Metode kontemporer untuk memproduksi semen dapat dibagi menjadi dua cara: produksi semen proses kering dan produksi semen proses basah. Cara yang terakhir ini telah digunakan secara luas dalam industri semen; cara ini merupakan metode produksi yang umum di mana konsumsi bahan bakar dan daya telah dikurangi secara signifikan. Makalah ini terutama membahas langkah-langkah umum selama seluruh proses produksi.

1. Penghancuran dan prehomogenisasi

Untuk mengubah bahan baku padat menjadi zat seperti bubur, sebagian besar bahan baku harus dihancurkan terlebih dahulu, seperti batu kapur, bijih besi, batu bara, dll. Di antara mereka, batu kapur adalah bahan baku terbesar yang digunakan dalam produksi semen. Setelah ditambang, ukuran partikelnya lebih besar dan kekerasannya lebih tinggi. Oleh karena itu, penghancuran batu kapur memainkan peran penting dalam penghancuran material pabrik semen. Sementara itu, teknologi prehomogenisasi adalah menggunakan teknologi penumpukan dan pengambilan ilmiah untuk mencapai homogenisasi awal bahan baku selama proses penyimpanan dan pengambilan bahan baku, sehingga tempat penyimpanan bahan baku memiliki fungsi penyimpanan dan homogenisasi pada saat yang bersamaan.

    

2. Persiapan bahan baku

Bahan baku telah dianggap sebagai bagian yang menguntungkan dari produksi semen, dalam hal ini, persiapan yang relevan juga penting. Dalam proses produksi semen, setidaknya 3 ton bahan (termasuk berbagai bahan mentah, bahan bakar, klinker, campuran, dan gipsum) harus digiling untuk setiap ton semen portland yang diproduksi. Menurut statistik, operasi penggilingan lini produksi semen kering mengkonsumsi Power menyumbang lebih dari 60% dari daya seluruh pabrik, di mana penggilingan bahan baku menyumbang lebih dari 30%, penggilingan batu bara menyumbang sekitar 3%, dan stasiun penggilingan semen menyumbang sekitar 40%. Oleh karena itu, peralatan produksi semen dan aliran proses produksi semen harus dipilih secara rasional untuk mengoptimalkan parameter proses, operasi yang benar, dan kontrol sistem operasi sangat penting untuk memastikan kualitas produk dan mengurangi konsumsi energi.

   

3. Pemanasan awal dan dekomposisi

Pemanasan awal dan penguraian sebagian dari makanan mentah diselesaikan oleh preheater siklon, menggantikan sebagian fungsi tanur putar untuk memperpendek panjang tanur balik. Pada saat yang sama, proses pertukaran panas gas dan material dilakukan dalam keadaan bertumpuk di dalam kiln, dan dipindahkan ke keadaan tersuspensi di dalam preheater. Ini dilakukan dengan kecepatan yang lebih rendah, sehingga bahan baku dapat sepenuhnya tercampur dengan gas panas yang dikeluarkan dari kiln, yang meningkatkan area kontak gas dan material, kecepatan perpindahan panas cepat, dan efisiensi pertukaran panas tinggi, sehingga meningkatkan efisiensi produksi sistem kiln dan mengurangi konsumsi panas tujuan pembakaran klinker.

4. Penembakan klinker semen

Setelah tepung mentah dipanaskan terlebih dahulu dan didekomposisi di dalam preheater siklon, kemudian masuk ke dalam tanur putar untuk pembakaran klinker. Di dalam tanur putar, karbonat terurai dengan cepat dan mengalami serangkaian reaksi fase padat untuk menghasilkan mineral seperti klinker semen. Ketika suhu material meningkat, mineral akan berubah menjadi fase cair, dan mineral yang terlarut dalam fase cair akan bereaksi membentuk sejumlah besar (klinker). Setelah klinker dibakar, suhu mulai menurun. Akhirnya, pendingin klinker semen mendinginkan klinker bersuhu tinggi yang dikeluarkan dari tanur putar ke suhu yang dapat ditahan oleh transportasi hilir, penyimpanan, dan mesin semen. Pada saat yang sama, panas yang masuk akal dari klinker suhu tinggi dipulihkan untuk meningkatkan efisiensi termal sistem dan kualitas klinker.

5. Penggilingan bubuk

Mesin penggilingan semen adalah proses akhir dari pembuatan semen dan proses yang mengkonsumsi daya tertinggi. Fungsi utamanya adalah untuk menggiling klinker semen (dan zat pembentuk gel, bahan penyesuai kinerja, dll.) ke ukuran partikel yang sesuai (dinyatakan dalam bentuk kehalusan, luas permukaan spesifik, dll.) untuk membentuk gradasi partikel tertentu dan meningkatkan area hidrasinya. Mempercepat laju hidrasi dan memenuhi persyaratan pengaturan dan pengerasan bubur semen.

Proses kering produksi semen vs proses basah produksi semen

Proses kering produksi semen

Bahan baku dikeringkan dan digiling pada saat yang sama, atau bahan baku dikeringkan terlebih dahulu dan digiling menjadi bubuk tepung mentah dan kemudian dimasukkan ke dalam tanur kering untuk dikalsinasi menjadi klinker. Namun, ada juga metode menambahkan bubuk tepung mentah ke dalam jumlah air yang sesuai untuk membuat bola tepung mentah dan mengirimkannya ke tanur Liboer untuk mengkalsinasi klinker. Ini disebut metode semi-kering, yang masih merupakan jenis produksi kering.

Lini produksi semen proses kering yang baru mengacu pada semen yang diproduksi dengan menggunakan proses penguraian baru di luar tanur. Produksinya didasarkan pada preheater suspensi dan teknologi dekomposisi kiln eksternal, menggunakan bahan baku baru, homogenisasi bahan bakar dan teknologi dan peralatan penggilingan hemat energi, dan menggunakan kontrol terdistribusi komputer di seluruh lini untuk mencapai otomatisasi proses produksi semen dan efisiensi tinggi, kualitas tinggi, konsumsi rendah, dan perlindungan lingkungan. .

Keuntungan: perpindahan panas yang cepat, efisiensi termal yang tinggi, output yang lebih besar per satuan volume daripada semen basah, dan konsumsi panas yang rendah (misalnya, konsumsi panas klinker dalam tanur kering dengan pemanas awal adalah 3140-3768 J/kg). Kerugiannya adalah komposisi material tidak mudah seragam, debu di bengkel besar, dan konsumsi daya tinggi.

Proses basah produksi semen

Bahan baku digiling menjadi bubur mentah dengan menambahkan air dan bubuk, lalu dimasukkan ke dalam tanur basah untuk mengkalsinasi klinker. Ada juga metode di mana bubur tepung mentah yang disiapkan dengan metode basah didehidrasi dan kemudian dibuat menjadi blok tepung mentah dan dibakar menjadi klinker di dalam tanur. Ini disebut metode semi basah, yang masih merupakan jenis produksi basah.

Keuntungan: Produksi basah memiliki keunggulan pengoperasian yang sederhana, pengendalian bahan baku yang mudah, kualitas produk yang baik, transportasi bubur yang nyaman, dan lebih sedikit debu di bengkel. Kerugiannya adalah konsumsi panas yang tinggi (konsumsi panas klinker biasanya 5234-6490 J / kg).

Disadur dari: www.cement-plants.com

Sejarah semen

Asal mula semen hidrolik berasal dari Yunani dan Romawi kuno. Bahan yang digunakan adalah kapur dan abu vulkanik yang secara perlahan bereaksi dengan air untuk membentuk massa yang keras. Hal ini membentuk bahan penyemenan mortar dan beton Romawi lebih dari 2.000 tahun yang lalu dan pekerjaan konstruksi berikutnya di Eropa barat. Abu vulkanik yang ditambang di dekat tempat yang sekarang menjadi kota Pozzuoli, Italia, sangat kaya akan mineral aluminosilikat esensial, yang memunculkan semen pozzolana klasik pada era Romawi. Hingga hari ini istilah pozzolana, atau pozzolan, mengacu pada semen itu sendiri atau aluminosilikat yang terbagi secara halus yang bereaksi dengan kapur dalam air untuk membentuk semen. (Sementara itu, istilah semen berasal dari kata Latin caementum, yang berarti serpihan batu seperti yang digunakan dalam adukan semen Romawi-bukan bahan pengikat itu sendiri).

Semen portland adalah penerus dari kapur hidrolik yang pertama kali dikembangkan oleh John Smeaton pada tahun 1756 ketika ia dipanggil untuk mendirikan Mercusuar Eddystone di lepas pantai Plymouth, Devon, Inggris. Perkembangan berikutnya, yang terjadi sekitar tahun 1800 di Inggris dan Prancis, adalah bahan yang diperoleh dengan membakar bintil-bintil batu kapur tanah liat. Segera setelah itu di Amerika Serikat, bahan serupa diperoleh dengan membakar bahan yang terbentuk secara alami yang disebut "batu semen." Bahan-bahan ini termasuk dalam kelas yang dikenal sebagai semen alami, sekutu semen portland tetapi lebih ringan dibakar dan tidak memiliki komposisi yang terkontrol.

Penemuan semen portland biasanya dikaitkan dengan Joseph Aspdin dari Leeds, Yorkshire, Inggris, yang pada tahun 1824 mengambil paten untuk bahan yang dihasilkan dari campuran sintetis batu kapur dan tanah liat. Dia menyebut produk tersebut "semen portland" karena kemiripan bahan tersebut, ketika dibentuk, dengan batu portland, batu kapur yang digunakan untuk bangunan di Inggris. Produk Aspdin mungkin terlalu ringan untuk menjadi semen portland yang sebenarnya, dan prototipe yang sebenarnya mungkin adalah yang diproduksi oleh Isaac Charles Johnson di Inggris tenggara sekitar tahun 1850. Pembuatan semen portland dengan cepat menyebar ke negara-negara Eropa lainnya dan Amerika Utara. Selama abad ke-20, pembuatan semen menyebar ke seluruh dunia. Pada tahun 2019, Cina dan India telah menjadi pemimpin dunia dalam produksi semen, diikuti oleh Vietnam, Amerika Serikat, dan Mesir.

Bahan baku

Komposisi

Semen portland pada dasarnya terdiri dari senyawa kapur (kalsium oksida, CaO) yang dicampur dengan silika (silikon dioksida, SiO2) dan alumina (aluminium oksida, Al2O3). Kapur diperoleh dari bahan baku berkapur (mengandung kapur), dan oksida lainnya berasal dari bahan argillaceous (tanah liat). Bahan baku tambahan seperti pasir silika, oksida besi (Fe2O3), dan aluminium terhidrasi yang mengandung bauksit, Al(OH)3-dapat digunakan dalam jumlah yang lebih kecil untuk mendapatkan komposisi yang diinginkan.

Bahan baku berkapur yang paling umum adalah batu kapur dan kapur, tetapi bahan baku lainnya, seperti endapan karang atau kerang, juga digunakan. Tanah liat, serpih, batu tulis, dan lumpur muara adalah bahan baku berkapur yang umum digunakan. Marl, lempung berkapur yang padat, dan batuan semen mengandung komponen berkapur dan argillaceous dalam proporsi yang terkadang mendekati komposisi semen. Bahan baku lainnya adalah terak tanur sembur, yang sebagian besar terdiri dari kapur, silika, dan alumina, serta dicampur dengan bahan berkapur dengan kandungan kapur yang tinggi. Kaolin, tanah liat putih yang mengandung sedikit oksida besi, digunakan sebagai komponen argillaceous untuk semen portland putih. Limbah industri, seperti abu terbang dan kalsium karbonat dari pembuatan bahan kimia, merupakan bahan baku lain yang mungkin digunakan, tetapi penggunaannya lebih kecil dibandingkan dengan bahan alami.

Kandungan magnesium (magnesium oksida, MgO) dalam bahan baku harus rendah karena batas yang diizinkan dalam semen portland adalah 4 hingga 5 persen. Pengotor lain dalam bahan baku yang harus dibatasi secara ketat adalah senyawa fluor, fosfat, oksida logam dan sulfida, dan alkali yang berlebihan.

Bahan baku penting lainnya adalah gipsum, sekitar 5 persen yang ditambahkan ke klinker semen yang dibakar selama penggilingan untuk mengontrol waktu pengikatan semen. Semen portland juga dapat dibuat dalam proses gabungan dengan asam sulfat menggunakan kalsium sulfat atau anhidrit sebagai pengganti kalsium karbonat. Sulfur dioksida yang dihasilkan dalam gas buang saat pembakaran diubah menjadi asam sulfat dengan proses normal.

Ekstraksi dan pengolahan

Bahan baku yang digunakan dalam pembuatan semen diekstraksi dengan cara penggalian untuk batuan keras seperti batu gamping, batu tulis, dan beberapa serpih, dengan bantuan peledakan jika diperlukan. Beberapa endapan ditambang dengan metode bawah tanah. Batuan yang lebih lunak seperti kapur dan tanah liat dapat digali langsung dengan ekskavator.

Material yang digali diangkut ke pabrik peremukan dengan truk, gerbong kereta api, ban berjalan, atau kereta gantung. Bahan-bahan tersebut juga dapat diangkut dalam keadaan basah atau bubur melalui pipa. Di daerah di mana batu kapur dengan kandungan kapur yang cukup tinggi tidak tersedia, beberapa proses benefisiasi dapat digunakan. Flotasi buih akan menghilangkan kelebihan silika atau alumina dan dengan demikian meningkatkan kualitas batu kapur, tetapi ini adalah proses yang mahal dan hanya digunakan jika tidak dapat dihindari.

Pembuatan semen

Ada empat tahap dalam pembuatan semen portland: (1) menghancurkan dan menggiling bahan mentah, (2) mencampur bahan dalam proporsi yang benar, (3) membakar campuran yang telah disiapkan dalam kiln, dan (4) menggiling produk yang terbakar, yang dikenal sebagai "klinker", bersama dengan sekitar 5 persen gipsum (untuk mengontrol waktu pengikatan semen). Ketiga proses pembuatan tersebut dikenal sebagai proses basah, kering, dan semidry, dan disebut demikian karena bahan baku digiling basah dan diumpankan ke kiln sebagai bubur, digiling kering dan diumpankan sebagai bubuk kering, atau digiling kering lalu dibasahi untuk membentuk bintil-bintil yang diumpankan ke kiln.

Diperkirakan sekitar 4-8 persen emisi karbon dioksida (CO2) dunia berasal dari pembuatan semen, yang menjadikannya kontributor utama pemanasan global. Beberapa solusi untuk emisi gas rumah kaca ini adalah hal yang umum dilakukan di sektor lain, seperti meningkatkan efisiensi energi pabrik semen, mengganti bahan bakar fosil dengan energi terbarukan, serta menangkap dan menyimpan CO2 yang dikeluarkan. Selain itu, mengingat sebagian besar emisi merupakan bagian intrinsik dari produksi klinker, maka semen baru dan formulasi alternatif yang mengurangi kebutuhan klinker menjadi area fokus yang penting.

Penghancuran dan penggilingan

Semua bahan kecuali bahan lunak dihancurkan terlebih dahulu, seringkali dalam dua tahap, dan kemudian digiling, biasanya dalam pabrik bola atau tabung yang berputar dan berisi muatan bola gerinda baja. Penggilingan ini dilakukan secara basah atau kering, tergantung pada proses yang digunakan, tetapi untuk penggilingan kering, bahan mentah mungkin perlu dikeringkan terlebih dahulu dalam pengering silinder yang berputar.

Bahan-bahan lunak dipecah dengan pengadukan yang kuat dengan air di pabrik pencucian, menghasilkan bubur halus, yang dilewatkan melalui saringan untuk menghilangkan partikel-partikel yang terlalu besar.

Pencampuran

Perkiraan pertama komposisi kimia yang diperlukan untuk semen tertentu diperoleh dengan penggalian selektif dan kontrol bahan baku yang diumpankan ke pabrik penghancuran dan penggilingan. Kontrol yang lebih baik diperoleh dengan mengambil material dari dua atau lebih batch yang mengandung campuran mentah dengan komposisi yang sedikit berbeda. Pada proses kering, campuran ini disimpan di dalam silo; sedangkan pada proses basah, tangki lumpur digunakan. Pencampuran bahan kering secara menyeluruh di dalam silo dipastikan dengan agitasi dan sirkulasi yang kuat yang disebabkan oleh udara bertekanan. Dalam proses basah, tangki bubur diaduk dengan cara mekanis atau udara bertekanan atau keduanya. Bubur, yang mengandung 35 sampai 45 persen air, kadang-kadang disaring, mengurangi kadar air menjadi 20 sampai 30 persen, dan cake filter kemudian diumpankan ke kiln. Hal ini mengurangi konsumsi bahan bakar untuk pembakaran.

Pembakaran

Tempat pembakaran yang paling awal di mana semen dibakar secara batch adalah bottle kiln, diikuti oleh chamber kiln dan kemudian oleh shaft kiln yang kontinu. Shaft kiln dalam bentuk modern masih digunakan di beberapa negara, tetapi cara pembakaran yang dominan adalah rotary kiln. Tanur ini - dengan panjang hingga 200 meter (660 kaki) dan diameter enam meter pada pabrik proses basah tetapi lebih pendek untuk proses kering - terdiri dari cangkang baja berbentuk silinder yang dilapisi dengan bahan tahan api. Mereka berputar perlahan pada sumbu yang miring beberapa derajat ke arah horizontal. Umpan bahan baku, yang dimasukkan di ujung atas, bergerak perlahan-lahan ke bawah tungku ke ujung bawah, atau ujung pembakaran. Bahan bakar untuk pembakaran dapat berupa batu bara bubuk, minyak, atau gas alam yang disuntikkan melalui pipa. Suhu di ujung pembakaran berkisar antara sekitar 1.350 hingga 1.550 ° C (2.460 hingga 2.820 ° F), tergantung pada bahan baku yang dibakar. Beberapa bentuk penukar panas biasanya dimasukkan di ujung belakang kiln untuk meningkatkan perpindahan panas ke bahan mentah yang masuk dan dengan demikian mengurangi panas yang hilang dalam gas limbah. Produk yang dibakar keluar dari kiln sebagai butiran-butiran kecil klinker. Gumpalan-gumpalan ini masuk ke dalam pendingin, di mana panas dipindahkan ke udara yang masuk dan produk didinginkan. Klinker dapat segera digiling menjadi semen atau disimpan di tempat penimbunan untuk digunakan di kemudian hari.

Dalam proses semidry, bahan baku, dalam bentuk bintil yang mengandung 10 hingga 15 persen air, diumpankan ke parut rantai yang bergerak sebelum diteruskan ke tanur putar yang lebih pendek. Gas panas yang berasal dari kiln dihisap melalui nodul mentah pada jeruji, memanaskan nodul tersebut.

Emisi debu dari kiln semen dapat menjadi gangguan yang serius. Di daerah berpenduduk padat, biasanya dan sering kali diwajibkan untuk memasang penahan angin topan, sistem filter kantong, atau pengendap debu elektrostatik di antara pintu keluar kiln dan cerobong cerobong asap. Lebih dari 50 persen emisi dari produksi semen secara intrinsik terkait dengan produksi klinker dan merupakan produk sampingan dari reaksi kimia yang mendorong proses saat ini. Ada potensi untuk mencampur klinker dengan bahan alternatif untuk mengurangi kebutuhan klinker itu sendiri dan dengan demikian membantu mengurangi dampak iklim dari proses pembuatan semen.

Pabrik semen modern dilengkapi dengan instrumentasi yang rumit untuk mengontrol proses pembakaran. Bahan baku di beberapa pabrik diambil sampelnya secara otomatis, dan komputer menghitung dan mengontrol komposisi campuran bahan baku. Rotary kiln terbesar memiliki hasil produksi melebihi 5.000 ton per hari.

Penggilingan

Klinker dan jumlah gipsum yang dibutuhkan digiling menjadi bubuk halus di pabrik horizontal yang serupa dengan yang digunakan untuk menggiling bahan baku. Bahan dapat langsung melewati pabrik (penggilingan sirkuit terbuka), atau bahan yang lebih kasar dapat dipisahkan dari produk tanah dan dikembalikan ke pabrik untuk digiling lebih lanjut (penggilingan sirkuit tertutup). Kadang-kadang sejumlah kecil bantuan penggilingan ditambahkan ke bahan umpan. Untuk semen penahan udara (dibahas pada bagian berikut), penambahan bahan penahan udara juga dilakukan dengan cara yang sama.

Semen yang sudah jadi dipompa secara pneumatik ke silo penyimpanan yang kemudian diambil untuk dikemas dalam kantong kertas atau untuk dikirim dalam wadah curah.

Semen utama: komposisi dan sifat

Semen Portland

Komposisi kimia

Semen portland terdiri dari empat senyawa utama: trikalsium silikat (3CaO - SiO2), dikalsium silikat (2CaO - SiO2), trikalsium aluminat (3CaO - Al2O3), dan tetra-kalsium aluminoferit (4CaO - Al2O3Fe2O3). Dalam notasi singkat yang berbeda dari simbol atom normal, senyawa-senyawa ini ditetapkan sebagai C3S, C2S, C3A, dan C4AF, di mana C adalah singkatan dari kalsium oksida (kapur), S untuk silika, A untuk alumina, dan F untuk oksida besi. Sejumlah kecil kapur dan magnesium yang tidak tercampur juga ada, bersama dengan alkali dan sejumlah kecil elemen lainnya.

Hidrasi

Konstituen hidrasi yang paling penting adalah kalsium silikat, C2S dan C3S. Setelah bercampur dengan air, kalsium silikat bereaksi dengan molekul air membentuk kalsium silikat hidrat (3CaO - 2SiO2 - 3H2O) dan kalsium hidroksida (Ca[OH]2). Senyawa-senyawa ini diberi notasi singkatan C-S-H (diwakili oleh rumus rata-rata C3S2H3) dan CH, dan reaksi hidrasi secara kasar dapat diwakili oleh reaksi berikut:

2C₃S + 6H = C₃S₂H₃ + 3CH

2C₂S + 4H = C₃S₂H₃ + CH

Selama tahap awal hidrasi, senyawa induk larut, dan pelarutan ikatan kimianya menghasilkan sejumlah besar panas. Kemudian, untuk alasan yang tidak sepenuhnya dipahami, hidrasi terhenti. Periode diam, atau tidak aktif, ini sangat penting dalam penempatan beton. Tanpa masa dorman, tidak akan ada truk pengangkut semen; penuangan harus dilakukan segera setelah pencampuran.

Setelah masa dorman (yang dapat berlangsung beberapa jam), semen mulai mengeras, karena CH dan C-S-H diproduksi. Ini adalah bahan semen yang mengikat semen dan beton menjadi satu. Saat hidrasi berlangsung, air dan semen terus menerus dikonsumsi. Untungnya, produk C-S-H dan CH menempati volume yang hampir sama dengan semen dan air asli; volume kurang lebih dipertahankan, dan penyusutan dapat dikelola.

Meskipun rumus di atas memperlakukan C-S-H sebagai stoikiometri tertentu, dengan rumus C3S2H3, sama sekali tidak membentuk struktur yang teratur dengan komposisi yang seragam. C-S-H sebenarnya adalah gel amorf dengan stoikiometri yang sangat bervariasi. Rasio C dan S, misalnya, dapat berkisar dari 1:1 hingga 2:1, tergantung pada desain campuran dan kondisi pengawetan.

Sifat struktural

Kekuatan yang dikembangkan oleh semen portland tergantung pada komposisi dan kehalusannya saat digiling. C3S terutama bertanggung jawab atas kekuatan yang dikembangkan pada minggu pertama pengerasan dan C2S untuk peningkatan kekuatan selanjutnya. Senyawa alumina dan besi yang hadir hanya dalam jumlah yang lebih sedikit memberikan kontribusi yang kecil terhadap kekuatan.

Semen dan beton dapat mengalami kerusakan akibat serangan beberapa bahan kimia alami atau buatan. Senyawa alumina adalah yang paling rentan terhadap serangan kimiawi pada tanah yang mengandung garam sulfat atau air laut, sedangkan senyawa besi dan dua silikat kalsium lebih tahan. Kalsium hidroksida yang dilepaskan selama hidrasi kalsium silikat juga rentan terhadap serangan. Karena semen melepaskan panas saat terhidrasi, beton yang ditempatkan dalam massa yang besar, seperti pada bendungan, dapat menyebabkan suhu di dalam massa meningkat sebanyak 40°C (70°F) di atas suhu di luar. Pendinginan selanjutnya dapat menjadi penyebab keretakan. Panas hidrasi tertinggi ditunjukkan oleh C3A, diikuti secara berurutan oleh C3S, C4AF, dan C2S.

Jenis-jenis semen portland

Lima jenis semen portland distandarisasi di Amerika Serikat oleh American Society for Testing and Materials (ASTM): biasa (Tipe I), dimodifikasi (Tipe II), berkekuatan tinggi (Tipe III), panas rendah (Tipe IV), dan tahan sulfat (Tipe V). Di negara lain, Tipe II dihilangkan, dan Tipe III disebut pengerasan cepat. Tipe V dikenal di beberapa negara Eropa sebagai semen Ferrari.

Ada juga berbagai jenis semen portland khusus lainnya. Semen berwarna dibuat dengan menggiling 5 hingga 10 persen pigmen yang sesuai dengan semen portland putih atau abu-abu biasa. Semen penahan udara dibuat dengan menambahkan sejumlah kecil zat organik, sekitar 0,05 persen, yang menyebabkan masuknya gelembung udara yang sangat halus ke dalam beton. Hal ini meningkatkan ketahanan beton terhadap kerusakan akibat pembekuan-pencairan di iklim dingin. Bahan penahan udara dapat ditambahkan sebagai bahan terpisah ke dalam campuran saat membuat beton.

Semen rendah alkali adalah semen portland dengan kandungan total alkali tidak lebih dari 0,6 persen. Semen ini digunakan pada beton yang dibuat dengan jenis agregat tertentu yang mengandung suatu bentuk silika yang bereaksi dengan alkali untuk menyebabkan pemuaian yang dapat mengganggu beton.

Semen batu digunakan terutama untuk mortar. Semen ini terdiri dari campuran semen portland dan batu kapur tanah atau bahan pengisi lainnya bersama dengan zat penahan udara atau bahan tambahan anti air. Semen tahan air adalah nama yang diberikan untuk semen portland yang telah ditambahkan bahan anti air. Semen hidrofobik diperoleh dengan menggiling klinker semen portland dengan zat pembentuk lapisan film seperti asam oleat untuk mengurangi laju kerusakan ketika semen disimpan dalam kondisi yang tidak menguntungkan.

Semen sumur minyak digunakan untuk pekerjaan penyemenan dalam pengeboran sumur minyak yang berada pada suhu dan tekanan tinggi. Semen ini biasanya terdiri dari semen portland atau semen pozzolan (lihat di bawah) dengan penghambat organik khusus untuk mencegah semen mengeras terlalu cepat.

Semen terak

Terak butiran yang dibuat dengan mendinginkan secara cepat terak cair yang sesuai dari tanur sembur menjadi dasar dari kelompok semen konstruksi lainnya. Campuran semen portland dan terak berbutir, yang mengandung hingga 65 persen terak, dikenal di negara-negara berbahasa Inggris sebagai semen tanur sembur portland (slag). Eisenportlandzement dan Hochofenzement dari Jerman mengandung terak hingga 40 dan 85 persen. Campuran dengan proporsi lain ditemukan di negara-negara berbahasa Perancis dengan nama-nama seperti ciment portland de fer, ciment métallurgique mixte, ciment de haut fourneau, dan ciment de liatier au clinker. Sifat-sifat semen terak ini secara umum mirip dengan semen portland, tetapi memiliki kandungan kapur yang lebih rendah dan kandungan silika dan alumina yang lebih tinggi. Semen dengan kandungan terak yang lebih tinggi memiliki ketahanan yang lebih baik terhadap serangan kimia.

Jenis lain dari semen yang mengandung terak adalah semen supersulfat yang terdiri dari terak berbutir yang dicampur dengan 10 hingga 15 persen gipsum atau anhidrit yang dibakar dengan keras atau anhidrit (kalsium sulfat anhidrat alami) dan beberapa persen semen portland. Sifat kekuatan semen supersulfat mirip dengan semen portland, tetapi memiliki ketahanan yang lebih baik terhadap berbagai bentuk serangan kimia. Semen pozzolan adalah campuran semen portland dan bahan pozzolan yang dapat berupa bahan alami atau buatan. Pozzolan alami terutama merupakan bahan yang berasal dari gunung berapi tetapi termasuk beberapa tanah diatom. Bahan buatan termasuk abu terbang, lempung yang dibakar, dan serpih. Pozzolan adalah bahan yang meskipun tidak bersifat semen, mengandung silika (dan alumina) dalam bentuk reaktif yang dapat digabungkan dengan kapur di hadapan air untuk membentuk senyawa dengan sifat semen. Campuran kapur dan pozzolana masih digunakan namun sebagian besar telah digantikan oleh semen pozzolan modern. Hidrasi fraksi semen portland melepaskan kapur yang diperlukan untuk bergabung dengan pozzolana.

Semen alumina tinggi

Semen alumina tinggi adalah semen yang mengeras dengan cepat yang dibuat dengan cara melebur campuran bauksit dan batu kapur pada suhu 1.500 hingga 1.600 °C (2.730 hingga 2.910 °F) di dalam tanur gema atau tanur listrik, atau di dalam tanur putar. Bauksit juga dapat dibuat dengan cara disintering pada suhu sekitar 1.250°C (2.280°F). Bauksit yang sesuai mengandung 50 hingga 60 persen alumina, hingga 25 persen oksida besi, tidak lebih dari 5 persen silika, dan 10 hingga 30 persen air hidrasi. Batu kapur harus mengandung sedikit silika dan magnesia. Semen mengandung 35 hingga 40 persen kapur, 40 hingga 50 persen alumina, hingga 15 persen oksida besi, dan sebaiknya tidak lebih dari sekitar 6 persen silika. Senyawa penyemenan utama adalah kalsium aluminat (CaO - Al2O3).

Semen alumina tinggi mendapatkan proporsi tinggi dari kekuatan utamanya dalam waktu 24 jam dan memiliki ketahanan yang tinggi terhadap serangan kimia. Semen ini juga dapat digunakan pada lapisan tahan api untuk tungku. Bentuk semen yang berwarna putih, mengandung proporsi minimal oksida besi dan silika, memiliki sifat tahan api yang luar biasa.

Semen yang mengembang dan tidak menyusut

Semen yang mengembang dan tidak menyusut sedikit mengembang pada saat hidrasi, sehingga mengimbangi penyusutan kecil yang terjadi saat beton segar mengering untuk pertama kalinya. Semen yang mengembang pertama kali diproduksi di Perancis sekitar tahun 1945. Jenis Amerika adalah campuran semen portland dan bahan ekspansif yang dibuat dengan mengaduk campuran kapur, bauksit, dan gipsum.

Plester gipsum

Plester gipsum digunakan untuk plesteran, pembuatan papan gipsum dan lempengan, dan dalam satu bentuk bahan permukaan lantai. Semen gipsum ini terutama diproduksi dengan memanaskan gipsum alami (kalsium sulfat dihidrat, CaSO4 - 2H2O) dan mendehidrasinya untuk menghasilkan kalsium sulfat hemihidrat (CaSO4 - 1/2H2O) atau kalsium sulfat anhidrat (bebas air). Gipsum dan anhidrit yang diperoleh sebagai produk sampingan dalam pembuatan bahan kimia juga digunakan sebagai bahan baku.

Disadur dari: www.britannica.com

 

Untuk membuat semen, para pekerja mencampur bahan mentah, lalu memanaskan dan mendinginkannya. Proses kimiawi menghasilkan agregat seukuran kelereng yang disebut klinker, yang kemudian digiling dan dicampur dengan gipsum dan bahan tambahan lainnya untuk menghasilkan bubuk semen akhir.

Mulai dari memasang balok beton kecil hingga menuangkan bendungan besar, semen sangat penting untuk proyek konstruksi dunia modern. Faktanya, sebagian besar area memiliki trotoar beton, dinding bangunan, jembatan, atau struktur lain yang membutuhkan semen. Namun, hanya karena tersebar luas, bukan berarti semen dipahami dengan baik.

Langkah 1: Mengekstraksi bahan baku

Langkah pertama dalam membuat semen adalah mengekstraksi bahan baku. Beberapa bahan, seperti batu kapur, serpih, dan napal, berasal dari tambang. Di sana, para pekerja menggunakan peledakan atau alat berat untuk melonggarkan dan mengangkut material dari dalam bumi. Bahan-bahan lain, seperti bijih besi dan gipsum, berasal dari tambang.

Selama proses pembuatan semen, bahan-bahan mentah ini mengalami transformasi kimiawi yang pada akhirnya menghasilkan bahan utama semen. Sebagai contoh, serpih mengandung silika dan alumina. Batu kapur menghasilkan kalsium oksida (kapur).

Langkah 2: Membuat makanan mentah

Setelah mengekstraksi bahan mentah, alat berat mengangkutnya ke mesin yang disebut crusher untuk diproses. Mesin penghancur menggiling bahan hingga seukuran kerikil. Setelah dihancurkan, bahan-bahan tersebut masuk ke tempat pencampuran, di mana mereka menjadi campuran yang seragam.

Para ahli kontrol kualitas menguji campuran tersebut untuk memastikan bahwa campuran tersebut memiliki proporsi yang tepat dari setiap bahan baku. Setelah melewati kontrol kualitas, campuran ini, yang sekarang disebut tepung mentah, siap untuk melanjutkan ke langkah berikutnya dalam proses produksi semen.

Langkah 3: Memproduksi klinker

Truk mengangkut tepung mentah ke fasilitas produksi untuk dipanaskan dalam kiln. Temperaturnya bisa melebihi 2.642° Fahrenheit (1.450° Celcius) - lebih panas daripada lava pada umumnya. Di bawah suhu ini, bahan mentah mencair dan mengalami reaksi kimia yang kompleks. Setelah pendinginan, hasilnya adalah agregat seperti marmer yang disebut klinker.

Klinker yang baru terbentuk memiliki sifat kimia yang unik yang berdampak pada kekuatan semen dan sifat-sifat utama lainnya.

Langkah 4: Menggiling dan mempersiapkan semen

Setelah produksi klinker, langkah selanjutnya adalah menyiapkan bubuk semen. Penggiling memecah klinker menjadi bubuk halus. Pekerja kemudian menambahkan gipsum ke dalam bubuk klinker, yang membantu mengontrol kecepatan pengaturan semen. Tergantung pada kualitas semen yang diinginkan oleh pekerja, mereka juga dapat menggunakan bahan tambahan lain seperti abu terbang, terak atau pozzuolana.

Campuran tersebut menjalani lebih banyak putaran pengujian kontrol kualitas. Setelah lulus, campuran yang sudah jadi adalah bubuk semen akhir yang siap untuk dikemas, disimpan, dan diangkut.

Langkah 5: Pengemasan, penyimpanan, dan pengangkutan

Silo menyimpan bubuk semen akhir dalam jumlah besar hingga siap untuk diproses. Di pabrik pengolahan, mesin mengemas bubuk semen ke dalam kantong kertas besar. Pekerja kemudian mengelompokkan kantong-kantong tersebut ke dalam palet yang dibungkus dengan plastik untuk melindungi dari cuaca. Palet-palet ini kemudian dapat dikirim ke lokasi konstruksi setiap kali ada pesanan.

Masa depan industri semen

Saat ini, industri semen merupakan salah satu industri terbesar di dunia modern. Faktanya, bangunan dan infrastruktur modern telah menjadikan semen sebagai bahan yang paling banyak digunakan di Bumi setelah air. Karena proses pembuatan semen saat ini menggunakan batu kapur, yang terdiri dari 50% CO2, industri ini sayangnya juga menghasilkan emisi karbon dalam jumlah yang sangat besar - hampir sama banyaknya dengan mobil-mobil kita.

Masa depan semen membutuhkan praktik-praktik yang lebih berkelanjutan, dan sebuah perusahaan rintisan di California, Brimstone Energy, percaya bahwa mereka memiliki jawabannya. Brimstone Energy telah mematenkan teknologi yang menggantikan batu kapur dalam proses pembuatan semen dengan batu kalsium silikat tanpa CO2 - dan, oleh karena itu, tidak ada emisi karbon.

Semen yang dihasilkan secara kimiawi mirip dengan semen Portland biasa, sehingga alternatif yang lebih berkelanjutan ini tidak akan menimbulkan masalah keamanan konstruksi atau menunda proses pembangunan. Meskipun Brimstone Energy masih merupakan perusahaan baru, perusahaan ini menawarkan harapan baru di masa depan dengan praktik pembangunan yang lebih berkelanjutan.

Apa perbedaan antara semen dan beton?

Meskipun orang terkadang menyebut semen dan beton secara bergantian, keduanya bukanlah hal yang sama. Semen adalah bahan pengikat lengket yang dicampur dengan agregat seperti pasir dan batu untuk membuat beton. Jadi, jika beton itu seperti roti, semen itu seperti tepung.

Bagaimana semen portland dibuat?

Semen portland adalah komponen dasar beton yang paling banyak digunakan, dibuat dengan cara memanaskan dan mendinginkan bahan mentah menjadi agregat seukuran kelereng yang disebut klinker. Selanjutnya, mesin akan menggiling klinker menjadi debu, yang kemudian dicampur dengan gipsum.

Untuk penjelasan rinci dari setiap langkah ini, lihat panduan langkah demi langkah di atas.

Siapa yang menemukan semen?

Semen Portland modern ditemukan pada tahun 1824 oleh Joseph Aspdin, seorang tukang batu dari Inggris. Aspdin memanaskan batu kapur dan tanah liat hingga campurannya terkalsinasi dan kemudian menggilingnya menjadi debu. Proses ini sebagian besar sama dengan proses yang digunakan pabrik semen saat ini.

Meskipun semen Portland baru muncul pada tahun 1824, sejarah beton menunjukkan metode prekursor lain yang digunakan pada struktur kuno. Sebagai contoh, Tembok Besar Cina dibangun dengan menggunakan adukan beras ketan.

Bagaimana cara pembuatan dinding semen fiber?

Untuk membuat dinding fiber semen, pekerja pertama-tama membuat bubur dengan mencampurkan serat kayu, semen Portland, pasir, dan bahan tambahan lainnya. Mesin kemudian menekan bubur tersebut melalui sebuah film, sehingga menghasilkan lembaran-lembaran tipis bubur semen fiber yang melapisi permukaan.

Para pekerja kemudian mengeringkan lembaran bubur semen fiber dan menekannya untuk membentuk papan. Terakhir, mereka memanggang papan fiber semen dalam oven bertekanan tinggi yang disebut autoklaf untuk mengeraskan dan mengawetkan semen.

Dari pembuatan semen hingga pencampuran dan pembuangan beton, peralatan yang tepat dapat membuat prosesnya lebih cepat dan mudah.

Disadur dari: www.bigrentz.com

Semen, yang sangat penting bagi pembangunan infrastruktur global, digunakan secara luas dalam membangun gedung, jalan, jembatan, dan berbagai struktur lainnya. Secara global, setiap tahun lebih dari 4 miliar ton semen diproduksi. Meskipun membantu membuka jalan bagi modernisasi, produksi semen memiliki dampak buruk terhadap lingkungan, perubahan iklim, dan kesehatan. Setiap ton semen yang diproduksi menghasilkan rata-rata 0,13 kg debu. Industri semen merupakan kontributor utama emisi partikulat (PM), yang bertanggung jawab atas 40% emisi PM dari semua sumber industri.

Untuk meminimalkan efek negatif dari produksi semen, penting bagi kita untuk memahami sepenuhnya proses produksi semen agar dapat mengembangkan penyaringan debu dan solusi pengendalian emisi yang spesifik dan optimal untuk industri.

Ekstraksi

Langkah pertama dalam produksi semen adalah penggalian batu kapur, tanah liat, dan bahan lainnya. Batu kapur merupakan komponen utama karena menyediakan kalsium oksida yang diperlukan untuk produksi semen. Bahan baku diekstraksi dari tambang dengan peledakan atau menggunakan alat berat.

Penghancuran dan penggilingan

Bahan baku yang telah diekstraksi dihancurkan dan digiling menjadi bubuk halus. Proses ini dilakukan di penghancur dan pabrik yang dirancang khusus untuk menangani bahan baku produksi semen. Tujuannya adalah untuk mengurangi ukuran partikel bahan baku agar memudahkan pencampurannya dengan komponen lain.

Pencampuran dan homogenisasi

Bahan baku yang digiling kemudian dicampur dalam proporsi yang tepat untuk menciptakan campuran yang seragam. Campuran ini, yang sering disebut sebagai tepung mentah, dapat terdiri dari batu kapur, tanah liat, serpih, bijih besi, dan bahan tambahan lainnya. Proses homogenisasi memastikan bahwa tepung mentah memiliki komposisi yang konsisten, sehingga meningkatkan kualitas produk semen akhir.

Pemanasan awal dan prakalsinasi

Bungkil mentah kemudian dimasukkan ke dalam menara pemanas awal, tempat bungkil dipanaskan. Menara pemanas awal adalah sistem pertukaran panas aliran balik yang menggunakan gas panas dari kiln untuk memanaskan terlebih dahulu bungkil mentah. Langkah pemanasan awal ini membantu mengurangi konsumsi energi selama proses produksi semen.

Proses kiln

Tepung mentah yang telah dipanaskan sebelumnya dimasukkan ke dalam kiln yang berputar, di mana ia mengalami suhu tinggi sekitar 1450 ° C. Kiln adalah struktur silinder panjang yang dilapisi dengan batu bata tahan api. Saat tepung mentah bergerak melalui kiln, serangkaian reaksi kimia terjadi, mengubahnya menjadi klinker. Reaksi-reaksi ini, yang dikenal sebagai piroproses, melibatkan perubahan fisik dan kimia yang kompleks.

Pendinginan klinker

Klinker panas yang dihasilkan di rotary kiln dipindahkan ke pendingin, di mana klinker tersebut didinginkan oleh blower udara sebelum dikirim ke pabrik semen.

Penggilingan klinker

Klinker yang telah didinginkan kemudian digiling menjadi bubuk halus di pabrik semen. Gipsum ditambahkan selama proses penggilingan untuk mengontrol waktu pengadukan semen.

Penyimpanan, pengemasan dan distribusi semen

Terakhir, semen yang diproduksi disimpan dalam silo sebelum dikemas dalam kantong atau wadah curah. Kemudian diangkut ke lokasi konstruksi atau pusat distribusi untuk siap digunakan. Langkah-langkah kontrol kualitas diterapkan di seluruh proses untuk memastikan konsistensi dan kinerja semen.

Disadur dari: www.aokaifilters.com

Semen, komponen fundamental dalam industri konstruksi, berfungsi sebagai bahan pengikat yang menyatukan blok-blok bangunan infrastruktur modern. Memahami proses pembuatan semen yang rumit akan menyingkap perpaduan menarik antara ilmu pengetahuan dan teknik yang berkontribusi pada pengembangan struktur yang tahan lama dan tangguh. Dalam eksplorasi komprehensif ini, kami akan mempelajari tahapan, teknologi, dan pertimbangan lingkungan yang terlibat dalam pembuatan semen.

Bahan Baku:

1. Batu kapur:

Komponen Utama: Batu kapur berfungsi sebagai sumber utama kalsium dalam semen produksi. Batu kapur biasanya diekstraksi dari tambang dan tambang.

2. Tanah liat atau serpih:

Komponen Sekunder: Tanah liat atau serpih, yang kaya akan silika, alumina, dan oksida besi, melengkapi batu kapur dalam proses pembuatan semen.

3. Silika, Alumina, dan Bijih Besi:

Komponen Pelengkap: Bahan-bahan ini, yang sering kali diperoleh dari bauksit, bijih besi, dan sumber lainnya, meningkatkan sifat-sifat spesifik dari produk semen akhir.

Tahap 1: Penambangan dan Persiapan Bahan Baku:

1. Operasi Pertambangan:

Penggalian Batu Kapur: Deposit batu kapur diekstraksi melalui penggalian. Kualitas dan komposisi batu kapur memainkan peran penting dalam menentukan karakteristik semen.

2. Penghancuran dan Pencampuran:

Persiapan Bahan Baku: Bahan yang diekstraksi mengalami penghancuran dan pencampuran untuk mencapai campuran yang konsisten dan homogen. Campuran ini, yang dikenal sebagai tepung mentah, menjadi dasar untuk tahap selanjutnya.

Tahap 2: Produksi Klinker - Jantung Pembuatan Semen:

1. Pemanasan dan Pemanasan Awal:

Rotary Kiln: Tepung mentah dimasukkan ke dalam tanur putar, sebuah tungku silinder besar. Panas yang sangat tinggi diterapkan, mencapai suhu sekitar 1450°C. Pemanasan awal terjadi saat makanan mentah melewati kiln.

2. Pembentukan klinker:

Transformasi Kimia: Kombinasi suhu tinggi dan reaksi kimia di dalam kiln menyebabkan pembentukan klinker. Klinker adalah zat nodular yang muncul dari kiln dan merupakan prekursor penting untuk semen.

3. Pendinginan:

Pendingin Klinker: Klinker panas didinginkan dengan cepat menggunakan udara dalam pendingin klinker. Proses pendinginan ini sangat penting untuk mempertahankan sifat klinker yang diinginkan.

Tahap 3: Penggilingan dan Pencampuran - Mengubah Klinker menjadi Semen:

1. Penggilingan klinker:

Ball Mills: Klinker yang telah didinginkan digiling halus di ball mill, berubah menjadi bubuk yang dikenal sebagai semen. Gipsum ditambahkan selama tahap ini untuk mengontrol waktu pengaturan dan meningkatkan kualitas semen.

2. Pencampuran:

Aditif: Berbagai bahan tambahan seperti abu terbang, terak, dan pozzolan dapat ditambahkan selama proses penggilingan untuk meningkatkan sifat-sifat spesifik semen.

Tahap 4: Penyimpanan dan Pengemasan Semen:

1. Silo Penyimpanan:

Penyimpanan Sementara: Semen yang sudah jadi disimpan dalam silo untuk menjaga kualitasnya sebelum didistribusikan.

2. Pengemasan:

Kantong atau Massal: Semen dikemas dalam kantong atau diangkut dalam jumlah besar ke lokasi konstruksi. Proses pengemasan memastikan bahwa semen tetap bebas dari kontaminan dan menjaga integritasnya.

Pertimbangan Lingkungan:

1. Emisi Karbon:

Emisi Kiln: Proses kiln bersuhu tinggi melepaskan emisi karbon dioksida (CO2), yang berkontribusi terhadap masalah lingkungan. Upaya-upaya terus dilakukan untuk mengurangi emisi ini melalui pengembangan kiln yang lebih hemat energi dan eksplorasi bahan bakar alternatif.

2. Bahan Baku Alternatif:

Mengurangi Dampak Lingkungan: Industri semen mengeksplorasi penggunaan bahan baku alternatif, seperti produk sampingan industri dan bahan limbah, untuk mengurangi ketergantungan pada sumber daya tradisional dan meminimalkan dampak lingkungan.

3. Efisiensi Energi:

Kemajuan Teknologi: Inovasi dalam teknologi, seperti sistem pemanasan awal dan kiln hemat energi, berkontribusi dalam mengurangi konsumsi energi secara keseluruhan dalam pembuatan semen, sehingga menghasilkan proses yang lebih berkelanjutan.

4. Pemulihan Panas Limbah:

Memanfaatkan Panas: Limbah panas yang dihasilkan selama proses produksi semen semakin banyak dimanfaatkan untuk pembangkit listrik, yang berkontribusi terhadap efisiensi dan keberlanjutan energi.

Kemajuan Teknologi yang Sedang Berlangsung:

1. Digitalisasi:

Manufaktur semen yang cerdas: Teknologi digital, termasuk otomatisasi proses dan analisis data, diintegrasikan ke dalam produksi semen untuk mengoptimalkan operasi, meningkatkan efisiensi, dan mengurangi dampak lingkungan.

2. Bahan Pengikat Alternatif:

Selain Semen Portland: Penelitian yang sedang berlangsung mengeksplorasi pengembangan bahan pengikat alternatif dan formulasi semen ramah lingkungan, yang bertujuan untuk mengurangi jejak lingkungan dari semen Portland tradisional.

Tren yang Muncul dalam Manufaktur Semen:

1. Penangkapan dan Penyimpanan Karbon (CCS):

Mengurangi Jejak Karbon: Teknologi penangkapan dan penyimpanan karbon sedang dieksplorasi untuk menangkap emisi CO2 dari pabrik semen, mencegah pelepasannya ke atmosfer. Pendekatan inovatif ini bertujuan untuk mengurangi dampak lingkungan yang terkait dengan produksi semen.

2. Praktik Ekonomi Melingkar:

Pemanfaatan Limbah: Industri semen semakin mengadopsi praktik ekonomi sirkular dengan memasukkan produk sampingan industri dan bahan limbah ke dalam proses produksi. Hal ini tidak hanya mengurangi ketergantungan pada bahan baku tradisional tetapi juga mengatasi tantangan pengelolaan limbah.

3. Semen yang Diaktifkan dengan Alkali:

Alternatif Rendah Karbon: Semen yang diaktifkan dengan alkali, seperti semen geopolimer, mulai mendapat perhatian sebagai alternatif rendah karbon untuk semen Portland tradisional. Semen ini mengandalkan produk sampingan industri seperti abu terbang dan menawarkan manfaat lingkungan yang potensial.

Teknologi Beton Cerdas:

• Sensor dan Pemantauan: Teknologi beton pintar menggabungkan sensor dan sistem pemantauan untuk menyediakan data real-time tentang kondisi struktur. Hal ini membantu dalam pemeliharaan prediktif, memastikan umur panjang dan keamanan bangunan dan infrastruktur yang dibangun.
• Pencetakan 3D dengan Semen: Munculnya pencetakan 3D dalam konstruksi memungkinkan pelapisan material semen yang tepat, menawarkan dimensi baru dalam proses manufaktur. Teknologi ini berpotensi merevolusi industri konstruksi, menjadikannya lebih efisien dan dapat disesuaikan.

Disadur dari: theenterpriseworld.com

Pembuatan semen adalah proses rumit yang melibatkan ekstraksi dan penggilingan bahan mentah, diikuti dengan pencampuran dan pemanasan dalam kiln untuk menghasilkan klinker. Klinker ini kemudian digiling dengan gipsum untuk menghasilkan semen, komponen penting untuk konstruksi. Namun, proses ini boros energi dan berkontribusi terhadap tantangan lingkungan, sehingga perlu dilakukan upaya untuk mengoptimalkan efisiensi dan mengeksplorasi alternatif yang berkelanjutan.

Langkah-langkah Pembuatan Semen

Langkah-langkah yang terlibat dalam pembuatan semen adalah sebagai berikut:

• Penggalian: Bahan baku seperti batu kapur dan tanah liat diekstraksi dari kuari atau tambang.
• Penghancuran dan Penggilingan: Bahan mentah yang diekstraksi dihancurkan dan digiling menjadi bubuk halus.
• Pencampuran: Bahan mentah yang dihancurkan dan digiling dicampur dalam proporsi tertentu untuk menghasilkan makanan mentah.
• Pendinginan: Klinker didinginkan dengan cepat untuk mempertahankan sifat-sifatnya dan mencegah reaksi yang tidak diinginkan.
• Penggilingan: Klinker yang telah didinginkan digiling halus dengan sedikit gipsum untuk menghasilkan semen.
• Pengemasan dan Distribusi: Produk semen akhir dikemas dalam kantong atau wadah curah dan didistribusikan ke lokasi konstruksi atau gerai ritel.

Bahan Baku Semen

Semen adalah campuran dari bahan argillaceous dan salicaceous. Proses pembuatan Semen Portland biasa melibatkan penggunaan bahan baku yang meliputi Batu Kapur, tanah liat, serpih, bijih besi, dan Gipsum. Bahan-bahan mentah ini dipilih dan diekstraksi dengan hati-hati dari tambang. Bahan-bahan tersebut kemudian dihancurkan menjadi potongan-potongan kecil dan dicampur dalam proporsi yang tepat untuk membuat tepung mentah, yang merupakan titik awal produksi Semen. Bahan baku utama yang digunakan dalam Proses Pembuatan Semen meliputi:

Batu kapur adalah komponen utama dan bertindak sebagai sumber kalsium. Batu kapur berlimpah dan ditemukan dalam deposit besar di seluruh dunia. Batu kapur menyediakan kalsium oksida (kapur) yang diperlukan yang bereaksi dengan bahan lain selama proses pembuatan Semen. Khususnya, Batu Kapur yang digunakan dalam Semen tidak boleh mengandung Silika bebas. 

Tanah liat dan serpih adalah duo bahan baku penting lainnya. Keduanya mengandung Silika, alumina, dan oksida besi, yang diperlukan untuk produksi Semen. Tanah liat dan serpih biasanya ditemukan di dekat endapan batu kapur, sehingga mudah diakses.

Bijih besi digunakan untuk menyediakan komponen oksida besi yang diperlukan untuk produksi Semen. Ini membantu dalam mengendalikan warna dan kekuatan produk Semen akhir.

Gipsum, mineral yang terdiri dari Kalsium Sulfat, ditambahkan untuk mengatur waktu pengaturan Semen. Ini memperlambat pengaturan awal, memberikan waktu yang cukup untuk penempatan Semen yang tepat dan penyelesaian beton. Gipsum ditambahkan ke Clinker dalam jumlah kecil (2% berat).

Metode Proses Pembuatan Semen

Semen dapat diproduksi dengan dua proses berikut:

• Proses basah
• Proses kering

Pembuatan Semen dengan Proses Basah

Proses basah adalah proses pembuatan semen yang sudah lama dan belakangan ini telah digantikan oleh proses kering yang lebih hemat energi. Namun, proses ini masih digunakan di beberapa negara di mana ketersediaan bahan baku dan faktor ekonomi membuatnya menguntungkan. Berikut ini adalah prosedur langkah demi langkah untuk proses basah pembuatan Semen:

Penggalian dan Penghancuran: Bahan baku, seperti Batu Kapur, tanah liat, dan bijih besi, diekstraksi dari tambang dan kemudian dihancurkan menjadi potongan-potongan yang lebih kecil.

Pencampuran dan Penggilingan: Bahan-bahan yang dihancurkan dicampur dengan air di pabrik penggilingan untuk membentuk bubur. Rasio air dan bahan baku dikontrol dengan cermat untuk mencapai konsistensi yang diinginkan.

Pencampuran dan Homogenisasi: Bubur kemudian dipindahkan ke tangki penyimpanan di mana bahan tambahan, seperti pasir atau serpih, dapat ditambahkan untuk menyesuaikan komposisi kimia. Campuran dicampur secara menyeluruh untuk memastikan keseragaman.

Pemanasan awal dan Pra-kalsinasi: Bubur dipompa ke dalam pemanas awal, yang menggunakan gas panas dari kiln untuk menghilangkan kelembapan dan memanaskan campuran. Kemudian masuk ke dalam pra-kalsinasi, di mana proses kalsinasi parsial berlangsung.

Pembakaran dan Klinkerisasi: Bubur yang telah dipanaskan dan dikalsinasi sebelumnya dimasukkan ke dalam tanur putar, yang dipanaskan hingga suhu yang sangat tinggi. Di dalam tanur, reaksi kimia terjadi, menghasilkan pembentukan klinker, massa mineral yang menyatu.

Pendinginan: Udara atau air mendinginkan Clinker di dalam pendingin putar. Proses pendinginan yang cepat membantu mempertahankan struktur kristal yang diinginkan dan meminimalkan pembentukan fase yang tidak diinginkan.

Penggilingan: Klinker yang telah didinginkan digiling halus dengan Gipsum (Kalsium Sulfat) dan bahan tambahan lainnya, seperti abu terbang atau terak, di pabrik Semen. Proses penggilingan ini menghasilkan bubuk Semen.

Penyimpanan dan Pengemasan: Bubuk Semen disimpan dalam silo sebelum dikemas ke dalam kantong atau dikirim dalam jumlah besar ke lokasi konstruksi untuk digunakan dalam berbagai aplikasi.

Pembuatan Semen dengan Proses Kering

Proses kering adalah proses pembuatan Semen yang paling umum digunakan saat ini karena efisiensi energinya. Berikut ini adalah prosedur langkah demi langkah untuk proses kering pembuatan Semen:

Penggalian dan Penghancuran: Bahan baku, seperti Batu Kapur, tanah liat, serpih, bijih besi, dan terkadang pasir atau bauksit, diekstraksi dari tambang dan kemudian dihancurkan menjadi potongan-potongan yang lebih kecil dengan menggunakan mesin penghancur.

Pengeringan dan Penggilingan: Bahan mentah yang telah dihancurkan dikeringkan untuk mengurangi kadar airnya. Kemudian digiling halus di pabrik penggilingan untuk membentuk bubuk halus yang dikenal sebagai tepung mentah.

Pencampuran dan Homogenisasi: Makanan mentah dicampur dan dihomogenisasi dengan hati-hati untuk memastikan komposisi kimia yang konsisten. Proses ini dapat melibatkan penggunaan silo pencampuran atau peralatan lain untuk mencapai keseragaman.

Pemanasan awal: Makanan mentah dipanaskan terlebih dahulu di menara pemanas awal menggunakan gas panas dari kiln. Proses pemanasan awal menghilangkan kelembapan dan memulai penguraian senyawa tertentu dalam bahan baku.

Pembakaran dan Klinkerisasi: Makanan mentah yang telah dipanaskan sebelumnya dimasukkan ke dalam tanur putar, yang dipanaskan hingga suhu tinggi. Di dalam kiln, reaksi kimia terjadi, menghasilkan pembentukan klinker, bahan nodular.

Pendinginan: Klinker didinginkan menggunakan udara atau air dalam pendingin putar. Pendinginan yang cepat membantu mempertahankan struktur kristal yang diinginkan dan meminimalkan pembentukan fase yang tidak diinginkan.

Penggilingan: Klinker yang telah didinginkan digiling halus dengan Gipsum dan bahan tambahan lainnya, seperti abu terbang atau terak, di pabrik Semen. Proses penggilingan ini menghasilkan bubuk Semen.

Penyimpanan dan Pengemasan: Bubuk Semen disimpan dalam silo sebelum dikemas ke dalam kantong atau dikirim dalam jumlah besar ke lokasi konstruksi untuk digunakan dalam berbagai aplikasi.

Reaksi Kimia Selama Proses Pembuatan Semen

Selama Proses Pembuatan Semen, ada beberapa reaksi kimia penting yang terjadi. Reaksi-reaksi ini terutama terjadi di dalam oven khusus yang disebut kiln, di mana bahan baku dipanaskan hingga suhu yang sangat tinggi. Reaksi-reaksi ini meliputi yang berikut ini:

• Kalsinasi: Ini adalah reaksi kimia utama pertama yang terjadi ketika bahan baku, seperti Batu Kapur, tanah liat, dan Silika, dihancurkan dan dicampur secara menyeluruh. Suhu tinggi dalam tanur putar memfasilitasi pemisahan Kalsium karbonat menjadi Kapur dan Karbon dioksida. Reaksi kimia ini menyediakan bahan penting untuk Semen.
• Pembakaran: Pembakaran melibatkan pembakaran bahan bakar seperti batu bara atau gas alam di dalam kiln. Suhu tinggi di dalam kiln menopang proses pembuatan Semen dan memfasilitasi kombinasi oksigen dan produksi panas, uap air, dan gas karbon dioksida. Panas yang dihasilkan oleh pembakaran meningkatkan suhu di dalam kiln hingga 1450 derajat Celcius.

Berbagai bahan kimia dalam proses pembuatan semen meliputi:

Dekomposisi Tanah Liat

• Si2Al2O5(OH)2→2SiO2+Al2O3+2H2O𝑆𝑖2𝐴𝑙2𝑂5(𝑂𝐻)2→2𝑆𝑖𝑂2+𝐴𝑙2𝑂3+2𝐻2𝑂
• KAlSi3O8 (Orthoclase)+ 0.5SO2+ 0.25O2→3SiO2+ 0.5Al2O3+ 0.5K2SO4

Dekomposisi Dolomit

• CaMg(CO3)2→CaCO3+MgO+CO2𝐶𝑎𝑀𝑔(𝐶𝑂3)2→𝐶𝑎𝐶𝑂3+𝑀𝑔𝑂+𝐶𝑂2
• KMg3AlSi3O10(OH)2+0.5 SO2+0.25 O2→0.5 K2SO4+3MgO+0.5 Al2O3+3SiO2+H2O

Dekomposisi Kalsit Suhu Rendah

• 2CaCO3+SiO2→Ca2SiO4+2CO22𝐶𝑎𝐶𝑂3+𝑆𝑖𝑂2→𝐶𝑎2𝑆𝑖𝑂4+2𝐶𝑂2
• 2MgO+SiO2→Mg2SiO42𝑀𝑔𝑂+𝑆𝑖𝑂2→𝑀𝑔2𝑆𝑖𝑂4
• Ca5 (PO4) 3 OH+0.25 SiO2→1.5 Ca3 (PO4)2+0.25Ca2SiO4+0.5 H2O (Vapour)

Reaksi Alumina dan Oksida

• 12CaCO3+7Al2O3→Ca12Al14O33+12CO212𝐶𝑎𝐶𝑂3+7𝐴𝑙2𝑂3→𝐶𝑎12𝐴𝑙14𝑂33+12𝐶𝑂2
• 4CaCO3+Al2O3+Fe2O3→Ca4Al2Fe2O10+4CO24𝐶𝑎𝐶𝑂3+𝐴𝑙2𝑂3+𝐹𝑒2𝑂3→𝐶𝑎4𝐴𝑙2𝐹𝑒2𝑂10+4𝐶𝑂2
• 4CaCO3+Al2O3+Mn2O3→Ca4Al2Mn2O10+4CO2

Reaksi Sisa Kalsit

• CaCO3→CaO+CO2

Sintering

• Ca2SiO4+CaO→Ca3SiO5

Keuntungan dan Kerugian Proses Pembuatan Semen
Dalam konteks ini, kita akan melihat poin-poin utama perbedaan antara proses pembuatan semen kering dan basah.

Keuntungan & Kerugian Proses Pembuatan Semen Kering
Beberapa keuntungan dan kerugian penting dari proses pembuatan semen kering disebutkan di bawah ini:

Keuntungan

• Efisiensi Energi: Proses kering membutuhkan lebih sedikit energi dibandingkan dengan proses basah, sehingga lebih hemat energi. Ini mengurangi konsumsi bahan bakar dan emisi gas rumah kaca yang terkait.
• Konsumsi Air Lebih Rendah: Proses kering tidak membutuhkan air untuk persiapan bubur, sehingga mengurangi konsumsi air dan potensi dampak lingkungan yang terkait dengan penggunaan air.
• Produksi Lebih Cepat: Proses kering umumnya lebih cepat dalam hal produksi Semen, karena bahan baku dapat digiling dan diproses lebih cepat dibandingkan dengan proses basah.
• Kontrol yang Lebih Baik atas Komposisi: Proses kering memungkinkan kontrol yang lebih baik terhadap komposisi kimiawi bahan baku, sehingga menghasilkan Semen yang lebih konsisten dan berkualitas lebih tinggi.

Kekurangan

• Biaya Peralatan Lebih Tinggi: Proses kering biasanya membutuhkan peralatan dan mesin yang lebih canggih, yang dapat meningkatkan biaya investasi awal untuk pabrik Semen.
• Timbulnya Debu: Proses kering melibatkan penggilingan dan penanganan bahan kering, yang dapat menghasilkan debu dalam jumlah yang signifikan. Langkah-langkah pengendalian debu yang tepat perlu diterapkan untuk mengurangi risiko lingkungan dan kesehatan.
• Pilihan Bahan Baku yang Terbatas: Proses kering mungkin memiliki keterbatasan dalam memanfaatkan jenis bahan baku tertentu, seperti bahan baku dengan kadar air lebih tinggi atau bahan yang sulit digiling.

Keuntungan dan Kerugian Proses Pembuatan Semen Basah
Beberapa keuntungan dan kerugian penting adalah sebagai berikut.

Keuntungan

• Pemanfaatan Bahan Baku yang Lebih Baik: Proses basah dapat menggunakan lebih banyak bahan baku, termasuk yang memiliki kadar air lebih tinggi, yang mungkin tidak cocok untuk proses kering.
• Emisi Debu Lebih Rendah: Proses basah melibatkan penanganan bahan dalam bentuk bubur, sehingga mengurangi timbulnya debu dibandingkan dengan proses kering.
• Fleksibilitas dalam Menyesuaikan Komposisi: Proses basah memungkinkan kontrol dan penyesuaian yang lebih baik terhadap komposisi kimiawi bahan baku selama tahap pencampuran dan pencampuran.

Kekurangan

• Konsumsi Energi Lebih Tinggi: Proses basah biasanya membutuhkan lebih banyak energi karena kebutuhan untuk persiapan bubur, penanganan, dan pengeringan bahan.
• Konsumsi Air Lebih Tinggi: Proses basah membutuhkan sejumlah besar air untuk pembentukan bubur, yang menyebabkan konsumsi air yang lebih tinggi dan potensi dampak lingkungan.
• Waktu Produksi Lebih Lama: Proses basah umumnya membutuhkan waktu lebih lama untuk produksi Semen dibandingkan dengan proses kering, karena melibatkan langkah-langkah tambahan seperti pembentukan bubur dan pengeringan.

Disadur dari: testbook.com