B3 waste treatment services

FLY  ASH  dan BOTTOM  ASH

Fly ash dan bottom ash adalah terminology umum untuk abu terbang yang ringan dan abu relatif berat yang timbul dari suatu proses pembakaran suatu bahan yang lazimnya menghasilkan abu. Fly ash dan bottom ash dalam konteks ini adalah abu yang dihasilkan dari pembakaran batubara.

Sistem pembakaran batubara umumnya terbagi 2 yakni sistem unggun terfluidakan (fluidized bed system) dan unggun tetap (fixed bed system atau grate system). Disamping itu terdapat system ke-3 yakni spouted bed system atau yang dikenal dengan unggun pancar.

Fluidized bed system adalah sistem dimana udara ditiup dari bawah menggunakan blower sehingga benda padat di atasnya berkelakuan mirip fluida. Teknik fluidisasi dalam pembakaran batubara adalah teknik yang paling efisien dalam menghasilkan energi. Pasir atau corundum yang berlaku sebagai medium pemanas dipanaskan terlebih dahulu. Pemanasan biasanya dilakukan dengan minyak bakar. Setelah temperatur pasir mencapai temperature bakar batubara (300^oC) 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. Teknologi fluidized bed biasanya digunakan di PLTU (Pembangkit Listruk Tenaga Uap). Komposisi fly ash dan bottom ash yang terbentuk dalam perbandingan berat adalah : (80-90%) berbanding (10-20%).

Fixed bed system atau Grate system adalah teknik pembakaran dimana batubara berada di atas conveyor yang berjalan atau grate. Sistem ini kurang efisien karena batubara yang terbakar kurang sempurna atau dengan perkataan lain masih ada karbon yang tersisa. Ash yang terbentuk terutama bottom ash masih memiliki kandungan kalori sekitar 3000 kkal/kg. Di China, bottom ash digunakan sebagai bahan bakar untuk kerajinan besi (pandai besi). Teknologi Fixed bed system banyak digunakan pada industri tekstil sebagai pembangkit uap (steam generator). Komposisi fly ash dan bottom ash yang terbentuk dalam perbandingan berat adalah : (15-25%) berbanding (75-25%).

Persoalan di Sekitar Fly ash dan Bottom ash

Fly ash/bottom ash yang dihasilkan oleh fluidized bed system berukuran 100-200 mesh (1 mesh = 1 lubang/inch²). Ukuran ini relative kecil dan ringan, sedangkan bottom ash berukuran 20-50 mesh. Secara umum ukuran fly ash/bottom ash dapat langsung dimanfaatkan di pabrik semen sebagai substitusi batuan trass dengan memasukkannya pada cement mill menggunakan udara tekan (pneumatic system). Disamping dimanfaatkan di industri semen, fly/bottom ash dapat juga dimanfaatkan menjadi campuran asphalt (ready mix), campuran beton (concerete) dan dicetak menjadi paving block/batako. Dari suatu penelitian empiric untuk campuran batako, komposisi yang baik adalah sbb :

Kapur              : 40%

Fly ash            : 10%

Pasir               : 40%

Semen            : 10%              

Persoalan lingkungan muncul dari bottom ash yang menggunakan fixed bed atau grate system. Bentuknya berupa bongkahan-bongkahan besar. Seperti yang telah disinggung di atas bahwa bottom ash ini masih mengandung fixed carbon (catatan : fixed carbon dalam batubara dengan nilai kalori 6500-6800 kkal/kg  sekitar 41-42%). Jika bottom ash ini langsung dibuang ke lingkungan maka lambat laun akan terbentuk gas Metana (CH₄) yang sewaktu-waktu dapat terbakar atau meledak dengan sendirinya ( self burning dan self exploding). Di sisi yang lain, jika akan dimanfaatkan di pabrik semen maka akan merubah desain feeder, sehingga pabrik semen tidak tertarik untuk memanfaatkan  bottom ash tsb.

Solusi Persoalan Fly ash dan Bottom ash

Dari situasi dan keadaan di atas maka dapat dikatakan bahwa solusi terhadap munculnya fly/bottom ash serta pemanfaatan yang dikaitkan dengan keamanan terhadap lingkungan adalah sbb :

1. Fly ash/bottom ash yang berasal dari sistem pembakaran fluidized bed dapat digunakan untuk :
   1. Campuran semen tahan asam
   2. Campuran asphalt (ready mix) dan beton
   3. Campuran paving block/batako

2. Fly ash yang berasal dari fixed bed system dapat langsung digunakan seperti point 1.a, 1b dan 1c. Sedangkan untuk bottom ash yang masih dalam bentuk bongkahan maka harus mengalami perlakukan pengecilan ukuran (size reduction treatment) sebelum dimanfaatkan lebih lanjut.

PEMANFAATAN  FLY ASH 

Batubara sebagai bahan bakar banyak digunakan di PLTU. Kecenderungan dewasa ini akibat naiknya harga minyak diesel industri, maka banyak perusahaan yang beralih menggunakan batubara sebagai bahan bakar dalam  menghasilkan steam (uap). Sisa hasil pembakaran dengan batubara menghasilkan abu yang disebut dengan fly ash dan bottom ash (5-10%). Persentase  abu (fly ash dan bottom ash) yang dihasilkan adalah fly ash (80-90%) dan bottom ash (10-20% ) : [Sumber PJB Paiton]. Umumnya komposisi kimia fly ash dapat ditunjukkan seperti di bawah ini :

                                    SiO₂      : 52,00%

                                    Al₂O₃     : 31,86%

                                    Fe₂O₃    :   4,89%

                                    CaO      :   2,68%

                                    MgO     :   4,66%

Manfaat Fly ash

Pabrik semen memerlukan fly ash yang digunakan sebagai pengganti (substitusi) batuan trass yang bersifat pozzolanic untuk pembuatan semen tahan asam (PPC). Penggunaan fly ash di salah satu pabrik semen berkisar antara 4-6 % berat raw mill. Posisi pemasukan fly ash di pabrik semen ditunjukkan pada skema berikut :

Semen sebagai bahan pengikat telah dikenal sejak zaman Mesir kuno yang merupakan kalsinasi gypsum yang tidak murni. Sedangkan kalsinasi batu kapur baru dimulai oleh bangsa Romawi. Mereka menggunakan material yang diambil dari lembah Napples (Italia) tepatnya di daerah Pozzoalu yang merupakan asal-usul penamaan Pozzolano terhadap bahan tersebut.

Semen Portland terbagi menjadi 5 jenis yaitu Semen Portland I s.d V. Setiap jenis semen Portland berbeda-beda dalam racikannya (sesuai dengan standard ASTM dan SII, lihat Lampiran). Maksud racikan disini adalah perbedaan komposisi kimia dan sifat fisika semen yang akan terbentuk. Perbedaan kimia yaitu  berapa percent jumlah Kalsium, Silika, Aluminium dan Ferrum (besi) sebagai unsur pembentuk utama semen  dan perbedaan fisika misalnya loss of ignition, kuat tekan, panas hidrasi dsb.

Secara umum komposisi bahan pembentuk semen PPC adalah sbb :

        Clinker                     : 86%

        Gypsum                    :  4%

        Trass                        :  6%

        Fly ash                      : 4%

Berdasarkan definisi SNI 15-0302-1994 :

PPC adalah semen hidrolis yang terdiri dari campuran homogen antara semen Portland dengan pozzolan halus yang diproduksi dengan cara menggiling clinker semen Portland dan pozzolan bersama-sama atau mencampur secara rata bubuk semen Portland dengan bubuk pozzolan atau gabungan antara menggiling dan mencampur dimana kadar pozzolan 15 s.d 40% massa semen Portland pozzolan.

Berdasarkan definisi ASTM C 219 :

PPC adalah semen hidrolis yang terdiri dari campuran semen Portland, blast furnace slag dan pozzolan yang dihasilkan dari penggilingan klinker semen Portland dan pozzolan dengan mencampur semen Portland atau semen Portland blast furnace slag dan pozzolan yang dihaluskan secara terpisah atau kombinasi penggilingan dan pencampuran dimana jumlah pozzolan adalah sesuai batas yang dipersyaratkan. 

Berdasarkan 2 (dua) definisi di atas maka yang membedakan PPC  dengan semen Portland biasa (I s.d V) adalah banyaknya trass atau fly ash yang ditambahkan pada proses akhir (finish mill).

Dengan penambahan fly ash akan mengakibatkan pada struktur beton hal-hal sebagai berikut :

        Curing time (umur 90 hari) laju reaksi pozzolanic (pengikatan Ca) meningkat sehingga jumlah Ca(OH)₂ yang akan berinteraksi dengan CO₂ berkurang karenanya karbonasi terhambat

        Menurunkan alkalinitas beton yang merupakan penyebab terjadinya korosi pada besi beton

Kriteria ini akan meningkatkan ketahanan concrete (beton) terhadap oksidasi akibat lingkungan yang bersifat asam (utamanya daerah rawa).