Grinding Aid untuk Hemat Energi dan Naikkan Throughput Pabrik Semen

Pembuatan semen sangat rakus energi. Pabrik proses kering modern mengonsumsi sekitar 110–120 kWh per ton semen (kWh/t) (www.sciencedirect.com), dan 60–70% listrik itu habis untuk penggilingan bahan baku dan klinker (scielo.org.za). Bahkan, sepertiga energi total bisa tersedot hanya untuk finish grinding klinker (scielo.org.za).

Secara praktis, 50 kWh/t atau lebih kerap habis di finish mill dan separator saja (www.sciencedirect.com; www.nbmcw.com). Satu sumber industri menuliskan ~110 kWh/t total, dengan 70% di kominu si (comminution) (~77 kWh/t) (www.nbmcw.com). Karena porsi energi dan biaya yang besar, setiap penurunan kWh/t di mill adalah langkah efisiensi berdaya ungkit tinggi. Sebagai acuan di Indonesia, standar industri hijau menargetkan konsumsi listrik di pabrik semen modern di bawah ~100 kWh/t (www.iea.org), dibanding 110–120 kWh/t di pabrik yang lebih tua.

Baca juga: 

Cara Pengepakan Semen Tanpa Debu: LEV di Spout, Kolektor Terintegrasi

Definisi dan mekanisme grinding aid

Grinding aid adalah bahan tambahan (additive) spesial—umumnya molekul polar dari keluarga glycol, alkohol, atau amine—yang ditambahkan berdosis sangat rendah (≪1% dari bobot klinker) ke umpan mill. Contoh lazim: alkanolamine (mono-, di-, atau triethanolamine) dan glycol (turunan etilena atau propilena glycol ether) (scielo.org.za).

Mekanismenya: molekul additive teradsorpsi pada permukaan semen/klinker yang baru retak, menetralkan muatan permukaan dan menurunkan gaya tarik van der Waals antarpadat (www.nbmcw.com; scielo.org.za). Efeknya ibarat lapisan “pelumas” tipis yang menciptakan halangan sterik (steric hindrance) sehingga partikel halus tidak re‑agglomerasi, tidak melapisi bola/liner, dan aliran material di mill menjadi lebih lancar. Levine dan Das (2016) menyebut additive ini “partially neutralise the charges” dan menciptakan gaya tolak yang mencegah penumpukan (www.nbmcw.com).

Secara mekanistik, studi melaporkan grinding aid menurunkan resistansi klinker terhadap fragmentasi dan menghambat “sticking” elektrostatis yang biasanya meningkat saat energi permukaan naik◆ (scielo.org.za). Ini memperbaiki sirkulasi internal fines, menstabilkan material bed dalam mill atau VRM (Vertical Roller Mill), dan mempercepat pemecahan (zaf.sika.com; zaf.sika.com). Additive juga berdifusi ke mikroretak saat idle, menghambat “crack healing” dan makin mencegah aglomerasi (scielo.org.za).

Tiga fungsi praktik yang paling relevan adalah: (a) mengurangi mill coating dan pembentukan “pearl”, (b) melebarkan PSD (particle size distribution, sebaran ukuran partikel) untuk grind‑track layer yang sedikit lebih kasar, dan (c) memungkinkan circulating load lebih tinggi.

Pencegahan aglomerasi ini sejalan dengan konsep dispersant; di utilitas proses lain, bahan dispersant-chemicals juga bekerja mencegah partikel saling menggumpal untuk meningkatkan efisiensi sistem.

Bukti energi dan throughput

Uji laboratorium dan pabrik mengonfirmasi: grinding aid menaikkan produktivitas mill dan menurunkan kWh/t. Pada skala bangku, Hashim & Hussin (2018) menunjukkan additive optimal memberi “significant improvement in size distribution” dan throughput dengan “decreasing agglomeration” serta mengurangi ball coating (www.researchgate.net). Literatur mengutip kenaikan efisiensi mill 15–25% dari penambahan kecil grinding aid (scielo.org.za), bahkan dosis 0,01–0,10% dapat memperbaiki performa sejauh itu dengan memitigasi aglomerasi. Tanpa additive, efisiensi grinding jatuh cepat saat target Blaine (kehalusan Blaine, standar kehalusan permukaan) dinaikkan (www.nbmcw.com; scielo.org.za).

Data industri konsisten. Dalam uji Loesche VRM, additive SikaGrind VRM‑40 menaikkan throughput semen +11% sekaligus menurunkan energi spesifik 10% (zaf.sika.com). Produksi naik dari 143 t/h menjadi 159 t/h dan kWh/t turun dari 38,0 menjadi 34,2 (–10%) (zaf.sika.com). Formulasi TEA standar (SikaGrind‑455) memberikan +9% output dan –8% energi. Uji pilot lain (meja Loesche 36 cm) menunjukkan grinding aid terbaik meningkatkan produktivitas +14%, memperhalus fineness +12%, dan menurunkan getaran mill –72% dibanding tanpa additive (zaf.sika.com).

Secara kuantitatif, penghematan energi atau lonjakan throughput lazimnya di kisaran satu digit hingga belasan persen. Survei performa menunjukkan throughput naik sekitar 10–20% dan energi turun 5–10% (scielo.org.za; zaf.sika.com). Dalam istilah pabrik, pemotongan 5–10 kWh/t realistis. Bahkan penurunan 5% daya (~5–6 kWh/t) itu bernilai besar: pada kapasitas 3 Mt/tahun, hemat ~15–18 GWh/tahun. Dengan tarif $0,10/kWh, itu setara $1,5–$1,8 juta (scielo.org.za). Catatan teknis menegaskan: dengan memfasilitasi penggilingan lebih halus pada energi lebih rendah, grinding aid “significantly improve clinker production and fineness while decreasing energy consumption,” memangkas biaya dan emisi CO₂ (scielo.org.za).

Dampak operasional dan kualitas produk

Selama implementasi, kualitas produk harus terjaga: kuat tekan, waktu ikat (setting time), dan kehalusan Blaine. Kerap muncul manfaat tambahan: penurunan pack‑set volume dan kebutuhan air bebas (indikator flowability membaik). Dalam uji Sika, pack‑set turun drastis karena fines lebih terdipersikan (zaf.sika.com). Singkatnya, dalam istilah industri bijih besi/batuan, grinding aid mengerek “grinding efficiency” — produk sama pada energi lebih rendah, atau produk lebih banyak pada energi sama.

Baca juga: Panduan Maintenance Sistem Pneumatik di Area Packaging Pabrik Semen

Protokol uji coba pabrik terstruktur

Uji pabrik (plant trial) yang terstruktur mutlak untuk mengkuantifikasi ROI. Parameter dasar yang dicatat: kWh, throughput (t/h atau t/hari), kehalusan tetap, dan kondisi operasi.

• Baseline data collection: jalankan mill pada kondisi mantap (feed konstan, tanpa additive baru) untuk merekam daya (kWh) dan throughput pada kehalusan tetap. Rekam 1–2 minggu untuk rata‑rata stabil spesifik energi (kWh/t). Dokumentasikan parameter operasi (kecepatan/tekanan mill, setting separator, classifier return rate, temperatur mill, dsb.) dan kualitas semen (Blaine, strength).
• Safe‑start test: lakukan “blank” test untuk cek reprodusibilitas sebelum penambahan kimia (zaf.sika.com).
• Introduce the grinding aid: injeksikan GA (mis. campuran glycol–amine) dengan dosis rendah terkontrol (sering 0,02–0,10% bobot klinker) via spray ke umpan mill atau ke konveyor menuju mill (www.nbmcw.com). Naikkan dosis bertahap sampai terlihat plateau. Biarkan mill berjalan 10–30 menit pascadose untuk mencapai keseimbangan. Akurasi injeksi biasanya mengandalkan dosing-pump agar dosis stabil.
• Measure performance changes: rekam daya, getaran/dinamika, dan produksi secara kontinu. Untuk pembandingan adil, pertahankan laju produksi dan amati energi turun; atau pertahankan input energi dan ukur kenaikan tonase. Alternatif lain: selang‑seling hari atau shift “on vs. off”. Pantau kehalusan/Blaine agar mutu tetap sesuai. Catat penurunan pack‑set atau draft ventilasi sebagai sinyal tambahan efek GA.
• Data analysis: hitung spesifik energi (kWh/t) dan throughput (t/h) dengan/ tanpa additive. Normalisasi terhadap variasi feed. Pada ball mill, ukur circulating load dan partition curves; pada VRM, lacak efisiensi separator dan pressure drop. Targetnya: penurunan kWh/t terukur (output konstan) atau output lebih tinggi (kWh konstan) pada hari penggunaan GA.

Contoh perhitungan ROI

Asumsi pabrik 1 Mt semen/tahun (~3.000 t/hari). Energi baseline 110 kWh/t. Uji berhasil menunjukkan penurunan energi 5% (~5,5 kWh/t) pada throughput tak berubah. Energi hemat per tahun ≈5,5 GWh. Pada biaya listrik industri $0,08/kWh, hemat ~$440.000/tahun. Biaya kimia GA pada dosis ~0,05% bobot kira‑kira ~$1,00–$2,00 per ton semen (tergantung kimia). Untuk 1 Mt, biaya GA ~ $1,5 juta (asumsi $1,50/t). Payback sederhana: tiap 1% energi yang disimpan ≈$88.000/tahun, maka 5% ≈$440.000/tahun. Net gain bergantung apakah menutupi belanja GA $1,5 juta. Dalam praktik, GA sering “self‑financing” lewat throughput lebih tinggi, energi lebih rendah, atau volume semen lebih besar—misalnya +5% throughput pada energi sama berarti kenaikan volume 5% langsung.

Pedoman uji untuk manajer produksi

• Semua variabel lain dijaga konstan. Jangan ubah kimia klinker, media gerus, kadar air feed segar, atau setting separator selama uji. Hanya GA yang divariasikan.
• Durasi cukup pada tiap dosis. Spike singkat (<1 jam) tidak reliabel.
• Sertakan periode “flush” (jalan tanpa GA untuk pembilasan) agar perubahan bukan akibat drift. Contoh Sika butuh ~90 menit blank untuk kembali ke baseline (zaf.sika.com).
• Rekam data rinci: arus motor, kehalusan Blaine/ayakan, mill autumn charge levels, airflow, dsb. Meski tidak semua masuk kalkulasi ROI, diagnostik ini mengonfirmasi kinetika penggilingan yang membaik.
• Evaluasi beberapa dosis. Kurva efisiensi vs dosis tidak linear; di atas optimum, manfaat menurun. Temukan “knee” performa.
• Uji performa semen dan beton. Konfirmasi setting time, early strength, dsb. tetap dapat diterima (beberapa GA sedikit memperlambat hidrasi atau meningkatkan strength; ini harus diakomodasi dalam spesifikasi).
• Biaya vs manfaat: masukkan energi dan produktivitas sekaligus. Misalnya, jika GA memungkinkan throughput mill +3% (karena circulating load turun) pada kWh sama, tonase tambahan adalah pendapatan tambahan. Pengurangan pack di grinding‑bed atau kejadian coating abortif juga menghemat downtime/perawatan.

Ringkasan keputusan berbasis data

Intinya: grinding aid kimia memberi peningkatan energi dan output yang terukur. Uji industri menunjukkan penurunan specific energy 8–10% dan kenaikan throughput dua digit (zaf.sika.com; scielo.org.za). Bahkan penghematan kecil (mis. 2–5 kWh/t) berdampak besar di pabrik berjuta ton per tahun. Tim produksi perlu memasangkan pembacaan meter (kWh/t, throughput) dengan uji mutu lab untuk memverifikasi benefit.

Dengan protokol uji yang terstruktur dan data before/after yang jelas (kWh/t, throughput, fineness), ROI dapat dibuktikan. Gunakan asumsi konservatif agar perhitungan kokoh. Dalam praktik, uji yang tertata kerap menunjukkan periode balik modal hanya beberapa bulan; misalnya, bila GA menurunkan kWh/t 8% dan/atau menaikkan output 10%—angka yang lazim di lapangan (zaf.sika.com; scielo.org.za), additive yang relatif mahal sekalipun dapat membayar dirinya dengan cepat.

Baca juga: 

Cara Efektif Menjaga Semen Tetap Kering: Silo Kedap, Udara Kering, dan Additive Hidrofobik

Catatan sumber dan konteks teknis

Data peer‑reviewed dan industri (mis. Genç 2016; Hashim et al. 2018; Zan/Ishak 2023) membahas mekanisme dan benefit grinding aid (www.nbmcw.com; scielo.org.za). Studi pabrikan dan studi kasus (mis. Sika) mendokumentasikan efek nyata energi/throughput (zaf.sika.com). Tinjauan energi internasional dan standar memberi konteks konsumsi tipikal pabrik semen (www.sciencedirect.com; scielo.org.za). Semua data di atas disematkan pada klaim terkait.