Descrição das principais matérias primas cerâmicas

DESCRIÇÃO DAS

PRINCIPAIS MATÉRIAS PRIMAS CERÂMICAS

Matérias Primas e Processos de Fabrico

1.2. Quartzo de areia, cascalho e seixo

• Mais de 90% do quartzo utilizado na indústria cerâmica provém de areias móveis

ou mais ou menos consolidadas acumuladas por via fluvial, marinha ou eólica.

• Tais depósitos sedimentares têm forma tabular e lenticular apresentando

espessuras que vão desde poucos metros até centenas de metros e resultam da

actuação da Meteorização intensa de maciços de rochas granitóides e de

ortogneisses durante a qual os minerais relativamente pouco estáveis, caso de

feldspatos e micas, são degradados por acção química. A subsequente erosão e

o transporte em suspensão do material argiloso formado e a selecção dos grãos

de quartzo durante o transporte mecânico por acção da água ou do vento

proporciona a concentração das areias quartzosas.

• Muitas vezes as areias quartzosas apresentam uma matriz argilosa em

quantidade apreciável que deve ser removida por lavagem quando se têm em

vista certas aplicações cerâmicas.

• A purificação da areia também pode fazer-se por meios químicos e magnéticos.

Processos electromagnéticos podem permitir a remoção de minerais, tais como:

ilmenite, magnetite e outros, pertencentes à fracção densa ou pesada.

• Um dos principais requesitos para a pureza química da areia quartzosa é um

baixo teor em ferro total sob a forma Fe2O3 que não deve exceder 0,05% ou

mesmo 0,02% nas areias da melhor qualidade. Por exemplo, a areia para

cristalaria deve satisfazer as especificações seguintes: Fe2O3 <0,02%;

AI2O3<0,2%; alcalis<0,01%.

• O calibre do grão de areia quartzosa usada na indústria cerâmica situa-se

geralmente entre 2 mm e 0,063 mm. A cerâmica estrutural (tijolo, telha, etc.) não

exige quartzo com grão muito fino. Mas, a porcelana, louça sanitária e produtos

semelhantes exigem areia quartzosa com calibres entre 0,90 mm-0,075 mm.

Para a indústria do vidro o grão do quartzo deve situar-se entre 0,6 e 0,1 mm.

• Quanto à morfologia do grão da areia quartzosa ela pode apresentar

formas desde a completamente angulosa até à completamente

arredondada. Os grãos angulosos são atacados mais rapidamente pela

fusão ou vidro formado em alguns processos industriais.

• A areia quartzosa com teores elevados em caulinite é usada no fabrico

de refractários silíco-aluminosos.

• A areia quartzosa mais pigmentada com óxidos de ferro, titânio ou

manganês, não serve para cerâmica mas pode ser utilizada em

metalurgia para moldes de fundição do aço e outros metais. Neste caso,

o agente cimentante da areia é, usualmente, bentonite (7%).

• Na cerâmica, a areia quartzosa actua principalmente como carga,

reduzindo a plasticidade, a contracção em cozido, a deformação e o

tempo de secagem e aumentando a porosidade dos produtos cozidos

pouco vitrificados e a resistência mecânica durante a queima.

• O quartzo é o principal formador de vidro no corpo cerâmico e, quanto mais fino

for, maior é a sua superfície específica reagindo mais rapidamente com os outros

componentes.

• O cascalho e o seixo quartzoso de certos terraços fluviais ou marinhos ou de

certos conglomerados também podem ser utilizados na indústria cerâmica.

• Na escala de Wentworth usada em sedimentologia o diâmetro de grão que

separa a areia do cascalho é 2 mm. Os depósitos ideais de areia e de cascalho

devem possuir ampla distribuição no que respeita à dimensão do grão de modo a

permitirem a classificação de separados para diferentes usos. Devem conter

ainda pouca mica, pouco feldspato, poucos óxidos de ferro, pouca argila e pouca

matéria orgânica.

• Os principais países produtores de areia quartzosa e cascalho quartzoso são os

seguintes: França (Fontainebleau), Bélgica (Namur), Alemanha (RFA)

(Dorentrup, Duingen-Walíensen, Norte de Zarzvorland), Checoslováquia (Ceska

Lipa, Strelec e Adersbach), EUA (Virginia, Pensilvânia, Illinois e Missouri).

• Provavelmente, a nível mundial, a areia e o cascalho silicioso

ultrapassam todos os recursos minerais não combustíveis, metálicos ou

não metálicos, quer em tonelagem quer em valor.

• Portugal possui depósitos de areias brancas especiais, usadas nas

industrias de cerâmica e do vidro, situados particularmente em Rio Maior

(o maior depósito de areias siliciosas cauliníticas), em Coina (Setúbal)

com areias grosseiras e bastante impuras, em Alhadas (Figueira da Foz)

com areias feldspáticas, em Aguieira (Águeda), em Pombal e Barosa

(Leiria) e ainda em Alenquer (areias argilosas refractárias).

1.3. Quartzo de quartzito, cherte, silex e lidito

• O quartzito é uma rocha metamórfica que resulta da recristalização de

sedimentos muito ricos em areia quartzosa e que pode constituir

formações extensas e espessas.

• Utiliza-se normalmente no fabrico de refractários ácidos ou siliciosos e

de produtos cerâmicos estruturais. Os refractários siliciosos são muito

sensíveis à presença de pequenos teores em AI203 e alcalis que podem

ser deletérios se os refractários são usados a temperaturas próximas da

do ponto de fusão.

• Teores até cerca de 5% de AI203 causam rápida formação de fase líquida

a 1660ºC, correspondendo ao eutético no sistema SiO2- AI203.

• Os quartzitos situam-se normalmente em terrenos do Paleozóico ou

mesmo do Precâmbrico.

• Os países principais produtores de quartzito são: Inglaterra (próximo de

Shefield onde o quartzito é conhecido pelo nome "ganister"), Alemanha –

ex-RFA (Kempen, Oberrosbacn e Stromberg), Alemanha – ex-RDA

(Thuringen), Polónia (Silésia), França (Bretanha e Normandia), Bélgica

(Ardenas), Rússia (várias regiões dos Urais), EUA (Maryland, Colorado,

Califórnia e Alabama).

• Em Portugal há depósitos de quartzito Paleozóicos (Ordovícico e

Silúrico) de grande dimensão e com boa qualidade nalgumas

ocorrências. Em 1981 havia 5 pedreiras de quartzito em actividade com

uma produção de 590.000 ton. e o valor de 110.000 contos. O cherte é

composto por quartzo muito fino, muitas vezes sob a forma de bandas

ou zonas também muito finas, aparece em nódulos e concreções em

calcários.

• A formação do cherte relaciona-se com a fase da

diagénese em que se verifica a dissolução de

esqueletos siliciosos de organismos (radiolários e

diatomáceas), a que se seguiu uma reprecipitação em

meio ácido.

• O lidito é um material silicioso, finamente granular e

frequentemente penetrado por veios de quartzo

secundário, cinzento ou preto, cuja cor é devida a

matéria orgânica combustível finamente dispersa. O

lidito forma intercalações ou camadas com poucos

centímetros de espessura em xistos negros.

1.4. Vidros vulcânicos siliciosos

• Vidros vulcânicos ricos em sílica fazem, frequentemente, parte de rochas

vulcânicas ou efusivas e constituem matéria prima conveniente para a

indústria cerâmica.

• Existem vários tipos de vidros vulcânicos siliciosos: obsidiana, liparite,

perlite e pumito. Estes vidros vulcânicos são ricos em água.

• Por exemplo, à perlite cujo nome deriva da presença de fracturas

arranjadas concêntricamente sugerindo as zonas de crescimento das

pérolas e que se devem a contracção durante o arrefecimento,

corresponde habitualmente a composição riolítica seguinte: Si02 (68-

75%), AI203 (12-16%), Fe203 (0,5-2%), CaO (1-2,5%), K20 (3-5%), Na20

(5-8%) e H20 (2-7%). Após arrefecimento rápido, a perlite granulada

expande até cerca de 20 vezes o volume inicial.

• Comercialmente, o termo perlite compreende qualquer vidro vulcânico

que expande quando aquecido rapidamente e que forma um material

leve com estrutura celular.

• A perlite expandida é material muito procurado para o fabrico de betão

leve, cimento isolador térmico e acústico cimento refractário, azulejo,

tubos isolantes para condução de vapores.

• A perlite expandida tem baixa condutividade térmica e elevada absorção

sonora. Quando os grãos de perlite moída são aquecidos à temperatura

de fusão incipiente (800-1100ºC) a água contida é convertida em vapor

de água e os grãos incham. A expansão tem lugar em fornos verticais

estacionários ou em fornos horizontais rotativos.

• Os depósitos comerciais de perlite são restritos a formações vulcânicas

Terciárias e Quaternárias. A razão da ocorrência não se verificar em

depósitos mais antigos deve-se ao fenómeno da desvitrificação do vidro

vulcânico com o tempo. Tais depósitos correspondem a domos de lava

formados aparentemente pela extrusão de magmas altamente viscosos.

• Depósitos de perlite que podem ocorrer sob a forma de escoadas,

diques, soleiras ou domos encontram-se em Itália (Sardenha), Islândia,

França, Bulgária, Hungria, Checoslováquia, URSS (Arménia), EUA

(Novo México), Grécia (ilhas de Milos eKos), Turquia e África do Sul.

• Em 1985 a produção mundial de perlite rondou os 2 milhões de

toneladas.

• O pumito é um vidro vulcânico vesicular de baixa densidade, capaz de

flutuar em água.

• O pumito resulta da solidificação de lavas ácidas ricas em SiO2 e ricas

também em voláteis dissolvidos. As erupções destas lavas muito viscosas

são geralmente violentas porque a pressão do gás vê-se rapidamente

diminuída e a expansão dos voláteis gera massas celulares na lava

expandida. De facto, o arrefecimento rápido, quando em contacto com a

atmosfera, gera vidros com numerosas bolhas.

• O pumito possui maior resistência mecânica do que a perlite expandida,

facto que permite a produção de betão mais resistente. Além disso o

pumito foi já expandido naturalmente não necessitando de ser expandido

em fornos. Todavia, a perlite expandida sendo produzida em condições

controladas pode satisfazer determinadas especificações requeridas para

certos usos, ao contrário do pumito.

• As propriedades principais do pumito são: baixo peso

específico e alta capacidade isolante. A densidade do

pumito é um pouco inferior a 1, enquanto que a

densidade do vidro normal é cerca de 2,5, facto que

permite que o pumito flutue na água.

• A permeabilidade do pumito é baixa porque cada

cavidade celular está isolada das vizinhas por meio de

finas membranas de vidro.

• O pumito pode ser finamente moído e adicionado ao

cimento "Portland", actuando como material

pozolânico, na proporção de 10-30% em peso. O

pumito constitui a pozolana natural mais importante.

• Não possui por si só capacidade aglomerante ou

cimentante, mas ao reagir com o hidróxido de cálcio

libertado pele cimento "Portland" quando em contacto

com a água, proporciona propriedades aglomerantes.

O pumito moído pode ser usado ainda como abrasivo

em sabões, em pós de limpeza doméstica e em

dentífricos. O pumito ocorre particularmente na ex-

RFA, Itália (ilha de Lipari), Ilhas Canárias, E.U.A.

(Arizona, Califórnia e Novo México), França, Grécia

(ilhas de Yali e Nisisros) e Açores.

• A produção mundial de pumito em 1985 rondou

as 20.000 toneladas.

1.5. Refinação e beneficiação do quartzo de filão, de areia e de quartzito

• Se o quartzo se apresentar como cristal de rocha pode-se beneficiar o seu grau

de pureza para valores tais como SiO2 (99,9%), Fe2O3 (0,001%), e Al2O3

(0,01%).

• Para tal, os cristais individuais de quartzo são aparados por meios manuais

visando a remoção das capas exteriores que contêm naturalmente a maior parte

das impurezas. Em seguida, na respectiva cominuição evita-se a contaminação

com metais (de placas britadoras, placas de revestimentos, barras, bolas, etc.)

dos moinhos habituais, calcinando o quartzo a 900-1000ºC e introduzindo-o

depois em água fria.

• Deste modo os cristais de quartzo reduzem-se a grão do tamanho de areia que

será então fundido.

• O quartzo de filão ou de pegmatito tem composição média a que correspondem

os valores seguintes: SiO2 (99,5%), Al2O3 (0,2%) e Fe2O3 (0,01%).

• O quartzo é moído em moinho de maxilas, crivado e tratado

quimicamente com uma solução de HCI. Retirada a solução

sobrenadante, o quartzo é seco e limpo de minerais ferríferos presentes

por meio de separação magnética. Após isto, o quartzo é moído

novamente abaixo de 0,25 mm, podendo proporcionar a composição

média seguinte: SiO2 (99,7%), AI2O3 (0,2%), Fe2O3 (0,0015%), Na20

(0,02%) e K20 (0,02%).

• O quartzito geralmente usado para refractários siliciosos, requer a

preparação seguinte: moagem em moinhos de maxilas e moinhos

cónicos, crivagem em redes vibratórias de diversa malha e

hidroclassificação.

• Isto permite a obtenção de separados granulométricos, tais como: 0-1

mm, 0-2 mm, 0,5-3 mm, 2-6 mm, 4-9 mm, 7-14 mm.

• Dá-se conta a seguir duma análise representativa do quartzito de Taunus

(Alemanha): .

• Si02 (96,5%), Al2O3 (2%), Ti02 (0,3%), Fe203 (0,2%), MgO

(0,25%), CaO(0,25%), Na2O (0,2%), K20 (0,2%), P.R (0,5%).

• A areia quartzosa resulta de processos de meteorização variados, pelo

que, contém inevitavelmente impurezas que podem estar fixadas à

superfície (caso de películas de óxidos de ferro) ou serem grãos de

outros minerais associados: feldspato, mica, argila ou minerais pesados

(estes cuja densidade é superior a 2,9 e podem aparecer como inclusões

nos grãos de quartzo).

• Na preparação duma areia quartzosa ou siliciosa, intervêm em geral,

várias operações. Em primeiro lugar, efectua-se uma lavagem que

permite a eliminação de impurezas fixadas ou alojadas na superfície do

grão ou que fazem parte da matriz argilosa. Nessa lavagem utilizam-se

contentores especiais onde uma polpa formada por sólidos em

quantidade à volta de 75% e água é agitada fortemente de modo a

favorecer os choques entre grãos. Para reforçar o efeito da lavagem é

adicionado à polpa um ácido (H2S04, pH=3) ou uma base (NaOH,

pH=10). As impurezas são depois retiradas por acção de ciclones ou

espirais de desidratação.

• A seguir à lavagem procede-se normalmente a uma crivagem ou

classificação granulométrica em telas vibratórias adequadas (funcionam

bem para grão com diâmetro esférico equivalente (d:e.e,) < 1,5 mm) ou

hidroclassificadores (para boa classificação de grão com calibre entre

0,1-1 mm).

• As indústrias de cerâmica e do vidro necessitam, para determinados

produtos, de areia com pureza consistente.

• Os métodos de flutuação oferecem a possibilidade, em certas

circunstâncias, de eliminação de certas impurezas (minerais pesados

como hematite ou magnetite, turmalina, andaluzite, rútilo, zircão, etc) que

não podem ser separadas só por lavagem e classificação.

• O princípio da flutuação assenta na reacção diferencial entre a superfície

do grão dos diferentes minerais e determinados reagentes, de forma que

uma espécie mineral fica revestida por um reagente hidrofóbico ou

repelente de água, podendo portanto ser transportada para o cimo da

célula de flutuação por meio de bolhas de ar cuja formação é provocada.

Então, a camada superficial formada contendo o mineral hidrofóbico é

retirada por um sistema com pás.

• O método de flutuação adoptado depende da composição mineral da

areia original e da flutuabilidade dos minerais que formam a ganga, que

normalmente são: micas, hematite, magnetite, rútilo, ilmenite, andalusite,

estaurolite, zircão e feldspato.

• Por isso mesmo, a flutuação deve processar-se em vários estádios. Num

primeiro estádio, são flutuados os óxidos com emprego dum colector

aniónico (ácidos gordos a pH<3). As micas são flutuadas com um

colector catiónico (amina primária) antes da flutuação dos óxidos a pH<3

ajustado com H2SO4. A flutuação dos feldspatos deve fazer-se depois da

dos óxidos também com colectores catiónicos (aminas) acompanhada

pela activação adicional com iões F- na forma de HF ou NaF a pH<3.

• Caso as impurezas estejam tão firmemente ligadas às superfícies dos

grãos de areia que não possam ser retiradas por lavagem e se for

exigido um elevado grau de pureza no que respeita a óxidos de ferro,

deve fazer-se purificação química com tratamento ácido que permita a

reciclagem do ácido, depois de eliminadas as impurezas dissolvidas.

Emprega-se habitualmente uma solução quente de H2SO4 diluído e

ácido oxálico ou HF diluído e um agente redutor (hidrosulfito de sódio) ou

ainda HCI gasoso.

• A separação magnética de alta intensidade oferece um outro meio

complementar de purificação de areia siliciosa.

• Depois de beneficiadas, as areias podem ser moídas em moinhos

revestidos com placas de sílex que utilizam bolas ou seixos de quartzo

com 50-80 mm de diâmetro e secas em leitos fluidizantes para se

obterem as farinhas de sílica.

• A indústria do vidro é importante consumidora de areia siliciosa. Cerca

de 90% da totalidade do vidro fabricado é do tipo sílica (Si02)-cálcia

(CaO)-soda (Na20).

• Vidros de garrafa, de outros recipientes e de janela são vidros deste tipo,

onde grosseiramente entram 70% Si02 + 15% Na20 + 5-10% CaO. O

restante inclui alumina (AI203), magnésia (MgO) e outros compostos que

são adicionados para conferirem ao vidro propriedades especiais.

• A qualidade das matérias primas deve ser rigorosamente controlada,

porque depois de fundidas, as impurezas se as houver, não podem ser

removidas. Para o vidro plano ordinário o teor mínimo de Si02 deve ser

95%. Vidros especiais requerem composições especiais. Vidro do tipo

Pyrex contem 10-25% B203.

• O vidro verde e o vidro âmbar de garrafa contêm ferro e enxofre,

respectivamente. O vidro azul contém óxido de cobalto. Óxido de zinco e

fluoreto de sódio tomam o vidro opalino.

• Os fornos de vidro devem operar 24 horas/dia, todos os dias do ano.

• O vidro fundido no forno flui em placas de cerca de 4 metros de largura

para a superfície perfeitamente plana dum banho de estanho fundido. As

irregularidades da chapa de vidro desaparecem e as superfícies superior

e inferior ficam perfeitamente paralelas. Suficientemente arrefecida para

passar aos rolos, a chapa de vidro move-se para uma estufa onde é

reaquecida para eliminar tensões internas. Depois sai, é arrefecida à

temperatura ordinária e é cortada para os tamanhos desejados.

• A Sibelco Portuguesa, Lda. com unidade industrial

localizada em Rio Maior possui reservas próprias de

areias para cerca de 80% das areias utilizadas pelas

indústrias portuguesas.

• Prepara areias secas para moldes de fundição,

refractários, tintas, colas, cimento-cola e decapagem;

areias húmidas para cerâmica, vidro (plano e cristal),

construção civil, filtros industriais para captação de

água; farinhas de sílica para pastas cerâmicas com

variados graus de brancura e diâmetro médio de grão

(79; 38 μm), (80; 28 μm), (82; 19 μm), (84; 6 μm); (86;

2 μm).

• Pode produzir 1000 toneladas de areias

húmidas/dia e 200 toneladas de areias secas/dia

e como produto secundário do tratamento das

areias pode produzir 80 toneladas de caulino/dia

com d.e.e.<40 μm para ser utilizado na indústria

cerâmica. Comercializa ainda cristobalite utilizada

em vidrados e fritas cerâmicas.

– Em 1987 o valor comercial da areia para cristal regulou por 7-8 contos/tonelada e o

valor da areia para vidro plano regulou por 3 contos/tonelada.

– Portugal é importador e exportador de areias para usos industriais. Embora os

valores monetários sejam equivalentes, a tonelagem exportada é cerca de quatro

vezes superior à tonelagem importada.

1.6. Sílicas sintéticas

• Para além das sílicas naturais a indústria utiliza sílicas sintéticas que geralmente

são amorfas e possuem tamanho de grão controlado. As sílicas sintéticas

distribuem-se por dois grupos; um que compreende sílica fumada e sílica

pirogénica e outro que compreende sílica precipitada e sílica gel.

• A sílica fumada é preparada por hidrólise a alta temperatura de tetracloreto de

silício em chama de hidrogénio e oxigénio. Formam-se partículas esféricas de

sílica (7-20 um) que se agrupam em agregados ou cadeias com as superfícies

exteriores revestidas por hidroxilos. Quando dispersa em líquidos os hidroxilos

superficiais ligam os agregados e formam armações tridimensionais com

consequente espessamento ou formação de gel, com propriedades tixotrópicas.

• A sílica pirogénica é produzida por processo de arco eléctrico utilizando uma

carga de quartzo e coque. As sílicas pirogénicas mais importantes derivam do

tetracloreto de silício.

• A sílica precipitada resulta da reacção entre ácido

sulfúrico e silicato de sódio em condições controladas

que leva à formação dum precipitado de sílica e

solução de sulfato de sódio. Depois o precipitado é

filtrado e lavado para se remover o sulfato de sódio,

seco e pulverizado.

• A sílica gel resulta da mistura em condições ácidas de

silicato de sódio com ácido sulfúrico, produzindo-se

um hidrosol que depois passa a massa dura e

translúcida de hidrogel do qual o sulfato de sódio

formado é removido por lavagem. O hidrogel que

contem 30% Si02 e 70% H20 é convertido em xerogel

por secagem.

• As sílicas precipitadas utilizam-se como cargas

reforçadoras-(por exemplo, na borracha de

calçado e pneu) como extensoras em tintas e

plásticos, em pastas dentríficas e em isolantes. A

sílica gel é utilizada em cromatografia para

separar líquidos e na clarificação de cerveja e

ainda como desecante de gases e líquidos. A

sílica fumada tem as mesmas aplicações que a

sílica precipitada e entra ainda na formulação de

tintas de impressão, cosméticos e fármacos.

Principais características químicas e propriedades específicas da sílica gel, da sílica

precipitada e da sílica fumada

• O silicato de sódio é um derivado da sílica que tem grande interesse

industrial. O silicato de sódio resulta da fusão de areia de sílica com

carbonato de sódio "soda ash" num forno do tipo tanque de vidro a

1.400ºC. Forma-se o composto "vidro de água" que depois é dissolvido

sob pressão em autoclave e tratado para originar soluções de silicato.

• n Si02 + Na2CO3 —> nSiO2, Na20 + C02, onde n = 2-4.

• Soluções de silicato podem resultar ainda da dissolução de areia de

sílica em soda cáustica através do processo "hidrotermal" a temperatura

150-200ºC.

• nSiO2 + 2 NaOH ——» nSiO2, Na20 + H20

• Destacam-se as sílicas precipitadas na produção.

2. Feldspatos

• Os feldspatos constituem importante grupo de minerais formadores de

rochas e são de grande interesse para a indústria cerâmica. Podem

apresentar cor branca, amarela, vermelha, verde, azul, cinzenta ou preta.

Possuem densidade situada entre 2,54-2,64 e dureza (escala de Mohs)

entre 6-7.

• Quimicamente, os feldspatos são aluminossilicatos de K, Na, Ca e mais

raramente de Ba. Constituem cerca de 60% das rochas da crusta

terrestre mas, só uma pequena parte pode ser usada na indústria

cerâmica porque a maioria dos feldspatos ocorre em grão fino a médio

com separação mecânica impraticável dos minerais com eles associados,

muitas vezes portadores de ferro.

• Normalmente, quanto maior for o conteúdo em Ca do feldspato, maior é a

probabilidade de estar associado a minerais ferríferos tais como: biotite,

piroxena, anfíbola, etc.

• Por esta razão, mas que não é única, só os feldspatos alcalinos, isto é,

os feldspatos sódico-potássicos são utilizáveis na indústria cerâmica.

• De acordo com as respectivas características cristaloquímicas, os

feldspatos pertencem, tal como o quartzo, ao grupo dos tectossilicatos o

que significa que são construídos por uma rede ou armação

tridimensional de tetraedros de sílica, SiO4, onde entre 1/4 e 1/2 de

átomos de Si podem ser substituídos por Al e todos os oxigénios dum

tetraedro estão ligados a oxigénios dos tetraedros vizinhos.

Configuração dum cristal euédrico de feldspato

• Os feldspatos são

classificados usualmente

como membros do sistema

ternário KAISi3O8 -

NaAISi3O8 - CaAI2Si2O8.

• A possibilidade de existência

de solução sólida ou

substituição atómica

isomórfica entre os três

membros extremos do

sistema é expressa na figura

onde se observam soluções

perfeitas ou completas e

soluções imperfeitas ou

limitadas.

• Os membros da série KAISi3O8 - NaAISi3O8 são designados

feldspatos alcalinos ou potássico-sódicos e os da série NaAISi3O8 -

CaAI2Si2O8 são denominados feldspatos sódico-cálcios ou

plagioclases.

• Na primeira série consideram-se três membros quimicamente distintos:

sanidina, anortoclase e albite e na 2ª série 6 membros ou variedades:

albite, oligoclase, andesite, labradorite, bitownite e anortite.

• Na indústria cerâmica só os feldspatos alcalinos (feldspatos sódicos e os

feldspatos potássicos) têm interesse. Tais feldspatos existem em rochas

tais como: pegmatitos graníticos (onde o feldspato ocorre em cristais

relativamente grandes), aplitos e outros granitos leucocráticos (rochas de

grão fino a médio com cores claras onde os minerais ferríferos são

acessórios menores), sienitos nefelínicos e arcoses (rochas sedimentares

ricas em feldspatos, resultante da actuação de processos de

meteorização, erosão e transporte sobre rochas ígneas ou metamórficas

feldspáticas e com grão grosseiro).

2-1. Cristaloquimica dos feldspatos alcalinos

• Os feldspatos mais comuns nas rochas ígneas são:

ortoclase, microclina, albite, sanidina e pertites.

• Os feldspatos alcalinos têm composição química geral

que obedece à fórmula (K, Na) AISi3O8. Eles

subdividem-se conforme a predominância molar de K

ou Na em

• feldspatos - (K, Na) + feldspatos-K a que pertencem

anortoclase, microclina, sanidina e adularia e em

• feldspatos-(Na, K) + feldspatos - Na a que pertencem

anortoclase, albite de baixa temperatura e albite de

alta temperalura.

• Por outro lado, em relação com a sua estrutura cristalina, os feldspatos

alcalinos podem dividir-se em:

– monoclínicos (sanidina, ortoclase e adularia) e

– triclínicos (microclina, anortoclase, albite de baixa temperatura e albite de alta

temperatura).

• Além da variação da simetria cristalina, os feldspatos alcalinos podem

apresentar estados diversos de ordem-desordem (O-D) estrutural.

Quanto à O-D, os feldspatos-K constituem uma série dependente da

temperatura, com um membro triclínico bem ordenado em relação ao par

Si-AI, caso da microclina, até um membro monoclínico desordenado,

caso da sanidina de alta temperatura, passando por estados intermédios

parcialmente ordenados como é o caso da ortoclase monoclínica.

• Nos feldspatos-Na pode considerar-se uma série de estados de O-D

desde o desordenado da albite de alta temperatura até ao ordenado da

albite de baixa temperatura.

• Na sanidina, feldspato-K de alta temperatura, há somente 25% de

probabilidade de encontrar um átomo de Al dentro de qualquer tetraedro

pertencente a um grupo de 4 tetraedros vizinhos da estrutura cristalina e

75% de probabilidade de encontrar um átomo de Si. Este elevado grau

de desordem Al-Si é explicado pelo efeito da temperatura que suprime

qualquer segregação das posições atómicas.

• Na ortoclase, que se considera formada a temperatura inferior à da

sanidina, a desordem é menor, sendo aquela probabilidade de 50%, isto

é, 2 posições tetraédricas contém sempre Si. Isto significa que, Al e Si se

segregam parcialmente com o abaixamento da temperatura.

• A microclina cristaliza possivelmente a temperatura inferior à da

ortoclase e sob condições para as quais Al e Si são

completamente segregados. Isto significa que, o Al tem 100%

de probabilidade de ocupar uma determinada posição das 4

existentes nos 4 tetraedros vizinhos.

• As diferenças na distribuição do Al na estrutura cristalina dos

feldspatos-K estão ilustradas, onde o AI3+ pode ocorrer em

todas as posições sublinhadas dos tetraedros.

• A transformação microclina - ortoclase - sanidina é basicamente um

processo lento de difusão iónica. A velocidade de difusão torna-se

particularmente lenta durante o arrefecimento.

• A triclinicidade (M da microclina diminui por aquecimento a 1050ºC

durante 48 horas, quando tem lugar a homogeneização de posições Al-Si

nos feldspatos-K e a transição para a ortoclase monoclínica (Fig.)

• O feldspato-Na que ocorre nas rochas pode pertencer às variantes albite

de baixa temperatura e albite de alta temperatura ou a fases intermédias.

Ambas as variantes têm simetria triclínica. A albite de alta temperatura se

aquecida a cerca de 1000ºC transforma-se em monoclínica, estado

denominado monoalbite, estável entre 1000-1118ºC.

• Soluções sólidas de NaAlSi3O8-KAISi3O8 proporcionando cristais estáveis

só existem para temperaturas elevadas já que abaixo de cerca de 700ºC

e sob condições de equilíbrio tem lugar a exsolução das duas moléculas

e os intercrescimentos formados denominam-se pertites.

• Os feldspatos alcalinos das rochas pegmatíticas, cristalizados em zonas

profundas da litosfera onde o arrefecimento é relativamente lento,

revelam pertites frequentemente.

• Se num feldspato alcalino K+ é substituído peio Na+, mais pequeno, para

além de certo quantitativo, desenvolvem-se certas tensões internas e a

rede estrutural monoclínica transforma-se em triclínica.

2.2. Comportamento térmico e propriedades físicas dos feldspatos alcalinos

• A densidade dos feldspatos alcalinos varia entre 2,54 - 2,60 g/cm3 e a

dureza (escala de Mohs) varia entre 6-7.

• A Fig. mostra a variação da densidade na série Ab-Or à temperatura

ambiente. O colapso dos oxigénios à volta da Na é maior que à volta

do K porque o Na é bastante mais pequeno que o K e isso explica a

maior densidade do feldspato rico em Na, não obstante o K ter maior

peso atómico. Só para composições com mais de 80% de molécula Or

é que o efeito do K se faz sentir na densidade.

• O teor elevado em alcalis dos feldspatos é a causa da fusão fácil e consequente

reactividade dos feldspatos com os outros componentes dos corpos cerâmicos,

quando cozidos. O feldspato-K funde acima de 1150ºC enquanto que o feldspato-

Na funde a temperatura inferior a 118ºC. A viscosidade da fusão do feldspato-K é

maior do que a do feldspato-Na. Esta diferença explica a razão porque o

feldspaío-K é usado principalmente em corpos cerâmicos enquanto que o

feldspato-Na é usado principalmente em vidros.

• A cor natural dos feldspatos alcalinos pode ser branca, amarela, vermelha, verde

ou azul enquanto que a cor das respectivas fusões ou vidros é branca ou

cinzenta clara.

• A conveniência de certo feldspato alcalino para vidrados ou para composições

cerâmicas é avaliada com o microscópio de calefacção o qual permite determinar

exactamente os intervalos de temperatura em que se verifica a contracção, a

vitrificação, o amolecimento, a fusão e a fluidez da íusão durante a queima entre

110-1700ºC.

2.3. Composição química dos feldspatos alcalinos Composições químicas de feldspatos alcalinos utilizados na indústria cerâmica.

• Tais composições são caracterizadas por

altos teores em K20+Na20 e teores baixos em

ferro total sob a forma de Fe2O3, em TiO2, em

MgO e em CaO.

As temperaturas iniciais e intervalos de vitrificação e fusão sobem principalmente

com o decréscimo do total em (K, Na)2O e o aumento de K2O/Na2O.

2.4. Utilização dos feldspatos alcalinos na indústria cerâmica

• Os feldspatos alcalinos são muito usados nas indústrias de cerâmica e do

vidro, moídos a menos de 0,90 mm ou 0,75 mm.

• Como já foi dito, as plagioclases ricas em Ca não são usadas

normalmente em cerâmica porque fundem a temperaturas mais altas e

estão muitas vezes contaminadas com minerais que contêm Fe e Ti.

Contudo, podem ser utilizadas em certos cerâmicos especiais.

• A utilização dos feldspatos na indústria cerâmica deve-se principalmente

à sua acção fundente ou de fluxo como acontece no fabrico de faiança

(onde participa 5-20% de feldspato), porcelana dura (cerca de 25%),

porcelana mole, porcelana sanitária e porcelana vítrea (20-40%) e em

vidros cerâmicos e esmaltes.

• Um fluxo cerâmico é uma substância que adicionada

ao corpo cerâmico permite a formação duma fase

líquida a temperatura mais baixa que a habitual. Ao

arrefecer, a fase líquida, transforma-se em vidro que

liga o grão formador do corpo cerâmico de modo a

conferir-lhe a desejada resistência mecânica. Corpos

cerâmicos queimados a 1100-1200ºC a que foram

adicionados fluxos apresentam maior resistência

mecânica do que quando nos mesmos não foram

incorporados fluxos. Porém, o vidro formado não deve

ser excessivo porque pode causar deformação com

distorção do corpo cerâmico. Matérias primas ricas em

Na, K, Li, Mg ou Ca são os fluxos mais eficientes.

• O feldspato moído actua nas massas cerâmicas em verde, secas ou pouco

cozidas, como um componente estrutural ou carga, semelhante ao efeito do

quartzo moído. O feldspato diminui a densidade do corpo cerâmico quando este é

queimado abaixo de 1100ºC (por aumentar a sua porosidade) mas, acima de

1100ºC o feldspato funde e contribui para aumentar a densidade do corpo

cerâmico. Além disso, o feldspato causa contracção considerável do corpo

cerâmico no intervalo 1140-1350ºC devido a fusão e vitrificação.

• O feldspato-K reduz a contracção térmica enquanto que o feldspato-Na reduz a

expansão térmica.

• A fusão do feldspato é caracterizada pela sua alta viscosidade relativa, a qual

evita a deformação mesmo na porcelana dura, queimada no intervalo 1410-

1435ºC.

• O feldspato-K origina vidro de maior viscosidade, maior resistência mecânica e

maior transparência em comparação com o feldspato-Na.

• A distribuição dimensional do grão do feldspato moído tem influência

substancial na fusão e transparência. Quanto mais finamente moído for o

feldspato, mais baixa será a temperatura de vitrificação. Num

determinado intervalo dimensional do grão, verifica-se que a

transparência da porcelana dura aumenta com o aumento da dimensão

do grão do feldspato e do quartzo.

• Nos corpos porcelânicos a fusão do feldspato dissolve em primeiro lugar

parte do quartzo e depois parte do metacaulino. O aumento constante do

preço do combustível tem conduzido, sempre que possível, ao uso cada

vez maior de feldspato-Na e rochas ricas em albite, porque tal permite a

antecipação da fusão e vitrificação.

• Feldspatos alcalinos da maior pureza mineral e

química são utilizados em vidrados para

porcelanas, contribuindo substancialmente para

o aumento do brilho, transparência e pureza dos

vidrados.

• Também, alumina introduzida com o feldspato

em certos vidrados e vidros influi favoravelmente

na sua dureza e elasticidade e também na sua

resistência mecânica, térmica e química.

•

2.5. Feldspatos de pegmatitos

• Os pegmatitos, associados geneticamente a intrusões granitóides, são

rochas ígneas que ocorrem em corpos com forma de dique, lenticula ou

bolsada, zonados ou não, cujos comprimento e espessura podem variar

desde poucos centímetros até dezenas de metros ou mais raramente até

centenas de metros, onde os feldspatos são bastante puros

quimicamente e de tamanho relativamente elevado (centímetros ou

decímetros) pelo que podem ser extraídos economicamente (muitas

vezes escolhidos à mão) para fins industriais.

• O feldspato apresenta, por vezes, intercrescimentos com quartzo. Muitos

outros minerais com interesse industrial ocorrem associados ao feldspato

e ao quartzo tais como: muscovite, biotite, lepídolite, berilo, apatite,

espodumena, tantatite-columbite, monazite, turmalina, topázio,

cassiterite, molibdenite, etc.

• Os pegmatitos podem ser classificados por um lado

de acordo com associações características de certos

elementos metálicos: pegmatito com lítio, pegmatito

com berílio, pegmatiío com terras raras, etc. e, por

outro lado, de acordo com os feldspatos presentes:

pegmatito com ortoclase, pegmatito com microclina

(geralmente microclina períítica), pegmatiío com

albite-microclina, pegmatito com albite-oligociase-

microclina, etc.

• Quanto mais ácido for o carácíer do pegmatito, isto é,

quanto mais elevadas forem as relações K/Na e

Na/Ca mais favorável é a sua composição do ponto de

vista do interesse cerâmico.

• Em 1985 a produção de feldspato de pegmatito em Portugal rondou as 30.000

toneladas, a que correspondeu um valor de cerca de 90.000 contos, cerca de

50% das quais se destinaram ao mercado externo. A produção proveio da

laboração de 10 minas, sendo as principais Seixigal (cerca de Chaves), Seixal,

Senhora da Assunção-Várzea e Vatdeireiras (cerca de Viseu).

• 2.6. Feldspatos de aplitos e outros granitos leucocráticos

• .. Aplitos e outros granitos Seucocráticos apresentam grão fino a médio e têm cor

branca ou quase branca. Os aplitos apresentam geralmente a forma de dique e

são compostos essencialmente por feldspato-K, quartzo e pequenas quantidades

de micas brancas.

• O granito alterado, com feldspato não completamente alterado, de St. Austell

(Cornualha, Inglaterra) e denominado "Cornish stone", também tem sido utilizado

extensivamente em Inglaterra, como fluxo substituto de feldspato. A composição

química da "Cornish stone" varia entre os valores