MAKALAH PRESENTASI

INDUSTRI KIMIA SEMEN

Disusun oleh :

1. Nindya Tri Muliawati

(12/334647/PA/14880)2. Citra Santikasari

(12/334648/PA/14881)3. Novi Safitri

(12/334653/PA/14886)JURUSAN KIMIAFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

YOGYAKARTA

2013I. Semen

Semen adalah produk manufaktur, berupa bubuk yang halus, yang mengeras dan bersifat mengikat setelah dicampur dengan air, semen ini merupakan hasil industri dari paduan bahan baku: batu kapur atau gamping sebagai bahan utama dan lempung atau tanah liat atau bahan pengganti lainnya dengan hasil akhir berupa padatan berbentuk bubuk yang mengeras atau membatu pada pencampuran dengan air. Batu kapur atau gamping adalah bahan alam yang mengandung senyawa kalsium oksida (CaO), sedangkan lempung atau tanah liat adalah bahan alam yang mengandung senyawa seperti silika oksida (SiO2), aluminium oksida (Al2O3), besi oksida (Fe2O3) dan magnesium oksida (MgO). Bahan baku dari pembuatan semen ini adalah mengandung sekitar 80 % batu kapur, 16 % tanah liat, silika 3 %, pasir besi 1 %, sehingga setelah diolah menghasilkan clinker sebesar 96 % dan gypsum 4 %.II. Jenis Semen 1. Semen Abu atau Portland Cement

Semen ini berbentuk butiran bubuk, bahan baku utamanya adalah batu kapur atau gamping berkadar kalsium tinggi. Semen abu sebagai solusi tepat berkualitas dan irit di saat bahan baku bangunan semakin mahal. Semen abu adalah pilihan tepat karena memiliki kandungan mineral Si102 (silica oksida) yang paling besar dibandingkan dengan produk campuran yang beredar di pasaran saat ini. Semen abu memiliki sifat pozzolan yang dapat membantu meningkatkan kekuatan dan keawetan (durability) Semen abu adalah bahan tambahan adukan (mortar) beton semen untuk mendapatkan kualitas yang lebih tinggi.2. Semen Putih atau Gray Cement

Dikenal dengan gypsum yang lebih murni dari semen abu dan digunakan untuk pekerjaan penyelesaian (finishing), seperti sebagai filler atau pengisi.Semen Portland Putih merupakan jenis semen bermutu tinggi. Semen Portland Putih terutama digunakan untuk keperluan pekerjaan-pekerjaan arsitektur, precast dan beton yang diperkuat dengan fiber, panel, permukaan teraso, stucco, cat semen, nat ubin / keramik serta struktur yang bersifat dekoratif. Semen Portland Putih dibuat dari bahan-bahan baku pilihan yang rendah kandungan besi dan magnesium oksidanya (bahan-bahan tsb. menyebabkan semen berwarna abu-abu). Derajat keputihannya diukur menurut standar yang berbeda-beda, namun mutu Semen Portland Putih mencapai angka sekitar 85 dengan menggunakan metode Kett C-1. Semen Portland Putih dapat juga digunakan untuk proses konstruksi pada umumnya.3. Semen Sumur Minyak atau Oil Well Cement

Khusus dipakai untuk pembuatan sumur minyak bumi dan gas alam dengan kontruksi sumur minyak dibawah permukaan laut dan bumi.Semen ini digunakan pada temperatur dan tekanan tinggi, sering dijumpai pada penggunaan pengeboran minyak atau digunakan untuk pengeboran air tanah artesis. Semen ini merupakan semen portland yang dicampur dengan retarder untuk memperlambat pengerasan semen seperti lignin, asam borat, casein, dan gula.4. Campuran Semen Abu dengan Pozzolan buatan atau Mixed and Fly Ash Cement

Campuran semen abu dengan Pozzolan buatan (fly ash).Pozzolan adalah bahan yang mengandung senyawa silica dan Alumina dimana bahan pozzolan itu sendiri tidak mempunyai sifat seperti semen, akan tetapi dengan bentuknya yang halus dan dengan adanya air, maka senyawa-senyawa tersebut akan bereaksi secara kimiawi dengan Kalsium hidroksida (senyawa hasil reaksi antara semen dan air) pada suhu kamar membentuk senyawa Kalsium Aluminat hidrat yang mempunyai sifat seperti semen. Bahan Pozzolan terbagi 2 yaitu : 1. Pozzolan Alam (Natural) : Tufa, abu vulkanis dan tanah Diatomae. Di Indonesia Pozzolan alam dikenal dengan nama TRASS.2. Pozzolan Buatan (sintetis) : yang termasuk dalam jenis ini adlah hasil pembakaran tanah liat dan hasil pembakaran batu bara (Fly Ash)III. Pembuatan SemenSecara garis besar proses produksi semen melalui 6 tahap :1. Penambangan dan penyimpanan bahan mentah

Semen yang paling umum memerlukan empat komponen bahan kimia utama untuk mendapatkan komposisi kimia yang sesuai. Bahan tersebut adalah kapur (batu kapur), silika (pasir silika), alumina (tanah liat), dan besi oksida (bijih besi). Gipsum dalam jumlah yang sedikit ditambahkan selama penghalusan untuk memperlambat pengerasan.

Bahan baku berupa batuan kapur dan tanah liat diperoleh melalui peledakan terhadap lahan luas yang telah dianalisis memiliki kandungan kapur atau tanah liat yang melimpah. Proses penambangan dengan metode peledakan ini telah dilakukan oleh sebagian besar produsen semen di dunia termasuk pula produsen semen di Indonesia, seperti holcim telah melakukan proses penambangan batuan kapur dan tanah liat dengan cara peledakan, dipilihnya penambangan dengan cara peledakan oleh sebagaian besar produsen semen ini bukan tanpa alasan, hal ini dilakukan karena dengan penambangan secara peledakan akan diperoleh batuan kapur dan tanah liat dengan lebih cepat dan efisiensi waktu produksi semen akan lebih baik. Proses peledakan dalam dunia industri dikenal sebagai Blusting. 2. Penggilingan dan pencampuran bahan mentah

Batuan kapur yang diperoleh dari hasil peledakan kemudian diambil dengan menggunakan truk berkapasitas besar, dimana bahan baku utama ini kemudian akan di pecah lagi menjadi ukuran yang lebih kecil, pemecahan batuan batuan kapur menjadi wujud yang lebih kecil ini disebut dengan crushing dengan alat yang digunakan berupa crusher. Bahan baku lainnya seperti tanah liat, silika dan bijih besi juga mengalami penggilingan menjadi wujud yang lebih kecil lagi. Dimana bahan-bahan utama pembuatan semen ini akan digiling hingga ukuran yang dikehendaki berdasarkan standar pabrifikasi. Selanjutnya bahan-bahan baku yang telah mengalami crushing diangkut dengan menggunakan ban berjalan menuju tempat penyimpanan yang disebut pula dengan stock pile3. Homogenisasi dan pencampuran bahan mentah

Mateial yang telah mengalami crushing tersebut kemudian digiling dalam mesin pencampur atau dikenal juga sebagai Raw Mill dengan kehalusan pengggilingan mencapai 170 Mesh atau 70 Mesh yang bergantung pada standar produksi produk semen. Material yang telah digiling menjadi satu campuran ini disebut dengan tepung baku. Proses pencampuran bahan baku dikenal sebabagai Homogenisasi. 4. Pembakaran Pada dasarnya tahap paling rumit dalam produksi semen portland adalah proses pembakaran, dimana terjadi proses konversi kimiawi sesuai rancangan dan proses fisika untuk mempersiapkan campuran bahan baku membentuk klinker. Proses ini dilakukan di dalam rotary kiln dengan menggunakan bahan bakar fosil berupa padat (batubara), cair (solar), atau bahan bakar alternatif. Batubara adalah bahan bakar yang paling umum dipergunakan karena pertimbangan biaya.

Setelah mengalami homogenisasi, kemudian Raw Mill diarahkan dengan ban berjalan menuju ke tanur putar atau yang disebut dengan Klin. Di dalam tanur putar ini seperti yang telah dikatan diatas akan terjadi reaksi kimia. Kalor yang digunakan dalam pembakaran berasal dari pembakaran minyak, gas, batu bara serbuk dengan menggunakan udara panas dan pendingin klinker. Tanur putar yang digunakan oleh sebagian besar perusahaan semen cenderung memiliki ukuran yang lebih panjang, hal ini dilakukan karena dengan ukuran tanur putar yang lebih panjang memungkinkan untuk terjadinya efisiensi thermal yang lebih tinggi sehingga pembuangan energi yang tidak digunakan untuk kerja dapat berkurang. Selain itu, dewasa ini tanur putar juga dilengkapi dengan dengan peralatan pengendalian pencemaran yang efisien sperti rumahkarung dan presipitator elektrostatik. Untuk menghemat energi digunakan suatu ketel kalor buangan, dan ini sangat ekonomis bagi produksi semen kering , hal ini disebabkan karena gas buangan dari tanur kering lebih panas. Suhunya bisa mencapai 800C. Oleh karena itu pelepas dinding tanur putar harus tahan terhadap abrasi dan serangan kimia lainnya yang dapat terjadi pada suhu yang tinggi. Bata alumina dan mangnesia dengan kadar yang tinggi seringkali digunakan. Produk yang dihasilkan dari proses pembakaran ini disebut klinker yang memiliki wujud berupa butiran butiran yang keras dengan ukuran 3 sampai 20 nm. Klinker yang diperoleh kemudian dijalankan menuju ke mesin pendingin. Di dalam mesin pendingin atau yang disebut cooler ini klinker akan mengalami penurunan suhu dengan cepat mencapai 100 sampai 200C.5. Penggilingan hasil pembakaran

Proses pendinginan yang dilakukan terhadap klinker selain untuk menurunkan suhu juga berfungsi sebagai pemanasan pendahuluan bagi udara untuk pembakaran. Selanjutnya setelah melalui proses pendinginan klinker akan di giling atau disebut Pulverisasi yang diikuti oleh penggilingan halus di dalam penggiling tabung bola.pada saat proses penggilingan halus, ditambahkan suatu bahan pemerlambat set seperti Gypsum kurang dari 4%, plaster, atau kalsium lignosulfat serta bahan bawa-ikut udara, bahan dispersi, dan bahan tahan air.Gambar skema produksi

Reaksi-Reaksi Kimia yang Terjadi:

Reaksi-reaksi yang terjadi

Reaksi alite dengan air :

2Ca3OSiO4 + 6H2O 3CaO.2SiO2.3H2O + 3Ca(OH)2

Reaksi ini relatif cepat, menyebabkan penetapan dan perkembangan penguatan pada beberapa minggu pertama.

Reaksi dari belite :

2Ca2SiO4 + 4H2O 3CaO.2SiO2.3H2O + Ca(OH)2

Reaksi ini relatif lambat, dan berperan untuk meningkatkan penguatan setelah satu minggu. Hidrasi trikalsium aluminat dikontrol oleh penambahan kalsium sulfat, yang dengan seketika menjadi cairan pada saat penambahan air. Pertama-tama, etringit dibentuk dengan cepat, menyebabkan hidrasi yang lambat.

Ca3(AlO3)2 + 3CaSO4 + 32H2O Ca6(AlO3)2(SO4)3.32H2O

Sesudah itu etringit bereaksi secara lambat dengan trikalsium aluminat lebih lanjut untuk membentuk monosulfat.

Ca6(AlO3)2(SO4)3.32H2O + Ca3(AlO3)2 + 4H2O 3Ca4(AlO3)2(SO4).12H2O

Reaksi ini akan sempurna setelah 1-2 hari. Kalsium aluminoferit bereaksi secara lambat karena adanya hidrasi besi oksida.

2Ca2AlFeO5 + CaSO4 + 16H2O Ca4(AlO3)2(SO4).12H2O + Ca(OH)2 + 2Fe(OH)3 IV. Urutan Reaksi Dalam Rotary Klin Heating (C) : 20 - 100 Penguapan H2O 100- 300Hilangnya air yang meresap pada fisik material 400 - 900 Pelepasan struktur H2O (grup H2O and OH) dari mineral Clay/Shale >500

Perubahan struktur pada mineral Silica 600 - 900 Pelepasan Karbonat >800 Pembentukan Belite, Hasil Antara, Aluminates dan ferrite >1250 Pembentukan liquid phase (aluminate & ferrite melt) >1450 Pengkompletan Reaksi dan Pembentukan Alite & Belite

Set dan Pengerasan Semen:

Dalam set dan pengerasan semen berlangsung reaksi hidrasi dan hidrolisis. Umumnya produk hidrasi memiliki kelarutan yang rendah di dalam air . Sebagai contoh dari produk hidrasi ini adalah beton, beton seperti yang kita ketahui tidak larut dalam air, jika beton larut dalm air maka beton tersebut akan rusak dengan sangat cepat dan tidak dapat digunakan sebgai pondasi suatu bangunan. Pada waktu semen mengalami hidrasi maka akan ada kalor yang keluar. Urutan sumbangan kalor pengerasan berbagai senyawa yang ( dasar, bobot sama. Yaitu gram per gram) sesudah 28 hari, adalah sebagi berikut

3CaO.Al2O3 > 3CaO.SiO2 > 4CaO.Al2O3.Fe2O3 > 2CaO.SiO2Adapun kalor hidrasi ditunjukan berdasarkan tabel dibawah:

senyawaHari

372890365

4CaO.Al2O3.Fe2O3290495495416377

3CaO.Al2O38881557137813021168

2CaO.SiO25042105176222

3CaO.SiO2243222377435490

Berdasarkan tabel diatas menunjukkan mengapa semen kalor pengerasan rendah harus mengandung 3CaO.Al2O3 dan 3CaO.SiO2 yang rendah, namun 2CaO.SiO2 tinggi. Hal ini dapat dilakukan dengan menambahkan Fe2O3 lebih banyak, sehingga akan mendorong Al2O3 keluar sebagai 4CaO.Al2O3. Fe2O3, sehingga kadar 3CaO.Al2O3 berkurang, selain itu juga dapat dilakuakan dengan menurunkan rasio CaO/SiO2.

Senyawa aditif yang ditambahkan ke dalam semen formulasi beton disebut sebagai Admixtures mampu untuk memperpanjang persediaan semen dan juga memberikan sifat sifat tambahan tertentu. Salah satu aditif yang paling penting adalah derivat naftalena superplastisisator, kalsium nitrit juga seringkali ditambahkan untuk mencegah terjadinya korosi pada baja tulang beton. Fungsi dari berbagai senyawa dalam reaksi yang terjadi:

3CaO.Al2O3 : menyebabkan set tetapi perlu diperlambat dengan gypsum

3CaO.SiO2 : memberikan kekuatan awal setelah 7 atau 8 hari

2CaO.SiO2 dan 3CaO.SiO2 : memberikan kekuatan akhir setelah 1 tahun.

Fe2O3, Al2O3, Mg dan alkali: menurunkan suhu pembentukan klinker.

V. Dampak Terhadap Lingkungan1. Lahan Penurunan kualitas kesuburan tanah akibat penambangan tanah liat. 2. Air

Kualitas air menurun akibat limbah cair dari pabrik dalam bentuk minyak dan sisa air dari kegiatan penambangan. Menimbulkan lahan kritis yang mudah terkena erosi dan pendangkalan dasar sungai, yang pada akhirnya akan menimbulkan banjir pada musim hujan. 3. Udara

Debu yang dihasilkan pada waktu pengadaan bahan baku dan selama proses pembakaran dan debu yang dihasilkan selama pengangkutan bahan baku ke pabrik dan bahan jadi ke luar pabrik, termasuk pengantongannya.