View
212
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
INCORPORAÇÃO DO RESÍDUOS DE CAULIM COMO MATÉRIA - PRIMA CERÂMICA PARA PRODUÇÃO DE GRÉS PORCELANATO – PARTE III
M.A.F. Ramalho; H.C. Ferreira; H. L. Lira ; L.N.L. Santana ;G. de A. Neves Av. Aprígio Veloso,882,Cidade Universitária – 58109-970, Campina Grande – PB.
email: mel_lbr@yahoo.com.br, gelmires@ufcg.edu.br Departamento de Engenharia de Materiais Universidade Federal de Campina Grande
RESUMO
Um dos principais problemas que as indústrias enfrentam é com relação ao
descarte de resíduos gerados no beneficiamento de matérias – primas. Frente a
enorme quantidade de resíduos e ao impacto ambiental causado, uma vez que
existem poucas aplicações para a sua disposição, uma solução eficiente é a de
reciclá-los. Desse modo, o objetivo do nosso trabalho é estudar as potencialidades
de resíduos provenientes da indústria beneficiadora de caulim como matéria-prima
cerâmica para a produção de grés porcelanato. Foram formuladas composições, que
foram misturadas e moldadas por prensagem uniaxial (30 a 50 MPa).
Posteriormente, os corpos de prova foram queimados nas temperaturas entre
1180ºC e 1240ºC, e em seguida submetidos a ensaios físico-mecânicos de absorção
de água, porosidade aparente, retração linear de queima e resistência mecânica. Os
resultados obtidos encontraram-se dentro da norma da ABNT, NBR 13818.
Palavras – chaves: reciclagem, grés porcelanato, resíduos de caulim.
INTRODUÇÃO
Ao longo de sua existência, o homem sempre utilizou os recursos naturais do
planeta e gerou resíduos com pouca ou nenhuma preocupação, já que os recursos
eram abundantes e a natureza aceitava passivamente os despejos realizados. A
partir do século XVIII, com o surgimento da “onda “industrial, o modelo ou estratégia
de desenvolvimento das nações consolidou suas bases técnicas e sociais. O
objetivo principal era o crescimento econômico a curto prazo, mediante a utilização
Anais do 48º Congresso Brasileiro de Cerâmica Proceedings of the 48th Annual Meeting of the Brazilian Ceramic Society
28 de junho a 1º de julho de 2004 – Curitiba-PR
1
de novos processos produtivos e a exploração intensiva de energia e matéria-prima,
cujas fontes eram consideradas ilimitadas . )1(
O acumulo diário de resíduos sólidos, a um ritmo forte e crescente, mediante
a resposta do aumento das atividades industriais e das exigências de controle por
parte dos órgãos fiscalizadores do ambiente, tornam a necessidade de adequação
dos resíduos um fator inevitável ao desenvolvimento e ao crescimento populacional
sustentável . )2(
Assim sendo, determinados resíduos industriais podem ser incorporadas a
argilas para a fabricação de produtos cerâmicos, como tijolos e agregados leves.A
reciclagem de resíduo industrial têm sido a alternativa mais viável para o seu
reaproveitamento nestes últimos anos, no Brasil e no exterior. O uso de resíduos em
massas cerâmicas, visando a obtenção de artefatos para usos diversos, também se
constitui uma das melhores soluções para os problemas ambientais, contribuindo
para a redução do consumo de matérias-primas e dos custos . )3(
A primeira utilização industrial do caulim foi na fabricação de artigos
cerâmicos e de porcelana há muitos séculos atrás. Somente a partir da década de
1920 é que se teve início a aplicação do caulim na industria de papel, sendo
precedida pelo uso na indústria da borracha. Posteriormente, o caulim passou a ser
utilizado em plásticos, pesticidas, rações, produtos alimentícios e farmacêuticos,
fertilizantes e outros, tendo atualmente uma variedade muito grande de aplicações
industrias . )4(
A manufatura de um produto com alta perfomace, como é o caso do grés
porcelanato, ocorre por meio de um controle microestrutural bastante rigoroso que
requer alta qualidade das matérias – primas e um processo de produção altamente
tecnológico. Onde os requisitos referentes ao produto, devam ser, alto grau de
brancura, baixa absorção de água, alta resistência mecânica e alta resistência ao
manchamento . )5(
Como resultado, podemos definir “grés porcelanato” como sendo um
revestimento cerâmico impermeável, totalmente vitrificado (absorção de água abaixo
de 0,5%, de acordo com a clasificação ISO padrão para revestimentos cerâmicos),
esmaltado ou não, cuja peça queimada é branca ou artificialmente colorida, e feita a
partir de uma mistura de caulim, quartzo e feldspato. )6(
Anais do 48º Congresso Brasileiro de Cerâmica Proceedings of the 48th Annual Meeting of the Brazilian Ceramic Society
28 de junho a 1º de julho de 2004 – Curitiba-PR
2
Diante disso, o objetivo do presente trabalho é continuar o estudo das
potencialidades de resíduos provenientes da indústria beneficiadora de caulim de
Juazeirinho – PB, visando sua utilização como matéria-prima cerâmica na produção
de grés porcelanato.
MATERIAIS E MÉTODOS
Materiais
Para a elaboração da massa cerâmica foram utilizadas as matérias-primas
descritas abaixo:
Resíduos de Caulim. Resultantes do beneficiamento de caulins primários,
extraídos da planície pegmática da Borborema, localizada no município de
Juazeirinho-PB e cedidos pela CAULISA Indústria S/A.
Argila “ball-clays”. Cedida pela Indústria ARMIL MINÉRIOS LTDA, localizada no
Distrito Industrial do município de Campina Grande – PB.
Feldspato. Cedido pela Indústria ARMIL MINÉRIOS LTDA, localizada na Cidade
de Parelhas – RN.
Calcita. Cedida pela Indústria ARMIL MINÉRIOS LTDA, localizada no Distrito
Industrial do município de Campina Grande - PB.
Métodologia
Beneficiamento das Matérias-Primas
Inicialmente as matérias - primas foram secas em estufa a uma temperatura a
110ºC por 24h, até massa constante. Posteriormente foram triturados em um moinho
do tipo galga, peneirados em peneira ABNT Nº200 (0,074mm), e acondicionados em
sacos plásticos, e etiquetados de forma a permitir sua identificação.
Ensaios de Caracterização
As matérias-primas utilizadas neste trabalho foram caracterizadas quanto
à composição química através do Equipamento EDX-900 da marca Shimadzu, pelo
método de Espectrofotômetro Fluorescente de Raio-X, e análise térmica diferencial
e termogravimétrica, onde as curvas foram obtidas através de um sistema de
Análises Térmicas Modelo RB-3000 da BP Engenharia, com razão de aquecimento
12,0oC/min e temperatura máxima 1000oC e o padrão utilizado na ATD foi óxido de
Anais do 48º Congresso Brasileiro de Cerâmica Proceedings of the 48th Annual Meeting of the Brazilian Ceramic Society
28 de junho a 1º de julho de 2004 – Curitiba-PR
3
alumínio(Al2O3) calcinado. Posteriormente, após queima, os corpos de prova confeccionados foram
caracterizados, quanto à difração de raios-X (DRX), em equipamento
Siemens/Brucker-AXS D 5005, equipado com espelho de Goebel para feixe paralelo
de raios-X e detector de NaCl de estado sólido. A radiação utilizada foi Cu kα
(40kV/40mA); a velocidade do goniômetro foi de 0,02o para 2θ por passo com tempo
de contagem de 1,0 segundo por passo; e microscopia eletrônica de varredura
(MEV), analisadas em um microscópio eletrônico de varredura, modelo DSM 940A
(Carl Zeiss).
Formulação da Massa Cerâmica
A massa cerâmica alternativa com resíduo de caulim foi formulada através do
software REFORMIX 2.0. A massa foi misturada em moinho de bolas por 2h e em
seguida umedecida com um teor de 8,5% de umidade. Na Tabela I encontra-se a
composição utilizada para fabricação das placas cerâmicas.
Tabela I – Composição (% em peso) da massa estudada
Matérias - Primas Composição (%)
Ball - Clay 30
Resíduo de Caulim 20
Carbonato de Cálcio 2
Feldspato 48
Moldagem dos Corpos de Prova
Os corpos de prova foram moldados por prensagem uniaxial em uma prensa
hidráulica, na forma de lâminas prismáticas 6,0cm x 2,0cm x 0,5cm à pressões
variando de 30 a 50 MPa.
Ensaios Tecnológicos
Após a moldagem, os corpos de prova foram secos em estufa a 110ºC, e em
seguida queimados nas temperaturas de 1180ºC, 1200ºC, 1220ºC e 1240ºC, a uma
taxa de aquecimento de 10ºC/min e um patamar de queima de 5 minutos. O
resfriamento ocorreu naturalmente até temperatura ambiente.
Anais do 48º Congresso Brasileiro de Cerâmica Proceedings of the 48th Annual Meeting of the Brazilian Ceramic Society
28 de junho a 1º de julho de 2004 – Curitiba-PR
4
Em seguida, os corpos de prova foram submetidos a caracterização,
determinando-se a retração linear, absorção de água, porosidade aparente e
resistência mecânica, segundo a Norma NBR 13818 , e difração de raios-X e a
MEV.
)6(
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Ensaios de caracterização
A Tabela II apresenta os resultados da análise química das matérias – primas
utilizadas, bem como da massa estudada neste trabalho.
Tabela II – Análise Química das matérias-primas e da massa estudada .
Composição Química ( % em peso)
Amostras 2SiO 32OAl 32OFe OK 2 2TiO CaO MgO ONa2 2CO
Ball – Clay 56,8 29,3 5,24 2,84 2,88 0,31 - - -
Resíduo de
Caulim 56,5 36 1 6,14 0,13
- - - -
Feldspato 61,1 15,2 0,16 21,9 - - - - -
Carbonato de
Cálcio 0,84 - 0,06 - - 56,5
- - 42,3
Massa estudada 61,2 29,97 0,48 3,55 - - 0,26 1,44 -
Analisando a Tabela II, pode-se observar que as matérias - primas apresentam
teores elevados de sílica, variando de 56,5% a 61,1%, e quantidades de alumina
entre 15,2% e 36%, exceto para a amostra de carbonato de cálcio que apresentou
teor de sílica em torno de 0,8%, e não apresentou teor de alumina . As amostras
apresentaram teores de óxido de ferro variando de 0,06% a 5,24%. Pode-se
observar que a composição química da massa estudada, incorporada com resíduo,
apresenta um alto teor de sílica, em torno de 61,2%, quantidades de alumina em
torno de 29,9%, e um teor de óxido de ferro abaixo de 0,5%, o que permite a
fabricação de placas cerâmicas com base branca. A Figura 1 mostra as curvas de ATD e ATG da massa estudada.
Anais do 48º Congresso Brasileiro de Cerâmica Proceedings of the 48th Annual Meeting of the Brazilian Ceramic Society
28 de junho a 1º de julho de 2004 – Curitiba-PR
5
0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0
1 4
1 2
1 0
8
6
4
2
0
-2
A T G A T D
T e m p e ra tu ra (º C )
Dife
renç
a de
mas
sa (%
)
-3 0
-2 0
-1 0
0
1 0
2 0
Diferença de tem
peratura (%)
Figura 1 – Análise térmica diferencial e gravimétrica.
Analisando a curva de ATD da Figura 1, verifica-se que a massa cerâmica,
apresenta um pico endotérmico de grande intensidade a 120º C, o que caracteriza a
presença de água livre e um pico endotérmico de pequena intensidade a
aproximadamente 570º C, correspondente a desidroxilação da argila e
transformação de Quartzo-α em Quartzo-β. A aproximadamente 800º C tem-se um
pico endotérmico de pequena intensidade, caracterizando a presença de carbonato
de cálcio; e um pico exotérmico de pequena intensidade a 900º C, correspondente a
nucleação da mulita.
Analisando a curva de ATG da Figura 1, verifica-se que a massa cerâmica
utilizada apresenta uma perda de massa total de 13,20%. Na temperatura de 78º C,
houve uma perda de massa de 7,21% no intervalo de variação de 27 – 328º C,
correspondente a perda de água livre. Em 491º C houve uma perda de massa de
5,50% no intervalo de variação de 328 – 794º C, correspondente a perda de
hidroxilas, e em aproximadamente 800º C houve decomposição de carbonato de
cálcio.
Ensaios Tecnológicos
A Figura 2 apresenta as curvas de tensão de ruptura a flexão em função da
temperatura de queima.
Anais do 48º Congresso Brasileiro de Cerâmica Proceedings of the 48th Annual Meeting of the Brazilian Ceramic Society
28 de junho a 1º de julho de 2004 – Curitiba-PR
6
1180 1190 1200 1210 1220 1230 124010
15
20
25
30
35
40
45
TR (M
Pa)
Temperatura (ºC)
TR30MPa TR35MPa TR40MPa TR45MPa TR50MPa
Figura 2 – Comportamento mecânico das peças após sinterização.
De acordo com a Norma NBR 13818, o grés porcelanato deve apresentar um
módulo de resistência superior a 35 MPa, com um valor individual mínimo de 32
MPa. Assim, observando a curva da Figura 2, verifica-se que as placas apresentam
valores dentro do limite estabelecido pela Norma 13818, quando estas são
queimadas nas temperaturas de 1220º e 1240º C. Comparando os valores
apresentados para as placas compactadas entra 35 e 45 MPa, observa-se que
houve um aumento na resistência mecânica com a pressão. Este fato pode estar
relacionado com a melhoria na compacidade das peças, que provavelmente
proporciona uma maior área efetiva de contato entre os grânulos, fato que se traduz
em um aumento na resistência mecânica das peças.
A Figura 3 apresenta a curva de gresificação para as placas submetidas a
pressão de 35 MPa, na qual distingue-se uma temperatura a partir da qual se inicia o
aumento da retração liar e a diminuição da absorção de água.
Anais do 48º Congresso Brasileiro de Cerâmica Proceedings of the 48th Annual Meeting of the Brazilian Ceramic Society
28 de junho a 1º de julho de 2004 – Curitiba-PR
7
1180 1190 1200 1210 1220 1230 1240
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Abs
orçã
o de
Águ
a (%
)
Temperatura (ºC)
A35MPa R35MPa
0
2
4
6
8
10
Ret
raçã
o de
Que
ima
(%)
Figura 3 – Curva de gresificação.
Analisando a curva de gresificação da Figura 3, verifica-se que, entre 1180º e
1220º C, há uma redução significativa da absorção de água, fato este que pode
estar relacionado com a formação de uma fase líquida viscosa, que tende a
aproximar as partículas, aumentando a retração e diminuindo a porosidade aberta.
Entre 1220º e 1240º C, formam-se inicialmente os poros fechados que contém
gases, produto da decomposição das inclusões ricas em elementos voláteis
procedentes dos feldspatos. Com o aquecimento, os gases presos nos poros
tendem a expandir-se.
Em 1220º C, o mínimo de absorção de água é coincidente com o máximo da
retração linear, correspondendo a temperatura ótima de queima.
Ensaios de caracterização após queima
Difração de raios - X
A Figura 4 apresenta as curvas características de difração de raios-X das
peças sinterizadas a 1220ºC e a 1240ºC.
Anais do 48º Congresso Brasileiro de Cerâmica Proceedings of the 48th Annual Meeting of the Brazilian Ceramic Society
28 de junho a 1º de julho de 2004 – Curitiba-PR
8
0 10 20 30 40 50 60
QQ QMM+QM MM M
Q
MQM
1220ºCM - MulitaQ - Quartzo
ângulo 2θ
QQ QMMMMM
MQ
Q
QM+Q
1240ºC
Figura 4 – Difratograma de raios-X das peças sinterizadas às temperaturas de
1220ºC e 1240ºC.
Analisando o difratograma de raios X da Figura 4, para as amostras queimadas
a 1220 ºC e 1240ºC, observa-se que as amostras apresentam como fases cristalinas
o quartzo e a mulita,. Pode-se também observar picos de difração predominantes de
mulita para as duas temperaturas de sinterização. A mulita é uma fase desejável que
confere elevada resistência mecânica ao material cerâmico. A diminuição da
intensidade dos picos de difração do quartzo indica que ocorreu dissolução deste na
fase líquida formada.
Microscopia Eletrônica de Varredura
A Figura 5 apresenta as micrografias obtidas para as peças sinterizadas a
1220ºC e 1240ºC.
Anais do 48º Congresso Brasileiro de Cerâmica Proceedings of the 48th Annual Meeting of the Brazilian Ceramic Society
28 de junho a 1º de julho de 2004 – Curitiba-PR
9
m m
(a)
Figura 5 – Micrografias obtidas a partir da s
sinterizadas às temperaturas de 1220ºC (a) e 1240
Analizando a Figura 1a e 1b, ambas com re
as amostras sinterizadas a 1220 ºC apresentam um
formação da fase vítrea que promove a redução
presença de poros isolados, com provavelmente
matriz, conforme mostra a Figura 1a acima.
As amostras sinterizadas a 1240ºC aprese
compacta e presença de poros isolados, devido a
praticamente todos os poros ainda existentes no
porosidade fechada, conforme mostra a Figura 1b
de poros provavelmente acontece devido a um
aprisionados no interior dos poros, superando o v
vítrea, que por sua vez diminui com o aumento de
CONCLUSÕES
Os resultados obtidos evidenciam as poten
como matéria – prima cerâmica na fabricação
apresentados pelas placas cerâmicas obtidas co
encontram-se dentro do limite estabelecido
temperaturas de 1220º e 1240º C.
Anais do 48º Congresso Brasileiro de Cerâmica Proceedings of the 48th Annual Meeting of the Brazilian Ceramic Society
28 de junho a 1º de julho de 2004 – Curitiba-PR
10
20 µ
20 µ(b)
uperfície de fratura das peças
ºC (b).
solução de 500x, observa-se que
a microestrutura densa, devida a
gradativa do volume de poros e
grãos de quartzo separados da
ntam uma microestrutura densa,
fase vítrea formada que envolve
interior do corpo, dando origem a
acima. Esse aumento do volume
aumento da pressão dos gases
alor da tensão superficial da fase
temperatura.
cialidades do resíduo de caulim
de grés porcelanato. Os valores
m a incorporação deste resíduo
pela Norma NBR 13818 nas
Através da curva de gresificação podemos concluir que a temperatura ótima de
queima, onde foram obtidos menores valores de absorção de água, é de 1220º C.
Após análise das micrografias obtidas por MEV, confirmou-se a microestrutura
densa e compacta, com redução gradativa dos poros e presença de poros isolados,
caracterizando a baixa absorção de água e excelente resistência mecânica nestas
temperaturas. Como também a presença de mulita, mostrada através dos
difratogramas de raios – X, conferindo a elevada resistência mecânicas das peças
sinterizadas nas temperaturas de 1220º e 1240ºC.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem ao PIBIC/CNPq/UFPB pelo auxílio financeiro ao
desenvolvimento do projeto de pesquisa voltado á reciclagem do resíduo de caulim e
sua incorporação como matéria – prima cerâmica para produção de grés
porcelanato. A Indústria ARMIL MINÉRIOS LTDA e a CAULISA Indústria S/A., por
ter nos cedido matéria – prima necessária para realização da pesquisa.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. C. Modesto, V. Bristot, G. Menegali, M. De Brida, M. Mazzucco, A. Mazon, G.
Borba, J. Virtuoso, M. Gastaldon, A. P. Novaes de Oliveira, Cerâmica Industrial,
Volume 8(4), Julho/Agosto, 2003, p.14.
2. E. R. Pereira, J. A. Labrincha, A. M. Segadães, D. Hotza, W. Acchar, Anais do
47º Congresso Brasileiro de Cerâmica, João Pessoa, 2003, p. 2398.
3. G. K. Kohara, A. Ciffoni, A. H. Munhoz Jr., Anais do 47º Congresso Brasileiro de
Cerâmica, João Pessoa, 2003, p. 1180.
4. S. P. Silva, “Caulim, Balanço Mineral Brasileiro 2001”, Belém: DNPM 5º DS/
DNPM 2001, p.1.
5. E. Sánchez, Cerâmica Industrial, Volume 8(2), Maio/Junho, 2003, p.7.
6. E. Sanchez, Cerâmica Industrial, Volume 8(3), Maio/Junho, 2003, p.17.
7. Associação Brasileira de Normas Técnicas, ABNT. Norma NBR 13818: Placas
cerâmicas para revestimento – Especificação e métodos de ensaios (1997).
Anais do 48º Congresso Brasileiro de Cerâmica Proceedings of the 48th Annual Meeting of the Brazilian Ceramic Society
28 de junho a 1º de julho de 2004 – Curitiba-PR
11
INCORPORATION OF THE RESIDUE OF CAULIM IN CERAMIC MASS FOR
PRODUCTION OF PORCELANATE GRES - PARTE III
ABSTRACT
One of the main problems in the industry is de residue generated during the
improvement of the raw materials. Due to the great amount of residue and
environmental impact this residue must recycled. In this way, the aim of this work is
to study the potentiality of the residue from the industry of improvement of kaolin to
be used as raw materials to the ceramic industry, especially in the production of
porcelanate gres. I was studied different compositions, that were submitted to a
mixture and forming by pressing (from 30 to 50 Mpa). After, the samples were
sintered at temperatures of 1180oC and 1240oC. Following, the samples were
submitted to a physical and mechanical test, such as, water absorption, apparent
porosity, linear shrinkage after sintering and mechanical strength. The results
showed that the studied formulations are in accordance with the Brazilian norms
ABNT, NBR 13818.
Key – Words: porcelanate gres, recycling, kaolin residues.
Anais do 48º Congresso Brasileiro de Cerâmica Proceedings of the 48th Annual Meeting of the Brazilian Ceramic Society
28 de junho a 1º de julho de 2004 – Curitiba-PR
12
Recommended