Perpustakaan Digital ITB

Dalam beberapa tahun terakhir, industri baterai untuk kendaraan listrik meningkat signifikan karena adanya isu net zero emission (NZE). Isu NZE mendorong Indonesia untuk melakukan pembatasan pemanfaatan sumber energi fosil pada sektor transportasi dan melakukan transisi ke kendaraan listrik serta telah diterbitkan Peraturan Presiden Nomor 55 Tahun 2019 tentang Percepatan Program Kendaraan Bermotor Listrik Berbasis Baterai untuk transportasi jalan. Salah satu baterai kendaraan listrik yang paling banyak digunakan adalah baterai ion-litium yang material katodanya kaya nikel, yaitu tipe nickel-manganese-cobalt oxide (NMC). Baterai ion-litium tipe NMC banyak digunakan untuk mobil listrik karena memiliki densitas energi yang tinggi dan relatif aman. Katoda baterai NMC dalam pembuatannya memerlukan bahan baku nikel sulfat, mangan sulfat, kobalt sulfat, dan litium karbonat atau litium hidroksida. MHP merupakan salah satu sumber material untuk mendapatkan produk nikel sulfat dan kobalt sulfat. Dalam proses pemurnian MHP menjadi nikel sulfat dan kobalt sulfat, MHP dilindi menggunakan asam sulfat untuk menghasilkan larutan kaya hasil pelindian (pregnant leach solution, PLS) yang mengandung nikel, kobalt, serta logam-logam pengotor seperti Al, Zn, Mn, Mg, dan Fe. Untuk mendapatkan nikel sulfat dengan kemurnian tinggi sebagai bahan baku katoda baterai berbahan nikel, PLS harus dimurnikan dan metode yang paling banyak digunakan adalah dengan proses ekstraksi pelarut (solvent extraction, SX) menggunakan ekstraktan organik yang dapat memisahkan unsur-unsur pengotor dari Ni dan Co serta memisahkan Ni dari Co dan unsur-unsur pengotor yang masih tersisa. Pengotor utama MHP seperti Fe, Al, dan Zn dapat dipisahkan dari Ni menggunakan ekstraktan di(2-ethylhexyl) phosphoric acid (D2EHPA). Selanjutnya ekstraktan bis(2,4,4-trimethylpentyl) phosphinic acid (Cyanex 272) dapat memisahkan Ni dari Co, Mn, dan Cu, sedangkan ekstraktan neodecanoic acid (Versatic 10) dapat memisahkan Ni dari Mg sehingga didapat larutan nikel sulfat dengan kemurnian tinggi. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari pemurnian lanjutan larutan artifisial yang mensimulasikan larutan hasil pelindian MHP yang telah dimurnikan dengan D2EHPA untuk mensintesis nikel sulfat dengan kemurnian tinggi. Pada percobaan SX dengan Cyanex 272 digunakan larutan artifisial yang menyimulasikan larutan hasil pelindian MHP setelah mengalami proses pemurnian dari logam Fe, Al, Zn, dan Mn dengan SX menggunakan ekstraktan D2EHPA. Setelah percobaan dengan Cyanex 272 selesai, dilanjutkan percobaan dengan Versatic 10 untuk memurnikan larutan kaya nikel. Pada percobaan SX dengan Versatic 10 digunakan larutan artifisial yang menyimulasikan larutan rafinat hasil percobaan SX dengan Cyanex 272 setelah dilakukan scrubbing Ni. Diluen yang digunakan pada percobaan SX baik dengan Cyanex 272 dan Versatic 10 adalah kerosin. Untuk setiap percobaan ekstraksi, ditambahkan tributyl phosphate (TBP) sebanyak 5% volume sebagai phase modifier yang mencegah pembentukan fasa ketiga. Variabel percobaan yang dipelajari pada percobaan ekstraksi dengan Cyanex 272 dan Versatic 10 adalah pH kesetimbangan, konsentrasi ekstraktan, dan rasio volume larutan organik terhadap volume larutan aqueous (rasio O/A). Variabel percobaan yang dipelajari pada percobaan scrubbing Ni dari loaded Cyanex 272 dan scrubbing Mg dari Versatic 10 adalah pH awal dan rasio O/A. Sementara, variabel percobaan yang dipelajari pada percobaan stripping Co dari loaded Cyanex 272 dan stripping Ni dari loaded Versatic 10 adalah konsentrasi asam sulfat. Stripped liquor yang diperoleh dilakukan kristalisasi untuk mendapatkan kristal NiSO4•6H2O dengan kemurnian tinggi. Hasil percobaan menunjukkan bahwa persen ekstraksi Ni, Mg, Co, Mn, dan Cu cenderung naik seiring naiknya pH kesetimbangan, rasio O/A, dan konsentrasi ekstraktan dengan ekstraktan Cyanex 272 maupun Versatic 10. Kondisi terbaik ekstraksi dengan Cyanex 272 diperoleh pada pH kesetimbangan = 5, konsentrasi ekstraktan = 30% (v/v), dan rasio O/A = 0,25 dalam 2 tahapan dengan persen ekstraksi Ni dan Mg masing-masing sebesar 19,74% dan 58,83% serta persen ekstraksi Co, Mn, dan Cu mendekati 100%. Seluruh Ni dapat ter-scrubbing pada pH awal = 2 dan rasio O/A = 1 dalam 1 tahapan dengan persen scrubbing Mg dan Co masing-masing sebesar 59,1% dan 2,03%, sementara Mn dan Cu belum terscrubbing. Logam yang masih berada dalam fasa organik dapat dilakukan stripping seluruhnya pada konsentrasi asam = 0,1 M dan rasio O/A = 2 dalam 1 tahapan. Selain itu, kondisi terbaik ekstraksi dengan Versatic 10 diperoleh pada pH kesetimbangan = 7, konsentrasi ekstraktan = 30% (v/v), dan rasio O/A = 0,5 dalam 2 tahapan dengan persen ekstraksi Ni mendekati 100%, dan Mg terko-ekstraksi sebesar 3,61%. Seluruh Mg dapat ter-scrubbing pada pH awal = 2 dan rasio O/A = 2 dalam 1 tahapan dengan persen scrubbing Ni sebesar 0,93%. Logam Ni yang masih berada dalam fasa organik dapat dilakukan stripping seluruhnya pada konsentrasi asam = 1 M dan rasio O/A = 2 dalam 1 tahapan. Stripped liquor dari keseluruhan proses kemudian dilakukan kristalisasi untuk mendapatkan kristal nikel sulfat. Kristal yang diperoleh dilakukan digestion dan didapatkan kadar Ni sebesar 22,15% sehingga memenuhi standar kadar Ni dalam nikel sulfat battery grade untuk prekursor katoda baterai ion-litium tipe NMC.