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