CARACTERIZAÇÃO DE RESÍDUO PROVENIENTE DO BENEFICIAMENTO DE ROCHAS ORNAMENTAIS PARA INCORPORAÇÃO EM CERÂMICA ARGILOSA

M. C. Borlini1, A. A. Pazeto1, J.C.G. Correa1, A.S. Reis2, A. Caranassios1

Rodovia Cachoeiro-Alegre, km 5, Bl. 10 – Morro Grande – Cachoeiro de Itapemirim – ES, CEP: 29.300-970, mborlini@cetem.gov.br

1 CETEM/MCT – Campus Avançado de Cachoeiro de Itapemirim – CACI 2 Centro Federal de Educação Tecnológica do Espírito Santo – CEFETES Uned

Colatina, Colatina, ES, Brasil

RESUMO

O Brasil produziu, em 2006, 7,5 milhões de toneladas de rochas ornamentais e

de revestimento. Durante a serragem, cerca de 25 a 30% dessas rochas são

transformadas em resíduos, na forma de lama. O Espírito Santo gera

aproximadamente 152.000 m³ de resíduos do beneficiamento de rochas por ano. A

incorporação desses resíduos em produtos cerâmicos é uma alternativa tecnológica

que pode reduzir o impacto ambiental causado pela sua disposição indiscriminada.

O objetivo desse trabalho é a caracterização do resíduo proveniente do

beneficiamento de rochas ornamentais para incorporação em cerâmica argilosa. A

caracterização do resíduo foi realizada através de análise química, difração de raios-

X, distribuição de tamanho de partícula e análise morfológica através de microscopia

eletrônica de varredura. Os resultados mostraram que o resíduo possui teor

relativamente elevado de K2O+Na2O, podendo contribuir para melhorar as

propriedades de queima da cerâmica através da redução da porosidade pela

formação de fase líquida em reação com SiO2 e Al2O3, presentes na composição do

resíduo.

Palavras-chave: caracterização, resíduo de rochas ornamentais, cerâmica,

desenvolvimento sustentável.

INTRODUÇÃO

O Brasil produziu, em 2006, 7,5 milhões de toneladas de rochas ornamentais e

de revestimento (1). Os principais produtores de rochas no Brasil são Espírito Santo,

Minas Gerais e Bahia. O Espírito Santo conta com 56% da extração de granito e

75% da produção de mármore (2). As indústrias de rochas ornamentais têm como

principal atividade o corte e polimento das rochas. Durante a serragem, cerca de 25

a 30% dessas rochas são transformadas em resíduos, na forma de lama, que são

depositados nos reservatórios das empresas. O Brasil enfrenta sérios problemas

ambientais com os resíduos, devido à grande quantidade gerada e a dificuldade

para sua adequada disposição final. O Espírito Santo gera aproximadamente

152.000 m³ de resíduos do beneficiamento de rochas por ano.

Nos últimos anos, houve um aumento de estudos no sentido de apontar novas

tecnologias para minimizar a disposição desordenada dos resíduos, não só

provenientes do beneficiamento de rochas ornamentais, mas também de outros

setores industriais. Uma alternativa tecnológica para reduzir o impacto ambiental e

reciclar esse tipo de resíduo é a sua incorporação em produtos cerâmicos

argilosos(3-7). A incorporação de resíduos em cerâmica é uma solução que pode

causar melhorias nas propriedades do produto final. Alguns resíduos são similares

na composição com as matérias primas naturais usada na indústria cerâmica (5,8).

Alguns estudos utilizando resíduos de granito, provenientes da serragem de blocos,

mostraram um grande potencial de utilização desses em cerâmica vermelha, devido

às suas características como elevado teor de óxidos alcalinos, granulometria fina e

baixo custo (7, 9,10).

O objetivo desse trabalho é a caracterização de resíduos provenientes do

beneficiamento de rochas ornamentais no Espírito Santo visando sua incorporação

em cerâmica argilosa. A caracterização contribuirá para o conhecimento do resíduo

(lama) e, através desse fato, favorecerá o estudo de uma possível solução para o

problema da disposição de lama gerada na serragem de rochas, além de contribuir

para a prática do desenvolvimento sustentável, e a conseqüente utilização de

resíduos descartados como inaproveitáveis.

MATERIAIS E MÉTODOS

A matéria prima usada nessa pesquisa é um resíduo de granito proveniente do

beneficiamento de rochas ornamentais no Espírito Santo. A Figura 1 mostra o

resíduo. Essa matéria prima foi inicialmente submetida à secagem, foi destorroada

em almofariz de porcelana e depois peneirada em malha 30 mesh (0,60 mm).

Figura 1 - Resíduo de granito.

O resíduo foi caracterizado em termos de difração de raios-X (DRX),

composição química, distribuição do tamanho de partícula e microscopia eletrônica

de varredura.

A composição química foi determinada por espectrometria de fluorescência de

raios-X (FRX), usando um espectrômetro BRUKER-AXS, modelo S4-Explorer,

equipado com tubo de Rh. A identificação qualitativa de fases no resíduo foi obtida

por difração de raios-X (DRX). Os testes de difração foram conduzidos em amostras

de pó usando um equipamento Bruker-D4 endeavor operando com radiação de Co-

Kα e um ângulo de varredura de 2θ variando de 5 a 80º.

A distribuição de tamanho de partícula foi obtida em equipamento Mastersizer

2000, acessório MU da Malvern Instruments. As análises foram realizadas em

duplicata, sendo cada medida a média de cinco leituras. A massa específica do

resíduo foi determinada de acordo com a norma NBR NM 23/2001 (11).

A morfologia das partículas do resíduo de granito foram investigadas por

microscopia eletrônica de varredura (MEV) em equipamento LEO S440 e por

espectroscopia por energia dispersiva, EDS, Link ISIS L300, com detector de SiLi

Pentafet.

RESULTADOS E DISCUSSÃO Composição química

A Tabela 1 mostra a composição química do resíduo de granito. Esse resíduo é

basicamente constituído de grandes quantidades de SiO2, Al2O3, CaO, Fe2O3 e

óxidos alcalinos. A elevada quantidade de SiO2 está associada com a fase cristalina

do quartzo. Quando o resíduo é adicionado na argila, o alto teor de sílica livre pode

contribuir para modificar a plasticidade e melhorar a etapa de secagem da argila. No

entanto, um excesso de quartzo pode dificultar a extrusão dos produtos cerâmicos e

reduzir a resistência mecânica. Na etapa de queima, a maior parte do quartzo

comporta-se como uma fase inerte e pode gerar micro trincas durante a etapa do

resfriamento, devido à transformação alotrópica do quartzo em torno de 573oC (12). O

Al2O3 está provavelmente associado com SiO2 e óxidos alcalinos e alcalinos terrosos

para formar as fases feldspáticas. A grande quantidade de óxidos alcalinos,

K2O+Na2O (~8,0%), pode atuar como fundente, melhorando o processo de

sinterização (13). A expressiva quantidade de CaO (~8,0%) também pode atuar como

fundente. O alto teor de Fe2O3 é proveniente da granalha, insumo empregado no

beneficiamento das rochas, e será responsável pela coloração avermelhada dos

produtos cerâmicos após a queima.

Composição Mineralógica

O resultado da difração de raios-X do resíduo é mostrado na Figura 2. A

principal fase cristalina encontrada corresponde ao quartzo. O resíduo também

apresenta picos de difração característicos de feldspatos (microclina e albita) e

correspondentes à calcita e muscovita, e não apresenta picos correspondentes à

hematita. Durante a queima, o quartzo atua como fase inerte e não-plástica. O

feldspato é benéfico para o processamento cerâmico, pois favorece a formação de

fase líquida na queima. A alta quantidade de carbonato de cálcio pode promover o

aparecimento de defeitos de eflorescência (14).

Tabela 1 – Composição química do resíduo (% em peso).

Composição Concentração (%)Al2O3 13,50BaO 0,18 CaO 7,90 Cl 0,04 Fe2O3 6,54 K2O 4,84 MgO 1,08 MnO 0,08 Na2O 2,91 P2O5 0,55 Rb2O 0,02 SiO2 59,50 SO3 0,09 SrO 0,05 TiO2 0,60 ZrO2 0,04 PF (Perda ao fogo) 2,10

10 20 30 40 50 60 70 800

100

200

300

400

500

600

QCCKCMKMMA

M

AM QKQM

Q QK

C

K

M

K

Q

Inte

nsid

ade

(u.a

.)

2θ

Figura 2 - Difratograma de raios-X do resíduo. Q = quartzo, M = microclina,

A = albita, C = calcita, K = muscovita.

Distribuição do Tamanho de Partícula

O tamanho de partícula é uma das características mais importantes dos

minerais argilosos e governa muitas de suas propriedades (15). Quanto mais fino o

material, maior será a superfície específica. Quando se reduz a seção dos poros e

aumenta o número de contatos entre as partículas, a resistência mecânica a seco da

cerâmica aumentará. Já na queima, o processo de vitrificação começa pela

superfície das partículas. Portanto, quanto maior essa superfície, mais rapidamente e

a uma menor temperatura o material vitrificará, sendo obtida uma peça queimada de

menor porosidade e maior resistência mecânica (16).

A Figura 3 mostra a curva da distribuição do tamanho de partícula do resíduo.

Foi verificado que 10% das partículas do resíduo possuem diâmetro inferior a

2,18 µm, 50% das partículas do resíduo possuem diâmetro inferior a 10,30 µm e

90% das partículas do resíduo possuem diâmetro inferior a 29,99 µm. É observado

que o comportamento granulométrico do resíduo é apropriado para produção de

massa cerâmica, o que pode ser confirmado em estudos de Neves et al.(17), Neves

et al. (18), Menezes et al. (7), Nunes et al. (19), dentre outros. Pequenas adições de

rejeito implicariam num melhor empacotamento de partículas e provavelmente

reduziria a retração na queima, quando comparado à argila pura. Aumentando-se a

adição de rejeito, eventualmente a porosidade aumentaria (4).

A massa específica do resíduo é de 2.770 kg/m3.

0.0

1 1 10 100 1000Tamanho de partícula (µm)

1 2 (%)

Vol.3

4 5 6 7

0

20

40

60

80

100

d(0,1) = 2,176 µm d(0,5) =10,299 µm d(0,9) = 29,999 µm

Figura 3 - Curva de distribuição do tamanho de partícula do resíduo.

Análise Morfológica

A morfologia das partículas do resíduo é mostrada na Figura 4. As micrografias

apresentam partículas com morfologia irregular e angular e aglomerados porosos. A

Figura 4(a), pontos 1 e 3, mostra partículas de quartzo. Através da análise de EDS,

foi observada a presença de Si, Al, K, Ca e Fe (ponto 2), Al, Si e K (ponto 4), Mg, Al,

Si, K e Fe (ponto 5) e a presença de Al, Si e Ca (ponto 6). As Figuras 4 b-c mostram

aglomerados porosos formados por partículas finas do resíduo.

a b

c

Figura 4 - Micrografias do resíduo. (a) 400 x, (b) 4.000 x, (c) 3.000 x. CONCLUSÃO

A composição química e mineralógica e o tamanho de partícula do resíduo são

características favoráveis para a sua utilização em cerâmica. O resíduo apresenta

quantidades significativas de óxidos alcalinos (7,8%) e alcalino-terrosos (9,0%), que

podem atuar como fundentes durante a etapa de queima da cerâmica. Os fundentes

provêm maior formação de fase líquida, consequentemente, auxilia no fechamento

da porosidade entre as partículas, conferindo aumento da densidade relativa do

material sinterizado.

O resíduo com menor tamanho de partícula pode melhorar a densificação do

corpo cerâmico pela formação de maior quantidade de fase líquida durante a

queima.

O baixo valor da perda ao fogo também favorece a etapa de queima da

cerâmica.

Conclui-se, portanto, que o resíduo proveniente do beneficiamento de rochas

ornamentais pode ser utilizado em cerâmica argilosa. Os benefícios do uso de

resíduos como fundentes em cerâmica são: dar uma destinação ecológica e

econômica para os resíduos provenientes do beneficiamento de rochas ornamentais,

bem como uma alternativa de matéria-prima para produção de cerâmica.

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem ao CETEM e ao CNPq pelo suporte dado a essa pesquisa.

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CHARACTERIZATION OF WASTE COMING FROM DIMENSION STONES PROCESSING FOR INCORPORATION INTO CLAYED CERAMICS

ABSTRACT

Brazil produced, in 2006, 7.5 million tons of dimension stones and covering. During

the sawdust, around of 25 to 30% of these stones are turned into waste, in the

sludge form. The Espírito Santo generates approximately 152,000 m³ of wastes from

stones processing per year. The incorporation of those wastes in ceramic products is

a technological alternative that can reduce the environmental impact caused by its

indiscriminate disposal. The objective of this work is the characterization of waste

from dimension stones processing for incorporation in ceramics. The characterization

studies were carried out through chemical analyses, X-ray diffraction, particle size

distribution and morphological analyses by scanning electronic microscopy. The

results indicate that waste has relatively high contents of K2O+Na2O which can

contributes to improve the firing properties of the ceramic through the reduction of the

porosity by formation of liquid phase in reaction with SiO2 and Al2O3, presents in the

waste composition.

KEY-WORDS: characterization, dimension stones waste, ceramics, sustainable environmental.