Analisis kadar air pada gipsum di PT Semen Gresik (Persero) Tbk.

KADAR AIR PADA GIPSUM

1.2  Rumusan Masalah

       Berapa kadar air pada gipsum sebagai bahan baku semen di PT Semen Gresik (Persero) Tbk.?

1.3  Tujuan Penelitian

       Berdasarkan rumusan masalah diatas, maka tujuan penelitian ini adalah mengetahui kadar air pada gipsum sebagai bahan baku semen di PT Semen Gresik (Persero) Tbk.

1.4  Batasan Masalah

  Sampel yang digunakan yaitu gipsum granular dan gipsum KG3.

1.5  Manfaat Penelitian

a.    Memberikan wawasan tentang mekanisme penentuan kadar air pada beberapa gipsum di PT Semen Gresik (Persero) Tbk.

b.    Memberikan wawasan tentang kandungan dalam semen.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Bahan tambahan dalam pembuatan semen salah satunya adalah batu gipsum. Gipsum merupakan batuan sedimen yang berumus kimia CaSO₄.2H₂O, yang terbentuk dari proses kimia di alam dengan batuan kapur dan sulfat, maka terjadi senyawa baru yang membentuk CaSO₄. Bila hablur batuan ini terkena panas mulai diatas 45 °C, molekul air yang terikat itu mulai dapat menguap, dan akan menguap secara keseluruhan sehingga tinggal berumus CaSO₄, yang disebut Gips anhidrid (gips tampa air). Umumnya gipsum berwarna putih, namun terdapat warna lain tergantung pada mineral pengontrolnya (Febrianto, 1986:14).

Gipsum dapat terbentuk dalam kondisi berbagai kemurnian dan ketebalan yang berfariasi. Gipsum merupakan garam yang pertama kali menngendap akibat proses evaporasi air laut diikuti oleh anhidrat dan halit ketika salanitas makin bertambah. Sebagai mineral evaporit, endapan gipsum berbentuk lapisan diantara batuan-batuan sedimen batu gamping, serpih merah, batu pasir, lempung, dan garam batu, serta sering pula berbentuk endapan lensa-lensa dalam satuan satuan batuan sedimen (Mahyudin, 2012:21).

Gipsum juga merupakan bahan yang sangat mudah didapatkan di alam, meskipun bagitu terkadang dalam pengolahannya gipsum dapat menghasilkan beberapa zat berbahaya dan dapat menimbulkan efek samping jangka panjang (Mahyudin, 2012:21).     

            Sifat gipsum dapat larut dalam air, sehingga penggunaan elemen bangunan atau perekat gipsum tidak baik untuk kontruksi di luar yang akan terkena hujan. Untuk membuat gipsum yang mudah menarik air, pemanasan dilakukan tidak lebih dari 150 ºC, sehingga akan terbentuk gipsum dengan ½ air hablur, yaitu yang disebut gipsum hemihidrat. Gipsum hemihidrat ini bila digiling halus berupa tepung, kemudian dicampur air, akan menggumpal dan mengeras kembali membentuk senyawa semulanya CaSO₄.2H₂O. Hemihidrat air tersebut mengeras. Karena sifat tersebut, gipsum dimanfaatkan sebagai bahan perekat hidrolisis dilakukan dengan cara membakar gipsum yang dari alam pada suhu antara 130 - 170 ºC (Bernasconi, 1995:230).

            Gipsum dalam bentuk asli dari alam dan buatan sering dipakai dalam pembentukan semen portland, dipakai untuk membuat benda keramik/patung, sebagai adukan plesteran, dan sebagai perekat pembuatan kapur tulis. Dalam bidang kesehatan, dipakai untuk tepung pembalut apabila pasien mendapat patah tulang, sebagai penambal gigi dan sebagai cetakan gigi (Bernasconi, 1995:230).

Dalam pembuatan semen, batu gipsum adalah batuan yang harus ditambahkan dimana digunakan sebagai bahan campuran pada terak sebagai penghambat reaksi (cement retarder) untuk selanjutnya digiling. Fungsi gipsum pada pembuatan semen ini adalah untuk mengatur waktu pengikatan daripada semen atau yang dikenal dengan sebutan retarder (Febrianto, 1986:14).

Gipsum yang digunakan pada pembuatan semen terdapat 2 jenis yaitu gipsum sintesis dan gipsum natural. Pada proses penggilingan clinker menjadi semen jumlah penggunaan gipsum dikontrol melalui kandungan SO₃ (Sulfur Trioksida) dari semen yang diproduksi semakin tinggi kandungan SO₃ dalam semen maka ini dapat memberikan indikasi bahwa penggunaan gipsum juga tinggi, begitu sebaliknya (Anonimous, 2009).

Gipsum dalam semen dapat memberikan efek negatif apabila dalam jumlah yang besar, yang mana dapat menyebabkan terjadinya pemuaian pada semen pada saat digunakan. Hal tersebut yang menyebabkan penggunaan gipsum harus dikontrol secara ketat. Selain sebagai pengatur waktu pengikatan dan penyebab pemuaian, gipsum juga dapat mempengaruhi kuat tekan baik itu nilai kuat tekan maupun perkembangan kuat tekan (Nurfiana, 2010).

Thermogravimetri adalah salah satu metode yang digunakan untuk menentukan banyaknya air yang terkandung dalam bahan yang dinyatakan dalam persen. Prinsip metode ini adalah menguapkan air yang ada dalam bahan dengan jalan pemanasan. Kemudian menimbang bahan sampai berat konstan yang berarti semua air sudah diuapkan. Secara umum proses thermogravimetri dilakukan dengan perlakuan yang mencakup penimbangan, pengovenan, pendinginan hingga diperoleh berat konstan (Noviar, 2002).

            Metode gravimetri ini juga mempunyai kelemahan. Kelemahan menggunakan metode ini adalah (Nurfiana, 2010):

a)    Bahan lain disamping air juga ikut menguap dan ikut hilang bersama dengan uap air, misalnya alkohol, asam asetat, dan minyak atsiri.

b)   Dapat terjadi reaksi selama pemanasan yang menghasilkan air atau zat mudah menguap. Contohnya gula mengalami dekomposisi atau karamelasi, lemak mengalami oksidasi dan lain sebagainya.

c)    Bahan yang mengandung bahan yang dapat mengikat air secara kuat sulit melepaskan airnya meskipun sudah dipanaskan.

Untuk mempercepat penguapan air serta menghindari terjadinya reaksi yang menyebabkan terbentuknya air ataupun reaksi yang lain karena pemanasan, maka dapat dilakukan pemanasan dengan suhu rendah dan tekanan vakum. Dengan demikian akan diperoleh hasil yang lebih mencerminkan kadar air yang sebenarnya (Nurfiana, 2010).

BAB III

METODOLOGI

Penentuan Kadar Air Bebas pada Gipsum

            Penentuan kadar air bebas dilakukan dengan cara disiapkan alat dan bahan terlebih dahulu, sampel yang digunakan yaitu gipsum granular dan gipsum KG3. Masing-masing gipsum dihaluskan dengan mortar dan diayak dengan ayakan 60 mesh. Setelah halus, diletakkan pada gelas arloji dan ditimbang berat awal pada masing-masing gipsum kurang lebih 50 g. Oven disiapkan dengan suhu 45 ºC. Setelah diketahui berat awalnya, masing-masing gipsum dimasukkan ke dalam oven pada suhu 45 ºC selama ± 24 jam. Setelah itu didinginkan, kemudian ditimbang. Dihitung kadar air bebas dengan menggunakan rumus:

(3-1)

Keterangan :

Berat awal  = Berat sampel sebelum dipanaskan 45 ºC (g)

Berat akhir = Berat sampel setelah dipanaskan 45 ºC (g)

Penentuan Kadar Air Terikat pada Gipsum

            Penentuan kadar air terikat dilakukan dengan cara disiapkan alat dan bahan terlebih dahulu, sampel yang digunakan yaitu sama dengan penelitian pada kadar air bebas yaitu gipsum granular dan gipsum KG3. Masing-masing gipsum dihaluskan dengan mortar dan diayak dengan ayakan 60 mesh. Setelah halus, direndam dengan akuadest sejumlah contoh gipsum yang telah ditumbuk. Perendaman dibiarkan selama 48 jam. Setelah perendaman, dibuang kelebihan air dan dituang masing-masing gipsum perendaman ke dalam loyang dan dibiarkan selama 48 jam. Dihaluskan dengan mortar dan diayak dengan ayakan 60 mesh setelah perendaman kering. Masing-masing gipsum ditimbang sebanyak ± 1 gr dan dimasukkan ke dalam botol timbang bertutup asah yang telah diketahui beratnya. Kemudian dimasukkan masing-masing gipsum tersebut ke dalam oven dengan suhu 45 ºC selama 2 jam dengan kondisi terbuka. Botol yang berisi gipsum tersebut ditimbang masing-masing dalam keadaan terbuka. Masing-masing botol berisi gipsum dinginkan dan ditimbang sebagai berat akhir dengan suhu 45 ºC. Pemanasan dilanjutkan dengan temperatur 230 ºC dimana tutup botol ditimbang dalam keadaan tertutup longgar. Pemanasan dihentikan hingga berat konstan telah tercapai. Setelah itu, didinginkan dan ditimbang masing-masing sebagai berat akhir suhu 230 ºC. Kemudian dihitung kadar air dengan rumus:

                        (3-2)

Keterangan:

Wb      = Berat botol timbang (g)

Wbm1 = Berat botol timbang + sampel setelah dipanaskan 45 ºC (g)

Wbm2 = Berat botol timbang + sampel setelah dipanaskan 230 ºC (g)

BAB IV

PEMBAHASAN

Penentuan Kadar Air Bebas pada Gipsum

            Penentuan kadar air bebas dilakukan bertujuan untuk mengetahui kadar air pada bahan baku pembuatan semen sebelum diolah menjadi semen di PT Semen Gresik (Persero) Tbk. Air bebas merupakan air yang berada dipermukaan gipsum yang mudah diuapkan. Penentuan kadar air bebas pada gipsum biasanya dilakukan setiap 10 hari sekali. Mengetahui kadar air bebas pada bahan baku semen sangat penting, karena dalam pembuatan semen harus digunakan bahan yang mempunyai kadar air sesuai dengan syarat tertentu. Digunakan beberapa sampel seperti gipsum granular dan gipsum purified. Gipsum granular yang digunakan adalah gipsum yang sudah diolah oleh PT Petrokimia Gresik sebagai bahan pembuatan pupuk, sedangkan gipsum purified yang digunakan adalah gipsum KG3/koperasi warga semen yang mempunyai kadar air lebih tinggi dibandingkan dengan gipsum granular. Alat dan bahan disiapkan terlebih dahulu. Gipsum granular dan gipsum KG3 masing-masing ditumbuk sampai halus. Setelah halus, diayak dengan ayakan 60 mesh agar benar-benar halus. Semakin halus maka semakin banyak partikel yang berarti semakin luas permukaan bidang sentuh. Setelah itu ditimbang berat awal masing-masing gipsum sebanyak ± 50 g menggunakan neraca analitik. Gipsum granular yang sudah ditimbang didapatkan  sebesar 50,0660 g dan gipsum KG3 sebesar 50,1570 g. Kemudian gipsum dimasukkan ke dalam oven dengan suhu 45 ºC agar air bebas di dalam gipsum teruapkan. Perlakuan ini dilakukan selama 24 jam untuk memaksimalkan penguapan. Setelah itu dikeluarkan dalam oven, dibiarkan beberapa saat agar tidak terlalu panas, kemudian masing-masing gipsum ditimbang untuk mengetahui berat akhirnya. Berat gipsum granular adalah sebesar 47,8819 g dan berat gipsum KG3 adalah sebesar 43,707 g. Perhitungan dengan rumus dilakukan setelah diketahui berat awal dan akhir dari masing-masing gipsum. Setelah dilakukan perhitungan, didapatkan kadar air bebas pada gipsum granular  adalah sebesar 4,36244 % dan kadar air bebas pada gipsum KG3 adalah sebesar 12,8596 %. Standar kadar air bebas gipsum granular yang sudah ditetapkan oleh jaminan mutu PT Semen Gresik (Persero) Tbk. adalah maksimal 9 % dan pada gipsum KG3 adalah maksimal 20 %. Hasil dapat dikatakan sudah memenuhi standar yang telah ditetapkan. Jika terjadi kelebihan kadar air pada gipsum granular dan gipsum KG3, maka akan membutuhkan kalori tinggi karena bahan baku dikatakan terlalu basah, sehingga akan membutuhkan bahan bakar lebih banyak pada proses pembuatan semen. Selain itu, kelebihan kadar air akan memperlama pengeringan semen ketika digunakan. Kadar air pada gipsum yang tidak sesuai standar akan dikembalikan pada produsen awal bahan tersebut, sebaliknya jika kadar air pada gisum sesuai maka kualitas semen akan baik.

Penentuan Kadar Air Terikat pada Gipsum

Penentuan kadar air terikat bertujuan untuk mengetahui kemampuan gipsum dalam mengikat air. Air terikat adalah air yang terikat secara fisik menurut sistem kapiler atau air absorbsi karena adanya tenaga penyerapan. Penentuan kadar air dilakukan dengan menggunakan metode thermogravimetri dimana anhidrat dan hidrat dalam gipsum akan dipisahkan sehingga molekul air yang terdapat di dalam senyawa gipsum (CaSO₄.2H₂O) akan terlepas dan membentuk CaSO₄ anhidrat. Sampel yang digunakan pada penentuan ini yaitu gipsum granular dan gipsum purified. Gipsum granular yang digunakan adalah gipsum yang sudah diolah oleh PT Petrokimia Gresik sebagai bahan pembuatan pupuk, sedangkan gipsum purified yang digunakan adalah gipsum KG3/koperasi warga semen yang mempunyai kadar air lebih tinggi dibandingkan dengan gipsum granular. Alat dan bahan yang akan digunakan disiapkan terlebih dahulu. Masing-masing gipsum ditumbuk sampai halus dan diayak dengan ayakan 60 mesh. Penghalusan dilakukan agar semakin besar luas permukaan bidang sentuhnya. Gipsum dimasukkan ke dalam gelas piala 250 ml dan direndam dalam akuadest agar gipsum dapat terikat dengan air. Perendaman dilakukan selama 48 jam untuk memaksimalkan pengikatan air oleh gipsum. Setelah dilakukan perendaman, dibuang kelebihan air dan dituang masing-masing gipsum perendaman ke dalam loyang. Loyang digunakan karena mempunyai ukuran luas sehingga air bebas yang berada dalam gipsum akan cepat terlepas. Kemudian dibiarkan selama 48 jam untuk memaksimalkan terlepasnya air bebas. Gipsum perendaman dihaluskan dengan mortar dan diayak dengan ayakan 60 mesh agar semakin besar luas bidang sentuhnya. Masing-masing gipsum tersebut didapatkan berbentuk serbukan halus setelah diayak. Gipsum diambil dan ditimbang sebanyak ± 1 g. Setelah itu dimasukkan ke dalam botol timbang bertutup asah yang telah diketahui beratnya dan dimasukkan ke dalam oven dengan suhu 45 ºC. Gipsum dipanaskan dalam oven dengan suhu 45 ºC untuk menguapkan air bebas yang dimungkinkan masih berada di dalam gipsum. Pemanasan dilakukan selama 2 jam dalam kondisi terbuka. Setelah itu botol dibiarkan untuk mengetahui berat konstannya dan ditimbang sebagai berat akhir suhu 45 ºC. Berat akhir suhu 45 ºC pada gipsum granular adalah 54,2866 g dan pada gipsum KG3 adalah 61,2418 g. Pemanasan dilanjutkan dengan temperatur 230 ºC dimana tutup botol timbang dalam keadaan tertutup longgar. Pemanasan dengan suhu 230 ºC ini dilakukan untuk menguapkan sejumlah air yang terikat oleh gipsum. Ferawati (2009) menyimpulkan bahwa air di dalam gipsum akan sepenuhnya hilang dengan pemanasan suhu 200 ºC. Pemanasan dihentikan hingga berat konstan telah tercapai yang berarti hidrat/air yang terikat oleh gipsum terlepas karena sudah menguap. Setelah dipanaskan, didiamkan untuk mengetahui berat konstan gipsum dan ditimbang sebagai berat akhir 230 ºC. Setelah ditimbang, didapatkan berat akhir suhu 230 ºC pada gipsum granular adalah 54,0982 g dan berat akhir suhu 230 ºC pada gipsum KG3 adalah 61,0428 g. Setelah itu dihitung kadar air terikat pada masing-masing gipsum. Kadar air terikat pada gipsum granular didapatkan  sebesar 18,8834 % dan kadar air terikat pada gipsum KG3 didapatkan sebesar 19,9239 %. Standar kadar air terikat pada gipsum granular yang sudah ditetapkan oleh jaminan mutu PT Semen Gresik (Persero) Tbk. adalah maksimal 19 % dan pada gipsum KG3 adalah maksimal 20 %. Hasildapat dikatakan sudah memenuhi standar yang telah ditetapkan. Jika hasil yang didapatkan tidak memenuhi standar akan menyebabkan memburuknya pengikatan semen dan retak pada proses pengerasan sehingga gipsum dikembalikan pada produsen awal.

Setelah diketahui kadar air terikat pada gipsum, kadar CaSO₄.2H₂O pada gipsum dapat diketahui dengan menggunakan rumus:

                                                                                                                            (4-1)

Keterangan:

BM                              = Berat molekul

Kadar air terikat (%)   = Kadar air terikat yang sudah diketahui hasilnya (%)

Sehingga dapat dimasukkan BM CaSO₄.2H₂O adalah 172 dan BM 2H₂O adalah 36. Kadar terikat pada gipsum granular sebesar 18,8834 % dan pada gipsum KG3 sebesar 19,9239 %. Setelah dihitung, didapatkan kandungan CaSO₄.2H₂O pada gipsum granular adalah 90,2269 % dan pada gipsum KG3 adalah 95,1919 %.