Industri semen

Pengertian Semen

Semen pada umumnya adalah campuran bahan batu-batuan tertentu yang jika ditambahkan air akan mengeras dengan sendirinya.

Sejarah Semen

Semen diperkirakan sudah dikenal sejak jaman dahulu, terbukti dengan adanya gedung-gedung kuno yang menggunakan bahan-bahan seperti semen.

Pada tahun 1824 seorang Inggris bernama Joseph Aspdin membuat semen dengan cara membakar batu-batuan dari kepulauan Portland dekat Inggris yang hasilnya dikenal sampai sekarang dengan nama Portland Cement.

Di Itali dilakukan pembuatan semen dengan cara membakar tanah pozzolana yang berasal dari erosi gunung berapi dan ternyata hasilnya seperti Portland Cement

Jenis Semen (pembagian menurut semen Gresik)

  1. Semen Portland Tipe I, dikenal sebagai Ordinary Portland Cement (OPC), merupakan semen hidrolis yang digunakan secara luas untuk konstruksi umum, seperti: perumahan, gedung, landasan pacu, dan jalan raya
  2. Semen Portland Tipe II, adalah semen yang mempunyai ketahanan terhadap sulfat dan panas hidrasi sedang. Digunakan untuk bangunan pinggir laut, tanah rawa, dermaga, saluran irigasi, beton massa dan bendungan.
  3. Semen Portland Tipe III, semen ini merupakan semen yang dikembangkan untuk memenuhi kebutuhan bangunan yang memerlukan kekuatan tekan awal yang tinggi setelah proses pengecoran dilakukan dan memerlukan penyelesaian secepat mungkin. Contoh penggunaan adalah untuk: pembuatan jalan raya, bangunan tingkat tinggi, dan bandar udara.
  4. Semen Portland Tipe V, semen ini digunakan untuk konstruksi bangunan-bangunan pada tanah atau air yang mengandung sulfat tinggi dan sangat cocok untuk instalasi pengolhan limbah pabrik, konstruksi dalam air, jembatan, terowongan, pelabuhan, dan pembangkit tenaga nuklir
  5. Special Blended Cement (SBC), adalah semen khusus yang diciptakan untuk pembangunan mega proyek jembatan Surabaya-Madura (Suramadu) dan sesuai digunakan untuk bangunan di lingkungan air laut.
  6. Portlan Pozzolan Cement (PPC), adalah semen hidrolis yang dibuat dengan menggiling terak, gypsum, dan bahan pozzolan. Digunakan untuk bangunan umum dan bangunan yang memerlukan ketahanan sulfat dan panas hidrasi sedng, seperti: jembatan, jalan raya, perumahan, dermaga, beton massa, bendungan, bangunan irigasi, dan pondasi pelat penuh.
  7. Super Masonry Cement (SMC), adalah semen yang dapat digunakan untuk konstruksi perumahan dan irigasi yang struktur betonnya maksimal K225, dapat juga digunakan untuk bahan baku pembuatan genteng beton hollow brick, paving block, dan tegel.
  8. Portland Composite Cement (PCC), adalah bahan pengikat hidrolis hasil penggilingan bersama-sama terak, gypsum, dan satu atau lebih bahan anorganik. Kegunaan semen ini adalah untuk: konstruksi beton umum, pasangan batu bata, plesteran, selokan, pembuatan elemen bangunan seperti beton pra cetak, beton pra tekan, dan paving block.
  9. Oil Well Cement (OWC) Class GHRC, merupakan semen khusus yang digunakan untuk pembuatan sumur minyak bumi dan gas alam dengan kostruksi sumur minyak di bawah permukaan laut dan bumi. OWC yang diproduksi adalah Class G, High Sulfat Resistant (HSR) disebut juga sebagai basic OWC. Aditif dapat ditambahkan untuk pemakaian pada berbagai kedalaman dan temperatur tertentu.

Bahan Baku Semen (utama)

  1. Batu kapur

Susunan batuan yang mengandung 50% CaCO3 sering disebut sebagai batu kapur (gamping) atau dikenal dengn istilah lime stone.

Berdasarkan kadarnya, batu kapur dibedakan menjadi:

  1. Batu kapur kadar tinggi (97-99%)
  2. Batu kapur kadar menengah (88-90%)
  3. Batu kapur mutu rendah (85-87%)
  4. Tanah Liat

Tanah liat mempunyai rumus kimia 2SiO3.2H2O (kalolinite) yang pada umumnya oleh masyarakat dikenal sebagai lempung atau clay. Tanah liat yang baik biasanya mengandung SiO2 sebesar 46,5%.

Bahan Baku Semen (korektif)

Bahan korektif merupakan bahan yang digunakan apabila ada kekurangn pada salah satu komponen oksida minral pada campuran bahan baku utama, seperti:

  1. Pasir besi (Fe2O3) atau Copper slag (Fe.SiO3, Ca2F, CuO), pasir besi berfungsi untuk penghantar panas.
  2. Pasir silika (SiO2), kandungan SiO2 sekitar 90-95%. Pasir silika digunakan sebahan bahan tambahan pada pembuatan semen jika kadar SiO2-nya masih rendah.

Bahan Baku Semen (tambahan)

Bahan tambahan merupakan bahan yang ditambahkan ke dalam klinker untuk memperbaiki sifat-sifat tertentu semen. Bahan yang ditambahkan adalah gypsum (CaSO4.2H2O) dan trass (kadar SiO2 tinggi, berfungsi untuk menambah daya tahan asam).

Senyawa Penyusun Semen

  1. C3S = 3CaO.SiO2 (trikalsium silikat), berfungsi memberi kekuatan awal pada semen (1 sampai 2 bulan)
  2. C2S = 2CaO.SiO2 (dikalsium silikat), berfungsi memberi kekuatan setelah beberapa waktu lama
  3. C3A = 3CaO.Al2O3 (trikalsium aluminat), semen menjadi cepat mengeras
  4. C4AF = 4CaO.Al2O3.Fe2O3, jika jumlahnya terlalu banyak akan membahayakan, sebab dapat mengurangi persentase C2S dan C3S
  5. MgO dan CaO, dapat menimbulkan terjadinya pengembangan tertunda karena adanya reaksi dengan air

Proses Benifikasi

Untuk mendapatkan campuran yang teliti, maka sebelum bahan dasar semen masuk ke dalam tungku pembakaran, harus dikenakan proses benifikasi (proses pengapungan). Hal ini bertujuan selain untuk membuat perbandingan komponen yang tepat, juga untuk menghilangkan bahan-bahan yang tidak diinginkan.

Proses benifikasi merupakan kombinasi dari operasi: grinding, klasifikasi, flotasi, dan pemekatan.

Proses Pembuatan Semen

Proses pembuatan semen ada 2 macam, yaitu proses basah (wet process) dan proses kering (dry process).

  1. Proses basah, proses dasarnya adalah: bahan dasar digiling dalam crush, diayak, dimasukkan dalam ball mill dan dicampur air sehingga membentuk slurry, diknakan proses benifiksi, kemudian dilakukan pembakaran dalam rotary kiln.
  2. Proses kering, bahan mentah digiling dan dicampur dalam keadaan kering, kemudian dilakukan pembakaran dalam bentuk umpan tepung.

Kelebihan dan Kekurangan Proses Basah

  1. Tungku lebih panjang (90-120m) supaya pemanasan sempurna
  2. Pemakaian bahan bakar lebih banyak
  3. Pencampuran lebih homogen, karena berbentuk bubur.
  4. Tidak banyak debu (dibandingkan proses kering)
  5. Kontak dapat baik
  6. Pengangkutan bahan lebih mudah, dapat menggunakan pompa.

Kelebihan dan Kekurangan Proses Kering

  1. Tungku lebih pendek (35-45m)
  2. Bahan bakar sedikit, sebab tidak memerlukan penguapan air
  3. Pencampuran massa tidak begitu hom.ogen
  4. Banyak debu yang keluar, sehingga dapat mengganggu kesehatan
  5. Reaksinya tidak sempurna, karena prosesnya dalam keadaan padat

Langkah Proses Basah

  1. Batu kapur dari crusher pertama dan kedua dalam perbandingan tertentu dengan biji besi, pasir dan clay dalam bentuk slurry, dicampur di dalam raw mill, ditambahkan 47% air hingga membentuk slurry, kemudian dikanakan proses benifikasi dalam correcting tank.
  2. Dicampur lagi dalam blending tank, kemudian disaring dalam rotary filter untuk mengurangi jumlah air sebelum dibakar
  3. Slurry dikenakan pembakaran (kalsinasi) dalam rotary kiln secara counter current dengan arah spray burner sampai menjadi clinker pada ujung yang lain.
  4. Clinker didinginkan dalam clinker cooler (pendingin putar dengan udara dingin), dan udara panas yang keluar digunakan untuk spray burner.
  5. Clinker dicampur dengan gips dalam perbandingan tertentu dan dihaluskan dalam finished mill dan hasilnya ditampung dalam silo.

Proses Pembakaran Dalam Rotary Kiln

Proses yang terjadi di dalam tungku pembakaran putar terbagi dalam 5 zone pembakaran, yaitu:

  1. Mempunyai suhu 100C, terjadi penguapan air.
  2. Mempunyai suhu 500C, terjadi pelepasan/penguapan air kristal yang melekat pada clay
  3. Mempunyai suhu 900 – 1200C, terjadi kalsinasi dan reaksi pokok dari kapur dan lempung.

CaCO3 à CaO + CO2

MgCO3 à MgO + CO2

Di sini Al mulai lebur dan terjadi reaksi CaO yang halus.

  1. Mempunyai suhu 1250 – 1280, terjadi leburan semen. Al2O3, Fe2O3 akan meleleh, sedang CaO yang halus semuanya lebur. Suhu meningkat dan terjadi leburan lanjut dari senyawa-senyawa:

Al2O3 + Fe2O3 + CaO à C4AF

reaksi ini berlangsung hingga Fe2O3 habis

sesudah Fe2O3 habis, terjadi reaksi sbb:

Al2O3 + 3 CaO à C3A

reaksi berlangsung hingga Al2O3 habis

silikat mulai meleleh (agak lebur)

SiO2 + 2 CaO à C2S

reaksi berjalan terus hingga SiO2 habis

CaO + C2S à C3S

CaO sisa keluar sebagai CaO bebas

  1. Merupakan zone pendinginan, dimana massa (clinker) semen keluar dari tungku pembakaran putar, untuk kemudian didinginkan.

Reaksi-reaksi pada semen kebanyakan reaksi padat, hanya yang akhir terjadi leburan, semuanya ini disebut “Pembakaran Semen”

Komposisi Semen Portland Reguler

Rata-rata komposisi semen (%):

  1. C3S     : 51,70
  2. C2S     : 21,40
  3. C3A    : 10,50
  4. C4AF  : 8,70
  5. CaO     : 2,90
  6. MgO    : 2,47

Proses Pengerasan Semen

Sudah banyak teori yang menerangkan proses pengerasan semen, tetapi umumnya menganggap bahwa pengerasan disebabkan karena reaksi hydrasi dan hydrolisa antara konstituen-konstituen semen.

Hidrolisa

C3S + X H2O à C2S.XH2O + Ca(OH)2

C4AF + XH2O à C3A.6H2O + CF(X-6)H2O

Hydrasi:

C2S + X H2O à C2S.XH2O

C3A + 6 H2O à C3A.6H2O

C3A + 3 CaSO4.2H2O + 25 H2O à C3A.3CaSO4.31H2O

MgO + H2O à Mg(OH)2

Hasil hidrolisa dan hidrasi sukar larut dalam air dan keras. Jika reaksi tidak betul, maka pada proses pengerasan semen terjadi banyak sekali air yang keluar dari massa campuran. Selama proses pengerasan terjadi panas (panas hydrasi). Umumnya tingkat panas hydrasi:

C3A > C3S > C4AF > C2S

Pengujian secara kimia

ü  Oksida: SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO, dan SO3

ü  Komponen: C3S, C2S, C3A, C4AF

ü  %CaO: diukur dengan modulus hydrolic

ü  Sisa kotoran lainnya

Pengujian secara fisik

ü  Kehalusan, untuk analisis digunakan screen semen, dan semen yang baik harus mempunyai kehalusan: 98-99% melalui 200 mesh dan 90% melalui 325 mesh

ü  Permukaan spesifik, yang baik = 1750 cm/gram

ü  Kekuatan tekan: 3 hari = min 84,5 kg/cm2; 7 hari = min 147,8 kg/cm2; 28 hari = 246,4 kg/cm2

Analisis Produk Semen

ü  Kekuatan tarik: 3 hari = min 10,6 kg/cm2; 7 hari = min 19,4 kg/cm2; 28 hari = 24,6 kg/cm2

ü  Waktu kepadatan: pemadatan awal minimum = 60 menit dan pemadatan akhir maksimum = 600 menit

ü  Ekspansi maksimum 500%

Pabrik semen di Indonesia

PROSES PEMBUATAN SEMEN

Semen dapat dibuat dengan 2 cara Proses Basah Proses Kering Perbedaannya hanya terletak pada proses penggilingan dan homogenisasi.

1. QUARRY ( PENAMBANGAN ):

Bahan tambang berupa batu kapur, batu silika,tanah liat, dan material-material lain yang mengandung kalsium, silikon,alumunium,dan besi oksida yang diekstarksi menggunakan drilling dan blasting.

- Penambangan Batu Kapur:

Membuang lapisan atas tanah Pengeboran Membuat lubang dengan bor untuk tempat Peledakan Blasting ( peledakan ) Dengan teknik electrical detonation.

- Penambangan Batu Silika:

Penambangan silika tidak membutuhkan peledakan karena batuan silika merupakan butiran yang saling lepas dan tidak terikat satu sama lain. Penambangan dilakukan dengan pendorongan batu silika menggunakan dozer ke tepi tebing dan jatuh di loading area.

- Penambangan Tanah Liat:

Penambangan Tanah Liat Dilakukan dengan pengerukan pada lapisan permukaan tanah dengan excavator yang diawali dengan pembuatan jalan dengan sistem selokan selang seling.

2. Crushing:

Pemecahan material material hasil penambangan menjadi ukuran yang lebih kecil dengan menggunakan crusher. Batu kapur dari ukuran < 1 m → < 50 m Batu silika dari ukuran < 40 cm→ < 200 mm

3.CONVEYING:

Bahan mentah ditransportasikan dari area penambangan ke lokasi pabrik untuk diproses lebih lanjut dengan menggunakan belt conveyor.

4. RAW MILL ( PENGGILINGAN BAHAN BAKU ):

Proses Basah Penggilingan dilakukan dalam raw mill dengan menambahkan sejumlah air kemudian dihasilkan slurry dengan kadar air 34-38 %.Material-material ditambah air diumpankan ke dalam raw mill. Karena adanya putaran, material akan bergerak dari satu kamar ke kamar berikutnya.Pada kamar 1 terjadi proses pemecahan dan kamar 2/3 terjadi gesekan sehingga campuran bahan mentah menjadi slurry.

Proses Kering Terjadi di Duodan Mill yang terdiri dari Drying Chamber, Compt 1, dan Compt 2. Material-material dimasukkan bersamaan dengan dialirkannnya gas panas yang berasal dari suspension preheater dan menara pendingin. Pada ruangan pengering terdapat filter yang berfungsi untuk mengangkut dan menaburkan material sehingga gas panas dan material berkontaminasi secara merata sehingga efisiensi dapat tercapai. Terjadi pemisahan material kasar dan halus dalam separator.

5. HOMOGENISASI:

Proses Basah Slurry dicampur di mixing basin,kemudian slurry dialirkan ke tabung koreksi; proses pengoreksian. Proses Kering Terjadi di blending silo dengan sistem aliran corong.

6. Pembakaran/ Pembentukan Clinker:

Pembakaran/ Pembentukan Clinker terjadi di dalam kiln. Kiln adalah alat berbentuk tabung yang di dalamnya terdapat semburan api. Kiln di design untuk memaksimalkan efisiensi dari perpindahan panas yang berasal dari pembakaran bahan bakar.

PEMBENTUKAN CLINKER:

Proses yang terjadi di dalam kiln: Pengeringan Slurry Pemanasan Awal Kalsinasi Pemijaran Pendinginan Penyimpanan Klinker

PENGERINGAN SLURRY:

PENGERINGAN SLURRY terjadi pada daerah 1/3 panjang kiln dari inlet pada temperatur 100-500◦C sehingga terjadi pelepasan air bebasdan air terikat untuk mendapatkan padatan tanah kering.

Pemanasan Awal :

Pemanasan Awal terjadi pada daerah 1/3 setelah panjang kiln dari inlet. Selama pemanasan tidak terjadi perubahan berat dari material tetapi hanya peningkatan suhu yaitu sekitar 600°C dengan menggunakan preheater.

KALSINASI:

KALSINASI Penguraian kalsium karbonat menjadi senyawa-senyawa penyusunnya pada suhu 600 oC.

reaksinya:

CaCO3 → CaO + CO2 MgCO3 → MgO + CO2

PEMIJARAN:

Reaksi antara oksida-oksida yang terdapat dalam material yang membentuk senyawa hidrolisis yaitu C4AF, C3A, C2S pada suhu 1450° C membentuk Clinker.

PENDINGINAN:

terjadi pendinginan Clinker secara mendadak dengan aliran udara sehingga Clinker berukuran 1150-1250 gr/liter. Clinker yang keluar dari Cooler bersuhu 150-250° C.

TRANSPORTASI & PENYIMPANAN CLINKER :

Klinker kasar akan jatuh kedalam penggilingan untuk dihaluskan. Kemudian dengan drag chain, klinker yang telah dihaluskan diangkut menuju silo klinker atau langsung ke proses cement mill untuk diproses lebih lanjut menjadi semen.

CEMENT MILL:

Merupakan proses penggilingan akhir dimana terjadi pebghalusan clinker-clinker bersama 5 % gipsum alami atau sintetik. Secara umum, dibagi menjadi 3 proses: Penggilingan clinker Pencampuran Pendinginan.

DIAGRAM ALIR PROSES BASAH

semen basah

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s