bab 3 qc bahan mentah & kf

Bab 3. Pengendalian Kualitas Bahan Mentah, Raw Meal & Kiln Feed

Quality Control

Parameter Kualitas Bahan Mentah

1. Komposisi kimia dan mineralogidilihat dari

Ketersediaan :Limestone : CaCO3

Pasir silika : SiO2

Clay : SiO2, Al2O3

Pasir besi :Fe2O3

Jenis mineralVariasi komposisi

2. Moisture contentAir bebas (moisture content) : air yang terikat denganmaterial secara fisika (fisically bound) padapermukaan partikel (surface moisture) atau celah-celah (kapiler) antar partikel (inherent moisture).Air kristal : air yang terikat dengan material secarakimia (chemically bound). Disebut juga air hidratKandungan air tertentu jumlahnyaDapat dihilangkan dengan penguapanGangguan pada operasi

- Crushing- Blocking - Fluktuasi proportioning - Kebutuhan panas besar

Parameter Kualitas Bahan Mentah

3. KekerasanUmur geologiProses pembentukanDiukur dengan skala Mohs’ dari 1- 10Dalam satu lokasi tambang kekerasan batuanrelatif tidak jauh berbedaUntuk kepentingan pemilihan peralatanGangguan pada operasi :

- Size reduction mahal- Tingkat keausan tinggi

Parameter Kualitas Bahan Mentah

4. Ukuran BahanBerpengaruh terhadap proses size reductionTergantung dari crusherGangguan pada operasi :

- Efektifitas crusher berkurang- Kapasitas mill akan berkurang- Tailing produk di raw mill banyak

Parameter Kualitas Bahan Mentah

Pengendalian Kualitas Bahan Mentah

1. Perencanaan penambanganData analisaQuarry mapping : jumlah deposit, sifat bahan, dllPeta kualitas

- Metode yang dipakai- Peralatan yang dipakai- Scheduling- Pre-mixing

2. Pre-MixingTergantung dari :

Kompleksitas bahanCara penambanganData yang tersediaPeralatan yang digunakan

BlastingHaulingCrushingStoraging

Longitudinal stocpilingCircular stockpiling

Pengendalian Kualitas Bahan Mentah

3. Sampling controlAkurasi data: sangat mempengaruhi tindakan yang harus diambil untuk kelancaran operasiSampling methode : kontribusi 60 % kesalahan

Grab samplingCross belt samplingBucket samplingAutomatic sampling

Pengendalian Kualitas Bahan Mentah

No Sampel Samplingpoint Sampling Sample

Prep. Analisa Frequensi

Quarry Manual-Grab SplittingDryingGrinding

Komposisikimia

Bila dibutuhkan

Conveyor Manual-BucketAuto-Belt

SplittingDryingGrinding

Komposisikimia

H2O

1-2/shift

Pile Manual-Grab SplittingDryingGrinding

Komposisikimia

H2O

Bila dibutuhkan

Quarry Manual-Grab SplittingDryingGrinding

Komposisikimia

Bila dibutuhkan

Conveyor Manual-BucketAuto-Belt

SplittingDryingGrinding

Komposisikimia

H2O

1-2/shift

Pile Manual-Grab SplittingDryingGrinding

Komposisikimia

H2O

Bila dibutuhkan

2

Clay

1

Limestone

Sampling Point

No Sampel Samplingpoint Sampling Sample

Prep. Analisa Frequensi

QuarryTruck

Manual-Grab SplittingDryingGrinding

Komposisikimia

Bila dibutuhkan

Conveyor Manual-BucketAuto-Belt

SplittingDryingGrinding

KomposisikimiaH2O

1-2/shift

Pile Manual-Grab SplittingDryingGrinding

KomposisikimiaH2O

Bila dibutuhkan

Truck Manual-Grab SplittingDryingGrinding

Komposisikimia

Bila dibutuhkan

Conveyor Manual-BucketAuto-Belt

SplittingDryingGrinding

KomposisikimiaH2O

1-2/shift

Pile Manual-Grab SplittingDryingGrinding

KomposisikimiaH2O

Bila dibutuhkan

4

Iron ore

3

Sand

Sampling Point

Pengendalian Kualitas Raw Meal & KF

Tujuan Proses di Raw Mill

Untuk mendapatkan ukuran butir dan kadar air yang sesuaiRaw meal : 10-12 % residu 90 mikron 2,5 % residu200 mikronKadar air raw meal 0,5-1 % (jika terlalu rendah sulitdikontrol aliran materialnya, jika terlalu tinggimenyusahkan pada saat transportasi berpotensimenyebabkan penggumpalan dan kebuntuan)

Tujuan Homogenisasi

Meningkatkan keseragaman materialMengurangi fluktuasi komposisiMeningkatkan stabilitas operasi

Standar Deviasi CaO selama Proses Penyiapan Bahan Mentah

Komposisi kimia utama raw-mix (tepung baku)

♣ CaO ( oksida kalsium )♣ SiO2 (oksida silika )♣ Al2O3 (oksida alumina )♣ Fe2O3 (oksida besi )

Parameter-parameter pengendalian dalam raw mixdesign akan lebih sederhana dan mudah dimengerti

komposisi kimia dalam bentukmodulus dan faktor

Modulus-Modulus

1. Modulus Hidrolik (Hydraulic Modulus)

32322 OFeOAlSiOCaOHM

++=

(1)

Contoh perhitungan :Diketahui komposisi umpan kiln sebagaiberikut :CaO : 42,72 %SiO2 : 13,38 %Al2O3 : 3,51 %Fe2O3 : 2,10 %MgO : 0,58 %K2O : 0,20 %LOI : 34,21 %

HM = 42.7213.38+3.51+2.10

= 2.25

Batasan nilai HM adalah 1,7 – 2,3

Pengaruh HM > 2,3o Raw-mix sulit dibakar, kebutuhan energi

tinggi.o Karakteristik semen yang dihasilkan adalah

mempunyai kadar CaO bebas yangcenderung tinggi, kuat tekan awal dan panashidrasi tinggi, tidak tahan terhadap senyawaasam dan stabilitas volume yang rendah.

Pengaruh HM < 1,7o Raw-mix mudah dibakar, kebutuhan energi

rendah.o Karakteristik semen yang dihasilkan adalah

mempunyai kadar CaO bebas rendah, kuattekan rendah.

2. Lime Saturation Factor (LSF)

32322 65,018,18,2100

OxFeOxAlxSiOxCaOLSF

++=

Pengaruh LSF > 99o Raw-mix sulit dibakaro Sulit membentuk coatingo Temperatur gas keluar kiln naiko Kadar CaO bebas cenderung naiko Kadar C3S naik, sehingga kuat tekan awal dan

panas hidrasi naiko mengantisipasi kadar abu dan komposisi

kimia kadar abu batubara yang tinggi

Batasan nilai LSF adalah 90 – 99

Pengaruh LSF < 90o Raw-mix mudah dibakaro Fasa cair di burning zone berlebihan,

cenderung membentuk ring dan coatingwashing

o Klinker berbentuk bola-bola dan sulit digilingo Kadar CaO bebas rendaho Kadar C3S turun dan kadar C2S naik secara

proposionalo Panas hidrasi semen cenderung rendah

3. Modulus Silika

3232

2

OFeOAlSiOSM+

= (3)

Batasan nilai SM adalah 1,9 – 3,2

Pengaruh SM > 3,2o Raw-mix sulit dibakaro Fase cair rendah, thermal load tinggi, klinker

dusty dan kadar CaO bebas cenderung tinggi.o Sifat coating tidak stabilo Merusak bata tahan api.o Memperlambat pengerasan semen.o Kuat tekan semen cenderung tinggi

Pengaruh SM < 1,9o Selalu membentuk ringo Klinker sangat keras dan sulit digilingo Waktu pengikatan semen pendek dan panas

hidrasi naiko Kuat tekan awal semen (3 – 7 hari) rendaho Kiln tidak stabil, kebutuhan energi rendaho Mudah dibakar, fasa cair tinggi, menyerang

bata tahan api

4. Modulus Alumina ( AM ) atau Modulus Besi ( IM )

32

32

OFeOAlAM = (4)

Pengaruh IM > 2,5o Raw-mix sulit dibakaro Viskositas fasa cair pada temperatur tetap

akan naiko Semen yang dihasilkan mempunyai kuat

tekan awal tinggi, waktu pengikatan pendek,panas hidrasi tinggi, ketahanan terhadapsulfat rendah.

o Kadar C3A naik, C4AF turun, sedangkan C3Sdan C2S naik.

Pengaruh IM < 1,5o Fase cair mempunyai viskositas rendaho Semen yang dihasilkan mempunyai

ketahanan terhadap sulfat tinggi, kuat tekanawal rendah, panas hidrasi rendah

o IM yang rendah dan tidak adanya SiO2 bebasdalam raw-mix menyebabkan klinkermenjadi lengket dan membentuk bola-bolabesar.

5. Fasa cair (Liquid Phase)

LP = 3,0 Al2O3 + 2,25 Fe2O3 + MgO + (Na2O+ K2O)

(5)

Fasa cair yang normal adalah 23 % - 28 %Fasa cair yang ideal adalah 25 - 26 %

Fasa cair < 23 % :o Klinker cenderung berdebu (halus)o Gejala sirkulasi alkali meningkat, preheater

cenderung tersumbat secara periodiko Pembentukan dust ring di zona transisi

Fasa cair > 28 % :o Klinker cenderung padato Serangan terhadap bata basic di burning zone

6. Hardening Ratio

SCSCM

2

3E =

(6)

Pengaruh :Peningkatan initial strength, kenaikan panashidrasi dan penurunan durability semen

7. Modulus Caloric

AFCSCCSCM

42

33K

++

=A (7)

Harga MK di dalam portland cement 0,3 -1,8

Semakin tinggi harga MK akan menyebabkankenaikan panas hidrasi semen.

Tujuan evaluasi raw-mix :♣ mendapatkan informasi mengenai desain

raw-mix yang sesuai♣ operasi kiln yang smooth♣ kualitas klinker yang baik

Parameter-parameter kualitas raw-mix1. Mineralogi Bahan BakuUrutan reaktivitas mineral raw-mix dari yang mudahbereaksi sampai yang susah secara berurutan :

Calcite (aragonite) – dolomite – ankeriteKaolinite - Illite - chlorite - Montmorillonite - MuscoviteSilica amorph (glassy slags) - Silika mica danamphiboles silica (dari clay minerals) – silica dari felspars– ά-tridymite – ά-cristobalite – opal – chacedony - quartz

Tujuan Pengendalian Kualitas Raw Mix

2. Komposisi Kimia dan Modulus Raw-mixPengaruh komposisi kimia dalam proses pembakarandapat ditunjukkan dengan nilai-nilai modulus raw-mixseperti LSF, HM, IM, SM, dan liquid phase

3. Kehalusan Raw-Mix

k = A exp (-E/RT )Ukuran butiran yang sangat berpengaruh dalamraw-mix adalah mineral quartz dan calcite

1% Quartz > 100 μm = 6% Calcite > 100 μm

Raw-mix yang baik :Mineral Silika R200 μm < 0.5%

Mineral Silika φ90-200 μm < 1%atau

φ maksimum 44 μm untuk mineral quartz125 μm untuk mineral calcite

Target kehalusan raw-mix

12 % tertahan pada ayakan no. mesh 170 ( 90μm ) 2,5 % tertahan pada ayakan no. mesh 72 ( 212μm )

4. Temperatur Pembakaran

Temperatur pembakaran secara empirik diperkirakandengan persamaan :

oC = 1300 + 4,51 C3S – 3,74 C3A – 12,64 C4AFKecepatan pemanasan yang tinggi lebih disukaikarena:

- Ukuran partikel kasar masih dapatdiatasi

- Distribusi ukuran partikel yang tidakmerata masih dapat ditangani

- Pembentukan cristal C2S yang relatifkecil sehingga mempermudahinteraksinya dengan CaO bebasmembentuk C3S di dalam fasa liquid

Kenaikan waktu tinggal :

Kenaikan kandungan C3A dan penurunan C4AF Kenaikan C3S dan penurunan C2S Kuat tekan awal berkurang dan kuat tekan akhirbertambah Panas hidrasi awal berkurang Kualitas klinker relatif baik

Burnability dan Klinkerisasi

Burnability = f(T,θ)Mengukur CaO bebas pada selang waktu yang tetap dan temperatur tertentu. Semakin tinggi nilai CaO bebasberarti semakin rendah burnability.Mengukur waktu pada temperatur tetap untuk CaO bebas ≤ 2 . Semakin lama waktu yang dibutuhkanberarti semakin rendah burnability

Hal-hal yang mempengaruhi :

Mineralogi bahan bakuKomposisi kimia tepung bakuGranulometri tepung bakuPerlakuan panas terhadap Raw Mix

1. Burnability akan turun sebanding dengan naiknya kadarmineral calcite dan quartz yang terdapat dalam tepungbaku

2. 1 % quartz yang berukuran lebih besar dari 100 mikronsama pengaruhnya dengan 6 % mineral calcite dengan ukuran yang sama

3. Senyawa-senyawa minor seprti CaF2, Na2SiF6, Ca3(PO4)2 akan memperbaiki burnability

Mineralogi

Burnability dipengaruhi oleh perbandingan komposisioksida-oksida utama tepung baku, LSF, HM, SM danIM.

Komposisi Kimia

1. Semakin halus tepung baku, burnability semakin baik.2. Mineral silika yang berukuran antara 90 – 200 mikron

tidak lebih dari 1 %3. Ukuran maksimum yang masih diijinkan adalah 44 mm

untuk mineral quartz dan 125 mikron untuk mineral calcite

4. Ukuran ideal tepung baku adalah 10 -12 % tertahanpada ayakan no. mesh 170 (90 mikron) dan max 2,5 % tertahan pada ayakan no mesh 72 ( 212 mikron ).

5. Semakin homogen ukuran butir, burnability semakinbaik.

Granulometri

Perlakuan Panas

kenaikan temperatur dari 1360 oC menjadi 1420 oC mengakibatkan penurunan waktu tinggal menjadi setengahnya

T(C) = 1300 + 4,51 C3S – 3,74 C3A – 12,64 C4AF

5. BurnabilityPenentuan burnability dengan 2 cara, yaitu :

1. Mengukur CaO bebas = f (T , t).2. Mengukur waktu = f (Ttetap, CaO bebas ≤ 2)

Secara Kuantatif : Burnability Index dan Burnability Factor

Persamaan-persamaan :

a. BI1 = A3CAF4CS3C

+

b. BI2 = O2NaO2KMgOA3CAF4CS3C

++++

c. BF1 = )O2NaO2KMgO(3SM10LSF ++−+

d. BF2 = )O2NaO2KMgO(3)2SM(6LSF ++−−+

e. Bth = 55,5 + 11,9 R+90 + 1,58 (LSF3-90)2 – 0,43 Liq2

LSF3 = 3O2Fe65,03O2Al18,12SiO8,2

)MgO75,0CaO(100++

+

R+90 = Persen massa raw mix yang tertahanayakan 90 mikron

Liq = Persen liquid phase dalam raw mix

LSF = 98SM = 2,5R90 = 17 %

LSF = 98SM = 2,5R90 = 12 %

LSF = 94SM = 2,5R90 = 12 %

Gambar 1. Pengaruh perubahan raw-mixterhadap burnabillity

Kenaikan kehalusan partikel dari 17 % residuayakan 90μ menjadi 12 % residu ayakan 90μ,akan memperbaiki burnability raw-mix.

5. Temperatur Pembakaran

Temperatur pembakaran maksimum teoritisadalah 1450 oC - 1500 oC

Gambar 2. Prosentase Liquid phase terhadap temperatur

Pengaruh Modulus Kiln Feed thd Temperatur Klinkerisasi

Pengaruh Modulus Kiln Feed thd Temperatur Klinkerisasi

Pengaruh Modulus Kiln Feed thd Proses Klinkerisasi

Daily

Hourly samples

Monthly

Daily averages

LSF σ < 1.2 < 1.0SM σ < 0.04 < 0.03AR σ < 0.04 < 0.03

Raw meal LSF σ < 3.6 < 1.0

Kiln feed (or clinker)

Contoh Target Raw Meal dan Kiln Feed

Raw Mix Desain

Pengaruh Bahan Bakar PadatPengaruh abu dalam proses pembentukan clinker di dalam kiln adalah penurunan LSF dan peningkatan ALM, peningkatan liquid content diikuti dengan penurunan viskositas dan peningkatan mobilitas ion pada fase cair

Bahan bakar cair dan gas tidak mempengaruhikomposisi kilnker yang dihasilkan

- Sebagai regulator kiln feed- Sebagai inputan dalam raw mix design

kuantitas maupun kualitas dust perlu diketahui.

Pengaruh EP Dust

Evaluasi

Rata-rata dan range Standar Deviasi

Waktu

Kom

posi

siKi

mia

average

max

min

Waktu

Kom

posi

siKi

mia

σσ

The Range

x max ; x min

( ) ∑=

=+++=N

1i1N21 X

N1X....XX

N1X

The Mean

N21 X,......X,X Satu set pengukuran

N21 X,......X,X Satu set pengukuran

Interpretasi range dan rata-rata

99.7 %95.5 %68.3 %

XNumber of Samples

Standar DeviasiPenyimpangan dari nilai rata-ratanya

( ) ( ) ( )1N

XX....XXXXS2

N2

22

1

−−++−+−

=

atau

( )1

1

2

−

−=∑=

N

XXs

N

IN

Interpretasi Standar Deviasi

Blending Factor

Rasio antara standar deviasi input dan standardeviasi output

erroroutmeasuredout

errorinmeasuredin

corrout

corrin

ssss

ss

BF,,

,,

,

,

22

22

−

−==

Contoh Indikator Pengendalian Mutu

Variability IndicatorsPlant:Basis: Individual analyses performed every day, e.g 2-hourly analyses

Kiln feed Clinker

Month Day avg std avg std avg std avg std n avg std avg std avg std avg std n avg std avg std avg std avg std n avg range n

1234

28293031

avgstdn

Key Performance Indicator

Performance Indicators

Free limeSRLSFAR XY XYSRLSF ARSRLSFAR XY

Raw meal

QCX System

QCXOnstream

CF Silo

QCXProportioner

QCXLaboratory

RAW MATERIALS FEEDER

COMPUTER

Registration ofraw material

consumptions raw mix productions

Calculation of analysis

Calculation of deviation in raw mix quality requirements

Calculation of newraw material proportions

Raw mix sample preparation

Raw mix quality requirements

Plant operating constraints

X - RAY

RAW MILLWeighFeedersignals

HOMOGENIZATION SILO

SILO SILO

X - Ray measurements

Flow Diagram QCX System

QCX Control