proses produksi

Sedikit berbagi pengalaman saya saat kerja praktek di PT Indocement tunggal prakarsa

BAB IV

PROSES PRODUKSI

IV.1         Persiapan Bahan Baku

            Bahan baku unit operasi semen di PT. Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk adalah batu kapur (limestone), tanah liat (sandy clay) dan bahan additive seperti (Fe, Si). Untuk bahan baku batu kapur (limestone) di PT. Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk lokasi Citeureup mempunyai lokasi pertambangan di quarry Dyang berjarak kurang lebih 7 km dari lokasi pabrik. Untuk bahan baku tanah liat (sandy clay) di PT. Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk lokasi Citeureup mempunyai lokasi pertambangan di Hambalang. Bahan baku yang didapatkan dari penambangan selanjutkan dikirim ke pabrik menggunakan conveyor dari lokasi tambang ke dalam pabrik untuk di proses.

            Untuk bahan baku additive semen didapatkan dari pihak ke 3. Di PT. Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk juga menggunakan limbah industri sebagai Alternative Raw Material. Limbah industri yang dapat digunakan sebagai Alternative Raw Material seperti limbah industri besi dan baja dan limbah industri lainnya yang mengandung unsur Fe, Si, atau Al yang dapat digunakan sebagai bahan additive untuk campuran semen.

IV.2         Uraian Proses

IV.2.1   Konsep Proses

Proses pembuatan semen yang digunakan di PT Indocement Tunggal Prakarsa Tbk. adalah proses kering. Proses kering ini bertujuan untuk mengurangi biaya produksi pada proses basah, dengan menggunakan prinsip preblending dengan sistem homogenasi dan raw mix, dimana pada proses ini tahap penggilingan dan pencampuran dilakukan secara kering (kadar air ± 1% di dalam rotary kiln). Proses ini menggunakan umpan kering untuk tahap pembakaran dalam suspension preheater dan rotary kiln. Tahap-tahap prosesnya sebagai berikut :

a.       Drying                         : terjadi dalam suspension preheater dengan kadar air 1%                                           menjadi 0%.

b.      Calcinations                : terjadi dalam suspension preheater dan rotary kiln.

c.       Sintering dan reaction : terjadi dalam rotary kiln.

Keuntungan dari proses kering adalah kiln yang digunakan panjangnya relatif lebih pendek dan diameternya lebih kecil. Selain itu pemakaian panas dan bahan bakar lebih efisien. Kerugian proses kering juga adalah debu yang ditimbulkan relatif banyak dan homogenitas campuran kurang bagus.

IV.2.2   Deskripsi Proses

            Secara garis besar proses pembuatan semen di PT Indocement Tunggal Prakarsa Tbk. dibagi dalam beberapa tahap:

1.      Unit Penambangan dan Penyediaan Bahan Baku (Mining Unit)

2.      Unit Pengeringan dan Penggilingan Bahan Baku (Raw Mill Unit)

3.      Unit Pembakaran Bahan Baku dan Pendinginan Klinker (Kiln Unit)

4.      Unit Penggilingan Akhir (Cement Mill Unit)

5.      Unit Pengantongan Semen (Packing Unit)

6.      Unit Pengeringan dan Penggilingan Batubara (Coal Mill Unit)

IV.2.2.1      Unit Penambangan dan Penyediaan Bahan Baku

a.         Penambangan Batu Kapur (Limestone)

            Kebutuhan batu kapur untuk produksi semen di PT Indocement Tunggal Prakarsa Tbk. rata-rata 45.000 ton/hari. Kebutuhan ini dipenuhi dengan cara melakukan penambangan di Quarry D yang berjarak kurang lebih 7 km dari lokasi pabrik. Karena batu kapur merupakan batuan yang keras, maka diperlukan peledakan untuk melepaskan batuan induknya.

            Kegiatan penambangan meliputi proses pembersihan (clearing), pengeboran (drilling), peledakan (blasting), pemuatan dan pengangkutan (loading and hauling), penghancuran (crushing), pengiriman (conveying). Ketika melakukan drilling ada tiga hal yang harus diperhatikan yaitu burden and spacing, serta bench height. Ketiga hal tersebut ialah pola yang harus dibuat agar proses blasting nantinya dapat lebih optimal. Pada proses blasting terdapat 3 hal utama yang harus diperhatikan yaitu:

1)      Explosive, ledakan yang dilakukan menggunakan bahan peledak yang memiliki komposisi power gel (1-2%) dan ANFO atau Ammonium Nitrate Fuel Oil (98-99%)

2)      Detonator atau pemicu ledakan. Jenis detonator yang digunakan adalah electrical delay detonator. Sistem delay yang digunakan bertujuan untuk meminimalisir getaran ledakan dan juga dapat menghasilkan hasil pecahan yang lebih kecil jika dibandingkan dengan blasting tanpa sistem delay

3)      Blasting ratio, dalam proses blasting harus diperhitungkan jumlah bahan peledak dengan bahan baku yang akan diledakan. Blasting ratio yang digunakan sebesar 0,165 kg bahan peledak per 1 ton bahan baku yang akan dihancurkan.

Proses crushing dilakukan dengan menggunakan 3 jenis crusher yaitu Jaw Crusher, Single Shaft Hammer Crusher, dan Double Shaft Crusher. Limestone dihancurkan hingga berukuran sekitar 70 mm. Selanjutnya bahan baku dibawa dengan menggunakan Belt Conveyor sepanjang 12 km sampai di Intermediate Storage.

b.        Penambangan Tanah Liat (sandy clay)

            Penambangan sandy clay dilakukan oleh PT Indocement Tunggal Prakarsa Tbk. di Hambalang. Hal ini disebabkan oleh ketersediaan bahan baku tersebut di daerah Hambalang yang letaknya tidak jauh dari lokasi pabrik. Tahap-tahap penambangan meliputi proses pembongkaran batuan (loosening) menggunakan alat bor (bulldozer) dan peledak, pemuatan (loading) menggunakan wheel loader, pengangkutan (conveying) bahan baku dari lokasi penambangan ke dalam alat penghacur menggunakan dump truck, pengecilan ukuran (size reduction) menggunakan roll cruscher dan pengiriman bahan baku menggunakan belt conveyor.

c.         Material Storage

            Untuk plant 11, material storage terbagi menjadi 3 storage yaitu limestone storage, sand dan iron ore storage yang menjadi satu storage, dan yang terakhir adalah sandy clay storage.

            Jenis storage yang digunakan untuk limestone adalah circular storage. Circular storage yaitu stacking material dengan metode cevron yang dilakukan secara kontinyu dan mempunyai dasar melingkar dengan satu pile ditumpuk secara kontinu pada satu ujung dan ditarik pada ujung lainnya.

            Sedangkan untuk sandy iron ore dan sandy clay storage menggunakan tipe longitudinal storage. Cara pembentukan longitudinal storage yaitu pile dibentuk dengan menumpuk material pada satu cone dari satu posisi yang tetap, ketika pile konis ini sudah penuh, penumpukan material pindah ke posisi yang baru dan cone yang baru dibentuk berdekatan dengan cone sebelumnya. Proses ini berlanjut dalam arah longitudinal storage sampai stockpile penuh.

            Jenis circular storage lebih efisien karena untuk reclaiming dan stacking hanya menggunakan satu motor yang terpusat di satu titik sedangkan untuk longitudinal storage reclaimer dan stacker menggunakan motor penggeraknya masing-masing sehingga untuk satu unit longitudinal storage menggunakan dua motor yang menyerap energi lebih besar untuk penggerak motornya.

            Selain digunakan untuk menyimpan bahan baku dari mining, material storage juga berfungsi untuk prehomogenisasi. Prehomogenisasi adalah suatu mekanisme atau proses yang bertujuan untuk menghomogenkan komposisi kimia dan kehalusan bahan baku setelah diambil dari tambang dan dipecah (crushing) sehingga berukuran tertentu. Prehomogenisasi ini dilakukan oleh stacker dan reclaimer yang ada di masing-masing storage.

            Selanjutnya setelah reclaiming bahan baku dibawa menuju ke masing-masing hopper dengan menggunakan apron feeder dan belt conveyor. Sebelum sampai pada hopper bahan baku akan melalui magnetic separator yang berfungsi untuk mengambil impurities berupa metal yang terbawa oleh bahan baku. Pada hopper terdapat vibrator dan air coch yang berfungsi untuk meluruhkan material yang menempel pada dinding hopper, dimana vibrator bekerja dengan cara memberikan getaran pada dinding hopper sedangkan air coch bekerja dengan cara menembakkan udara sehingga material terlepas dari dinding hopper.

Kemudian bahan baku dibawa dari masing-masing hopper dengan menggunakan apron feeder, weighning feeder dan belt conveyor. Weighning feeder berfungsi untuk mengukur berat masing-masing bahan baku agar sesuai dengan yang diinginkan. Jika berat bahan baku kurang dari yang diinginkan, maka weighing feeder secara otomatis akan mengirim sinyal ke apron feeder sehingga apron feeder akan mempercepat laju pengiriman bahan baku hingga sesuai dengan berat yang diinginkan.

Seluruh bahan baku yang telah sesuai dengan berat yang ditentukan akan dibawa dengan belt conveyor yang sama menuju ke raw mill melalui magnetic separator dan metal detector. Metal detector berfungsi untuk mendeteksi logam yang lolos dari magnetic separator. Setelah metal detector mendeteksi logam, flat dumper akan terbuka sehingga logam tersebut akan terbuang keluar. Material logam sangat dihindari untuk masuk ke dalam proses pembuatan semen karena dapat menimbulkan kerusakan alat.

IV.2.2.2      Unit Pengeringan dan Penggilingan Bahan Baku (Raw Mill Unit)

            Raw mill merupakan tempat berlangsungnya proses penggilingan material mentah menjadi bahan baku semen yang nantinya akan diumpankan ke dalam rotary kiln. Jenis raw mill yang digunakan pada plant 11 adalah vertical raw mill, dimana pada raw mill jenis ini proses grinding dan separating dilakukan didalam satu alat yang sama.

            Pada unit ini bahan baku mengalami empat proses yaitu:

1.        Pengeringan bahan baku (drying)

     Pengeringan bahan baku dilakukan hingga kadar air pada bahan baku berkurang dari 9,5% menjadi 0,5-1%.

2.      Pengecilan ukuran bahan baku(grinding)

                        Bahan baku masuk yang berukuran 30 mm digerus hingga berukuran 170 mesh (90 mikron) dengan residu kurang dari 12% sehingga diperoleh material yang lebih halus dengan luas permukaan besar yang berpengaruh pada keefektifan reaksi di kiln.

3.      Pemisahan (separting)

Pemisahan bahan baku dilakukan antara bahan baku yang sudah halus dan bahan baku yang masih kasar, sehingga jika masih ada bahan baku yang kasar akan dibawa menuju griniding proses untuk digerus kembali

4.      Pengangkutan (conveying)

Seluruh material didalam material yang berada didalam vertical raw mill dapat bergerak dari grinding chamber menuju ke separator dan electrostatic precipitation (EP) karena adanya daya hisap dari electrostatic precipitation fan.

            Tabel II.1 Reaksi di Suspension Preheater

Suhu (oC)	Proses	Reaksi Kimia
100-200 oC	Penguapan air bebas	H2O(l)àH2O(g)
500-600 oC	Penguapan hidrat terikat	Al2O3. 2SiO2. 2H2O à Al2O3. 2SiO2 + 2H2O(g)
600-800 oC	Penguraian karbonat	CaCO3àCaO +CO2 MgCO3àMgO +CO2
800-900 oC	Pembentukan C2S sebagian	2CaO + SiO2à 2CaO. SiO2

Bahan baku yang masuk ke dalam vertical raw mill akan dijatuhkan ke pusat meja bundar (table) yang berputar dan tergilas oleh dua pasangan roller yang ditekan dengan silinder hidraulik. Selama proses penggilingan berlangsung, bahan baku juga mengalami proses pengeringan. Bahan baku dikeringkan dengan menggunakan udara panas yang dialirkan dari bagian bawah ruang penggilingan (grinding chamber). Udara panas tersebut berasal dari suspension preheater (SP). Namun untuk plant yang baru berjalan, karena belum ada aliran udara panas dari suspension preheater maka udara panas didapatkan dari hot gas generator. Hot gas generator hanya digunakan diawal karena biaya bahan bakar hot gas generator cenderung lebih mahal.

            Udara panas dialirkan dari suspension preheater menuju vertical raw mill melalui dustbin collector dan gas conditioning tower. Pada dustbin collector terjadi pemisahan antara udara panas dari suspension preheater dan material yang ikut terbawa, dimana material akan dikeluarkan melalui rotary feeder dan dijatuhkan ke bucket elevator untuk selanjutnya dibawa sebagai kiln feed sedangkan gas panas akan diteruskan menuju ke gas conditioning tower.

Udara panas dari suspension preheater yang bersuhu sekitar 380˚C dikondisikan di dalam gas conditioning tower menjadi 280 ˚C sebelum masuk ke vertical raw mill agar tidak terlalu tinggi karena akan mempengaruhi kinerja dari electrostatic precipitation (EP). Gas conditioning tower memiliki nozzle yang berfungsi untuk menyemprotkan air sehingga suhu udara menjadi lebih dingin.

            Bahan baku yang telah digilling di meja penggiling dihisap oleh Electrostatic Precipitator (EP) fan menuju separator. Disini material hasil penggilingan yang masih kasar akan dipisahkan oleh separator dan dijatuhkan kembali ke meja penggilingan, sedangkan material yang sudah halus akan terhisap oleh Electrostatic Precipitator (EP) fan. Bahan baku yang terlempar dari meja penggilingan karena gaya sentrifugal dikumpulkan dan dijatuhkan ke bucket elevator yang akan membawa material ke vertical raw mill melalui saluran masuk untuk dijatuhkan dan digiling kembali.

            Electrostatic precipitator berfungsi untuk menangkap debu atau material halus yang terbawa dalam udara sehingga udara yang dibuang ke lingkungan bersih dari debu. Electrostatic Precipitator (EP) bekerja dengan cara collecting, emitting, dan rapping. Di dalam Electrostatic Precipitator (EP) terdapat dua jenis plat emitiing plat dan collecting plat. Emitting plat dialiri listrik dengan tegangan sebesar 8000 V dan berfungsi untuk memberikan muatan negatif kepada material halus yang terbawa oleh udara. Material yang bermuatan negatif tersebut selanjutnya akan menempel pada collecting plat bermuatan positif. Dalam jangka waktu tertentu collecting plat akan dipukul dengan hammer sehingga material halus yang menempel akan jatuh ke dalam hopper.

            Suhu material yang masuk dijaga sekitar 120˚C agar electrostatic precipitator dapat bekerja secara optimal. Jika suhu terlalu panas resistivitas material akan semakin tinggi sehingga menjadi lebih sulit untuk diberikan muatan negatif, sedangkan jika suhu terlalu rendah dapat menyebabkan tingkat moisture dalam material naik yang selanjutnya dapat menimbulkan sparkling atau konslet didalam electrostatic precipitator. Oleh karena itu udara panas pada proses drying yang berasal dari suspension preheater perlu dikondisikan terlebih dahulu di dalam gas conditioning tower.

            Selain mengatur suhu material yang masuk, aliran menuju electrostatic precipitator buat bercabang dengan tujuan agar material yang masuk tidak menumpuk disatu titik, karena penumpukan material dapat menyebabkan kinerja electrostatic precipitator menjadi kurang maksimal.

Udara yang telah bersih akan dikeluarkan melalui cerobong (chimney). Sedangkan material halus yang masuk ke dalam hopper akan dikeluarkan melalui ke rotary feeder yang berfungsi untuk menjaga kontinuitas material agar tidak terjadi penumpukan pada material yang keluar sehingga dapat mengurangi beban kerja screw conveyor. Pada hopper material cenderung bersifat kohesif dengan dinding hopper sehingga dipasang vibrator dan compressor yang berfungsi untuk meluruhkan material yang menempel pada dinding hopper. Selanjutnya dari rotary feeder, material dibawa oleh screw conveyor dan air slide menuju bucket elevator dan dialirkan ke blending silo.

IV.2.2.3      Unit Pembakaran Bahan Baku dan Pendinginan Klinker (Kiln Unit)

            Pada proses pembakaran ini akan terjadi reaksi kimia antara batu kapur, silika, tanah liat, dan pasir besi membentuk klinker dengan kandungan C₂S, C₃S, C₃A, dan C₄AF. Proses pembakaran meliputi tahapan: 

1.      Tahap Homogenisasi

            Proses ini terjadi di dalam blending silo dengan menggunakan bantuan udara bertekanan tinggi dari dasar silo. Tujuan homogenisasi adalah untuk menghomogenkan campuran tepung baku, sehingga diharapkan tidak akan terjadi kesulitan pada saat operasi di kiln. Keuntungan tahapan ini adalah:

a.       Mutu klinker lebih baik dan seragam

b.      Penghematan bahan bakar

c.       Proses pembakaran lebih stabil dalam kurun waktu yang lama

d.      Terjadinya coating (tepung baku yang meleleh, bereaksi dan melekat pada bata tahan api) sehingga bata tahan apinya dapat bertahan lama.

            Pada plant 11 terdapat dua buah blending silo dengan kapasitas masing- masing 27.000 ton. Material masuk melalui air slide yang kemudian disebar ke enam buah saluran yang berada di atas silo. Di dasar silo, material terfluidisasi oleh udara, masuk ke dalam silo outlet secara bergantian dan secara otomatis dialirkan ke ruang blending. Material jatuh ke air slide dan dari bawah dialirkan udara yang bertekanan tinggi sehingga material terangkat dan saling berhamburan hingga terhomogenisasi.

2.      Tahap Pembentukan Klinker

Proses pembentukan klinker tidak seluruhnya terjadi dalam rotary kiln,tetapi juga berlangsung dalamsuspension preheater (SP). Di dalam SP, material atau raw meal mengalami pemanasan awal dan proses kalsinasi awal. Kalsinasi awal bertujuan untuk menaikkan derajat kalsinasi material sebelum masuk kiln karena proses kalsinasi membutuhkan energi yang besar sehingga beban panas kiln berkurang. Kalsinasi atau reaksi dekomposisi karbonat adalah reaksi pemecahan senyawa karbonat (CaCO₃) menjadi CaO dan CO₂, dimana CaO adalah komponen utama dalam semen dan CO₂akan dilepaskan. Reaksi dekomposisi karbonat adalah :

CaCO₃(s)                                 CaO(s)  +  CO₂(g) 

                                                panas

Proses perpindahan panas yang terjadi di SP terjadi secara konveksi, dimana panas yang diperlukan untuk reaksi dekomposisi diperoleh dari pembakaran yang terjadi di SP, gas buang rotary kiln, dan gas panas hasil pendinginan clinker di grate cooler. Sistem dengan udara pembakaran untuk precalsiner didapat dari grate cooler  melalui tertiery air duct (TAD) disebut tertiery air. Proses prekalsinasi terjadi pada suhu tinggi yaitu sekitar 800˚-900˚C. Metode perpindahan panas pada SP terbagi menjadi dua:

1)      Transfer panas aliran searah (co-current)

Jika dilihat per bagian transfernya, aliran gas dan material terjadi secara co-current

2)      Transfer panas aliran berlawanan arah (counter current)

Bila dilihat secara keseluruhan arah aliran gas dengan material terjadi berlawanan arah, dimana material masuk dari SP bagian atas dan gas panas masuk dari cyclone terbawah

            Raw meal yang berada di blending silo dialirkan oleh air slide dan bucket elevator menuju ke SP. Pada plant 11, SP yang digunakan adalah jenis ILC (In-Line Calciner) dan SLC (Separate Line Calciner), dimana ILC sebagai alat utama yang dapat bekerja sendiri tanpa SLC sedangkan SLC sebagai alat pendukung yang tidak dapat bekerja sendiri tanpa ILC. Selain itu perbedaan antara ILC dan SLC terdapat pada sumber udara panas yang dipakai, dimana pada ILC gas panas yang digunakan berasal dari hasil pembakaran coal di precalsiner, gas buang rotary kiln dan sebagian kecil dari gas panas hasil pendinginan clinker di grate cooler. Gas panas dari grate cooler berfungsi sebagai suplai O₂ untuk pembakaran yang terjadi di precalsiner. Sedangkan pada SLC gas panas yang digunakan sepenuhnya berasal dari gas panas hasil pendinginan clinker di grate cooler dan hasil pembakaran coal di precalsiner.

Satu rangkaian ILC dan SLC masing-masing terdiri dari lima buah cyclone dan precalsiner. Raw meal masuk ke dalam SP melalui saluran penghubung (connecting duct) antara cyclone 1 dan 2, sedangkan udara panas mengalir berlawanan arah dengan umpan. Udara panas tersebut berfungsi untuk mengurangi kadar moisture yang ada didalam tepung baku. Dengan adanya susunan cyclone di SP, maka tepung baku mengalami pemanasan sepanjang tingkatan di cyclone. Karena aliran gas panas dari cyclone 2, maka material yang berada di saluran antara cyclone 1 dan 2 terbawa menuju cyclone 1. Di dalam cyclone 1 material bersama udara panas akan mengalami gaya sentrifugal kemudian material akan terpisah dengan udara panas karena adanya gaya sentrifugal kemudian material akan turun karena adanya gaya gravitasi sedangkan udara panas akan terhisap oleh fan. Material akan turun ke connecting duct antara cyclone 2 dan 3 karena ada aliran gas panas dari cyclone 3, maka material akan masuk ke cyclone 2. Pada cyclone 2 terjadi pemisahan material dengan gas panas sehingga material akan jatuh ke connecting duct antara cyclone 3 dan 4, sedangkan gas panas akan naik. Hal yang sama terjadi pada cyclone 3 dan 4, material yang jatuh pada cyclone 4 masuk ke dalam precalciner ILC sebelum masuk ke cyclone 5. Pada precalciner ILC proses prekalsinasi terjadi 78-80% sedangkan pada precalsiner SLC proses kalsinasi dapat berlangsung hingga 90%.

Untuk memaksimalkan proses prekalsinasi di SP, dipasang 4 buah burner di precalciner dimana burner menghasilkan gas panas tambahan. Selanjutnya karena aliran gas panas yang ada pada precalsiner ILC, material masuk ke cyclone 5. Material dari cyclone 5 sebagian akan masuk ke dalam kiln inlet hood dan sebagian lagi dibawa menuju precalsiner SLC, sedangkan gas panas keluar menuju cyclone 4. Material yang keluar dari cyclone 5 menuju ke kiln inlet hood akan dikalsinasi lebih lanjut di kiln. Sedangkan material yang menuju ke precalsiner SLC akan dikalsinasi kembali, kemudian material masuk ke dalam cyclone 5 pada line SLC. Kemudian dari cyclone 5 material masuk ke kiln inlet hood. Berikut ini keuntungan yang didapat dengan menggunakan SP:

a.       Mengurangi beban kerja di kiln, sehingga umur bata tahan api lebih panjang

b.      Gas panas yang keluar dari SP dapat digunakan kembali untuk pemanasan di raw mill dan coal mill

c.       Penghematan bahan bakar

d.      Diameter dan panjang kiln lebih kecil sehingga mengurangi penggunaan bata tahan api di burning zone, karena sebagian pembakaran di burning zone telah dilakukan oleh precalciner.

e.       Waktu tinggal material didalam kiln lebih cepat

Tahap berikutnya adalah pembakaran raw meal di dalam rotary kiln. Kiln berfungsi sebagai reaktor kimia atau tempat terjadinya reaksi pembentukan klinker dan sebagai alat transportasi. Disinilah terjadi proses kalsinasi lanjutan dan sintering atau pembentukan mineral-mineral pembentuk semen, yaitu C₂S, C₃S, C₃A, dan C₄AF. Berbeda dengan SP, perpindahan panas yang paling berperan dalam rotary kiln terjadi secara radiasi. Kontak antara material dan gas panas berlangsung secara counter current, sehingga menyebabkan perubahan fisik dan kimia dari material sepanjang kiln.

Tepung baku yang telah melalui SP masuk ke rotary kiln pada suhu 800˚-900˚C. Di dalam kiln, raw meal  akan mengalami berbagai macam proses sesuai dengan zona yang ada di kiln itu sendiri. Kiln dibagi menjadi 6 zona pembakaran, yaitu

1)      Calcination zone

Pada zona ini terjadi proses kalsinasi lanjutan yang bertujuan untuk menguraikan senyawa karbonat yang belum terkalsinasi di SP hingga terurai sempurna.

2)      Safety zone

Zona ini bertujuan untuk memastikan seluruh senyawa karbonat sudah terurai sempurna menjadi CaO.

3)      Upper transition zone

Raw meal mengalami persiapan pembakaran dengan sebagian material mengalami perubahan fasa menjadi cair yang berfungsi sebagai pengikat pada reaksi pembakaran dan proses sintering. Di zona ini material sepenuhnya akan berubah menjadi fase cair dan memiliki temperatur mencapai 900˚-1200˚C. Selain itu, sebagian besar pembentukan C₂S dan pembentukan awal C₃S terjadi di zona ini.

4)      Burning zone

Suhu pada zona ini berkisar antara 1200˚-1450˚C, dimana pada suhu ini fasa seluruh material akan berubah menjadi fasa cair. Pada zona ini terjadi pembentukan C₂S, C₃S, C₃A, dan C₄AF.

5)      Lower trasition zone

Zona ini merupakan lanjutan dari burning zone dimana pembentukan sebagian mineral seperti C₂S dan C₃S masih berlangsung.

6)      Cooling zone

Material mengalami penurunan suhu menjadi 1200˚C. Pendinginan pada zona ini dilakukan secara cepat agar C₃S tidak kembali menjadi C₂S. Untuk mendukung hal tersebut cooling zone dibuat sependek mungkin agar C₃S tidak kembali terurai dimana panjang pendeknya zona ini berkaitan dengan panjang lidah api yang keluar dari burner.

Reaksi pembentukan klinker dapat dilihat pada Tabel 2.2.

Tabel II.2 Reaksi di Rotary Kiln

Suhu (oC)	Proses	Reaksi Kimia
800-900 oC	Pembentukan C2S sebagian	2CaO + SiO2à 2CaO. SiO2
600-1000 oC	Dekomposisi limer (penguraian karbonat). Pembentukan C2S Pembentukan C3A	CaCO3à CaO + CO2 CaO + SiO2à CaO. SiO2 CaO + Al2O3à CaO. Al2O3
800-1300 oC	Pembentukan C2S Pembentukan C3S Pembentukan C3A Pembentukan C4AF	CaO. SiO2 + CaO à 2CaO. SiO2 3CaO + SiO2à 3CaO. SiO2 CaO. Al2O3 + 2CaO à3CaO. Al2O3 CaO. Al2O3 + CaO + Fe2O3à4CaO. Al2O3. Fe2O3
1250-1450 oC	Sintering	2CaO. SiO2 + CaO à 3CaO. SiO2
1450-1240 oC	Pendinginan	Kristalisasi aluminat dan ferit

Panas didalam proses ini didapatkan dari bahan bakar batu bara yang dialirkan ke alat pembakar atau burner yang terletak di ujung pengeluaran kiln. Udara yang digunakan untuk pembakaran batu bara 15-20% menggunakan  primary air dan sisanya menggunakan secondary air, dimana primary air dihembuskan oleh primary fan dan secondary air yang berasal dari grate cooler. Penggunaan secondary air lebih banyak menggunakan karena secondary air mengalami perpindahan panas hasil pendinginan klinker di grate cooler sehingga suhunya lebih panas dibandingkan suhu primary air. Udara dengan suhu yang tinggi tersebut akan membantu mempercepat proses pembakaran bahan bakar (coal) dibandingkan udara yang berasal dari primary fan. Sementara hasil pembakaran berupa gas panas yang keluar klin digunakan untuk membantu pemanasan di SP, raw mill dan coal mill

Burner dari bagian dalam hingga terluar terdiri dari oil, ceiling spot, radial, coal, axial, dan castable. Bahan bakar pada burner terdiri dari dua jenis yaitu oil dan coal, dimana oil hanya digunakan pada saat awal penyalaan (firing) burner dan selanjutnya akan digunakan coal untuk bahan bakar selama kiln berjalan. Radial berfungsi untuk mengatur lebar sempitnya lidah api sedangkan axial berfungsi untuk mengatur panjang pendeknya api. Kedua komponen tersebut dipengaruhi oleh kandungan O₂ dari primary air dan secondary air. Semakin banyak O₂ maka api yang dihasilkan akan semakin lebar dan pendek tetapi kuat dan stabil, sedangkan jika kandungan O₂ sedikit maka api yang dihasilkan akan semakin sempit dan panjang. Kurangnya kandungan O₂ pada proses pembakaran juga dapat menyebabkan pembakaran tidak sempurna. Castable pada burner berfungsi sebagai isolator.

Karena proses pembentukan klinker di dalam rotary kiln berlangsung pada temperatur yang sangat tinggi, maka dinding rotary kiln harus dilapisi dengan bata tahan api untuk melindungi shell tube akibat nyala api, gas panas dan material panas, mengurangi beban rotary kiln dan berfungsi sebagai isolator panas, sehingga dapat mengurangi kehilangan panas akibat radiasi dan konveksi. Pada kiln setidaknya ada tiga jenis bata yang digunakan yaitu bata alumina, bata magnesia, dan bata silika. Ketiga bata tersebut memiliki fungsi yang berbeda seperti bata alumina yaitu bata yang tahan terhadap material yang mengandung chemical, bata magnesia yaitu bata yang tahan pada temperatur tinggi, dan bata silika yaitu bata tahan abrasif. Ketiga bata tersebut ditempatkan di zona yang sesuai dengan sifat bata tersebut seperti, bata alumina pada calsination zone, bata magnesia pada burning zone, dan bata silika pada cooling zone.

Proses pembakaran dalam kiln dapat mengakibatkan terbentuknya coating yaitu padatan yang melekat pada bata tahan api. Padatan tersebut terbentuk karena kandungan sulfur dari bahan bakar (coal) yang beraksi dengan alkali dan chlorine yang terdapat di dalam raw meal. Coating dalam jumlah yang tepat dapat menguntungkan karena dapat membuat umur bata tahan api lebih lama tetapi coating dalam jumlah yang berlebih dapat mengakibatkan penyempitan jalur material dan menyerap panas sehingga kualitas klinker menurun. Selain karena adanya kandungan sulfur dan alkali, pembentukan coating juga dipengaruhi kandungan O₂ suhu dan kiln speed.

Pada kiln inlet hood terdapat gas analyser berfungsi untuk mengecek komposisi O₂, CO, dan NO_X dalam kiln. Ketiga komponen tersebut harus dijaga karena dapat mempengaruhi kualitas klinker itu sendiri. Kandungan O₂ yang diharapkan berlebih (Excess) sebesar 2,5% agar menghasilkan pembakaran yang sempurna dan beraksi dengan sulfur (SO4) membentuk CaSO4 yang selanjutnya dapat mengurangi penggunaan gypsum. Namun jika kandungan O₂ rendah maka dapat menyebabkan pembakaran tidak sempurna yang menghasilkan CO dan membentuk coating secara berlebih. Pembentukan coating tersebut disebabkan karena rendahnya O₂ sehingga SO₄ akan beraksi dengan alkali. Sedangkan NO_X dijaga agar yang terbentuk kurang dari 1200 ppm. Bila jumlah NO_X terlalu tinggi, maka panas yang terbentuk menjadi overheat dan dapat menyebabkan redspot. Salah satu cara pengendaliannya adalah dengan menurunkan baham bakar di SP atau kiln. Tetapi, bila jumlah NO_X terlalu rendah dapat mengindikasikan bahwa pembakaran dalam kiln tidak mencapai suhu operasi yang seharusnya, sehingga harus ditambahkan bahan bakar bila oksigen mencukupi.

3.      Tahap Pendinginan Klinker

            Setelah mengalami proses pembentukan klinker dari rotary kiln, klinker didinginkan terlebih dahulu dengan tujuan:

a.       Menjaga keawetan peralatan transport dan penyimpanan karena clinker masih bertemperatur tinggi.

b.      Menghindari terurainya C₃S menjadi C₂S

c.       Klinker yang panas dapat menyebabkan peruraian gypsum yang ditambahkan pada penggilingan akhir.

d.      Menghindari terbentuknya kristal periclase, yang akan menurunkan kualitas semen.

e.       Membentuk kristal amorf yang mudah untuk dihancurkan

            Klinker yang keluar dari rotary kiln didinginkan secara cepat atau disebut juga proses quenching. Laju pendinginan klinker mempengaruhi perbandingan antara kristal dan fase cair klinker. Pendinginan yang lambat mendorong pertumbuhan mineral klinker, oleh karena itu pendinginan klinker dilakukan secara tiba-tiba dari suhu ±1450^oC menjadi 120^oC. Tujuan quenching yaitu untuk mencegah terjadinya reaksi inversi C₃S

3CaO.SiO₃(s)                          2CaO.SiO₂(s) + CaO(s)

            Proses pendinginan klinker di P-11 dilakukan dengan grate cooler atau Air Quenching Cooler (AQC). Hamparan klinker yang mengalir sepanjang grate cooler digerakkan dengan system hidrolis. Udara pendingin dihembuskan dari bawah grate dengan menggunakan cooling fan menembus hamparan klinker. Jenis grate cooler yang digunakan adalah controlled flow grate (CFG) dimana udara dari cooling fan masuk ke dalam cooling air chamber, kemudian udara mengalir melalui flexible host menuju ke setiap grate plate sehingga udara yang mengalir lebih merata. Grate terbagi menjadi 3 bagian, dimana diantara grate 2 dan grate 3 terdapat roller crusher yang berfungsi untuk menghancurkan klinker yang berukuran besar.

Keuntungan menggunakan grate cooler

a.       Kapasitas klinker yang didinginkan lebih besar

b.      Suhu klinker yang dihasilkan cukup rendah

c.       Dapat menyediakan udara tertier untuk pembakaran di precalsiner

Selain berfungsi untuk pendinginan klinker, grate cooler juga memiliki peran penting yaitu menyuplai udara di kiln dan SP untuk memenuhi kebutuhan panas dan oksigen (O₂). Udara hasil pendinginan dibagi menjadi secondary air, tertiery air dan gas buang. Secondary air dimanfaatkan untuk pembakaran di kiln sedangkan tertiery air dimanfaatkan untuk pembakaran di SP. Sedangkan gas buang setelah melewati Electrostatic Precipitator (EP) dikeluarkan melalui chimney.

Selama proses pendinginan di grate cooler, klinker yang jatuh lolos dari grate plate akan diangkut dengan menggunakan drag chain untuk digabungkan dengan klinker hasil pendinginan grate cooler. Klinker masuk ke apron conveyor bergabung dengan klinker yang berasal dari EP, kemudian diangkut menuju ke klinker silo.

Parameter penting dalam pengoperasian grate cooler adalah ketinggian clinker bed dan speed grate. Clinker bed yang terlalu tinggi akan menghambat masuknya udara pendingin, sehingga mengakibatkan tingginya suhu klinker. Suhu klinker yang tinggi dapat menyebabkan terurainya C₃S menjadi C₂S. Selain itu, castable pada grate akan cepat rusak. Sedangkan jika clinker bed terlalu rendah dapat menyebabkan meningkatnya kebutuhan bahan bakar karena udara yang masuk ke dalam cooler menjadi lebih banyak dan berada pada suhu yang cenderung dingin, dimana udara tersebut selanjutnya digunakan sebagai secondary air dan tertiery air yang membantu proses pemanasan. Rendahnya clinker bed juga dapat membuat clinker yang ada terbawa oleh udara dari cooling fan menuju ke kiln dan menyebabkan operasi menjadi lebih dusty. Selain itu clinker bed yang terlalu rendah juga dapat menyebabkan red river yaitu lapisan tipis klinker yang sangat panas diatas lapisan clinker normal yang mengalir lebih cepat ke cooler discharge end sehingga struktur klinker yang keluar tidak bagus.

IV.2.2.4      Unit Penggilingan Akhir (Cement Mill Unit)

            Tujuan dari finish mill adalah untuk menghasilkan semen dengan tingkat kehalusan tertentu dengan cara menggiling campuran klinker, gypsum, dan bahan aditif lainnya dengan perbandingan tertentu. Kehalusan semen adalah salah satu faktor penentu utama dari semen yang dihasilkan. Kehalusan semen akan mempengaruhi kuat tekan awal yang tinggi dan peningkatan kuat tekan beton pada tahap berikutnya.

            Klinker dari silo penyimpanan dimasukkan ke dalam hopper. Kemudian dari hopper klinker dibawa menuju ke pregrinding mill menggunakan belt conveyor dan ditentukan proporsinya menggunakan weighning feeder. Selain itu, limestone dan bahan aditif lainnya juga dibawa menuju pregrinding mill melalui weighing feeder menggunakan belt conveyor. Ketiga material tersebut akan bercampur di belt conveyor yang menuju ke pregrinding mill. Sebelum masuk ke dalam pregrinding mill material akan melalui magnetic separator dan metal detector yang berfungsi untuk memisahkan material dengan impurities seperti logam.

Di dalam pregrinding, material mengalami proses grinding yang sama seperti pada vertical raw mill. Namun, pada finish mill separator berada terpisah dari pregrinding. Selanjutnya material dibawa menuju ke fluidized separator menggunakan bucket lift. Di dalam fluidized separator material terpisah menjadi 3, yaitu material yang halus, material yang agak kasar dan material yang masih kasar. Material yang halus akan terhisap oleh mill fan menuju ke O-sepa separator, material yang agak kasar akan dibawa menuju tube mill, sedangkan material yang kasar akan terjatuh dan dibawa kembali ke pregrinding.

Gypsum sebagai bahan tambahan dibawa dari storage menuju ke hopper dengan belt conveyor. Kemudian setelah diatur oleh weighing feeder, gypsum dimasukkan ke cement mill bersama material yang telah melalui proses grinding dan separating. Gypsum yang ditambahkan sebanyak 2% dari berat klinker.

Jenis cement mill yang digunakan adalah tube mill yang terdiri dari dua chamber yang dibatasi oleh compartement atau chamber. Pada chamber I terjadi penghancuran atau penumbukan (impact) sedangkan chamber II terjadi penggerusan atau penghancuran. Di dalam chamber tersebut material digiling dengan menggunakan steel ball. Berdasarkan fungsi dari masing-masing chamber memiliki diameter steel ball yang berbeda, dimana pada chamber 1 diameter steel ball yang digunakan lebih besar dibandingkan chamber 2.           Filling degree ball mill sebesar 27-30%. Dinding shell dilapisi dengan liner yang berfungsi mengarahkan gerakan steel ball dan melindungi shell. Setiap chamber memiliki jenis liner yang berbeda, yaitu lifting liner dan classifiying liner. Lifting liner yang berada pada chamber 1 berfungsi untuk mengangkat steel ball sehingga menghasilkan efek tumbukan pada material. Sedangkan tipe liner pada chamber 2 adalah classifiying liner yang berfungsi untuk mengangkat steel ball dan menghasilkan efek penggerusan pada material serta mengklasifikasikan steel ball sesuai dengan ukurannya.

Adanya putaran mill akan menyebabkan benturan antara steel ball dengan material, sehingga material dapat hancur dan halus. Tumbukan tersebut juga dapat mengakibatkan temperatur dalam tube mill menjadi tinggi. Selain itu panas dari klinker yang masuk ke dalam tube mill juga turut mendukung naiknya temperatur dalam tube mill terutama dalam pembuatan semen jenis OPC, dimana komposisi klinker yang dicampurkan sebanyak 90-92%. Sedangkan temperatur dalam alat ini tidak boleh lebih dari 120^oC karena gypsum dapat kehilangan kristal airnya sehingga tidak dapat berfungsi sebagai retarder dan semen yang dihasilkan akan mengalami proses pengerasan yang lebih cepat. Selain itu suhu yang terlalu tinggi di dalam tube mill juga dapat mengakibatkan timbulnya coating pada steel ball. Oleh karena itu untuk menjaga gypsum agar tidak cepat rusak dan mencegah timbulnya coating dalam pembuatan semen jenis OPC damper O-sepa separator dibuka agar udara dari luar dapat masuk dan terjadi perpindahan panas dari panas akibat klinker dan tumbukan ke fresh air sehingga temperatur di dalam tube mill tidak terlalu panas.

Dalam pembuatan semen jenis PCC, komposisi klinker yang digunakan tidak sebanyak semen OPC yaitu 68-70%. Untuk tetap menjaga kualitas semen dengan komposisi klinker yang lebih kecil, maka perlu ditambahkan bahan aditif yang dapat mensubstitusi kegunaan dari klinker yaitu trass. Namun, trass memiliki moisture content yang cukup tinggi sebesar 15-18% sedangkan moisture content yang terlalu tinggi tidak diharapkan dalam proses penggilingan karena akan meningkatkan kebutuhan energi. Untuk mencegah keadaan yang lembab dalam tube mill maka dibutuhkan udara panas yang berfungsi untuk menurunkan moisture content dalam trass. Kebutuhan udara panas tersebut disuplai dari udara panas hasil pendinginan klinker di grate cooler yang telah melalui electrostatic precipitator.

Untuk meningkatkan efisiensi penggilingan, maka ditambahkan cement grinding aid (CGA). CGA adalah chemical agent yang berfungsi untuk mencegah coating, meningkatkan grindability klinker dan mendispersikan partikel sehingga material halus tidak terbawa oleh material yang kasar yang dapat menyebabkan overgrinding. Untuk semen jenis PCC, CGA dicampurkan dengan Strength Improvement Agent (SIA) yang berfungsi untuk meningkatkan strength produk.

            Produk yang keluar dari cement mill sebagian besar masuk lewat air slide ke bucket elevator untuk selanjutnya dengan bantuan air slide, material masuk O-sepa separator. Disinilah terjadi pemisahan partikel, dimana hasil kasar (tailing) akan kembali masuk ke mill sedangkan partikel halus akan terhisap oleh mill fan dan masuk ke dalam bag filter. Di dalam bag filter partikel halus akan menempel pada dinding bag sedangkan udara yang bebas dari partikel halus akan dibuang melalui chimney. Partikel halus yang menempel pada bag akan ditembakkan dengan purging air secara berkala sehingga partikel tersebut luruh dan keluar melalui rotary feeder menuju ke cement silo.

IV.2.2.5      Unit Pengantongan Semen (Packing Unit)

            Dari cement silo, produk semen yang sudah jadi diangkut menggunakan air slide menuju bucket elevator. Dari bucket elevator, semen dimasukkan ke dalam vibrating screen untuk memisahkan material yang halus dan kasar serta pengotor yang ikut terbawa produk semen. Material kasar dan pengotor dibuang dengan menggunakan corong vibrating screen di bagian atas, sedangkan material yang halus langsung masuk ke dalam cement bin. Dari bin, semen dialirkan ke dalam in-line packer. Jika bin tersebut telah penuh maka semen akan terus bersirkulasi, yaitu dijatuhkan kembali ke dalam bucket elevator lalu kembali ke vibrating screen dan seterusnya. Masing-masing in-line packer terdiri dari enam corong pengisian yang mengumpankan semen ke dalam kantong dengan kapasitas masing-masing 50 kg. Untuk mengurangi jumlah semen tumpah pada saat pengisian, maka dipasang screw conveyor pendek pada masing-masing in-line packer dan selanjutnya dialirkan ke screw conveyor panjang lalu masuk ke dalam bucket elevator dan ke vibrating screen, selanjutnya masuk ke dalam bin. Semen yang telah masuk ke dalam kantong akan diangkut ke dalam belt conveyor menuju truk pengangkutan. Selain pengemasan ke dalam kantong 50 kg, pada unit packing terdapat juga pengemasan dalam ukuran besar yakni big bag dengan kapasitas 1 dan 1,5 ton serta semen curah dengan kapasitas 15-25 ton atau sesuai dengan pesanan. Untuk semen curah, semen yang berasal dari bin langsung didistribusikan ke loading truck. Untuk mencegah terjadinya polusi udara akibat debu, maka pada unit pengantongan ini dilengkapi dengan alat dust collector jenis bag filter.

IV.2.2.6      Unit Pengeringan dan Penggilingan Batubara (Coal Mill Unit)

            Unit Pengeringan dan Penggilingan Batubara (Coal Mill Unit) mempunyai tujuan untuk mempersiapkan batubara secara fisis untuk digunakan sebagai bahan bakar pada proses pembakaran di kiln dan suspension preheater. Standar kualitas fine coal:

Residu             : 85% +1 pada saringan 170 mesh (90 mikron)

Kadar Residu  : High moisture content max 10 %

                          Low moisture content min 3 %

            Batubara yang digunakan adalah batubara Adaro, yang berasal dari Kalimantan Selatan. Dari PT Adaro, coal dikirim ke pelabuhan Cigading dan diangkut dengan kereta api ke terminal Bekasi, kemudian diangkut menuju PT Indocement Tunggal Prakarsa Tbk. dengan menggunakan coal havler atau bisa juga pengangkutan coal dari Tanjung Priok menuju dump truck ke PT Indocement Tunggal Prakarsa Tbk.

            Batubara yang diterima di lokasi pabrik disimpan ditumpahkan ke dalam beberapa hopper dengan menggunakan sistem dumping hydraulic. Pada hopper terdapat vibrator yang berfungsi untuk memudahkan material jatuh dan sekaligus menahan benda asing masuk. Coal yang diangkut dengan dump truck dimasukkan kedalam hopper dengan cara manual, bukan dengan dumping hydraulic. Ada enam buah hopper, tiga buah untuk dumping hydraulic dan tiga buah untuk proses penuangan.

            Dari hopper, raw coal diangkut belt feeder dan belt conveyor menuju coal storage C. Kapasitas storage adalah 30.000 ton. Pada storage akan terjadi proses homogenisasi. Coal dilewatkan pada tripper yang mengatur penyebaran coal pada storage, sehingga membentuk pile-pile. Ada enam pile storage coal, yang tujuannnya untuk  mempermudah pengamatan volumetrik terhadap jumlah coal yang digunakan dan untuk antisipasi terhadap kemungkinan  bahaya kebakaran. Untuk pengambilan coal menggunakan bantuan reclaimer dan scrapper (laju pengisian 10 ton/hari) batubara diangkut dengan belt conveyor menuju vibrating screen dan magnetic separator. Benda-benda asing (besi dan lainnya) tertarik oleh medan magnet dari magnetic separator dan apabila masih ada besi yang lolos, maka metal detector akan secara otomatis mematikan belt conveyor dan membunyikan alarm. Vibrating screen memisahkan batubara yang masih berukuran besar (>50mm) untuk diangkut dan dihaluskan di dalam crusher, sedangkan partikel yang kecil diangkut oleh belt conveyor menuju hopper. Partikel yang besar yang telah dihaluskan kemudian bergabung dengan partikel kecil yang lolos dari vibrating screen.

            Kemudian material masuk ke dalam hopper, dari hopper raw coal diangkut dengan chain feeder diumpankan ke dalam roller mill melalui rotary lock feeder untuk mencegah masuknya udara luar.

            Untuk proses pengeringan, digunakan gas panas berasal dari SP. Gas panas ini terbawa debu (raw meal) sehingga perlu cyclone untuk memisahkan gas panas dari debu. Debu dari cyclone dikembalikan ke dalam raw meal silo, sdengkan gas panas diteruskan ke header. Fungsi header adalah untuk mengurangi debu yang masih terbawa gas panas dan sebagai reservoir panas yang mengatur gas panas ke tiga buah coal mill yang ada. Gas panas didistribusikan ke masing-masing coal mill untuk proses pengeringan di coal mill.

            Coal mill (Roller mill) yang digunakan berjenis vertical roller mill yang terdiri atas komponen utama meja giling, dua pasang rol penggiling dan rumah- rumah beserta grit separator yang terpasang di bagian atasnya.

            Batubara dijatuhkan ke pusat meja giling yang berputar dan tergilas oleh pasangan rol penggiling yang menekan meja dan digerakkan secara hidrolik. Batubara yang telah digiling dipindahkan dari tepi meja giling dan terbawa oleh gas panas yang mengalir naik melalui nozzle ring menuju separator. Batubara dikeringkan oleh gas panas dan dihaluskan sampai mencapai kehalusan 170 mesh dengan 12% residu tertampung pada mesh dan kadar air turun dari 23% menjadi 7-10%.

            Pada separator, serbuk batubara kasar dipisahkan dari yang halus dan dikembalikan ke mill untuk digiling ulang.Tingkat kehalusan batubara yang diinginkan diperoleh dengan jalan mengatur kedudukan kisi-kisi separator.

            Gas dan batubara keluar dari bagian atas mill menuju bag filter. Gas panas dilepaskan ke lingkungan dengan suhu 60-70^oC atau bila diperlukan dikembalikan ke coal mill sebagai gas balik. Pengaturan jumlah gas yang dikembalikan tergantung pada suhu material di outlet mill. Bila suhunya tinggi, gas balik berjumlah banyak dan begitu juga sebaliknya. Selanjutnya untuk batubara dengan kandungan ± 9% tertahan di bag filter akan dilepaskan dengan cara purging (tembakan terhadap filter secara berkala) dan jatuh ke screw conveyor untuk kenudian ditampung dalam hopper. Selanjutnya batubara tersebut dipompakan menuju burner di dalam kiln untuk dibakar.