Pengantar Industri Kimia

PENGANTAR INDUSTRI KIMIA

PROSES INDUSTRI PADA PEMBUATAN SEMEN Disusun untuk memenuhi tugas mata kuliah Pengantar Industri Kimia

Oleh : Asi Lamtiur

( 080713

Barkatul Aulia

( 0807121133 )

Dona Irawati

( 080711

Erniwita Ekasari ( 080713

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS RIAU PEKANBARU 2008

BAB I PENDAHULUAN Semen berasal dari kata caementum yang berarti bahan perekat yang mampu mempersatukan atau mengikat bahan – bahan padat menjadi satu kesatuan yang kokoh atau suatu prosduk yang mempunyai suatu bagian yang kompak atau dalam pengertian yang luas adalah material yang plastis yang memberikan sifat rekat antara batuan – batuan konsturksi bangunan. Usaha untuk membuat semen pertama kali dilakukan dengan cara membakar campuran batu kapur dengan tanah liat. Joseph Aspadin( 1824) membuat semen dari kalsinasi campuran batu kapur dengan tanah liat yang telah dihaluskan, digiling dan dibakar menjadi lelehan dalam tungku, sehingga terjadi penguraian batu kapur (CaCO3) menjadi batu tohor (CaO) dan karbondioksida (CO2).batuan kapur tohor (CaO) bereaksi dengan senyawa lain membentuk klinker kemudian digiling sampai menjadi tepung yang kemudian dikenal dengan portland (Walter H. Duda, 1976) Saat ini diperlukan bahan bangunan yang cukup banyak untuk digunakan dalam membangun gedung – gedung ataupun perumahan. Untuk hal itu, dibutuhkan banyak semen agar dapat memenuhi kebutuhan dalam pembangunan. Untuk memproduksi semen dalam skala yang besar diperlukan suatu industri yang dapat memproduksi semen dalam skala yang luas. Industri yang memproduksi semen dalam skala yang luas adalah industri semen atau pabrik semen.

2

BAB II PEMBAHASAN 2.1 Pengertian Semen Semen adalah suatu campuran senyawa kimia yang bersifat hidrolisis artinya jika dicampur air dalam jumlah tertentu akan mengikat bahan – bahan lain menjadi satu kesatuan massa yang dapat memadat dan mengeras.. Semen adalah hasil industri dari bahan baku : batu kapur sebagai bahan utama dan tanah liat atau bahan pengganti lainnya dengan hasil akhir berupa padatan berbentuk bubuk, yang mengeras atau membatu pada pencampuran dengan air. Batu kapur adalah bahan alam yang mengandung senyawa oksida (CaO), sedangkan tanah liat adalah bahan alam yang mengandung senyawa silika oksida (SiO), alumunium oksida (Al2O3), besi oksida (Fe2O3) dan magnesium oksida (MgO). Untuk menghasilkan semen, bahan baku tersebut dibakar hingga meleleh, sebagian untuk mem,bentuk clinker-nya, yang kemudian dihancurkan dan ditambah dengan gypsum dalam jumlah yang sesuai. Hasil akhir dari proses produksi dikemas dalam kantong/zak dengan berat rata –rata 40 kg atau 50 kg. Semakin baik mutu semen maka semakin lama mengerasatau membatunya jika dicampur dengan air, dengan angka hidrolitasyang dapat dihitung dengan rumus: { %SiO2 + %Al2O3 + Fe2O3 } : { %CaO + %MgO } Angka hidrolitas ini berkisar antara < 1/1,5 ( lemah) hingga > ½ ( keras sekali). Akan tetapi dalam industri angka hidrolitas ini harus dijaga

secara teliti untuk

mendapatkan mutu yang baik, yaitu antara 1/1,9 hingga 1/2,15. Semen terbaik saat ini adalah semen portland yang ditemukan tahun 1624 oleh Joseph Aspdin. 2.2 Bahan Baku Pembuatan Semen 1.

Batu Kapur

Batu kapur merupakan komponen yang banyak mengandung CaCO3 dengan sedikit tanah liat, Mgnesium Karbonat, Alumunium Silikat dan senyawa oksida lainnya. Senyawa besi dan organic yang membuat batu kapur berwarna abu- abu hingga kuning. 2.

Tanah Liat

3

Komponen utama pembentuk tanah liat adalah senyawa Alumina Silikat Hidrat, klasifikasi senyawa tersebut berdasarkan kelompok mineral yang dikandungnya : •

kelompok Montmoriionete, meliputi ; monmorilosite, beidelite,

saponite, dan nitronite, •

kelompok Kaolin, meliputi ;

kaolinite, dienete, nacrite dan

halaysite, • 3.

kelompok tanah liat beralkali, meliputi ; tanah liat mika (ilite). Pasir Besi dan Pasir Silikon

Bahan ini merupakan bahan koreksi pada campuran tepung baku ( Raw Mix ). Digunakan sebagai pelengkap komponen esensial yang diperlukan dalam pembuatan semen. Pasir silika, digunakan untuk menaiikkan kandungan SiO2 dan pasir besi digunakan untuk menaikkan kandungan Fe 2O3 dalam Raw Mix. 4.

Gypsum ( CaSO4 . 2 H2O ) Berfungsi sebagai retarder atau memperlambat proses pengerasan dari semen.

Hilangnbya kristal air pada gypsum menyebabkan hilangnya atau berkurangnya sifat gypsum sebagai retarder. 2.3 Teknologi Pembuatan Semen 1. Proses Basah Pada proses ini, bahan baku dipecah kemudian dengan menambahkan air dalam jumlah tertentu serta dicampurkan dengan luluhan tanah liat. Bubuk halus dengan kadar air 25 – 40 % ( slurry ) dikalsinasi dalam tungku panjang ( long rotary kiln ). 2. Proses Kering Pada proses ini, bahan baku diolah ( dihancurkan ) di dalam Raw Mil dalam keaadan kering dan hasil penggilingan ( tepung baku ) dengan kadar air 0,5 – 1 % dikalsimasikan dalam rotari kiln. Proses ini menggunakan sekitar 1500 – 1900 kcal/kg klinker Perbedaan antara keduanga hanya terletak pada penggilingan dan homogenisasi yaitu sebagai berikut : •

Proses Basah ; semua bahan dicampur dengan air, dihancurkan dan diuapkan menggunakan bahan bakar minyak bakar (bunker crude oil).

4

•

Proses Kering ; menggunakan teknik penggilingan dan blending, kemudian dibakar dengan bahan bakar batubara. Proses ini, meliputi lima tahappenglahan yaitu: o Proses pengeringan dan penggilingan bahan baku di rotary dryer dan rooler meal, o Proses pencampuran (homogenizing raw meal) untuk mendapatkan campuran yang homogen, o Proses pembakaran raw meal untuk menghasilkan terak ( clinker bahan setengah jadi yang dibutuhkan untuk pembuatan semen ), o Proses pendinginan terak, o Proses penggilingan akhir dan gypsum digiling dengan cement miil.

2.4 Proses Pembuatan Semen Proses yang paling sering digunakan dalam pembuatan semen ialah proses kering, karena keuntungan dalam proses ini bila dibandingkan dengan proses basah adalah penggunaan bahan bakar yang lebih sedikit, dan energi yang dikonsumsi lebih kecil. Ukuran tanur yang lebih pendek serta perawatan alat - alatnya yang lebih mudah. Bahan baku yang dibutuhkan dalam pembuatan semen seperti pada tabel 1.1 berikut ini : Tabel 1.1 bahan baku pembuatan semen Jenis – Jenis Bahan Baku Batu kapur Tanah liat Pasir silika Pasir besi Gypsum

Perbandingan Berat ( % ) 80 – 85 6 – 10 6 – 10 1 3-5

(sumber : Apriyadi F (2007), makalah)

Proses pembuatannya adalah sebagai berikut : 1. Penghancuran ( crushing ) bahan baku Alat utama untuk menghancurkan bahan mentah adalah crusher, sedangkan alat pendukung dalam proses ini adalah Dump Truck, Hopper, dan Feeder. Bahan baku hasil dari tempat penambangan diangkut dengan menggunakan dump truck dan kemudian dicurahkan kedalam hopper. Fungsi hopper adalah sebagai alat penampungan awal untuk masukan ke dalam crusher. Hopper yang digunakan untuk menampung batu kapur tidak menggunakan kisi – kisi pada bagian atasnya,sedangkan yang digunakan untuk menampung tanah liat, 5

silika dan pasir besi, dilengkapi dengan kisi – kisi. Kisi – kisi ini berguna untuk menyaring bahan yang ukuran diameternya lebih besar dan diperkirakan dapat menggangu sistem kerja crusher. Alat penghancur crusher dilengkapi dengan sebuah alat untuk mengumpankan bahan kedalamnya, yang dinamakan feeder. Crusher yang digunakan untuk menghancurkan batu kapur terdiri dari dua bagian. Bagian pertama disebut vibrator, yang berfungsi untuk menyaring batu kapur sehingga batu kapur yang ukurannya lebih kecil akan langsung jatuh menuju belt conveyor. Batu kapur yang tertinggal akan secara menuju bagian kedua, yaitu bagian yang memiliki alat penghancur yang dinamakan hammer. Setelah mengalami penghancuran, batu kapur tersebut akan jatuh menuju belt conveyor yang sama. Crusher yang digunakan untuk menghancurkan tanah liat, dan silika tidak dilengkapi dengan bagian hammer, hal ini dilakukan karena bahan – bahan tersbut cukup lunak. Jadi proses penghancuran bahan – bahan tersebut hanya merupakan proses penggilingan/ penghancuran menjadi bahan- bahan dengan ukuran yang lebih kecil. Setelah mengalami proses penghancuran, bahan – bahan teersebut dikirim menuju tempat penyimpanan yaitu Stock Pile dengan menggunakan belt conveyor. 2. Penyimpanan dan pengumpanan bahan baku Tempat penyimpanan bahan baku terdiri dari bagian utama yaitu, Stock Pile dan Bin. Sedangkan alat –alat penunjang yang membantu dalam penyimpanan bahan baku adalah Tripper dan Reclaimer. Stock pile dibagi menjadi dua bagian yaitu sisi kanan dan sisi kiri untuk menunjang proses, jika stock pile yang kanan digunakan sebagai masukkan proses, maka sisi bagian kiri akan diisi bahan baku dari crusher. Begitu pula sebaliknya. Untuk mengatur letak penyimpanan bahan baku, digunakan tripper selain itu stock pile juga dilengkapi dengan reclaimer, yang berfungsi untuk memindahkan atau mengambil raw material dari stock pile ke belt conveyor dengan kapasitas tertentu. Alat ini sendiri berfungsi untuk menghomogenkan bahan baku yang akan dipindah ke belt conveyor. Selanjutnya bahan baku dikirim dengan menggunakan belt conveyor menuju tempat penyimpanan kedua, yang biasa dikatakan sebagai awalan masukan proses pembuatan semen, yaitu Bin. Semua bin dilengkapi dengan alat pendeteksi

6

ketinggian atau level indicator sehingga apabila bin sudah penuh, maka secara otomatis masukkan material ke dalam bin akan terhenti. Khusus untuk penanganan gypsum, stock pile tidak dilengkapi dengan reclaimer. Di daerah stock pile, gypsum dimasukkan kedalam hopper dengan menggunakan truck penyodok dan dikirim ke bin dengan menggunakan belt conveyor. Pengumpanan bahan baku ke dalam sistem proses selanjutnya diatur oleh weight feeder, yang diletakkan tepat dibawah bin. Prinsip kerja alat ini adalah mengatur kecepatan scavenger conveyor, yaitu alat untuk mengangkut material dengan panjang tertentu dan mengatur jumlah bahan baku sehingga jumlah bahan baku yang ada pada savenger conveyor sesuai dengan kebutuhan dalam proses. Selanjutnya bahan baku dijatuhkan ke belt conveyor dan dikiri ke vertical roller miil untuk mengalami penggiligan dan pengeringan. Pada belt conveyor, terjadi pencampuran batu kapur, silika pasir besi dan tanah liat. 3. Penggilingan dan pengeringan bahan baku Alat utama dalam yang digunakan dalam proses penggilingan dan pengeringan bahan baku adalah vertical roller miil. Media pengeringan adalah udara panas yang berasal dari coller dan pre-heater. Udara panas tersebut juga berfungsi sebagai media pembawa bahan – bahan yang telah halus menuju alat proses selanjutnya. Alat yang mendukung proses ini : 1.

Cyclon

2.

Electrosatatic precipitator

3.

Stack

4.

Dust bin

Bahan baku masuk ke dalam vertical roller miil ( raw miil ) pada bagian tengah ( tempat penggilingan ) sementa itu udara panas masuk ke dalam bagian bawahnya. Material yang sudah tergiling halus akan terbawa udara panas keluar raw miil melalui bagian atas alat tersebut. Partikel yang ukurannya telah memenuhi kebutuhan akan terbawa udara panas menuju cyclone, yang berfungsi untuk memisahkan antara partikel yang cukup halus dan partikel yang terlalu halus ( debu ) partikel yang cukup halus akan turun kebawah cyclone dan dikirim ke blending silo untuk mengalami pengadukan dan homogensasi. Partikel yang terlalu halus ( debu ) akan terbawa udara panas menuju

7

electrostatic precipitator. Alat ini berfungsi untuk menangkap debu – debu tersebut sehingga tidak lepas ke udara. Efisiensi alat ini adalah 95 – 98 %. Debu – debu yang tertangkap, dikumpulkan di dalam dust bin, sementara udara akan keluar melalui stack. 4. Pencampuran ( Blending ) dan homogenisasi Alat yang digunakan untuk mencampur dan menghomogenkan bahan baku adalah blending silo, dengan media pengaduk adalah udara. Bahan baku masuk dari bagian atas blending silo. Oleh karena itu, alat transportasi yang digunakan untuk mengirim bahan baku hasil penggilingan blending silo adalah bucket elevator, dan keluar dari bawah blending silo dilakukan pada beberapa bagian titik dengan jarak tertentu, dan diatur dengan menggunakan valve. Proses pengeluarannya dari beberapa titik dilakukan untuk menambah kehomogenan bahan baku. 5. Pemanasan awal ( Pre-heating ) Alat utama yang digunakan untuk proses pemanasan awal bahan baku adalah suspension pre- heater, sedangkan alat bantunya ialah kiln feed bin. Setelah mengalami homogenisasi di blending silo, material terlebih dahulu ditampung di dalam kiln feed bin, yang merupakan tempat umpan yang akan masuk ke dalam pre-heater. Suspension pre-heater merupakan suatu susunan empat buah cyclon dan satu buah calsiner yang tersusun menjadi satu string. Suspension preheater terdiri dari dua bagian yaitu; in line calsiner ( ILC ) dan saparate line calsiner ( SLC ). Masing – masing string mempunyai inlet sendiri –sendiri, dan material yang masuk melalui ILC akan mengalami calsinasi, karena setelah sampai calsiner ILC material tersebut ditrnsfer ke SLC, sedangkan material yang masuk melalui SLC hanya akan mengalami satu kali kalsinasi, karena setelah sampai ke calsiner SLC material akan langsung masuk ke dalam rotary kiln. Table 1.2 temperatur aliran gas panas dan material padat pada pre-heater. Aliran Material Masuk Tahap I Keluar Tahap I Keluar Tahap II Keluar Tahap III Keluar Tahap IV

Temperature ( C ) 50 – 80 330 – 350 500 – 550 640 – 680 750 – 850

Airan Gas Masuk Tahap IV Keluar Tahap IV Keluar Tahap III Keluar Tahap II Keluar Tahap I

Temperatur ( C ) 1050 – 1100 800 – 850 650 -700 525 – 575 350 - 400

(sumber : Apriyadi F (2007), makalah)

8

6. Pembakaran ( Firring ) Alat utama yang digunakan adalah tanur putar atau rotary kiln. Rotary kilnm adalah alat berbentuk silinder memanjang horizontal yang diletakkan dengan kemiringan tertentu. Dari ujung tempat masukknya ( in-let ), sedangkan di ujung lainnya terjadinya pembakaran bahan bakar ( burning zone ). Bahan bakar yang digunakan adalah batubara, sedangkan untuk pemanasn awal di gunakan Industrial Diesel Oil ( IDO ). Tanur dilengkapi dengan gas analyzer, yang berfungsi untuk mengendalikan kadar O2 , CO, dan NOx pada gas buang jika terjadi kelebihan atau kekurangan, maka jumlah udara akan disesuaikan. Daerah proses yang terjadi di dalam tanur putar dapat dibagi menjadi empat bagian yaitu : 1. Daerah transisi ( Transision zone ) 2. Daerah pembakaran ( Burning zone ) 3. Daerah pelelehan ( Sintering zone ) 4. Daerah pendinginan ( Colling zone ) 7. Pendinginan ( Colling ) Alat utama yang digunakan untuk proses pendinginan clinker adalah cooler. Cooler ini dilengkapi dengan alat penggerak material, sekaligus sebagai saluran udara pendingin yang disebut grate dan alat pemecah clinker ( Clinker breaker ). Setelah proses pembentukan clinker selesai dilakukan di dalam tanur putar, clinker tersebut terlebih dahulu didinginkan di dalam cooler sebelum disimpan di dalam clinker silo. Cooler yang digunakan terdiri dari Sembilan compartemen yang menggunakan udara luar sebagai pendingin. Udara yang keluar dari cooler dimanfaatkan sebagai media pemanas pada vertical roller miil, sebagai pemasok udara panas pada pre-heater, dan sebagian lainnya dibuang ke udara bebas. Clinker yang keluar dari tanur putar masuk ke dalam compartemen, dan akan terletak di atas grade. Dasar grade ini mempunyai lubang-lubang dengan ukuran yang kecil untuk saluran udara pendingin. Clinker akan terus bergerak menuju compartemen yang kesembilan dengan bantuan grade yang bergerak secara reciprocating,

sambil

mengalami

pendinginan

pada

ujung

compartemen

kesembilan terdapat clinker breaker yang berguna untuk mengurangi ukuran clinker yang besar.

9

Selanjutnya clinker dikirim menuju tempat penampungan clinker ( clinker silo ) dengan menggunakan alat transportasi deep drawn pan conveyor, dan melewati alat pendeteksi kandungan kapur bebas, jika kandungan kapur melewati batas yang diharapkan mak clinker akan dipisahkan dan disimpan dalam bin tersendiri. 8. Penggilingan akhir alat utama yang digunakan pada penggilingan akhir, dimana terjadinya penggilingan clinker dengan gypsum adalah ball mill. Peralatan yang menunjang proses penggilingan akhir ini adalah Vertical Roller Mll, Separator (klasifire), dan Bag Filter. Reaksi – reaksi yang terjadi dalam proses pembentukan clinker pada umumnya berdasarkan reaksi : CaCO3 + Al2O3 . SiO2x H2O + Fe2O3 + SiO2

3CaO . SiO2 ( C3S ) + 2CaO . SiO2 ( C2S ) + 3CaO . Al2O3( C3A ) + 4CaO . Al2O3( C4AF )

Reaksi diatas terjadi dalam beberapa tahap reaksi atau proses yaitu : a.

Penguapan air bebas

Proses ini terjadi pada suhu 100 – 200 °C dan berlangsung secara endotermis. b.

Pelepasan air terikat

Proses ini tejadi pada temperatur 100 – 400 °C dan berlangsung secara endotermis. c.

Dekomposisi tanah liat

Proses ini menghasilkan senyawa Al2O3 . 2SiO2 berlangsung pada temperatur 400 – 750 °C berlangsung secara endotermis. Reaksi yang terjadi adalah : Al4(OH)8 . Si4O10 d.

2(Al2O3 . 2SiO2) + 4H20

Dekomposisi metakaolinit

Proses ini menghasilkan senyawa Al2O3 dan SiO2 berlangsung pada tem,peratur 600 – 900 °C reaksi belangsung secara endotermis, reaksi yang terjadi adalah : Al2O3 . 2SiO2 e.

Al2O3 + 2SiO2 Dekomposisi karbonat

Proses ini menghasilkan C3S dan C3A berlangsung pada temperatur sekitar 600 1000°C reaksi belangsung secara endotermis, reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:

10

CaCO3

CaO + CO2

3CaO + 2SiO2 +Al2O3

2(CaO . SiO2) + CaO . Al2O3

f.

Reaksi fase padat

Reaksi ini berlangsung pada temperatur 800 - 1300°C, reaksi ini menghasilkan komponen – komponen penting dalam clinker yaitu C3S, C3A dan C4AF, reaksi ini adalah : CaO . Al2O3 + 2CaO

3CaO . Al2O3

CaO . Al2O3 + 3CaO + Fe2O3

4CaO . Al2O3 . Fe2O3

CaO . SiO2 + CaO

2CaO . SiO2

BAB III PENUTUP 3.1 Kesimpulan 1. Secara umum proses pembuatan semen terdiri dari proses kering dan proses basah 2. Bahan baku yang digunakan dalam pembuatan semen adalah tanah liat, batu kapur, pasir silika, pasir besi dan gypsum 3. proses pembuatan semen terdiri dari penghancuran bahan baku, penyimpana dan pengumpanan bahan baku , penggilingan dan homogenisasi, pemanasan awal, pembakaran, pendinginan, dan penggilingan akhir. 4. semen berguna sebagai bahan baku untuk bangunan sebagai perekat dengan bahan baku lainnya, sehingga menjadi suatu kesatuan yang utuh.

11

DAFTAR PUSTAKA Firdaus, Apriyadi. 2007. Proses Pembuatan Semen Pada PT. HOLCIM Indonesia Tbk. Jurusan Teknik Kimia FT.UNTIRTA. Cilegon.

12

LAMPIRAN

13

14