INDUSTRI KERAMIK
PROSES INDUSTRI KIMIA
I.PENDAHULUAN
Teknik kimia merupakan bagian dari ilmu teknik dan profesi teknik. Teknik kimia adalah ilmu teknik tentang proses dan sarana pemroses yang mengubah keadaan, kandungan energi dan/atau komposisi dari suatu atau sekelompok bahan dan menghasilkan produk yang memiliki nilai kemanfaatan lebih tinggi (proses nilai tambah). Teknik kimia adalah profesi teknik yang bermisi utama menelaah, menghimpun, menerapkan dan mengembangkan strategi-strategi dan cara-cara penyelesaian masalah-masalah teknik kimia. Masalah-masalah merupakan kerekayasaan di dalam kegiatan penelitian, pengembangan, perancangan dan pengoperasian proses proses kimia berskalcr niago.
Proses industri kimia merupakan proses pengubahan keadaan, kandungan energi dan/atau komposisi bahan. Umumnya membutuhkan perpindahan massa dan/atau energi dan/atau momentum serta acapkali melibatkan reaksi [termo/bio/elektro-] kimia. Industri didefinisikan sebagai suatu kesatuan aktivitas manusia dalam pengelolaan bahan (sumber alam) menjadi bahan-bahan fungsionil baik untuk konsumsi maupun objek untuk diolah kembali dan bertujuan untuk memenuhi kebutuhan manusia.
Insinyur kimia ("Chemical Engineering") adalah insan (kreatif) yang menguasai ilmu teknik serta terdidik dan terlatih untuk melaksanakan fungsi-misi profesi teknik kimia. Arah dan intensitas perkembangan ilmu dan profesi teknik kimia sangat ditentukan oleh arah dan intensitas perkembangan. sektor industri proses kimia di dalam melayani kebutuhan peradaban manusia/masyarakat. Ilmu industri kimia dapat mencakup dua hal
1) Ilmu tentang bahan yang diproduksi (bahan fungsionil), ilmu tentang produk fungsionil mendefinisikan bahan-bahan menurut fungsinya yang memenuhi suatu fungsi teknik - ekonomi yang diberikan, seperti bahan bakar, bahan makanan, bahan konstruksi, dst. 2) Ilmu pemrosesan (teknik pengubahan bahan) yang disebut dengan ilmu teknik kimia yang menangani sifat-sifat produk dan proses pembuatannya.
Tujuan teknik kimia untuk meneliti sifat-sifat teknis dari bahan-bahan baru dan memproduksi produk yang cocok bagi kebutuhan manusia dalam jumlah besar dengan persyaratan biaya yang menguntungkan. Teknik kimia akan mencakup tiga wawasan aktivitas yang utama yaitu: metodologi dalam hal penelitian bahan dasar dan produk, rekayasa dalam hal perancangan dan pengembangan proses industri dan teknologi dalam hal pengoperasian prosesproses kimia. Jadi peran teknik kimia secara umum mencakup penelitian, teknik penerapan, pengadaan bahan, produksi, pemasaran dan pengembangan, kesemuanya ini merupakan suatu kesatuan untuk menghadapi tantangan masa depan. Tantangannya adalah menciptakan produk akhir yang lebih sempurna dan ramah terhadap lingkungan.
Tujuan mempelajari proses industri kimia antara lain:
1) memahami prinsip dasar: bahwa industri kimia bersifat dinamis dan terjadi persaingan antara industri kimia.
2) Meningkatkan efisiensi proses secara keseluruhan yang meliputi: hasil sebesar-besarnya (termodinamik), waktu sesingkat-singkatnya (kinetika), dan biaya serendah-rendahnya (?).
II.KONSEP DASAR DARI PRODUKSI KIMIA
Persyaratan untuk mendirikan suatu industri antara lain ditentukan oleh adanya modal, lokasi, jalan, pelabuhan, sumber listrik, tenaga kerja, iklim dan keamanan. Persyaratan produksi yang menentukan dalam industri kimia yaitu adanya aliran modal, bahan, energi dan teknologi pemroses. Ada empat faktor perbaikan proses kimia dengan teknologi tinggi: 1) penghematan dalam penggunaan bahan baku, 2) efisiensi tinggi dalam pemakaian energi, 3) pelaksanaan reaksi yang sesuai dengan lingkungan hidup, dan 4) metode yang aman.
Di samping persayatan ini produk harus berkompetitif dipasaran dalam hal kualitas dan harga. Tugas pemasaran adalah menyalurkan produk-produk secara lancar kepada konsumen atau pengolah lanjutan. Untuk itu diperlukan sarana transportasi, tempat penyimpanan yang sesuai dan keamanan.
Pembentukan-pembentukan bahan adalah proses perubahan secara fisika dan/atau kimia dengan terjadinya perubahan bentuk energi. Perubahan bentuk bahan dan energi adalah saling berhubungan. Berikut digambarkan sebuah konsep dasar produksi kimia
Proses reaksi dalam industri kimia dapat dilaksanakan secara bertahap (curah), sinabung (kontinyu) dan antara keduanya (semi-sinabung). Reaktor yang digunakan untuk proses bertahap adalah sebuah tangki berpengaduk. Jenis reaktor ini digunakan untuk mempoduksi bahan dengan kapasitas terbatas (skala kecii) umumnya untuk produk yang mahal dan berbahaya, misalnya pembuatan bahan pewarna, obat-obatan, pestisida, dsb. Untuk proses sinabung digunakan sebagai reaktor "pipa aliran sumbat"dan "tangki berpengaduk". Aliran masuk dan keluar berjalan secara kontinyu setiap waktu. Hakekat dari sebuah reaksi kimia yaitu terjadinya interaksi dari komponen dalam reaktor dengan segala akibat perubahan-perubahan bentuk bahan dan energi. Reaksi yang terjadi tidaklah dapat terlihat, yang terlihat hanyalah keadaan awal dan akhir dengan terbentuknya produk baru, perubahan suhu, tekanan, dan pH. Untuk dapat mengikuti suatu reaksi kimia diperlukan adanya peralatan pengukuran, yang merupakan persyaratan dalam suatu proses industri yang diatur secara otomatis dan merupakan jaminan keamanan serta pemakaian energi dan hasil produksi yang optimal. Bila reaksi berlangsung endotermis, ke dalam reaktor harus disalurkan energi dan untuk reaksi eksotermis, panas yang ditimbulkan harus dibebaskan. Jika dua komponen bereaksi dan membentuk sebagian bahan kirnia baru, kemudian setelah beberapa waktu tertentu reaksi tersebut berhenti tanpa membentuk produk baru yang diinginkan. Di sini terjadi suatu kesetimbangan kimia yang ditandai dengan terbentuknya kembali sejumlah bahan awal. Agar dapat dilaksanakan secara ekonomis, reaksi-reaksi ini ditempatkan dalam sirkulasi untuk mendapatkan produk reaksi dalam jumlah besar. Dengan pemisahan produk reaksi maka keseimbangan kimia akan terganggu clan reaksi berlangsung ter-us membentuk produk akhir. Komponen-komponen yang belum berubah dimasukkan kembali ke dalam reaktor setelah dipisahkan dari produk reaksi. Cara ini memungkinkan penggunaan energi yang optimal. Sistem efek keseimbangan ini telah banyak digunakan dalam industri pembuatan amoniak, metanol, pupuk urae, dan sebagainya.
Setelah mengalami reaksi kimia, produk-produk reaksi yang diinginkan hares dibersihkan dari produk sampingan ataupun bahan-bahan awal yang tidak sempurna bereaksi. Ini berlangsung dalarn tahap pemurnian atau pemisahan produk, seperti dalam menara distilasi, filtrasi, kristalisasi, ekstraksi dan lainnya. Distilasi adalah suatu proses pemisahan campuran cairan melalui penguapan dan disertai pengembunan campuran uap. Pemisahan terjadi berdasarkan perbedaan tekanan uap dari komponen-komponen cairan atau berdasarkan perbedaan titik didih. Dengan filtrasi bahan-bahan padat dipisahkan dari campuran padat dan cair. Sebagai bahan pemisah berfungsi "filtercake" yang terbentuk pada lapisan poros yang tembus cairan. Dengan kristalisasi, bahan padat dalam bentuk kristal dipisahkan dari cairan larutannya, yang kemudian disaring melalui alat filtrasi. Persyaratan pembentukan kristal adalah tersedianya larutan yang jenuh. Ekstraksi adalah pelepasan bahan-bahan tertentu dari suatu campuran cair atau padat dengan menggunakan bahan pelarut efektif tertentu. Dengan menggunakan gaya berat atau gaya sentrifugal melalui siklon, butiran-butiran halus dipisahkan menurut berat jenis butiran. Pengayakan merupakan pemisahan bahan-bahan padat yang berbentuk butiran menurut besarnya butiran. Berikut ini digambarkan skema pelaksanaan reaksi yang telah sempurna.
Formulasi merupakan proses kerja terakhir dari suatu pengolahan fisis lanjut untuk produk tertentu. Seperti bahan dibentuk dalam kemasan yang sesuai dengan penggunaannya dan sering diberi bahan tambahan. Kemudian bahan tersebut harus disesuaikan pada suatu tipe komoditi, misalnya pestisida harus dipasarkan sebagai emulsi, pupuk tidak mengeras/mencair selama penyimpanan dan sebagainya. Kemudian untuk dipasarkan kepada konsumen atau diekspor memerlukan pengemasan daan pemuatan agar mudah dalam transportasi. Produk suatu industri dapat berupa gas, cairan, bahan padat atau campuran. Diantaranya ada yang sangat peka terhadap panas, kelembaban, dan pengaruh luar lainnya. Pengemasan harus memenuhi persyaratan keamanan dan perlindungan terhadap lingkungan. 2.1 Pemakaian Energi
Untuk membuat bahan-bahan siap direaksikan perlu diberikan panas untuk menghindari hambatan-hambatan yang terjadi, hambatan ini dapat diperkecil dengan bantuan katalisator. Dalam reaksinya terdapat reaksi-reaksi eksoterm (H = -, mengeluarkan panas) dan endoterm (H = +, memerlukan panas). Pada reaksi eksoterm energi yang terbentuk harus dikeluarkan dari reaktor melalui alat penukar panas (heat exchanger). Misalnya sintesa amoniak
3H2 + N2 2N3(H = -92,1 kJ/mol)
Pada proses yang sangat eksotermis, panas yang terbentuk dapat digunakan untuk menghasilkan uap air (steam) dan/atau disalurkan untuk menggerakkan turbin/generator untuk dirubah menjadi energi listrik.
Banyak reaksi kimia terjadi sebagai proses oksidasi dan reduksi yang berlangsung berpasangan satu sama lainnya. Misalnya pada pembakaran belerang dan pembuatan aluminium melalui reduksi dengan karbon. Beberapa proses oksidasi dari produk organis: etilena, propilena dan metanol menjadi produk-produk antara organis, seperti etilen oksida, asetaldehyde, aseton, asam cuka, akrilonitril, formaldehyde dan lainnya. Beberapa proses reduksi seperti proses hidrogenasi pada suhu dan tekanan tinggi dengan adanya katalisator, sintesa metanol dari CO dan proses okso
2.2. Pembuatan makromolekul
Reaksi-reaksi yang menghasilkan molekul-molekul besar (makromolekul) dikatakan reaksi polimerisasi. Polimerisasi merupakan proses kimia untuk menghasilkan molekul-molekul besar (polimer) dari molekul-molekul kecil (monomer). Bahan-bahan makromolekul alami seperti kanji, selulosa, putih telur, karet, wool, protein dan lainnya. Polimerisasi selalu dimulai dengan adanya katalisator, katalisator ini menentukan derajat polimerisasi, yaitu panjang rantai dari polimer, jenis gugusan samping dan kecepatan polimerisasi. Ada dua jenis reaksi polimerisasi yaitu reaksi polikondensasi dan poliadisi. Pada reaksi polikondensasi molekul-molekul polimer hares mempunyai minimal dua gugusan fungsional yang sama atau berlainan jenis, dan umumnya melepaskan senyawa senyawa sederhana yang mempunyai molekul kecil seperti air, amoniak, asam klorida, alkohol dan lainnya. Sedangkan pada poliadisi ditandai dengan adanya pemecahan ikatan rangkap dan dapat berlangsung pada kondisi ringan, Polimerisasi-adisi merupakan reaksi berantai dan dibagi menjadi reaksi awal (inisiasi), reaksi pertumbuhan rantai (propargasi) dan reaksi penghentian (terminasi). Kecepatan polimerisasi ditentukan oleh bagian reaksi yang paling lambat. Secara umum polimer diklasifikasikan menurut asal usul, struktur molekul, susunan geometri, sifat termal, kristalinitas dan komposisi. Polimer dapat berasal dari polimer alam dan polimer sintetis secara polikondensasi dan adisi. Menurut strukturnya polimer dapat berbentuk linier, bercabang dan berikatan silang membentuk jaringan 3-dimensi. Secara geometri susunan atom dalam rantai polimer berupa konfigurasi (cistran) dan konformasi (H-to-H, dst). Berdasarkan sifat termalnya dikelompokkan menjadi polimer termoplastis dan termoset, dengan sifat kristalinitasnya polimer dapat membentuk fasa kristalin, amorf dan semi-kristalin. Sedangkan komposisi polimer berdasarkan jenis dan susunan unit ulang dalam rantai yaitu homopolimer dan kopolimer. Aplikasi polimer sangat luas sekali karena dapat mempunyai sifat-sifat mekanis yang menyerupai malah melebihi dari sifat-sifat logam. Terutama dikembangkan polimer untuk kebutuhan kedokteran dan pembangunan. 2.3. Reaksi Katalitis
Segi ekonomis suatu produksi kimia dipengaruhi oleh pengadaan bahan baku, pengaturan peralatan, pemakaian energi dan kondisi operasi. Selain itu jumlah hasil produksi dipengaruhi oleh kecepatan reaksi yang tergantung pada: konsentrasi atau tekanan dari bahan, mekanisme reaksi, temperatur reaksi dan energi aktivasi, yaitu energi yang diperlukan untuk memulai suatu reaksi. Kecepatan reaksi juga dipengaruhi oleh katalisalor, yaitu bahan untuk mempercepat reaksi. Bahan untuk memperlambat reaksi disebut inhibitor. Efektivitas katalitis dari unsur/senyawa kimia terutama pada suatu penurunan energi aktivasi, sehingga pada suhu rendah dapat dicapai kecepatan tertentu. Reaksi katalitis pada bioproses, katalisator seperti ragi, enzim disebut biokatalisator. Katalisator tidak mempengaruhi kesetimbangan kimia. Reaksi katalitis dapat berlangsung secara homogen ataupun heterogen. Pada katalis homogen, katalisator mempunyai bentuk yang sama serta bercampur secara homogen dengan komponen-kornponennya. Ini hanya mungkin terjadi dalam keadaan cair atau gas. Pada reaksi heterogen, katalisator mempunyai bentuk yang berbeda dari komponen-komponen reaksi yang diubah. Pada umunya katalisator ini adalah bahan padat. Pengunaan katalis ini misalnya pada reaksi reduksi, oksidasi, hidrogenasi, polimerisasi dan kracking (perenkahan). Pada reaksi katalitis heterogen, suatu reaksi terjadi semakin cepat pada bidang batas fase terutama pada permukaan katalis. Karena itu dikatakan katalisator kontak. Katalisator tidak hanya memperbesar kecepatan reaksi, juga mempercepat tahapan reaksi dan memepertinggi hasil akhir serta selektifitas reaksi.
Perubahan-perubahan pada reaksi heterogen berlangsung dalam pori-pori(permukaan dalam) karena lebih luas dari permukaan luar. Di sini terjadi langkah-langkah sebagal berikut: 1) penyampaian reaktan kepada lapisan pembatas (difusi film)
2) transportasi reaktan ke dalam pori-pori dan ke pusat aktif dari permukaan dalam (difusi pori)
3) adsorpsi kimia pada permukaan sentuhan melalui gaya tarik antara molekul. Pada adsorpsi kimia, peserta reaksi mengadakan pertukaran elektron dengan katalisator melalui pelepasan ikatan kimiannya.
4) Reaksi kimia pada permukaan katalisator
5) Desorpsi produk reaksi dari permukaan katalisator
6) Transport produk reaksi dari dalam pori-pori ke permukaan luar (kemball difusi pori)
7) Pemindahan produk melalui film pembatas ke media yang mengalir (difusi film)
Pada reaksi katalitis heterogen, proses difusi pada bidang sentuhan Bering merupakan langkah-langkah yang menentukan kecepatan suatu reaksi.
2.4Jenis dan Bentuk Reaktor
Reaktor merupakan bagian peralatan pabrik tempat terjadinya proses reaksi kimia. Padadasarnya terdapat tiga jenis operasi: 1) operasi reaksi secara bertahap, 2) operasi reaksi secara kontinyu dan 3) operasi reaksi secara semi-kontinyu. 2.4.1 Operasi bertahap (batch)
Pada operasi batch semua bahan yang diperlukan untuk reaksi (komponen reaksi, bahan pelarut, katalisator dll) dimasukkan dan dicampur dalam reaktor, setelah beberapa waktu untuk berlangsungnya reaksi, kemudian seluruh massa reaksi dikeluarkan dari reaktor. Reaktor batch berupa tangki terbuka/tertutup, ketel dan autoklaf yang dilengkapi pengaduk. Umumya dilaksanakan untuk reaksi fasa padat dan cair. Untuk komponen gas digunakan proses kontinyu atau semi-kontinyu. Keuntungan operasi batch: a) untuk pembuatan suatu produk dalam jumlah kecil, b) untuk pembuatan produk yang berbeda dalam reaktor yang sama, c) untuk reaksi-reaksi biologis (memproduksi antibiotik, enzim dan ragi) karena dapat diperoleh kurva pertumbuhan mikroorganisme maksimum.
Kekurangannya: a) banyak waktu yang hilang (waktu pengisisan, pengosongan, pemanasan dll), b) biaya energi yang tinggi karena pemanasan dan pendinginan pada setiap batch, dan c) pemakaian personil yang banyak untuk pengoperasian, pemeliharaan dan pengawasan.
2.4.2 Operasi kontinyu
Semua komponen reaksi bersama komponen lainnya dimasukkan secara kontinyu ke dalam reaktor, juga hasil reaksi dan komponen lainnya dikeluarkan secara kontinyu dari reaktor. Bila semua kondisi (laju alir, suhu, tekanan, dll) dijaga tetap, maka operasi kontinyu tidak tergantung waktu (steady state/tunak). Pada keadaan ini terjadi operasi stasioner. Keuntungan reaktor kontinyu: kapasitas produksi yang besar, kebutuhan personil sedikit, kualitas produk yang stabil, keamanan operasi yang stabil, dapat berlangsung secara otomatis. Kerugiannya: memerlukan biaya yang besar untuk pengukur, pengendali dan pengaturan operasi. Bentuk reaktor alir kontinyu berupa pipa aliran (flug flow reactor) dan ketel aliran berpengaduk (continue stired tank reactor) atau ketel aliran berpengaduk disusun berurutan serf (kombinasi) yang disebut cascade reactor.
2.4.3 Operasi semi kontinyu
Reaktor ini mempunyai ciri-ciri baik operasi batch maupun kontinyu. Operasi semi kontinyu terjadi apabila salah satu reaktan dimasukkan secara bertahap dan reaktan lainnya dimasukkan secara kontinyu, sedangkan produk dikeluarkan secara kontinyu. Misalnya untuk reaksi fasa gas dan cairan. Aliran gas diberikan secara kontinyu sedangkan cairan diberikan bertahap. Ciri operasi semi kontinyu adalah proses berlangsung tidak stedy state/tunak.2.5 Penggambaran dan Instalasi dari ProsesPenggambaran dari proses dan instalasi-instalasi dalam teknik kimia dilakukan denganbeberapa cara:1.Diagram alir dasar (block diagram) juga disebut aliran skematis dan tidak memberikan penjelasan lebih lanjut mengenai bentuk konstruksinya.2. Diagram alir proses (flow sheet) disebut juga diagram aliran aparatif, yang menunjukkan bentuk operasi dan susunan peralatan yang digunakan berupa simbol-simbol standar. Kadang-kadang dilengkapi dengan aliran massa dan energi pada setiap Iangkah proses.
3. Diagram pemipaan dan instrumen pada setiap paralatan (flow engineering) yang
menggambarkan peralatan teknis dari suatu instalasi dan aliran sistem kontrol.
4. Gambar proyeksi isometris yang menunjukkan gambaran ruang dari susunan pipa-pipa saluran dan peralatan yang digunakan, biasanya dalam bentuk tiga dimensi.
5. Gambar konstruksi masing-masing peralatan (major design) yang menunjukkan bentuk dan ukuran dari peralatan dengan perbandingan skala sebenarnya.
II. INDUSTRI KERAMIK
2.1 Pendahuluan
Pembuatan barang-barang keramik merupakan suatu kemampuan teknologi yang sudah lama dimiliki oleh umat manusia. Produk-produk keramik yang baru telah mengalami perubahan sifat yang telah disesuaikan dengan keinginan saat ini akan produk keramik, antara lain : tahan terhadap tekanan, mempunyai sifat mekanis yang baik, dapat dipergunakan pada temperatur yang tinggi, mempunyai daya tahan yang baik terhadap bahan kimia
Berdasarkan derajat vitrifikasi dan temperatur pembakaran, maka barang-barang keramik dapat dikelompokkan sebagai berikut :
a.Keramik putih (white wares)
Dibakar pada temperatur sedang dengan jumlah fluks dan derajat yang berlainan. Termasuk diantaranya adalah : earthenware, chinaware, porcelain, stoneware, vitrousware, dan pottery.
b.keramik bangunan (structural clay product)
dibakar pada temperatur yang rendah dengan jumlah fluks yang tinggi dan derajat vitrifikasinya rendah. Termasuk diantaranya adalah : building brick, farebrick, teracota, sewerpipe, dan draintile.
c.Refraktori (refractories)
dibakar pada temperatur tinggi dengan sedikit fluks dan derajat vitrifikasinya rendah. Termasuk diantaranya adalah : firebrick, magnesitebrick, alumunium silikat, dan clivine product.
d.Enamel (enamels)
Dibakar pada temperatur sedang dengan jumlah fluks yang banyak dan dengan derajat vitrifikasinya yang tinggi.
e.Keramik khusus (specialized ceramic product)
Umumnnya merupakan jenis keramik baru, untuk pemakaian-pemakaian khusus. Antara lain yang disebut : peroxide ceramics, nuclear fuel, single crystal, magnetic ceramic, molecular sieve, enamel untuk alumunium , metal ceramic composite, pyroceram, dan non silicate glasess.
2.2Bahan baku
Keramik tradisional yang dikenal selama ini, mempergunakan silikat sebagai bahan bakunya, sehingga dapat dianggap bagian dari industri silikat, sebagaimana industri keramik dan gelas.
Keramik silikat menggunakan tiga macam bahan baku utama, yaitu :
Lempung atau tanah liat (clay)
Pasir
Feldspar
2.2.1 Lempung
Lempung adalah alumunium silikat terhidrasi atau xAlO3.ySiO2.zH2O, dan merupakan hasil pelapukan dari induk yang berupa feldspar.H2O + K2O.Al2O3.6SiO2 + CO2 K2CO3 + Al2O3.2SiO2.2H2O + 4SiO3
K - Feldspar
Kaolinite
Secara minerologi lempung terdiri atas berbagai jenis mineral utama, antara lain : kaolinite (Al2O3.2SiO2H2O), montmorillonite (Mg.CaO.Al2O3.5Si)2. nH2O, illite (K2O.MgO.Al2O.SiO2.H2O) dan halloysite (Al2O3.2SiO2.4H2O). mineral tersebut terdapat pada jenis dan jumlah yang berbeda-beda, sehingga memberikan sifat lempung yang berbeda pula.
Sifat yang penting untuk pemakaian sebagai bahan keramik adalah plastisitas dan fusibilitasnya.
Plastilitas adalah kemampuan untuk dibentuk tanpa mudah menjadi retak. Sifat ini berbeda untuk setiap jenis lempung, bergantung pada tingkat hidrasi, kandungan bahan organik, dan ukuran serta distribusi partikel-partikelnya. Sedangkan fusibilitas lempung ditentukan oleh kandungan impurities, riwayat geologis dan penambahan bahan lain yang mungkin dilakukan.
Secara praktis dikenal klasifikasi lempung sebagai berikut :
i. China clay, disebut pula kaolin dengan mineral utamanya kaolinite. Sifatnya refraktori, plasilitasnya kecil dan penyusutannya kecil.ii. Bali clay, mineral utamanya montmorillonite dengan mengandung banyak bahan organic., sehingga plasilitasnya tinggi, tetapi penyusutannya besar.
iii. White clay, mengandung banyak fluks (Na2O.K2O) dan plasilitasnya tinggi.2.2.2Feldspar
Dalam komposisi keramik feldspar berfungsi sebagai fluks yang akan merupakan bahan pengikat dan menurunkan temperature komposisi keramik tersebut. Dikenal 3 macam feldspar yaitu : K2O.Al2O3.6SiO2 (K-feldspar), Na2OAl2O3.6SiO2 (Na-feldspar) dan CaO.Al2O3.6SiO2 (Ca-feldspar)2.2.3Pasir
Berupa kwarsa atau flint. Ditambahkan ke dalam komposisi keramik sebagai bahan non plastik yang berfungsi untuk mengatur plastisitasnya dan mengurangi penyusutan, baik susut kering maupun susut bakar, seta dapat menaikkan temperature sintering.
Selain bahan baku di atas, seringkali ditambahkan pula bahan-bahan lain baik berupa fluks ataupun refraktori. Bahan fluks antara lain : talcum, borax, soda, besi oksida. Timbal oksda, litium, barium, dan lain-lain. Sedangkan refrektori antara lain : alumina, chromita , limestone, zirconia, titania dan lain-lain.
2.3 Proses pembuatan bahan keramik
Secara umum proses pembuatan barang keramik meliputi tahapan sebagai berikut :
Bahan baku
penyiapan
pembentukan
(preparation)
forming
Pengeringan
pembakaran
penyempurnaan
(drying)
(firing)
(finishing)
Produk keramik
Ketiga bahan baku dicampur dan digiling mengikuti komposisi tertentu sesuai dengan jenis keramik yang diinginkan. Perhitunganya mengikuti cara diagram segitiga seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut :
Pembentukan barang-barang keramik dari adonannya dapat kita bedakan atas dasar jumlah media air yang digunakan.
i. pembentukan dengan cara pengepresan dilakukan terhadap puder adonan dengan kadar air 6 7 %, yang dibut dengan cara sprey drying atau penggilingan cake adonannya.ii. Pembentukan dengan cara jiggering dilakukan terhadap lumpur adonan yang pekat (kadar air 20 25%), yang terlebih dahulu dilewatkan ke dalam pug mil
Misalnya pembuatan piring mangkuk.
iii. Pembentukan dengan cara casting dilakukan terhadaap lumpur adonan yang lebih encer (kadar air 40 60%), yang dibentuk dengan menggunakan cetakan dari gips yang juga berfungsi untuk menyerap air.
Barang-barang yang sudah dibentuk kemudian dikeringkan hingga kadar air lebih kecil dari 2% untuk kemudian dibakar di dalam kiln.
Pembakaran :Konversi kimia yang dapat terjadi selama proses pembakaran barang keramik antara lain:
Dehidrasi H2O yang terikat
150 650 0C
Kalsinasi CaCO3
600 900 0C
Oksidasi besi atau bahan organik
300 900 0C
Pembentukan silikat
900 0C lebih
Bila dianggap lempung merupakan reaktan utama dalam reaksi pembakaran, maka pertama-tama pada pemanasan sekitar 600 - 650 0C terjadi pelepasan air dehidrasi dan berbentuk campuran alumina dan silika amorph.
Al2O3.2SiO2. H2O Al2O3 + 2 SiO2 + 2 H2OBila pemanasan diteruskan sampai 940 0C, alumina amorph akan berubah menjadi kristal alumina dan melepaskan panas. Pada temperatur lebih tinggi (diatas 1000 0C; alumunia ini akan bereaksi dengan silika menjadi mullite, dan silika yang masih bebas akan berbentuk kristal cristobalite
3 (Al2O3.SiO2. H2O) 3Al2O3.2SiO2 + 4SiO2 + 6 H2O
Proses pembakaran di atas dilakukan di dalam kiln. Dikenal 2 macam kiln, yaitu kiln kontinyu dan kiln periodik. Sekalipun cara kedua operasi dari kiln ini berbeda, tetapi hubungan antara kedua temperatur pembakaran dengan waktu proses yang diharapkan adalah sama, seperti yang ditunjukkan kurva berikut.
Periode
periode
periode
Preheating
sintering
cooling
Temperatur
Waktu/jarak2.4Aspek ekonomi
Dari contoh barang-barang keramik yang dikemukakan, dapat dilihat bahwa bahan keramik telah masuk dalam berbagai pemakaian bahkan merupakan landasan berhasilnya operasi pada industri lainnya itu, misalnya industri metalorgi, mesin, otomotif, bangunan, arsitektur, elektronika, dan lain-lain. Peranan ini timbul karena sifat-sifat bebas yang dimilikinya untuk berbagai aplikasi yang berlainan.
Salah satu akibatnya adalah tidak mudah untuk memperhitungkan volume perdagangan/pemakaian bahan keramik secara meyeluruh. Tahap pembakaran komposisi keramik merupakan tahap paling penting dalam pembuatan barang keramik, karena pada tahap ini terjadi reaksi pembentukkan barang keramik sebenarnya (sintering) dan juga operasinya menyangkut alokasi biaya paling mahal, yaitu untuk bahan bakar glasur.
Tahap pembakaran tersebut dapat menggunakan kiln, yaitu kiln periodik atau kiln kontinyu. Perbedaan kedua macam kiln ini terutama menyangkut segi operasi dan ekonominya.
Kiln kontinyu misalnya, memiliki erisien panas yang lebih baik, ongkos buruh yang lebih rendah dan siklus waktu proses yang lebih singkat. Akan tetapi untuk produksi batang keramik serta kualitas yang khusus justru kiln periodik yang memberikan keuntungan yang lebih baik.2.5Data produksi di Indonesia
Pemanfaatan kapasitas terpasang industri barang-barang keramik rata-rata 76,57% yang terdiri dari barang-barang keramik (sanitair dan wall tile)
Pada tahun 1984/1985 tingkat kebutuhan barang-barang keramik diperkirakan meningkat + 8%, khusus untuk wall tile kebutuhannya melebihi jumlah produksi sekitar 4,49%.
Data-data yang lebih lengkap dapat dilihat pada tabel berikut.
Jenis1984/19851985/19861987/1988
5.1. Sanitair
- Kapasitas
- Produksi
- Kebutuhan(ribu buah)1,075
820
726(ribu buah)
1,129905
798(ribu buah)
1,2441,032
1,000
5.2. Wall tile
- Kapasitas
- Produksi
- Kebutuhan(ribu m3)
8,369,26,695,4
6,873,4(ribu m3)
8,871,47,097,1
7,168,9(ribu m3)
9,967,97,974,3
7,798,7
III. INDUSTRI KAPUR3.1Pendahuluan
Yang dimaksud dengan kapur adalah kapur tohor (quicklime) sebagai hasil pembakaran batu kapur/batu gamping (lime stone). Selain itu dikenal pula kapur padam (slaked lime), hasil hidrasi kapur tohor.
Kapur tohor hasil pembakaran yang baik disebut soft burned lime, sedangkan pembakaran yang buruk menghasilkan :
i. hard burned, over burned, dead burned lime
ii. under burned lime, yaitu kapur yang masih mengandung inti batu kapur (core).Kedua macam kapur terakhir di atas tidak disukai, karena sukar atau tidak dapat dipadamkan (slaking) seluruhnya.
3.2Sumber penggunaan
Sumber utama kapur adalah batu kapur, yang memiliki kadar CaCO3, hingga 93% dengan 2-3% MgCO3, sumber lain adalah :
i. magnesium lime stone , kadar MgCO3 5 20%ii. dolomitic lime stone, kadar MgCO3 diatas 20%
Bahan bangunan
Industri soda abu
Industri gula
Filter (PCC)
Lain-lain: besi-baja, refraktori
Pulp
Pengeras jalan
Industri semen
Pertanian
Lain-lain3.3Proses pembuatan kapur tohor
Pembuatan kapur tohor dari batu kapur dilakukan denga proses kalsinasi pada temperature diatas 900 OC (1173K), menurut reaksi
CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)
(H = 44 kal
3.3.1 Pembakaran batu kapur ini dapat dilakukan dalam tungku batch yng kuno (tinggi 7 meter).
Gambar 3.1. Tumpukkan batu kapur dalam tungku batchBatu kapur ditumpuk di atas suatu grate dalam bentuk bongkah-bongkah dengan ukuran yang bertambah kecil menurut ketinggian bagian tungku yang ditempati.
Di bawh grate terdapat ruang pembakaran batu bara, kokas atau kayu. Juga dikenal tungku baton yng lebih sederhana (pot kiln), dimana batu kapur dan bahan bakar dicampur bersama.
3.3.2 Proses semi-kontinyu dikenal dengan menggunakan saft kiln (tinggi 10 20 meter). Batu kapur diumpankan sebagi bongkah-bongkah berdiameter 15 cm.
Gambar 3.2. Shaft Kiln
Bahan bakar yang digunakan dapat berupa bahan bakar padat, yang diumpankan bersama-sama atau kapur dari atas tungku., atau berupa minyak/gas dengan menggunakan burner pada zone kalsinasi, yang terletak di samping tungku (tungku azbe).
Kapasitas tungku semacam ini berkisar antara 10 500 ton per hari (di Indonesia 10 ton per hari).
3.3.3Proses kontinyu dikenal dengan menggunakan tungku putar (rotary kiln), seperti dalam pembuatan semen.
Umpan untuk tungku putar dapat berupa tepung atau slurry dengan diameter 1 5 cm.
Gambar 3.3 Rotary KilnPanjang kiln sekitar 100 m dengan kapasitas rata-rata 200 ton per hari.
Pembakaran biasa dilakukan dengan suatu oli burner
3.3.4Suatu proses kontinyu lebih modern adalah dengan cara fluidisasi (fluo solid kiln), dimana umpan batu kapur berupa partikel kecil dengan diameter 0,0 0, 005 cm.3.4Proses pembuatan kapur padam
Proses slaking adalah reaksi CaO dengan air, sebagai berikut:
CaO(p) + H2O(c/g) Ca(OH)2(p)Hasilnya dapat berupa serbuk halus (proses kering), atau berupa slurry dalam air (proses basah).
3.4.1 Proses kering yang paling sederhana adalah dengan menyirami lapisan bongkah-bongkah kapur tohor setebal 15- 120 cm di atas lantai.
Pencampuran air dengan kapur tohor sebaiknya dilakukan dengan disertai membolak-balikan bongkah-bongkah tersebut dan dilakukan penyiraman ulang. Bongkah-bongkah itu akan menjadi serbuk kapur padam.
3.4.2Proses kering lainnya dilakukan denga mesin yang dilengkapi alat spraying, slaking unit, ini seringkali dilengkapi dengan alat pemisah Ca(OH)2 dari kotoran- kotorannya, seperti inti batu kapur atau bagian-bagian dead burned lime atau sisa kapur tohor yang belum dipadamkan. Pemisahan ini dilakukan dengan cara screening atau air clarrification.3.4.3 Pabrik gula menggunakan kapur dalam bentuk slurry, sehingga pamadaman kapur tohor tersebut dapat dilakukan dengan air berlebihan (proses basah), yang dapat dilakukan dalam suatu tangki dengan pengaduk yang baik, dan pemisahan kotoran-kotoran kasar yang mengendap akan lebih mudah dilakukan.
3.5Sifat dan Kualitas
CaO :Berat molekul
56,08
Specific Grav.
3,32
Titik leleh
2843 K
Titik didih
3223 K
Ca(OH)2 :Berat molekul
74,10
Specific Grav.
3.32
Titik leleh terurai pada2843 KKualita kapur tohor :
- high calcium lime90% CaO
- low magnesium lime5 25% MgO
- dolomitic lime
25 45% MgO
3.6 Aspek ekonomis
Batu kapur terkandung dalam 3 -4 % padatan bumi, dan terdapat secara merata, muncul dipermukaan sebagai gunung-gunung kapur. Karena terdapat cukup merata, industri kapur di Indonesia ini dapat mempertimbangkan ongkos seminimum mungkin, baik atas dasar orientasi lokasi bahan baku maupun pemasarannya.
Di Indonesia tungku tegak pembakaran kapur, rata-rata berkapsitas antara 5 15 ton/hari, sedangkan di luar negeri kapasitas tungku tegak ini (tungku azbe) berkisar antara 250 -500 ton/hari. Kapasitas tungku putar adalah 400 ton.hari atau lebih.
Data pasti tentang pemakaian kapur di Indonesia pada saat ini tidak diketahui. Akan tetapi atas dasar perhitungan penambahan perumahan sebanyak 10 rumah pertahun per 1000 orang di kota-kota, secara kasar akan diperoleh kebutuhan kapur untuk rumah-rumah berdinding 50 m2 sebesar 20%IV. INDUSTRI KACA
Dari segi fisika, kaca adalah zat cair lewat dingin yang tegar dan tidak mempunyai titik cair tertentu serta mempunyai viskositas tinggi (lebih dari 1012 Pa.s) sehingga tidak mengalami kristalisasi. Di lain pihak, dari segi kimia, kaca adalah gabungan berbagai senyawa alkali dan alkali tanah, pasir serta berbagai penyusun lainnya sehingga menghasilkan produk yang mempunyai sruktur atom yang acak. Kaca adalah produk yang mengalami vitrifikasi sempurna, atau setidak-tidaknya produk yang mengandung amat sedikit bahan nonvitreo dalam keadaan suspensi.
Kaca banyak sekali digunakan karena sifat-sifatnya yang khas, yaitu transparan, tahan terhadap serangan kimia, efetif sebagai isolator listrik, dan mampu menahan vakum. Tetapi , kaca adalah bahan yang rapuh, dan secara khas mempunyai kekuatan kompresi lebuh tinggi dari kekuatan tariknya. Teknik penguatan kaca, yang biasanya meliputi pratekan untuk menghasilkan permukaan, sudah sedemikian berkembang sehingga kaca sekarang dapat digunakan dalam lingkungan yang jauh lebih hebat dari yang sudah-sudah. Dewasa ini, ada sekitar 800 macam komposisi kaca yang dihasilkan, ada yang degan keunggulan pada sifat tertentu, dan ada pula yang lebih mementingkan keseimbangan pada seperangkat sifat tertentu.
Sejarah! Bagaimana halnya dengan bahan-bahan yang sangatr dapat digunakan dalam peradaban modern, riwayat penemuan kaca tidaklah jelas sama sekali. Salah satu rujukan yang paling tua mengenai bahan ini dibuat oleh Pliny, yang menceritakan bagaimana pedagang-pedagang Phoenisia purba menemukan kaca tatkala memasak makanan. Periuk yang digunakannya secara tidak sengaja diletakkan di atas massa trona di suatu pantai. Penyatuan yang terjadi antara pasir dan alkali menarik perhatian dan orang kemudian berusaha menirunya. Sejak 6000 atau 5000 sebelum Masehi, orang Mesir telah membuat permata tiruan dari kaca dengan ketrampilan yang halus dan keindahan yang mengesankan. Kaca jendela sudah mulai disebut-sebut sejak tahun 290. Silinder kaca jendela tiup ditemukan oleh para pendeta pada abad kedua belas. Dalam abad tenga, Venesia memegang monopoli sebagai pusat industri kaca. Di Jerman dan Inggris kaca baru mulai dibuat pada abad ke-16. kaca plat muncul di Prancis sebagai produk rol pada tahun 1688
Bengkel-bengkel gelas di Amerika Serkat didirikan pada tahun 1608 di Jamestown, Va, dan tahun 1699 di Salem. Selama tiga abad berikutnya, keseluruhan proses pembuatan kaca boleh dikatakan semuanya dikerjakan dengan tenaga dan berdasarkan kira-kira saja. Dari egi kimia, satu-satunya kemajuan yang dicapai pada masa ini hanyalah yang menyangkut pemurnian bahan baku dan peningkatan ekonomi bahan bakar. Memang ada penemuan tentang hubungan antara komposisi kimia kaca dan sifat-sifat optika., serta fisikanya, namun, secara keseluruhan sebelum tahun 1990 industri ini merupakan seni dengan diperlengkapi oleh rumus-rumus rahasia yang dijaga ketat. Proses pembuatannya pun bersifat empiris dan hanya didasarkan pengalamannya.
Pada tahun 1914, di Belgia dikembangkan proses Foundalut untuk menarik kaca plat secara kontinyu. Selama 50 tahun berikutnya, para insinyur dan ilmuwan telah berhasil menciptakan berbagai modifiaksi terhdap proses penarikan kaca dengan tujuan untuk memperkecil distorsi optik pada lembaran (kaca jendela) dan menurunkan biaya pembuatan kaca lembaran gosok dan poles. Usaha ini menghasilkan kemajuan dalam teknologi produksi kaca lembaran. Berdasarkan konsep yang dipatenkan di Amerika Serikat pada tahun 1902 dan 1905, suatu kelompok peneliti di Inggris berhasil menyempurnakan proses pembuatan kaca apung pada tahun 1960-an. Kaca apung (float glass) boleh dikatakan sudah menggunakan semua cara pembuatan lainnya, dan telah berhasil menguasai pemasaran kaca jendela secara besar-besaran. Jumlah ilmuwan dan insinyuur yang menerjunkan diri ke dalam bidang ini pun meningkatkan dan memunculkan produk-produk baru sebagai hasil dari berbagai penelitian yang intensif. Bermacam-macam mesin otomatis diciptakan pula untuk mempercepat produksi botol, bola lampu, dsb. Akibatnya, industri kaca dewasa ini telah tumbuh menjadi suatu industri yang sangat terspesialisasi.
4.1 PENGGUNAAN DAN EKONOMI.
Pada Tabel 4.1 disajikan angka-angka produksi kaca dan barang-barang kaca di Amerika Serikat. Penggunaan dan penerapan kaca amat beraneka ragam, namun suatu pemahaman mengenai keserbagunaan bahan ini akan bisa didapat dari pembahasan mengenai berbagai jenis kaca sebagaimana akan disajikan nanti dalam bab ini. Secara keeluruhan, pembuatan kaca di Amerika Serikat merupakan industri yang volumenya meliputi $7000 juta per tahun. Separuh dari kaca lembaran yang dihasilkan itu adalah kaca mobil. Di bidang arsitektur terdapat kecenderungan untuk menggunakan lebih banyak kaca pada bangunan-bangunan komersial, lebih-lebih kaca berwarna-warni.
Tabel 4.1 Nilai Kaca dan Barang-barang kaca yang dikapalkan (dalam jutaan dolar)19721977
Kaca Lembaran, total937,21576,6
Kaca pres dan kaca tiup12672120,1
Bejana Kaca2126,53664,2
Sumber: Cencus of Manufactures, 1977, Dep. Of Commerce, 1980
4.2 KOMPOSISI.
Walaupun terdapat ribuan macam formulasi kaca yang dikembangkan dalam 30 tahun terakhir ini namun perlu dicatat bahwa gamping, silika, dan soda masih merupakan bahan baku dari 90 persen dari seluruh kaca yang diproduksi di seluruh dunia. Hal ini tidak berbeda dari keadaan tahun 2000 tahun yang lalu. Namun, ini bukanlah berarti bahwa tidak ada perkembangan penting mengenai komposisi kaca selama masa tersebut. Kenyataannya ialah bahwa perawis (ingredient) utama hanya mengalami perubahan kecil, sedangkan perawis tambahan banyak mengalami perubahan besar. Pewaris utama adalah pasir, gamping, dan soda abu, sedangkan bahan baku lainnya dapat dianggap sebagai perawis tambahan walaupun efek yang dihasilkan mungkin besar sekali. Faktor yang terpenting dalam pembuatan kaca ialah viskositas oksida cair dan hubungan antara viktositas ini dengan komposisi. Pada tabel 11.2 disajikan komposisi kimia berbagai jenis kaca.
Secara umum, kaca komersial dapat dikelompokkan menjadi beberapa golongan
1. Silika lebur, silika lebur atau vitreo dibuat melalui pirolisis silikon teraklorida pada suhu tinggi, atau dari peleburan kuarsa atau pasir murni. Secara salah kaprah, kaca ini sering disebut kaca kuarsa (quartz glass). Kaca ini mempunyai ciri nilai ekspansi rendah dan titik pelunakan tinggi. Oleh karena itu, kaca ini mempunyai ketahanan termal tinggi dan dapat dipergunakan pada suhu yang lebih tinggi daripada kaca lain. Kaca ini juga sangat transparan terhadap radiasi ultraviolet.
2. Alkali silikat, alkali silikat adalah satu-satunya kaca dua komponen yang secara komersial, penting. Untuk membuatnya, pasir dan soda dilebur bersama-sama dan hasilnya yang disebut natrium silikat, mempunyai komposisi berkisar antara Na2.SiO2 sampai Na2O.4SiO2. dengan pengetahuan mengenai hubungan keseimbangan dua fase, pada ahli teknologi kaca telah dapat memahami perilaku sitem-sistem yang lebih rumit. Larutan silikat soda, juga dikenal sebagai kaca (larut) air (water (soluble) glass) banyak dipakai sebagai adhesif dalam pembuatan kotak-kotak karton gelombang. Selain dari itu bahan ini juga digunakan untuk memberi sifat tahan api. Variasi kaca ini yang mengandung alkali tinggi digunakan untuk mencuci sebagi detergen dan pembangun sabun.
3. Kaca soda-gamping, Kaca soda gamping (soda-lime glass) merupakan 95% persen dari semua kaca yang dihasilkan. Kaca ini digunakan untuk membuat segala macam bejana, kaca lembaran, jendela mobil atau lain-lain, gelas, dan barang-barang pecah. Kualitas fisika kaca lembaran dewasa ini banyak meningkat, misalnya kca sekarang sudah jauh lebih rata, tidak bergelombang, dan bebas dari tegangan namun komposisinya dalam batas-batas berikut.
Produk dengan perbandingan komposisi seperti di atas pada umumnya mencair pada suhu relatif rendah. Biasanya produk ini cukup viskos sehingga tidak mengalami divitrifikasi, tetapi juga tidak perlu viskos sehingga masih bisa diolah pada suhu yang cukup sedang. Penyempurnaan dalam bidang ini adalah penggunaan piranti mekanik dengan pengendalian instrumen sebagai pengganti operator yang sebelumnya harus mengerjakan dengan tangan. Demikian pula, dalam kaca bejana, kemajuan yang dialami juga bersifat mekanik. Namun dilain pihak, perkembangan dalam perdagangan minuman keras telah mendorong pabrik kaca membuat bahan-bahan yang mngandung alumina dan gamping tinggi, tetapi alkalinya redah. Kaca jenis ini lebih sulit mencair, tetapi lebih tahan secara kimia. Warna bejana-bejana gelas juga semakin lebih baik karena pemilihan dan pemurnian bahan baku serta dikembangkannya penggunaan selenium sebagai penghapus warna.
Penerapan pengkajian aturan fase telah berhasil menerangkan berbagai pengamatan empiris para pembuat gelas terdahulu, dan telah menghasilkan berbagai penyempurnaan (misalnya lebih tepat dan teliti dalam pembuatn kaca soda gamping), serta memberikan dasar bagi penyusunan berbagai formula baru. Diagram fase untuk berbagai sistem sudah banyak diketahui dan dipublikasikan, sedang yang mengenai sistem Na2O-CaO-SiO2 sudah sangat rinci diketahui.4. Kaca timbal, dengan menggunakan oksida timbal sebagai pengganti kalsium oksida dalam campuran kaca air, didapatlah kaca timbal (lead glass) (lihat No. 13 pada tabel 11.2). kaca ini sangat penting dalam bidang optik, karena mempunyai indeks refraksi dan dipersi yang tinggi. Kandungan timbalnya bisa mencapai 82% (densitas 8,0, indeks refreksi 2,2). Kandungan timbal inilah yang memberikan kecermelangan pada kaca potong (cut glass). Kaca ini juga digunakan dalam jumlah besar untuk membuat bola lampu, lampu reklame neon, radiotron, terutama karena kaca ini mempunyai tahanan (resistance) listrik tinggi. Kaca ini juga cocok untuk dipakai sebagai perisai radiasi nuklir.5. Kaca borosilikat, kaca borosilikat biasanya mengandung 10 sampai 20% B2O3, 80% sampai 87% silika, dan kurang dari 10% Na2O. Kaca jenis ini mempunyai stabilitas kimia yang tinggi, serta tahanan listrik tinggi. Perangkat laboratorium yang dibuat kaca ini dikenal dengan nama dagang pyrex. Akhir-akhir ini, nama Pyrex juga digunakan untuk berbagai barang kaca yang terbuat dari komposisi lain, misalnya kaca alumina silikat yang digunakan pada perabot dapur tahan bakar. Kaca borosilkat, disamping sebagai perabot laboratorium, juga digunakan untuk membuat isolator tegangan tinggi, pipa lensa teleskop seperti misalnya lensa 500 cm di Mt. Palomer (AS).
6. Kaca khusus, kaca berwarna, bersalut, opal, translusen, kaca keselamatan, kaca optik, dan kaca keramik, semuanya termasuk kaca khusus. Komposisinya berbeda-beda tergantung pada produk akhir yang diingini.
7. Serat kaca, serat kaca dibuat dari komposisi kaca khusus, yang tahan terhadap kondisi cuaca. Oleh karena serat kaca mempunyai luas permukaan sangat besar, maka mudah terkena serangan kelembaban udara. Kaca ini biasanya mempunyai kandungan silika rendah sekitar 55%, dan alkali rendah (lihat No. 16 Tabel 11.2).Tabel 4.2 Komposisi Kimia Berbagai contoh kaca (dalam persen)
4.3 BAHAN BAKU
Untuk membuat berbagai jenis setiap tahun, di Amerika Serikat, digunakan pasir kaca dalam jumlah sangat besar. Sebagai fluks bagi silika ini, dipakai soda abu, kerak garam, batu gamping dan gamping. Disamping itu, banyak pula dipakai oksida timbal, abu mutiara (kalsium karbonat), salpeter, boraks, asam borat, asamtrioksida, feldspar, dan fluorspar bersama berbagai jenis oksida, karbonat serta garam-garam logam lain untuk membuat kaca berwarna. Dalam operasi penyelesaian, banyak pula dipakai berbagai produk lain seperti abrasif dan fluorida.
Pasir yang digunakan untuk membuat kaca haruslah kuarsa yang hampir murni. Oleh karena itu, lokasi pabrik kaca biasanya ditentukan oleh lokasi endapan pasir kaca. Kandungan besinya tidak boleh melebihi 0,45% untuk barang gelas pecah belah atau 0,015% untuk kaca optik, sebab kandungan besi ini bersifat merusak warna kaca pada umumnya.
Soda (Na2O) terutama didapat dari soda abu padat (Na2CO3). Sumber lainnya adalah bikarbonat, kerak garam, natrium nitrat. Yang tersebut terakhir ini sangat berguna untuk oksidasi besi dan untuk mempercepat pencairan. Sumber gamping (CaO) yang terpenting adalah batu gamping dan gamping bakar dari dolomit (CaCO3).MgCO3); yang tersebut terakhir ini memberikan MgO pada campuran.
Felsdspar mepunyai rumus uimum R2O.Al2O3.6SiO2, dimana R2O dapat berupa Na2O atau K2O atau campuran keduanya. Sebagai sumber Al2O3, feldspar mempunyai banyak keunggulan dibanding produk lain, karena murah, murni, dapat dilebur, dan seluruhnya terdiri atas oksida pembentuk kaca. Al3O3 sendiri digunakan hanya bila biaya tidak merupakan masalah. Feldspar juga merupakan sumber Na2O atau K2O atau SiO2. kandungan almuninya dapat menurunkan titik cair kaca dan dapat memperlambat terjadinya devitrifikasi.
Borax adalah pewaris tambahan yang menambahkan Na2O dan boron oksida kepada kaca. Walaupun jarang dipakai dalam kaca jendela atau kaca lembaran, boraks sekarang banyak digunakan di dalam berbagai kaca pengemas. Adapula kaca borat berindeks tinggi yang mempunyai nilai dispersi lebih rendah dan indeks refraksi lebih tinggi dari semua kaca yang dikenal. Kaca ini banyak digunakan sebagai kaca optik. Di samping daya fluksnya yang kuat, boraks tidak saja bersifat menurunkan koefisien ekspansi tetapi juga meningkatkan ketahanannya terhadap aksi kimia. Asam borat dipergunakan dalam tumpak yang memerlukan hanya sedikit alkali. Harganya hampir dua kali lipat boraks.
Kerak garam (salt cake), sudah lama dipergunakan sebagai perawis tambahan pada pembuatan kaca, demikian juga beberapa sulfat lain seperti amonium sulfat dan barium sulfat, dan sering ditentukan pada segala jenis kaca. Kerak garam ini diperkirakan dapat membersihkan buih yang menganggu pada tanur tangki. Sulfat ini harus dipakai bersama karbon agar tereduksi menjadi sulfit. Arsen trioksida dapat pula ditambahkan untuk menghilangkan gelombang-gelombang dalam kaca. Nitrat, baik dari natrium maupun kalium dipergunakan untuk mengoksidasi besi sehingga tidak terlalu kelihatan pada kaca produk. Kalium nitrat atau karbonat dipergunakan pada berbagai jenis kaca meja, kaca dekorasi, dan kaca optik.
Kullet (cullet) adalah kaca hancuran yang dikumpulkan dari barang-barang rusak, pecahan beling dan berbagai kaca limbah. Bahan ini dapat membantu pencairan di samping merupakan pemanfaatan limbah. Bahan ini dapat dipakai 10% atau bahkan sampai 80% dari muatan bahan baku.
Blok refraktori untuk industri kaca dikembangkan khusus berhubungan dengan kondisi yang hebat yang harus dialami dalam penggunaannya. Zirkom, almunia, mulit (mullite), mulit almunia sinter dan zirkonia alumina-silika, alumina, krom-alumina elektrokast banyak dipergunakan sebagai refraktor pada tangki kaca. Lihat bab 9 mengenai refraktori elektrokast. Praktek baru dalam regenerator adalah menggunakan refraktori yang basa mengingat adanya debu dan uap alkali. Suhu operasi tanur dibatasi terutama oleh mahkota bata silika yang banyak dipergunakan dalam industri ini karena cukup ekonomis.
4.4 REAKSI KIMIA
Reaksi kimia yang terlihat dalam pembuatan kaca dapat diringkas sebagai berikut.
Na2CO3 + aSiO2 Na2O.aSiO2 + CO2
(1)
CaCO3 + bSiO2 Ca2O.bSiO2 + CO2
(2)
Na2CO3 + cSiO2 + C Na2O.aSiO2 + CO2
(3)Reaksi yang terakhir ini dapat berlangsung pada persamaan (4), (5), dan (6)
Na2SO4 + C Na2SO3 + CO
(4)
2Na2SO4 + C 2Na2SO3 + CO3
(5)
Na2SO3 + cSiO2 Na2.cSO3 + CO2
(6)
Urutan proses pembuatan kaca pada umumnya dapat dipecah-pecah menjadi langkah-langkah berikut :
Transportasi bahan baku ke pabrik Pengukuran ukuran bahan baku
Penimbunan bahan baku
Pengangkutan, penimbangan, dan pencampuran bahan baku, dan pembuatannya ke tanur kaca
Pengolahan bahan bakar untuk mencapai suhu yang diperlukan bagi pembentukan kaca
Reaksi pembentukan kaca di dalam tanur
Penghematan kalor melalui regenerasi dan rekuperasi
Pembuatan bentuk produk kaca
Penyaringan (anneal) produk kaca
Penyelesaian produk kaca
Langkah-langkah tersebut dilakukan di dalam pabrik kaca modern dengan menggunakan peralatan otomatis untuk produksi secara kontinyu, dan tidak lagi dengan sekop dan gerobak sebagaimana halnya pada pabrik-pabrik lama. Namun, dalam pabrik modern itu, pengisian tanur-tanur kecil masih dilakukan dengan tangan sehingga banyak menimbulkan debu beterbangan dimana-mana. Kecenderungan dewasa ini ialah untuk menggunakan sistem transportasi dan pencampuran secara tumpak dan mekanis yang tertutup sama sekali sehingga tidak lagi ada debu yang beterbangan salama penanganan kaca atau bahan bakunya.4.5 CARA PEMBUATAN
Prosedur pembuatan kaca dapat dibagi (lihat gambar 11.1) menjadi empat tahapan utama: (1) peleburan, (2) pembuatan bentuk dan cetakan, (3) penyangaian atau sepuh lindap, dan (4) penyelesaian.Peleburan. Tanur kaca dapat diklasifikasikan sebagai tanur periuk atau tanur tangki (lihat gambar 11.2 mengenai tanur tangki). Tanur periuk (pot furnace), dengan kapasitas sekitar 2 t atau kurang dapat dipergunakan secara menguntungkan untuk membuat kaca khusus dalam jumlah kecil dimana tumpak cair itu harus dilindungi terhadap hasil pembakaran. Tanur ini digunakan terutama dalam pembutan kaca optik dana kaca seni melalui proses cetak. Periuknya sebetulnya ialah suatu cawan yang terbuat dari lempung pilihan atau platina. Sulit sekali melebur kaca di dalam bejana ini tanpa produknya terkontaminasi atau tanpa sebagian bejana itu sendiri meleleh, kecuali bila bejana itu terbuat dari platina. Dalam tanur tangki (tank furnance), bahan tupak itu dumuat ke satu ujung suatu tangki besar yang terbuat dari blok-blok refraktor, diantaranya ada yang berukuran 38 x 9 x 1,5 m dengan kapasitas kaca air sebesar 1350 t. Kaca itu membentuk kolam di dasar tanur, sedang nyala api menjilat berganti dari satu sisi ke sisi lain. Kaca halusan (fined glass) dikerjakan dari ujung lain tangki itu, operasinya kontinyu. Dalam tanur jenis ini, sebagaimana juga dalam tangki periuk, dindingnya mengalami korosi karena kaca panas. Kualitas kaca dan umur tangki bergantung pada kualitas blok kontruksi. Karena itu, perhatian biasanya ditujukan pada refraktori tanur kaca. Tanir tangki kecil disebut tangki harian (day tank) dan berisi persediaan kaca air untuk satu hari sebanyak 1 t sampai 10 t. tangki ini dipanasi secara elektrotermal atau dengan gas.
Gambar 4.1 Diagram Alir Pembuatan Kaca Leburan
Tanur- tanur yang disebutkan diatas adalah tergolong unsur tanur regenerasi (regenerative furnace) dan beroperasi dalam dua siklus dengan dua perangkat ruang berisi susunan bata rongga. Gas nyala setelah memberikan sebagian kalaornya pada waktu melalui tanur berisi kaca air, mengelir ke bawah melalui satu pernagkat ruang yang diisi penuh dengan pasangan bata terbuka atau bata rongga (checkerwork). Sebagian besar dari kandungan kalor sensibel gas keluar di situ, dan isian itu mencapai suhu yang berkisar antara 15000C di dekat tanur dan 6500C di dekat pintu keluar. Bersamaan dengan itu, udara dipanaskan dengan melewatkannya melalui ruang regenerasi yang telah dipanaskan sebelumnya dan dicampur dangan gas bahan bakar yang telah terbakar, sehingga suhu nyalanya menjadi lebih tinggi lagi, (dibandingkan dengan jika udara tidak dipanaskan terlebih dahulu). Pada selang waktu yang teratur, yaitu antara 20 sampai 30 menit, aliran campuran udara bahan bakar, atau siklus itu dibalik, dan sekarang masuk tanur dari ujung yang berlawanan melalui isian yang telah mendapatkan pemanasan sebelumnya. Kemudian melalui isian semula, dan mencapai suhu yang lebih tinggi.
Suhu tanur yang mulai berproduksi hanya dapat dinaikkan sedikit demi sedikit setiap hari, bergantung pada kemampuan refraktorinya menampung ekspansi. Bila tanur regenerasi itu sudah dipanaskan, suhunya harus dipertahankan sekurang-kurangnya 12000C setiap waktu. Kebanyakan kalor hilang dari tanur melalui radiasi, dan hanya sebagian kecil yang termanfaatkan untuk pencairan. Tanpa membiarkan dindingnya mendingin sedikit karena radiasi, suhu akan menjadi terlalu tinggi sehingga kaca cair itu dapat menyerang dinding dan melarutkannya. Untuk mengurangi aksi kaca cair, pada dinding tanur kadang-kadang dipasang pipa air pendingin.
Gambar 4.2 Penampung tanur tangki kaca menunjukkan ruang regenerasi
4.6 PEMBENTUKAN ATAU PENCETAKAN.
Kaca dapat dibentuk dengan mesin atau dengan cetak tangan. Faktor yang terpenting yang harus diperhatikan dalam cetak mesin (mechine molding) ialah bahwa rancang mesin itu haruslah sedemikian rupa sehingga pencetakan barang kaca dapat diselesaikan dalam tempo beberapa detik saja. Dalam waktu yang sangat singkat itu kaca berubah dari zat cair viskos menjadi zat padat bening. Jadi, jelas sekali bahwa masalah rancang yang harus diselesaikan, seperti aliran kalor stabilitas logam, dan jarak bebas bantalan merupakan masalah yang rumit sekali. Keberhasilan mesin cetak kaca merupakan prestasi besar bagi insyiur kaca. V. SEMEN DAN PROSES PEMBUATANNYA
Pada mulanya semen didefinisikan sebagai bahan batu-batuan yang terbuat dari campuran batu gamping ditambah pasir besi dan batu merah, kemudian dibakar secara sederhana dan akan mengeras bila ditambahkan air. Namun dengan perkembangan teknologi yang semakin maju maka teknologi pembuatan semen juga mengalami perubahan ke arah perbaikan. Sekarang dengan dasar teknik kimia dan didukung dengan beberapa disiplin ilmu teknik lainnya, untuk pelaksanaan yang modern dengan pengawasan yang seksama maka dengan pemilihan dan penanganan bahan baku serta pengoperasian yang mutakhir telah dapat dibuat berbagai macam jenis semen untuk berbagai kebutuhan dengan hasil yang memuaskan.5.1 Klasifikasi Semen
Sesuai dengan kebutuhan pemakaian semen yang didasarkan pada lokasi ataupun kondisi-kondisi tertentu yang diperlukan untuk pelaksanaan konstruksi serta tujuan ekonomisasi maka dapat diklasifikasikan jenis-jenis semen sebagai berikut:
1.Expensive cement, untuk spasi pada sambungan beton
2.Ferros cement, untuk konstruksi kedap air
3.Mesonry cement, untuk spasi antara pasangan batu tahan api.
4.Oil well cement, untuk sumur-sumur minyak yang bertekanan dan suhu tinggi
5.White cement, untuk keperluan dekorasi
6.Pozzoland cement, untuk konstruksi yang dipengaruhi oleh air laut (PT. SAI)
7.Portland cement, untuk konstruksi yang tidak memerlukan sifat-sifat khusus (PT. SAI)
Berdasarkan standar industri Indonesia (SII 0031-81) dan American Society for Testing Material Cement (AST111 C 0150-78)., sement Portland dapat dibagi menjadi lima tipe, yaitu:
1.Tipe I, yaitu serpent portland biasa (regular) yang digunakan untuk konstruksi bangunan umum, yang tidak memerlukan persyaratan khusus. Tipe ini banyak diproduksi oleh pabrik semen dalarn jumlah besar.2.Tipe II, yaitu semen portland untuk konstruksi bangunan yang memerlukan ketahanan terhadap sulfat dan mempunyai panas hidrasi sedang. Tipe ini baik untuk kontruksi pelabuhan.
3.Tipe III, yaitu semen portland untuk konstruksi bangunan yang memerlukan kekuatan yang tinggi pada fasa permulaan setelah terjadi pengikatan. Tipe ini baik untuk pembuatan konstruksi bangunan yang mendapat beban berat seperti pada pembuatan jalan.4. Tipe IV, yaitu semen portland untuk konstruksi bangunan yang memerlukan ketahanan terhadap sulfat dan mempunyai panas hidrasi rendah. Jenis ini sangat baik untuk pembuatan konstruksi bangunan air. 5. Tipe V, yaitu semen portland untuk konstruksi bangunan yang memerlukan ketahanan tinggi terhadap sulfat. Tipe ini sangat baik untuk pembuatan konstruksi bangunan yang mengalami pengaruh sulfat.
Tipe semen diatas dibedakan oleh kehalusan, kekuatan tekan, panas hidarsi dan penyusutan karena sulfat. Selain semen portland yang umu digunakan ada juga semen tipe khusus yang dipakai untuk keperluan khusus. Semen portland mengandung senyawa-senyawa mineral yang memberi pengaruh sangat besar terhadap mutu semen. Senyawa-senyawa mineral tersebut adalah: 1.Tricalsium silikat(C3S) dengan rumus 3CaO.SiO2, merupakan unsur utama dalam semenyang memberi kekuatan tekan awal. Biasanya dibutuhkan sekitar 52-60%2.Dicalsium silikat(C2S) dengan rumus 2CaO.SiO2 memberi pengaruh terhadap kekuatan tekan akhir semen portland. biasanya kadar C2S dalam klinker sekitar 22%3.Tricalsium aluminat (C3A) dengan rumus 3CaO.Al203. senyawa ini memberi sifat plastisitaspada adonan semen. Semakin tinggi kadar C3A maka akan semakin baik sifat plastisitasnya.Biasanya kadarnya sekitar 8,5 - 9,5%4.Tetracalsium aluminaferit (C4AF) dengan rumus 4CaO.A1203.Fe2O3. senyawa ini mempunyai sifat menentukan warna dari semen dan tidak memberi pengarukpada kekuatan tekan. Semakin tinggi kadarnya maka warna semen semakin gelap. Kandungan besi (Fe2O3) untuk menurunkan titik lebur pada pembakaran di dalam kiln 5. Magnesium oksida (MgO), rumus molekul MgO. Magnesium oksida ini bersama CaO dapat menyebabkan reaksi antara semen dengan air menjadi lambat.
5.2 Macam-macam Proses Pembuatan Semen
Proses pembuatan semen dalam industri dikenal ada dua cara, yaitu proses basah dan proses kering.
5.2.1Proses basah (wet process)
Proses basah merupakan proses yang telah lama dikenal, tetapi sekarang mulai ditinggalkan, karena kurang ekonomis. Proses ini menggunakan air sebanyak 30-50% untuk membantu penggilingan bahan baku dalam grinding mill sehingga berbentuk bubur (slurry). Kemudian slurry ini disimpan dalam sebuah bak (slurry blending tank) sambil diaduk secara terus menerus sampai siap untuk dibakar dalam tanur putar (rotary kiln). Hasil yang diperoleh dari pembakaran ini berupa terak (clinker). Clinker yang keluar dari kiln ditampung dalam suatu tempat dan dibiarkan dingi sampai suhu 100-150 C, lalu digiling bersama gypsum dalam cement mill sampai mencapai kehalusan tertentu sehingga dihasilkan semen yang diinginkan.
Adapun keuntungan proses basar adalah pencampuran bahan baku lebih homogen karena berbentuk bubur dan tidak banyak menghasilkan debu yang dapat memberi dampak negatif terhadap lingkungan. Sedangkan kerugian dari proses ini adalah tanur yang digunakan lebih panjang yaitu sekitar 90-120 m agar pemanasannya lebih sempurna dan pembakaran klinker membutuhkan panas yang banyak sehingga tidak efisien dalam pemakaian energi.
5.2.2. Proses Kering (dry process)
pada proses kering, bahan baku yang telah dihancurkan dikeringkan dengan udara panas sampai kadar air dalam bahan sekitar 3-5%, selanjutnya digiling dalam raw mill sehingga diperoleh hasil penggilingan berupa bubuk halus. Komposisi halus ini dikontrol terlebih dahulu sebelum dilakukan proses pemanasan dan pembakaran di dalam cyclone preheater dan rotary kiln untuk mendapatkan klinker. Selanjutnya klinker ini dicampur dengan gypsum dan digiling dalam cement mill sampai mencapai kehalusan tertentu sehingga menghasilkan semen.
Keuntungan dari proses kering adalah tanur yang digunakan relatif pendek yaitu 34-68 m dan hemat dalam pemakaian bahan bakar karena panas yang diperlukan relatif sedikit, terutama setelah dikembangkan cyclon preheater yang digunakan untuk pemanasan awal. Kekurangannya antara lain pencampuran massa kurang homogen karena berbentuk bubuk dan banyak menghasilkan debu yang dapat mengganggu kesehatan dan mencemarkan lingkungan.
5.3 Urutan Proses Pembuatan Semen pada PT. Semen Andalas Indonesia (SAI)
Tahap-tahap proses yang dilakukan adalah: 1) persiapan bahan baku, 2) penggilingan bahan baku, 3) pemanasan, pembakaran dan pendinginan, 4) penggilingan clinker, dan5) pengantongan dan pengapalan.
5.3.1Persiapan bahan baku
Bahan baku untuk pembuatan semen terdiri dari: 1) batu kapur (lime stone), 2) tanah fiat (shale/siltstone), 3) pasir besi (iron sand), 4) gypsum dan 5) pozzolan untuk semen pozzolan. 1) Batu kapur (lime stone)
Batu kapur sebagai sumber CaO bersifat padat dan keras, tersedia dalam jumlah yang cukup banyak disekitar lokasi pabrik. Pengambilan batu kapur pada lokasi quarry I dilakukan dengan penembangan terbuka dengan sistem bertangga, yaitu penambangan yang dimulai dari puncak bukit. Penambahan dengan sistem ini lebih mudah dalam peleksanaannya. Tahap kerjanya: 1) pengeboran lubang tembak (drilling) untuk dimasukkan bahan peledak. Kedalaman lubang 8-10 m dengan diameter 3,5 inci, 2) peledakan (blasting) gunanya untuk memecahkan limestone menjadi bongkahan dan bagian kecil, 3) pengumpulan hasil peledakan, bongkahan ini diangkut dengan buldozer, 4) pengangkutan hasil ledakan dilakukan dengan dump truck ke unit pemecah (crusher), dan 5) penghancuran (crusher), pada bagian ini bahan dikecilkan ukurannya dengan peralatan impact crusher sampai berukuran 25-30 mm. Kemudian disimpan pada preblending stockpile yang berbentuk lingkaran dengan kapasitas 30.000 ton. 2) Tanah liat (shale/siltstone)
Tanah liat berfungsi sebagai sumber silikat (SiO2), aluminat (A1203) dan ferrit (Fe2O3). Bahan ini diperoleh dari penambangan terbuka quarry II di daerah krueng raba, sekitar 2 km dari lokasi pabrik. Tahap kerja yang dilakukan: 1) pengerukan dan pendorongan siltstone dilakukan dengan buldozer dari atas bukit, 2) pengangkutan dilakukan dump truck ke siltstone crusher, 3) penghancuran dilakukan dengan crusher jenis double roll hingga ukuran 25-30 mm. Hasil penghancuran diangkut dengan belt conveyor untuk disimpan dalam stockpile tertutup dengan kapasitas 20.000 ton.
3) Pasir besi (iron sand)
Sebagai bahan tambahan (additive) pasir besi digunakan sebagai sumber Fe2O3 karena umumnya Fe2O3 sangat kurang dalam tanah liat. Pasir besi berbentuk butiran dengan ukuran 1 mm, sehingga tidak perlu dihancurkan. Pasir besi ini didatangkan dari Lampanah Aceh Besar, yang diangkut dengan dump truck ketempat penampangan (iron sand stockpile).
4) Gypsum
Gypsum dapat dihasilkan dari alam maupun sintetis. Mineral gypsum dengan rumus CaSO4.2H2O di impor dari Thailand dengan menggunakan kapal laut. Gypsum dari pelabuhan diangkut ke tempat penyimpanan (gypsum silo) dengan menggunakan belt comveyor. Penambahan gypsum pada semen berfungsi sebagai pengatur waktu pengerasan semen (setting time). Untuk memproduksi semen OPC digunakan gypsum 3-5% dan clinker 95-97%, sedangkan untuk semen PPC digunakan clinker 75-76%.
5) Pozzolan
Pozolan merupakan bahan yang terdiri dart senyawa silika dan alumina aktif yang dapat bereaksi dengan kalsium hidroksida pada suhu kamar dan adanya air yang cukup membentuk senyawa kalsium silikat hidrat dan kalsium aluminat hidrat yang mempunyai sifat mengeras dan mengikat seperti semen. Pozzolan dapat diperoleh dari alam yang merupakan basil vulkanisasi gunung berapi yang terbentuk dari campuran senyawa oksida silika dan alumina, dan juga dart pozzolan buatan dart basil samping sisa pembakaran batubara (fly ash) atau dari pembakaran batu-batuan silika dan alumina. PT SAl mengambil pozzolan alani dari sekitar gunung selawah, Kr. Raya Aceh Besar yang diangkut dengan dump truck ke stockpile terbuka. Penambahan pozzolan sebanyak 15-20% sebagai substitusi dari sebagian clinker pada semen portlannd pozzolan cement (PPC) mempunyai beberapa pengaruh pada semen yang dihasilkan yaitu: konstruksi beton yang membutuhkan panas hidrasi rendah (misalnya bendungan), kontruksi beton di dalam laut atau beton untuk tahan serangan garam sulfat, dan bangunan yang memerlukan kekedapan yang tinggi seperti bangunan sanitasi dan air bersih.
Dibandingkan sifat fisika semen OPC tipe I maka kekuatan awal semen PPC agak lebih rendah. Namun dari hasil penelitian dibuktikan bahwa kuat tekan akhir beton semen PPC akan menyamai beton semen OPC. Komposisi kimia antara kedua jenis semen adalah KomposisiSemen portland tipe I (%wt)Semen portland pozzoland (%wt)
SiO220.5329.73
Al2O35.316.76
Fe2O3.764.82
CaO66.0054.60
MgO1.261.68
SO32.352.26
LOI1.202.74
5.3.2.Proses Penggilingan Bahan Baku
Bahan baku (limestone dan siltstone) dimasukkan ke hopper yang dilengkapi dengan weigh feeder. Kemudian material dikirim ke belt conveyor ke bagian penggilingan yang disebut raw mill, sedangkan pasir besi ditambah melalui hopper setelah melewati weigh feeder dan langsung jatuh ke belt conveyor yang telah berisi kedua material di atas. Perbandingan ketiga bahan baku tersebut 78% limestone, 21% tanah liat dan 1% pasir besi yang langsung diatur dari central control room (CCR).Raw mill merupakan selinder baja tertutup yang diputar oleh dua buah motor induksi dengan kecepatan 14,5 rpm, diameter dalam shell 4,88 m dan panjang shell 15,39 m, terdiri dari tiga bagian yaitu ruang pengering, ruang penggiling I dan ruang penggiling II. Material masuk ke raw mill mula-mula dikeringkan di dalam drying chamber, dengan menggunakan panas dari cyclon preheater pada suhu 300-350 C yang dialirkan menggunakan fan. Penurunan kadar air material menjadi 2-5%. Kemudian material masuk ke grinding chamber I yang berisi bola-bola mill (ball mill) yang berdiameter 90, 80, 70 dan 60 mm. Karena adanya putaran raw mill, menyebabkan ball mill menumbuk material hingga halus. Material yang telah digiling masuk ke grit separator. Di sini material akan terpisah antara yang kasar dan halus, sehingga material yang telah menjadi debu terkumpul di cyclone dust collector dengan bantuan fan. Material yang lain keluar melalui central discharge masuk ke bucket elevator dengan bantuan air slide. Dengan menggunakan bucket elevator material dimasukkan ke cyclone separator. Pada cyclone separator material dipisahkan dengan memakai sistem sentrifugal.
Selanjutnya material yang halus dari cyclon separator dan cyclon dust collector dengan bantuan air slide disalurkan ke dalam dua buah screw pump untuk dimasukkan ke dalam blending silo yang berjumlah dua buah dengan kapasitas masing-masing 1.800 ton. Di dalam blending silo material (raw meal) diaduk hingga homogen dengan menggunakan udara dari air compressor di bawah blending silo. Jumlah kompresor ada 4 buah.
Sebelum material dimasukkan ke storage silo, terlebih dahulu dianalisa kadar jenuh kapur, LSF (Lime Saturation Factor), SR (Silica Ratio) dan AR (Alumina Ratio). Kadar LSF ditetapkan 99,5-100,5% den-an menggunakan persamaan:
Kadar SLF yang diinginkan anatara 0,99 1,00. jika kadar LSF rendah akan menyebabkan buntu (block) di dalam cyclone preheater dan coating yang tebal di dalam kiln shell sehingga kualitas semen menurun. Jika kadar SLf tinggi maka material sukar dibakar, sehingga kualitas clinker rendah. Kadar SR ditetapkan berkisar 2,3 2,5% dengan menggunakan persamaan.
jika SR rendah akan menyebabkan clinker sulit digiling, setting time semen pendek dan panas hidrasi naik. Jika kadar SR tinggi menyebabkan clinker lebih sulit dibakar dan sifat coatingnya tidak stabil (jelek) sehingga coating yang terbentuk tidak tahan terhadap thermal shock.
Kadar AR ditetapkan berkisar 1,6 - 2% dengan menggunakan persamaan:
ratio ini digunakan untuk mengontrol ratio C3A / C4AF di dalam clinker. Setting time dan panas hidrasi semen tergantung pada nilai ratio ini.
Material yang telah memenuhi kadar LSF, SR dan AR dimasukkan ke storage silo yang berada di bawah blending silo dengan kapasitas masing-masing 5.200 ton.
Debu halus yang tidak ditangkap oleh cyclone dust collector maupun bag filter dialirkan ke cooling tower. Di dalam cooling tower dilakukan penyemprotan air sehingga debu yang terikut dengan gas (udara) panas akan terperangkap dan jatuh ke bawah, sedangkan udara panas turun suhunya sekitar 135-138 C dan dialirkan ke electrostatic precipitator (EP). Alat ini berfungsi untuk menangkap debu yang sangat halus, dan bekerja berdasarkan gaya tarik medan magnet dengan sistem ionisasi. Udara yang keluar EP masuk ke cerobong asap (chimney), selanjutnya dibuang ke udara. Debu dari cooling tower dan EP dengan menggunakan chain conveyor dialirkan ke storage silo.
5.3.3 Proses Pemanasan, Pembakaran dan Pendinginan (Unit Kiln)
Unit kiln dapat dibagi menjadi tiga tahap proses: 1) proses pemanasan awal (preheater), 2) proses pembakaran(kiln) dan 3) proses pendinginan (cooler). Ketiga tahap tersebut merupakan unit terpenting pada pembuatan semen, karena akan terjadi reaksi pembentuk clinker1) Unit Pemanasan awal (preheater)
Material dari storage silo dimasukkan ke kiln feed hopper melalui weigh feeder dengan bantuan air lift dan stew conveyor, material masuk ke cyclon preheater. Preheater terdiri dari empat stage cyclon yang diatur secara vertikal dan diberi penomoran dari atas ke bawah serta dilengkapi dengan dual decarbonation furnace (DDF). Pada setiap stage dipasang cyclon ganda agar pengaturan jumlah material yang masuk lebih mudah dan pemisahan material pada setiap stage lebih balk. Preheater berguna untuk pemanasan awal sehingga pemanasan selanjutnya dalam kiln lebih mudah. Gas panas masuk preheater secara berlawanan arah berasal dari hasil pembakaran di kiln (dari bawah). Karena menyerap panas sebagian material melepaskan H2O dan CO2. Gas panas yang keluar cyclon I bertemperatur 300-400 C, sebagian dikirim ke raw mill sebagian lagi dikirim ke cooling tower. Pada cyclon I terjadi pelepasan air kristal sampai mencapai kadar air 0,3%. Pada cyclon II yang bertemperatur 600-630 C terjadi kalsinasi sekitar 24-25%, dan pada cyclon III yang bertemperatur 800-875 C terjadi kalsinasi 85%, sedangkan kalsinasi sempurna terjadi di dalam rotary kiln. Material di dalam DDF pada suhu 950-1000 C. kalsinasi merupakan pelepasan CO2 dari bahan baku dengan reaksi:
CaCO3 CaO + CO2MgO3 MgO + CO22) Proses Pembakaran (Kiln)
Material yang keluar dari preheater dan DDF langsung masuk ke rotary kiln secara perlahan untuk proses penyempurnaan kalsinasi. Pembakaran dalam kiln mencapai 1450 C, panas ini dihasilkan dari pembakaran batubara.
Rotary kiln merupakan selinder dengan diameter 4,4 m dan panjang 68 m, diletakkan pada bagian horizontal dengan kemiringan 2 derajat dan kecepatan 4 rpm. Kiln dilapisi dengan batu tahan api (fire brick) yang berfungsi untuk menjaga ketahanan kiln dan menghalangi kehilangan panas selama terjadinya pembakaran. Secara garis besar, proses pembakaran di dalam kiln terdiri dari tiga daerah.
1) Daerah kalsinasi (calcinacing zone), 820-900 C. Kalsinasi akan sempurna di dalam kiln dengan naiknya suhu sehingga dapat menguraikan CO2.2) Daerah pemijaran (sintering zone), 900-1400 C. Pada daerah ini terjadi pembentukan senyawa-senyawa : C3S, C3A, C4AF dan C3S.3) Daerah pendinginan(cooling zone), 1400-110C. Daerah pendinginan terletak diujung keluaran material dari kiln. Di daerah ini material mengalami pendinginan karena bercampur dengan udara sekunder dari cooler yang masuk ke kiln.
Reaksi-reaksi yang terjadi pada proses pembentukan clinker di dalam kiln adalah:
1. Kalsinasi dari CaCO3 dan MgO3 atau pelepasan CO2 dari bahan baku pada 820 - 900 C.CaCO3 CaO + CO2MgO3 MgO + CO22. Pembentukan dicalsium silicate (C2S) yang terjadi pada suhu 900-1000 C
2CaO + Si02 2CaO.SiO2
(C2S)
3. Pembentukan tricalsium aluminat (C3A) dan C4AF yang terjadi pada suhu 1100-1300C
CaO + Al2O3 3CaO.A12O3
(C3A)
4CaO + Al2O3 + Fe2O3 4CaO.A1203.Fe2O3
(C4AF)
4. Pembentukan tricalsium silicat (C3S) dan pengurangan kadar CaO bebas pada 1300-1400 C
2CaO.SiO2 + CaO + SiO2 3CaO.SiO2
(C3S)
bahan bakar yang digunakan untuk pembakaran adalah batubara (coal) yang didatangkan dari Ombilin (Sumatera Barat) yang digunakan sekitar 16 ton per jam dan bahan bakar tambahan (make up) berupa minyak diesel sekitar 2 ton per jam.
3 Proses Pendinginan (cooler) Setelah mengalami pembakaran di dalam kiln, material yang berbentuk lahar panas masuk ke grate cooler dan didinginkan secara tiba-tiba dengan udara pendingin yang dihembuskan dari 6 buah fan. Akhirnya material akan berbentuk bulatan-bulatan keras yang disebut terak (clinker). Tujuan dilakukan pendinginan untuk mencegah terjadinya kerusakan pada pada peralatan angkut clinker akibat tingginya temperatur, dan membuat clinker lebih rapuh sehingga mudah pada penggilingan selanjutnya. Bongkahan clinker yang ukurannya besar dihancurkan pada breaker (hammer mill). Clinker yang telah hancur diangkut dengan menggunakan cooling pan conveyor dan bucket elevator menuju tempat penyimpanan clinker (clinker silo) sebelum diangkut ke unit penggilingan semen (cement mill). Sisa udara hasil pendinginan clinker dialirkan ke alat pemisah debu yaitu gravel bed filter. Udara yang telah bersih dilepaskan ke atmosfir melalui cerobong asap. Debu yang terperangkap pada filter dengan bantuan chain conveyor dan bucket elevator dikembalikan ke clinker silo. 4) Proses Penggilingan clinker (unit cement mill)
Proses akhir pembuatan semen adalah penggilingan clinker yang dicampur dengan gypsum. Clinker dari clinker silo dan gypsum dari gypsum silo diangkut dengan belt conveyor ke unit cemment mill melewati hopper dan weigh feeder. Cemmen mill berjumlah dua buah yang bekerja dengan sistem terbuka tanpa recycle. Material yang digiling mempunyai komposisi 95-97% clinker dan 3-5% gypsum. Cement mill merupakan selinder baja tertutup dengan panjang shell 12,53 m, yang diputar oleh motor induksi dengan kecepatan 16,4 rpm. Cemment mill mempunyai 3 ruangan. Pada setiap ruangan diisi dengan ball mill dengan diameter berteda, diameter ball mill ruang I: 70-90 mm sebanyak 54 ton, ruang II: 40-60 mm sebanyak 52 ton dan ruang II: 20-30 mm sebanyak 92 ton.
Selama penggilingan, ruang II disemprot dengan air untuk menjaga agar suhu ruangan sekitar 120 C. banyaknya air yang diberikan tergantung panas material dalam cemment mill. Penjagaan suhu dimaksudkan agar gypsum tidak terurai karena fungsinya sebagai retarder (memperlambat) proses pengerasan semen. Material halus yang telah menjadi semen dengan bantuan air slide dan screw pump dialirkan ke cement silo yang berjumlah empat buah dengan kapasitas 6.500 ton. Kehalusan semen yang diperoleh sekitar 3.100-3.300 cm2/gr (alat blaine). 5. Pengantongan dan pengapalan
Semen dari cemment silo dengan bantuan chain conveyor, bucket elevator dan air slide dibawa ke unit pengepakan (packing plant). Pengeluaran semen dari cemment silo dilakukan dengan cara pengontrolan valve pada unit aerasi, yaitu pengeluaran dengan hembusan udara yang berasal dari roots blower. Hembusan udara dilakukan dari bawah cemment silo untuk mempermudah pengeluaran semen. Pada packing plant, semen mula-mula dimasukkan ke distribution hopper kemudian diteruskan ke chute yang mempunyai katup (valve) yang berguna untuk mengatur aliran semen masuk ke cemment packer. Jumlah semen yang memasuki kantong dapat diatur secara otomatis sesuai dengan kebutuhan. Semen yang telah siap dikantongkan dalam kemasan 40 kg per kantong dapat dikirim ke truck dengan memakai belt conveyor.
Untuk semen curah, semen dikirim ke pelabuhan dengan menggunakan screw conveyor. Di pelabuhan semen ditampung dalam dua buah hopper, kemudian dengan bantuan air slide dan screw pump semen dimasukkan ke kapal khusus. Semen yang dipasarkan di Banda Aceh dilakukan pangantongan di Lho'nga, sedangkan untuk pemasaran di luar Aceh dilakukan pengantongan di Belawan Medan atau negara pemakai. Untuk lebih jelasnya proses pembuatan semen paria PT.SAI (SemenAndalas Indonesia) dapat dilihat flow sheet berikut ini.INDUSTRI
KIMIA
Ilmu pengetahuan bahan (Fisika-Kimia-biologi)
Riset Dasar ( (penemuan produk baru dan dasar proses baru
BAHAN/OBYEK
FUNGSIONAL
Ilmu Sistem Industri (Teknik Kimia: Metodologi Rekayasa dan Teknologi)
Riset Dasar ( (Konsep pengembangan optimasi proses)
BAHAN BAKU
UTAMA
CaO + CO2
Batu kapur
PAGE 38Bahan Kuliah Proses Industri Kimia I Industri Bahan Anorganik - PNA
_1327395364.unknown
_1327395397.unknown
_1327395265.unknown
