MINERALOGY, GEOCHEMISTRY AND LEACHING BEHAVIOR OF THE SOROAKO NICKELIFEROUS LATERITE DEPOSIT, SOUTH SULAWESI, INDONESIA

SUFRIADIN, Prof. Ir. Panut Mulyono,

2013 | Disertasi | S3 Teknik Geologi

Endapan laterit nikel Soroako yang terdapat di bagian tengah Pulau Sulawesi merupakan sumber utama nikel di Indonesia. Endapan ini telah ditambang dan diolah menggunakan teknik peleburan konvensional oleh PT. Vale Indonesia. Endapan laterit nikel Soroako terdiri dari dua tipe berdasarkan tingkat serpentinisasi batuan asalnya yaitu: tipe barat dan tipe timur. Bijih tipe barat berasal dari hasil pelapukan kimia batuan peridotit tak terserpentinkan; sedangkan bijih tipe timur dibentuk oleh hasil pelapukan kimia batuan ultramafik dengan tingkat serpentinisasi sedang hingga tinggi. Studi ini melaporkan hasil mineralogi dan geokimia endapan laterit nikel daerah Soroako dengan tujuan untuk mengetahui hubungan antara batuan dasar peridotit terutama peran tingkat serpentinisasinya terhadap perkembangan endapan laterit nikel. Percobaan pelindian juga telah dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui pengaruh komposisi mineral bijih saprolit terhadap perilaku disolusi mineral dan laju pelindian logam serta implikasinya terhadap pengolahan bijih Ni secara hydrometalurgi. Analisis petrologi dan geokimia menunjukkan bahwa batuan peridotit di daerah Soroako merupakan bagian dari ofiolit dengan kandungan olivin tinggi yang kaya nikel. Batuan ini merupakan protolit yang paling sesuai untuk dapat membentuk bijih nikel laterit kadar tinggi. Proses serpentinisasi menyebabkan hilangnya sebagian unsur Ni yang berdampak pada penurunan kadar Ni pada batuan dasar blok Petea. Tingginya kadar Ni pada bijih nikel laterit blok barat relatif terhadap kadar bijih nikel blok Petea sebagai konsekuensi dari adanya perbedaan consentrasi Ni pada protolit. Studi mineralogi mengindikasikan bahwa pelapukan kimia batuan peridotit pada blok barat yang berkomposisikan mineral-mineral primer (olivin dan sedikit piroksin serta spinel) mengakibatkan proses transformasi mineral-mineral tersebut menjadi goetit, silika, smektit, serpentin, talk dan garnierit; sedangkan batuan ultramafik pada blok Petea yang disusun oleh serpentin, piroksin, klorit, dan magnetit mengalami perubahan menjadi serpentin residual, amfibol, maghemit, dan klorit membentuk zona saprolit. Pelapukan lebih lanjut secara intensif mengakibatkan mineral-mineral sekunder pada zona saprolit berubah menjadi oksida besi terutama goetit membentuk zona limonit di bagian atas profil. Analisis geokimia pada laterit di kedua blok menunjukkan suatu pola laterit nikel yang khas, dimana MgO, SiO2 dan CaO berkurang secara tajam ke arah atas profil; sedangkan FeO, Al2O3, TiO2 dan Cr mengalami peningkatan. Perhitungan indeks pelapukan dan kesetimbangan massa menunjukkan bahwa Mg dan Si mengalami pengurangan pada profil laterit selama proses pelapukan namun Si terlindih lebih cepat pada zona saprolit blok barat dibanding blok Petea. Pengkayaan Mn dan Co pada zona batas saprolit-limonit akibat perpindahan secara vertikal dari zona atas dan terpresipitasi pada profil pelapukan. Secara umum, karakteristik geokimia dan mineralogi menunjukkan bahwa genesa bijih terutama dikendalikan oleh sifat-sifat batuan dasar dan iklim lokal. Karakteristik profil laterit pada dua blok menunjukkan perbedaan sejarah xxi pelapukan dimana laju pelapukan kimia dan tingkat amblesan pada profil blok barat lebih ekstrim dibandingkan dengan profil laterit pada blok Petea. Proses pengkayaan Ni pada blok barat terjadi melalui pembentukan filosilikat sekunder yang disebut “garnierit”, sedangkan “reaksi pertukaran ion” merupakan mekanisme yang terjadi pada blok Petea dimana Ni menggantikan Mg pada kisi struktur serpentin residu. Nikel terkayakan pada zona saprolit dengan kadar dapat mencapai 4,2 %; pada blok barat, lebih tinggi dari blok Petea dengan konsentrasi Ni mencapai 2.4 %. Nikel pada zona saprolit blok barat menunjukkan pengkayaan absolut hingga 467 %, juga lebih tinggi dibanding dengan pengkayaan pada zona saprolit Petea blok yaitu 459 %. Mineral-mineral pembawa Ni pada bijih laterit blok barat terutama terdiri dari “garnierit, goethit dan sedikit talk; sementara serpentin residual merupakan mineral utama pembawa Ni pada bijih Petea blok. Garnirierit pada blok barat diidentifikasi sebagai campuran fasa antara seri mineral-mineral kerolit-pimelit, lizardit-nepouit, talk-wilemsit dan Ni-smektit; sedangkan sepiolit-falcondoit dengan sedikit kerolit-pimelit dan Ni-serpentin diidentifikasi sebagai seri mineral penyusun garnierit di blok Petea. Dengan demikian, endapan laterit Soroako digolongkan sebagai tipe bijih silikat. Percobaan pelindian dengan menggunakan asam sulfat pada tekanan atmosfir terhadap dua contoh bijih saprolit dari masing-masing blok memperlihatkan perilaku disolusi mineral yang berbeda. Olivin pada bijih saprolit blok barat terdisolusi secara sempurna diikuti oleh serpentin dan goetit; sedangkan talk sangat sulit terdisolusi, namun kuarsa tidak larut sama sekali. Sementara itu, serpentin residual pada bijih saprolit blok Petea mudah mengalami disolusi diikuti oleh klorit dan maghemit. Akan tetapi enstatit, amphibol dan kuarsa tidak mengalami pelarutan. Laju pelindian Ni pada bijih saprolit blok barat lebih rendah dibandingkan dengan bijih saprolit pada blok Petea. Perbedaan tingkat disolusi mineral dan laju pelindian Ni dari kedua bijih ini mungkin disebabkan oleh variasi struktur kristal dan tingkat substitusi logam baik pada mineral silikat ataupun mineral oksida. Dalam kaitannya dengan proses hydrometalurgi, diprediksikan bahwa koekstraksi Ni dengan Mg dan Fe tidak dikehendaki karena akan mengkonsumsi asam berlebih. Kehadiran mineral talk pada garnierit blok barat dapat menyebabkan penurunan laju pelindian Ni akibat sifat refraktori dari mineral ini. Di lain pihak, tingginya tingkat disolusi serpentin residual saprolit blok Petea tidak hanya menyebabkan tingginya Ni terlarut akan tetapi juga dapat menghasilkan magnesium terlarut dan silika amorf sebagai padatan sisa. Kehadiran silika amorf dapat menghambat proses pemisahan logam lebih lanjut dari larutan terlindih. Namun demikian, silika amorf dapat memiliki potensi sebagai bahan baku untuk pabrikasi silikon karbida. Secara umum, ekstraksi Ni dari kedua bijih saprolit masih rendah, namun demikian bijih saprolit dari blok Petea dapat memberikan potensi ekstraksi Ni yang lebih baik pada proses dengan tekanan normal. Secara alternatif, bijih saprolit Petea dapat digunakan sebagai bahan pada proses pelindian tahap kedua untuk netralisasi larutan terlindih dari proses ekstraksi Ni dengan proses pelindian asam bertekanan tinggi.

Soroako nickeliferous laterite deposit, located in the central region of Sulawesi Island, is the primary source of Ni in Indonesia. This deposit has been mined and processed using conventional smelting techniques in site by PT. Vale Indonesia. Soroako Ni laterite deposit consists of two ore types on the basis of its different serpentinization degree of ultramafic bedrocks, namely west ore and east ore type. The west ore type is derived by chemical weathering of unserpentinized peridotite while the east ore type is formed by chemical weathering of moderately to highly serpentinized ultramafic rocks. This study reports on mineralogical and geochemical results with the principal aim at deciphering the relationship between parental peridotites particularly the role of serpentinization degree of ultramafic protolith for development the overlying nickeliferous laterite ores. Leaching experiment has also been carried out in order to investigate the effects of mineralogical composition of saprolitic ores to their dissolution behavior and the leaching rates of metal with the implication for hydrometallurgical processing. Petrological and geochemical analyses indicate that peridotite at Soroako is a fragment of ophiolite containing predominantly olivine which rich in nickel. This is the most suitable protolith for the formation of higher grade Ni ores. Serpentinization of such peridotites has caused the remobilization of elements resulting in slight depletion of Ni as shown in Petea bedrocks. Relatively higher Ni content of the ore from west block than those ore from Petea block is a consequence of the difference in bulk Ni content of the parent rocks. Mineralogical studies indicate that chemical weathering of peridotite in the west block containing the original primary minerals (olivines, minor pyroxenes, and spinels) have resulted in the transformation of such minerals into secondary phases such as goethite, quartz, serpentine, talc and neoformed “garnierite” to form saprolite horizons; whereas the ultramafic rocks of Petea block that are primarily composed of primary serpentines with minor pyroxene and magnetite have been altered into residual serpentine, amphibole, maghemite and chlorite forming saprolite zones. The advance weathering extends the complete transformation of secondary minerals in the saprolite zones into the iron oxihydroxides mainly goethite forming limonite horizons in the upper profiles. Whole rock geochemistry in most profiles of the two blocks reveals a fairly typical laterite pattern, in which MgO, SiO2 and CaO are strongly decreased toward the uppermost profiles whereas FeO, Al2O3, TiO2 and Cr are increased. Weathering indices and mass balance calculations suggest that Mg and Si have been substantially lost from the profiles during chemical weathering but Si was leached out more rapidly from west block profile than Petea profile. The enrichment of Mn and Co at the saprolite - limonite interface is likely due to their vertical transfer from the upper zone and precipitate at weathering profile. In general, the geochemistry and mineralogical characteristics of the deposits suggest that the ore genesis is largely controlled by parent rock properties particularly serpentinization degree and local climate. Characteristics of laterite xix profiles at the two blocks indicate different weathering histories where the rates of weathering and degree of profiles collapse in the west block are more extreme than in the Petea block. It is evident that supergene process of nickel in the west block mainly occurs through the neoformation of secondary phyllosilicate phases called “garnierite”; whereas “exchange reaction” is the mechanism of Ni enrichment in the Petea block where Ni2+ substitutes for Mg2+ in residual serpentine lattice. Nickel is strongly enriched at the saprolite zone with concentration reaches up to 4.2 wt% in the west block which is higher than those of Petea profile with the value up to 2.4 wt%. The absolute enrichment of Ni is about 467 % at the west block which is again slightly higher than those from Petea block with the value about 459 %.. Nickel bearing phases in the west block ores consist essentially of “garnierites” with minor amounts of goethite and talc; while residual primary serpentines are the main host mineral for nickel in the Petea ore. Garnierites in the Soroako west block are identified as the mixtures of kerolite-pimellite, lizardite-nepouite, with locally talc-willemseite and Ni-smectite; whereas sepiolite-falcondoite with minor kerolite-pimellite and Ni-serpentine are the minerals identified in garnierites from Petea block. Hence, the lateritic nickel deposits of Soroako are classified as silicate ore type. Leaching experiment using sulfuric acid at atmospheric pressure of the two saprolitic ores samples from respective block indicates that dissolution behavior of minerals is different. Olivine in the west block ore was completely dissolved followed by serpentine and goethite while talc-like phase was hardly decomposed but quartz was not dissolved at all. On the other hand, residual primary serpentines as the main component in the Petea block ore were readily dissolved followed by chlorite and maghemite whereas enstatite, amphibole, and quartz were undissolved. Leaching rate of nickel from west ore was generally low as compared to those from Petea ore. The differences in dissolution rates of minerals and extent of Ni leaching from these two saprolitic ores are most likely the variation of crystal structures and the extent of metal substitutions in both silicate and oxide minerals within the ores. With respect to hydrometallugical processing, it is estimated that co-extraction of nickel with magnesium and iron is undesirable due to the more acid consumption. The presence of talc-like phase in the west bock ore may decrease the Ni leaching due to the refractory nature of this mineral. On the other hand, the higher dissolution rates of residual serpentines from Petea block ore are not only result in substantial Ni leaching but can also produce excessive magnesium in leached solution and amorphous silica in solid residues. The presence of amorphous silica may inhibit further metal separation from leached solution. However, this could be a good potential as raw materials for the production of silicon carbide. In general, Ni extraction from both saprolite ores is still low but saprolite ores from Petea block may have better potential for Ni extraction at atmospheric pressure. Alternatively, Petea saprolite ore can be fed in second stage leaching for partial neutralization of leach liquor derived by Ni extraction with high pressure acid leaching process.

Kata Kunci :