Click here to load reader
Upload
danillo-cunha
View
164
Download
8
Tags:
Embed Size (px)
Citation preview
Matérias Primas Cerâmicas - Prof. Romualdo R. Menezes
Comportamento Térmico das Matérias-Primas
Se decompõem, oxidam, fundem, reagem Alterações Microestruturais e
Alterações Físicas (Retração, absorção de água, densidade do material)
Propriedades Mecânicas (e Físicas)
Analisar o comportamento individualmentePara entender o comportamento da formulação
Importante Comportamento Geral
Materiais Argilosos – Argilominerais Materiais Não Plásticos
Matéria Orgânica
Matérias Primas Cerâmicas - Prof. Romualdo R. Menezes
Argilas
Caulinita Materiais Cauliníticos
Pode Cristalizar
Bergaya, F., Theng, B. K. G., Lagaly, G., Handbook of Clay Science, Developments in Clay Science, Vol 1., Elsevier, 2006.
Matérias Primas Cerâmicas - Prof. Romualdo R. Menezes
Caulinita
Barba, A., et al., Materias primas para la fabricación de soportes de baldosas cerámicas, ITC, 1 ed. 1997.
Matérias Primas Cerâmicas - Prof. Romualdo R. Menezes
Matérias Primas Cerâmicas - Prof. Romualdo R. Menezes
Matérias Primas Cerâmicas - Prof. Romualdo R. Menezes
Caulinita
Barba, A., et al., Materias primas para la fabricación de soportes de baldosas cerámicas, ITC, 1 ed. 1997.
Matérias Primas Cerâmicas - Prof. Romualdo R. Menezes
Caulinita
Barba, A., et al., Materias primas para la fabricación de soportes de baldosas cerámicas, ITC, 1 ed. 1997.
Matérias Primas Cerâmicas - Prof. Romualdo R. Menezes
Caulinita
Norton, F. H., Introdução à Tecnologia Cerâmica, Edgard Blücher Ltda, 1973.
Matérias Primas Cerâmicas - Prof. Romualdo R. Menezes
Comportamento Térmico das Matérias-Primas
Análise Térmica Diferencial – ATDAnálise Termogravimétrica – TG (DTG)
DilatometriaCalorimetria Exploratória Diferencial (DSC)
Estudar o comportamento dos materiais e suas propriedades com relação a temperatura (em geral
com o aumento da temperatura)
Na tecnologia cerâmica é importante para caracterizar o comportamento térmico das
matérias-primas Mas também para analisar o comportamento térmico das formulações e
correlacioná-lo com o ciclo de queima
Matérias Primas Cerâmicas - Prof. Romualdo R. Menezes
Comportamento Térmico das Matérias-Primas
Análise Térmica Diferencial
Matérias Primas Cerâmicas - Prof. Romualdo R. Menezes
Comportamento Térmico das Matérias-Primas
Análise Térmica Diferencial
• S e R são cadinhos onde são colocadas a amostra e o material de referência, respectivamente.
• Em cada cadinho há um termopar para medir a temperatura.
Matérias Primas Cerâmicas - Prof. Romualdo R. Menezes
Comportamento Térmico das Matérias-Primas
Argila Caulinítica
Matérias Primas Cerâmicas - Prof. Romualdo R. Menezes
– Água líquida – 100 ºC a 110 ºC
– Água adsorvida - 160 ºC
– Água coordenada - 200 ºC
– Água zeolítica - 200 ºC a 450 ºC
Comportamento Térmico das Matérias-Primas
Tipos de Água
Matérias Primas Cerâmicas - Prof. Romualdo R. Menezes
– AlOOH - diasporo, boemita - 550 ºC
– Al(OH)3 - gibsita, baierita e nordstrondita - 350 ºC
– Cliaquita (amorfo) - 285 ºC
– FeOOH - goetita, lepidocrocita - 300 ºC a 500 ºC
– Ca(OH)2 - portlandita - 590 ºC
– Mg(OH)2 - brucita - 450 ºC
Comportamento Térmico das Matérias-Primas
Comportamento de Hidróxidos
Matérias Primas Cerâmicas - Prof. Romualdo R. Menezes
Comportamento Térmico das Matérias-Primas
Análise Termogravimétrica
Matérias Primas Cerâmicas - Prof. Romualdo R. Menezes
Comportamento Térmico das Matérias-Primas
Análise Dilatométrica
Variação dimensional com a temperatura
T
l/lo
Tangente
Muda com a temperatura
Coeficiente de Expansão Térmica
(L(Ltt – L – Loo)/L)/Loo
Matérias Primas Cerâmicas - Prof. Romualdo R. Menezes
Comportamento Térmico das Matérias-Primas
Derivada da Curva de Dilatação
Matérias Primas Cerâmicas - Prof. Romualdo R. Menezes
Comportamento Térmico das Matérias-Primas
Coeficiente de Expansão Térmico
Barba, A., et al., Materias primas para la fabricación de soportes de baldosas cerámicas, ITC, 1 ed. 1997.
Fases que Favorecem Baixos Coeficientes
Matérias Primas Cerâmicas - Prof. Romualdo R. Menezes
Argilominerais
ATD Análise de Argilomineriais
Souza Santos, P. , Ciência e Tecnologia de Argilas, Edgard Blucher, 1992
Matérias Primas Cerâmicas - Prof. Romualdo R. Menezes
Argilas
Formação de Mulita e Fase Amorfa (vítrea)
Caulinita Ilita Esmectitas
Matérias Primas Cerâmicas - Prof. Romualdo R. Menezes
Argilas Distintas Comportamentos Distintos
Barba, A., et al., Materias primas para la fabricación de soportes de baldosas cerámicas, ITC, 1 ed. 1997.
Matérias Primas Cerâmicas - Prof. Romualdo R. Menezes
Souza Santos, P. , Ciência e Tecnologia de Argilas, Edgard Blucher, 1992
Matérias Primas Cerâmicas - Prof. Romualdo R. Menezes
Souza Santos, P. , Ciência e Tecnologia de Argilas, Edgard Blucher, 1992
Matérias Primas Cerâmicas - Prof. Romualdo R. Menezes
Feldspatos
Fusão ou Decomposição (Ou Material Inerte)
Matérias Primas Cerâmicas - Prof. Romualdo R. Menezes
Quartzo
Polimorfismo - Expansão
Barba, A., et al., Materias primas para la fabricación de soportes de baldosas cerámicas, ITC, 1 ed. 1997.
Segadães, A. M., Refractários, Fundação João Jacinto de Magalhães, 1997.
Matérias Primas Cerâmicas - Prof. Romualdo R. Menezes
Formação de Mulita – Massas Triaxiais
Quartzo ou Feldspato Residual e Mulita
Matérias Primas Cerâmicas - Prof. Romualdo R. Menezes
Carbonatos
Decomposição Liberação de Gases
Barba, A., et al., Materias primas para la fabricación de soportes de baldosas cerámicas, ITC, 1 ed. 1997.
Matérias Primas Cerâmicas - Prof. Romualdo R. Menezes
Carbonatos
Barba, A., et al., Materias primas para la fabricación de soportes de baldosas cerámicas, ITC, 1 ed. 1997.
Matérias Primas Cerâmicas - Prof. Romualdo R. Menezes
Carbonatos
Barba, A., et al., Materias primas para la fabricación de soportes de baldosas cerámicas, ITC, 1 ed. 1997.
Matérias Primas Cerâmicas - Prof. Romualdo R. Menezes
Impurezas
Norton, F. H., Introdução à Tecnologia Cerâmica, Edgard Blücher Ltda, 1973.
Matérias Primas Cerâmicas - Prof. Romualdo R. Menezes
Matéria Orgânica
Precisa ser queimada durante o processo
Emissão de gases/Tempo para reação
Coração Negro
Matérias Primas Cerâmicas - Prof. Romualdo R. Menezes
Análise Química
Representa a constituição do material
Várias formas de determinação:Método Clássico (demorados, mais muito precisos) Métodos Complexométricos e Instrumentais (mais rápidos, mas com restrições na exatidão)
Reflexo da constituição mineralógica
Expressa na forma de óxidos
Matérias Primas Cerâmicas - Prof. Romualdo R. Menezes
Análise Química
As determinações usuais são: SiO2, Al2O3, TiO2, K2O, Na2O, CaO, MgO, Fe2O3, Perda ao Fogo (umidade –
água de secagem), matéria orgânica, CTC
Várias formas de determinação:Método Clássico (demorados, mais muito precisos) Métodos Complexométricos e Instrumentais (mais rápidos, mas com restrições na exatidão)
Matérias Primas Cerâmicas - Prof. Romualdo R. Menezes
Análise Química
As Análises clássicas usam técnicas gravimétricas, volumétricas e colorimétricas
Os métodos instrumentais e complexométricos usam técnicas espectrofotométricas, fotometria de
chama, fotometria de chama
Análises Quantitativas e QualitativasUso de padrões
Matérias Primas Cerâmicas - Prof. Romualdo R. Menezes
Análise e Interpretação da Composição Química
Exemplo de análise química
Souza Santos, P. , Ciência e Tecnologia de Argilas, Edgard Blucher, 1992
Matérias Primas Cerâmicas - Prof. Romualdo R. Menezes
Análise e Interpretação da Composição Química
Umidade – água livre, água adsorvida, água coordenada – 110oC só é praticamente retirada água livre que é a de mais baixa temperatura
Perda ao Fogo – resulta das águas de temperaturas mais elevadas, matéria orgânica, hidroxilas, hidróxidos, carbonatos e outros
Sílica (SiO2) – o total de SiO2 deve-se a(s) camada(s) tetraédrica(s) – pode esta na forma de sílica livre (areia e silte) – pode ser separada por métodos mecânicos e por sedimentação
Matérias Primas Cerâmicas - Prof. Romualdo R. Menezes
Óxidos de Alumínio (Al2O3) – o alumínio existente provém da camada octaédrica ou de hidroxilas de alumínio livre (gibsita) em argilas aluminosas, solos lateríticos e bauxitos
Óxidos de Titânio (TiO2) – está presente principalmente nos materiais transportados, ou seja, secundários (> 1%). A causa deste fenômeno não é bem conhecida. Apresenta-se na forma de rutilo e anatásio. É freqüente sua presença em solos lateríticos
Óxidos de Ferro (Fe2O3 e FeO) – o ferro provém de hematita (Fe2O3), magnetita (Fe3O4), limonita (2Fe2O33H2O), geotita (FeOOH) e pirita (FeS2), que são os minerais de ferro mais comuns nos solos argilosos vermelhos; e de substituições isomorficas
Matérias Primas Cerâmicas - Prof. Romualdo R. Menezes
Óxidos de Cálcio e Magnésio (CaO e MgO) – estes óxidos são provenientes de calcita, dolomita e raramente são encontrados nas argilas cauliníticas e montmorilonitas. O MgO é também originário da magnesita
Óxidos de sódio e potássio (Na2O e K2O) – os álcalis são encontrados nas argilas, e são originários de feldspatos e micas. Geralmente o teor de K2O é bem mais elevado do que o de Na2O, isto porque os materiais micáceos são mais resistentes ao intemperismo
Outros óxidos – impurezas diversas ou presença de algum mineral particular fonte de Mg ou Mn ou S, etc.
Matérias Primas Cerâmicas - Prof. Romualdo R. Menezes
Matéria Orgânica (M.O.) – a matéria orgânica está contida em muitas argilas, e lhes confere um caráter plástico, o que não é adequado aos solos. Os ácidos húmicos agem como coloides protetores e dificultam as reações químicas quando do tratamento destes solos com cal, cimento, etc., visando sua estabilização
A M.O. tem uma CTC elevada (150 a 200 meq/100g); esta faixa é similar à obtida para a montmorilonita e a vermiculita, o que pode conduzir a interpretações errôneas
A M.O. pode ocorrer na forma de partículas discretas ou em forma mais elaborada, como linhito e ácido húmico, ou mesmo, grafita (Técnicas de Determinação)
Matérias Primas Cerâmicas - Prof. Romualdo R. Menezes
Análise e Interpretação da Composição Química
CTC (Capacidade de Troca de Cátions) – Por vezes expressa em conjunto com a análise química
Argilomineral CTC (meq/100g)
Caulinita 3 a 15
Haloisita 2H2O 3 a 10
Haloisita 4H2O 10 a 40
Montmorilonita 80 a 150
Ilita 10 a 40
Vermiculita 100 a 150
Clorita 10 a 40
Atapulgita, Sepiolita ou Palisgosquita
20 a 30
Matérias Primas Cerâmicas - Prof. Romualdo R. Menezes
CTA (Capacidade de Troca de Ânions) – Tem, de certa forma, pouca importância
Forma de Determinação:Método químico: Tratar uma argila com solução concentrada de NH4COOH, fazendo com que todos os cátions sejam substituídos pelos íons NH4+ (amônio);o excesso de acetato é lavado com álcool e a amostra é transferida para um recipiente especial, onde é tratada com uma solução de hidróxido de sódio;a amônia (NH3) liberada é recolhida em volume padronizado de ácido sulfúrico e posteriormente titulada com hidróxido alcalino.
Matérias Primas Cerâmicas - Prof. Romualdo R. Menezes
Método do azul de metileno
Souza Santos, P. , Ciência e Tecnologia de Argilas, Edgard Blucher, 1992
Matérias Primas Cerâmicas - Prof. Romualdo R. Menezes
Análise e Interpretação da Composição Química
Souza Santos, P. , Ciência e Tecnologia de Argilas, Edgard Blucher, 1992
Matérias Primas Cerâmicas - Prof. Romualdo R. Menezes
Barba, A., et al., Materias primas para la fabricación de soportes de baldosas cerámicas, ITC, 1 ed. 1997.
Matérias Primas Cerâmicas - Prof. Romualdo R. Menezes
Análise e Interpretação da Composição Química
Barba, A., et al., Materias primas para la fabricación de soportes de baldosas cerámicas, ITC, 1 ed. 1997.
Matérias Primas Cerâmicas - Prof. Romualdo R. Menezes
Análise e Interpretação da Composição Química
Barba, A., et al., Materias primas para la fabricación de soportes de baldosas cerámicas, ITC, 1 ed. 1997.
Quartzo Sílica Micas K2O, Fe2O3 e MgO Feldspatos K2O, Na2O
Impurezas (minerais acessórios) Al2O3
De forma Geral Al2O3 Maior teor de Argila
Matérias Primas Cerâmicas - Prof. Romualdo R. Menezes
Análise e Interpretação da Composição Química
Barba, A., et al., Materias primas para la fabricación de soportes de baldosas cerámicas, ITC, 1 ed. 1997.
Matérias Primas Cerâmicas - Prof. Romualdo R. Menezes
Tipos de Materiais fundentesPresença ou não de MgO no carbonato
Maior ou menor o teor de talco no mineral, etc.
Barba, A., et al., Materias primas para la fabricación de soportes de baldosas cerámicas, ITC, 1 ed. 1997.
Análise e Interpretação da Composição Química
Matérias Primas Cerâmicas - Prof. Romualdo R. Menezes
Análise Química
Análise Racional
A partir dos dados obtidos através de uma análise química pode-se calcular os teores dos minerais
presentes na amostra (resultado é apenas aproximado)
Os métodos mais utilizados são os de Hoffman e Haacke. O método de Ries é mais complexo e pouco
utilizado, porém mais completo
Atualmente há outras técnicas - Instrumentais
Matérias Primas Cerâmicas - Prof. Romualdo R. Menezes
Por exemplo: no método de Hoffman e Haacke:
K2O oriundo de mica e não de feldspato; % de Al2O3 de caulinita e mica - 38,5% Perda ao fogo da caulinita - 14,0% Perda ao fogo da mica - 4,5%
Na análise racional há suposições da origem dos óxidos constituintes do sistema – Podem ser mais ou
menos precisas
Academicamente fica pouco utilizada e industrialmente é pouco conhecida
Matérias Primas Cerâmicas - Prof. Romualdo R. Menezes
Análise e Interpretação da Composição Química
Análise química e refratariedade Há uma correlação
Uma forma de medir a refratariedade (ou cone orton equivalente) é através de cone orton
Muito usado da indústria para saber a temperatura de queima (também há aneis pirométricos)
Refratariedade ou cone pirométrico equivalente é definido como sendo a temperatura em que a ponta
do cone Orton (CO) padrão toca a base quando aquecida em condições padronizadas.
Matérias Primas Cerâmicas - Prof. Romualdo R. Menezes
Cones Grande e Cones Pequenos
Souza Santos, P. , Ciência e Tecnologia de Argilas, Edgard Blucher, 1992
Matérias Primas Cerâmicas - Prof. Romualdo R. Menezes
Taxas de aquecimento podem influenciar na determinação do Cone Equivalente
Pode usar diagramas de fases (diagramas de equilíbrio de fases) ou outras técnicas (formula de
Shuen)
CoimpurezasOAl
TF228,032360
Com os teores tomados para uma base binária - Al2O3 + SiO2 = 100
Diagramas ternários (de equilíbrio) Intimidade de mistura e cinética
Matérias Primas Cerâmicas - Prof. Romualdo R. Menezes
Análise e Interpretação da Composição Química
Souza Santos, P. , Ciência e Tecnologia de Argilas, Edgard Blucher, 1992
Matérias Primas Cerâmicas - Prof. Romualdo R. Menezes
Análise e Interpretação da Composição Química
Souza Santos, P. , Ciência e Tecnologia de Argilas, Edgard Blucher, 1992
Tabela 11.8 – Análise Química de Argilas Refratárias Brasileiras
Matérias Primas Cerâmicas - Prof. Romualdo R. Menezes
Análise Química
Determinação da composição química de uma argila para formulações; Determinação da composição química para outras aplicações: cimentos, catálise, cargas, etc; Uso da composição química para o cálculo da fórmula estrutural do argilomineral de uma argila monominerálica
Ensaio complementar, mas que fornece uma série de informações por si só; e é muito importante para
as formulações cerâmicas