19-1015-Caracterizacao Fisica de Formulacao de Ceramicas Obtidas Apartir de Chamalote e Lama Vermelha

7/21/2019 19-1015-Caracterizacao Fisica de Formulacao de Ceramicas Obtidas Apartir de Chamalote e Lama Vermelha

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Mychellangelo dos Santos Soares Matricula: 06123002807Faculdade de Engenharia de Materiais UFPA/FEMAT

[email protected]: (094) 8115-1488 ou 9191-4258Folha 17, Quadra 04, Lote especial. Nova Marab, CEP 68505080, Marab-Pa Fone: 2101 5900; Fax: 21015901 CGC

34621748/0001- 23 CAMPUS II - UFPA

CAMPUS UNIVERSITRIO DO SUL E SUDESTE DO PARDISCIPLINA: FORMULAO DE PRODUTOS CERMICOS

DOCENTE: ELIAS FAGURY NETO

FACULDADE DE ENGENHARIA DE MATERIAIS FEMAT

MYCHELLANGELO DOS SANTOS SOARES 06123002807

CARACTERIZAO FSICA DE FORMULAES CERMICAS

OBTIDAS A PARTIR DE ARGILA, CHAMOTE E LAMA VERMELHA

Marab-PAJunho-2009


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CARACTERIZAO FSICA DE FORMULAES CERMICAS

OBTIDAS A PARTIR DE CHAMOTE E LAMA VERMELHA

1. OBJETIVO

O objetivo deste trabalho estudar a potencialidade do uso de resduos

industriais (lama vermelha) e resduos de construes civis (chamote) na elaborao

de formulaes com argilas plsticas de queima vermelha para utilizao em

indstrias cermicas tradicionais que sejam viveis do ponto de vista econmico e

ambiental.

2. INTRODUO

Ao longo de sua existncia, o homem sempre utilizou os recursos naturais do

planeta e gerou resduos com pouca ou nenhuma preocupao, j que os recursos

eram abundantes e a natureza aceitava passivamente os despejos realizados. Com

o crescimento da atividade industrial e conseqente gerao de maior quantidade de

resduos e poluentes encontrar aplicaes para rejeitos industriais vem ganhando

importncia na atual logstica das empresas.

A indstria cermica como setor produtivo tem se destacado por ser um plo

com viabilidade comprovada para a destinao de diversos tipos de subprodutos

gerados por outros setores industriais, assim como subprodutos gerados pela

prpria indstria cermica. A possibilidade para a incorporao de resduos

industriais reside no fato de que, na prtica, as massas cermicas resultam da

transformao de compostos argilominerais, como quartzo, feldspatos, calcrios,

etc., as quais so compostas basicamente de xidos de alumnio, silcio ferro sdio,

clcio entre outros, constituintes os quais esto presentes em quase todos os

resduos industriais gerados [1].

No desenvolvimento de um produto cermico, a etapa de formulao da massa

cermica e os cuidados exigidos por cada etapa do processamento cermico so

fundamentais para atender s exigncias de qualidade e baixo custo. A formulao

dos materiais cermicos uma etapa onde se busca estabelecer quimicamente uma

relao das matrias-primas para que determinadas fases possam ser obtidas [2].

As ferramentas utilizadas para determinar os parmetros necessrios para

formulaes de massas cermicas em geral so de natureza emprica, e so


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trabalhadas a partir da anlise da composio qumica das matrias-primas e

transformaes de fases que ocorrem durante o tratamento trmico, de modo a se

obter as propores desejadas dos microconstituintes.

3. REVISO BIBLIOGRFICA

A seguir apresentada uma breve reviso da literatura definindo as

propriedades relevantes dos refratrios, formulao, obteno da mulita e

caracterizaes.

3.1.Argila de Queima Vermelha

D-se o nome de argila a matria-prima natural, terrosa, de granulometria fina(< 2 m) e que adquire plasticidade com gua. A matria-prima argila constituda

de argilominerias, formados principalmente por silicatos de alumnio hidratados alm

de silicatos de ferro e magnsio entre outros, minerais acessrios cristalinos ou

amorfos (quartzo, mica muscovita, pirita, calcita, dolomita) e matria orgnica e sais

solveis [3].

As argilas possuem diversas aplicaes industriais, como na cermica,

cimento, abrasivos, isolantes eltricos, trmicos, acsticos, siderurgia, tintas evernizes, produtos asflticos, defensivos agrcolas, lubrificantes, cosmticos,

sabes, velas e sabonetes, ornamentao e outros.

Os materiais cermicos comuns so os materiais de argila propriamente ditos

ou cermica vermelha. So assim denominados porque seu principal componente

a argila, a qual geralmente contm xido de ferro, elemento responsvel pela

colorao avermelhada que caracterstica principal desse tipo de cermica. Dentre

os matrias de argila destacam-se os porosos (tijolos, telhas, tijoleiras, etc.) e osvidrados ou gresificados (tijolos e telhas especiais, ladrilhos, etc.).

3.2.Chamote

A cadeia produtiva da construo civil est associada a grandes consumos de

matrias-primas e energia, alm de ser uma das maiores geradoras de resduo,

sendo responsvel por parcela significativa dos impactos ambientais a nvel global

[4].


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Todos os anos milhares de novas construes so realizadas, liberando no

meio ambiente seus resduos, tais como: telharias, tijoleiras, restos de concreto, de

cimento, etc. O chamote um resduo da indstria de cermica vermelha rico em

SiO2, o seu teor de Al2O3 est em torno de 20 a 25%, tem elevado teor de FeO3 (7 a

10%) responsvel pela colorao vermelha, ainda se observa em sua composio

um teor mdio de alcalinos [5].

Chamote a designao dada aos resduos slidos gerados durante o

processamento de materiais cermicos, de um modo geral, restos de tijolos, telhas,

e rebarbas do processo de produo e resultante de construes civis so assim

denominados.

A utilizao de chamote em cermica vermelha pode ter reflexos positivossobre todo o processo produtivo. O chamote por apresentar uma granulometria mais

grosseira que a da argila pode melhorar o grau de empacotamento. Alm disso,

devido morfologia das partculas, contribui significativamente para facilitar a etapa

de secagem. Entretanto o teor de adio e a granulometria so fatores

determinantes para a otimizao do processo [6].

3.3.Lama Vermelha

A lama vermelha um resduo insolvel da indstria de beneficiamento do

alumnio, gerada a partir do refino da bauxita para produo de alumina (Al2O3)

atravs do processo Bayer durante a etapa de clarificao, Figura 1.

Figura 2: Fluxograma e Esquema do processo Bayer


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Sendo normalmente disposta em lagoas projetadas especialmente para este

fim, conforme ilustrado na Figura abaixo 2 [7].

Essa Lama Vermelha, usualmente, um resduo inaproveitvel da indstria da

alumina. Propor um destino mais nobre para este resduo constitui um grande

desafio tecnolgico. Uma das possibilidades de aplicao direta deste material na

mistura com argila, para a fabricao de produtos da indstria de cermica

estrutural, para atender o mercado da construo civil.

A Tabela 1 apresenta a composio mdia para a lama vermelha de uma

maneira geral. Pode-se perceber que a lama vermelha apresenta um teor elevado

de material fundente, tais como ferro e sdio o que possibilita sensivelmente a

reduo da temperatura de sinterizao de cermicas contendo a mesma em sua

formulao.

Tabela 1: Composio mdia para a Lama VermelhaFe2O3 TiO2 CaO SiO2 Al2O3 Na2O V2O5 LOI Al2O3 g NaOH

(g/l)Slidos

47,8 5,00 1,60 19,9 26,4 10,2 0,20 8,67 4,00 5,90 67,7

Figura 2: Lagoa de disposio de lama vermelha da Alumar


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3.4.Caracterizaes Fsicas

A seguir so apresentados os principais ensaios de caracterizao fsica

de cermicas [8].

Densidade aparente (Dap) [%]: o quociente do peso seco do material pelo

volume aparente. Dado por:

PsDap L

Pu Pi

(x100)

Absoro de gua (AA) [%]: exprime a relao entre a massa de lquido

absorvida pelo corpo-de-prova saturado de lquido e o peso do corpo de

prova seco:

Ps

PsPuAA

(x100)

Porosidade aparente (PA): a relao entre o volume de poros abertos do

corpo-de-prova e o volume aparente do mesmo:

PiPu

PsPuPA

(x100)

Retrao linear de queima (L) [%]: a relao entre o comprimento inicial

do corpo-de-prova verde e o comprimento aps a queima:

100% xLi

LiiLiLq

4. MATERIAIS E MTODOS

Para o desenvolvimento deste trabalho foi utilizada como matria-prima argila

proveniente da regio de Itupiranga, chamote de tijolo e lama vermelha. A argila foi

caracterizada atravs de Difrao de raios-X e Anlise Termogravimtrica

Diferencial.

Ps = peso do corpo de prova secoPu = peso do corpo de prova midoPi = peso do corpo de prova imersoL = densidade do l uido usado

Ps = peso do corpo de prova secoPu = peso do corpo de prova mido

Ps = peso do corpo de prova secoPu = peso do corpo de prova midoPi = peso do corpo de prova imerso

Li = comprimento, seco a 110o

CLii = comprimento aps queima


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A argila foi caracterizada atravs da anlise do difratograma de raios X, anlise

termogravimtrica (TG) e anlise termogravimtrica diferencial (DTG).

As anlises de difrao de raios-X foram realizadas em difratmetro de raios-X

modelo XPert PRO MPD (PW 3040/60), da Panalytical, com Gonimetro

PW3050/60 (Theta/Theta) e com tubo de raios X cermico de nodo de Cu (K1

1,540598 ), modelo PW3373/00, foco fino longo, 2200W, 60kV. O detector

utilizado do tipo RTMS, X'Celerator.

A aquisio de dados foi feita com o software X'Pert Data Collector, verso

2.1a, e o tratamento dos dados com o software XPert HighScore verso 2.1b,

tambm da Panalytical. Todos os equipamentos e softwares pertencem ao

Laboratrio de Raios X do Centro de Geocincias da Universidade Federal do Par.Foram utilizadas as seguintes condies de anlise: Tenso: 40 kV; Corrente: 40

mA; Varredura: 4-75; Passo: 0,02/s; Tempo de Contagem: 20 s.

A argila foi triturada com o auxlio de almofariz e pistilo e passada em peneira

ABNT N 70, a lama vermelha e o chamote modo, foram adicionados em diferentes

propores. A designao para cada composio est descrita na Tabela 2.

Tabela 2: Designao Para as Formulaes

Matrias-Primas (% em peso)

DESIGNAO Argila Lama Vermelha Chamote

Formulao I 100 - -

Formulao II 55 40 5

Formulao III 45 45 10

Formulao IV 30 55 15

Os corpos de prova, assim produzidos foram sinterizados nas temperaturas de850 C, 950 C e 1050 C, permanecendo por 2 horas na temperatura de patamar;

em seguida foram avaliados quanto densidade aparente, porosidade aparente,

absoro de gua e retrao linear de queima. As imagens dos corpos de prova

aps sinterizao nas temperaturas em estudo esto apresentadas na Figura 3.


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5. RESULTADOS E DISCUSSES

A Figura 4 apresenta as curvas da anlise termogravimtrica (TG) e

termogravimtrica diferencial (DTG) da argila Itupiranga. possvel verificar dois

picos, um endotrmico e outro exotrmico. O pico endotrmico em torno de 500 C

provavelmente est associado desidroxilao da caulinita, enquanto que o pico

exotrmico est associado formao de mulita primria em tono de 942 C. Com

base na curva DTG observa-se uma acentuada perda de massa entre 450 e 600 C,

associada a desidroxilao da caulinita, em torno de 6,5%.

I I I II II II III III III IV IV IV



850 C

950 C

1050 C

Figura 3: Aspectos fsicos dos corpos de prova aps sinterizao nastemperaturas de 850 C, 950 C e 1050 C

Figura 4: TG (verde) e DTG

(vermelha) da Argila Itupiranga.


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Quando se trabalha a formulao de massas cermicas um fator importante a

composio qumica da matria-prima, pois a proporo em que determinadas

substncias esto presentes que ir propiciar a uma dada massa cermica

caractersticas que permitam que a mesma seja utilizada para um dado processo.

Atravs do difratograma apresentado na Figura 5 verifica-se que a argila Itupiranga

apresenta como microconstituintes quartzo, caulinita, rutilo, mica e feldspato.

A Tabela 3 apresenta os resultados obtidos durante a caracterizao fsica dos

corpos de prova trabalhados nas temperaturas de 850 C e 950 C.

Tabela 3: Caracterizaes Fsicas das Formulaes Trabalhadas versus Temperatura de

Queima.

De um modo geral, a porosidade aparente e a absoro de gua apresentam

uma mesma configurao para as temperaturas em estudo. Maiores quantidades de

lama vermelha e chamote na massa cermica levaram ao aumento da porosidade e

dos nveis de absoro de gua em relao massa cermica sem a presena de

resduo. Esse fato se deve a quantidade de slica elevada nos resduos. O aumentoda temperatura de queima resultou em menores ndices de absoro e porosidade.

Formulaes PorosidadeAparente

(%)

Absoro degua (%)

DensidadeAparente(g/cm3)

RetraoLinear de

Queima (%)

850 C

I 24,85 12,34 2,01 4,74II 38,84 21,96 1,77 2,88III 41,34 24,35 1,70 2,52IV 43,69 26,70 1,64 4,67

950 C

I 33,47 18,29 1,83 4,63II 18,06 8,47 2,13 14,54III 36,16 19,45 1,86 9,84IV 48,31 28,46 1,70 8,95

Figura 5: Difratograma de raios X da argila Itupiranga.


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Com o aumento da temperatura de queima h a formao da fase vtrea, que

responsvel pelo fechamento dos poros, ocasionando a diminuio dos poros com o

aumento da temperatura e, conseqente, a absoro de gua na pea menor.

Os valores de absoro apresentados pelas formulaes I (0% resduo), II e III,

sinterizadas a 850 C encontram-se dentro das normas especificadas para cermica

vermelha (AA 25 %). Enquanto que a 950 C apenas a formulao sem adio de

resduos e a III esto dentro das normas tcnicas com 18,29 e 19,45 % de absoro

de gua, respectivamente [9].

Os nveis de densificao aumentam com a temperatura, pois com o aumento

da temperatura a argila vitrifica e endurece perdendo assim porosidade, o que

conseqentemente, aumenta o nvel de densificao do material. A incorporao demaiores teores de lama vermelha e chamote levou a menores densidades valores de

densidade aparente. Estudos revelam que maiores teores de chamote na massa

cermica aumentam a temperatura de gresificao da pea, e conseqntemente,

para se alcanar timos nveis de densificao necessrio maiores temperaturas

de queima, ou menores teores de chamote [10].

Com relao retrao linear, verifica-se um aumento com a temperatura. No

incio do processo de secagem, as partculas de argila esto envolvidas e separadasumas das outras por uma fina pelcula de gua. Com o progresso da secagem e a

remoo da gua, a separao entre as partculas diminui o que ocasiona a

retrao. Em termos de produto necessrio que essa retrao seja mnima.

A formulao II sinterizada a 950 C apresentou resultados que indicam que o

material iniciou o processo de fuso, visto que, apresentou valores de porosidade e

absoro mnimos, alm de excessiva retrao durante a queima.

As amostras sinterizadas a 1050 C no forma caracterizadas fisicamente pelofato de que as mesmas fundiram indicando que teores de 40, 45 e 55 de lama

vermelha uma quantidade excessiva para a temperatura de 1050 C.

Sabe-se que a lama vermelha apresenta em sua composio em mdia 45%

de Fe2O3, tornando a massa cermica suscetvel fuso em baixas temperaturas.

medida que o teor de chamote foi aumentado o nvel de fuso da pea cermica

diminuiu, pois o mesmo aumenta a temperatura de gresificao do material.


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6. CONCLUSES

As formulaes II e III sinterizadas a 850 C, segundo as caracterizaes

fsicas encontram-se dentro dos valores especificados por SOUZA SANTOS

para cermica vermelha blocos e telhas.

Na temperatura de 950 C a formulao III (45 A, 45LV e 10C) est em

conformidade com a norma nos requisitos absoro e densidade aparente.

Entretanto, apresentou alto ndice de retrao durante o processo de queima,

em torno de 9%.

Em todas as temperaturas, as formulaes contendo lama vermelha e

chamote na composio apresentaram ndices de porosidade acima do

especificado pela norma. Esse ndices acima da especificaes, podem estar

relacionados ao aparecimento de trincas nos corpos de prova aps a

sinterizao, provavelmente associado diferenas de coeficientes de

expanso trmica.

Sinterizaes a 1050 C levou fuso das massas com resduos de lama

vermelha e chamote na composio.

7. REFERNCIAS

[1]. DOS REIS, J. P.; WEHLE, M.; FOLGUERAS, M. V.; CORREIA, S. L.

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51 Congresso Brasileiro de Cermica, Salvador, BA, 2007. Disponvel em:

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abril de 2008.

[2]. M.R. SOUSA; M.A.F. MELO. Formulade massas cermicas pararevestimento de base branca, utilizando matria-prima do estado do Rio Grande

do Norte. In: Congresso Brasileiro de Cermica, 49, 2005, So Pedro/SP.

[3]. RODRIGUES ARAJO; FREITAS. Produtos cermicos. Materiais de

Construo. p. 108-121.


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[4]. CONSTANCE MANFREDINI. Identificao dos Impactos Ambientais

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Disponvel em: .

Acesso em 26 de Junho de 2009.

[5]. M. M. de Melo; A. E. Martinelli; A. S. Pinheiro; R. M. do Nascimento; F. A. Vieira.

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.Acesso em 27 de Junho de 2009.

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50, p. 254-260. 2004. Disponvel em:

. Acesso em 20 de Maio de

2009.

[7]. SILVA FILHO, E. B.; ALVES, M. C. M.; DA MOTTA, M. Lama vermelha da

indstria de beneficiamento de alumina: produo, caractersticas, disposio e

aplicaes alternativas. Revista Matria. v. 12, n. 2, p. 322-338. 2007. Disponvel

em: . Acesso em 20 de

Maio de 2009.

[8]. Norma ABNT. Materiais refratrios densos conformados: determinao da

densidade de massa aparente, porosidade aparente, absoro e densidade

aparente da parte slida. NBR 6220. Rio de Janeiro, 1997. 2 p.

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Blcher. So Paulo, 1992.


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[10]. CAMPELO, N. S. et. al. Estudo da utilizao do resduo cermico queimado

(chamote) oriundo do plo oleiro dos municpios de Iranduba e Manacapuru AM,

como aditivo na fabricao de telhas. Cermica. v. 11, n. 1, p. 44 46. 2006.

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