Pembutan Adsorben Litium Aluminium Hidroksida sebagai Penjerap Selektif Ion Litium dari Brine dengan Memanfaatkan Limbah Aluminium

SALAFUDIN, Prof. Himawan Tri Bayu Murti Petrus,ST, M.E., D.Eng.; Ir. Agus Prasetya, M.Eng.Sc., Ph.D.; Dr.rer.nat. Ir. I Wayan Warmada, IPM.

2025 | Disertasi | S3 Teknik Kimia

Permintaan litium yang terus meningkat telah memperkuat kebutuhan akan teknologi ekstraksi litium yang efisien dan berkelanjutan. Metode konvensional untuk memperoleh litium dari brine, yang didasarkan pada penguapan matahari dan kristalisasi bertingkat kurang efektif untuk sumber litium berkonsentrasi rendah. Disertasi ini bertujuan membuat adsorben litium-aluminium hidroksida (LDHs) dengan memakai limbah aluminium untuk memungut ion litium dari brine secara selektif, ramah lingkunangan, dan ekonomis.

Penelitian ini menggunakan proses sintesis dua tahap dengan memanfaatkan limbah aluminium foil dan limbah plastik multi-lapis yang mengandung aluminium sebagai bahan baku. Tahap pertama melibatkan reaksi limbah aluminium dengan natrium hidroksida untuk menghasilkan natrium aluminat dan gas hidrogen, diikuti reaksi ko-presipitasi dengan litium krorida untuk membentuk adsorben LDHs. Pemodelan kinetika menunjukkan bahwa pada limbah aluminium foil, laju reaksi dikendalikan oleh reaksi kimia permukaan, sedangkan pada limbah multi-lapis, reaksi permukaan, perpindahan massa antar fase, serta pelepasan sebagian plastik menjadi langkah pembatas laju. Adsorben LDHs hasil sintesis terkonfirmasi memiliki struktur double layered hydroxide yang teratur berdasarkan analisis struktur kristal dan gugus fungsi yang spesifik.

Pengujian performa menunjukkan bahwa adsorben LDHs memiliki kapasitas maksimum penjerapan litium sebesar 9,47 mg Li/g adsorben pada brine sintetis. Adsorben ini juga stabil dipakai berulangkali terbukti pemakaian selama delapan kali hanya menurunkan performan sebesar 3,6%. Adsorben ini juga efektif digunakan pada brine Bleduk Kuwu dengan konsentrasi 40 ppm Li, menghasilkan tingat pemungutan 12,1?n kapasitas adsorpsi 0,438 mg Li/g adsorben. Studi isotermal adsorpsi menunjukkan bahwa model Freudlich dan Temkin paling sesuai menggambarkan perilaku kesetimbangan, mengindikasikan mekanisme adsorpsi multilapis dan heterogen. Kehadiran MgCl2 dalam konsentrasi tinggi pada brine diketahui meningkan penjerapan lithium, karena ion klorida membantu menstabilkan struktur LDHs.

Lebih lanjut, disertasi ini memanfaatkan litium in-situ dari brine Bleduk Kuwu dan LUSI untuk mensintesis adsorben litium-aluminium hidroksida (LI/Al LDHs) melalui skema dua tahap. Proses berututan ini  Mg/Al LDHs diendapkan terlebih dahulu, kemudian diperoleh Li/Al LDHs berkemurnian 99?ngan perolehan litium 76%. Sedangkan pemakaian brine ektrak LUSI dihasilkan tingkat perolehan litium hingga 87%. Berkat penggunaan bahan baku murah-limbah aluminium dan litium dari brine- kajian tekno-ekonomi menunjukkan rasio nilai produk terhadap biaya yang kompetitif, sehingga layak untuk diimplementasikan pada skala pilot.

Kesimpulannya, penelitian ini membuktikan potensi pemanfaatan limbah aluminium untuk sintesis adsorben LDHs berkinerja tinggi dalam pemungutan litium secara selektif dari brine berkonsentrasi rendah. Temuan ini berkontribusi pada pengembangan teknologi ektraksi litium berkelanjutan di Indonesia. Penelitian lanjutan dianjurkan untuk optimalisasi proses pada skala lebih besar dan integrasi dengan teknologi lainnya.

The rising global demand for lithium has heightened the necessity for more efficient and sustainable extraction methods. Traditional lithium recovery methods from brine, such as solar evaporation and multistage crystallization, are less effective for brine with low lithium concentrations. This dissertation focuses on synthesis of lithium-aluminium layered double hidroxides (LDHs) adsorbents using aluminium waste as a raw material, with the objective of developing an environmentally sustainable and cost-effective method for recovery from brine.

The study employs a double-stage synthesis process utilizing aluminium foil and multi-layer plastic aluminium waste as raw materials. The first stage involves reacting aluminium waste with sodium hydroxide to produce sodium aluminate and hydrogen gas, followed by a co-precipitation reaction with lithium chloride in the second stage to form LDHs adsorbents. Detailed kinetic modelling reveals, while for aluminium foil, the process is controlled by surface chemical reactions, while for multi-layer plastic aluminium waste, surface reaction, interfacial mass transfer, and partial plastic delamination are all rate-limiting steps. Structural confirmed the successful formation of well-structured LDHs. 

Performance assessment indicated that the synthesized adsorbents exhibit a maximum uptake of 9.47 mg of ion lithium per gram of adsorbent and retain 96.4?pacity after eight adsorption-desorption cycles. The adsorbent also proved effective for Bleduk Kuwu brine with litium concentration 40 ppm, achieving rate of 12.1%, and an adsorption capacity of 0.438 Li/g adsorbent. Adsorption isotherm studies indicated that the Freundlich and Temkim models best describe the equilibrium behavior, suggesting multilayer and heterogeneous adsorption mechanisms. High concentrations of Magnesium Chloride in brine were found to enhance lithium adsorption, as chloride ions help stabilize the structure of layered double hydroxides.

Furthermore, this dissertation exploits in-situ lithium from Indonesia brine (Bleduk Kuwu and LUSI) to synthesize lithium-aluminium layered hydroxide (LI/Al LDHs) adsorbent trough a two-step scheme. The sequential process first precipitates Mg/Al LDHs, followed by the recovery of LI/Al LDHs with 99% purity and a lithium yield of 76%. Meanwhile, the application of LUSI brine extract achieved a lithium recovery efficiency of  up to 87%. Owing to the use of low-cost feedstocks-aluminium waste and brine-derived lithium- the preliminary techno-economic analysis reveals a competitive product to cost ration, indicating that the process is suitable for scale-up to the pilot level.

In Conclusion, this research demonstrates the feasibility of converting aluminium waste into LDHs adsorbents suitable for lithium recovery processes. These outcomes support waste valorization, resource management, and the progression of lithium extraction technologies tailored for contexts similar to Indonesia. Future work should focus on process scale-up process, adsorbent granulation for fixed bed applications, and integration of extraction and precipitation to enhance efficiency and cost effectiveness. 

Kata Kunci : Pemungutan litium, Limbah aluminium, Litium Alumunium Hidroksida, Layered double hydroxides (LDHs), Brine, Adsorpsi, Kopresipitasi, Bleduk Kuwu, LUSI, Adsorpsi selektif ion, Analisis tekno-ekonomi