Minerais e Rochas Para Ceramica

Minerais e rochas para a indstria cermica

Antonio Liccardo

Cermica: origem, antiguidade

Keramos = coisa queimada (grego)

5000 A.C.: artefatos de argila (earthenware), loua de barro (pottery)

3500 A.C.: torno de oleiro

1000 A.C.: porcelana (China)

A produo de cermicas no

Paran to antiga quanto a

sua ocupao, at mesmo

anterior chegada dos

colonizadores, com a

confeco de peas

artesanais pelos povos pr-

cabralianos. O Museu

Paranaense apresenta vrios

artefatos cermicos atribudos

aos guaranis em pocas pr-

coloniais. Imagem Claudia

Parellada.

Idade contempornea

Sc. 18: porcelana (Alemanha), colagem, extruso, forno tnel

Sc. 19: mecanizao, microscopia tica, cones piromtricos

Sc. 20: raios X, microscopia eletrnica, materiais sintticos, automatizao

Cermica: definio tradicional

Minerais de composio inconstante e pureza duvidosa so expostos a um tratamento trmico no-mensurvel, que dura o suficiente para permitir que reaes desconhecidas ocorram de modo incompleto, formando produtos heterogneos e no-estequiomtricos, conhecidos com o nome de materiais cermicos.

[Gugel apud Claussen, 1995]

Cermica: definio moderna

Materiais cermicos so compostos slidos

formados pela aplicao de calor, algumas vezes

calor e presso, constitudos por ao menos

um metal (M) e um slido elementar no-metlico (SENM) ou um no-metal (NM),

dois SENM, ou

um SENM e um no-metal (NM)

[Barsoum, 1997]

Metais e no-metais

Metais (M): Na, Mg, Ti, Cr, Fe, Ni, Zn, Al...

No-metais (NM): N, O, H, halognios, gases nobres...

Slidos elementares no-metlicos (SENM): isolantes (B, P, S, C ) ou semicondutores (Si, Ge)

[Barsoum, 1997]

M + NM: MgO, Al2O3, BaTiO3, YBa2Cu3O7...

M + SENM: TiC, ZrB2...

SENM + SENM: SiC, B4C

SENM + NM: SiO2, Si3N4

Exemplos de combinaes

Cermica tradicional x avanada

Cermica Matrias-primas

Estrutura Proprie-dades

Processa-mento

Aplicaes

Tradicional(silicatos)

naturais,mineraisindustriais(98%pureza)

homognea,menos porosa

eltrica,magntica,nuclear, tica,mecnica,trmica,qumica,biolgica

prensagemisosttica,moldagempor injeo,sinterizao,ligao porreao

eletrnica,estrutural,qumica,refratrios

Funes dos produtos cermicos

[Barsoum, 1997; Reed, 1995]

Trmica

Eltrica

Magntica

tica

Nuclear

Qumica

Biolgica

Mecnica

Esttica

Funes Classes Aplicaes Exemplos

condutividade trocadores de calorpara pacoteseletrnicos

AlN

Trmicas isolamento revestimentosisolantes para fornosde alta temperatura

fibras de SiO2, Al2O3,ZrO2

refratariedade revestimentosisolantes para fornosde alta temperatura(metais fundidos,escrias)

SiO2, Al2O3, ZrO2


condutividade elementos deaquecimento parafornos

SiC, ZrO2, MoSi2

Eltricas ferroeletricidade capacitores BaTiO3, SrTiO3

isolamento substratos de circuitoseletrnicos

Al2O3, AlN


magnetos duros ms de ferrite (Ba,Sr)O6Fe2O3

Magnticas esuper-condutoras

magnetos moles ncleos detransformadores

(Zn,M)6Fe2O3, comM=Mn,Co, Mg

supercondutividade fios e magnetmetros YBa2Cu3O7


translucncia materiais paralmpadas de Na

Al2O3, MgO

ticas transparncia cabos de fibra tica SiO2

transparncia aoinfravermelho

janelas para laserinfravermelho

CaF2, SrF2, NaCl


fisso combustvel UO3, UC

Nucleares fisso moderadores denutrons

C, BeO

fisso, fuso revestimentos emreatores

C, SiC


catlise suporte de catalisador Mg2Al4Si5O15

Qumicas condutividadesensitiva a gases

sensores de gases ZnO, ZrO2, SnO2,Fe2O3

separao filtros SiO2, Al2O3


biocompatibilidade cimentos CaHPO42H2O

Biolgicas biocompatibilidade prteses estruturais Al2O3


dureza ferramentas de corte Al2O3, Si3N4, ZrO2, TiC

Mecnicas refratariedadeestrutural

estatores e lminas deturbina

Al2O3, Si3N4, MgO, SiC

resistncia a desgaste,abraso

mancais Al2O3, Si3N4, ZrO2, SiC


cermica de mesa pratos, xcaras, vasos loua, porcelana

Estticas cermica derevestimento

pisos, azulejos grs, porcelanato

cermica sanitria vasos sanitrios, pias loua, porcelana

TiposSeqncia de

processamento

Cermica p forma calor

Vidro p calor forma

Argamassa calor p forma

Classificao e aplicaes da cermica

1 INTRODUO 16

argila

feldspato

slica

Moinho de bolas

Filtro-prensa

torta plsticabarbotina

Misturador

20-25% gua

Atomisadorp com 5-

6% gua

Prensa Extrusora1000 t

3-5 dias a

70-80 C

Secador

EsmaltaoForno a rolos

Forno tnel

60-150 min a

1300 C

40-70 h a

1300 C

Inspeo Retificao Inspeo

Separao

Empacotamento e

expedio

Fluxo na indstria cermica

MATRIAS-PRIMAS PARA INDSTRIA

CERMICA

Multiplicidade de produtos e especificaes

Especificaes

Facilidade do mineral ou rocha fornecer os elementos adequados

Principais matrias-primas

Quartzo e materiais afins

Feldspatos

Argilas (argilo-minerais)

Talco, pirofilita e serpentinitos

Calcrios, dolomitos e magnesitos

Gesso, anidrita e halita

Zelitas

Pozolanas

Matrias-primas especiais (refratrios, fundentes, estruturais, isolantes...)

Quartzo e materiais afins

Fontes de SiO2

Quartzo, tridimita, cristobalita

Areias e cascalhos, arenito, quartzito, chert, gata, files, rochas gneas

cidas, vidros naturais, diatomito

Slicas sintticas

Principal aplicao: VIDRO e superfcies vitrificadas

Participao de slica em vrios outros produtos

Por vidro entende-se um produto fisicamente homogneo obtido pelo resfriamento de uma massa inorgnica em fuso, que enrijece sem

cristalizar atravs do aumento contnuo da viscosidade.

Produtos minerais Produtos quimicos

Mistura

vitrificvel

SiO2

(areia)

CaCO3

(calcrio)

CaMg(CO3)2

(dolomita)

Na2O.Al2O3

(feldspato)

Na2CO3

(barrilha)

Na2SO4

100 % 57,46% 10,56% 9,88% 2,96% 16,46% 2,96%

Tipos de vidros

SODO-CLCICO

embalagens em geral

O vidro plano usos construo civil, automobilstica, eletrodomsticos

BOROSILICATO

utenslios domsticos resistentes a choques trmicos

AO CHUMBO

Confere mais brilho taas, copos, clices, ornamentos

ALUMINOBOROSSILICATO

so utilizados em tubos de combusto,fibras de vidro, vidros com alta resistncia quimica

Diferenas entre vidro comum e o cristal

O vidro possui ondulaes em sua superfcie que produz distores pticas.

O cristal no contm ondulaes superficiais, - menor % de defeitos no produzindo distores de imagens devido ao paralelismo de suas faces.

Cristais (Baccarat, Boemia, Murano e outros) possuem caractersticas notveis de brilho e transparncia obtidos por acrscimo de xidos na composio

Feldspatos

Aluminossilicatos de K, Ca e Na

Formam soluo slida sistema ternrio

Cores variam de branco, amarelo a rosa

Constituem 60% da crosta

A composio fator importante

Feldspatos sdico-potssicos so mais apropriados para a indstria cermica

Rochas gneas alcalinas

(K,Na,Ca)(Si,Al)4O8

Principais usos

Cermica branca K

Vidros e vidrados Na

Feldspatos para massas cermicas

Feldspatos para vidrados e esmaltes

Feldspato para vidro

Nome

Composio

(% em molculas de Albita

(Ab) e Anortita (An)

Albita 90-100% Ab ; 0-10% An

Oligoclsio 70-90% Ab ; 10-30% An

Andesina 50-70% Ab ; 30-50% An

Labradorita 30-50% Ab ; 70-50% An

Bytownita 10-30% Ab ; 70-90% An

Anortita 0-10% Ab ; 90-100% An

Ortoclsio

Anortita

Albita

Granitos possuem at 60% de feldspato

Granitos grficos

Pegmatitos

Nefelina-sienitos

Alaskitos

Aplitos

Anortositos

Arcsios

Areias feldspticas

Principais rochas fontes de feldspato

Albitito Marc Minerao

Castro - PR

Pegmatito Generosa

Minerao Brasil

Sabinpolis - MG

Veio feldsptico em

rocha gnea Incepa

Balsa Nova - PR

Argilas

So constitudas de partculas

cristalinas essencialmente pequenas

ARGILOMINERAIS

Uma argila pode ser composta

de 1 ou mais tipos de

argilominerais

Argilas so materiais terrosos naturais de baixa

granulometria, que adquirem plasticidade quando

misturados com uma quantidade limitada de gua.

Argilominerais propriamente ditos: materiais geralmente cristalinos, de composio varivel, diminuto tamanho de partcula (

As argilas formadas no mesmo local originalmente ocupado

pela rocha-me so denominadas argilas primrias. Uma das

argilas primrias mais conhecidas o caulim.

Classificao de acordo com a origem

Em alguns casos as argilas so formadas, transportadas e

depositadas em locais distintos do seu local de origem. Essas

argilas so conhecidas como argilas secundrias ou, na

forma mais popular, como argilas de vrzea.

Argilo-minerais

Argilas caulinticas

Argilas ilticas

Argilas montmorilonticas

So silicatos hidratados de alumnio, ferro e magnsio

com pequenas % de lcalis e alcalinos terrosos

ARGILAS CAULINTICAS

O nome desse tipo de argila deriva do seu principal constituinte, a caulinita:

Al2O3.2SiO2.2H2O

O tamanho de partcula da caulinita, da ordem de 1 milsimo de milmetro, sensivelmente maior que o dos argilominerais das outras classes.

Conseqentemente, as argilas caulinticas apresentam baixa plasticidade.

A granulometria mais elevada leva a uma porosidade maior na estrutura do material a seco. Essa porosidade, por outro lado, permite secagem rpida e fcil, porm limita a resistncia flexo a seco da argila, que pode variar de 10 a 30 kgf/cm2.

ARGILAS ILTICAS

A ilita um argilomineral de ocorrncia freqente nas argilas. Os cristais do mineral tm forma lamelar alongada e bordas irregulares, com tamanho de partcula que varia entre 0,1 e 2 milsimos de milmetro.

Kx(Al,Mg)4(Si,Al)8O20(OH)4.nH2O, x

ARGILAS MONTMORILONTICAS

A montmorilonita um argilomineral formado em climas secos, a partir de rochas bsicas (como feldspatos) ou por alterao de cinzas vulcnicas e rochas magmticas ricas em Ca e Mg.

Al4Si8O20(OH)4.nH2O

A composio real dos minerais desse grupo difere da terica devido a substituies e trocas de ctions (Si por Al; Al por Mg, Fe ou Li). Uma das principais caractersticas do argilomineral o tamanho de partcula (inferior a 0,5 milsimo de milmetro).

As argilas que contm um volume significativo desse mineral so difceis de secar, exibem forte retrao de secagem, elevada plasticidade e elevada resistncia mecnica a seco (> 80 kgf/cm2).

A plasticidade das argilas uma propriedade crtica para

a indstria cermica, uma vez que determina a

possibilidade de processar esses materiais por extruso e

conformao plstica, isto , a sua trabalhabilidade.

Plasticidade pode ser definida como a capacidade de

um material deformar-se sob a ao de uma fora

externa sem perder a integridade fsica e reter a

deformao aps a remoo da fora.

Varia com a composio da argila

Importantes tambm a fusibilidade e cor de queima

RELAO ENTRE A PLASTICIDADE E A SECAGEM:

QUANTO MAIOR A PLASTICIDADE:

VOLUME DE GUA RETIDO

RETRAO

DE SECAGEM CONSUMO ENERGTICO

Testes de cor de queima

CARACTERIZAO TECNOLGICA

Distribuio granulomtrica

Avaliao da plasticidade

Avaliao da umidade de extruso

Determinao da retrao de secagem e de queima

Reabsoro de gua aps secagem

Absoro de gua aps queima

Perda ao fogo

Porosidade e densidade aparentes

Cor de queima

ATD/ATG (anlise termo-diferencial e termo-gravimtrica

DRX (caracterizao mineralgica)

Dilatometria (expanso e contrao)

Anlise qumica (resultado em xidos)

TCNICAS ANALTICAS AVANADAS

44

Argila de vrzea, rio Iguau, Araucria.

Ocorrncia de caulim

em Tijucas do Sul PR Minerao Tabatinga

Argilito que fornece

material para

cermica vermelha Guamiranga - PR

46

Argila sedimentar. Lavra cermica Eliane, Siqueira Campos.

47

Lavra de solo de alterao de granitos, So Jos dos pinhais

48

Pilhas de argila. Cermica Santa Olinda, Siqueira Campos.

12

3

49

Pilha de argilas, para a

composio da massa. Inaj.

50

Tijolos em secagem pr-

cozimento - Nova Londrina.

Caulim- A mais nobre das argilas - alvura

- a argila que queima na cor branca

e muito refratria mulita

- Baixa porosidade e plasticidade

- Pode ser primrio ou sedimentar

- Produto de alterao do feldspato

- Explorao a cu aberto

- Para cimento branco, porcelanato,

faiana, loua sanitria, azulejos...

Ball clay

- Argila sedimentar especial muito plstica

- Grande poder ligante

- Menos refratrio que o caulim

- Caulinita+haloisita+quartzo

- Gnese Primria

- Rochas feldspticas

- Granitos

- Pegmatitos

- Solfataras

Magnesita Brumado, BA

Dolomita BA

Calcrio calctico Ourolndia, BA

Calcita, dolomita e magnesita

- Rochas carbonatadas

- Calcrios e mrmores

- Carbonatitos

- Calias

Calcita - MT

Dolomita (CaMg) CO3

Fonte de cal e magnsio

Cermica branca e vidro

Mistura de cristais de calcita e magnesita

Propriedades refratrias

Calcita e rochas calcticas CaCO3

Fabricao de cal e cimento

Modo em cermicas

Vidros e vidrados

Esmaltes

Estuques

Cal fundida e cristalizada refratria

Magnesita MgCO3

Cristalina e criptocristalina

Propriedades refratrias

Ponto de fuso 2800 C

Tijolos especiais

Talco, pirofilita e

serpentinitos

Pirofilita - MG

Talco, MG

Agalmatolito, MG

Filossilicatos hidratados resultantes de

processos metamrficos e hidrotermais

Possuem dureza muito baixa

Apresentam propriedades refratrias

Cermicas eltrica e de baixa expanso trmica (pirofilita)

Permitem ciclos de queima mais rpidos para loua branca

Fabricao de isoladores eltricos cermicos (talco)

Talco limita a expanso trmica dos corpos cermicos

Melhora a translucidez em loua branca e em azulejos e porcelanato

Talco em vidros magnesianos

Serpentinitos podem conter amianto

Gipsita, anidrita e halita

Halita

Gipsita

Gipsita gesso CaSO4. H2O

Anidrita resulta da desidratao

Utilizados para fabricao de cimento como retardador na

mistura

Carga de esmaltes e vidrados

Halita NaCl

Sal-gema usado em vidrados

Domos e dipiros

Encontram-se associados em ambientes de gnese evaportica

Zelitas

Natrolita

Escolecita

Famlia de minerais com mais de 80 espcies

Aluminosilicatos hidratados de metais alcalinos e alcalino-terrosos

Naturais e sintticas

Gnese hidrotermal, magmtica e sedimentar

Sedimentares so mais interessantes economicamente para cermica

Uso como peneiras moleculares -separam molculas por formas e

tamanhos

Elevada capacidade de troca catinica (CTC)

Aplicada na indstria como aglomerante e como agregado leve

espodumnio, barita, fluorita,

terras raras, sais de sdio e

potssio, pozolanas, cromititos,

rochas variadas conforme a

aplicao...

Outras substncias minerais com

aplicao na indstria cermica

Indstria cermica no Paran

O estado produz caracteristicamente MRI

Caulim, talco, calcrio e argilas vermelhas

Feldspato e quartzo presentes

Indstria cermica expressiva

Alta tecnologia e competitividade

Cermica vermelha fundamental para o crescimento

das cidades.

Cermica branca caracterstica da sociedade ps-industrial

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