Proses Industri Kimia (semen)

Semen adalah suatu campuran senyawa kimia yang bersifat hidrolis, artinya jika dicampur dalam air dalam jumlah tertentu akan mengikat bahan-bahan lain menjadi satu kesatuan massa yang dapat memadat dan mengeras. Secara umum semen dapat didefinisikan sebagai bahan perekat yang dapat merekatkan bagian-bagian benda padat menjadi bentuk yang kuat kompak dan keras.

Semen adalah hasil industri dari paduan bahan baku : batu kapur/gamping sebagai bahan utama dan lempung / tanah liat atau bahan pengganti lainnya dengan hasil akhir berupa padatan berbentuk bubuk/bulk, tanpa memandang proses pembuatannya, yang mengeras atau membatu pada pencampuran dengan air.

Batu kapur/gamping adalah bahan alam yang mengandung senyawa Calcium Oksida (CaO), sedangkan lempung/tanah liat adalah bahan alam yang mengandung senyawa : Silika Oksida (SiO2), Alumunium Oksida (Al2O3), Besi Oksida (Fe2O3 ) dan Magnesium Oksida (MgO). Untuk menghasilkan semen, bahan baku tersebut dibakar sampai meleleh, sebagian untuk membentuk clinkernya, yang kemudian dihancurkan dan ditambah dengan gips (gypsum) dalam jumlah yang sesuai. Hasil akhir dari proses produksi dikemas dalam kantong/zak dengan berat rata-rata 40 kg atau 50 kg.

JENIS-JENIS SEMEN

1.      Portland Cement

Semen Portland adalah semen hidraulis yang dihasilkan dengan cara menghaluskan klinker yang terdiri dari silikat-silikat kalsium yang bersifat hidraulis, bersama bahan tambahan yang biasanya digunakan adalah gypsum. Klinker adalah penamaan untuk gabungan komponen produk semen yang belum diberikan tambahan bahan lain untuk memperbaiki sifat dari semen.

Tipe-tipe semen Portland :

a.       Tipe I (Ordinary Portland Cement)

Ordinary Portland Cement adalah semen Portland yang dipakai untuk segala macam konstruksi apabila tidak diperlukan sifat-sifat khusus, misalnya ketahanan terhadap sulfat, panas hiderasi dan sebagainya. Ordinary Portland Cement mengandung 5% MgO, dan 2,5-3% SO₃. Sifat-sifat Ordinary Portland Cement berada diantara sifat-sifat moderate heat semen dan hight early strength Portland cement.

b.      Tipe II (Moderate Heat Portland Cement)

Moderate Heat Portland Cement adalah semen Portland yang dipakai untuk pemakaian konstruksi yang memerlukan ketahanan terhadap sulfat dan panas hiderasi yang sedang, biasanya digunakan untuk daerah pelabuhan dan bangunan sekitar pantai. Moderate Heat Portland Cement terdiri dari 20% SiO₂, 6% Al₂O₃, 6% MgO, dan 8% C₃A.

Semen tipe ini lebih banyak mengandung C₂S dan mengandung lebih sedikit C₃A dibandingkan dengan semen tipe I.

c.       Tipe III (High Early Strength Portland Cement)

High Early Strength Portland Cement adalah semen portland yang digunakan keadaan-keadaan darurat dan musim dingin. Juga dipakai untuk produksi beton tekan. High Early Strength Portland Cement ini mempunyai kandungan C₃S lebih tinggi dibandingkan dengan semen tipe lainnya sehingga lebih cepat mengeras dan cepat mengeluarkan kalor. High Early Strength Portland Cement tersusun atas 6% MgO, 3,5-4,5% Al₂O₃, 35% C₃S, dan 15% C₃A. Semen tipe ini sangat cocok digunakan untuk pembangunan gedung-gedung besar, pekerjaan-pekerjaan berbahaya, pondasi, pembetonan pada udara dingin, dan pada prestressed coccretel, yang memerlukan kekuata awal yang tinggi.

d.      Tipe IV (Low Heat Portland Cement)

Low Heat Portland Cement adalah semen Portland yang digunakan untuk bangunan dengan panas hiderasi rendah misalnya pada bangunan beton yang besar dan tebal, baik sekali untuk mencegah keretakan. Low Heat Portland Cement ini mempunyai kandungan C₃S dan

C₃A lebih rendah sehingga pengeluaran kalornya lebih rendah. Low Heat Portland Cement tersusun atas 6,5% MgO, 2,3% SO₃, dan 7% C₃A. Semen ini biasanya digunakan untuk pembuatan atau keperluan hidraulik engineering yang memerlukan panas hiderasi  rendah.

e.       Tipe V (Shulphato Resistance Portland Cement)

Shulphato Resistance Portland Cement adalah semen Portland yang mempunyai kekuatan tinggi terhadap sulfur dan memiliki kandungan C₃A lebih rendah bila dibandingkan dengan tipe-tipe lainnya, sering digunakan untuk bangunan di daerah yang kandungan sulfatnya tinggi, misalnya pelabuhan, terowongan, pengeboran di laut, dan bangunan pada musim panas. Shulphato Resistance Portland Cement tersusun atas 6% MgO, 2,3% SO₃, dan 5% C₃A.

f.       Semen Putih (White Cemen)

Semen Putih adalah semen yang dibuat dengan bahan baku batu kapur yang mengandung oksida besi dan oksida magnesia yang rendah (kurang dari 1%) sehingga dibutuhkan pengawasan tambahan agar semen ini tidak terkontaminasi dengan Fe₂O₃ selama proses berlangsung. Pembakaran pada tanur putar menggunakan bahan bakar gas. Hal ini dimaksudkan untuk mengurangi kontaminasi terhadap abu hasil pembakaran, juga terhadap oksida mangan sehingga warna dari semen putih tersebut tidak terpengaruh. Semen Putih mengandung 24,2% SiO₂, 4,2% Al₂O₃, 0,39% Fe₂O₃, 65,8% CaO, 1,1% MgO, dan 0,02% Mn₂O₃. Semen Putih digunakan untuk bangunan arsitektur dan dekorasi.

g.      Semen Sumur Minyak (Oil Well Cement)

Semen Sumur Minyak adalah semen Portland yang dicampur dengan bahan retarder khusus seperti lignin, asam borat, casein, gula, atau organic hidroxid acid. Semen Sumur Minyak mengandung 6% MgO, 3% SO₃, 48-65% C₃S, 3% C₃A, 24% C₄AF + 2C₃A, dan 0,75% alkali (NO₂). Fungsi retarder  disini adalah untuk mengurangi kecepatan pengerasan semen atau memperlambat waktu pengerasan semen, sehingga adukan dapat dipompakan kedalam sumur minyak atau gas. Semen Sumur Minyak digunakan antara lain untuk melindungi ruangan antara rangka sumur minyak dengan karang atau tanah sekelilinginya, sebagai rangka sumur minyak dari pengaruh air yang korosif.

h.      Semen Masonry

Semen Masonry adalah semen hidraulik yang digunakan sebagai adukan konstruksi masonry, mengandung satu atau lebih blast furnance slagcement (semen kerak dapur tinggi),  semen Portland pozzolan, semen alam atau kapur hidraulik dan bahan penambahnya mengandung satu atau lebih bahan-bahan seperti: kapur padam, batu kapur, chalk, calceous shell, talk, slag, atau tanah liat yang dipersiapkan untuk keperluan ini. Sifat semen ini mempunyai penyerapan air yang baik, berdaya plastissitas yang tinggi dan kuat tekan yang rendah

i.        Semen Berwarna

Sering dibutuhkan semen yang mempunyai warna yang sama dengan bahan atau material yang akan direkatkan. Semen Berwarna dibuat dengan menambahkan zat warna (pigmen) sebanyak 5-10% pada saat semen putih digiling. Zat warna yang ditambahkan harus tidak mempengaruhi selama penyimpanan atau selama pemakaian semen tersebut.

Tabel II.1 Zat warna dari warna yang dihasilkan

j.        Semen Cat

Semen Cat merupakan tepung semen dari semen portland yang digiling bersama-sama sengan zat warna, filter, dan water repellent agent. Semen Cat biasanya dibuat warna putih yaitu dengan titanium oksida atau ZnS. Sebagai filter biasanya dipakai water water repellent agent atau bahan silika, sedangkan sebagai accelerator dipakai CaCl₂ dan sebagai water repellent agent dipakai kalsium atau alumunium stearat.

Tabel II.2 Komposisi kimia semen portland

Tabel II.3 Sfesifikasi fisika semen portland

2. Semen Non Portland

a.       Semen Alam (Natural Cement)

Semen alam merupakan semen yang dihasilkan dari proses pembakaran batu kapur dan tanah liat pada suhu 850-1000^oC kemudian tanah yang dihasilkan digiling menjadi semen halus.

b.      Semen Alumina Tinggi (High Alumina Cement)

Semen Alumina Tinggi pada dasarnya adalah suatu semen kalsium aluminat yang dibuat dengan meleburkan campuran batu gamping, bauksit, dan bauksit ini biasanya mengandung oksida besi, silika, magnesia, dan ketidak murnian lainnya. Cirinya ialah bahwa kekuatan semen ini berkembang dengan cepat, dan ketahanannya terhadap air laut dan air yang mengandung sulfat lebih baik.

c.       Semen Portland Pozzolan

Semen Portland Pozzolan adalah bahan yang mengandung senyawa silika dan alumina dimana bahan pozzolan itu sendiri tidak mempunyai sifat seperti semen akan tetapi dalam bentuk halusnya dan dengan adanya air, maka senyawa-senyawa tersebut akan bereaksi membentuk kalsium aluminat hidrat yang bersifat hidraulis.

Reaksi :

Bahan pozzolan tersusun atas 45-72 % SiO₂, 10-18 % Al₂O₃, 1-6 % Fe₂O₃, 0,5-3 % MgO, 0,3-1,6 % SO₃.

Semen portland pozzolan merupakan suatu bahan pengikat hidraulis yang dibuat dengan menggiling bersama-sama terak semen portland dan bahan yang mempunyai sifat pozzolan, atau mencampur secara merata bubuk semen portland dan bubuk bahan lain yang mempunyai sifat pozzolan. Bahan pozzolan yang ditambahkan besarnya antara 15-40 %.

d.      Semen Sorel

Semen Sorel adalah semen yang dibuat melalui reaksi eksotermik larutan magnesium klorida 20 % terhadap suatu ramuan magnesia yang didapatkan dari kalsinasi magnesit dan magnesia yang didapatkan dari larutan garam.

Reaksi :

Semen Sorel mempunyai sifat keras dan kuat, mudah terserang air dan sangat korosif. Penggunaannya terutama adalah semen lantai, dan sebagai dasar pelantai dasar seperti ubin dan terazu.

e.       Portland Blast Furnance Slag Cement

Portland Blast Furnance Slag Cement adalah semen yang dibuat dengan cara menggiling campuran klinker semen  portland dengan kerak dapur tinggi (Blast Furnance Slag) secara homogen. Kerak (slag) adalah bahan non metal hasil samping dari pabrik pengecoran besi dalam tanur (Dapur Tinggi) yang mengandung campuran antara kapur (CaCO₃) silika (SiO₂), dan alumina (Al₂O₃). Sifat semen ini jika kehalusannya cukup, mempunyai kuat tekan yang sama dengan semen portland, betonnya lebih stabil dari beton semen portland, permeabilitinya rendah, pemuaian dan penyusutan dalam udara kering sama dengan semen portland.

Proses pembuatan semen dapat dibedakan menurut :

1.      Proses basah :

Semua bahan baku yang ada dicampur dengan air, dihancurkan dan diuapkan kemudian dibakar dengan menggunakan bahan bakar minyak, bakar (bunker crude oil). Proses ini jarang digunakan karena masalah keterbatasan energi BBM.

Keuntungan :

·         Umpan lebih homogeny, semen yang diperoleh lebih baik

·         Efisiensi penggilingan lebih tinggi dan tidak memerlukan suatu unit homogenizer

·         Debu yang timbul relative sedikit

Kerugian :

·         Bahan bakar yang digunakan lebih banyak, butuh air yang cukup banyak

·         Tanur yang digunakan terlalu panjang karena memerlukan zone dehidrasi yang lebih panjang untuk mengendalikan kadar air

·         Biaya produksi lebih mahal

2.      Proses kering :

Menggunakan teknik penggilingan dan blending kemudian dibakar dengan bahan bakar batubara. Proses ini meliputi lima tahap pengelolaan yaitu :

·         Proses pengeringan dan penggilingan bahan baku di rotary dryer dan roller meal.

·         Proses pencampuran (homogenizing raw meal) untuk mendapatkan campuran yang homogen.

·         Proses pembakaran raw meal untuk menghasilkan terak (clinker : bahan setengah jadi yang dibutuhkan untuk pembuatan semen).

·         Proses pendinginan terak.

·         Proses penggilingan akhir di mana clinker dan gypsum digiling dengan cement mill.

Keuntungan :

·         Tanur yang digunakan relative pendek

·         Panas yang dibutuhkan rendah, sehingga bahan bakar yang dipakai relative sedikit, dan membutuhkan air yang relative sedikit pula

·         Kapasitas produksi lebih besar

Kerugian :

·         Kadar air sangat mengganggu proses, karena material menempel pada alat

·         Campuran umpan kurang homogen

·         Banyak debu yang dihasilkan sehingga dibutuhkan alat penangkap debu

Jenis-jenis proses pembuatan semen :

http://chemistryismyworld.blogspot.com