[SMM Analisis] Teknologi Baru dalam Produksi Litium Karbonat: Jalur dan Hambatan

Teknologi produksi litium karbonat berada pada titik balik. Metode evaporasi-presipitasi tradisional telah mendominasi ekstraksi litium dari danau garam selama beberapa dekade, sementara metode pemanggangan mika litium telah menopang industri baterai litium di Yichun. Namun, kedua pendekatan ini memiliki keterbatasan bawaan—metode danau garam tidak berdaya terhadap air garam dengan rasio magnesium-terhadap-litium yang tinggi, dan metode mika menderita tingkat pemulihan yang rendah serta volume residu yang besar—dan hal ini telah lama menjadi kekhawatiran industri. Dalam dua tahun terakhir, sejumlah teknologi baru telah bermunculan dari laboratorium dan jalur percontohan. Beberapa telah mencapai validasi industri, sementara yang lain masih terhambat pada stabilitas material dan efek peningkatan skala. Pembahasan berikut mencakup dua jalur utama: danau garam dan batuan keras.

Jalur Danau Garam: Pergeseran Paradigma dari "Pengeringan Matahari" ke Ekstraksi Litium Langsung

Logika tradisional ekstraksi litium dari danau garam adalah "konsentrasi-presipitasi": air garam dipompa ke kolam garam, penguapan matahari berlangsung selama berbulan-bulan untuk meningkatkan konsentrasi litium, kemudian pengotor dihilangkan sebelum presipitasi. Metode ini efektif pada proyek-proyek awal di Atacama, Chili dan Qarhan, Qinghai, tetapi ketika menghadapi danau garam tipe karbonat di Tibet dan air garam subtipe magnesium-sulfat dengan rasio magnesium-terhadap-litium yang tinggi, jalur evaporasi terganggu oleh jumlah karbonat yang besar atau terhambat oleh sifat kimia magnesium dan litium yang mirip, sehingga pemisahan menjadi sulit.

Teknologi "adsorben ion litium baru + desorpsi karbon dioksida" yang dikembangkan oleh Institut Teknik Proses, Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok merupakan terobosan paling representatif dalam arah ini. Intinya adalah adsorben baru yang terikat dengan gugus fungsi sinergis polar-nonpolar, yang selektivitasnya terhadap ion litium jauh melampaui saringan ion berbasis mangan atau titanium tradisional. Pada tahun 2024, percontohan skala seratus ton dibangun di Danau Garam Jiezechaka di Tibet (pada ketinggian 4.600 meter). Data operasional menunjukkan bahwa rasio massa natrium-terhadap-litium turun dari 240 dalam air garam menjadi di bawah 1,0, pemulihan litium melebihi 90%, konsumsi air tawar turun dari tingkat seratus ton metode adsorpsi-membran tradisional menjadi 52 ton per ton produk, dan COD air garam ekor mendekati tingkat latar belakang bahan baku.

Kesulitan implementasinya terletak pada rekayasa di dataran tinggi. Unit percontohan di Jiezechaka beroperasi selama empat bulan dengan kapasitas adsorpsi yang stabil, tetapi peningkatan skala dari tingkat ratusan ton ke tingkat puluhan ribu ton melibatkan keseragaman distribusi fluida dalam unggun bergerak kontinu, keausan mekanis adsorben selama siklus adsorpsi-desorpsi berulang, serta efisiensi transfer massa desorpsi tiga fase gas-cair-padat karbon dioksida—masing-masing merupakan tantangan klasik dalam peningkatan skala rekayasa. Ketika teknologi ini lolos evaluasi pencapaian ilmiah dan teknologi, teknologi ini diakui sebagai "terdepan secara internasional," tetapi untuk benar-benar memasuki produksi skala besar, setidaknya masih diperlukan satu putaran validasi lagi pada tingkat seribu ton atau lebih.

Teknologi "ekstraksi litium adsorpsi air garam mentah" dari Minmetals Salt Lake sedikit lebih maju. Pada Maret 2025, fasilitas ekstraksi litium air garam mentah efisiensi tinggi skala sepuluh ribu ton pertama di dunia untuk danau garam mulai dioperasikan secara uji coba di Yiliping, Qinghai, hanya membutuhkan waktu tujuh bulan dari awal konstruksi hingga selesai. Kunci teknisnya adalah metode ekstraksi litium berbasis adsorpsi yang cocok untuk danau garam subtipe sulfat-magnesium, tanpa memerlukan pra-perlakuan air garam dan langsung menghadapi sistem kompleks dengan magnesium tinggi, kalium tinggi, dan natrium tinggi. Tingkat pemulihan komprehensif sumber daya litium hampir dua kali lipat dari proses tradisional. Fasilitas ini telah berjalan lebih dari satu tahun, beroperasi secara kontinu dan stabil, dengan tingkat beban unit dan tingkat kelulusan produk memenuhi harapan desain.

Kemajuan yang dibawanya bersifat struktural: proses tradisional mengekstraksi kalium terlebih dahulu baru kemudian litium, dengan litium terencerkan melalui kehilangan ikutan di setiap langkah; ekstraksi litium langsung dari air garam mentah melewati tahap penguapan dan pemekatan, sangat mempersingkat proses dan menaikkan tingkat pemulihan dari semula 30%-40% menjadi lebih dari 80%. Untuk sejumlah besar danau garam subtipe sulfat-magnesium di Qinghai, jalur ini dapat direplikasi.

Adsorpsi terkendali listrik adalah arah yang lebih mutakhir. Tim yang dipimpin oleh Liu Zhong di Institut Danau Garam Qinghai, Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok, mengembangkan material spinel dengan mangan menggantikan posisi titanium (H₁.₃₃Ti₁.₁₇Mn₀.₅O₄), memanfaatkan stabilitas struktural material berbasis titanium inert dan aktivitas elektrokimia mangan untuk mencapai kapasitas adsorpsi litium sebesar 43,58 mg/g dalam proses adsorpsi terkendali listrik, dengan koefisien pemisahan Li/Na sebesar 420,6. Tantangan inti teknologi ini adalah "kontradiksi antara aktivitas elektrokimia dan stabilitas struktural": adsorben berbasis titanium stabil tetapi inert secara elektrokimia, sedangkan adsorben berbasis mangan aktif tetapi pelarutan mangan selama siklus menyebabkan keruntuhan struktural. Strategi tim yang menggantikan sebagian titanium dengan mangan pada dasarnya adalah menemukan titik keseimbangan antara keduanya, tetapi pelarutan mangan dan degradasi elektroda dalam siklus jangka panjang tetap menjadi hambatan utama industrialisasi. Pekerjaan ini masih pada tahap laboratorium, dipublikasikan di Nano Letters dan Environmental Science & Technology, dan masih cukup jauh dari pengujian percontohan.

Jalur Mika: Mengatasi Masalah "Pembentukan Cincin"

Ekstraksi litium dari mika litium di Yichun, Jiangxi, mendukung sekelompok perusahaan termasuk Yongxing Materials dan Jiangte Motor, tetapi metode pemanggangan sulfat tradisional memiliki masalah proses yang sudah lama belum terpecahkan: pembentukan cincin pada tanur putar. Selama pemanggangan bijih mika berfluorin tinggi, fluorida bereaksi dengan garam kalium-natrium membentuk eutektik titik leleh rendah yang menempel dan tumbuh di dinding tanur, akhirnya memaksa penghentian operasi yang sering untuk pembersihan. Korosi peralatan dan tingkat pemulihan yang rendah adalah dua titik nyeri lainnya.

Proyek "teknologi dan peralatan ekstraksi litium efisiensi tinggi untuk mika litium" yang dipimpin oleh China Aluminum International Changsha Institute secara khusus menangani tiga masalah ini. Tim tersebut memelopori "teknologi pemanggangan penggantian garam cair" yang mengubah jalur reaksi pemanggangan dari sumbernya, menghambat pembentukan fase titik leleh rendah dan dengan demikian mengatasi akar penyebab pembentukan cincin dan korosi. Di sisi pemulihan, tim mengembangkan teknologi pemulihan komprehensif untuk logam berharga seperti kalium dan rubidium dalam larutan pelindian, serta proses penghilangan pengotor alur penuh untuk litium karbonat kemurnian tinggi. Proyek ini kini telah mencapai aplikasi industri dan operasi stabil di beberapa proyek termasuk Yongxing Special Steel, Lingneng Lithium, Fengxin Times, dan Yichun Longpan Times, dengan kandungan litium oksida dalam tailing di bawah 0,3% dan litium terlarut di bawah 0,02%.

Signifikansi implementasi teknologi ini terletak pada "replikabilitasnya." Kapasitas ekstraksi mika litium Yichun sangat besar, tetapi kualitas proses bervariasi antar produsen, dan masalah pembentukan cincin serta tingkat pemulihan telah lama membatasi daya saing biaya. Paradigma teknologi terstandarisasi yang tervalidasi di beberapa proyek memiliki efek langsung pada pengurangan biaya untuk seluruh industri mika litium Yichun. Asosiasi Industri Logam Nonferrous Tiongkok mengakuinya sebagai "terdepan secara internasional," terutama karena telah menyelesaikan lompatan dari laboratorium ke industrialisasi multi-proyek.

"Inovasi Periferal" dalam Jalur Ekstraksi

Ekstraksi pelarut tidak mainstream dalam ekstraksi litium danau garam karena selektivitas ekstraktan dan tekanan lingkungan selalu menjadi masalah. Namun, sebuah tim di Institut Teknik Proses, Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok, mengembangkan sistem ekstraksi untuk larutan yang mengandung litium, mengusulkan dua metode stripping baru—stripping air dan stripping CO₂—mencapai pemulihan litium melebihi 99% dan COD dalam efluen di bawah 10 ppm. Skenario aplikasinya sangat spesifik: larutan induk pengendapan litium. Dalam produksi litium karbonat tradisional, larutan induk setelah pengendapan mengandung litium yang cukup besar dan biasanya dikembalikan ke ujung depan untuk diproses ulang, menghasilkan proses yang kompleks dan hasil yang rendah. Sistem ekstraksi ini dapat langsung mengekstraksi litium dari larutan induk natrium-kalium tinggi dalam satu langkah untuk menghasilkan litium karbonat atau litium klorida. Telah didemonstrasikan pada lini produksi sepuluh ribu ton Qinghai Xinghua Lithium Salt dan lini percontohan di Jiezechaka, Tibet, dan lini ekstraksi larutan induk pengendapan litium sepuluh ribu ton di Jiangxi Jiuling Lithium sedang dalam konstruksi. Keterbatasannya terletak pada kapasitas pemrosesan: metode ekstraksi cocok untuk mengolah larutan litium konsentrasi tinggi, tetapi untuk air garam mentah dengan konsentrasi litium hanya puluhan hingga ratusan mg/L, kehilangan ekstraktan dan ikutan fase organik menjadi masalah ekonomi.

Arah yang Layak Dicermati tetapi Belum Ditingkatkan Skalanya

Ekstraksi litium langsung elektrokimia adalah salah satu area paling aktif dalam aktivitas paten. Dari lanskap paten, industri sedang bergeser dari "optimasi material tunggal" ke "integrasi tingkat sistem": sistem elektrokimia terintegrasi membran, reaktor Faraday multi-kompartemen, dan arsitektur hibrida adsorpsi-elektrokimia telah menjadi garis utama inovasi. Satu sinyal yang patut dicatat adalah sekitar 26% paten terkemuka menargetkan litium hidroksida sebagai produk akhir daripada litium karbonat. Ini mencerminkan permintaan yang meningkat akan litium hidroksida dari material katoda terner nikel tinggi dan fakta bahwa jalur proses untuk memproduksi LiOH secara langsung sedang dipertimbangkan secara serius. Namun, hambatan industrialisasi jalur elektrokimia jelas: degradasi siklus elektroda jangka panjang, pengotoran membran (terutama dalam air garam dengan rasio magnesium-terhadap-litium tinggi), dan optimasi konsumsi energi tingkat sistem. Adsorpsi saat ini merupakan jalur DLE paling matang, sementara metode elektrokimia dan membran masih berada pada tahap "memerlukan validasi peningkatan skala lebih lanjut."

Kopling fototermal dan adsorpsi yang digerakkan surya adalah arah lain yang patut diperhatikan. Idenya adalah menggunakan energi surya untuk langsung memanaskan adsorben atau larutan desorpsi, mengurangi konsumsi energi proses. Di wilayah danau garam seperti Tibet dan Qinghai dengan sumber daya sinar matahari melimpah, jika konsumsi panas adsorpsi-desorpsi dapat digabungkan dengan pemanfaatan panas surya, biaya marjinalnya akan sangat kompetitif. Namun, ini masih pada tahap penelitian awal, dengan sangat sedikit data rekayasa tentang material dan desain sistem.

Kesimpulan

Fokus kompetitif teknologi produksi litium karbonat telah bergeser dari "apakah bisa dibuat" menjadi "apakah bisa dibuat secara stabil dengan biaya rendah dan ramah lingkungan." Validasi sepuluh ribu ton ekstraksi litium langsung dari air garam mentah di danau garam adalah tonggak penting. Jika fasilitas Yiliping milik Minmetals Salt Lake dapat menunjukkan umur adsorben dan stabilitas proses jalur ini dalam siklus dua hingga tiga tahun, hal ini akan membawa restrukturisasi biaya yang substansial untuk pengembangan danau garam di Qinghai dan bahkan Tibet. Pemanggangan penggantian garam cair dalam jalur mika adalah peningkatan efisiensi atas dasar kapasitas yang ada, dan nilainya terletak pada memberi ruang bernapas bagi kapasitas berbiaya tinggi Yichun. Adsorpsi terkendali listrik dan ekstraksi litium langsung elektrokimia mewakili masa depan yang lebih jauh. Potensinya terletak pada kemampuan untuk memproses sumber daya kadar rendah dan air garam nonkonvensional (air ladang minyak, air garam geotermal) yang tidak dapat dimanfaatkan secara ekonomis oleh metode tradisional, tetapi masalah stabilitas material dan integrasi sistem tidak dapat diselesaikan dalam satu atau dua tahun. Bagi industri, yang benar-benar layak dilacak saat ini adalah: data operasional jangka panjang dari fasilitas Yiliping milik Minmetals Salt Lake, kemajuan peningkatan skala seribu ton teknologi danau garam tipe karbonat dari Institut Teknik Proses, Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok, dan laju adopsi teknologi Changsha Institute di Yichun. Ritme implementasi ketiga jalur ini akan menentukan bentuk kurva biaya litium karbonat Tiongkok di tahun-tahun mendatang.