Pemanfaatan Fly Ash (Abu Terbang) Dari Pembakaran Batubara Pada PLTU Suralaya Sebagai Bahan Baku Pembuatan Refraktori Cor

Di susun oleh :Priambodo Ariewibowo ( 13710015 )Septian Nur P. ( 13710028 )

BAB I PENDAHULUAN

1. Latar Belakang Masalah

Dalam kehidupan sehari, kita dapat menemukan berbagai macam jenis pencemaran. Salah satu dari pada pencemaran yang paling berbahaya dan memberikan dampak yang cukup besar adalah pencemaran udara. Pencemaran udara sendiri mengandung pengertian masuk atau dimasukkannya masuk atau dimasukkannya makhluk hidup, zat, atau komponen lain ke dalam udara dari kegiatan manusia atau proses alam sehingga menurunkan kualitas udara tersebut ke titik tertentu yang menyebabkan udara menjadi kurang/tidak berfungsi lagi sesuai dengan peruntukkannya.Pada dasarnya semua pencemaran itu berbahaya bagi kehidupan, tetapi pencemaran udara menjadi salah satu pencemaran yang dikategorikan sebagai pencemaran yang sangat berbahaya. Hal ini dikarenakanpartikelpolutan dari pencemaran ini berukuran sangat kecil sehingga tidak disadari oleh masyarakat. Sumber pencemar dalam pencemaran udara tidak hanya berasal dari aktivitas manusia (karena tangan manusia), tetapi juga oleh sumber-sumber pencemar yang datangnya akibat peristiwa alamiah seperti gunung meletus, bencana alam, dan lain-lain. Berdasarkan wujud fisiknya, pencemar-pencemar yang terdapat di udara tidak hanya berupa gas atau uap, melainkan kontaminan itu dapat juga sebagai benda-benda padat sebagai partikel, yaitu berupa debu, asap, kabut, dan lain-lain, bahkan panas dan bau juga.Partikulat termasuk dalam salah satu polutan pencemaran udara. Secara umum partikel yang mencemari udara dapat merusak lingkungan, tanaman, hewan dan manusia. Partikel-partikel tersebut sangat merugikan kesehatan manusia. Pada umumnya udara yang telah tercemar oleh partikel dapat menimbulkan berbagai macam penyakit saluran pernapasan ataupneumoconiosis.Fly Ash merupakan salah satu jenis partikulat yang dapat diklasifikasikan dalam debu. Hal ini karena biasanya Fly Ash dipengaruhi oleh gaya gravitasi bumi. Abu terbang (fly ash) sebagai limbah PLTU berbahan bakar batubaradikategorikan oleh Bapedal sebagai limbah berbahaya (B3). Sehubungan dengan meningkatnya jumlah pembangunan PLTU berbahan bakar batubara diIndonesia, maka jumlah limbah abu terbang juga akan meningkat yaitu jumlah limbah PLTU pada tahun 2000 sebanyak 1,66 juta ton, sedangkan pada tahun 2006 diperkirakan akan mencapai sekitar 2 juta ton. Khusus untuk limbah abu dari PLTU Suralaya, sejak tahun 2000 hingga tahun 2006, diperkirakan ada akumulasi jumlah abu sebanyak 219.000 ton/tahun. Jika limbah abu ini tidak dimanfaatkan akan menjadi masalah pencemaran lingkungan, yang mana dampak dari pencemaran akibat abu terbang (fly ash) sangat berbahaya baik bagi lingkungan maupun kesehatan. Oleh karena itu, penelitian tentang studi kasus pencemaran udara yang disebabkan oleh partikulat khususnya abu terbang (Fly Ash) perlu dilaksanakan untuk mengetahui sejauh mana dampak serta pemanfaatannya terhadap lingkungan.

2.Perumusan MasalahDalam penelitian ini kami membahas tentang sumber, dampak, penanggulangan dan kendala yang disebabakan oleh partikulat di udara terhadap lingkungan.

3.TujuanTujuan dari penelitian ini adalahuntuk mengetahui serta menginformasikan tentang sumber, dampak, penanggulangan dan kendala yang disebabakan oleh partikulat di udara terhadap lingkungan.

4.ManfaatManfaat dari penelitian ini antara lain masyarakat menjadi tahu bahwa abu terbang dapat dimanfaatkan sebagai bahanbakupembuatan refraktoricorsehingga di samping menjaga lingkungan dapat digunakan sebagai mata pencaharian.

BAB IITEORI DASAR

A .Karakteristik Fly Ash (Abu Terbang)Abu terbang merupakan limbah padat hasil dari proses pembakaran di dalam furnace pada PLTU yang kemudian terbawa keluar oleh sisa-sisa pembakaran serta di tangkap dengan mengunakan elektrostatic precipitator.Fly ashmerupakan residu mineral dalam butir halus yang dihasilkan dari pembakaran batu bara yang dihaluskan pada suatu pusat pembangkit listrik.Fly ashterdiri dari bahan inorganik yang terdapat di dalam batu bara yang telah mengalami fusi selama pembakarannya. Bahan ini memadat selama berada di dalam gas-gas buangan dan dikumpulkan menggunakan presipitator elektrostatik. Karena partikel-partikel ini memadat selama tersuspensi di dalam gasgas buangan, partikel-partikelfly ashumumnya berbentuk bulat. Partikel-partikelfly ashyang terkumpul pada presipitator elektrostatik biasanya berukuran silt (0.074 0.005 mm).Bahan ini terutama terdiri dari silikon dioksida (SiO2), aluminium oksida (Al2O3) dan besi oksida (Fe2O3).Menurut laporan teknik PT PLN (Persero) (1997), di Indonesia produksi limbah abu terbang dan abu dasar dari PLTU diperkirakan akanmencapai2 juta ton pada tahun 2006, dan meningkat menjadi hampir 3,3 juta ton pada tahun 2009. Khusus untuk PLTU Suralaya, sejak tahun 2000 hingga 2006 diperkirakan ada akumulasi jumlah abu sebanyak 219.000 ton per tahun.Produksi abu terbang batubara (fly ash) didunia pada tahun 2000 diperkirakan berjumlah 349 milyar ton.Produksi abu terbang dari pembangkit listrik di Indonesia ini terus meningkat, pada tahun 2000 yang jumlahnya mencapai 1,66 milyar ton dan diperkirakan mencapai 2 milyar ton pada tahun 2006.Jika limbah abu ini tidak ditangani akan menimbulkan masalah pencemaran lingkungan.Salah satu kemungkinan penanganannya adalah dengan memanfaatkan abu terbang ini untuk bahan baku pembuatan refraktori..Penyumbang terbesar produksi abu terbang batubara adalah sektor pembangkit listrik.

Tabel 1. Jumlah dan perkiraan produksi abu terbang dan abu dasar oleh PLTU di Indonesia

Tabel 2. Jumlah dan perkiraan produksi abu terbang dan abu dasar oleh PLTU Suralaya

Faktor-faktor utama yang mempengaruhi dalam kandungan mineralfly ash(abu terbang)dari batu bara adalah:Komposisi kimia batu baraProses pembakaran batu baraBahan tambahan yang digunakan termasuk bahan tambahan minyak untuk stabilisasi nyala api dan bahan tambahan untuk pengendalian korosi.Senyawa-senyawa penyusun abu terbang sebenarnya sangat ditentukan oleh mineral-mineral pengotor bawaan yang terdapat pada batu bara itu sendiri yang disebut dengan inherent mineral matter. Mineral pengotor yang terdapat dalam batu bara dapat diklasifikasikan menjadi dua yaitu :1. Syngenetic atau disebut dengan mineral matter : pada dasarnya mineral-mineral ini terendapkan di tempat tersebut bersamaan dengan saat prosespembentukan paet.2. Epigenetica juga disebut dengan extraneous mineral matter: pada prinsipnya mineral-mineral pengotor ini terakumulasi pada cekungan setelah proses pembentukan lapisan peat tersebut selesai.Dari sejumlah abu yang dihasilkan dalam proses pembakaran batubara, maka sebanyak 55% - 85 % berupa abu terbang (fly Ash) dan sisanya berupa abu dasar (Bottom Ash). Sedangkan dari PLTU Suralaya dari sejumlah abu yang dihasilkan hampir 90 % berupa abu terbang(Fly Ash). Kedua janis abu ini memiliki perbedaan karakteristik serta pemanfaatannya. Biasanya untuk fly ash (abu terbang) banyak dimanfaatkan dalam perrusahaan industri karena abu terbang ini mempunyai sifat pozolanik, sedangkan unutk abu dasar sangat sedikit pemanfaatannya dan biasanya digunakan sebagai material pengisi (Aziz1, 2006).a.Proses Pembentukan Fly Ash (Abu Terbang)Sistem pembakaran batubara umumnya terbagi 2 yakni sistem unggun terfluidakan (fluidized bed system) dan unggun tetap (fixed bed systemataugrate system). Disamping itu terdapat system ke-3 yaknispouted bed systematau yang dikenal dengan unggun pancar.Fluidized bed systemadalah sistem dimana udara ditiup dari bawah menggunakan blower sehinggabendapadat di atasnya berkelakuan mirip fluida. Teknik fluidisasi dalam pembakaran batubara adalah teknik yang paling efisien dalam menghasilkan energi. Pasir ataucorundumyang berlaku sebagai medium pemanas dipanaskan terlebih dahulu. Pemanasan biasanya dilakukan dengan minyak bakar.Setelah temperatur pasir mencapai temperature bakar batubara (300oC) maka diumpankanlah batubara. Sistem ini menghasilkan abu terbang dan abu yang turun di bawah alat.Abu-abu tersebut disebut dengan fly ash dan bottom ash.Teknologifluidized bedbiasanya digunakan di PLTU (Pembangkit Listruk Tenaga Uap). Komposisifly ashdanbottom ashyang terbentuk dalam perbandingan berat adalah : (80-90%) berbanding (10-20%).Fixed bedsystematauGrate systemadalah teknik pembakaran dimana batubara berada di atasconveyoryang berjalan ataugrate. Sistem ini kurang efisien karena batubara yang terbakar kurang sempurna atau dengan perkataan lain masih ada karbon yang tersisa. Ash yang terbentuk terutamabottom ashmasih memiliki kandungan kalori sekitar 3000 kkal/kg. Di China, bottom ash digunakan sebagai bahan bakar untuk kerajinan besi (pandai besi).TeknologiFixed bed systembanyak digunakan pada industri tekstilsebagai pembangkit uap (steam generator). Komposisi fly ash dan bottom ash yang terbentuk dalam perbandingan berat adalah : (15-25%) berbanding (75-25%) (Koesnadi, 2008).

b.Sifat-sifat Fly Ash (Abu Terbang)

Abu terbang mempunyai sifat-sifat yang sangan menguntungkan di dalam menunjang pemanfaatannya yaitu :

1.Sifat FisikAbu terbang merupakan material yang di hasilkan dari proses pembakaran batubara pada alat pembangkit listrik, sehingga semua sifat-sifatnya juga ditentukan oleh komposisi dan sifat-sifat mineral-mineral pengotor dalam batubara serta proses pembakarannya. Dalamproses pembakaran batubara ini titik leleh abu batu bara lebih tinggi dari temperatur pembakarannya. Dan kondisi ini menghasilkan abu yang memiliki tekstur butiran yang sangat halus.Abu terbang batubara terdiri dari butiran halus yang umumnya berbentuk bola padat atau berongga. Ukuran partikel abu terbang hasil pembakaran batubara bituminous lebih kecil dari 0,075mm. Kerapatan abu terbang berkisar antara 2100 sampai 3000 kg/m3dan luas area spesifiknya (diukur berdasarkan metode permeabilitas udaraBlaine) antara 170 sampai 1000 m2/kg. Adapun sifat-sifat fisiknya antara lain :a)Warna : abu-abu keputihanb)Ukuran butir : sangat halus yaitu sekitar 88 %2. Sifat KimiaKomponen utama dari abu terbang batubara yag berasal dari pembangkit listrik adalah silikat (SiO2), alumina(Al2O3), dan besi oksida(Fe2O3), sisanya adalah karbon, kalsium, magnesium, dan belerang.Sifat kimia dari abu terbang batubara dipengaruhi oleh jenis batubara yan dibakar dan teknik penyimpanan serta penanganannya. Pembakaran batubara lignit dan sub/bituminous menghasilkan abu terbang dengan kalsium dan magnesium oksida lebih banyak daripada bituminus. Namun, memiliki kandungan silika, alumina, dan karbon yang lebih sedikit daripada bituminous. Abu terbang batubara terdiri dari butiran halus yang umumnya berbentuk bola padat atau berongga. Ukuran partikel abu terbang hasil pembakaran batubara bituminous lebih kecil dari 0,075 mm. Kerapatan abu terbang berkisar antara 2100-3000 kg/m3dan luas area spesifiknya antara 170-1000 m2/kg.Tabel3.Komposisi kimia abu terbang batubaraKomponenBituminousSub-bituminousLignite

SiO220-60%40-60%15-45%

Al2O35-35%20-30%10-25%

Fe2O310-40%4-10%4-15%

CaO1-12%5-30%15-40%

MgO0-5%1-6%3-10%

SO30-4%0-2%0-10%

Na2O0-4%0-2%0-6%

K2O0-3%0-4%0-4%

LOI0-15%0-3%0-5%

c.Pemanfaatan Fly Ash (Abu Terbang)Berbagai penelitian mengenai pemanfaatan abu terbang batubara sedang dilakukan untuk meningkatkan nilai ekonomisnya serta mengurangi dampak buruknya terhadap lingkungan. Saat ini umumnya abu terbang batubara digunakan dalam pabrik semen sebagai salah satu bahan campuran pembuat beton selain itu, sebenarnya abu terbang batubara memiliki berbagai kegunaan yang amat beragam:1. penyusun beton untuk jalan dan bendungan2. penimbun lahan bekas pertambangan3. recovery magnetik, cenosphere dan karbon4. bahan baku keramik, gelas, batubata, dan refraktori5. bahan penggosok (polisher)6. filler aspal, plastik, dan kertas7. pengganti dan bahanbakusemen8. aditif dalam pengolahan limbah (waste stabilization)9. konversi menjadi zeolit dan adsorbenRefraktori merupakan bahan tahan api sebagai penahan (isolator) panas pada tanur-tanur suhu tinggi yang banyak digunakan oleh berbagai industri, seperti industri peleburan logam, kaca, keramik, semen.Refraktori cor merupakan bahan tahan api berupa bubuk yang jika dicampur dengan air dan dibiarkanbeberapasaat akan mengeras (setting). Penggunaannya sebagai isolator panas dilakukan dengancarapengecoran adonan campuran bahan tersebut dengan air pada dinding tanur yang akan diisolasi.Ada 3 tipe refraktori cor berdasarkan kandungan CaO-nya (Kumar et al,2003; Silvonen,2001) yaitu:-Low cement castablesmengandung maksimum CaO 2,5 %-Ultra - low cement castablesmengandung CaO -No cement castablesmengandung CaO Menurut data produk perdagangan dari Sharada Ceramic Ltd, India (2000), refraktori cor yang bersifat asam mengandung Al2O365 - 95%, dan SiO25 - 32%, tahan terhadap suhu 1750 - 1860C, bulk density2,1 - 2,8 g/ml. Bahan refraktori yang baik harus memiliki kadar Al2O3lebih tinggi daripada SiO2dengan perbandingan Al2O3: SiO2= 65% : 35% atau nilai Al2O3/SiO2=1,85 (Aziz2, 2006)Penelitian dan aplikasi pemanfaatan abu terbangsebagai bahan refraktori sudah dilakukan dibeberapa negara seperti India dan Cina. Abu terbang PLTU-Suralaya diduga mempunyai potensi sebagai salah satu bahan baku refraktori. Dalam rangka pemanfaatan abu terbang PLTUSuralaya untuk bahan baku pembuatan refraktori, khususnya refraktori cor (castable refractory), perlu terlebih dahulu dilakukan penelitian bahan baku (raw materials) abu terbang tersebut untuk mengetahui karakteristiknya melalui serangkaian penelitian dan pengujian.d.Dampak Fly Ash (Abu Terbang) di Lingkungan Adapundampakyang ditimbulkan dari fly ash, yaitu:1.Dampak positif.Fly ash (abu terbang/abu layang) dimanfaatkan sebagai adsorben limbah sasirangan dan logam berat berbahaya, bahan pembuat beton, bahan pembuatrefaktoricor tahan panas,Hal itu didasari oleh struktur abu layang yang berpori dan luas permukaan yang besar,sehingga dengan sedikit perlakuan dan modifikasi manjadikan abu layang sebagai bahan yangcukuppotensial untuk berbagai keperluan sehingga dapat menghemat biaya dan tanpa disadari dapat mengurangi pencemeran lingkungan akibat fly ash itu sendiri.Bagi industry yang menggunakan bahan bakar batu bara, seperti PLTU dapat memanfaatkan fly ash sebagai sumber ekonomi sampingan.

2.Dampak negatif.Apabila fly ash didiamkan dan tidak diolah maka akan berdampak pada lingkungan dan manusia, karna fly ash merupakan salah satu limbah B3.Tabel 4. Waktu paparan fly ash

BAB IIIMETODOLOGI PERCOBAAN

A.Karakterisasi Fly Ash (Abu Terbang)Dalam usaha untuk memanfaatkan abu terbang yang dihasilkan dari pembakaran batubara di PLTU unit II Suralaya menjadi sebagai bahan baku dalam pembuatan refraktori cor, maka terlebih dahulu dilakukan analisis terhadap abu terbang yang dilanjutkan dengan persiapannya.Adapun langkah-langkah analisis dan percobaanya sebagai berikut :1. Uji karakterisasi abu terbang PLTU Suralaya dilakukan melalui analisis kimia, analisis fisik (distribusi ukuran, porositas, berat jenis, analisis SEM). Hasil - hasil analisis yang diperoleh2. pembuatan refraktori cor dan membandingkan dengan komposisi/ karakteristik yang dimiliki oleh refraktori cor komersial.Adapun alat / metoda yang digunakan adalah sebagai berikut :Analisis kimia dengan AASMineralogi dengan XRD.Dimana prinsip kerja dari XRD adalah merekam dan memvisualisasikan pantulan sinar X dari kisikisi kristal dalam bentuk grafik. Grafik tersebut kemudian dianalisis, terdiri atas mineral liat apa saja dan relatif komposisinya.Uji struktur mikro dengan SEM.SEM (ScanningElectron Microscope) dimana prinsip kerjanya dengan menggunakan mikroskop tenaga elektron sehingga dapat melakukan perbesaran hingga beribu-ribu kali.Uji distribusi ukuran denganFritsch Particle Sizer, dan ayakan meshTylerUji porositas berdasarkan SNI 13-3604-1994Uji densitas berdasarkan SNI 13-3602-1994Tabel 5. Komposisi kimia abu pada limbah PLTU Suralaya

KarakteristikabuPLTU Suralaya dapat dilihat pada Tabel 5 masing-masing mengandung Al2O330,8% dan 24% serta mengandung SiO2sebanyak 54% dan 63,4%. Karena kandungan CaO sekitar 4% maka abu ini termasuk kualitas ASTM kelas C yang lebih cocok berfungsi sebagai bahancementing castablesrefractoryyang tahan suhu relatif rendah, padahal yang diinginkan adalah klasifikasilow/ultra-low cementcastable refractoryyang tahan suhu tinggi. Kandungan CaO maksimum 1% adalah kualitas ASTM kelas F. Oleh karena itu, diperlukan penambahan aluminium oksida ke dalam abu batubara untuk mengurangi kadar CaO, Fe2O3. Komposisi kimia limbah PLTU-Suralaya seperti terlihat pada Tabel 1 menunjukkanbahwaKadar Al2O32yaitu Al2O3: SiO2= 30,8% : 50% atau nilai Al2O3/SiO2=0,57. Bahan refraktori yang baik harus memiliki kadar Al2O3>SiO2dengan perbandingan Al2O3: SiO2= 65% : 35% atau nilai Al2O3/SiO2=1,85. Oleh karena itu, limbah abu terbang dan abu dasar PLTU-Suralaya dapat digunakan sebagai bahan penambah pembuatan refraktori.

B.Pembuatan Refraktori CorPada prinsipnya pembuatan refraktori cor sama dengan pembuatan refraktori bata, hanya saja produkrefraktoricor dibuat berbentuk bubuk, sedangkan produk refraktori bata dibuat/dicetak berbentuk bata. Bahan baku refraktori cor pada umumnya dibuat dari mineral yang ada di alam, terdiri dari campuranaggregatedanbinderdengan perbandingan tertentu. Ada berbagai jenisaggregateyang berfungsi sebagaigrogantara lain kalsium silikat,tabular alumina.Grogadalah material granular yang dibuat dari bahan tahan api hancur (crushed brick) sebagai pengisi bodi berukuran kasar yang dapat berfungsi mengurangishrinkagedanthermal expansion, serta meningkatkan stabilitas saat mengalami suhu tinggi. Ada berbagai jenisbinderantara lainclayatauchamotte, kalsium aluminat.Aggregatedanbinderdicampur menggunakan mesinhomogenizer. Campuranaggregate+binder+ abu terbang kemudian dibakar/disinter pada suhu tinggi (>1300 C) agar membentukklinker. Klinkerdigerus untuk mendapatkan ukuran tertentu sesuai persyaratan perdagangan.Klinkerhalus ini adalah produk akhir yang disebut sebagai refraktori cor. Berdasarkan sifatnya abu terbang dapat berfungsi ganda, yaitu sebagaiaggregatesekaligusbinder. Penelitian pembuatan refraktori cor dengan menggunakan abu terbang ini diharapkan dapat mengurangi pemakaianaggregatedanbinderyang harganya mahal dalam pembuatan refraktori cor. Refraktori cor dibuat dari campuran agregat danbinder. Agregat terdiri atas abu terbang,grog(crushedbrick), dan aluminium oksida. Sebagaibinderadalahcalcium aluminate. Abu terbang memiliki fungsi ganda selain sebagai agregat juga sebagaibinder. Campuran agregat danbinderdibuat dalam beberapa komposisi dengan nilai Al2O3/ SiO2sebesar 1,5 sampai 2,4. Setiap campuran diaduk dengan alathomogenizeruntuk mendapatkan campuran yang homogen. Terhadap masing-masing campuran pengujian distribusi ukuran butir, komposisi mineral, komposisi kimia, danbulk density. Campuran ditambah 15% air dan diaduk sampai merata membentuk adonan. Adonan dicorkan ke dalam cetakan yang telah disiapkan dan dibiarkan sampai mengering. Hasil adonan ini disebut komposit mentah. Kemudian hasil adonan tersebut di uji dengan uji porositas,densitas, tekstur. Dan juga melakukan pengujian kerefraktoriannya dengan teknik uji PCE dan uji pembakaran firing. Sebagai pembanding (kontrol) adalah hasil uji salah satu refraktori cor komersial. Porositas diuji berdasarkan SNI 13-3604-1994, dan uji densitasnya berdasarkan SNI 13-3602-1994, tekstur diuji menggunakan SEM. Uji pembakaran untuk menentukan nilai PCE didasarkan pada SNI 15-4936-1998. Dapur untuk pembakaran digunakanmuffle furnace. Pengambilan contoh menggunakan teknik basung prapat, uji distribusi ukuran menggunakanFritsch Particle Sizerdan ayakan mesh Tyler. Uji mineralogi dengan X-RD, dan analisis kimia dengan AAS.

BAB IVHASIL DAN PEMBAHASAN

a.Karakteristik Fly Ash(Abu terbang) di PLTU surabayaBerdasarkan hasil penelitian yang dilakukan oleh beberapa peneliti maka dapat diketahuidan di informasikan bahwa :1) Distribusi ukuran butiran :Dari hasil analisis distribusi ukuran menggunakanFritch particle sizer,menunjukkanbahwa ukuran partikel-partikel abu terbang di PLTU Suralaya berkisar antara 0.31 - 300.74 m, dengan distribusi 80% berukuran 0.31 - 40.99 m, atau d50 = 6,22 m. Ukuran partikel yang sangat halus ini Sangat cocok sebagai bahan pengisi (fine grog) dalam sistem refraktori cor. Bentuk partikelnya menunjukkan bentuk-bentuk membulat (spheres), berukuran kira-kira

Gambar 1. merupakan material aluminium SilikatPartikel-partikel yang membulat tersebut satu sama lain terlepas (tidak berikatan). Bentuk partikel fly ash yang membulat ini kemungkinandisebabkan karena pada saat aluminosilikat mengalami pembakaran suhu tinggi dalamboilerPLTU, alkali dipermukaanpartikel meleleh. Terlihat pada Gambar 1. bahwa permukaan partikel membulat tersebut tidak merata yang menunjukkan kemungkinan proses pelelehannya belum sempurna. Partikel-partikel yang permukaannya meleleh belum sempurna dan berukuran halus ini cenderung bergerak/berputar di dalamboilerakibat tekanan udara panas dan terbang melalui cerobong sehingga disebut abu terbang.Partikel halusyangmembulat cocok untuk digunakan sebagai bahan tahan api cor, karena memiliki sifat lambat pengendapan danself flowingyang lebih baik. Jika di lihat dari keunggulan pada sifat pengendapan yang lambat, cenderung membentuk distribusi merata, sehingga produk refraktori cor yang di produksi akan mempunyai struktur fisik yanguniformdengan daya tahan abrasif yang lebih baik.Mullite(3Al2O3.2SiO2) yang terdeteksi melalui XRD mungkin jumlahnya sangat kecil, karena tidak Unsur-unsur yang terkandung dalam abu terbang itu sendiri seperti C-K, Al-K Si-K dan Fe-K dengan komponen C = 32,5%, Al2O3= 3,98%, SiO2= 4,5% dan FeO = 59%. Kenampakan bentuknya dilihat dengan adanya tekstur menjarum/memanjang (tekstur khasmulite) seperti pada tekstur refraktori cor komersial. Selain itu juga belum nampak adanya tekstur yang berikatan satu sama lain yaitu tekstur akibat perlakuan suhu tinggi/pelelehan. Oleh karena itu, abu terbang-PLTU Suralaya belum bersifat refraktori.1)Tekstur:Hasil uji spot EDS menggunakan SEM terhadap butiran kasar (+30 mesh) dan butiranhalus(-200 mesh) menunjukkan, butiran kasar bertekstur seperti butiran gula pasir (sugary) yang berukuran m, dan partikel halus (fine) menunjukkansugarydan tekstur jarum (needle) yang panjangnya sekitar 3m.2)Komposisi mineral :Hasil uji terhadap contoh abu terbang PLTU-Suralaya menunjukkan bahwa mineral dominannya adalah kuarsa dan sedikitmullite. Keberadaanmullitemenunjukkan bahwa aluminosilikat pada abu terbang telah mengalami kontak dengansuhutinggi di dalam tungku pembakaran batubara PLTU.Mullite(3Al2O3.2SiO2) adalah mineral alumina silikatyang tahan terhadap suhu tinggi hingga sekitar1875C, tetapi karena masih ada mineral kuarsa kemungkinan ketahanan terhadap suhu akan berkurang.3)Komposisi kimia :Komposisi kimia disajikan pada Tabel 2. menunjukkan bahwa nilai Al2O3/SiO2= 0,16 yang berarti kadar alumina sangat kecil dibandingkan dengan silikanya. Jika dibandingkan dengan data dalam Tabel 6. (PT PLN, 1997), terlihat kadar alumina lebih tinggi dengan nilai Al2O3/SiO2= 0,6. Perbedaaninikemungkinan disebabkan karena komposisi batu bara yang digunakan dulu dengan saat ini oleh PLTU-Suralaya sudah berubah. Saat ini batu bara yang digunakan berasal dari PT. Adaro. Selain itu juga terlihat ada senyawa pengotor seperti Fe2O3, TiO2, CaO, K2O dan Na2O yang relatif tinggi, sehingga mungkin akan menurunkan kualitas refraktori. Dengan kandungan CaO sekitar 3,2% maka abu terbang ini termasuk klasifikasi ASTM kelas C yang lebih cocok berfungsi sebagai bahancementing castables refractoryyang tahan suhu relatif rendah. Berdasarkan kandungan mineral dan komposisi kimianya seperti terlihat pada Tabel 8. maka abu terbang ini selain berfungsi sebagai bahan pengisi berbutir halus (fine grog) juga dapat berfungsi sebagaibinderdalam sistem refraktori.Data yang ditunjukkan pada Tabel 7. adalah komposisi kimia abu PLTU-Suralaya hasil pengujian menurut laporan teknik PT PLN, 1977. Data tersebutmemperlihatkankandungan Al2O3yang relatif lebih tinggi yaitu 30,8% untuk abu terbang dan 24% untuk abu dasar. Juga kandungan SiO2yang lebih rendah yaitu 54% untuk abu terbang dan 63,4% untuk abu dasar. Untuk abu terbang, nilai perbandingan Al2O3/SiO2adalah 0,57. Kandungan CaO relatif tinggi yaitu sekitar 4%. Menurut klasifikasi ASTM, abu terbang dengan nilai kandungan CaO tersebut termasuk kelas C, yanglebih cocok berfungsi sebagai bahancementing castables refractoryyang tahan suhu relatif rendah. Untuk mencapai kualitas refraktori yang tahan suhu tinggi, kandungan CaO maksimum 1%.Kualitas ini termasuklow/ultra-low cement castable refractory, yaitu klasifikasi ASTM kelas F (Hwang,1991). Oleh karena itu, untuk mencapai komposisi kimia refraktori diperlukan penambahan aluminium oksida atau bahan yang mengandung Al2O3tinggi ke dalam abu terbang guna mengurangi kadar SiO2, CaO, K2O, Na2O, Fe2O3sehingga dapat mendekati komposisi kimia refraktori cor komersial, dan memiliki nilai Al2O3/SiO2sekitar 1,6 1,85.Komponen/senyawa kimia yang terdeteksi dari analisis SEM untuk butiran kasar terdiri atas Al2O3=72,7%, SiO2=16,6%, CaO=1,18%, ZrO2=9,4% dan FeO dan MoO3 dalam kadar rendah.Adapun partikel halus terdiri atas senyawa Al2O3=72,2%, SiO2=8,9%, ZrO2=5,71%, Ta2O5=13,2% dan CaO, MgO, C kadar rendah.Keberadaan senyawa Zirkonia dan Tantalum menambah ketahananrefraktoriterhadap suhu tinggi. Adanya komponen C (karbon) kemungkinan berasal dari bahan abu terbang atau waktu proses sinterisasi menggunakan bahan bakar batu bara.

Tabel 6. Komposisi kimia Fly ash PLTU Suralaya

Tabel 7. Komposisi kimia pada limbah PLTU Suralaya

Tabel 8. Tipikal Komposisi kimia Grog

b.Pembuatan Refraktori Cor Dan Membandingkan Dengan Komposisi/ Karakteristik Yang Dimiliki Oleh Refraktori Cor Komersial1)Rekayasa dan Hasil Penghitungan KomposisiDari hasil karakterisasi abu terbang PLTU-Suralaya selanjutnyadiperlukan penelitian untuk merekayasa dan menghitung komposisi bahan baku refraktori cor (kompositmentah) yang terdiri dari 4 komponen : abu terbang,grogaluminosilikat (crushed brick), aluminium oksida, dancalcium aluminate(sebagai pengikat ataubinder).Grogadalah material granularyangdibuat dari bahan tahan api hancur (crushed brick) sebagai pengisi bodi berukuran kasar yang dapat berfungsi mengurangishrinkagedanthermal expansion, meningkatkan stabilitas saat mengalami suhu tinggi.Abu terbang mempunyai fungsi ganda yaitu sebagaigrog, pengisi refraktori berbutir halus dan sebagaibinderatau perekatkarena di dalamnya mengandungcalcium aluminate.Sebagai bahangrogkasar, digunakan aluminosilikat yang telah mengalami perlakuan suhu tinggi dan telah dipecah (crushed brick). Salah satu tipikalgroguntukrefraktori cor biasanya dibuat berukuran 30 mesh, yang mana komposisi mineralnya terdiri dari:corundum, mullitedancristobalite. Komponen lainnya adalah aluminium oksida (Aloxi) yang berfungsiuntukmenambah kandungan Al2O3sehingga sifat kerefraktorian dari refraktori cor diharapkan menjadi meningkat. Kalsium aluminate (Ca-aluminate) berfungsi sebagai bahan pengikat, terutama saat pembentukan atau pencetakan untuk mempercepat waktu pengeringan dan pengerasan (setting time). Salah satu tipikal komposisi yang kemungkinan bisa dibangun dan diuji adalah seperti disajikan pada Tabel 9.

Tabel 9.Tipikal Komposisi Kimia Grog, Aloxi, Ca-aluminate

Campuran bahan baku (abu terbang,grog, alumunium oksida,calciumaluminate) berdasarkan volumenya dengan perbandingan Al2O3/SiO2tertentu yang telahtercampursecara homogen membentuk suatu komposit mentah refraktori cor.Selanjutnya dilakukan rekayasa komposisi yang dibuat dengan perbandingan komponen komposit mentah seperti ditunjukkan pada Tabel 10, menghasilkan tipikal komposisi kimia seperti yang ditunjukkan pada Tabel 11. Nilai Al2O3/SiO2tertinggi dicapai pada komposit mentah kode A yaitu 1,69. Nilai ini dapat memenuhi refraktori cor komersial tipe CAJ- 16. Komposit mentah kode B dan D dapat memenuhi refraktori cor komersial tipe CAJ-14.

Tabel 10. Rekayasa Komposisi Komposit Mentah Refraktori Cor

Tabel 11.Hasil Perhitungan Komposisi Kimia Komposit Mentah Refraktori Cor

Untuk contoh rekayasa campuran menggunakan bahan baku aluminium oksida, grogdancalcium aluminatetanpa abu terbang memberikan kadar Al2O3yang tinggi tetapidengan penambahan abu terbang yang semakin banyak kadar Al2O3cenderungmenurun drastis. Selanjutnya Gambarmenunjukkan bahwa penambahan semenca-aluminatehanya meningkatkan kadar Al2O3relatif kecil.

Gambar 2. Pengaruh penambahan aluminate terhadap kadarAl2O3pada campuran (abu, crushed brick, aloxi = 3 : 2 : 1)

Sebaliknya dilakukan penambahan alumina oksida yang semakin banyak, yang ternyata dapat menaikkan kadar Al2O3secara signifikan (Gambar 3).

Gambar 3.Pengaruh penambahan Alumina Oksida terhadapkadarAl2O3pada campuran (abu, semen, crushed brick = 3 : 2 : 2)

1)Uji Hasil Cetak Refraktori CorBenda uji dibuat melalui cetakan berbentuk silinder berdiameter 4 cm dan tinggi 4,5 cm, dengan cara menuangkan adonan komposit mentah ke dalamnya. Sebelum penuangan, adonan dibuat terlebih dahulu dengan menambahkan 15-20% air pada komposit mentah dan diaduk sampai rata, kemudian dituangkan ke dalam cetakan dan dibiarkan sampai mengeras (setting). Pengamatan secaravisualmenunjukkan, benda-benda uji mentah tersebut umumnya mempunyaisetting time

Tabel 12. Sifat fisik benda uji mentah refraktori cor dan nilai kerefraktoriannya

NoKode benda ujiSetting time (jam)Bulk density (g/ml)Porositas (%)PCE(SK.No)Titik leleh(oC)

123456CAJ-16CAJ-14ABCD