Proses Industri kimia: industri keramik dan semen

  Disusun oleh :

Arieza Nadlifatun N.   dan Christina Dian C.

Proses Industri Kimia (keramik)

Keramik (English ceramics, Greek keramos, ‘potter clay’), asal katanya berasal dari seni pembuatan tembikar, peralatan dari tanah liat. Sekarang, definisi keramik secara ilmiah adalah benda-benda yang dibuat dari bahan lunak dari alam yang dijadikan keras dengan cara pemanasan. Material keramik adalah non logam, senyawa inorganik, biasanya senyawa ikatan oksigen, karbon, nitrogen, boron dan silikon. Keramik pada industri tidak bisa dibayangkan sebagai benda-benda seni. Beberapa contoh keramik industri adalah pipa selokan, insulator listrik, bata tahan panas dan lainnya.

Keramik industri dibuat dari bubuk yang telah diberi tekanan sedemikian rupa kemudian dipanaskan pada temperatur tinggi. Keramik tradisional seperti porcelain, ubin (keramik lantai) dan tembikar dibuat dari bubuk yang terdiri dari berbagai material seperti tanah liat (lempung), talc, silika dan faldspar. Akan tetapi, sebagian besar keramik industri dibentuk dari bubuk kimia khusus seperti silikon karbida, alumina dan barium titanate.

Material yang digunakan untuk membuat keramik ini biasanya digali dari perut bumi dan dihancurkan hingga menjadi bubuk. Produsen seringkali memurnikan bubuk ini dengan mencampurkannya dengan suatu larutan hingga terbantuk endapan pengotor. Kemudian endapan tadi disaring dan bubuk material keramik dipanaskan untuk menghilangkan impuritis dan air. Hasilnya, bubuk dengan tingkat kemurnian tinggi dan berukuran sekitar 1 µm (0.0001 cm).

Keramik dapat dibagi menjadi dua, yaitu :

1.      Keramik tradisional

Keramik tradisional yaitu keramik yang dibuat dengan menggunakan bahan alam, seperti kuarsa, kaolin, dll. Yang termasuk keramik ini adalah: barang pecah belah (dinnerware), keperluan rumah tangga (tile, bricks), dan untuk industri (refractory).

2.      Keramik halus (keramik industri)

Fine ceramics (keramik modern atau biasa disebut keramik teknik, advanced ceramic, engineering ceramic, techical ceramic) adalah keramik yang dibuat dengan menggunakan oksida-oksida logam atau logam, seperti: oksida logam (Al₂O₃, ZrO₂, MgO,dll). Penggunaannya: elemen pemanas, semikonduktor, komponen turbin, dan pada bidang medis.

Sifat Keramik

Keramik memiliki sifat kimia, mekanik, fisika, panas, elektrik, dan magnetik yang membedakan mereka dari material lain seperti logam dan plastik. Industri keramik merubah sifat keramik dengan cara mengontrol jenis dan jumlah material yang digunakan untuk pembuatan.

A.    Sifat Kimia

Keramik industri sebagian besar adalah oksida (senyawa ikatan oksigen), akan tetapi ada juga senyawa carbida (senyawa ikatan karbon dan logam berat), nitrida (senyawa ikatan nitrogen), borida (senyawa ikatan boron) dan silida (senyawa ikatan silikon). Sebagai contoh, pembuatan keramik alumina menggunakan 85 sampai 99 persen aluminum oksida sebagai bahan utama dan dikombinasikan dengan berbagai senyawa kompleks secara kimia. Beberapa contoh senyawa kompleks adalah barium titanate (BaTiO₃) dan zinc ferrite (ZnFe₂O₄). Material lain yang dapat disebut juga sebagai jenis keramik adalah berlian dan graphite dari karbon.

Keramik lebih resisten terhadap korosi dibanding plastik dan logam. Keramik biasanya tidak bereaksi dengan sebagian besar cairan, gas, aklali dan asam. Jenis-jenis keramik memiliki titik leleh yang tinggi dan beberapa diantaranya masih dapat digunakan pada temperatur mendekati titik lelehnya. Keramik juga stabil dalam waktu yang lama.

B.     Sifat Mekanik

Ikatan keramik dapat dibilang sangat kuat, dapat kita lihat dari kekakuan ikatan dengan mengukur kemampuan keramik menahan tekanan dan kelengkungan. Bend Strength atau jumlah tekanan yang diperlukan untuk melengkungkan benda biasanya digunakan untuk menentukan kekuatan keramik. Salah satu keramik yang keras adalah Zirconium dioxide yang memiliki bend strength mendekati senyawa besi. Zirconias (ZrO₂) mampu mempertahankan kekuatannya hingga temperatur 900^oC (1652^oF), dan bahkan silikon carbida dan silikon nitrida dapat mempertahankan kekuatannya pada temperatur diatas 1400^oC (2552^oF). Material-material silikon ini biasanya digunakan pada peralatan yang memerlukan panas tinggi seperti bagian dari Gas-Turbine Engine. Walaupun keramik memiliki ikatan yang kuat dan tahan pada temperatur tinggi, material ini sangat rapuh dan mudah pecah bila dijatuhkan atau ketika dipanaskan dan didinginkan seketika.

C.     Sifat Fisik

Sebagian besar keramik adalah ikatan dari karbon, oksigen atau nitrogen dengan material lain seperti logam ringan dan semilogam. Hal ini menyebabkan keramik biasanya memiliki densitas yang kecil. Sebagian keramik yang ringan mungkin dapat sekeras logam yang berat. Keramik yang keras juga tahan terhadap gesekan. Senyawa keramik yang paling keras adalah berlian, diikuti boron nitrida pada urutan kedua dalam bentuk kristal kubusnya. Aluminum oksida dan silikon karbida biasa digunakan untuk memotong, menggiling, menghaluskan dan menghaluskan material-material keras lain.

D.    Sifat Panas

Sebagian besar keramik memiliki titik leleh yang tinggi, artinya walaupun pada temperatur yang tinggi material ini dapat bertahan dari deformasi dan dapat bertahan dibawah tekanan tinggi. Akan tetapi perubahan temperatur yang besar dan tiba-tiba dapat melemahkan keramik. Kontraksi dan ekspansi pada perubahan temperatur tersebutlah yang dapat membuat keramik pecah. Silikon karbida dan silikon nitrida lebih dapat bertahan dari kontraksi dan ekspansi pada perubahan temperatur tinggi daripada keramik-keramik lain. Oleh karena itu material ini digunakan pada bagian-bagian mesin seperti rotor pada turbin dalam mesin jet yang memiliki variasi perubahan temperatur yang ekstrim.

E.     Sifat Elektrik

Beberapa jenis keramik dapat menghantarkan listrik. Contohnya Chromium dioksida yang mampu menghantarkan listrik sama baiknya dengan sebagian besar logam. Jenis keramik lain seperti silikon karbida, kurang dapat menghantarkan listrik tapi masih dapat dikatakan sebagai semikonduktor. Keramik seperti aluminum oksida bahkan tidak menghantarkan listrik sama sekali. Beberapa keramik seperti porcelain dapat bertindak sebagai insulator (alat untuk memisahkan elemen-elemen pada sirkuit listrik agar tetap pada jalurnya masing-masing) pada temperatur rendah tapi dapat menghantarkan listrik pada temperatur tinggi.

F.      Sifat Magnetik

Keramik yang mengandung besi oksida (Fe₂O₃) dapat memiliki gaya magnetik mirip dengan magnet besi, nikel dan cobalt. Keramik berbasis besi oksida ini biasa disebut ferrite. Keramik magnetis lainnya adalah oksida-oksida nikel, senyawa mangan dan barium. Keramik ber-magnet biasanya digunakan pada motor elektrik dan sirkuit listrik dan dapat dibuat dengan resistensi tinggi terhadap demagnetisasi. Ketika elektron-elektron disejajarkan sedemikian rupa, keramik dapat menghasilkan medan magnet yang sangat kuat dan sukar demagnetisasi (menghilangkan medan magnet) dengan memecah barisan elektron tersebut.

Keramik industri dibuat dari bubuk yang telah diberi tekanan sedemikian rupa kemudian dipanaskan pada temperatur tinggi. Keramik tradisional seperti porcelain, ubin (keramik lantai) dan tembikar dibuat dari bubuk yang terdiri dari berbagai material seperti tanah liat (lempung), talc, silika dan faldspar. Akan tetapi, sebagian besar keramik industri dibentuk dari bubuk kimia khusus seperti silikon karbida, alumina dan barium titanate.

Material yang digunakan untuk membuat keramik ini biasanya digali dari perut bumi dan dihancurkan hingga menjadi bubuk. Produsen seringkali memurnikan bubuk ini dengan mencampurkannya dengan suatu larutan hingga terbantuk endapan pengotor. Kemudian endapan tadi disaring dan bubuk material keramik dipanaskan untuk menghilangkan impuritis dan air. Hasilnya, bubuk dengan tingkat kemurnian tinggi dan berukuran sekitar 1 mikrometer (0.0001 centimeter).

Bahan Baku Dasar

            Tiga bahan baku utama yang digunakan untuk membuat produk keramik klasik, atau ‘triaksial’, adalah lempung, feldspar dan pasir. Lempung adalah aluminium silikat hidrat yang tidak terlalu murni yang terbentuk sebagai hasil pelapukan dari batuan beku yang mengandung feldspar sebagai salah satu mineral asli yang penting. Reaksinya dapat dilukiskan sebagai berikut :

K₂O.Al₂SO₃.6SiO₂ + CO₂ + 2H₂O → K₂CO₃ + Al₂O₃.2SiO₂.2H₂O + 4SiO₂

Ada sejumlah speises mineral yang disebut mineral lempung (clay mineral) yang mengandung terutama campuran kaolinit (Al₂O₃.2SiO₂.2H₂O), montmorilonit [(Mg,Ca)O.Al₂O₃.5SiO₂.nH₂O] dan ilit (K₂O, MgO, Al₂O₃, SiO₂.2H₂O) masing-masing dalam berbagai kuantitas. Dari sudut pandang keramik, lempung berwujud plastik dan bias dibentuk bila cukup halus dan basah, kaku bila kering, dan kaca (vitreous) bila dibakar pada suhu yang cukup tinggi. Prosedur pembuatannya mengandalkan kepada sifat-sifat tersebut diatas.

            Di dalam lempung yang diperdagangkan, disamping mineral lempung terdapat pula feldspar, kuarsa dan berbagai ketidakmurnian seperti oksida-oksida besi, semuanya dalam jumlah yang beragam. Dalam hampir semua lempung yang digunakan di dalam industri keramik, mineral lempung dasar adalah kaolinit, walaupun lempung bentonit yang berdasarkan atas montmorilonit digunakan juga sedikit untuk memberikan sifat plastisitas yang sangat tinggi bila perlu. Sifat plastisitas ini sangat dipengaruhi oleh kondisi fisik lempung, dan sangat berbeda-beda pada berbagai jenis lempung. Lempung sangat beraneka ragam dalam sifat fisiknya, dan dalam kandungan ketidakmurniannya, sehingga biasanya harus ditingkatkan mutunya terlebih dahulu melalui prosedur benefisiasi.

            Ada tiga jenis feldspar yang umum, yaitu potas (K₂O.Al₂O₃.SiO₂), soda (NaO.Al₂O₃.6SiO₂), batua gamping (CaO.Al₂O₃.6SiO₂), yang semuanya dipakai dalam produk keramik. Feldspar sangat penting sebagai pemberi sifat fluks dalam formulasi keramik. Feldspar bias terdapat di dalam lempung hasil penambangan, atau bisa juga ditambahkan sesuai keperluan.

            Penyusun keramik yang ketiga yang penting adalah pasir atau flin (flint). Sifat-sifatnya yang penting dari segi industri keramik ditunjukkan pada table berikut :

	Kaolinit	Feldspar	Pasir (flin)
Rumus Plastisitas Fusibilitas (keleburan) Titik cair Ciut pada pembakaran	Al2O3.2SiO2.2H2O Plastik Refraktori 1785oC Sangat ciut	K2O.Al2O3.6SiO2 Non plastik Perekat mudah lebur 1150oC Lebur	SiO2 Non plastik Refraktori 1710oC Tidak ciut

Konversi Kimia

            Semua produk keramik dibuat dengan mencpurkan berbagai kuantitas bahan baku yang tersebut diatas, membentuknya dan memanaskannya sampai suhu pembakaran. Suhu ini mungkin hanya 700^oC untuk beberapa jenis glasial luar, tetapi banyak pula vitrifikasi yang dilakukan pada suhu setinggi 2000^oC. Pada suhu vitrifikasi terjad sejumlah reaksi, yang merupakan dasar kimia bagi konversi kimia.

1.      Dehidrasi, atau penguapan air kimia pada suhu 150 sampai 650^oC.

2.      Kalsinasi, misalnya CaCO₃ pada suhu 600 sampai 900^oC.

3.      Oksidasi besi fero dan bahan organik pada suhu 350 sampai 900^oC.

4.      Pembentukan silika pada suhu 900^oC atau lebih

Beberapa diantara perubahan awal tersebut cukup sederhana, misalnya kalsinasi CaCO₃ dan dehidrasi serta dekomposisi kaolinit. Reksi-reaksi lain, misalnya pembentukan silikat, cukup rumit dan berubah-ubah sesuai dengan suhu dan perbandingan penyusunnya.

Produk keramik hampir semua mempunyai sifat refraktori, artinya tahan terhadap panas, dan tingkat kerefraktorian dari suatu produk tertentu bergantung pada perbandingan kuantitas oksida refraktori terhadap oksida fluks didalamnya. Oksida refraktori yang terpenting adalah SiO₂, Al₂O₃, CaO dan MgO, disamping ZrO₂, TiO₂, Cr₂O₃, serta BeO yang lebih jarang dipakai. Oksida fluks yang terpenting adalah Na₂O, K₂O, B₂O₃ dan SnO₂, disamping fluorida yang juga digunakan dalam komposisi beberapa fluks tertentu.

Pewaris umum dalam semua produk keramik adalah lempung (biasanya kaolinit), dan karena itu reaksi kimia yang berlangsung pada pemansan lempung sangat penting artinya. Efek yang pertama dari panas ialah mendorong air hidrasi keluar; ini terjadi pada suhu 600 sampai 650^oC dengan menyerap sejumlah besar kalor, meninggalkan suatu campuran amorf alumina dan silica, seperti terlihat dari penelitian sinar X.

Al₂O₃.2SiO₂.2H₂O → Al₂O₃ + 2SiO₂ + 2H₂O

Bahkan, sebagian besar alumina dapat diekstraksi dengan asam klorida pada tahap ini. Jika pemanasan dilanjutkan, alumina amorf tersebut berubah dengan cepat pada suhu 940^oC menjadi alumina kristal, yaitu γ-alumina sambil mengeluarkan sejumlah besar kalor. Pada suhu yang sedikit lebih tinggi, mulai kira-kira 1000^oC, alumina dan silica bergabung membentuk mulit (3Al₂O₃.2SiO₂). Pada suhu yang lebih tinggi lagi, silika yang tersisa berubah menjadi kristobalit kristal. Jadi, keseluruhan reaksi fundamental yang terjadi pada pemanasan lempung adalah :

3(Al₂O₃.2SiO₂.2H₂O) → 3Al₂O₃.2SiO₂ + 4SiO₂ + 6 H₂O

Proses Pembuatan Keramik Tradisional :

Ada beberapa tahapan proses yang harus dilakukan untuk membuat suatu produk keramik, yaitu:

1.      Pengolahan bahan

Tujuan pengolahan bahan ini adalah untuk mengolah bahan baku dari berbagai material yang belum siap pakai menjadi badan keramik plastis yang telah siap pakai. Pengolahan bahan dapat dilakukan dengan metode basah maupun kering, dengan cara manual ataupun masinal. Didalam pengolahan bahan ini ada proses-proses tertentu yang harus dilakukan antara lain pengurangan ukuran butir, penyaringan, pencampuran, pengadukan (mixing), dan pengurangan kadar air. Pengurangan ukuran butir dapat dilakukan dengan penumbukan atau penggilingan dengan ballmill. Penyaringan dimaksudkan untuk memisahkan material dengan ukuran yang tidak seragam. Ukuran butir biasanya menggunakan ukuran mesh. Ukuran yang lazim digunakan adalah 60 – 100 mesh.

Pencampuran dan pengadukan bertujuan untuk mendapatkan campuran bahan yang homogen/seragam. Pengadukan dapat dilakukan dengan cara manual maupun masinal dengan blunger maupun mixer.

Pengurangan kadar air dilakukan pada proses basah, dimana hasil campuran bahan yang berwujud lumpur dilakukan proses lanjutan, yaitu pengentalan untuk mengurangi jumlah air yang terkandung sehingga menjadi badan keramik plastis. Proses ini dapat dilakukan dengan diangin-anginkan diatas meja gips atau dilakukan dengan alat filterpress.

Tahap terakhir adalah pengulian. Pengulian dimaksudkan untuk menghomogenkan massa badan tanah liat dan membebaskan gelembung-gelembung udara yang mungkin terjebak. Massa badan keramik yang telah diuli, disimpan dalam wadah tertutup, kemudian diperam agar didapatkan keplastisan yang maksimal.

2.      Pembentukan

Tahap pembentukan adalah tahap mengubah bongkahan badan tanah liat plastis menjadi benda-benda yang dikehendaki. Ada tiga keteknikan utama dalam membentuk benda keramik: pembentukan tangan langsung (handbuilding), teknik putar (throwing), dan teknik cetak (casting).

·         Pembetukan tangan langsung

Dalam membuat keramik dengan teknik pembentukan tangan langsung, ada beberapa metode yang dikenal selama ini: teknik pijit (pinching), teknik pilin (coiling), dan teknik lempeng (slabbing).

·         Pembentukan dengan teknik putar

Pembentukan dengan teknik putar adalah keteknikan yang paling mendasar dan merupakan kekhasan dalam kerajinan keramik. Karena kekhasannya tersebut, sehingga keteknikan ini menjadi semacam icon dalam bidang keramik. Dibandingkan dengan keteknikan yang lain, teknik ini mempunyai tingkat kesulitan yang paling tinggi. Seseorang tidak begitu saja langsung bisa membuat benda keramik begitu mencobanya. Diperlukan waktu yang tidak sebentar untuk melatih jari-jari agar terbentuk ’feeling’ dalam membentuk sebuah benda keramik. Keramik dibentuk diatas sebuah meja dengan kepala putaran yang berputar. Benda yang dapat dibuat dengan keteknikan ini adalah benda-benda yang berbentuk dasar silinder: misalnya piring, mangkok, vas, guci dan lain-lain. Alat utama yang digunakan adalah alat putar (meja putar). Meja putar dapat berupa alat putar manual mapupun alat putar masinal yang digerakkan dengan listrik.

Secara singkat tahap-tahap pembentukan dalam teknik putar adalah: centering (pemusatan), coning (pengerucutan), forming (pembentukan), rising (membuat ketinggian benda), refining the contour (merapikan).

·         Pembentukan dengan teknik cetak

Dalam keteknikan ini, produk keramik tidak dibentuk secara langsung dengan tangan; tetapi menggunakan bantuan cetakan/mold yang dibuat dari gipsum. Teknik cetak dapat dilakukan dengan 2 cara: cetak padat dan cetak tuang (slip). Pada teknik cetak padat bahan baku yang digunakan adalah badan tanah liat plastis sedangkan pada teknik cetak tuang bahan yang digunakan berupa badan tanah liat slip/lumpur. Keunggulan dari teknik cetak ini adalah benda yang diproduksi mempunyai bentuk dan ukuran yang sama persis. Berbeda dengan teknik putar atau pembentukan langsung

3.      Pengeringan

Setelah benda keramik selesai dibentuk, maka tahap selanjutnya adalah pengeringan. Tujuan utama dari tahap ini adalah untuk menghilangkan air plastis yang terikat pada badan keramik. Ketika badan keramik plastis dikeringkan akan terjadi 3 proses penting: (1) Air pada lapisan antarpartikel lempung mendifusi ke permukaan, menguap, sampai akhirnya partikel-partikel saling bersentuhan dan penyusutan berhenti; (2) Air dalam pori hilang tanpa terjadi susut; dan (3) air yang terserap pada permukaan partikel hilang. Tahap-tahap ini menerangkan mengapa harus dilakukan proses pengeringan secara lambat untuk menghindari retak/cracking terlebih pada tahap 1. Proses yang terlalu cepat akan mengakibatkan keretakkan dikarenakan hilangnya air secara tiba-tiba tanpa diimbangi penataan partikel tanah liat secara sempurna, yang mengakibatkan penyusutan mendadak.

Untuk menghindari pengeringan yang terlalu cepat, pada tahap awal benda keramik diangin-anginkan pada suhu kamar. Setelah tidak terjadi penyusutan, pengeringan dengan sinar matahari langsung atau mesin pengering dapat dilakukan.

4.      Pembakaran

Pembakaran merupakan inti dari pembuatan keramik dimana proses ini mengubah massa yang rapuh menjadi massa yang padat, keras, dan kuat. Pembakaran dilakukan dalam sebuah tungku (furnace) suhu tinggi. Ada beberapa parameter yang mempengaruhi hasil pembakaran: suhu sintering (matang), atmosfer tungku dan mineral yang terlibat.

Pada proses pemanasan, partikel-partikel bubuk menyatu dan memadat. Proses pemadatan ini menyebabkan objek keramik menyusut hingga 20 persen dari ukuran aslinya. Tujuan dari proses pemanasan ini adalah untuk memaksimalkan kekerasan keramik dengan mendapatkan struktur internal yang tersusun rapih dan sangat padat (Sumahamijaya, 2009).

Pembakaran biskuit

Pembakaran biskuit merupakan tahap yang sangat penting karena melalui pembakaran ini suatu benda dapat disebut sebagai keramik. Biskuit (bisque) merupakan suatu istilah untuk menyebut benda keramik yang telah dibakar pada kisaran suhu 700 – 1000oC. Pembakaran biskuit sudah cukup membuat suatu benda menjadi kuat, keras, kedap air. Untuk benda-benda keramik berglasir, pembakaran biskuit merupakan tahap awal agar benda yang akan diglasir cukup kuat dan mampu menyerap glasir secara optimal.

5.      Pengglasiran

Pengglasiran merupakan tahap yang dilakukan sebelum dilakukan pembakaran glasir. Benda keramik biskuit dilapisi glasir dengan cara dicelup, dituang, disemprot, atau dikuas. Untuk benda-benda kecil-sedang pelapisan glasir dilakukan dengan cara dicelup dan dituang; untuk benda-benda yang besar pelapisan dilakukan dengan penyemprotan. Fungsi glasir pada produk keramik adalah untuk menambah keindahan, supaya lebih kedap air, dan menambahkan efek-efek tertentu sesuai keinginan.

Kesemua proses dalam pembuatan keramik akan menentukan produk yang dihasilkan. Oleh karena itu kecermatan dalam melakukan tahapan demi tahapan sangat diperlukan untuk menghasilkan produk yang memuaskan.

Proses Pembuatan Keramik Industri :

1.      Pembentukan

Setelah pemurnian, sedikit wax (lilin) biasanya ditambahkan untuk meekatkan bubuk keramik dan menjadikannya mudah dibentuk. Plastik juga dapat ditambahkan untuk mendapatkan kelenturan dan kekerasan tertentu. Bubuk tersebut dapat menjadi bentuk yang berbeda-beda dengan beragam proses pembentukan (molding). Proses pembentukan ini diantaranya adalah slip casting, pressure casting, injection molding, dan extruction. Setelah dibentuk, keramik kemudian dipanaskan dengan proses yang dikenal dengan nama densifikasi (densification) agar material yang terbantuk lebih kuat dan padat.

1.      Slip Casting.

Slip Casting adalah proses untuk membuat keramik yang berlubang. Proses ini menggunakan cetakan dengan dinding yang berlubang-lunagng kecil dan memanfaatkan daya kapilaritas air.

2.      Pressure Casting.

Pada proses ini, bubuk keramik dituangkan pada cetakan dan diberi tekanan. Tekanan tersebut membuat bubuk keramik menjadi lapisan solid keramik yang berbentuk seperti cetakan.

3.      Injection Molding.

Proses ini digunakan untuk membuat objek yang kecil dan rumit. Metode ini menggunaan piston untuk menekan bubuk keramik melalui pipa panas masuk ke cetakan. Pada cetakan tersebut, bubuk keramik didinginkan dan mengeras sesuai dengan bentuk cetakan. Ketika objek tersebut telah mengeras, cetakan dibuka dan bagian keramik dipisahkan.

4.      Extrusion.

Extrusion adalah proses kontinu yang mana bubuk keramik dipanaskan didalam sebuah tong yang panjang. Terdapat baling-baling yang memutar dan mendorong material panas tersebut kedalam cetakan. Karena prosesnya yang kontinu, setelah terbentuk dan didinginkan, keramik dipotong pada panjang tertentu. Proses ini digunakan untuk membuat pipa keramik, ubin dan bata modern.

2.      Densifikasi

Proses densifikasi menggunakan panas yang tinggi untuk menjadikan sebuah keramik menjadi produk yang keras dan padat. Setelah dibentuk, keramik dipanaskan pada tungku (furnace) dengan temperatur antara 1000 sampai 1700^oC. Pada proses pemanasan, partikel-partikel bubuk menyatu dan memadat. Proses pemadatan ini menyebabkan objek keramik menyusut hingga 20% dari ukuran aslinya. Tujuan dari proses pemanasan ini adalah untuk memaksimalkan kekerasan keramik dengan mendapatkan struktur internal yang tersusun rapih dan sangat padat.

Kegunaan Keramik Industri

Keramik dinilai dari propertinya. Kegunaan keramik beragam disesuaikan dengan kemampuan dan daya tahannya. Keramik dengan properti elektrik dan magnetik dapat digunakan sebagai insulator, semikoncuktor, konduktor dan magnet. Keramik dengan properti yang berbeda dapat digunakan pada aerospace, biomedis, konstruksi bangunan, dan industri nuklir.

Beberapa contoh penggunaan keramik industri:

·         Peralatan yang dibuat dari alumina dan silikon nitrida dapat digunakan sebagai pemotong, pembentuk dan penghancur logam.

·         Keramik tipe zirconias, silikon nitrida maupun karbida dapat digunakan untuk saluran pada rotorturbocharger diesel temperatur tinggi dan Gas-Turbine Engine.

·         Keramik sebagai insulator adalah aluminum oksida (AlO₃). Keramik sebagai semikonduktor adalah barium titanate (BaTiO₃) dan strontium titanate (SrTiO₃). Sebagai superkonduktor adalah senyawa berbasis tembaga oksida.

·         Keramik dengan campuran semen dan logam digunakan untuk pelapis pelindung panas pada pesawat ulang-alik dan satelit.

·         Keramik Biomedical jenis porous alumina digunakan sebagai implants pada tubuh manusia. Porous alumina dapat berikatan dengan tulang dan jaringan tubuh.

·         Butiran uranium termasuk keramik yang digunakan untuk pembangkit listrik tenaga nuklir. Butiran ini dibentuk dari gas uranium hexafluorida (UF₆).

·         Keramik berbasis feldspar dan tanah liat digunakan pada industri bahan bangunan.

·         Keramik juga digunakan sebagai coating (pelapis) untuk mencagah korosi. Keramik yang digunakan adalah jenis enamel. Peralatan rumah tangga yang menggunakan pelapisan enamel ini diantaranya adalah kulkas, kompor gas, mesin cuci, mesin pengering.

Proses Industri Kimia (semen)

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

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

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

JENIS-JENIS SEMEN

1.      Portland Cement

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

Tipe-tipe semen Portland :

a.       Tipe I (Ordinary Portland Cement)

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

b.      Tipe II (Moderate Heat Portland Cement)

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

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

c.       Tipe III (High Early Strength Portland Cement)

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

d.      Tipe IV (Low Heat Portland Cement)

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

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

e.       Tipe V (Shulphato Resistance Portland Cement)

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

f.       Semen Putih (White Cemen)

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

g.      Semen Sumur Minyak (Oil Well Cement)

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

h.      Semen Masonry

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

i.        Semen Berwarna

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

Tabel II.1 Zat warna dari warna yang dihasilkan

j.        Semen Cat

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

Tabel II.2 Komposisi kimia semen portland

Tabel II.3 Sfesifikasi fisika semen portland

2. Semen Non Portland

a.       Semen Alam (Natural Cement)

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

b.      Semen Alumina Tinggi (High Alumina Cement)

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

c.       Semen Portland Pozzolan

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

Reaksi :

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

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

d.      Semen Sorel

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

Reaksi :

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

e.       Portland Blast Furnance Slag Cement

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

Proses pembuatan semen dapat dibedakan menurut :

1.      Proses basah :

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

Keuntungan :

·         Umpan lebih homogeny, semen yang diperoleh lebih baik

·         Efisiensi penggilingan lebih tinggi dan tidak memerlukan suatu unit homogenizer

·         Debu yang timbul relative sedikit

Kerugian :

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

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

·         Biaya produksi lebih mahal

2.      Proses kering :

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

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

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

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

·         Proses pendinginan terak.

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

Keuntungan :

·         Tanur yang digunakan relative pendek

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

·         Kapasitas produksi lebih besar

Kerugian :

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

·         Campuran umpan kurang homogen

·         Banyak debu yang dihasilkan sehingga dibutuhkan alat penangkap debu

Jenis-jenis proses pembuatan semen :

Share