Proses Pembuatan Semen (Cement Manufacturing Process)

27 Mar

Udah tiga minggu aja Training di Perusahaan Semen ini. Setelah dua minggu belajar mengenai Leadership dan Company Profile, minggu ke-3 ini mulai lah belajar hal-hal teknis mengenai pabrik semen Hari pertama diminggu ke-3 Ane belajar mengenai Cemen manufacturing Process. Ane dikasih gambaran secara umum mulai dari definisi semen, tahapan-tahapan produksi semen, alat-alat atau unit proses yang ada di pabrik semen, sampai indikator-indikator apa saja yang menggambarkan kualitas dari semen itu sendiri. Oke dah langsung sharing aja Gan!
A. Sejarah Semen
Sebenernya, abad ke-18 (ada juga yang bilang 1700 M) seorang insinyur Sipil, John Smeaton udah bikin ramuan cikal bakal semen, yaitu adonan campuran antara batu kapur dan tanah liat yang kemudian dia pakai untuk membangun menara suar Eddystone di lepas pantai Comwall, Inggris. Tapi, bukan Smeaton yang mempatenkan cikal bakal semen ini. Seorang insinyur yang juga berkebangsaan Inggris, Josep Aspdin lah yang mengurus hak paten pada tahun 1824, yang kemudian dia sebut Semen Portland. Dinamai begitu karena warna hasil akhir olahannya mirip tanah liat yang ada di Pulau Portland, Inggris.
B. Definisi Semen Portland
Menurut SNI 15-2049-2004, Semen Portland adalah semen hidrolisis yang dihasilkan dengan cara menggiling terak (klinker) semen portland terutama yang terdiri atas Kalsium Silikat yang bersifat hidrolisis dan digiling bersama-sama dengan bahan tambahan berupa satu atau lebih bentuk kristal senyawa kalsium sulfat dan boleh ditambah dengan bahan tambahan lain. Kalo dilihat dari definisinya, bikin bingung emang hahaha tapi kalo udah ngerti, bisa lah dicerna Gan
C. Proses Pembuatan Semen
Sebelum masuk ke proses pembuatan, kita mesti tau dulu bahan baku apa aja sih yang dipakai buat bikin semen?
1. Limestone (batu kapur) yang banyak mengandung CaCO3
2. Clay (tanah liat) yang banyak mengandung SiO2 dan Al2O3
3. Pasir silika yang banyak mengandung SiO2
4. Pasir besi yang banyak mengandung Fe2O3
Sebenernya proses pembuatan semen itu intinya mengabil oksida-oksida yang terkandung di empat bahan baku di atas yang pada akhirnya membentuk mineral-mineral baru yang membentuk komposisi semen. Berikut tahapan tahapan produksi semen.
1. Raw Material Extraction & Preparation
Pertama-tama dilakukan persiapan bahan baku baik penambangan (quarry) limestone maupun clay. Tahapan penambangan seperti pada umumnya, ada drilling, blasting, haulage dan loading, selengkapnya bisa di liat di referensi mengenai penambangan. Ukuran limestone hasil tambang umumnya masih besar, sehingga hasil tambang tadi dibawa ke Crusher. Crusher berfungsi untuk mengecilkan ukuran limestone hasil tambang. Maksimum ukuran limestone yang masuk ke crusher adalah 1500 mm dan setelah keluar crusher menjadi sekitar 75 mm. Mungkin ada sebagian yang bingung gimana persiapan dari bahan baku yang lain seperti clay, pasir silika dan pasir besi. Ketiga bahan baku itu juga punya treatment sendiri-sendiri. Kenapa yang dibahas hanya batu kapur? itu karena batu kapur merupakan bahan baku utama hehehe.
Setelah limestone melewati crusher, limestone tersebut ditampung di sebuah tempat (storage). Ditempat ini terjadi proses pre-homogenization. Limestone hasil dari crushing tadi tentunya belum sepenuhnya memiliki ukuran yang sama, sebagian ada yang terlalu kecil, artinya ukurannya belum sama. Pada storage ini, limestone yang ukurannya berbeda tersebut disebar merata (komposisinya) sehingga homogen. Ada beberapa alat yang dipakai pada proses pre-homogenization ini, seperti stack dan reclamer yang masing-masing ada macam-macamnya juga (terlalu panjang buat dijelasin, silahkan searching2 aja di google hehehe).
2. Raw Meal Preparation
Dari storage tersebut limestone dibawa oleh belt conveyor menuju bin silo, demikian pula dengan clay, pasir silika dan pasir besi masuk ke bin silo masing-masing seperti gambar berikut.

Bin Silo

Dari sini lah keempat bahan baku tersebut mulai dicampurkan. Umumnya untuk membuat semen portland (Tipe I) adalah sebagai berikut:
1. Limestone (+/- 82%)
2. Clay (+/- 13,5%)
3. Pasir Silika (+/- 3%)
4. Pasir besi (+/- 1,5%)
Setelah bahan baku tersebut dicampur,maka itu lah yang disebut Raw Material. Bahan baku tersebut kemudian masuk ke dalam unit operasi yang disebut Raw Mill (RM), (prinsip kerja dan macam-macam RM dapat dilihat di referensi lain juga hehehe) seperti pada gambar berikut.

Verticcal Raw Mill

Tujuan utama Raw Mill adalah:
1. Grinding
Material campuran yang masuk dihaluskan lagi, yang semula 700 mm, setelah keluar dari RM menjadi 9 Mikro.
2. Drying
Material campuran dikeringkan sampai kelembaban 1%. Media pengeringan adalah hot gas yang berasal dari Kiln (Kiln tar kita ketemu di depan Gan hehe)
3. Transport
Untuk menjelaskan ini harus tau dulu prinsip kerja RM -.-” Intinya, hot gas yang dipakai untuk ngeringin material juga berfungsi untuk mentransportasikan material campuran tersebut. Bayangin aja Gan, 7 Mikro kalo ditiup hot gas kan terbang dia
4. Separating
Selama proses di RM, material yang sudah halus kemudian menuju tahapan proses berikutnya, sedangkan yang masih kasar akan terus mengalami penggilingan (grinding) sampai halus.
Setelah keluar dari RM, bahan material ini disebut dengan istilah Raw Mix atau Raw Meal. Raw meal ini kemudian masuk lagi ke sebuah storage atau biasa disebut Blending Silo. Selain bertujuan untuk penyimpanan sementara, Blending Silo berfungsi untuk tempat homogenization. Proses Homogenization intinya sama kek Pre-homogenization, cuma ukurannya aja yang beda dan bahan penyusunnya juga sudah tercampur. Pre-homogenization materialnya hanya limestone saja, sedangkan Homogenization terdiri dari empat bahan baku semen. Sehingga proses homogenisasi yang dilakukan bertujuan untuk memaksimalkan pencampuran dari keempat bahan tersebut.
3. Clincker Manufacture
Raw Meal kemudian masuk ke sebuah unit operasi yang disebut dengan Pre-heater. Pre-heater ini terdiri dari beberapa siklon, umunya terdiri dari 4-5 siklon (4-5 stage) seperti gambar berikut.

Pre-heater

Namanya juga Pre-heater, fungsinya sebagai pemanasan awal sebelum masuk ke proses selanjutnya. Media pemanasan sama kek di RM, yaitu berasal dari hot gas dari Kiln. Namun, Inti utamanya dari proses pemanasan ini adalah untuk terjadinya proses Pre-calcination. Dari proses kalsinasi ini mulai lah terbentuk oksida-oksida pembentuk Klinker (hasil proses di Kiln). Proses kalsinasi adalah sebagai berikut:
CaCO3 —-> CaO + CO2
Reaksi ini terjadi pada suhu sekitar 800°C (Untuk lebih jelasnya, silahkan pelajari unit operasi Pre-heater dari referensi lain hehehe). Naaah, dari reaksi di atas, yang paling utama adalah CaO nya Gan. Proses kalsinasi di Pre-heater hanya sekitar 95% nya, sisanya dilakukan di Kiln (pokonya kalo pengen lebih jelas, pelajari prinsip kerja Pre-heater Gan ).
Setelah keluar dari Pre-heater, material ini disebut dengan Kiln Feed. Kiln Feed ini masuk ke unit operasi pembentuk klinker (terak) yang disebut dengan Rotary Kiln, seperti gambar berikut.

Rotary Kiln

Di sini terjadi proses kalsinasi lanjutan. Suhunya mencapai sekitar 1400ºC. Suhu sebesar ini diperoleh dari pembakaran bahan bakar, biasanya digunakan batu bara, IDO (Industrial Diesel Fuel Oil), Natural Gas, Petroleum Coke, dan lain sebagainya. Pada suhu sebesar ini, di Kiln terjadi reaksi-reaksi logam sehingga dihasilkan mineral-mineral baru, yaitu:
1. C3S (3CaO.SiO2)
2. C2S (2CaO.SiO2)
3. C3A (3CaO.Al2O3)
4. C4AF (4CaO.Al2O3.Fe2O3)
Mineral-mineral di atas yang kemudian membentuk Clincker (klinker/terak). Setelah melewati Kiln, klinker ini masuk ke dalam Cooler. Bayangin aja Gan, abis dipanasin ampe 1400ºC, tiba-tiba aja didinginin ampe suhunya 100ºC. Kenapa harus demikian? tujuannya diantaranya:
1. Heat recuperation
2. Keamanan (safety) dalam melakukan transportasi dan storage
3. Kualitas Klinker itu sendiri
Nah, Klinker ini lah cikal bakal semen Gan. Tadi kan material itu udah dihalusin di Raw Mill jadi kek powder, nah setelah lewat Kiln ini, karena proses-proses kimia yang dilalui di Kiln maka material ini jadi Klinker, kira-kira kek gambar berikut.

Clinker (klinker)

Kualitas dari Klinker ini sebetulnya bisa dikendalikan, yaitu semenjak proses pencampuran oleh Bin Silo yang dilakukan sebelum masuk ke Raw Mill. Indikator-indikator kuliatasnya adalah dengan menghitung nilai LSF (Lime Stone Factor), SM (Silica Modulus) dan AM (Aluminate Modulus). Nilai ini juga dapat memandu kita untuk membuat berbagi jenis atau tipe semen.
4. Cement Grinding
Setelah melewati Cooler, Klinker ini kemudian dilewatkan ke Finish Mill. Naah oleh equipment ini lah maka si Klinker berubah lagi menjadi powder. Jadi di dalem Cement Mill ini klinker tadi di tumbuk, digerus pake bola-bola besi Gan, Cemen Mill nya berputar sehingga bola-bola tersebut menggerus klinker menjadi powder lagi. Bentuk Cement Mill atau Finish Mill kek gambar berikut.

Finish Mill atau Cement Mill

Sebelum digiling, biasanya komposisi Klinker ditambah oleh bahan-bahan tambahan seperti Gipsum, Pozzolan, Trash dan lain sebagainya. Untuk membuat semen Tipe I cukup ditambah gipsum saja. Setelah halus, klinker ini berubah namanya menjadi hasil akhir yaitu semen:) Semen ini kemudian ditampung di Cement Silo sebelum akhirnya dikirim ke Bin Cement untuk proses Packing and Dispatch.
5. Packing and Dispatch
Langkah terakhir adalah pengepakan semen-semen. Setelah dari Cement Silo, semen ditransport ke Bin Cement dan akhirnya ada yang di packing dan ada yang dimasukan ke bulk (curah).

Bulk (curah)

Yaah…segitu aja gan gambaran kasar mengenai proses pembuatan semen. Untuk lebih mengerti, alangkah baiknya jika tau prinsip kerja dari unit operasi/equipment yang dipakai dan mengerti tahapan-tahapan proses kimia yang terjadi selama proses pembuatan semen. Semoga bermanfaat Gan