Nikel untuk Baterai: Leaching Asam Cepat vs Bioleaching Hemat CO₂

Keberhasilan pelindian nikel ditulis oleh dua variabel sederhana namun mahal: konsentrasi asam dan suhu. Dalam uji atmosferik 95–100 °C, menaikkan H₂SO₄ mendorong lonjakan hasil; studi Indonesia melaporkan pemulihan Ni 96,4% pada 1,0 M H₂SO₄ (95 °C, 5 jam) (researchgate). Di sisi lain, bioleaching mengandalkan bakteri pengoksidasi sulfida—lebih lambat tetapi menyajikan pengurangan CO₂ besar pada skala industri (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).

Di operasi komersial, high pressure acid leaching atau HPAL (High Pressure Acid Leaching, pelindian asam bertekanan tinggi) melaju di ≈240–270 °C dengan reaktor bertekanan 30–50 bar—sekitar 250 °C di banyak pabrik—untuk mempercepat kinetika dan meredakan pasivasi Fe/Al (researchgate). Namun, setiap derajat panas ekstra berisiko mengerek konsumsi asam saat gangue seperti Fe/Mg/Mn ikut terlarut.

Baca juga:

Grinding vs Recovery: Mengunci Laba Nikel dari ROM ke Konsentrat

Asam terlalu rendah berujung pelindian tidak lengkap. Empirinya monoton: semakin tinggi [H₂SO₄], semakin tinggi pelarutan Ni. Studi Indonesia itu menegaskan 96,4% Ni pada 1,0 M H₂SO₄ (researchgate), sedangkan 0,2–0,6 M sering jeblok di <50–60%.

Di HPAL, pengelolaan “free‑acid” (konsentrasi asam bebas) tipikal 60–200 g/L H₂SO₄ (~0,6–2 M) dalam autoklaf, dengan skema penambahan asam arus lawan dan netralisasi. Asam lebih tinggi memecah serpentin dan garnierit, tetapi kelebihan akan dihabiskan pada gangue (mis. MgO di saprolit) atau membentuk gipsum.

Suhu menaikkan laju dan derajat pelindian secara tajam. Pada uji batch asam kuat, menaikkan suhu dari 80 °C ke 100 °C hampir menggandakan ekstraksi Ni dari ~51% menjadi ~97% pada laterit saprolit Iran—51% pada 80 °C dengan 5 M asam vs 97,2% pada 100 °C dengan 7 M (researchgate). Di HPAL sekitar ~250 °C, >90% Ni lazim (mis. Moa Bay/PHPAL ~94–96%).

Pada pelindian atmosfer (tank leach, pelindian pada tekanan atmosfer), suhu praktis dibatasi 95–100 °C sehingga butuh jam operasi dan asam tinggi; contoh 83% Ni dalam 4 jam di 95 °C dengan 5 N H₂SO₄ (N) (researchgate). Menjaga sistem dekat titik didih (atau uap) krusial; turun ke <80 °C memperpanjang waktu dan mengurangi hasil—satu studi faktorial mencatat ekstraksi tertinggi di 95 °C, hanya separuhnya di 75 °C.

Ringkasnya: asam tinggi dan suhu tinggi sama‑sama esensial. Kenaikan 10–20 °C dapat signifikan menaikkan hasil Ni; asam di bawah ~0,5–1 M jarang menembus >50–60% ekstraksi. Karena sensitivitas ini, sirkuit leach industri wajib ketat mengontrol penambahan asam dan pemanasan. Contoh Indonesia: 96,4% pada 1 M H₂SO₄ (researchgate). Di HPAL, operator menambahkan 150–200 kg H₂SO₄ per ton bijih lalu menetralkannya pasca‑leach. Terlalu rendah asam/suhu berarti pemulihan turun drastis; terlalu agresif menaikkan biaya dan scaling.

Catatan operasional yang relevan dengan kontrol asam/suhu tersebut kerap menempatkan akurasi penakaran bahan kimia sebagai kunci; peralatan seperti dosing pump lazim dipakai untuk injeksi H₂SO₄ maupun basa penetral, sementara housing tahan bahan kimia seperti pvc‑frp cartridge housing digunakan pada loop filtrasi yang bersinggungan dengan asam.

Bioleaching berbasis bakteri khusus

Bioleaching memanfaatkan mikroorganisme asidofilik (pecinta asam) untuk mengoksidasi sulfida logam; mereka menghasilkan Fe³⁺ dan H₂SO₄ in situ sehingga nikel terlarut lepas ke larutan. Spesies kunci mencakup Acidithiobacillus ferrooxidans, A. thiooxidans, dan Leptospirillum ferrooxidans—kemolitotrof yang mengoksidasi Fe²⁺→Fe³⁺ dan S²⁻→SO₄²⁻, menjaga pH rendah yang mendorong leaching (ncbi.nlm.nih.gov) (ncbi.nlm.nih.gov). A. ferrooxidans mampu tumbuh pada pH<3 dan mengoksidasi sulfur sulfida dan besi fero (ncbi.nlm.nih.gov).

Skala komersial: Terrafame (Finlandia) mengoperasikan konsorsium asidofilik untuk bio‑oksidasi konsentrat Cu–Ni–Co. Kampanye 2019 memulihkan 29.600 ton Ni melalui heap/tank bioleaching—sekitar 1,2% produksi nikel global (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Ini menunjukkan nikel bisa direbut dalam jumlah berarti via bioleaching, meski masih rute niche.

Inovasi mikroba: studi 2022 memakai Burkholderia sp. pelarut kalium untuk bioleach laterit Brasil; dalam 42 hari, 87% Ni bijih terlarut di kondisi optimal (link.springer.com). Heterotrof ini memetabolisme glukosa menjadi asam organik dan senyawa pengkelat yang membebaskan Ni.

Terobosan lain menggunakan neutrofil Guyparkeria halophila (eks Thiobacillus halophilus) pengoksidasi sulfur pada pH ~7, dipadu asam format sehingga menghasilkan “biosulfuric acid” lebih lembut. Setelah 43 hari, 1.116 mg/L Ni (~69,8% Ni tersedia) terekstrak dengan “formate‑boosted” G. halophila, dibanding 35,4 mg/L (~2,2%) tanpa format (ncbi.nlm.nih.gov). Ini menunjukkan bahkan neutrofil mampu mendorong disolusi Ni bila distimulasi tepat.

Dari eksperimen tersebut: (1) proses bio‑oksidatif mampu melarutkan Ni, terutama bila asam biogenik/ditambahkan memadai; (2) bakteri spesialis—asidofilik atau strain tailored—dibutuhkan untuk mengatasi toksisitas Ni dan menggerakkan oksidasi; (3) kecepatannya biasanya lambat (minggu–bulan), tetapi hasilnya bisa signifikan (puluhan persen di uji laboratorium). Pada studi neutrofil, penambahan asam format sangat meningkatkan aktivitas bakteri dan pelepasan Ni (ncbi.nlm.nih.gov), menegaskan desain proses—termasuk pengaturan pH dan nutrient dosing—krusial. Dalam konteks pengaturan nutrien tersebut, fasilitas kerap memanfaatkan bacterial nutrient bersama sistem injeksi kimia seperti dosing pump untuk presisi.

Secara global, bioleaching nikel masih kecil: hanya sekitar 1,2% Ni dunia (≈29.600 t dari ≈2,5 Mt/tahun) dihasilkan lewat biomining (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Namun jejak karbonnya jauh lebih rendah: proses nikel sulfat Terrafame (tipe bioleaching) hanya menghasilkan ~32% CO₂ per kg Ni dibanding smelting konvensional—reduksi sekitar 68% CO₂ (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).

Baca juga:

Hydrocyclone Grinding Nikel: Kontrol Tekanan, Densitas & PSD Online

Pemulihan & kinetika: leaching asam cepat dan efisien. Di kondisi optimal, ~80–95+% Ni lazim; sirkuit HPAL melaporkan ~94–97% ekstraksi. Uji atmosferik laboratorium mencapai 83–96% Ni pada 90–100 °C dengan asam kuat (researchgate) (researchgate). Bioleaching lebih lambat: uji lab kerap butuh minggu–bulan dan menghasilkan Ni puluhan persen (contoh 87% dalam 42 hari dengan Burkholderia link.springer.com atau ~70% dalam 43 hari dengan Guyparkeria ncbi.nlm.nih.gov). Secara praktis, laju pemulihan bio (Ni/kg·hari) jauh lebih rendah dari leach asam.

Kondisi operasi: HPAL menuntut kondisi ekstrem—~250 °C, ~30–60 bar, dosis asam tinggi (sering ≥100 kg H₂SO₄/ton bijih), dan reaktor berlapis titanium (nickelinstitute.org) (researchgate). Pelindian atmosfer tetap mendidih (95–100 °C) di tangki berpengaduk. Bioleaching berjalan pada tekanan atmosfer dan suhu moderat (20–50 °C) dengan pH ~1–3 untuk asidofilik dan aerasi terkontrol. Keduanya tidak sederhana: yang satu butuh CAPEX/energi berat, yang lain butuh manajemen heap/bioreaktor jangka panjang.

Konsumsi asam & residu: asam tinggi menaikkan hasil namun juga melarutkan gangue (Al, Mg, Fe) dan memperbanyak residu. Pengelolaan reaksi penetral (mis. penambahan kapur) menyerap modal. Bioleaching menghasilkan asam in situ, sering tetap perlu suplemen (contoh penambahan asam format) dan bisa menghasilkan efluen toksik bila tak dikekang. Namun seiring menurunnya logam, mikroba cenderung mengurangi kebutuhan H₂SO₄ secara alami.

Skalabilitas & biaya: HPAL adalah rute mapan untuk laterit nikel (biaya pabrik berjuta‑juta dolar) dan menghasilkan larutan Ni murni untuk pemurnian; intensif modal dan energi (tekanan tinggi, uap). Bioleaching telah dipakai di sebagian operasi Cu dan Au serta beberapa proyek Ni (Terrafame). CAPEX sering lebih rendah (heap atau stirred vat), tetapi OPEX (kultur bakteri, waktu lama, kebutuhan lahan) bisa tinggi dan memperlambat arus kas.

Dampak lingkungan: leaching asam menciptakan efluen asam kuat dan tailing besar dengan jejak CO₂/energi tinggi. Bioleaching umumnya lebih “hijau”: menghindari panas dari energi fosil dan mikroba meregenerasi oksidan. Terrafame memangkas emisi CO₂ per kg Ni sekitar 68% dibanding pemrosesan konvensional (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).

Tren regulasi & komersial: permintaan “low‑carbon” Ni untuk baterai mendorong biomining dan pendekatan hibrida. Namun ketersediaan saat ini berpihak pada leaching asam. Indonesia, misalnya, menaungi puluhan proyek HPAL (Weda Bay, Sulawesi) sebagai respons larangan ekspor bijih mentah. Bioleaching nikel di Indonesia masih riset (mis. studi bakteri/jamur lokal). Secara internasional, hanya segelintir pabrik memproduksi nikel via rute mikroba. Meski demikian, terobosan seperti bioreaktor neutrofil atau kultur campuran dapat memperluas aplikasi.

Pengelolaan residu padat dan efluen asam dari rute kimia biasanya memerlukan tahap pemisahan partikel sebelum netralisasi; perangkat seperti clarifier digunakan pada banyak fasilitas untuk menangani padatan tersuspensi sebelum tahap berikutnya.

Garis besar keputusan proses

Patokan industri tetap: leaching asam—terutama HPAL—menjadi benchmark dari laterit/sulfida karena ekstraksi dan throughput tinggi (researchgate) (researchgate). Menjaga konsentrasi asam optimal dan suhu tinggi adalah kunci. Bioleaching menawarkan rute alternatif berbasis bakteri khusus; persentase pelepasan nikel dapat sebanding (hingga ~70–90% di uji lab) (ncbi.nlm.nih.gov) (link.springer.com) tetapi pada rentang waktu jauh lebih panjang. Untuk proyek dengan prioritas lingkungan atau bijih kadar rendah, bio‑oksidasi kian relevan. Pada semua kasus, disiplin kontrol pH/suhu dan rekayasa sirkuit adalah jangkar; peranti seperti dosing pump menjadi bagian dari praktik standar tanpa mengubah fakta dasar yang ditegaskan data di atas.

Baca juga:

Menekan Wear Grinding Nikel: Media, Liner, Speed Mill & Aditif

Sumber utama data, angka, dan kutipan di artikel ini: researchgate | researchgate | researchgate | ncbi.nlm.nih.gov | link.springer.com | pmc.ncbi.nlm.nih.gov | researchgate | pmc.ncbi.nlm.nih.gov | nickelinstitute.org.