A.    Biohidrometalurgi Oleh Bakteri  Thichacillus ferrooxidan Untuk Menghasilkan Logam Yang Berkualitas Tinggi

B.      PENDAHULUAN

Metalurgi adalah ilmu dan teknologi yang mengkaji proses pengolahan dan perekayasaan mineral dan logam. Ruang lingkup metalurgi meliputi: pengolahan mineral (mineral dressing), ekstraksi logam dari konsentrat mineral (extractive metallurgy), proses produksi logam (mechanical metallurgy), perekayasaan sifat fisik logam (physical metallurgy). Salah satu cabangnya adalah Biohidrometalurgi, yakni pengolahan bijih logam menjadi logam murni dengan cara penambahan mkhluk hidup seperti bakteri.

Logam merupakan bahan pertama yang dikenal oleh manusia dan digunakan sebagai alat-alat yang berperan penting dalam sejarah peradaban manusia (Darmono, 2001). Logam berat masih termasuk golongan logam dengan kriteria-kriteria yang sama dengan logam lain. Perbedaannya terletak dari pengaruh yang dihasilkan bila logam berat ini berikatan dan atau masuk ke dalam organisme hidup. Berbeda dengan logam biasa, logam berat biasanya menimbulkan efek-efek khusus pada mahluk hidup (Taberima, 2004). Keberadaan logam berat dalam lingkungan berasal dari dua sumber. Pertama dari proses alamiah seperti pelapukan secara kimiawi dan kegiatan geokimiawi serta dari tumbuhan dan hewan yang membusuk. Kedua dari hasil aktivitas manusia terutama hasil limbah industri (Connel dan Miller, 1995).

Bakteri kemolitotrof merupakan salah satu bakteri yang mampu memisahkan logam dari bijihnya. Bakteri ini hidup dari zat-zat anorganik, seperti besi dan belerang, dan memperoleh energi dari pemecahan bahan kimia tersebut. Energi tersebut digunakan untuk sintesis karbon dioksida dan air menjadi zat-zat organik. Proses sintesis ini dikenal dengan sebutan kemosintesis. Salah satu contoh bakteri pemisah logam ini adalah bakteri Thiobacillus ferooxidans yang digunakan untuk mengekstraksi tembaga dari bijih tembaga. Bakteri Thiobacillus ferroxidans, yaitu bakteri pemakan batuan yang tumbuh subur di tempat pertambangan, peranannya sangat penting karena dapat mengekstraksi berbagai jenis logam. Bakteri ini dapat memperoleh energinya dari oksidasi zat anorganik, yaitu besi dan belerang. Bakteri ini juga dapat tumbuh dengan subur dalam lingkungan tanpa adanya zat organik, dia mampu mengekstrak karbon secara langsung dari karbon dioksida di atmosfer. Pemanfaatan mikrorganisme ini untuk memisahkan logam dari bijih logam yang diterapkan di tambang logam karena logam tidak bisa dimanfaatkan jika terikat dengan bijihnya.

C.    TINJAUAN PUSTAKA

Bakteri Thibacillus Ferrooxidans

1.         Taksonomi

Kingdom                         : Bacteria      

Phyllum               : Proteobacteria

Kelas                    : Schizomycetes

Ordo                    : Pseudomonadales

Familia                : Thiobacteriaceae

Genus                   : Thiobacillus

Species                : Thiobacillus ferrooxidans

2.         Morfologi

Bakteri Thiobacillus ferrooxidans adalah Bakteri gram negatif aerobik khemolitotrofik Bakteri berbentuk batang. Merupakan bakteri saprofit, yaitu bakteri yang hidupnya dari sisa-sisa organisme mati atau sampah, Thiobacillus adalah warna, dengan kutub flagella bakteri. Mereka memiliki sebuah besi oxida, yang memungkinkan mereka untuk memetabolisme ion besi.

3.      Fisiologi

       Thiobacillus ferrooxidans adalah bakteri di udara. Termasuk bakteri thermophilic, yaitu hidup pada suhu 45-50^o C. Selain itu juga termasuk ke dalam bakteri acidophilic, yang hidup pada pH dari 1,5 menjadi 2.5.  Beberapa spesies, hanya tumbuh pada  pH netral.

4.     Ekologi

Thiobacillus ferrooxidans yang paling umum adalah jenis bakteri tambang di tumpukan sampah. Organisme ini adalah acidophilic (asam loving), dan meningkatkan tingkat oksidasi pyrite Tailing tumpukan di tambang batu bara dan deposito. Menurut Breemen (1993), kecepatan penurunan pH akibat oksidasi pirit ditentukan oleh jumlah pirit, kecepatan oksidasi, kecepatan perubahan hasil oksidasi, dan kapasitas netralisasi. Proses oksidasi yang dapat membahayakan, karena memproduksi sulfuric acid, yang merupakan alat utama. Namun, juga dapat bermanfaat dalam pemulihan bahan seperti tembaga dan uranium. Ferrooxidans untuk membentuk sebuah hubungan simbiotik dengan anggota bakteri jenis Acidiphilium, bakteri yang mampu pengurangan besi. Jenis lainnya Thiobacillus tumbuh dalam air dan endapan; terdapat kedua jenis air tawar dan air laut.

Thiobacillus ferrooxidans adalah bakteri biasanya digunakan dalam apa yang disebut bioleaching, sebuah bioproses di mana mikroba yang digunakan untuk melarutkan logam dari deposit mineral. Ini adalah bakteri yang paling umum digunakan dalam biomining. Lebih dari 30 persen tembaga dunia diekstraksi melalui penggunaan T. ferrooxidans dengan cara ini, menurut "Ensiklopedia Concise Bioresource Teknologi." Hal ini jelas menguntungkan bahwa mikroba mampu bioleaching pertumbuhan terus-menerus untuk digunakan sukses di industri. Menurut jurnal "Aplikasi Mikrobiologi Lingkungan," pertumbuhan T. ferrooxidans secara signifikan ditingkatkan melalui pengenalan karbon dioksida dan sulfat besi. Thiobacillus ferrooxidans diisolasi untuk pertama kalinya pada tahun 1947. Itu diekstrak melalui drainase asam dari tambang batubara, laporan jurnal "Sadhana." T. ferrooxidans memiliki sebuah oksidase besi, yang memungkinkan bakteri untuk memetabolisme ion logam, seperti besi ferro. Oleh karena itu, mendapat energi dari oksidasi besi ferro atau dikurangi senyawa belerang anorganik. Ini adalah salah satu bakteri yang digunakan dalam industri untuk mengekstraksi logam, seperti tembaga dan uranium, dari bijih fungsi.  Mengingat tingkat pertumbuhan T. ferrooxidans sukses ', bakteri dapat digunakan dalam teknologi desulfurisasi bahan bakar dan gas industri. Efisiensi dari proses ini adalah kompetitif dengan metode tradisional desulfurisasi, dan produk samping belerang, asam sulfat atau gipsum fitur. Menurut jurnal "Mikrobiologiia," untuk pertumbuhan bakteri terus menerus, T. ferrooxidans membutuhkan sekitar 14 mg fosfor, magnesium 2 mg, 5 mg potasium dan 100 mg nitrogen. Langkah-langkah ini sesuai dengan per gram biomassa kering dari jumlah.
Meskipun T. ferrooxidans diklasifikasikan sebagai organisme aerobik - membutuhkan oksigen untuk tumbuh dan bertahan hidup - itu dapat berkembang biak dalam kondisi anaerobik juga. Oksidasi anaerobik telah ditunjukkan dengan T. ferrooxidans menggunakan elemen sulfur dengan sulfat besi. Namun, besi sulfur atau besi elemental harus hadir dalam rangka untuk bakteri untuk tumbuh.

Pertumbuhan Thiobacillus Ferrooxidans

Menurut University of Minnesota, faktor-faktor yang mempengaruhi pertumbuhan T. ferrooxidans adalah suhu, air, pH dan nilai gizi. Mikroorganisme ini membutuhkan suhu dari 75 sampai 100 derajat Fahrenheit untuk pertumbuhan optimal. Seperti meningkatkan suhu atau penurunan, tingkat pertumbuhan terpengaruh. Rentang pH terbaik untuk T. ferrooxidans adalah antara 6,5 dan 7,5. Demikian juga, konsentrasi optimal dari nitrogen, vitamin dan mineral yang diperlukan untuk laju pertumbuhan maksimum. Konsentrasi nitrogen harus 0,1-1,0 mg / L.

Biohidrometalurgi adalah ilmu dan teknologi yang mengkaji proses pengolahan dan perekayasaan mineral dan logam. Ruang lingkup metalurgi meliputi: pengolahan mineral (mineral dressing), ekstraksi logam dari konsentrat mineral (extractive metallurgy), proses produksi logam (mechanical metallurgy), perekayasaan sifat fisik logam (physical metallurgy). Salah satu cabangnya adalah Biohidrometalurgi, yakni pengolahan bijih logam menjadi logam murni dengan cara penambahan mkhluk hidup seperti bakteri.Misalnya :

Thichacillus ferrooxidans berperan memisahkan logam dari bijihnya atau kotoran sehingga didapat logam berkualitas tinggi. Sebagai contoh pada tembaga (Cu).

D.    PEMBAHASAN

Mikroorganisme sebagai Pemisah Logam dari Bijihnya

Thiobacillus ferrooxidans adalah salah satu dari spesies khemolititrof (bakteri pemakan batuan) yang berperan dalam mengekstrak berbagai jenis logam. Khemolitotrof memperoleh energinya dari oksidasi zat organik karena dapat mengekstrak karbon secara langsung dari karbondioksida di atmosfer. Thiobacillus ferrooxidans digunakan untuk memperoleh kembali tembaga (dan uranium) dari bijih tembaga dan uranium berkualitas rendah. Misalnya bila larutan yang mengandung ion besi (Fe3+) dicuci melalui endapan senyawa tembaga yang tidak dapat larut, tembaga dioksidasi menjadi senyawa yang dapat larut. Dalam proses ini, (Fe3+) direduksi menjadi Fe2+. Fe3+ dapat dioksidasi kembali menjadi Fe3+ oleh Thiobacillus ferrooxidans. Tembaga yang bisa larut kemudian pindah keluar dari bijih dan diperoleh kembali sebagai tembaga murni yang berkualitas tinggi.

Selama ribuan tahun, penyulingan minyak atau mineral dan memisahkan tembaga dari bijih yang berkualitas rendah dengan proses leaching Atau meluluhkan. Pada 1957, berhasil dikembangkan teknik pemisahan tembaga dari bijinya dengan  menggunakan jasa bakteri. Bakteri yangdapat memisahkan tembaga dari bijihnya adalah Thiobacillus ferooxidans yang berasal dari hasil oksidasi senyawa anorganik khususnya senyawabesi dan belerang. Bakteri ini termasuk jenis bakteri khemolitotrop atau bakteri pemakan batuan. Bakteri khemolitotrop tumbuh subur pada lingkungan yang miskin senyawa organik, karena mampu mengekstrak karbon langsung dari CO2 di atmosfer.

Proses pemisahan tembaga dari bijihnya berlangsung sebagai berikut.

-          Bakteri Thiobacillus ferooxidans

mengoksidasi senyawa besi belerang (besi sulfida) di sekelilingnya. Proses ini membebaskan sejumlah energiyang digunakan untuk  membentuk senyawa yang diperlukannya. Selain energi, proses oksidasi tersebut juga menghasilkan senyawa asam sulfat  dan besi sulfat yang dapat menyerang batuan di sekitarnya serta melepaskan logam tembaga dari bijihnya. Jadi, aktivitas Thiobacillus ferooxidans akan mengubah tembaga sulfida yang tidak larut dalam air menjadi tembaga sulfat yang larut dalam air. Pada saat air mengalir melalui bebatuan, senyawa tembaga sulfat (CuSO4) akan ikut terbawa dan lambat laun terkumpul pada kolam berwarna biru cemerlang. Proses pemisahan logam dari bijihnya secara besar-besaran dapat dijelaskansebagai berikut. Bakteri ini secara alami terdapat di dalam larutan peluluh. Penambang tembaga akan menggerus batu pengikat logam atau tembaga dan akan menyimpannya ke dalam lubang tempat buangan. Kemudian, merekamenuangkan larutan asam sulfat ke tempat buangan tersebut. Saat larutan peluruh mengalir melalui dasar tempat buangan, larutan peluluh akan mengandung tembaga sulfat. Selanjutnya, penambang akanmenambah logam besi ke dalam larutan peluluh. Tembaga sulfat akanbereaksi dengan besi membentuk besi sulfat yang mampu memisahkan logam tembaga dari bijinya. Secara umum, Thiobacillus ferooxidans membebaskan tembaga dari bijih tembaga dengan cara bereaksi dengan besi dan belerang yang melekat pada batuan sehingga batuan mengandung senyawa besi dan belerang,misalnya FeS2. Saat larutan peluluh mengalir melalui batu pengikat bijih,bakteri mengoksidasi ion Fe2+ dan mengubahnya menjadi Fe3+. Unsurbelerang yang terdapat dalam senyawa FeS2 dapat bergabung dengan ionH+ dan molekul O2 membentuk asam sulfat (H2SO4). Bijih yang mengandung tembaga dan belerang, misalnya CuS, ion Fe3+ akan mengoksidasi ion Cu+ menjadi tembaga divalen atau Cu2+. Selanjutnya, bergabung dengan ion sulfat (SO4 2-) yang diberikan oleh asam sulfat untuk membentuk CuSO4. Dengan cara tersebut, bakteri tersebut mampu menghasilkan tembaga kelas tinggi. Selain itu, bakteri pencuci, seperti Thiobacillus juga dapat digunakan untuk memperoleh logam berkualitas tinggi, seperti emas, galiu, mangan, kadmium, nikel, dan uranium.

Metabolisme bakteri itu pun dapat ditinjau dari dua sisi berdasarkan aktivitasnya. Yang pertama ialah pengoksidasi yang melepaskan elektron besi secara enzimatis dan bersamaan dengan itu energi yang dihasilkannya digunakan untuk pertumbuhan bakteri. Yang kedua, pengoksidasi besi secara tidak langsung dan produk metabolismenya bersifat asam sehingga pH-nya menjadi rendah. Ketika pH-nya rendah ini justru ada bakteri yang merasa nyaman dan berkembang dengan baik. Di sini ada simbiosis, baik mutualisme maupun komensalisme.

Proses pengolahan bijih bertujuan untuk mengatur ukuran partikel bijih,menghilangkan bagian-bagian yang tidak diinginkan, meningkatkan kualitas, kemurnian atau grade bahan yang diproduksi. Proses ini biasanya terdiri dari: penghancuran,penggilingan, pencucian, pelarutan, kristalisasi, penyaringan, pemilahan, pembuatan ukuran tertentu, sintering (penggunaan tekanan dan panas dibawah titik lebur untuk mengikat partikel-partikel logam), pellettizing (pembentukan partikel-partikel logam menjadi butiran-butiran kecil), kalsinasi untuk mengurangi kadar air dan/atau karbondioksida, roasting (pemanggangan), pemanasan, klorinasi untuk persiapan proseslindian, pengentalan secara gravitasi, pemisahan secara magnetis,pemisahan secaraelektrostatik, flotasi (pengapungan), penukar ion, ekstraksi pelarut, elektrowining,presipitasi, amalgamasi dan heapleaching.

Proses pengolahan yang paling umum dilakukan adalah pemisahan secara gravitasi (digunakan untuk cadangan emas placer), penggilingan dan pengapungan(digunakan untuk bijih besi yang bersifat basa), pelindian (dengan menggunakan tangkiatau heap leaching); pelindian timbunan (digunakan untuk bijih tembaga kadar rendah)dan pemisahan secara magnetis. Tipikal langkah-langkah pengolahan meliputipenggilingan, pencucian, penyaringan, pemilahan, penentuan ukuran, pemisahan secaramagnetik, oksidasi bertekanan, pengapungan, pelindian, pengentalan secara gravitasi,dan penggumpalan (pelletizing, sintering, briquetting, or nodulizing).