Proses Produksi Semen: Langkah-langkah, Bahan Baku, dan Metode Proses

Dipublikasikan oleh Cindy Aulia Alfariyani

26 April 2024, 14.09

Sumber: pixabay.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+CO2πΆπ‘Žπ‘€π‘”(𝐢𝑂3)2→πΆπ‘ŽπΆπ‘‚3+𝑀𝑔𝑂+𝐢𝑂2
  • 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+2CO22πΆπ‘ŽπΆπ‘‚3+𝑆𝑖𝑂2→πΆπ‘Ž2𝑆𝑖𝑂4+2𝐢𝑂2
  • 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+12CO212πΆπ‘ŽπΆπ‘‚3+7𝐴𝑙2𝑂3→πΆπ‘Ž12𝐴𝑙14𝑂33+12𝐢𝑂2
  • 4CaCO3+Al2O3+Fe2O3→Ca4Al2Fe2O10+4CO24πΆπ‘ŽπΆπ‘‚3+𝐴𝑙2𝑂3+𝐹𝑒2𝑂3→πΆπ‘Ž4𝐴𝑙2𝐹𝑒2𝑂10+4𝐢𝑂2
  • 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