Perpustakaan Digital ITB

Peningkatan penggunaan baterai litium besi fosfat (LFP), terutama pada kendaraan listrik, berpotensi meningkatkan jumlah baterai habis pakai yang perlu didaur ulang. Meskipun tidak mengandung logam bernilai tinggi seperti nikel dan kobalt, baterai LFP habis pakai masih mengandung Li, Fe, dan P yang berpotensi diperoleh kembali. Proses hidrometalurgi merupakan salah satu pendekatan yang menarik karena mampu menghasilkan perolehan logam yang tinggi dan memiliki fleksibilitas umpan yang relatif baik. Namun, proses ini menghasilkan pregnant leach solution (PLS) yang selain mengandung Li dan Fe juga mengandung pengotor seperti Al dan Cu. Pemisahan Fe pada daur ulang LFP umumnya melibatkan oksidasi Fe2+ menjadi Fe3+ sebelum presipitasi sebagai FePO4 sehingga meningkatkan kebutuhan reagen. Di sisi lain, perolehan Li sebagai Li2CO3 umumnya membutuhkan konsentrasi Li yang relatif tinggi. Penelitian ini bertujuan mengembangkan jalur hidrometalurgi daur ulang baterai LFP melalui (i) pelindian black mass baterai LFP (serbuk campuran material aktif baterai), (ii) pemisahan Fe dan Al dari PLS tanpa penambahan oksidator, (iii) evaluasi ekstraksi pelarut untuk pemekatan Li, dan (iv) presipitasi Li sebagai Li3PO4 dari larutan berkonsentrasi relatif rendah. Black mass diperoleh melalui pre-treatment yang meliputi discharging, pirolisis pada 600 °C dalam atmosfer argon, shredding, dan sieving. Pelindian dilakukan menggunakan H2SO4 pada 30 °C dengan memvariasikan nisbah padat-cair 100– 250 g/L, konsentrasi H2SO4 0,5–2,0 M, dan durasi 1–12 jam. PLS pada kondisi terpilih kemudian digunakan untuk presipitasi Fe-Al melalui penambahan NaOH hingga pH 2–6 selama 180 menit. Presipitat pada kondisi terpilih di-roasting pada 700 °C selama 4 jam dalam atmosfer udara. Filtrat dari proses presipitasi Fe-Al digunakan pada percobaan ekstraksi pelarut menggunakan ekstraktan di(2- ethylhexyl)phosphoric acid (D2EHPA) dan bis(2,4,4-trimethylpentyl)phosphinic acid (Ionquest®290). Optimasi presipitasi Li3PO4 dilakukan menggunakan larutan artifisial mengandung Li 2,5 g/L dan Na 91,5 g/L melalui response surface methodology (RSM) menggunakan desain Box-Behnken, dengan faktor temperatur 30–90 °C, durasi 30–90 menit, dan nisbah molar Li/P 2–4. Konsentrasi unsur dianalisis menggunakan atomic absorption spectrometry (AAS) dan/atau inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS), sedangkan fasa kristalin padatan dikarakterisasi menggunakan X-ray diffraction (XRD). Kondisi pelindian terpilih diperoleh pada nisbah padat-cair 200 g/L, H2SO4 2,0 M, temperatur 30 °C, dan durasi 3 jam dengan efisiensi pelindian Li, Fe, Cu, dan Al masing-masing sebesar 91,7%, 96,2%, sekitar 0%, dan 25,6%. PLS yang dihasilkan mengandung Li, Fe, Cu, dan Al sebesar 4,24 g/L, 27,39 g/L, 0,64 mg/L, dan 1,05 g/L, secara berurutan. Peningkatan durasi hingga 12 jam memberikan perubahan relatif kecil terhadap pelindian Li dan Fe, tetapi meningkatkan pelindian Cu hingga sekitar 33%. Pada tahap presipitasi, peningkatan pH meningkatkan presipitasi Fe dan Al hingga mendekati 100% pada pH 6. Kehilangan Li dari mother liquor pada kondisi tersebut adalah sebesar 14,5%, tetapi setelah washing hanya 1,96% Li dari umpan yang tertahan pada presipitat, yang mengindikasikan bahwa sebagian besar Li tidak berada dalam fasa padat yang stabil terhadap proses washing. Karakterisasi XRD menunjukkan keberadaan vivianit (Fe3(PO4)2·8H2O), disertai AlPO4·2H2O, Al2(SO4)3·10,5H2O, dan Na2SO4·10H2O. Keberadaan vivianit menunjukkan bahwa Fe dapat dipisahkan hampir seluruhnya tanpa penambahan oksidator. Setelah roasting, terbentuk FePO4 dan Fe2O3, disertai AlPO4 serta fasa natrium-besi-fosfat yang terindikasi berupa Na3Fe2(PO4)3 dan NaFe3(PO4)3. Percobaan ekstraksi pelarut belum berhasil meningkatkan konsentrasi Li akibat gangguan pemisahan fasa akibat pembentukan padatan pada fasa aqueous pada sistem D2EHPA dan gangguan pada fasa organik pada sistem Ionquest®290. Pemodelan presipitasi Li3PO4 menunjukkan bahwa temperatur, nisbah molar Li/P, dan temperatur kuadratik berpengaruh signifikan terhadap efisiensi presipitasi, sedangkan durasi pada rentang 30–90 menit tidak berpengaruh signifikan. Model memprediksi kondisi optimum pada temperatur 74,24 °C, nisbah molar Li/P 2, dan durasi 90 menit, dengan prediksi efisiensi presipitasi Li sebesar 97,22% dan pH final 12,11. Percobaan verifikasi menghasilkan efisiensi presipitasi 93,95 ± 0,20% dan pH final 12,29 ± 0,01, dengan konsentrasi Li akhir dalam mother liquor sebesar 144,65 ± 5,52 mg/L. Presipitat setelah washing mengandung Li 16,44%, Na 2,82%, dan P 22,5%. Berdasarkan massa presipitat akhir dan kadar Li hasil assay, neraca massa tidak menunjukkan kehilangan Li yang signifikan selama tahapan filtrasi dan washing. Karakterisasi XRD menunjukkan Li3PO4 sebagai fasa kristalin dominan disertai fasa minor Na3PO4 dan Na2HPO4. Hasil penelitian menunjukkan bahwa Fe dapat dipisahkan hampir seluruhnya tanpa oksidator melalui pembentukan Fe(II)- fosfat, sementara Li dapat diperoleh sebagai Li3PO4 dengan efisiensi presipitasi lebih dari 93% dari larutan berkonsentrasi Li relatif rendah (2,5 g/L).