Pasar daur ulang limbah ilegal bernilai USD 15,5 miliar pada tahun 2025 dan diproyeksikan mencapai USD 65 miliar pada tahun 2035, dengan pertumbuhan tahunan gabungan sebesar 15,21 TP3T. Pertumbuhan ini didorong oleh peningkatan pesat baterai lithium-ion bekas pakai dari kendaraan listrik, elektronik konsumen, dan sistem penyimpanan energi. Para pendaur ulang berada di bawah tekanan untuk mengubah baterai bekas ini kembali menjadi prekursor berkualitas baterai, dan pemurnian limbah ilegal berada di pusat upaya tersebut.
Massa hitam adalah campuran gelap dan kaya bubuk yang dihasilkan setelah baterai dikosongkan, dibongkar, dan dihancurkan. Massa hitam mengandung bahan aktif katoda, bahan anoda grafit, tembaga, aluminium, dan elektrolit sisa. Cara pendaur ulang memurnikan bahan ini menentukan kemurnian, tingkat pemulihan, dan ekonomi proses regenerasi prekursor hilir. Daur ulang hidrometalurgi telah menyumbang 51,31 TP3T dari total limbah baterai. daur ulang baterai lithium-ion pasar pada tahun 2025, mencerminkan posisinya yang kuat untuk pemulihan logam dengan kemurnian tinggi.
Apa Itu Misa Hitam dan Mengapa Itu Penting?
Massa hitam adalah produk antara yang dihasilkan selama pemrosesan mekanis baterai lithium-ion bekas. Massa hitam terutama terdiri dari bahan aktif katoda seperti lithium kobalt oksida, lithium nikel mangan kobalt oksida, atau lithium besi fosfat, bersama dengan grafit dari anoda, fragmen kolektor arus tembaga dan aluminium, dan residu organik dari elektrolit dan pengikat. Komposisi pastinya bergantung pada kimia baterai, produsen, dan metode pra-pemrosesan.
Massa hitam NMC Biasanya mengandung 5–20% kobalt, 5–15% nikel, 2–6% litium, 2–10% mangan, dan 15–25% grafit. Massa hitam LFP tidak mengandung kobalt atau nikel, sehingga nilai yang dapat dipulihkan berpusat pada litium 3–5% dan grafit. Imassa hitam industri Kandungan yang dihasilkan dari campuran kimia sel telah diukur sekitar 40 wt% grafit, 40 wt% logam, dan 20 wt% senyawa fosfor dan fluorin.
Material tersebut penting karena mengandung konsentrasi logam berharga tertinggi dalam rantai daur ulang. Memulihkan logam-logam ini dengan kemurnian tingkat baterai adalah satu-satunya cara untuk menutup siklus dan mengembalikannya ke produksi prekursor katoda baru. Pemurnian yang buruk menyebabkan kehilangan logam, produk yang terkontaminasi, dan konsumsi bahan kimia yang lebih tinggi di hilir.
Regenerasi Prekursor Hidrometalurgi vs. Pirometalurgi
Dua jalur industri utama mengubah batubara menjadi produk logam yang dapat digunakan: hidrometalurgi Dan pirometalurgi. Daur ulang hidrometalurgi melarutkan kandungan logam dalam larutan asam berair, kemudian memisahkan logam-logam individual melalui ekstraksi pelarut, pengendapan, dan kristalisasi. Jalur ini biasanya menghasilkan 92–97% litium melakukan pemulihan dan menghasilkan garam dengan kemurnian tinggi yang cocok untuk sintesis prekursor. Hidrometalurgi memegang pangsa pasar sebesar 51,3% di segmen daur ulang baterai EV pada tahun 2025.
Daur ulang pirometalurgi menggunakan peleburan suhu tinggi untuk mereduksi logam menjadi paduan kobalt-nikel-tembaga. Paduan tersebut kemudian dimurnikan, seringkali melalui tahapan hidrometalurgi, untuk memulihkan logam individual. Pendekatan ini mampu menangani bahan baku campuran dan terkontaminasi dengan baik, tetapi kehilangan sebagian besar litium ke dalam terak silikat. Pemulihan litium dalam jalur pirometalurgi biasanya berkisar antara 50–701 TP3T, dan konsumsi energi kira-kira tiga hingga empat kali lebih tinggi per ton daripada pemrosesan hidrometalurgi.
Pendekatan ketiga, regenerasi katoda langsung, semakin mendapat perhatian. Pendekatan ini berupaya memperbaiki struktur kristal material aktif katoda bekas alih-alih melarutkannya. Pasar daur ulang katoda langsung bernilai USD 548,9 juta pada tahun 2025 dan diproyeksikan mencapai USD 6,74 miliar pada tahun 2035, tumbuh dengan CAGR sebesar 28,51 TP3T. Metode ini menghindari kerusakan kimia total dan dapat mengurangi biaya pembuatan ulang, tetapi membutuhkan bahan baku massa hitam yang lebih bersih dan seragam daripada metode konvensional.
Proses Pemurnian Black Mass Langkah demi Langkah
Proses pemurnian dimulai dengan pengosongan dan pembongkaran yang aman. Paket baterai bekas tiba dalam berbagai kondisi pengisian daya, dan pembongkaran yang tidak terkontrol dapat menimbulkan risiko kebakaran dan pelepasan panas yang tak terkendali. Sistem pengosongan otomatis mengurangi bahaya ini sebelum proses mekanis dimulai.
Praperlakuan termal Menghilangkan elektrolit volatil, pemisah, dan pengikat organik. Pengendalian suhu sangat penting. Studi menunjukkan bahwa pengikat polivinilidena fluorida terurai dalam dua tahap: dekomposisi parsial dimulai sekitar 500°C, dan penghilangan lengkap membutuhkan sekitar 650°C. Menghilangkan pengikat ini meningkatkan pemisahan material aktif dari kolektor arus dan mengurangi kontaminasi fluorin dalam sirkuit pelindian hilir.
Penghancuran mekanis Proses ini mengurangi modul atau sel menjadi fragmen berukuran sekitar 10–20 mm, kisaran ukuran yang mendukung pemisahan hilir yang efisien. Material kemudian melewati pemisahan magnetik, pemisahan arus eddy, dan pemilahan berdasarkan densitas untuk menghilangkan baja, tembaga, aluminium, dan plastik. Yang tersisa adalah massa hitam, yang masih perlu dikurangi ukurannya untuk mengekspos partikel material aktif dan mempersiapkannya untuk pelarutan atau regenerasi langsung.
Penggilingan halus Mengurangi massa hitam hingga ratusan mikron atau lebih kecil. Langkah ini memaksimalkan pembebasan logam dan menghasilkan bubuk homogen yang mudah mengalir, yang disukai oleh para penyuling untuk pengambilan sampel dan pelindian. Distribusi ukuran partikel akhir bergantung pada proses hilir dan kimia bahan masukan.
Mengapa Pengendalian Ukuran Partikel Sangat Penting dalam Pemurnian Black Mass?
Ukuran partikel secara langsung memengaruhi perolehan logam dan ekonomi proses. Partikel yang lebih kecil mengekspos lebih banyak luas permukaan, yang mempercepat kinetika pelindian dan dapat mengurangi konsumsi asam. Sebuah studi tentang bioleaching menemukan bahwa pengurangan ukuran partikel meningkatkan ekstraksi litium, kobalt, nikel, dan mangan, dengan hasil tertinggi diperoleh pada fraksi yang paling halus.
Namun, penggilingan yang berlebihan menimbulkan masalah. Lembaran tembaga dan aluminium yang ulet akan terurai dan terfragmentasi menjadi ukuran yang sama dengan lapisan katoda, sehingga mengandung serbuk logam halus yang tidak dapat dihilangkan oleh saringan dan pemisah densitas. Serbuk halus ini meningkatkan kadar pengotor, meningkatkan penggunaan reagen, dan menurunkan kualitas produk prekursor akhir. Tujuannya bukan hanya partikel sekecil mungkin, tetapi distribusi ukuran partikel yang sempit dan terkontrol yang sesuai dengan langkah pemisahan dan pelarutan.
Pabrik jet dan pengklasifikasi udara membantu mencapai kontrol tersebut. Penggiling jet menggunakan aliran gas berkecepatan tinggi untuk mempercepat partikel satu sama lain, menghasilkan bubuk halus tanpa keausan mekanis dan kontaminasi tinggi yang terkait dengan penggiling bola atau palu. Pengklasifikasi udara memisahkan partikel berdasarkan ukuran dan kepadatan, mengembalikan material berukuran besar untuk penggilingan lebih lanjut sambil mengumpulkan fraksi target. Beberapa sistem terintegrasi melaporkan tingkat pengotor massa hitam di bawah 1,5% setelah satu kali proses.
Tantangan Utama dalam Pemurnian Massa Hitam
Kotoran Tembaga dan aluminium merupakan hambatan terbesar dalam produksi prekursor berkualitas baterai. Tembaga dan aluminium masuk ke dalam massa hitam dari kolektor arus dan dari operasi penghancuran. Logam-logam ini mengonsumsi reagen pelarutan, mencemari produk sulfat logam, dan dapat menyebabkan masalah keamanan selama pemrosesan termal. Pemisahan magnetik, arus eddy, dan densitas yang efektif sebelum penggilingan halus adalah pertahanan pertama.
pengikat PVDF Residu merupakan masalah lain yang terus berlanjut. Pelindian asam efektif menghilangkan logam tetapi meninggalkan fluorin dalam fraksi grafit. Sebuah studi melaporkan kandungan fluorin residu sebesar 1,97–2,25 wt% setelah pelindian asam, menunjukkan bahwa perlakuan kimia saja tidak cukup untuk menghilangkan pengikat secara menyeluruh. Perlakuan termal pada suhu terkontrol atau penghilangan pengikat berbasis pelarut dapat mengurangi kontaminasi ini sebelum material mencapai proses hilir.
Keselamatan menjadi prioritas di setiap tahapan. Baterai bekas masih menyimpan muatan residual. Elektrolit mudah terbakar dan beracun. Debu dari massa hitam dapat meledak jika tidak dikelola dengan baik. Operasi harus menggabungkan pengosongan otomatis, penanganan atmosfer inert, pengumpulan debu, dan pengolahan gas untuk melindungi pekerja dan peralatan.
Pemilihan Peralatan: Penggilingan dan Klasifikasi untuk Massa Hitam
Perusahaan daur ulang membutuhkan peralatan yang dapat menangani material abrasif tanpa menambah kontaminasi atau menggiling logam ulet secara berlebihan. Mesin penggiling jet sangat cocok untuk tugas ini karena menggiling melalui benturan antar partikel, bukan kontak logam-ke-logam. Hal ini mengurangi kontaminasi besi dan menjaga produk tetap bersih. Tidak adanya media penggiling yang berputar juga menurunkan keausan dan biaya perawatan saat memproses material abrasif baterai.
Pengklasifikasi udara menambahkan langkah pemisahan ukuran. Alat ini memungkinkan operator untuk menetapkan titik potong yang tepat, memisahkan massa hitam halus dari fragmen tembaga dan aluminium kasar. Pengoperasian dengan gas inert seringkali diperlukan karena massa hitam bersifat reaktif dan dapat terbakar. Atmosfer nitrogen atau karbon dioksida menekan pembakaran sambil menjaga kualitas produk.
Bubuk Epik desain penggilingan jet dan sistem klasifikasi udara untuk aplikasi material baterai. Mesin penggiling jet kami menghasilkan distribusi ukuran partikel yang sempit dan beroperasi di bawah gas inert, sehingga cocok untuk pengurangan ukuran massa hitam sebelum pelindian hidrometalurgi atau regenerasi langsung. Unit penggilingan-klasifikasi terintegrasi mengurangi jumlah langkah transfer, membatasi kontaminasi, dan meningkatkan konsistensi throughput. Bagi perusahaan daur ulang yang membangun jalur regenerasi prekursor, mencocokkan peralatan penggilingan dan klasifikasi dengan kualitas massa hitam sama pentingnya dengan memilih kimia pelindian.
Tren Masa Depan dalam Pemurnian Black Mass dan Regenerasi Prekursor
Regulasi semakin diperketat. Regulasi Baterai Uni Eropa mensyaratkan tingkat pemulihan sebesar 90% untuk kobalt, tembaga, timbal, dan nikel pada akhir tahun 2027, meningkat menjadi 95% pada akhir tahun 2031. Target pemulihan litium adalah 50% pada akhir tahun 2027 dan 80% pada akhir tahun 2031. Aturan kandungan daur ulang minimum akan diberlakukan, yang mensyaratkan 6% litium daur ulang dan 6% nikel daur ulang dalam baterai EV baru pada tahun 2031, dan 12% litium dan 15% nikel pada tahun 2036. Aturan-aturan ini mendorong para pendaur ulang untuk mencapai tingkat pemulihan dan kemurnian yang lebih tinggi.
Regenerasi langsung kemungkinan akan tumbuh paling cepat. Pasarnya berkembang dengan CAGR sebesar 28,51 TP3T, jauh di atas hidrometalurgi dan pirometalurgi. Pertumbuhan ini bergantung pada produksi massa hitam yang lebih bersih dengan kandungan tembaga, aluminium, dan pengikat yang lebih rendah, yang memperkuat pentingnya pemurnian hulu dan pengendalian ukuran partikel.
Otomatisasi dan integrasi proses juga semakin maju. Perusahaan daur ulang menghubungkan penghancuran, perlakuan termal, penggilingan, klasifikasi, dan pelindian ke dalam jalur kontinu dengan pemantauan waktu nyata. Tujuannya adalah kualitas massa hitam yang konsisten, biaya per unit yang lebih rendah, dan kemampuan untuk menangani bahan baku campuran dalam skala industri.
Kesimpulan
Pemurnian massa hitam merupakan jembatan antara baterai bekas dan regenerasi prekursor berkualitas baterai. Komposisi dan ukuran partikel massa hitam yang dimurnikan menentukan tingkat pemulihan, konsumsi reagen, dan kemurnian produk di seluruh jalur hidrometalurgi, pirometalurgi, dan regenerasi langsung. Hidrometalurgi saat ini unggul karena menghasilkan pemulihan litium yang tinggi dan produk dengan kemurnian tinggi, tetapi pirometalurgi tetap relevan untuk bahan baku yang kompleks, dan regenerasi langsung berkembang pesat. Seiring dengan meningkatnya target pemulihan dan persyaratan kandungan daur ulang, para pendaur ulang akan membutuhkan kontrol yang lebih ketat terhadap ukuran partikel, kontaminasi yang lebih rendah, dan pemrosesan yang lebih aman. Penggilingan jet dan klasifikasi udara merupakan alat penting untuk memenuhi persyaratan tersebut.
Bubuk Epik
Epic Powder merancang sistem penggilingan dan klasifikasi untuk mineral, bahan kimia, makanan, dan farmasi. Dengan pengalaman lebih dari 20 tahun dalam pengolahan bubuk, kami mencocokkan penggiling yang tepat dengan ukuran partikel dan kapasitas target Anda.
Butuh solusi pengurangan ukuran atau klasifikasi untuk massa hitam? Pasokan Epic Powder pabrik jet dan sistem klasifikasi udara yang dirancang khusus untuk aplikasi daur ulang baterai. Hubungi kami dan kami akan merekomendasikan solusi yang telah teruji untuk Anda.
Pertanyaan yang Sering Diajukan
Apa yang dimaksud dengan black mass dalam daur ulang baterai?
Massa hitam adalah campuran bubuk gelap yang dihasilkan dari penghancuran dan pemrosesan mekanis baterai lithium-ion bekas. Massa hitam mengandung bahan aktif katoda, grafit, tembaga, aluminium, dan senyawa organik sisa.
Apa saja metode utama untuk regenerasi prekursor?
Tiga jalur utama adalah hidrometalurgi, pirometalurgi, dan regenerasi katoda langsung. Hidrometalurgi melarutkan dan memisahkan logam secara kimia. Pirometalurgi melebur logam menjadi paduan. Regenerasi langsung memperbaiki struktur kristal material katoda bekas.
Bagaimana ukuran partikel memengaruhi pemurnian massa hitam?
Partikel yang lebih halus meningkatkan pembebasan logam dan kinetika pelarutan, tetapi penggilingan yang berlebihan akan memasukkan serbuk tembaga dan aluminium ke dalam massa hitam. Distribusi ukuran partikel yang terkontrol sangat penting untuk pemulihan yang tinggi dan kontaminasi yang rendah.
Mengapa penggilingan jet digunakan dalam pengolahan black mass?
Mesin jet mill mengurangi ukuran partikel melalui tumbukan antar partikel, yang meminimalkan kontaminasi logam dan keausan. Mesin ini juga beroperasi dengan baik di bawah gas inert, fitur keselamatan penting untuk massa hitam reaktif.
Tingkat kemurnian apa yang dibutuhkan untuk prekursor baterai hasil regenerasi?
Bahan baku baterai biasanya memerlukan pengotor logam seperti tembaga, besi, dan aluminium pada tingkat bagian per juta (ppm). Spesifikasi pastinya bergantung pada kimia katoda dan perjanjian kualitas pelanggan akhir.
Terima kasih sudah membaca. Semoga artikel saya membantu. Silakan tinggalkan komentar di bawah. Anda juga bisa hubungi EPIC Perwakilan pelanggan online Powder Zelda untuk pertanyaan lebih lanjut.”
— Jason Wang, Insinyur