atau perawatan oleh manusia secara reguler Suatu sistem pengolahan air yang memanfaatkan sumber energi yang tersedia secara alami seperti gradien topografi, energi metabolisme mikroba, fotosintesis dan energy kimia dan membutuhkan perawatan secara reguler tetapi jarang untuk beroperasi sepanjang umur rancangannya (Pulles et al, 2004, dalam GARD Guide, 2009) Suatu proses secara bertahap menghilangkan logam dan/atau keasaman dalam suatu biosistem seperti alami tetapi buatan manusia yang mendukung reaksi ekologi dan geokimia. Proses tsb tidak memerlukan tenaga atau bahan kimia setelah konstruksi dan akan berumur puluhan tahun dengan bantuan manusia secara minimum (Gusek, 2002, dalam GARD Guide, 2009)

14/06/2012

© Rudy Sayoga Gautama Institut Teknologi Bandung

30

Sistem pengolahan pasif (passive treatment)

Teknologi pengolahan pasif 

Aplikasi pada penyaliran tambang

Lahan basah aerobik (aerobic Net alkaline drainage wetlands)  Anoxic limestone drains (ALD)

Net acidic, low Al 3+, low Fe3+, low dissolved oxygen drainage

Lahan basah anaerobik (Anaerobic wetlands)

Net acidic water with high metal content

Reducing and alkalinity producing systems (RAPS)

Net acidic water with high metal content

Open limestone drains (OLD)

Net acidic water with high metal content, low to moderate SO4.

14/06/2012

© Rudy Sayoga Gautama Institut Teknologi Bandung

31

Lahan basah buatan (constructed wetlands)

14/06/2012

© Rudy Sayoga Gautama Institut Teknologi Bandung

32

Penutup •

•

•

•

•

Air asam tambang adalah salah satu dampak penting dari kegiatan pertambangan (batubara & bijih) yang sekali terbentuk akan sulit menghentikannya dan dapat berlangsung untuk jangka waktu yang sangat lama melampaui umur tambang Oleh karena itu harus menjadi perhatian dari semua pelaku tambang, walaupun tidak semua tambang berpotensi membentuk AAT Penanganan AAT yang baik mencakup perencanaan yang terintegrasi dari sejak masa eksplorasi dan masa operasi sampai pasca tambang Pencegahan AAT jauh lebih baik (efisien dari segi biaya tetapi efektif) dibandingkan pengolahan (treatment) Melalui pengelolaan yang baik, risiko juga semakin kecil

14/06/2012

© Rudy Sayoga Gautama Institut Teknologi Bandung

33