Alkali, klorin, dan sulfur berputar dalam siklus volatil di preheater–kiln, membentuk deposit yang menyumbat dan menjatuhkan jam operasi. Solusinya: potong sirkulasi lewat gas bypass yang mampu mengeluarkan 20–75% klorin dari sistem.
Di pabrik semen modern, pra‑pemanas siklon (cyclone preheater, menara siklon yang memanaskan umpan dengan gas buang) dan kalsiner inline (inline calciner, ruang pembakaran pendahuluan di riser) bukan sekadar pendahuluan; keduanya memikul 60–70% beban panas dan menentukan apakah kiln rotary yang membakar sampai ~1450 °C bisa berjalan stabil. Reaksi kalsinasi endothermik CaCO3 → CaO + CO2 terjadi di sini—dan pada kondisi aliran berlawanan (counter‑current), unsur minor seperti alkali (Na2O+K2O), sulfur (sebagai SO3), dan klorin menguap di zona panas lalu mengembun lagi di permukaan yang lebih dingin.
Enders dan Haeseli mencatat bahwa “thermally unstable compounds like alkali chlorides, alkali sulfates and Ca‑sulfates” menguap di burning zone, terbawa gas buang lalu mengembun di preheater (www.researchgate.net). Klorin sendiri volatil pada ~900–1200 °C di zona sinter dan mengembun di pipa riser serta siklon bawah pada ~700–900 °C (www.researchgate.net), membentuk campuran bertitik leleh rendah (mis. KCl/NaCl/K2SO4) yang menempel di dinding siklon dan duct.
Baca juga: Low-NOx burner vs SNCR: Duel Kendali Emisi di Kiln Semen
Kimia pra‑pemanasan dan kalsinasi
Bahan baku dan bahan bakar alternatif (plastik, biomassa, limbah industri) kerap membawa 0,05–1% Cl; setiap ton klinker bisa “mengangkut” ratusan gram spesies volatil. Contoh: solid recovered fuel/SRF rata‑rata ~0,7–0,8% Cl berat (www.researchgate.net). Hanya fraksi kecil—0,7–13%—klorin yang terikat ke klinker (www.researchgate.net); mayoritasnya berputar lagi di sistem kiln atau keluar bersama debu, memperparah siklus.
Siklus volatil dan dampak operasi
ECRA menegaskan penggunaan bahan bakar alternatif meningkatkan masukan alkali volatil, Cl, dan S yang kemudian “enriched through circulation between the sintering zone and the lowermost cyclone stage” (www.ecra-online.org). Enders & Haeseli menyimpulkan siklus “volatilization–condensation” ini “reduces the stability of the kiln process,” memicu “unintended kiln stops and additional maintenance” (www.researchgate.net).
Di lapangan, operator menghadapi deposit berupa coating dan ring di area kritis: kiln inlet duct, duct siklon bawah, hingga ring keras di sekitar kalsiner atau level burner. Konsekuensinya: aliran gas dan perpindahan panas terganggu, nyala api tidak stabil, over‑heating atau quenching, sampai shutdown tak terencana. Gejala khas: calciner notch tersumbat, pressure drop preheater tinggi, feeding menjadi erratic akibat feeder, serta sering harus quench atau memecah ring secara mekanis.
Panduan industri Indonesia memperingatkan total masukan klorida di atas ~0,05% basis tanpa LOI (loss on ignition, berkurangnya massa saat dibakar) biasanya memicu plugging berat; menjaga Cl di ~0,02–0,03% dianggap “normal” (id.scribd.com). Secara praktis, kiln siklon/prekalsiner tanpa bypass sebaiknya membatasi masukan Cl ~200–300 mg Cl per kg klinker (id.scribd.com); melampaui ini cepat berujung blockage. Kelebihan alkali/S juga dapat berkompleks dengan CaO devolatil menjadi sulfata lengket (CaSO4) atau silikat kaya alkali—semuanya memperparah build‑up dan menekan throughput serta menaikkan energi bila tak dikendalikan.
Bypass gas kiln: prinsip dan lokasi
Mitigasi yang terbukti adalah “memotong” sebagian gas panas kiln sebelum masuk kembali ke preheater lewat sistem gas bypass. Praktiknya, 1–10% aliran gas kiln dialihkan ke loop pendinginan/penangkapan debu terpisah. ECRA menyebut gas bypass “particularly effective for the limitation of chloride cycles” (www.ecra-online.org).
Pengambilan ideal berada di kiln inlet atau lower riser—gas buang ~650–800 °C dengan entrained dust minimal—sehingga KCl/NaCl terangkat sebelum mengembun di siklon (www.ecra-online.org). Pemodelan aliran komputasional (computational flow modeling) lazim dipakai untuk menentukan titik tapping yang optimal.
Efektivitas penghilangan klorin dan sulfur
Survei ECRA menunjukkan desain bypass yang baik mampu mengeluarkan ~20–75% total masukan klorin ke sistem kiln (www.ecra-online.org). Sebaliknya, alkali sulfates yang cenderung terikat pada debu lebih banyak tertinggal; penghilangan Cl lewat bypass umumnya jauh melampaui SO3.
Praktik operasi umum adalah ~5–15% aliran gas dibypass. Data FLSmidth/IPPC menyebut ~10–15% sebagai “typical” untuk chlorine bypass (pdfcoffee.com). Setiap 1% bypass kira‑kira memungkinkan tambahan ~100 mg Cl/kg klinker yang masih dapat ditoleransi (id.scribd.com). Artinya, 8% bypass dapat mengizinkan hingga ~800 mg Cl/kg, sementara tanpa bypass ambang praktisnya ~200–300 mg/kg (id.scribd.com).
Resirkulasi parsial ini juga ikut “menyapu” sulfur: sebagian SO2 dan alkali sulfates keluar melalui jalur bypass dan ditangkap—misalnya oleh wet scrubber atau baghouse (dust collector dengan kantong filter) di lini bypass. Namun penghilangan sulfur memang kecil; survei menunjukkan removal sulfates hanya ~2–12% dari input (www.ecra-online.org).
Desain bypass gas kerap mengintegrasikan scrubber Ca(OH)2 atau slurry scrubber di kiln hood untuk mengonversi SO2 pada bleed gas menjadi gypsum, membatasi emisi SOx (contoh: paten dan desain Taiheiyo Cement menggunakan CaO/Ca(OH)2 di sirkuit bleed untuk penangkapan SO2, sekaligus memulihkan garam klorida di slurry; www.ecra-online.org). Pada tahap ini, pengumpanan reagen yang presisi dibantu oleh peralatan seperti dosing pump dengan accurate chemical dosing.
Alasan Semen Tidak Boleh Lembap: Pengenalan Strategi Silo Kedap Udara dan Tekan Kering
Debu bypass dan pengelolaan residu
Gas bypass yang diekstraksi disaring, menghasilkan “bypass dust” atau slurry berkandungan klorida tinggi. Secara akademik, bypass dust memiliki kandungan Cl dan K beberapa kali lipat dibanding kiln dust normal (www.researchgate.net). Fraksi halus paling ekstrem: air‑classification dapat menghasilkan stream halus dengan Cl 2–3× lebih tinggi daripada umpan (www.researchgate.net), yang kadang dilindi (leached) untuk memulihkan potash.
Mengingat sifatnya yang “hazardous/high‑salt”, debu ini biasanya ditimbun (landfill) atau dipakai pada aplikasi niche. Hanya sebagian kecil yang dikembalikan ke kiln (sebagai aditif semen dengan kontrol makeup) demi keseimbangan alkali.
Untuk menangani slurry kaya klorida dari scrubber Ca(OH)2 seperti di atas, utilitas pengolahan dapat menerapkan unit pengendapan seperti clarifier yang menghilangkan padatan tersuspensi dengan waktu detensi 0,5–4 jam, atau solusi ringkas lamela settler dengan desain kompak yang memangkas tapak hingga 80% dibanding clarifier konvensional. Sebagai polishing, filtrasi media ganda sand/silica dapat menahan partikel 5–10 mikron. Perlengkapan pendukung water treatment membantu integrasi sistem tanpa mengganggu operasi kiln.
Implikasi operasional dan studi kasus
Meski ada biaya penanganan, sistem bypass kerap “balik modal” karena mencegah downtime dan memungkinkan pemakaian bahan bakar limbah lebih tinggi. Contohnya, Votorantim Cimentos (Brasil) memasang chlorine bypass senilai US$10 juta pada lini 5 Mt/tahun. Setelah retrofit, co‑processing limbah meningkat dari 45 kt/tahun → 73 kt/tahun (+62%), menggantikan 12 kt/tahun petcoke dan memangkas ~12.200 t/tahun CO2 (~5%) (www.cemfuels.com).
Intinya, bypass gas kiln yang ditargetkan adalah strategi “purge” yang didukung data untuk mengurangi alkali/Cl volatil dari aliran gas—sering mencapai >20% penghilangan total Cl (www.ecra-online.org)—menstabilkan kimia preheater dan membuka ruang bagi throughput bahan bakar alternatif yang lebih tinggi.
Daur Ulang Air Limbah Tekstil Menuju Zero Liquid Discharge (ZLD)
Catatan sumber dan detail teknis
Detail kimia volatil dan suhu volatil/condense (900–1200 °C; 700–900 °C), komposisi garam rendah titik leleh (KCl/NaCl/K2SO4), serta kutipan Enders & Haeseli tersedia di www.researchgate.net dan www.researchgate.net. Data SRF (~0,7–0,8% Cl) dan fraksi klorin yang terikat ke klinker (0,7–13%) juga bersumber di www.researchgate.net dan www.researchgate.net. Enrichment siklus volatil dan efektivitas bypass (20–75% Cl removal; 2–12% sulphur removal) tercantum di www.ecra-online.org, www.ecra-online.org, dan www.ecra-online.org. Batas operasional Indonesia (0,05% Cl total input; normal 0,02–0,03%; 200–300 mg/kg tanpa bypass) serta aturan praktis toleransi ~100 mg/kg per 1% bypass dapat dirujuk di id.scribd.com dan id.scribd.com. Praktik 10–15% chlorine bypass tersedia di pdfcoffee.com. Karakter debu bypass dan fraksi halus 2–3× Cl dapat dibaca di www.researchgate.net dan www.researchgate.net. Studi kasus Votorantim tersedia di www.cemfuels.com. (Semua tautan disematkan dekat klaim terkait.)
