Tegel Keramik: Produksi, Bahan, dan Outlook Industri

Latar Belakang

Tegel dinding dan lantai—yang digunakan dalam dekorasi interior dan eksterior—tergolong dalam keluarga keramik yang dikenal sebagai whitewares. Penggunaan tegel berglasi yang paling awal tercatat kembali ke Mesir kuno; Piramida Bertingkat Firaun Djoser (kira-kira 2600 SM) menampilkan panel berglasi berwarna. Sepanjang abad, pembuatan tegel menyebar di seluruh Mediterania, Eropa, dan Amerika, mencapai skala industri pada awal abad ke-20. Penemuan tungku terowongan pada tahun 1910 secara dramatis meningkatkan otomatisasi, dan saat ini produksi sangat terotomatisasi.

American National Standards Institute (ANSI) mengklasifikasikan tegel keramik menjadi beberapa kategori: tegel mosaik porcelain (atau tegel tanah liat alami < 39 cm²), tegel dinding hias (tegel dinding berglasi tipis untuk dinding perumahan), tegel paver (tegel porselen atau tanah liat alami yang berglasi atau tidak berglasi ≥ 39 cm²), dan tegel quarry (ukuran sama dengan paver tetapi dibentuk dengan metode yang berbeda). Tegel porselen diproduksi dengan teknik press kering; tegel quarry menggunakan proses pembentukan yang berbeda.

Produksi global terkonsentrasi di Eropa, Amerika Latin, dan Timur Jauh. Italia memimpin pasar, menghasilkan 16,6 juta ft² per hari pada tahun 1989—24,6 % dari pasokan dunia—diikuti oleh Spanyol (12,6 %), Brasil dan Jerman (masing-masing 11,2 %), dan Amerika Serikat (4,5 %). Pada tahun 1990, pasar tegel lantai dan dinding yang digabungkan diperkirakan senilai $2,4 miliar.

Pembuatan tegel di Amerika Serikat terkonsentrasi di sekitar 100 pabrik yang mengirimkan 507 juta ft² pada tahun 1990. Impor mencakup sekitar 60 % dari konsumsi domestik, bernilai $500 juta; Italia menyediakan hampir setengah dari impor tersebut. Ekspor AS tumbuh dari $12 juta pada tahun 1988 menjadi $20 juta pada tahun 1990.

Karena industri ini matang dan terkait dengan aktivitas konstruksi, pertumbuhan modest. Departemen Perdagangan AS memproyeksikan pertumbuhan konsumsi 3–4 % per tahun selama lima tahun mendatang. Ramalan tahun 1992 memprediksi 494 juta ft² yang dikirimkan, kenaikan 4 % dibandingkan tahun 1991. Survei American Ceramic Society, namun, memperkirakan pertumbuhan rata-rata tingkat produsen sekitar 36 % selama lima tahun.

Bahan Baku

Dasar tegel terdiri dari mineral tanah liat yang ditambang dari kerak bumi, feldspar (untuk menurunkan suhu pembakaran), dan aditif kimia yang membantu pembentukan. Mineral sering difinisasi dekat tambang sebelum dikirim ke pabrik.

Bahan dihaluskan dan diklasifikasikan menurut ukuran partikel. Crusher primer—rahang atau gyrotory—mengurangi gumpalan besar menjadi potongan yang dapat dikelola. Langkah awal dalam produksi tegel adalah pencampuran bahan. Saat penggerusan basah digunakan, air ditambahkan dan campuran digerus dalam ball mill. Kelembaban berlebih kemudian dihilangkan melalui filter press diikuti dengan spray drying, menghasilkan bubuk halus yang kemudian ditekan menjadi bentuk.

Penggerusan sekunder lebih mengurangi ukuran partikel menggunakan hammer mill atau muller mill; muller mill menggunakan roda steel dalam panci putar dangkal, sedangkan hammer mill menggunakan palu steel yang bergerak cepat. Untuk ukuran yang lebih halus, tumbling mill dengan media penggerus—paling umum ball mills—digunakan.

Layar memisahkan partikel menurut ukuran. Dioperasikan dengan lereng dan digetar secara mekanis atau elektromekanis, mereka diklasifikasikan oleh nomor mesh; nomor mesh yang lebih tinggi menunjukkan lubang yang lebih kecil.

Glaze adalah lapisan kaca yang meleleh pada permukaan tegel selama pembakaran, kemudian mengeras saat pendingin. Glaze memberikan resistensi kelembaban dan finishing hias, tersedia dalam berbagai warna dan tekstur.

Proses Manufaktur

Setelah bahan baku disiapkan, urutan produksi—batching, pencampuran, penggerusan, spray drying, pembentukan, pengeringan, pelapisan, dan pembakaran—terus berjalan sebagian besar dengan peralatan otomatis.

Batching

• Komposisi dan warna badan tergantung pada proporsi bahan baku. Perhitungan batch yang akurat mempertimbangkan properti fisik dan kimia. Penimbangan jumlah yang tepat memastikan karakteristik tegel yang diinginkan.

Pencampuran dan Penggerusan

• Bahan dimasukkan ke dalam mixer shell, ribbon, atau intensif. Shell mixer berputar dalam silinder berbentuk V; ribbon mixer menggunakan vana heliks; mixer intensif menggunakan bajur cepat. Langkah ini lebih menggerus campuran, menghasilkan ukuran partikel yang lebih halus yang meningkatkan pembentukan selanjutnya.
• Saat penggerusan basah digunakan, air ditambahkan untuk membuat slurry atau slip. Slurry kemudian difilter-press (menghilangkan 40–50 % kelembaban) dan di-mill kering.

Spray Drying

• Air berlebih dari penggerusan basah dihilangkan melalui spray drying: slurry diatomisasi menjadi titik air yang kering dalam kolom udara panas, membentuk granula bebas alir yang cocok untuk pembentukan.
• Alternatifnya, penggerusan kering dapat diikuti oleh granulasi: bahan kering dicampur dengan air untuk membentuk granula, yang kemudian dikeringkan.

Pembentukan

• Sebagian besar tegel dibuat dengan press kering. Bubuk—sering mengandung persentase rendah kelembaban atau pengikat organik— mengalir dari hopper ke dalam forming die, di mana plunger steel menekannya dengan tekanan hingga 2.500 ton. Press otomatis kemudian mengeluarkan tegel.
• Metode lain termasuk extrusion-plus-punching untuk bentuk tidak teratur dan tegel tipis, ram pressing untuk tegel yang sangat dibentuk, dan pressure glazing, yang menggabungkan pelapisan dan pembentukan dalam satu die, menghilangkan garis glaze dan limbah sludge.

Pengeringan

• Tegel yang dibuat basah memerlukan pengeringan untuk mencegah retakan penyusutan. Pengering kontinu atau terowongan—dipanaskan dengan gas, minyak, lampu inframerah, atau energi mikrogelombang—menghilangkan kelembaban secara lambat. Pengeringan inframerah cocok untuk tegel tipis; pengeringan mikrogelombang lebih baik untuk tegel tebal. Pengeringan impuls memberikan pulsa udara panas secara lintang.

Pelapisan

• Glaze disiapkan dengan langkah batching, pencampuran, dan penggerusan yang sama seperti badan. Iya dapat diterapkan melalui centrifugal glazing, bell-waterfall spraying, atau spray sederhana. Untuk beberapa lapisan glaze, screen printing dengan squeegee karet digunakan.
• Dry glazing—menerapkan frit bubuk atau glaze granulat pada permukaan yang dilapisi basah—menghasilkan finishing mirip granit setelah pembakaran.

Pembakaran

• Tegel dibakar dalam tungku terowongan atau kontinu, bergerak pada konveyor atau dalam sagger. Tegel dinding (ground dry) biasanya melalui proses dua langkah: pembakaran bisque suhu rendah untuk menghilangkan volatal, diikuti oleh pembakaran glost badan dan glaze. Setiap siklus memakan waktu 2–3 hari pada ~2.372 °F (1.300 °C).
• Tegel yang dibuat basah hanya memerlukan satu pembakaran, biasanya dalam tungku roller. Waktu pembakaran dapat pendek hingga 60 menit pada ~2.102 °F (1.150 °C) atau lebih tinggi.
• Setelah pembakaran, tegel diperiksa, dikemas, dan dikirim.

Sampingan

Produksi tegel menghasilkan berbagai polutan yang harus dikontrol untuk memenuhi standar kualitas udara. Senyawa fluorine dan timbul muncul selama pembakaran dan pelapisan. Emisi timur telah turun tajam berkat glaze no-lead atau low-lead. Fluorine dapat ditangkap dengan scrubber yang memompa air ke dalam gas buang atau dengan filter kering yang dilapisi kapur—kapur ini nantinya dapat didaur ulang sebagai bahan baku.

Pabrik juga mengembangkan proses daur ulang air limbah dan sludge. Bubuk berlebih dari press kering, overspray dari pelapisan, dan tegel yang ditolak direintegrasikan ke dalam siklus persiapan badan, mengurangi limbah.

Kontrol Kualitas

Statistical Process Control (SPC) memantau setiap tahap produksi—dari ukuran partikel dan waktu penggerusan hingga suhu pengeringan, tekanan kompak, dimensi, densitas, dan profil pembakaran. Grafik SPC menandai masalah peralatan dan kondisi out-of-spec, memungkinkan perbaikan hasil awal.

Produk akhir harus memenuhi standar ASTM untuk kekuatan mekanis, resistensi gosokan, resistensi kimia, penyerapan air, stabilitas dimensi, resistensi vorst, dan ekspansi termal linier. Resistensi licin—diukur oleh koefisien gesekan—semakin penting, meskipun belum ada standar universal yang ada.

Masa Depan

Untuk mempertahankan pertumbuhan, produsen difokuskan pada garis produk baru: tegel modular dan cladding, format besar, permukaan tahan licin dan gosokan, dan finishing polos yang menirukan granit atau marmer. Kemajuan dalam formulasi badan, kimia glaze, dan teknik aplikasi—digabungkan dengan peralatan pemrosesan canggih—mendorong inovasi.

Otomatisasi akan tetap menjadi kunci untuk meningkatkan output, mengurangi biaya, dan meningkatkan kualitas. Pertimbangan lingkungan dan efisiensi energi akan terus membentuk teknologi produksi, mendorong adopsi proses yang lebih bersih dan praktik konservasi sumber daya.