PEMURNIAN HASIL RECOVERY LITIUM DARI LIMBAH LITHIUM-ION BATTERIES (LIBs) DENGAN CARA ADSORPSI

DWI AMALIA, Ir. Indra Perdana, S.T., M.T., Ph.D. ; Ir. Chandra Wahyu Purnomo, S.T., M.Eng., D.Eng., IPM.

2021 | Tesis | MAGISTER TEKNIK KIMIA

Permintaan Lithium Ion Batteries (LIBs) semakin meningkat pesat seiring dengan meningkatnya produksi perangkat elektronik, kendaraan listrik, dll. Meskipun baterai dapat diisi ulang, namun siklus hidup baterai juga terbatas. Sehingga hal tersebut menyebabkan semakin banyak pula LIBs yang berpotensi menjadi limbah. Karena cara pengambilan yang tidak mudah dan ketersediaan litium di bumi cukup langka, maka limbah baterai akhirnya dimanfaatkan sebagai sumber litium. Salah satu cara pengambilan kembali (recovery) litium dari limbah LIBs yang paling sering digunakan adalah melalui proses hidrometalurgi. Pada proses hidrometalurgi, pengambilan kembali litium dari LIBs mengalami pelindian menggunakan asam kuat dan dipurifikasi dengan cara presipitasi bertingkat. Salah satu proses presipitasi tersebut dilakukan dengan cara penambahan larutan kalsium untuk mengatur pH dan memisahkan beberapa komponen, yang pada akhirnya sedikit mengotori larutan litium. Baterai bekas yang digunakan pada penelitian ini adalah jenis Nickel-Cobalt Aluminium oxide (NCA). Baterai tersebut dilindi menggunakan larutan asam sulfat. Kemudian larutan hasil pelindian yang telah mengalami presipitasi dengan penambahan kalsium hidroksida dimurnikan kembali dengan cara adsorpsi. Proses adsorpsi dimaksudkan untuk memisahkan kalsium yang sempat ditambahkan dalam proses presipitasi dari larutan hasil pelindian. Karena kalsium yang terdapat dalam larutan merupakan ion yang bermuatan positif, sehingga resin penukar kation sangat memungkinkan untuk digunakan sebagai adsorben. Di tahapan awal, adsorpsi dilakukan terhadap larutan artificial yang mengandung litium dan kalsium secara terpisah. Hal ini dimaksudkan untuk mengetahui profil berupa afinitas dan kapasitas resin dalam mengadsorpsi masing-masing ion, karena di dalam larutan hasil pelindian masih terdapat komponen lain selain kedua komponen tersebut. Variasi suhu 30, 50, dan 70oC dilakukan pada percobaan untuk mengetahui suhu optimum dalam proses adsorpsi ion litium dan ion kalsium. Perhitungan dan fitting juga dilakukan untuk mengetahui profil adsorpsi resin terhadap masing-masing komponen. Kemudian, pada tahap akhir dilakukan adsorpsi terhadap larutan hasil pelindian yang asli. Hasil percobaan adsorpsi terhadap larutan artificial menunjukkan bahwa suhu adsorpsi yang optimum adalah pada 30oC dan resin memiliki afinitas yang lebih tinggi terhadap ion kalsium dibanding ion litium. Setelah dilakukan perhitungan dan fitting terhadap beberapa model isoterm adsorpsi, diperoleh model isoterm Langmuir yang paling cocok dengan proses adsorpsi ini. Model yang diperoleh ternyata juga dapat dengan baik digunakan untuk meninjau proses adsorpsi dari sisi termodinamika. Selanjutnya, pada percobaan adsorpsi terhadap larutan hasil pelindian, resin mampu kalsium sebanyak 73,49% dan litium hanya sebanyak 13,53%.

The demand for Lithium-Ion Batteries (LIBs) is increasing rapidly along with increasing electronic devices and electric vehicles (EVs). Although the battery is rechargeable, the life cycle of the battery is also limited. So this causes more and more LIBs that have the potential to become waste. Because the method of collecting it is not easy and the availability of lithium on earth is relatively scarce, the waste batteries are finally used as a source of lithium. One of the most commonly used ways of recovering lithium from LIBs waste is through a hydrometallurgical process. In the hydrometallurgical process, lithium recovered from LIBs is leached using strong acids and purified by sequential precipitation. One such precipitation process involves adding a calcium solution to adjust the pH and separating some of the components, which eventually contaminates the lithium solution a little. The spent battery used in this study is Nickel-Cobalt Aluminum oxide (NCA). The battery was leached using a sulfuric acid solution. The leaching solution, which has precipitated with the addition of calcium hydroxide, is purified again through adsorption. The adsorption process is intended to separate the calcium added in the precipitation process from the leaching solution. Because the calcium in the solution is a positively charged ion, it is possible to use the cation exchange resin as an adsorbent. In the initial stage, adsorption is carried out on artificial solutions containing lithium and calcium separately. This is intended to determine the profile in the form of affinity and resin capacity in adsorbing each ion because, in the leaching solution, there are other components besides the two components. Temperature variations of 30, 50, and 70oC were carried out in the experiment to determine the optimum temperature in the adsorption process of lithium ions and calcium ions. Calculations and fittings were also carried out to determine the resin adsorption profile for each component. Then, in the final stage, adsorption is carried out on the original leaching solution. The adsorption experiment results on artificial solutions show that the optimum adsorption temperature is at 30oC, and the resin has a higher affinity to calcium ions than lithium ions. After calculating and fitting several adsorption isotherm models, the Langmuir isotherm model is the most suitable for this adsorption process. The model obtained was also well used to review the adsorption process from a thermodynamic aspect. Furthermore, in the leaching solution's adsorption experiment, the resin could adsorb as much as 73.49% calcium and 13.53% lithium.

Kata Kunci : adsorpsi , baterai , litium , purifikasi , resin