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UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA
Instituto de Geociências e Ciências Exatas
Campus de Rio Claro
ESTUDO DO COMPORTAMENTO REOLÓGICO DE
SUSPENSÕES ARGILOSAS DA FORMAÇÃO
CORUMBATAÍ
ROGERS RAPHAEL DA ROCHA
Orientador: Prof. Dr. Antenor Zanardo
Dissertação de Mestrado elaborada junto
ao Programa de Pós-Graduação em
Geologia Regional para obtenção do
título de Mestre em Geologia Regional
Rio Claro (SP)
2007
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620.112 Rocha, Rogers Raphael da
R672e Estudo do comportamento reológico de suspensões argi-
losas da formação Corumbataí / Rogers Raphael da Rocha. –
Rio Claro : [s.n.], 2007
172 f. : il., figs., gráfs., tabs., fots.
Dissertação (mestrado) – Universidade Estadual Paulista,
Instituto de Geociências e Ciências Exatas
Orientador: Antenor Zanardo
1. Ciência dos materiais. 2. Reologia de barbotinas. 3.
Matérias-primas. 4. Revestimentos cerâmicos. 5. Via úmida.
6. Argilas. I. Título.
Ficha Catalográfica elaborada pela STATI – Biblioteca da UNESP
Campus de Rio Claro/SP
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COMISSÃO EXAMINADORA
_____________________________
Prof. Dr. Antenor Zanardo
__________________________
Profa.Dra. Maria Margarita Torres Moreno
__________________________
Prof. Dr. Marcio Raymundo Morelli
_________________________
Rogers Raphael da Rocha
Candidato
Rio Claro, 29 de Junho de 2007
Resultado APROVADO
DEDICATÓRIA
Para meus queridos filhos Gui e Gu
e para Katia
AGRADECIMENTOS
Gostaria de agradecer aos amigos que contribuiram e participaram na realização
deste trabalho;
Ao Prof. Antenor e à Profa. Margarita por terem me recebido no Grupo de Pesquisa
e auxiliado no desenvolvimento deste projeto e a todo conhecimento que recebi.
Aos colegas do Grupo, Carol, Leandro, Ana Cândida, Gislene, Sérgio e Liliane.
À Esmaltec que disponibilizou seus laboratórios, ao colega empresário Jovail que
sempre contribuiu para a inovação, ao Edson e ao André pela colaboração nos
trabalhos de laboratório, ao Leco, ao Vicente.
À Mineração Cruzeiro, por fornecer material para este estudo, ao Sr. Antoninho e ao
Sérgio pela gentileza.
À Mineração Partezani, também por fornecer material para este estudo,
particularmente aos amigos Anacleto e Marquinho.
Aos Amigos da Cerâmica que sempre me auxiliam na correria do dia-a-dia, ao
Marcio e a Sandra.
À Dra. Lélia pelo suporte dado durante as semanas, principalmente pelo tempo que
tem estado com meus filhos e na correção final.
RESUMO
O estudo do comportamento reológico de barbotinas com argilas da
Formação Corumbataí, surgiu da necessidade das indústrias cerâmicas do Pólo de
Santa Gertrudes se adaptarem às mudanças do comportamento mercadológico e ao
aumento das exigências dos órgãos ambientais em relação aos riscos causados
pela geração de poeira pelo processo de moagem via seca. Foram selecionadas três
áreas geograficamente distantes, mas dentro do pólo, e foram feitas caracterizações
mineralógicas e reológicas. Para o estudo reológico foram feitas medidas de
viscosidade, tensão de cisalhamento e taxa de cisalhamento com viscosímetro
rotacional, tendo como parâmetros de controle, o teor de sólidos da barbotina e a
granulometria. Desta forma, foram obtidas curvas de defloculação e foram medidas
variações nas suspensões, tais como o comportamento pseudoplástico e a
tixotropia. Também foi analisada a dependência do comportamento reológico com a
mineralogia das argilas, obtida por difração de raios X. Os resultados das curvas de
fluxo e de viscosidade mostraram-se muito coerentes com a mineralogia
determinada, indicando uma piora do comportamento reológico no sentido da base
para o topo da Formação, bem como lateralmente, na dependência de alteração
supérgena, permitindo avaliar o uso destas argilas no processo de preparação de
massa via úmida.
Palavras-chave: matérias-primas cerâmicas, Formação Corumbataí, reologia,
revestimentos cerâmicos, via úmida.
ABSTRACT
The study of rheological behavior of clay slips at Corumbataí Formation, arose
from the need for the ceramic industries of Santa Gertrudes Pole to adapt to the
changes of the market behavior and the demands of the environmental organs
regarding the risks caused by the generation of dust, by the dry milling mass
preparation. Three geographically distant regions were selected inside the area of
the pole, mineralogical and rheological characterization were made. Viscosity
measurements, shear stress and shear rate have been made with rotational
viscometer, by having the solid content of the slip and particle size as control
parameters. Therefore defloculation curves were made and variations of the
suspensions have been verified, like the pseudoplastic behavior and the tixotropy.
The dependence of the rheological behavior on the clay mineralogy has also been
analyzed and it was obtained by X-ray diffraction. The results of the rheological
curves appeared to be very coherent with the determined mineralogy, indicating a
worsening of the rheological behavior from the bottom to the top of the formation, as
well as laterally, in dependence on the superficial alteration, permitting to evaluate
the use of these clays in the wet milling process.
Key-words: ceramic raw materials, Corumbataí Formation, rheology, tiles, wet
process.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Fig. 4.1 - Localização da mina Cruzeiro em Limeira com detalhamento
do local de amostragem. 23
Fig. 4.2 - Localização da jazida Morro Alto em Araras com detalhamento
do local de amostragem. 23
Fig. 4.3 - Localização da mina Partezani em Rio Claro com detalhamento
do local de amostragem. 23
Fig. 5.2.1 - Produção brasileira de revestimentos cerâmicos. 27
Fig. 5.2.2 - Vendas de revestimentos cerâmicos no mercado interno. 27
Fig. 5.2.3 - Tipos de produtos. 27
Fig. 5.3.1 - Modelo de placas para fluidos newtonianos. 30
Fig. 5.3.2a e Fig. 5.3.2b - Comportamento reológico dos fluidos. 33
Fig. 5.3.3 - Curva de fluxo (a) e curva de viscosidade (b) de um fluido
pseudoplástico. 35
Fig. 5.3.4 - Curva de fluxo (a) e curva de viscosidade (b) de um fluido
dilatante. 37
Fig. 5.3.5 - (a) Curva mostrando o comportamento tixotrópico e
(b) curva mostrando o comportamento reopéxico. 40
Fig. 5.3.6 - Curva de fluxo (a) e curva de viscosidade (b) para um fluido
com comportamento tixotrópico com reversão da taxa de cisalhamento.
41
Fig. 5.3.7 - Curva de viscosidade para um fluido com comportamento plástico. 42
Fig. 5.3.8 - Comparação de comportamentos reológicos em função da
viscosidade. 43
Fig. 5.3.9 - Curva de fluxo mostrando histerese de fluido tempo-dependente. 46
Fig. 5.4.1 - Modelo de estrutura de argilomineral 48
Fig. 5.5.1 - Variação das cargas sobre as partículas coloidais supondo
diversos valores de pH. 61
Fig. 5.5.2 - Mudança de carga na aresta das partículas. 61
Fig. 5.5.3 - Modelo da dupla camada elétrica. 63
Fig. 5.5.4 - Variação do potencial zeta com a espessura da dupla camada. 64
Fig. 5.5.5 - Energia potencial de interação entre duas partículas com dupla
camada elétrica. 67
Fig. 5.5.6 - Efeito da concentração dos contra-íons sobre a energia de
interação. 67
Fig. 5.5.7 - Efeito da natureza dos contra-íons sobre a energia de interação. 67
Fig. 5.5.8 - Repulsão estérica. 68
Fig. 7.1.1 - Curvas de defloculação das amostras da mina Cruzeiro. 91
Fig. 7.1.2 - Manchas escuras devido à matéria orgânica na suspensão. 93
Fig. 7.1.3 - Comparação das curvas de defloculação da mina Cruzeiro
com as mesmas densidades. 96
Fig. 7.1.4 - Curvas de defloculação das amostras da jazida Morro Alto. 97
Fig. 7.1.5 - Comparação das curvas de defloculação da jazida Morro Alto
com as mesmas densidades. 99
Fig. 7.1.6 - Curvas de defloculação das amostras da mina Partezani. 99
Fig. 7.1.7 - Comparação das curvas de defloculação da mina Partezani
com as mesmas densidades. 101
Fig. 7.2.1 - Curva de fluxo e curva de viscosidade da amostra Cruz B2 da mina
Cruzeiro. 104
Fig. 7.2.2 - Curva de fluxo e curva de viscosidade da amostra Cruz B3 da mina
Cruzeiro. 105
Fig. 7.2.3 - Curva de fluxo e curva de viscosidade da amostra Cruz B4 da mina
Cruzeiro. 106
Fig. 7.2.4 - Curva de fluxo e curva de viscosidade da amostra Cruz B5 da mina
Cruzeiro. 107
Fig. 7.2.5 - Curva de fluxo e curva de viscosidade da amostra Cruz B6 da mina
Cruzeiro. 108
Fig. 7.2.6 - Curva de fluxo e curva de viscosidade da amostra Ara F5 da jazida
Morro Alto. 111
Fig. 7.2.7 - Curva de fluxo e curva de viscosidade da amostra Ara F1 da jazida
Morro Alto. 112
Fig. 7.2.8 Curva de fluxo e curva de viscosidade da amostra Part B1 da mina
Partezani. 113
Fig. 7.2.9 Curva de fluxo e curva de viscosidade da amostra Part B2 da mina
Partezani. 114
Fig. 7.3.1 - Comparação dos difratogramas das amostras Cruz B3 e Cruz B4 117
LISTA DE TABELAS
Tab. 4.1 - Coordenadas das áreas de estudo. 22
Tab. 5.4.1 - Tabela de classificação dos argilominerais. 51
Tab. 5.5.1 - Ação de diferentes defloculantes. 70
Tab. 6.2.1 - Valores de densidade real de argilas da Formação Corumbataí. 81
Tab. 6.3.1 - Especificações de silicato de sódio. 82
Tab. 7.2.1 - Comparação de parâmetros reológicos obtidos nas curvas de fluxo
e de viscosidade para amostras da mina Cruzeiro. 109
Tab. 7.2.2 - Análise das curvas de fluxo com modelo da lei das potências
para amostras da mina Cruzeiro. 109
Tab. 7.2.3 - Comparação de parâmetros reológicos obtidos nas curvas de fluxo
e de viscosidade para amostras da jazida Morro Alto. 112
Tab. 7.2.4 - Análise das curvas de fluxo com modelo da lei das potências
para amostras da jazida Morro Alto. 112
Tab. 7.2.5 - Comparação de parâmetros reológicos obtidos nas curvas de fluxo
e de viscosidade para amostras da mina Partezani. 115
Tab. 7.2.6 - Análise das curvas de fluxo com modelo da lei das potências
para amostras da mina Partezani. 115
Tab. 7.3.1 Análise mineralógica por DRX da mina Cruzeiro. 116
Tab. 7.3.2 - Análise mineralógica por DRX da jazida Morro Alto. 118
Tab. 7.3.3 - Análise mineralógica por DRX da mina Partezani. 119
Tab. 7.4.1 - Comparação dos resíduos obtidos por moagem a seco em
moinho de bolas para amostras da mina Cruzeiro. 121
Tab. 7.4.2 - Comparação de parâmetros obtidos na moagem via úmida
para amostras da mina Cruzeiro. 121
Tab. 7.4.3 - Comparação dos resíduos obtidos por moagem a seco em
moinho de bolas para amostras da jazida Morro Alto. 122
Tab. 7.4.4 - Comparação de parâmetros obtidos na moagem via úmido
para amostras da jazida Morro Alto
. 122
Tab. 7.4.5 - Comparação dos resíduos obtidos por moagem a seco em moinho
de bolas para amostras da mina Partezani. 123
Tab. 7.4.6 - Comparação de parâmetros obtidos na moagem via úmido
para amostras da mina Partezani. 123
LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS
A = área
BIIb = grupo de absorção de água na faixa de 6% a 10%
dx = distância infinitesimal entre duas lâminas paralelas de fluido
dv = diferença de velocidade entre lâminas de fluido
dv/dx = gradiente de velocidade
dτ / d = viscosidade diferencial
E = intensidade do campo eletrostático
E
A
= energia de atração
E
R
= energia de repulsão
E
T
= energia total de interação
F
t
= força tangencial
GPS = sigla de sistema de posicionamento global
k = constante de correção dimensional do termo exponencial
n = índice de comportamento do fluido
p = índice de consistência do fluido
PA-Na = poliacrilato de sódio
PA-NH
4
= poliacrilato de amônia
R = resíduo
t = tempo
TPF = tripolifosfato de sódio
(T-O) = camada de argilomineral formada por uma folha tetraédrica e uma folha
octaédrica
(T-O-T) = camada de argilomineral formada por uma folha tetraédrica uma folha
octaédrica e novamente uma folha tetraédrica
u = velocidade de migração
V
1
= velocidade da lâmina de fluido 1
V
2
= velocidade da lâmina de fluido 2
x = distância a partir da superfície da partícula
ψ
= potencial elétrico
ψ
0
= potencial elétrico de superfície (potencial de Nerst)
ψ
d
= potencial elétrico de Stern
ψ
ζ
= potencial zeta
η = viscosidade
η
ap
= viscosidade aparente
η
c
= viscosidade de Casson
η
p
= viscosidade plástica
τ = tensão de cisalhamento
τ
c
= tensão de escoamento de Casson
τ
0
= tensão de escoamento
τ
y
= tensão de escoamento de Herschel-Bulkley
ε
0
= permissividade no espaço livre
ε = permissividade no líquido
= taxa de cisalhamento
SUMÁRIO
Página
1 - INTRODUÇÃO......................................................................................................17
2 - JUSTIFICATIVAS.................................................................................................19
3 - OBJETIVOS..........................................................................................................21
4 - LOCALIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO.............................................................22
5 - CONSIDERAÇÕES GERAIS SOBRE O TEMA...................................................24
5.1 - Características geológicas da Formação Corumbataí.......................24
5.2 - Panorama da Indústria de Revestimentos Cerâmicos.......................25
5.3 - Reologia..................................................................................................28
5.3.1 - Parâmetros Reológicos...........................................................28
5.3.2 - Comportamento Reológico das Suspensões.......................32
5.3.2.1 - Comportamentos Independentes do Tempo......................35
5.3.2.2 - Comportamentos Dependentes do Tempo.........................37
5.3.2.3 - Limite de Escoamento ou Tensão de Escoamento...........41
5.3.2.4 - A Influência da Dependência do Tempo na Cerâmica......45
5.4 - Mineralogia de Argilas..........................................................................48
5.4.1 - Argilominerais de Camadas (1:1)...........................................52
5.4.2 - Argilominerais de Camadas (2:1)...........................................52
5.4.3 - Argilominerais de Camadas Mistas.......................................57
5.4.4 - Argilominerais Fibrosos..........................................................57
5.4.5 - Mineralogia e Reologia das Argilas.......................................58
5.5 - Propriedades Coloidais do Sistema Água+Argila..............................60
5.5.1 - Introdução................................................................................60
5.5.2 - Origem das Cargas nos Argilominerais................................60
5.5.3 - Potencial Zeta...........................................................................62
5.5.4 - A Interação entre as Partículas Coloidais.............................65
5.5.5 - Defloculação.............................................................................68
6 - METODOLOGIA...................................................................................................72
6.1 - Etapas de Campo...................................................................................72
6.1.1 - Coleta de Amostras.................................................................74
6.2 - Preparação das Amostras....................................................................74
6.2.1 - Quarteamento..........................................................................74
6.2.2 - Preparação das Amostras por Moagem a Seco em
Moinho de Martelos..................................................................................................75
6.2.3 - Preparação das Amostras por Moagem a Seco em
Moinho de Bolas Planetário....................................................................................77
6.2.4 - Preparação das Amostras por Moagem a Úmido.................79
6.3 - Ensaios Reológicos ..............................................................................82
6.3.1 - Determinação das Curvas de Defloculação..........................82
6.3.2 - Determinação das Curvas Reológicas...................................85
6.4 - Determinação do Tempo de Escoamento. Viscosímetro
de Orifício (Copo Ford)............................................................................................86
6.5 - Determinação da Densidade da Suspensão com Picnômetro..........88
6.6 - Determinação da Distribuição Granulométrica por Difração
de Laser.....................................................................................................................89
7 - RESULTADOS E DISCUSSÕES..........................................................................90
7.1 - Análise das Curvas de Defloculação...................................................90
7.1.1 - Mina Cruzeiro...........................................................................91
7.1.2 - Jazida Morro Alto.....................................................................96
7.1.3 - Mina Partezani..........................................................................99
7.2 - Análise das Curvas de Reologia........................................................102
7.2.1 - Mina Cruzeiro.........................................................................103
7.2.2 - Jazida Morro Alto...................................................................110
7.2.3 - Mina Partezani........................................................................113
7.3 - Análise Mineralógica por Difração de Raios X.................................116
7.3.1 - Mina Cruzeiro.........................................................................116
7.3.2 - Jazida Morro Alto...................................................................118
7.3.3 - Mina Partezani........................................................................119
7.4 - Análise da Distribuição do Tamanho de Partículas.........................120
7.4.1 - Mina Cruzeiro.........................................................................120
7.4.2 - Jazida Morro Alto...................................................................121
7.4.3 - Mina Partezani........................................................................122
8 - CONSIDERAÇÕES FINAIS................................................................................124
9 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...................................................................128
10 - APÊNDICES.....................................................................................................134
10.1 - Apêndice A - Tabelas de Defloculação............................................134
10.2 - Apêndice B - Curvas Reológicas (Curvas de Fluxo e Curvas de
Viscosidade)...........................................................................................................141
10.3 - Apêndice C – Difratogramas de Raios X.........................................160
10.4 - Apêndice D – Curvas de Distribuição Granulométrica..................166
17
1 - INTRODUÇÃO
Durante os últimos 15 anos, as indústrias fabricantes de revestimentos
cerâmicos do Pólo de Santa Gertrudes, passaram por uma modernização dos
equipamentos de suas linhas de produção, obtendo um grande aumento de
produtividade e uma melhoria razoável na qualidade de seus produtos, os quais
poderiam ter alcançado níveis de qualidade ainda maiores se tivessem sido
direcionados investimentos também para o setor de preparação de massa.
Os revestimentos cerâmicos fabricados nesta região são, na maioria,
classificados no grupo BIIb das Normas Técnicas da Associação Brasileira de
Normas Técnicas (ABNT), e são conhecidos atualmente como semi-grês de base
vermelha, preparados pelo sistema de moagem via seca, cuja imagem no mercado
está relacionada a produtos de baixo valor agregado.
Com os sucessivos aumentos da capacidade produtiva, a competição entre
as indústrias do Pólo se tornou mais acirrada, surgindo a necessidade de reduzir
perdas, melhorar a imagem do produto quanto às suas características técnicas, criar
novas tipologias e formatos e de exportar parte da produção.
Devido também a este crescimento, começaram a surgir problemas
relacionados ao meio ambiente, com impacto direto na extração das argilas, nos
métodos de manuseio, nos meios de transportes e, conseqüentemente, na
preparação de massa.
Os principais métodos de preparação de massa são: moagem via seca
tradicional, moagem via seca com granulação e moagem via úmida, e a escolha do
18
processo deve ser dotada de considerações tecnológicas, econômicas, das
propriedades dos materiais, do mercado consumidor e outras situações
contingentes, em particular a disponibilidade de matérias-primas.
Parâmetros econômicos habitualmente utilizados na escolha do processo de
preparação de massa são: tipo de produto que se quer produzir, preço que o produto
alcançará no mercado, incidência do custo de preparação de massa no produto
acabado e custo de instalação.
A comparação tecnológica entre os sistemas de moagem pode ser feita sobre
os seguintes aspectos:
• Qualidade da massa,
• Consumo (energético e de matéria-prima),
• Contaminação (do produto, do ambiente de trabalho e do ambiente
externo).
Todos estes aspectos estão intrinsecamente ligados às características das
matérias-primas utilizadas para a fabricação dos revestimentos cerâmicos, sendo
necessário o conhecimento das composições químicas, mineralógicas e
morfológicas das argilas e de seus comportamentos reológicos.
Portanto, é de fundamental importância o estudo destes parâmetros físicos e
químicos das matérias-primas utilizadas nas formulações de massas cerâmicas, que
são a base para o desenvolvimento tecnológico dos métodos de moagem e
obtenção de grânulos.
Neste sentido, este trabalho buscou avaliar as características e a viabilidade
técnica da moagem via úmida de algumas argilas da Formação Corumbataí.
19
2 - JUSTIFICATIVAS
A busca por um sistema de moagem e granulação mais eficaz tem como
objetivo melhorar a razão custo/benefício na fabricação de revestimentos cerâmicos,
de forma a afetar diretamente a qualidade do produto acabado em relação às suas
características técnicas e permitir a fabricação de tipologias de produtos mais
complexas, reduzir perdas durante o processo de fabricação e perdas de produtos
acabados (desclassificação por qualidade), além de diminuir os riscos ambientais,
como a geração de poeira e recuperação de resíduos industriais.
Atualmente as empresas do Pólo Cerâmico de Santa Gertrudes utilizam o
processo de moagem via seca das argilas da Formação Corumbataí.
Este tipo de processo de moagem possui alguns limites tecnológicos:
• a matéria-prima usada tem que ser seca (de 3% a 4% de umidade)
nos pátios de secagem, ao sol,
• o número de componentes é limitado, sendo que a massa é
formada por 2 ou no máximo 3 argilas, similares entre si,
freqüentemente oriundas da mesma mina,
• o teor de impurezas e contaminantes deve ser baixo,
• há uma dificuldade de se moer duas ou mais matérias-primas com
características físicas de dureza e fragilidade diferentes e atingir
uma distribuição granulométrica adequada, assim como realizar
uma mistura eficiente,
20
• existe grande dificuldade de conferir ao pó características
morfológicas adequadas para uma eficiente operação de
prensagem.
Em geral, a finalidade da moagem é a redução do tamanho das partículas e
aumento da superfície específica para se obter reações físico-químicas mais
completas em um tempo menor de queima e possibilitar os processos de
conformação.
Vários fatores e propriedades influenciam a eficiência da moagem:
• dimensões lineares das partículas a serem moídas,
• dimensões da superfície externa das partículas,
• dureza, neste caso o parâmetro resistência à compressão é importante
na moagem a seco e resistência ao choque e à abrasão, importantes
na moagem a seco e a úmido,
• estrutura do material,
• peso específico,
• umidade e higroscopicidade,
• tendência à aglomeração ou floculação.
A moagem via úmida é um processo que apesar de possuir um custo mais
elevado em relação ao sistema a seco, permite a obtenção de massa com
características melhores em todos os aspectos, diminui os riscos ambientais por
contaminação de poeira e permite uma recuperação mais adequada dos resíduos
industriais. Seu principal limite é que as argilas utilizadas neste processo devem
possuir propriedades reológicas adequadas para a preparação da barbotina, que é a
suspensão concentrada de partículas sólidas em água, obtida durante o processo de
moagem.
21
3 - OBJETIVOS
O principal objetivo deste trabalho é o estudo do comportamento reológico de
barbotinas obtidas com argilas da Formação Corumbataí, fornecendo as bases para
avaliar, se as características de defloculação permitem sua utilização no processo de
moagem via úmida.
22
4 - LOCALIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO
As minas e jazidas escolhidas para este trabalho estão distribuídas nos
municípios de Limeira (Mina Cruzeiro), Araras (Jazida Morro Alto) e Rio Claro (Mina
Partezani), as quais se encontram na região do Pólo Cerâmico de Santa Gertrudes.
Esta região é servida pelas Rodovias Anhangüera no trecho Limeira-Araras,
pela Rodovia Washington Luis, no trecho Limeira-Rio Claro e pela Rodovia Fausto
Santomauro, no trecho Rio Claro-Piracicaba.
A área de estudo localiza-se na porção centro-sudeste do Estado de São
Paulo, situando-se entre as coordenadas 47°20’ e 47°40’ N/S e de 22°16’ e 22°38’
das folhas topográficas de Rio Claro (SF-23-M-I-4), Araras (SF-23-M-II-3) e Limeira
(SF-23-M-IV-1).
Nas figuras 4.1, 4.2 e 4.3 podem ser vistos os mapas de localização das
áreas de amostragem, assim como, o detalhamento da localização dos estratos
estudados.
As coordenadas das áreas estudadas são:
Áreas→
Coordenadas↓
Cruzeiro Morro Alto Partezani
Coordenada E-W 0248.489 0250.538 0235.645
Coordenada N-S 7505.098 7531.375 7507.294
Altitude (m) 694 759 605
Tab. 4.1 - Coordenadas das áreas de estudo.
23
Fig. 4.1 - Localização da mina Cruzeiro em Limeira com
detalhamento do local de amostragem.
Fig. 4.2 - Localização da jazida Morro Alto em Araras com
detalhamento do local de amostragem.
Fig.4.3 - Localização da mina Partezani em Rio Claro com
detalhamento do local de amostragem.
24
5 - CONSIDERAÇÕES GERAIS SOBRE O TEMA
5.1 - Características Geológicas da Formação Corumbataí
A Formação Corumbataí na região estudada é uma fonte importante de
matéria-prima para a indústria cerâmica que, segundo Landim (1970), está
constituída por rochas sedimentares essencialmente argilosas de coloração
arroxeada ou avermelhada, com intercalações de lentes de arenito muito fino,
aflorantes no vale do Rio Corumbataí. A espessura da Formação Corumbataí, junto
a sua faixa aflorante em território paulista, é da ordem de 130m, adelgaçando para
norte até se anular próximo ao limite com Minas Gerais e não ultrapassando 60
metros nas proximidades das cidades de Leme, Pirassununga e Limeira.
Ramos e Formoso (1975) estudaram 15 amostras em 4 poços identificando
uma sequência de argilominerais que compreende montmorillonita, predominante na
maioria das amostras em que foi identificada e localizada na parte superior, seguida
de illita, sempre presente, clorita é subordinada e rara. Estudos atuais mais
detalhados da mineralogia da Formação Corumbataí na região do pólo cerâmico
(ZANARDO et al., 2006; TORRES-MORENO et al., 2006) indicam que a illita é o
argilomineral predominante, ao qual podem estar associados a clorita e suas
variações estruturais na porção basal e montmorillonita na superior, podendo ocorrer
também estratificados regulares como montmorillonita-vermiculita na porção
25
superior. Outros componentes também são encontrados, principalmente nas fraturas
e nas partes alteradas por processos hidrotermais.
Com relação ao comportamento reológico destas argilas, Coutinho Júnior
(2005) concluiu que a predominância da illita contribuiu na defloculação, facilitando a
obtenção de barbotinas cerâmicas. O efeito negativo de outros componentes
existentes em níveis superiores de outras minas analisadas foi verificado por Roveri
(2005), em função do aparecimento de material expansivo, material amorfo (alumina,
sílica e hidróxidos de ferro) e o desequilíbrio elétrico das illitas, por estarem em
estado de alteração para minerais do grupo da montmorillonita ou da caulinita.
Embora os estudos sobre o ambiente deposicional da Formação Corumbataí
seja controverso, Zanardo (2003) e Zanardo et al. (2004) com base em estudos
petrográficos na região de Rio Claro sugerem a hipótese de que a deposição
ocorreu em ambiente marinho de águas rasas, com exposição subaérea em
decorrência de marés, em condições climáticas de grande aridez, que teriam levado
à deposição de sais, tendo como palco uma extensa plataforma rasa. Estes autores
colocam ainda que a diagênese, em especial o processo de albitização, é de grande
importância nas propriedades cerâmicas dessa formação.
5.2 - Panorama da Indústria de Revestimentos Cerâmicos
O setor de revestimentos cerâmicos do Brasil é constituído por 94 empresas
com 117 plantas industriais, localizadas principalmente no estado de São Paulo e
nas regiões sul e nordeste do Brasil. Este segmento produtivo gera mais de 25 mil
postos de trabalho diretos e aproximadamente 250 mil indiretos, em sua cadeia
produtiva.
Os fabricantes brasileiros estão atualizados com a melhor tecnologia
disponível no mundo, gerada principalmente pela Itália, e a quase totalidade de sua
produção, em conformidade com as normas internacionais de qualidade.
Uma característica da produção brasileira, é a utilização de dois processos
produtivos distintos: a Via Seca e a Via Úmida, sendo que o processo Via Seca
predomina na região de Santa Gertrudes.
26
A indústria brasileira possui uma capacidade instalada de 672 milhões de m
2
,
devendo chegar a 706 milhões de m
2
em 2007, possui o segundo maior mercado
consumidor e é o quarto maior produtor e exportador mundial.
O mercado mundial de revestimentos cerâmicos segue sua tendência de
crescimento, sendo a China a líder em produção e consumo. O Brasil, com sua
produção crescente tende, nos próximos anos, a superar a Itália e Espanha,
tornando-se o segundo maior produtor mundial.
No comércio internacional, a China continua seu processo de expansão das
exportações e os EUA seguem como maior mercado importador, do qual o Brasil se
constitui no 2° principal fornecedor, com 15% das compras externas norte-
americanas.
Como pode ser verificado nas figuras (fig. 5.2.1, fig. 5.2.2, fig. 5.2.3), o
aumento da produção brasileira de revestimentos cerâmicos cresce continuamente
ao decorrer dos anos, enquanto que o consumo no mercado interno está tendendo a
uma estabilização desde 2002, ocasionando um excesso de oferta, fato que pode
estar sendo parcialmente resolvido através do aumento das exportações. Também
nota-se um aumento da produção de porcelanatos, materiais considerados de maior
valor agregado, embora este tipo de produto seja destinado a uma faixa de mercado
menor, que seria a população mais rica.
Outro fator importante, é que os produtos chineses, principalmente os de
maior valor agregado, estiveram disponíveis para venda no mercado interno
brasileiro a partir de 2006 e pode ocorrer um aumento das exportações.
Portanto, verifica-se a necessidade de uma adequação da produção de
revestimentos cerâmicos brasileiros em função das mudanças do mercado interno e
externo. Esta adequação pode ser tanto em relação à tipologia dos produtos, quanto
ao processo de produção.
27
Figura 5.2.1 - Produção brasileira de
revestimentos cerâmicos (ANFACER, 2007).
383,3
400,7
428,5
452,7
473,4
508,3
534
565,6 568,1
594,2
0
100
200
300
400
500
600
700
1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006
A
no
milhões de m
2
Figura 5.2.2 - Vendas de revestimentos cerâmicos
no mercado interno (ANFACER, 2007).
339,8
358,7
383,3
393,3
416,3
456,3
421
448,4
442,2
485,7
0
100
200
300
400
500
600
1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006
Ano
milhões de m
2
Figura 5.2.3 - Tipos de produtos (ANFACER, 2007).
370
386 385
411
141
149
145
141
10
11
99
12
18
28
33
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
2003 2004 2005 2006
Ano
milhões de m
2
Piso
Parede
Fachada
Porcelanat
o
28
5.3 - Reologia
5.3.1 - Parâmetros Reológicos
O termo reologia do grego “rheos” fluir e ”logos” estudo, significa o estudo do
fluxo e da deformação dos materiais quando submetidos a uma determinada tensão
ou solicitação externa, conforme Pandolfelli et al. (2000). Em termos gerais, a
reologia aborda o comportamento de fluidos homogêneos, dentre os quais se
destacam os líquidos, emulsões e suspensões de partículas.
No caso da reologia das barbotinas ou suspensões argilosas, é evidente que
esta problemática é de grande interesse no campo cerâmico, porque aplica-se em
fases muito importantes do ciclo produtivo.
O termo viscosidade é usado na linguagem comum através da associação de
algo que possue maior ou menor dificuldade para fluir.
De maneira figurativa, Ravaglioli et al. (1989) descrevem que o valor da
viscosidade, cria uma idéia da força necessária para fazer com que um fluido
obtenha uma determinada velocidade. Um primeiro ponto que deve ficar claro é o
entendimento de velocidade, que não é o mesmo de um carro em movimento, ou de
uma gota caindo em relação à parede de um copo, a qual é definida pela razão
espaço/tempo.
Um fluido que se move dentro de um tubo, apresenta uma condição diferente,
uma vez que a parte do fluido que está em contato com a parede se desloca mais
lentamente do que aquela que se encontra no centro do tubo. A velocidade absoluta
de uma molécula do fluido próxima à parede é diferente daquela no centro do tubo,
sendo máxima no centro e mínima contra a parede.
Esta variação de velocidade, se deve ao fato de que cada molécula não é
livre para se mover, mas sofre interferência de outras moléculas do fluido por causa
do atrito interno. Quanto mais largo for o tubo, mais fácil será o escoamento, pois as
partículas da zona central percebem menos o atrito do que aquelas próximas à
parede. Paralelamente às considerações do diâmetro do tubo, se o atrito interno
entre as moléculas for menor, a velocidade do fluido na zona central será mais alta.
29
Os fluidos, quando submetidos a qualquer tensão externa, se deformam
continuamente até encontrarem uma barreira física que impeça o escoamento, isto
se deve, à ausência de ligações primárias. Em virtude disso, a caracterização
reológica dos fluidos envolve a determinação, não da deformação absoluta, mas da
taxa de deformação do material com o tempo ( ) (PANDOLFELLI et al., 2000).
Em relação ao exemplo do tubo, considerando-se constante o diâmetro e o
atrito interno do fluido, é intuitivo que, aumentando-se a pressão, aumenta-se o
gradiente de velocidade, isto é, o fluido escoa mais rápido.
O conceito de pressão, todavia, não é adequado para descrever a força que o
fluido é submetido, pois não é, necessariamente, ligada ao escoamento. Se o
sistema é fechado, não haverá nenhum escoamento do fluido, independente do nível
de pressão aplicada. Isto ocorre porque a pressão é uma relação entre uma força e
uma superfície ortogonal a esta e não gera nenhum movimento.
Por exemplo, para se mover um bloco é necessário aplicar uma força paralela
ao pavimento. Após um certo ponto, superado um esforço inicial, o bloco começará a
se mover. A necessidade de aplicação deste esforço inicial é devido ao fato de
poder vencer as forças coesivas que existem entre os dois objetos em contato,
quando estes estão parados, tal força é definida como atrito estático.
Para que um corpo, submetido à pressão devido ao próprio peso, entre em
movimento, é necessário aplicar uma força de tração que é proporcional à
velocidade e ao grau de rugosidade da superfície. Esta força a ser aplicada, em
analogia ao atrito estático, serve para vencer as forças geradas pelo atrito dinâmico
(geralmente menor que o estático).
No caso de um fluido em movimento não há atrito entre duas superfícies
submetidas a uma força ortogonal, mas um atrito interno, por isto, a única grandeza
que interessa para estudar o escoamento do fluido é a força aplicada
tangencialmente pela unidade de superfície.
Deve-se a Isaac Newton o primeiro modelamento que possibilitou
correlacionar a taxa de deformação de um fluido com a tensão externa ao qual este
é submetido.
Para investigar a relação entre a tensão (τ) e a taxa de deformação ( ) dos
fluidos, Newton sugeriu um modelo composto por duas lâminas paralelas de fluido
de área igual “A”, separadas por uma distância infinitesimal “dx”, e movidas na
mesma direção com velocidades distintas “V
1
” e “V
2
”, conforme indicado
30
esquematicamente na figura abaixo (5.3.1). Neste modelo, a diferença de velocidade
entre as lâminas (dv = V
2
- V
1
) é mantida através da aplicação de uma força externa
(F) a uma das lâminas do fluido. Em virtude dessa diferença de velocidade (dv), o
volume de fluido contido entre as lâminas é submetido a uma solicitação de
cisalhamento simples, onde a taxa de deformação equivale ao gradiente de
velocidade ao longo da distância “dx” e é conhecida como taxa de cisalhamento
( = dv/dx).
Figura 5.3.1 - Modelo de placas para fluidos
newtonianos (BROOKFIELD, 2006).
Utilizando este modelo, Newton verificou que há uma relação direta de
proporcionalidade, para diversos fluidos, entre a taxa de cisalhamento ( ) e a tensão
externa aplicada sobre uma das lâminas (denominada tensão de cisalhamento, τ). A
constante de proporcionalidade entre estas duas váriáveis é conhecida como a
viscosidade do fluido (η), conforme descrito pela equação 5.3.1:
F
t
dv
τ =
____
= η
____
= η (5.3.1)
A dx
A viscosidade pode ser considerada a principal propriedade reológica de um
fluido, pois indica sua facilidade de escoar continuamente sob a ação de uma tensão
de cisalhamento externa. De acordo com a equação (5.3.1), quanto menor a
viscosidade de um fluido, menor é a tensão necessária para submetê-lo em
movimento a uma determinada taxa de cisalhamento constante. Do ponto de vista
físico, a viscosidade é um indicativo da coesão entre as moléculas que constituem
as lâminas adjacentes do fluido (PANDOLFELLI et al., 2000).
Segundo, Brookfield Engineering Labs (2006), o termo viscosidade pode ser
definido como, “o atrito interno de um fluido, causado pela atração molecular, o qual
provoca uma resistência ao escoamento”.
31
Todos os fluidos que obedecem à equação estabelecida por Newton (5.3.1)
são denominados fluidos newtonianos.
A grandeza física definida para a taxa de cisalhamento ( ) é o [s
-1
] e é
referida como segundo recíproco.
A grandeza tensão de cisalhamento é indicada pela letra grega τ (tau) e tem a
dimensão de pressão, N/m
2
(Pa) = 10 Dyna/cm
2
.
F
t
[LMT
-2
]
τ =
_____
→
___________
= [L
-1
MT
-2
] (5.3.2)
A [L
2
]
τ = tensão de cisalhamento
F
t
= força tangencial
A = área da superfície
[L] = distância
[M] = massa
[T] = tempo
Ela possui a mesma unidade de medida de pressão, porém é uma força
aplicada tangencialmente à superfície.
Referindo-se às grandezas definidas, pode-se dizer que aplicando uma força
em uma certa zona de uma massa fluida para mantê-la em movimento, esta
responde causando dentro de si uma força de cisalhamento, movendo-se portanto,
com uma velocidade diferente entre as diversas regiões.
A viscosidade já definida acima pode ser vista como a relação entre a tensão
de cisalhamento e a taxa de cisalhamento. Esta grandeza é indicada com a letra
grega η (eta) e tem a dimensão de pressão vezes tempo, Ns/m
2
= Pa.s = 10 Poises.
τ [L
-1
MT
-2
]
η =
________
→
___________
= [L
-1
MT
-1
] (5.3.3)
[T
-1
]
A unidade de medida [Pa.s] é muito grande para a maioria das aplicações
práticas, por isto, prefere-se usar um submúltiplo:
miliPascal vezes segundo [mPa.s] = centiPoise [cP]
32
Para dar uma idéia da escala de variação no campo cerâmico, podemos dizer
que a viscosidade passa da ordem de poucos centiPoises, para esmaltes aplicados
a disco ou aerógrafos, até centenas de centiPoises para aqueles aplicados a véu, ou
para as barbotinas de atomização. Os gradientes de velocidades aos quais são
submetidos as suspensões cerâmicas, passam de dezenas de segundos recíprocos
nos tanques com agitadores lentos até centenas de segundos recíprocos nas
bombas (RAVAGLIOLI et al., 1989).
5.3.2 - Comportamento Reológico das Suspensões
Pandolfelli et al. (2000) comentam que, de um modo geral, suspensões são
misturas do tipo sólido/líquido formadas por um conjunto de partículas distribuídas
de forma relativamente uniforme através do meio líquido, sem que haja dissolução
significativa do material particulado em função do tempo.
Existem vários fatores que afetam a viscosidade da suspensão, que podem
ter uma maior ou menor influência, dependendo da concentração de sólidos e da
adição de defloculantes:
(a) Concentração volumétrica de sólidos;
(b) Características do meio líquido (viscosidade, densidade etc.);
(c) Temperatura;
(d) Características físicas das partículas (distribuição granulométrica,
densidade, formato, área superficial, rugosidade superficial etc.);
(e) Tipo de interação entre as partículas (repulsão, atração).
(f) Concentração de moléculas de dispersante no meio líquido;
(g) Peso molecular e conformação espacial da molécula de dispersante;
(h) Espessura da camada de moléculas de dispersante adsorvidas em torno
das partículas.
Todas essas variáveis podem influenciar a relação entre a tensão e taxa de
cisalhamento (τ = f(
)) de suspensões concentradas, desviando o seu
comportamento daquele previsto por Newton através da equação (5.3.1). Assim,
33
novas equações de estado reológico são necessárias para descrever o
comportamento desses tipos de suspensões.
Os tipos de comportamento reológico de suspensões concentradas são
usualmente classificados entre (a) os que dependem da taxa (ou tensão) de
cisalhamento e (b) os que dependem do tempo de cisalhamento ou de repouso.
Embora uma variação da taxa de cisalhamento pode não ser preocupante,
uma vez definida a viscosidade, é importante poder prever seu comportamento seja
qual for o regime de escoamento.
Apenas em alguns casos, onde o comportamento do fluido é ideal ou
newtoniano, a viscosidade permanece constante para qualquer valor de taxa de
cisalhamento, por isto, o comportamento do fluido pode ser completamente descrito
pelo valor da viscosidade, dependendo somente da temperatura.
Colocando-se em gráfico os valores de τ (tensão de cisalhamento) medido ao
variar (taxa de cisalhamento) de um fluido newtoniano, obtém-se uma reta, (fig.
5.3.2.a curva 1).
Estes tipos de representações dos comportamentos reológicos são
extremamente úteis e são chamados de reogramas. O gráfico da fig.5.3.2 (a) é
conhecido, mais especificamente, de curva de fluxo e o da fig. 5.3.2 (b) como curva
de viscosidade, são indicados para o caso de suspensões concentradas que
(a) (b)
Fig. 5.3.2 - Comportamento básico de fluidos:(1) newtoniano, (2) de Bingham, (3)
pseudoplástico, (4) pseudoplástico com tensão de escoamento, (5) dilatante, (6)
dilatante com tensão de escoamento (PANDOLFELLI et al., 2000).
34
apresentam comportamento reológico dependente da taxa de cisalhamento
(SCHRAMM, 2006; RAVAGLIOLI, 1989).
A viscosidade é a relação entre as duas grandezas, ou seja, é o coeficiente
angular da reta. Quanto maior a inclinação da reta mais alta é a viscosidade.
Se um fluido tiver um comportamento newtoniano, é fácil prever seu
comportamento, irá escoar com velocidade decrescente ao diminuir a tensão de
cisalhamento e terminará de escoar somente quando a tensão de cisalhamento for
anulada. Por exemplo, se for derrubado óleo no chão este irá escoar mais ou menos
lento segundo sua viscosidade, mas continuará até que a tensão de cisalhamento
produzida pela pressão hidrostática devida ao nível do líquido seja contra-
balanceada pela tensão superficial.
Como se pode observar na figura 5.3.2 (a), os fluidos não-newtonianos não
apresentam uma relação linear entre a tensão e a taxa de cisalhamento, portanto
não se aplica mais a definição clássica de viscosidade proposta por Newton, uma
vez que não há uma constante de proporcionalidade entre τ e . Neste caso, a
viscosidade deixa de ser uma característica intrínseca do fluido e passa a depender
da taxa de cisalhamento e dos diversos fatores já mencionados, natureza físico-
química das substâncias, temperatura, pressão, tempo e campo elétrico.
Em decorrência disso, outras expressões matemáticas são utilizadas para
descrever a viscosidade de fluidos não-newtonianos, as mais utilizadas são a razão
simples (τ / ), denominada de viscosidade aparente (η
ap
), e a derivada da curva
entre τ e
, dτ / d , normalmente conhecida como “viscosidade diferencial”.
Também, os parâmetros experimentais dos modelos de viscosímetros, como,
modelo do spindle (haste de medida) e a velocidade, vão ter um efeito na medida de
viscosidade de um fluido não-newtoniano. Assim, esta viscosidade medida é
chamada de viscosidade aparente do fluido e pode ser mencionada somente quando
são descritos os parâmetros experimentais utilizados.
35
5.3.2.1 - Comportamentos Independentes do Tempo
Os fluidos em geral podem apresentar, além do newtoniano, os seguintes
comportamentos básicos independentes do tempo:
(a) Pseudoplástico (fig. 5.3.2, curva 3)
(b) Dilatante (fig. 5.3.2, curva 5)
Algumas variações destes comportamentos podem dar origem a outros três
tipos de comportamentos, que apresentam as mesmas características dos já
mencionados, com a particularidade de exigirem a aplicação de uma tensão mínima
de cisalhamento para o início do escoamento, conforme a fig. 5.3.2, curva 2, 4 e 6.
Pseudoplasticidade
O comportamento pseudoplástico é verificado quando a viscosidade aparente
(τ / ) do fluido diminui com o aumento da taxa e/ou da tensão de cisalhamento,
conforme figura 5.3.3.
Este tipo de comportamento pode ser causado por diversos fatores, dentre os
quais as características físicas das partículas, como sua área superficial, formato e
dimensões; o tipo de interação entre as partículas (atração ou repulsão); e a
concentração, peso molecular e conformação de moléculas de dispersante
presentes no meio líquido.
(b)
(a)
Fig.5.3.3 - Curva de fluxo (a) e curva de
viscosidade (b) de um fluido pseudoplástico.
36
O tipo de interação entre as partículas é, na maioria das vezes, o principal
fator responsável pelo aparecimento da pseudoplasticidade em suspensões
relativamente concentradas (> 5% - volume) (PANDOLFELLI et al., 2000).
Suspensões contendo partículas de elevada área superficial são mais
susceptíveis aos fenômenos de superfície, que podem ocasionar aglomeração entre
as partículas (VAN VLACK, 1973).
A presença de aglomerados relativamente fracos na suspensão, originados
pela atuação de forças de interação atrativas entre as partículas, pode ser
considerada a principal causa do fenômeno de pseudoplasticidade. Os aglomerados
são estruturas porosas formadas pela união de diversas partículas primárias que
absorvem parte da água originalmente destinada para a separação das partículas,
elevando o número de colisões entre elas e, com isso, a viscosidade da suspensão.
Com a aplicação de taxas de cisalhamento à suspensão, esses aglomerados se
rompem gradativamente, liberando a água aprisionada em seu interior, que passa a
contribuir para o afastamento entre as partículas. Como resultado, há um
decaimento da viscosidade aparente da suspensão em função da taxa de
cisalhamento (PANDOLFELLI et al., 2000).
As interações atrativas responsáveis pelo aparecimento dos aglomerados,
são normalmente decorrentes da atuação de forças de van der Waals entre as
partículas.
A equação de estado reológico mais utilizada para descrever o
comportamento pseudoplástico das suspensões é dada pela seguinte lei de
potências:
τ = k (
)
n
, (5.3.4)
Onde k é uma constante (consistency index) e n (flow index) é um índice de
comportamento do fluido que, para o caso de suspensões pseudoplásticas, é menor
que 1.
Dilatância
O comportamento dilatante é caracterizado por um aumento da viscosidade
aparente do fluido à medida que se eleva a taxa e/ou a tensão de cisalhamento
aplicada, conforme figura (5.3.4) abaixo.
37
Este comportamento é característico de suspensões altamente concentradas,
onde as partículas encontram-se muito bem empacotadas e bastante próximas entre
si. Embora o fluxo de líquido entre as partículas seja relativamente fácil a baixas
taxas de cisalhamento, torna-se cada vez mais difícil em condições de cisalhamento
mais intensas, o que resulta em um aumento da viscosidade da suspensão em
função da taxa de cisalhamento.
Desta forma, todos os fatores que contribuem para a redução da distância
média de separação entre as partículas e dificultam a movimentação relativa entre
elas favorecem o aparecimento do comportamento dilatante na suspensão.
Diversos fatores podem contribuir para o aparecimento da dilatância, como, a
presença de partículas com elevada rugosidade superficial e formato assimétrico,
existência de pronunciadas forças de repulsão entre elas, distribuição granulométrica
bastante estreita e o aumento da concentração efetiva de sólidos da suspensão.
O comportamento dilatante das suspensões pode ser descrito através da lei
das potências apresentada na equação (5.3.4). Neste caso, o índice de
comportamento do fluido, n, é superior a 1.
5.3.2.2 - Comportamentos Dependentes do Tempo
Alguns fluidos apresentam uma mudança na viscosidade com o tempo sob
condições constantes de taxa de cisalhamento. Há dois tipos de comportamento
reológicos dependentes do tempo, um denominado tixotropia e outro reopexia.
Fig.5.3.4 - Curva de fluxo (a) e curva de
viscosidade (b) de um fluido dilatante.
(a)
(b)
38
Tixotropia
O termo tixotropia, do grego thixis, significa (touch) mexer e tropein (change)
mudança (VAN OLPHEN, 1963).
O fenômeno de tixotropia consiste na redução da viscosidade aparente em
função do tempo em suspensões submetidas a uma taxa (ou tensão) de
cisalhamento constante. Este comportamento é freqüentemente observado em
suspensões contendo aglomerados fracos de partículas, como aqueles responsáveis
pelo aparecimento da pseudoplasticidade.
A tixotropia se manifesta em suspensões onde o processo de formação e
destruição dos aglomerados fracos é relativamente lento, o que o torna dependente
não só da condição de cisalhamento como também do tempo, a uma determinada
taxa de solicitação fixa. O comportamento tixotrópico tem origem quando tais
suspensões são mantidas a baixas taxas de cisalhamento por um longo período e,
em seguida, são submetidas a taxas superiores em um intervalo relativamente curto
de tempo. A aplicação de uma taxa de cisalhamento fixa superior favorece a
destruição dos aglomerados e a redução da viscosidade aparente da suspensão. No
entanto, esse processo não ocorre de forma instantânea e requer um certo intervalo
de tempo para se proceder, o que resulta no aparecimento do comportamento
tixotrópico da suspensão.
A orientação preferencial de partículas na suspensão em função da taxa de
cisalhamento é um processo que também depende do tempo e pode originar o
comportamento tixotrópico, da mesma forma que os aglomerados fracos da
suspensão.
Vale ressaltar que os comportamentos dependentes do tempo são fortemente
influenciados pela “história de cisalhamento” da suspensão, que consiste na
seqüência e duração das taxas aplicadas anteriormente à avaliação reológica (VAN
OLPHEN, 1963).
Santos (1975), apresenta uma definição de tixotropia como sendo uma
transformação sol-gel isotérmica e reversível, a suspensão torna-se menos viscosa
pela agitação e mais espessa (gelifica) pelo repouso. No caso de argilas, a
tendência à tixotropia é função do potencial zeta ( que é um parâmetro que permite
quantificar a força de repulsão entre as partículas, mais detalhes na pág. 63), da
concentração e anisometria das partículas constituintes. Partículas de cargas
39
opostas às dos argilominerais e que possam formar pontes de ligação entre elas,
como os óxidos e hidróxidos de alumínio e ferro, aumentam a tendência à maior
tixotropia de barbotinas.
Van Olphen (1963) explica que a diminuição da viscosidade da suspensão
tixotrópica de argila, indica que o cisalhamento causou uma ruptura nas ligações das
partículas dentro da estrutura rígida formada antes da agitação.
Como será visto a seguir, o fenômeno de reopexia é, na maior parte das
vezes, ocasionado pelos mesmos mecanismos que causam a tixotropia, diferindo
apenas quanto à história de cisalhamento da suspensão (PANDOLFELLI et al.,
2000).
Reopexia
A reopexia é um fenômeno reológico caracterizado pelo aumento da
viscosidade aparente em função do tempo em suspensões submetidas a uma taxa
(ou tensão) de cisalhamento constante.
Conforme mencionado, a reopexia pode ser, muitas vezes, considerada um
fenômeno inverso da tixotropia e, por isso, é normalmente observada em
suspensões contendo aglomerados fracos ou partículas assimétricas. Os dois
comportamentos se distinguem com relação à história de cisalhamento da
suspensão.
No caso da reopexia, o fenômeno ocorre quando suspensões contendo
aglomerados fracos, por exemplo, são primeiramente mantidas em intenso
cisalhamento por um longo intervalo e, em seguida, submetidas a baixas taxas em
um período relativamente curto de tempo. Neste caso, ao contrário da tixotropia,
uma parcela das partículas da suspensão, submetida a baixa taxa de cisalhamento,
se une gradativamente para a formação de novos aglomerados, que aumentam a
viscosidade aparente da suspensão em função do tempo. Dada a semelhança entre
os dois comportamentos, fenômenos de reopexia como esse, em alguns casos, são
denominados de “tixotropia negativa”.
O comportamento reopéxico também pode se originar em suspensões
contendo partículas cujas forças de atração entre si se acentuam com o tempo,
aumentando a probabilidade de formação de aglomerados. Embora não se
enquadre na definição mais usual de suspensão, este é o caso de suspensões
40
contendo partículas que se dissolvem no meio líquido em função do tempo,
originando uma elevada concentração de íons em solução. O aumento da
concentração de tais íons no meio líquido atenua as forças de repulsão de origem
eletrostática entre as partículas, favorecendo a atração mútua entre elas e a
aglomeração da suspensão. Este é o caso de suspensões aquosas contendo
partículas, onde íons de Ca
2+
, Al
3+
e Si
4+
são normalmente os responsáveis pelo
aumento da viscosidade aparente em função do tempo.
Avaliação do Comportamento Dependente do Tempo
Ambos comportamentos, tixotropia e reopexia podem ocorrer em combinação
com os comportamentos independentes do tempo, ou apenas em determinadas
taxas de cisalhamento. O elemento tempo é extremamente variável, sob condições
de cisalhamento constante, alguns fluidos podem alcançar sua viscosidade final em
poucos segundos, enquanto outros podem levar vários dias.
Um dos modos de expressar o comportamento tixotrópico e reopéxico é
representá-los graficamente através da curva viscosidade versus tempo sob uma
taxa de cisalhamento constante, figura (5.3.5a) e (5.3.5b) respectivamente.
(a) (b)
Fig.5.3.5 - (a) Curva mostrando o comportamento
tixotrópico e (b) Curva mostrando o comportamento
reopéxico.
Outra forma de representação que pode ser feita, é submeter a suspensão a
uma variação de taxa de cisalhamento, neste caso, um fluido tixotrópico apresenta o
comportamento mostrado na fig. 5.3.6 (VAN OLPHEN, 1963).
Um gráfico de τ versus (curva de fluxo) é construído com um aumento da
taxa de cisalhamento até um certo valor, então diminuida até o ponto inicial. Nota-se
que as curvas de subida (up curve) e de descida (down curve) não coincidem. Esta
41
histerese é causada pela diminuição da viscosidade do fluido com o aumento do
tempo de cisalhamento. Este efeito pode ou não ser reversível. Da mesma forma,
pode ser observado a mesma histerese na curva de viscosidade (BROOKFIELD
LABS, 2006).
(a) (b)
Fig.5.3.6 - Curva de fluxo (a) e curva de viscosidade (b) para
um fluido com comportamento tixotrópico com reversão da
taxa de cisalhamento (BROOKFIELD LABS, 2006).
5.3.2.3 - Limite de Escoamento ou Tensão de Escoamento
Um aspecto relevante é que, freqüentemente, uma suspensão inicia seu
escoamento somente quando uma tensão de cisalhamento aplicada supera um
determinado valor inicial, e do mesmo modo, se está em movimento só vai parar
quando a tensão de cisalhamento é menor que o valor inicial.
Este valor inicial que deve ser superado para iniciar o escoamento é definido
como “limite de escoamento” ou “yield-point”. Trata-se de uma tensão de
cisalhamento inicial que é indicada como τ
0
e é medida em Pascal.
Ravaglioli et al. (1989) mostram que, quando um fluido manifesta o limite de
escoamento, colocando-se num gráfico de τ versus se obtem o gráfico da fig.
5.3.2a, curvas 2, 4 e 6, o escoamento se inicia somente após ter superado uma
tensão mínima de cisalhamento.
A tensão de escoamento, pode ser originada pela aglomeração das partículas
do fluido, de modo a formar uma estrutura espacial rígida de partículas por toda a
suspensão.
42
Um comportamento deste tipo é muito comum em cerâmica, pois confere ao
fluido uma característica essencial, o escoamento cessa também se o fluido é
submetido a uma tensão de cisalhamento inferior a τ
0
.
Quando um fluido manifesta um limite de escoamento, calculando-se a
viscosidade, isto é, a razão entre τ e , variando-se , obtém-se um resultado
estranho: a razão muda continuamente a partir de um valor infinito para tender a um
valor constante, como pode ser observado na curva de viscosidade da fig. 5.3.7.
η
Fig.5.3.7 - Curva de viscosidade para um
fluido com comportamento plástico.
É muito mais simples descrever este comportamento supondo que existe um
limite de escoamento:
τ = τ
0
+ tan α (5.3.5)
Do ponto de vista geométrico, tan α representa a inclinação da reta, isto é, a
razão entre τ e
, uma vez superado o valor de τ
0
, mas físicamente é uma
viscosidade para todos os efeitos e além disso permanece constante ao variar , por
isso, descreve o comportamento do fluido em qualquer regime de escoamento. Esta
viscosidade na presença de um limite de escoamento é definida como “viscosidade
plástica” η
p
, e os fluidos que se comportam deste modo chamam-se de fluidos
“plásticos” e obedecem a equação 5.3.5 (RAVAGLIOLI, 1989).
Os fluidos com tensão de escoamento mais simples são denominados "fluidos
de Bingham", e são representados graficamente conforme a fig. 5.3.2, curva2.
É possível descrever o comportamento destes fluidos utilizando apenas dois
parâmetros: o limite de escoamento τ
0
e a viscosidade plástica η
p
.
43
É interessante observar que, embora a viscosidade plástica desse tipo de
fluido seja constante, sua viscosidade aparente se reduz em função da taxa de
cisalhamento.
A maioria dos fluidos utilizados em processos industriais, e que apresentam
tensão de escoamento, são caracterizados por comportamentos reológicos muito
mais complexos do que o descrito pela equação de estado dos fluidos de Bingham.
Por esta razão, várias outras equações de estado reológico têm sido sugeridas para
descrever o comportamento desse tipo de fluido. Dentre elas, destacam-se a
equação proposta por Casson:
τ
1/2
= τ
c
1/2
+ (η
c
)
1/2
(5.3.6)
onde τ
c
é a tensão de escoamento de Casson e η
c
é a viscosidade de Casson; e a
equação sugerida por Herschel e Bulkley:
τ= τ
y
+ k( )
p
(5.3.7)
onde τ
y
é a tensão de escoamento de Herschel-Bulkley, k é uma constante, e p é um
índice de consistência do fluido obtido a partir do ajuste dos dados experimentais de
τ
y
e (BROOKFIELD LABS, 2006).
Como exemplo prático, pode-se comparar o comportamento de três
suspensões com comportamento reológicos diferentes (considerando todas as
outras características constantes, densidade, tensão superficial, etc.
Fig.5.3.8 - Comparação de comportamentos reológicos
em função da viscosidade (RAVAGLIOLI, 1989).
44
A situação pode parecer complexa, pois fazendo a medida de viscosidade a
diferentes valores de taxa de cisalhamento obtém-se valores aparentemente
contraditórios.
De fato:
1
: η
C
> η
B
> η
A
2
: η
C
= η
B
= η
A
3
: η
C
< η
B
< η
A
α
A
> α
B
> α
C
O diagrama da fig. 5.3.8 mostra que todos os fluidos reagem de modo linear à
variação da taxa de cisalhamento. Por este motivo o valor de viscosidade calculado
simplesmente pela razão entre τ e sem se considerar o que acontece com a
variação de , é definida como “viscosidade aparente”, porque é capaz de descrever
o comportamento do fluido somente no caso ideal, em todos os outros casos
representa somente um valor pontual, que não é muito indicativo do modo no qual o
fluido reage sob a variação do regime de escoamento.
No exemplo, a suspensão que manifesta a maior variação da taxa de
cisalhamento ao se variar τ é a C. Ou seja, seu escoamento interno, uma vez
superado seu estado de repouso é muito fácil, a sua viscosidade plástica é baixa.
Por exemplo, um esmalte deste tipo aplicado em campana apresentará
muitos problemas. Primeiramente tenderá a “gelificar”, isto é, a não escorrer de
maneira nenhuma ou parar em todas as zonas na qual é submetido a uma tensão
muito baixa; por exemplo no copo ou na parte posterior do cone de alimentação. Nas
zonas de movimento, porém, estará sujeito a fácil aceleração, onde escorrerá muito
rapidamente sobre a campana promovendo uma aplicação instável.
Um esmalte do tipo A produz um escoamento lento e uniforme, mas uma vez
atingido a peça, continuará a correr pela borda, impedindo uma aplicação de
espessura suficiente. Neste esmalte uma pequena bolinha de ar pode ser facilmente
liberada, porém no esmalte C, a situação é seguramente pior: sob agitação deixa-se
acelerar e desacelerar bruscamente, produzindo bolhas que provocam a inclusão de
ar. Na aplicação as micro-bolhas permanecem contidas na camada de esmalte
porque não conseguem produzir uma pressão suficiente para serem liberadas.
45
A situação melhor é a do esmalte B, que mantém uma viscosidade plástica
suficientemente alta, ou não se deixa acelerar muito rápido dando estabilidade ao
véu, e manifesta um limite de escoamento que evita sujar as bordas da peça, mas
que é suficientemente baixo para provocar acumulo no aplicador ou retenção de
bolhas de ar.
Esta representação é uma aproximação muito útil, pois na realidade o
comportamento reológico dos esmaltes não representa exatamente um
comportamento plástico.
5.3.2.4 - A Influência da Dependência do Tempo na Cerâmica
As suspensões cerâmicas, em particular aquelas com um certo percentual de
argila, podem se tornar praticamente rígidas, se permanecem em repouso por um
certo tempo, e retornam para um estado fluido quando agitadas. Esta característica
é fortemente amplificada em alguns tipos de argila, como a bentonita, que por este
motivo é utilizada na indústria petrolífera, sendo colocada nos poços num estado
fluido e ao ser retirada a agitação ela se torna rígida a ponto de vedar o poço e pode
ser reativada, simplesmente adicionando água e promovendo agitação.
Esta propriedade é devido ao fato, que quando em repouso, a estrutura do
fluido se modifica em função do tempo formando um vínculo tridimensional que
forma uma estrutura rígida. Este vínculo pode ser destruído através da aplicação de
uma tensão de cisalhamento e necessita de um certo tempo para voltar ao estado
fluido. A viscosidade muda em função do tempo e portanto se fala de tempo-
dependência (RAVAGLIOLI, 1989).
A maior parte das barbotinas de massa ou de esmalte se comportam desta
maneira, mas a dependência da viscosidade com o tempo pode ser superada, se as
suspensões cerâmicas forem mantidas sob agitação, acima de uma determinada
taxa de cisalhamento.
É oportuno dizer que a diferença fundamental com o limite de escoamento é o
fato de que este se manifesta de qualquer maneira, quando um fluido cai abaixo de
um certo valor de tensão de cisalhamento, independentemente do tempo. Todavia,
46
um fluido que manifesta um limite de escoamento tem a tendência de ser tempo-
dependente.
A diferença é que o limite de escoamento permanece como uma
característica do fluido mesmo quando é colocado sob agitação, enquanto que, no
caso do fluido ser tempo-dependente, o valor de τ
0
pode aumentar muito se o fluido
é deixado em repouso. Surge então um problema de método de medida do limite de
escoamento.
Normalmente, no momento que as suspensões cerâmicas são tempo-
dependentes, antes de proceder com a construção do reograma, é necessário
submeter a suspensão ao máximo gradiente de velocidade disponível, por um
período de tempo suficiente a demolir toda a estrutura que possa ser formada, para
depois retornar ao menor valor da taxa de cisalhamento, e proceder com as medidas
dos valores de τ, aumentando e abaixando a taxa de cisalhamento para se montar o
reograma de τ versus (curva de fluxo).
Na ausência de tempo-dependência espera-se que a curva de fluxo percorra
o mesmo caminho no retorno, isto é, ao se abaixar os valores de após tê-los
aumentado, resulte uma única curva seja no sentido de ida quanto de volta. Na
presença de um comportamento dependente do tempo, o reograma obtido ao se
abaixar os valores de não percorrem o mesmo traçado registrado no aumento,
figura 5.3.9.
Fig.5.3.9 - Curva de fluxo mostrando
histerese de fluido tempo-dependente.
Em relação à medida de tempo-dependência, outro modo de se proceder é
fazer a medida da viscosidade ao variar o tempo mantendo a amostra sob valor de
47
constante, porém há a dificuldade de definir qual a taxa de cisalhamento a ser usada
e também de controlar a perda de material se o tempo for muito longo.
Em termos práticos, pode ocorrer da suspensão se tornar rígida em pouco
tempo e isto ser um obstáculo para os processos de moagem a úmido, por exemplo
na descarga do moinho.
Outro caso, é quando a suspensão tende a aumentar progressivamente a sua
viscosidade mesmo mantida sob agitação lenta. A barbotina permite ser
descarregada, bombeada e peneirada, mas uma vez introduzida num tanque pode
“gelificar”, porque a velocidade do agitador não é suficiente para impedir a formação
de um vínculo interno no fluido. Se não for feita uma intervenção a tempo, com
aditivos fluidificantes, a situação pode se tornar difícil de ser corrigida porque todo o
conteúdo do tanque pode gelificar e somente as partes próximas das pás podem
permanecer fluidas. Neste ponto a adição de fluidificante pode se tornar ineficiente
pois torna difícil distribuí-lo eficazmente.
48
5.4 - Mineralogia de Argilas
As argilas são constituídas essencialmente por partículas cristalinas
extremamente pequenas de um número restrito de minerais conhecidos como
argilominerais.
Segundo Santos (1975) uma definição simplificada para argilominerais pode
ser: “Argilominerais cristalinos são silicatos hidratados com estrutura cristalina em
camadas (filossilicatos), constituídos por folhas contínuas de tetraédros SiO
4
,
ordenados de forma hexagonal, condensados com folhas octaédricas de hidróxidos
de metais di e trivalentes; os argilominerais são essencialmente constituídos por
partículas (cristais) de pequenas dimensões, geralmente abaixo de 2µm”.
Devido ao pequeno tamanho os argilominerais não podem ser identificados
exclusivamente pelas suas propriedades físicas e ópticas. Por isso, a classificação
dos argilominerais depende muito das propriedades cristalográficas que são
reveladas pela difração de raios X, porém o emprego de outros métodos de estudo
como a análise química, a determinação da capacidade de troca de cátions, a
análise térmica diferencial, a microscopia eletrônica e a espectroscopia no
infravermelho podem ajudar na correta identificação.
Os filossilicatos são formados de dois tipos de folhas de diferente composição
química e coordenação. Uma destas é a folha tetraédrica (T), a qual é formada por
tetraedros de sílica. A segunda folha é formada por hidróxidos de alumínio com os
íons Al
3+
localizados nos centros de octaédros e portanto conhecido como folha
octaédrica (O), também referida pelo nome de folha gibbsita (SANTOS, 1975).
Oxigênio Silício
Folha tetraédrica
Folha octaédrica
Hidroxilas
Alumínio
Figura 5.4.1 - Modelo de estrutura de argilomineral
49
Em alguns argilominerais como a serpentina e o talco, a folha octaédrica é
formada pelo hidróxido de magnésio, a qual é conhecida pelo nome do mineral
brucita.
Faure (1991) comenta que a folha tetraédrica consiste de tetraedros de sílica
que são unidos pelo compartilhamento de átomos de oxigênio em três dos seus
quatros vértices. A rede de ligações ocorre somente nas bases dos tetraedros,
formando uma folha com átomos de oxigênio insaturados, todos apontando para a
mesma direção. Se todos os quatros átomos de oxigênio do tetraedro de sílica estão
compartilhados (como no feldspato), então cada átomo de Si controla somente
metade dos átomos de O, assim, a razão Si/O nos feldspatos e outros tectossilicatos
é 1:2. Como nos filossilicatos somente os três oxigênios basais estão
compartilhados, a razão Si/O é 1:1,5. Quando o átomo de O que não é
compartilhado é contado com os basais, a razão Si/O torna 1:2,5.
A folha octaédrica tem seis íons hidroxilas localizados nos vértices de um
octaedro, mas uma parte dessas hidroxilas estão compartilhadas, o que gera uma
razão Al/OH de 1:3.
As folhas tetraédricas e octaédricas são unidas para formar os argilominerais
de camadas (T-O) ou (1:1), de camadas (T-O-T) ou (2:1), ou de camadas mistas,
que são uma mistura de diferentes argilominerais de camadas (T-O) e camadas (T-
O-T).
A ligação das folhas tetraédricas e octaédricas nos argilominerais (T-O), é
formada pelo compartilhamento de átomos de oxigênios e radicais hidroxilas, que
reduz o número de hidroxilas, uma para cada ligação.
Os argilominerais de camadas (T-O), como a caulinita, são compostos de Si,
Al, O e OH nas proporções SiO
2.5
Al(OH)
2
. Multiplicando-se a fórmula por dois para
retirar a fração, se obtém a fórmula da caulinita e seus polimorfos,
Al
2
Si
2
O
5
(OH)
4
Da mesma forma, a fórmula dos argilominerais de camadas (T-O-T), como a
pirofilita, é 2(SiO
2.5
)Al(OH) ou Si
2
O
5
Al(OH). Novamente multiplicando por dois se
obtém:
Al
2
Si
4
O
10
(OH)
2
50
Os filossilicatos têm uma grande variedade de composição química porque o
íon Al
+3
da folha octaédrica pode ser total ou parcialmente substituído pelo Fe
3+
,
Cr
3+
, Fe
2+
, Mg
2+
, Zn
2+
, Li
+
, e muitos outros íons. Além disso, alguns dos íons Si
4+
na
folha tetraédrica podem ser substituídos pelo Al
3+
. Isto resulta num excesso de
cargas negativas, as quais são neutralizadas pela adsorção de cátions nas
superfícies externas das folhas tetraédricas aproximando as unidades dos
argilominerais. As substituições dentro das folhas são restringidas pelo requisito de
neutralidade elétrica, a qual é estabelecida quando os cátions da folha octaédrica
têm uma carga combinada de +6 e as folhas tetraédricas contém quatro moles de
Si+Al por peso-fórmula. Os argilominerais de camadas (T-O) permitem muito pouca
substituição de Al ou Si, enquanto os de camadas (T-O-T), com excessão da
pirofilita, são caracterizados por extensivas substituições tanto nas folhas
octaédricas como nas tetraédricas.
Segundo Faure (1991) os argilominerais podem ser classificados em função
de suas estruturas cristalinas e nas composições químicas em: (a) argilominerais de
camadas (1:1) ou difórmicos, (b) argilominerais de camadas (2:1) ou trifórmicos, (c)
argilominerais de camadas mistas e (d) argilominerais fibrosos, esta classificação
ainda permite uma subdivisão em grupos e subgrupos, conforme a tabela 5.4.1.
A nomeclantura (1:1) e (2:1) se prende ao número de camadas de tetraedros
SiO
4
e de octaedros de hidróxidos, respectivamente, que entram na constituição da
cela unitária da estrutura cristalina do argilomineral (SANTOS, 1975).
Santos (1975) informa que uma subdivisão baseada no grau de substituição
na camada octaédrica da cela unitária têm-se: os argilominerais dioctaédricos e
trioctaédricos; dioctaédricos são aqueles em que cerca de duas das três posições na
camada octaédrica da metade da cela unitária são ocupados por cátions;
trioctaédricos são aqueles em que cerca de três das três posições na camada
octaédrica da metade da cela unitária são ocupados por cátions.
51
Tab. 5.4.1 - Tabela de classificação dos
argilominerais. Modificado de Faure (1991).
Grupo Subgrupo Espécies
Caulinita Caulinita Caulinita
Diquita
Nacrita
Haloisita
Caulinita Serpentina Crisotila
Lizardita
Antigorita
Greenalita
Pirofilita Pirofilita Pirofilita
Talco Talco
Minnesotaíta Minnesotaíta
Esmectita Dioctaédrica Montmorillonita
Beidellita
Nontronita
Esmectita Trioctaédrica Saponita
Hectorita
Sauconita
Vermiculita Dioctaédrica Vermiculita
Trioctaédrica Vermiculita
Mica Dioctaédrica Illita
Muscovita
Paragonita
Glauconita
Mica Trioctaédrica Biotita
Flogopita
Lepidomelana
Mica quebradiça Dioctaédrica Margarita
Trioctaédrica Seybertita
Xantofilita
Brandisita
Clorita Dioctaédrica Cookeíta
Trioctaédrica Variedades-Fe
Turingita
Chamosita
Variedades-Mg
Clinocloro
Penninita
Interestratificados de duas e três camadas seguindo
padrão regular ou aleatório
Paligorsquita
Sepiolita
D . Argilominerais Fibrosos
Classificação dos Argilominerais
A . Argilominerais 1:1
B . Argilominerais 2:1
C . Argilominerais de Camadas Mistas
52
5.4.1 - Argilominerais de Camadas (1:1)
Os argilominerais de camadas (1:1) são subdivididos em dois subgrupos, da
caulinita e da serpentina, os quais contém várias espécies minerais.
Os minerais do subgrupo da caulinita possuem a mesma fórmula
Al
2
Si
2
O
5
(OH)
4
. Neste subgrupo todos os membros têm composições químicas
idênticas diferenciando-se apenas nas estruturas cristalinas, ou seja, são todos
polimorfos da caulinita.
O grau de ordenamento na estrutura da caulinita afeta as alturas relativas das
reflexões nos diagramas de difração de raios X e várias relações têm sido usadas
como “índice de cristalinidade” (DEER et al., 1992).
O espaçamento basal da caulinita é d
001
= 7,13Ǻ, a haloisita que tem uma
única camada de moléculas de água em cada espaço interestrato, pode ter esta
distância aumentada para até 10Ǻ, o que pode gerar um elevado grau de desordem
e há uma tendência acentuada para as camadas da haloisita de se enrolarem e
formarem cilindros ou espirais.
A serpentina é um filossilicato de duas folhas como a caulinita onde a folha de
gibbsita é trocada pela brucita. Conseqüentemente, a fórmula da serpentina
(Mg
3
Si
2
O
5
(OH)
4
) contém Si e O nas proporções características da folha tetraédrica,
e na folha octaédrica uma carga positiva de +6 tem como resultado a substituição de
dois Al
3+
por três Mg
2+
. Também pode ocorrer a substituição de dois íons Al
3+
por
três Fe
2+
, originando a greenalita.
5.4.2 - Argilominerais de Camadas (2:1)
Os argilominerais de três folhas podem ser divididos nos seguintes grupos,
pirofilita, esmectitas, vermiculitas, micas, micas quebradiças e cloritas. Todos os
minerais relacionados possuem a estrutura de três folhas da pirofilita mas diferem
entre si pela composição química e pelas propriedades físicas.
A pirofilita Al
2
Si
4
O
10
(OH)
2
é o protótipo de todos os argilominerais de três
camadas e não permite substituição nas camadas tetraédricas e octaédricas.
53
O talco está para a pirofilita, assim como, a serpentina está para a caulinita,
porque no talco a folha octaédrica é formada pela brucita ao invés da gibbsita.
Conseqüentemente a fórmula do talco é (Mg
3
Si
4
O
10
(OH)
2
), onde três íons Mg
2+
substitui dois Al
3+
e a razão Si/O é derivada da presença de duas folhas tetraédricas.
O grupo das esmectitas contém um grande número de espécies minerais que
diferem em composição química devido à completa ou parcial substituição do Al
3+
na
camada octaédrica e pela substituição parcial do Si
4+
na camada tetraédrica.
Pela classificação de Faure (1991), o grupo das esmectitas é dividido em
subgrupos dioctaédricos e trioctaédricos, cada um dos quais possuem espécies
minerais que se diferenciam pela composição química. Por exemplo, a
montmorillonita é um importante membro do subgrupo dioctaédrico das esmectitas
onde o Mg
2+
ocorre esporadicamente na folha octaédrica, podendo ser o principal
cátion entre as camadas, mas a substituição do Si
4+
pelo Al
3+
na folha tetraédrica é
muito limitada. Um exemplo de fórmula para este mineral pode ser:
[(Al
1.77
Fe
3+
0.03
Mg
0.20
)(Si
3.74
Al
0.26
)O
10
(OH)
2
] Ca
0.01
Na
0.07
Mg
0.04
Neste mineral, devido ao desbalanceamento das cargas elétricas dentro de
suas camadas por substituições imperfeitas, há a necessidade de cátions adicionais
para neutralizar estas cargas, que são adsorvidos nas superfícies do grão do mineral
e nos espaços entre camadas.
Porém, eles são parcial ou completamente trocáveis e podem ser substituídos
por outros cátions ou por moléculas polares. Os íons adsorvidos localizados nas
superfícies externas das camadas tetraédricas unem as unidades estruturais.
Quando a interação envolve cátions de metais, as distâncias entre as
unidades estruturais adjacentes são pequenas. E quando alguns argilominerais são
imersos em água, os cátions entre as camadas são substituídos por moléculas de
água, as quais possuem uma carga positiva total menor que as dos íons metálicos.
Conseqüentemente, um maior número de moléculas de água torna-se necessário
para neutralizar o excesso de cargas negativas geradas dentro das camadas,como
resultado, a distância entre as camadas aumenta com a grande quantidade de
moléculas de água e a argila expande.
O inchamento dos argilominerais do grupo das esmectitas é uma
característica própria para identificá-los. Por exemplo, quando uma montmorillonita
natural é aquecida a 300ºC por uma hora ou mais, a distância entre as camadas
54
diminuem de 15Å para 9Å porque a água absorvida é expulsa. Quando a argila é
subseqüentemente exposta ao vapor de etileno-glicol (HOCH
2
CH
2
OH) por várias
horas, a distância interplanar aumenta para 17 ou 18Å.
Outro grupo é o da vermiculita, cujo nome tem sua origem no latim, no verbo
vermiculari, que significa formador de vermes, que é o formato adquirido quando
aquecido. Este argilomineral ocorre nas variedades di e trioctaédricas como produto
de alteração de micas. De acordo com Faure (1991), sua fórmula seria:
[(Fe
3+
0.24
Mg
2.70
Fe
2+
0.04
Ni
0.01
)(Si
2.73
Al
1.26
)O
10
(OH)
2
]Mg
0.55
Ca
0.01
Evidentemente, Mg
2+
domina a folha octaédrica e o Si
4+
na folha tetraédrica é
extensivamente substituído pelo Al
3+
, a carga negativa remanescente é neutralizada
pelo Mg
2+
e Ca
2+
na posição intercamadas. Uma característica das vermiculitas é
conter Mg
2+
e moléculas de água intercamadas, esta água pode ser removida
quando aquecida à 500°C. As vermiculitas diferem das esmectitas por ter uma
elevada carga na camada tetraédrica, e comumente conter Mg
2+
nas posições das
camadas intercambiáveis e ser pouco expansível.
Segundo Deer et al. (1992), uma vermiculita rica em magnésio, a temperatura
e umidade normais, tem um espaçamento de aproximadamente 14,3Ǻ. Em
condições de umidade mais baixa ou temperatura mais elevada, o espaçamento é
reduzido para 11,7Ǻ.
A vermiculita retém no máximo uma camada de moléculas de glicol, dando
um espaçamento basal de cerca de 14Ǻ, enquanto as esmectitas retém camadas
duplas, aumentando o espaçamento basal até 17Ǻ.
Dentro do grupo das micas, encontra-se uma espécie que mostra a força dos
íons K
+
para estabilizar os argilominerais, a illita. Estes argilominerais poderiam ser
considerados como um membro especial dos grupos das micas. Elas diferem das
esmectitas por terem uma estrutura não-expansível, devido à presença dos íons de
K
+
nos espaços intercamadas. A illita recebeu este nome por ter sido identificada no
estado de Illinois nos E.U.A. Pretendeu-se representar este argilomineral parecido
com a mica como um grupo, do que um argilomineral específico, expressando sua
fórmula pela seguinte expressão:
[(Al
2,
Fe
2,
Mg
2,
Mg
3
)(Si
4-x
Al
x
)O
10
(OH)
2
].K
x
55
Esta fórmula indica que a camada octaédrica pode conter Al, Fe ou Mg e que
illitas podem ser dioctaédricas (2 Al
3+
ou 2 Fe
3+
) ou trioctaédricas (3 Mg
2+
). O valor
de x é menor do que 1 e normalmente varia entre 0.5 e 0.75. A carga negativa
formada nas folhas tetraédricas é compensada pelos íons de K
+
, os quais se ajustam
nos buracos hexagonais formados pelos tetraedros de sílica. Como resultado, os
íons de K
+
não são intercambiáveis, o espaçamento intercamadas é fixo e o mineral
não é expansível. Entretanto, illitas podem ser alternadas com montmorillonitas ou
outros argilominerais que são expansíveis.
A illita é um produto comum do intemperismo da muscovita e se diferencia
desta, principalmente, pela extensão da substituição do Si
4+
pelo Al
3+
nas folhas
tetraédricas e por ter mais sílica e menos potássio.
A maior parte dos minerais do grupo da illita tem menos cátions intercamadas
do que a muscovita segundo Deer et al. (1992), de modo que, as ligações entre as
camadas são mais fracas e por consequência há menos regularidade no
empilhamento.
As reflexões basais dos raios X não são afetadas pelas irregularidades do
empilhamento, de modo que as illitas podem ser reconhecidas pela forte reflexão
aos 10Ǻ e pelas sucessivas reflexões de ordem superior com intensidade variável.
As illitas contém pouca ou nenhuma água entre as camadas e não são
penetradas por líquidos orgânicos; e as reflexões basais não são afetadas por
aquecimento até 500°C, uma illita que não esteja contaminada por uma esmectita,
vermiculita ou haloisita, não deverá apresentar característica de aumento de volume
quando tratada com glicol.
O constituinte argiloso mais abundante das rochas sedimentares é um
agregado de estratos mistos illita/esmectita (I/E). Quando as unidades de esmectita
estão interestratificadas com as da illita, o espaçamento basal (d
001
) aumenta e a
amostra apresenta algumas características da esmectita.
Outra espécie importante deste grupo é a muscovita, cuja fórmula está
representada abaixo, e de sua análoga em Na, paragonita:
[(Al
2
)(Si
3
Al)O
10
(OH)
2
].K, Na
As micas trioctaédricas das rochas ígneas e metamórficas incluem a biotita e
a flogopita, estas diferem da muscovita pela composição química da folha
56
octaédrica, neste caso a base de Mg, mas ambas substituem um Si
4+
por um Al
3+
na
folha tetraédrica. A fórmula geral da biotita pode ser escrita como:
[(Mg
,
Fe
2+
)(Si
3
Al)O
10
(OH)
2
].K
A biotita é considerada mais susceptível ao ataque químico pelo intemperismo
que a muscovita, porque o Fe
2+
pode oxidar para Fe
3+
, na presença de um receptor
de elétrons. Como resultado, o balanço das cargas da rede é perturbado e o mineral
pode alterar para outros aluminossilicatos e óxidos férricos, dependendo das
condições ambientais e pela falta de estabilidade estrutural causada pelo tamanho
do octaedro.
O grupo das cloritas contém principalmente espécies trioctaédricas compostas
por argilominerais com suas camadas ligadas por folhas de brucita. A composição
química das cloritas abrange as variedades ricas em Mg até as ricas em Fe, mas
todas contém quantidades variadas de Al, os quais substituem Si nas camadas
tetraédricas.
A fórmula estrutural das cloritas trioctaédricas incluem a unidade de mica (Mg
,
Fe
2+
)
3
(Si
,
Al)
4
O
10
(OH)
2
, a qual carrega uma carga negativa devido à substituição de
mais de 1,6 Si
4+
pelo Al
3+
nas folhas tetraédricas. A carga negativa é neutralizada
pela folha de brucita que possui uma carga positiva pela substituição do Mg
2+
pelo
Al
3+
: (Mg, Al)
3
(OH)
6
. A folha de brucita ocupa uma posição intercamadas e une duas
micas como os íons de K
+
faz na illita.
A fórmula estrutural da clorita é obtida combinando os componentes das
unidades de mica e brucita.
[(Mg
,
Fe
2+
)
3
(Si
,
Al)
4
O
10
(OH)
2
](Mg
,
Al)
3
(OH)
6
Tanto as vermiculitas como as montmorillonitas têm reflexões basais a
aproximadamente 14Ǻ, mas podem ser distinguidas das cloritas por aquecimento a
cerca de 600°C, temperatura na qual a reflexão 001 das cloritas é realçada.
57
5.4.3 - Argilominerais de Camadas Mistas
Os argilominerais descritos acima podem ocorrer com estruturas em camadas
interestratificadas ou camadas mistas, os quais são muito comuns em solos e em
70% das rochas sedimentares ricas em argila. Para uma determinada extensão os
principais tipos de argilominerais de camadas mistas dependem de fatores climáticos
que afetam as condições onde ocorrem o intemperismo químico (FAURE, 1991).
A maior parte das amostras naturais de illita contém camadas de esmectitas
(montmorillonita/beidelleita) as quais podem ser regular ou irregularmente
interestratificadas (DEER et al., 1992).
Pode ocorrer a interestratificação das esmectitas com outros argilominerais,
sendo os mais frequentes, illita/esmectita e clorita/esmectita. Outro exemplo, são os
interestratificados vermiculita/clorita e vermiculita/mica, sendo este último
denominado errôneamente de hidrobiotita.
Quando o empilhamento é regular e determinável, Santos (1975) diz que o
argilomineral tem características de difração de raios X bem definidas e pode ser
classificado como um argilomineral específico.
A origem das camadas mistas levanta problemas difíceis, muitas vezes,
formam-se pela ação do intemperismo sobre a illita e clorita. Isso significa que existe
um mecanismo para remoção de íons potássio ou magnésio interlamelar em vez de
uma remoção gradual de fora (aresta) para dentro de uma dada partícula;
provavelmente as partículas originais de clorita ou illita possuem variações
estruturais que determinam a remoção do cátion interlamelar.
5.4.4 - Argilominerais Fibrosos
Os argilominerais paligorsquita e sepiolita são compostos de duplas cadeias
de tetraedros de sílica com a razão Si/O de 4:11. O canal entre as duplas cadeias é
ocupado por moléculas de água que são eliminadas aos pouco durante aquecimento
acima de 850°C, onde a estrutura é destruída. Nem a paligorsquita nem a sepiolita
expande quando são tratadas com líquidos orgânicos (FAURE, 1991).
58
5.4.5 - Mineralogia e Reologia das Argilas
As características físico-químicas e reológicas das argilas comumente
utilizadas em cerâmica dependem do tipo e da quantidade dos argilominerais
presentes, assim como dos minerais acessórios.
Segundo Ravaglioli et al. (1991), os argilominerais mais comuns presentes
nas argilas usadas no setor cerâmico são: a caulinita, a illita, as esmectitas
(montmorillonita), vermiculita e a clorita.
Podem ser ilustradas algumas características reológicas influenciadas pelos
argilominerais, considerando-se que as argilas de uso industrial não são formadas
por estes minerais puros, portanto deve-se ter cuidado nas interpretações das
mesmas.
Caulinita: sua estrutura mineralógica não permite a presença de água
intercamadas. Este fato mostra que a caulinita não manifesta um comportamento
reológico do tipo plástico, portanto não se observa uma tensão de escoamento, caso
não esteja numa condição reológica desfavorável, como altas concentrações,
defloculantes não adaptados, moagens muito elevadas, e impurezas que possam
estar presentes, como sais solúveis ou outros argilominerais, ressalta-se que a
caulinita é o argilomineral que sofre menor influência na moagem. O pH da caulinita
é normalmente oscilante entre 5 e 6, isto faz com que uma defloculação ótima possa
ser obtida com silicato de sódio, carbonato de sódio e com produtos que elevem o
pH para a faixa entre 7 e 9.
Illita: os argumentos relativos a este argilomineral são limitados devido ao
baixo grau de pureza quando comparado com o das caulinitas. Diante deste fato,
considerando a não aditividade das características reológicas com os percentuais de
minerais presentes, torna-se difícil determinar com exatidão a porcentagem das
mesmas, ocasionando erros de interpretação. Considerando uma argila illítica-
caulinítica, supondo a ausência de outros minerais e impurezas, em relação ao
comportamento da caulinita, nota-se um aumento do comportamento plástico do
sistema, com tixotropia mais acentuada e aumento da viscosidade aparente. Da
mesma forma, considerando uma argila illítica-montmorillonítica e confrontando-a
com uma montmorillonítica, nota-se que os valores de viscosidade aparente são
menores, assim como a tensão de escoamento e a tixotropia do sistema. O que
59
pode se afirmar é que uma illita é um mineral que possui características reológicas
menos favoráveis que uma caulinita com relação à tixotropia e à tensão de
escoamento. Estas características são acentuadas em condições particulares de
moagem, sendo a illita mais sensível que a caulinita. Os defloculantes mais eficazes
são o tripolifosfato de sódio e o metassilicato de sódio, sendo pouco eficazes
aqueles que atuam somente no pH, isto se deve ao fato que as illitas possuem um
pH menos ácido que as caulinitas.
Montmorillonitas: do ponto de vista reológico este mineral é seguramente o
que possui as características mais negativas, ao menos no que se refere às
barbotinas para uso cerâmico. A característica principal das montmorillonitas é sua
elevada tixotropia e presença de tensão de escoamento definida, isto corresponde
ao comportamento plástico da barbotina. Tanto a viscosidade plástica quanto a
aparente resultam em valores altos para quantidades de sólido baixa. Uma certa
diferenciação no comportamento deste argilomineral pode ser notada em função do
tipo de cátion presente nas camadas. De maneira geral, distinguem-se três tipos
principais de montmorillonita: ácida, sódica e cálcica. As ácidas são montmorillonitas
obtidas por tratamento dos minerais naturais encontrados, como as sódicas ou
cálcicas. Geralmente as ácidas são extremamente difíceis de deflocularem e não se
deve utilizar defloculantes que provocam elevação do pH. As sódicas apresentam
uma defloculação melhor e podem ser fluidificadas com tripolifosfato de sódio (TPF)
ou poliacrilatos. A montmorillonita cálcica é um mineral que geralmente está
presente nas argilas para uso cerâmico, a sua defloculação é mais difícil que as do
tipo sódica e necessitam do uso de uma mistura de fosfatos ou poliacrilatos. A
presença deste mineral deve ser atentamente controlada e normalmente adota-se
um percentual limite de 8% para massas não plásticas e 4% para massas plásticas.
Cloritas: em comparação com os minerais descritos acima torna-se muito
difícil definir suas características reológicas. Isto se deve ao fato de que sendo a
clorita um dos argilominerais mais comuns, desde sua genêse, sempre acompanha
a illita ou esmectita.
A conclusão desta breve análise sobre as características reológicas das
argilas, evidencia que somente testes de laboratório podem efetivamente dar um
conhecimento preciso.
60
5.5 - Propriedades Coloidais do Sistema Água + Argila
5.5.1 - Introdução
Os argilominerais de tamanho coloidal, quando se dispersam em um líquido,
permanecem suspensos e não se sedimentam, formando um sistema coloidal. Este
sistema consta de duas fases, uma fase dispersa (sólido finamente dividido) e uma
fase contínua (líquido), nestes sistemas coloidais, as partículas da fase dispersa são
em geral inferiores a 1μm, sendo freqüente que seu tamanho esteja compreendido
entre 0,2 a 0,005 μm (BARBA, 1997).
As partículas que compõem os sistemas coloidais estão submetidas a
diferentes tipos de forças como as cinéticas, de van der Waals, eletrostáticas,
estéricas e hidrodinâmicas, sendo o comportamento destes sistemas muito sensíveis
ao conjunto de interações produzidas por estas forças.
Reed (1995) define as suspensões estabilizadas por aditivos adsorvidos nas
partículas que aumentam as forças repulsivas por cargas elétricas ou por influência
estérica, impedindo a aproximação das mesmas, como defloculadas, e os aditivos
são chamados de defloculantes.
5.5.2 - Origem das Cargas nos Argilominerais
Quando os argilominerais, em uma suspensão coloidal, são submetidos a
uma diferença de potencial, suas partículas se concentram em torno do ânodo, o
que significa que elas possuem uma carga negativa, este fenômeno é conhecido
como eletroforese.
Ainda que se reconheçam as cargas elétricas sobre a superfície das
partículas de argila quando estas estão dispersas em água, a origem ainda continua
confusa, dentre os muitos mecanismos propostos, se admitem como mais prováveis
os seguintes: (a) ligações rompidas e arestas dos cristais, (b) substituições
isomórficas e (c) polaridade da estrutura e distribuição de cargas.
61
(a) Ligações rompidas e arestas dos cristais
As faces das partículas argilosas correspondem às camadas tetraédricas ou
octaédricas (planos basais) e estão carregadas negativamente e apenas se
modificam ao variarem as propriedades do líquido. Por outro lado, as arestas
correspondem às fraturas de ligações primárias destas camadas, ou seja, se
originam na valência dos átomos situados nas arestas, que por estarem
parcialmente saturados apresentam tendência a adsorverem outras espécies
carregadas (contra-íons).
As arestas dos cristais argilosos apresentam caráter anfótero, sua carga é
modificada conforme o pH do meio, ver figura 5.5.2.
Aumentando se o pH produz-se uma liberação dos prótons e uma ionização
dos grupos silanos, aumentando a carga negativa das arestas. Existe um pH no qual
a carga das arestas é nula, este pH, conhecido com o nome de ponto isoelétrico é
função do material considerado. Conforme pode ser ilustrado na figura 5.5.1.
Fig. 5.5.1 - Variação das cargas sobre as
partículas coloidais supondo diversos
valores de pH (BARBA, 1997).
Fig. 5.5.2 - Mudança de carga
na aresta das partículas.
(b) Substituições isomórficas
Devido às substituições do tipo Mg
2+
no lugar do Al
3+
, denominadas
isomórficas, ocorre um desbalanceamento de cargas na fórmula ideal do
argilomineral, fazendo com que os planos basais fiquem carregados negativamente.
Estas cargas serão equilibradas por íons que não pertencem à estrutura cristalina
(contra-íons), os quais se adsorvem na superfície da partícula e podem ser
substituídos por outros, quando a argila se dispersa em água.
62
(c) Polaridade da estrutura e distribuição de cargas
Os argilominerais de camadas (2:1), como a illita, devido à sua estrutura de
suas camadas (T-O-T), podem ter uma distribuição de cargas dos tetraedros menos
polarizadas, que as respectivas faces dos argilominerais de camadas (1:1) ou (T-O),
como a caulinita. Este fato implica que as faces da caulinita apresentem uma
polarização de cargas elétricas maior.
5.5.3 - Potencial Zeta
A forma na qual as cargas se encontram distribuídas em torno das partículas
é de vital importância para a compreensão dos sistemas coloidais.
Para explicar este comportamento, Barba et al. (1997), utiliza-se do modelo
de Stern com algumas modificações (modelo da dupla camada elétrica).
Neste modelo admite-se que uma fração dos contra-íons é adsorvida
fortemente e forma uma monocamada circundando a superfície da partícula,
denominada de camada de Stern. Os demais contra-íons formam uma camada
difusa a partir da camada de Stern, diminuindo sua concentração de forma
exponencial com a distância da mesma. O potencial elétrico no limite exterior da
camada adsorvida é denominado de potencial de Stern, ψ
d
, enquanto que o
potencial existente na superfície da partícula é conhecido com o nome de potencial
de Nerst, ψ
0
.
A região de desequilíbrio de carga na interface partícula/líquido que engloba a
camada superficial de cargas da partícula (1ª camada) e os contra-íons presentes
nas camadas de Stern e difusa (2ª camada) é conhecida como dupla camada
elétrica da partícula (PANDOLFELLI et al., 2000).
Quando as moléculas do meio dispersante apresentam um caráter polar,
como é o caso da água, também podem ser adsorvidas, formando uma camada de
moléculas cercando a superfície, que é fortemente retida. Dentro desta camada, as
moléculas polares se encontram muito orientadas, no caso de partículas carregadas
negativamente, como é o caso dos argilominerais, as terminações dos dipolos
positivos apontam para a superfície do sólido.
63
Para os líquidos em geral, a camada de moléculas adsorvidas é denominada
liosfera, que para o caso particular da água se emprega o nome de hidrosfera.
Ultrapassando a liosfera, as moléculas do líquido estão livres, mostrando movimento
térmico e não estão orientadas em relação à superfície.
Ao conjunto da liosfera e da camada de Stern denomina-se de micela
coloidal.
Quando uma partícula coloidal migra, a micela coloidal se muda com ela.
Devido a isto, em certas ocasiões, o limite entre a liosfera e o líquido livre é
considerado como um plano de cisalhamento, denominando-se o potencial neste
plano de potencial zeta, ψ
ζ
. Em geral, este plano de deslizamento não se situa muito
além do limite da camada de Stern, o que torna o potencial zeta apenas um pouco
menor que o potencial de Stern.
O potencial zeta é um parâmetro fundamental na estabilidade de sistemas
coloidais. Quando duas partículas carregadas eletricamente se aproximam, elas
tendem a se repelir, devido à superposição de seus campos elétricos. A
determinação do potencial zeta permite quantificar a força de repulsão entre as
partículas, sendo esta tanto mais intensa quanto maior for o valor absoluto do
potencial zeta.
Fig. 5.5.3 - Modelo da dupla
camada elétrica (BARBA, 1997).
64
O valor do potencial zeta varia com a natureza e concentração dos contra-
íons, fato que se deve à espessura da dupla camada modificada por estes dois
fatores, o que pode ser visto na figura 5.5.4 onde foi mantida constante a distância
entre o plano de cisalhamento e a superfície da partícula.
Assim, em baixas concentrações, os íons alcalinos e o íon amônio (Li
+
, Na
+
,
K
+
, Rb
+
, Cs
+
e NH
4
+
) proporcionam um alto potencial zeta devido ao fato que a
espessura da dupla camada é grande (fig 5.5.4, curva 1), ao contrário o íon H
+
,
devido a sua capacidade de modificar o potencial de Nerst, e os íons divalentes e
polivalentes (Ca
2+
, Mg
2+
, Ba
2+
, Sr
2+
, La
3+
e Th
3+
), devido a sua maior carga elétrica e
menor tamanho, reduzem a espessura, proporcionando um potencial baixo (fig.5.5.4,
curva 2).
Para grandes concentrações de qualquer íon há uma redução do potencial
zeta, pois com o aumento da concentração dos contra-íons, a espessura da dupla
camada se reduz, diminuindo portanto o potencial.
Fig. 5.5.4 - Variação do potencial zeta com a
espessura da dupla camada (BARBA, 1997).
O potencial zeta de um sistema coloidal pode ser determinado a partir da
medida da velocidade com que se movem as partículas, quando se aplica ao
sistema uma diferença de potencial conhecida. A equação de Helmholtz-
Smoluchowski utilizada é a seguinte:
65
ψ
ζ
= η . u . (E . ε
0
. ε) (5.1.1)
onde η é a viscosidade do líquido, u a velocidade de migração, E a intensidade do
campo eletrostático, ε
0
é a permissividade no espaço livre e ε é a permissividade no
líquido.
Em geral os valores do potencial zeta se encontram entre -60 mV e +60 mV.
Para a maior parte dos colóides o limite entre a floculação e a defloculação se situa
entre ±30 mV.
5.5.4 - A Interação entre as Partículas Coloidais
De acordo com Rolfe (2004), estudos sobre a interação entre partículas
(planas ou esféricas) em função do potencial zeta, da natureza do sólido e dos
líquidos, e dos íons presentes, podem ser resumidas pela teoria DLVO (Derjaguin,
Landau, Verwey and Overbeck theory) da estabilidade coloidal, e tem como valor
qualitativo mostrar os efeitos dos contra-íons nos sistemas coloidais.
Esta teoria sugere que a estabilidade das partículas na solução é dependente
de uma energia potencial total E
T
, assim, a interação entre as partículas pode ser
representada pela seguinte equação:
E
T
= E
A
+ E
R
(5.5.2)
Onde: E
T
é a energia total de interação, E
A
é a energia de atração e E
R
é a energia
de repulsão.
A energia de atração se deve às forças de van der Waals e depende da
natureza do meio de suspensão, das massas das partículas e da distância de
separação entre elas, estas interações são de curto alcance e são efetivas apenas
em distâncias da ordem do tamanho da partícula.
A energia de repulsão se deve à interação das duplas camadas elétricas,
como conseqüência depende diretamente do potencial zeta, que é função da
distância entre as partículas.
Esta teoria propõe que uma barreira energética resultante das forças
repulsivas impede que duas partículas se aproximem e se unam. Mas se as
66
partículas colidirem com uma energia suficiente para ultrapassar esta barreira, a
força atrativa irá colocá-las em contato e elas irão se unir fortemente e de forma
irreversível. Entretanto se as partículas tem uma forte repulsão, a dispersão irá
resistir à floculação e o sistema coloidal será estável. Se o mecanismo de repulsão
não existir então a floculação ou coagulação eventualmente ocorrerá.
Barba et al. (1997) comentam que, para um sistema ser estável é
fundamental a existência de uma barreira energética que evite a aglomeração das
partículas. Cada sistema coloidal apresenta um valor de potencial zeta crítico, no
qual a energia repulsiva supera a atrativa, em um dado intervalo de distância de
separação, produzindo uma barreira energética contra a floculação. Para prevenir a
aglomeração, esta barreira deve ser superior à energia cinética das partículas devido
ao seu movimento browniano. Este movimento, que as partículas coloidais adquirem
por colisão com as moléculas do meio dispersante, depende da temperatura e das
dimensões das partículas, mostrando um movimento apreciável aquelas partículas
de tamanho inferior a 1μm. Assim, mesmo em processos de misturas que produzem
uma elevada energia cinética, deve-se aumentar a barreira de repulsão ou empregar
outros mecanismos de estabilização com o objetivo de retardar a aglomeração.
Num diagrama DLVO se distingue dois mínimos, um primário e um
secundário, assim como a barreira energética. O mínimo primário apresenta-se nas
distâncias próximas às dimensões moleculares, enquanto que o mínimo secundário
situa-se a distâncias da ordem do tamanho da partícula (BARBA, 1997).
Em certas situações (exp. altas concentrações de sais), existe a possibilidade
de no “mínimo secundário” ocorrer várias adesões mais fracas e potencialmente
reversíveis entre as partículas. Estes flocos fracos são suficientemente estáveis para
resistirem ao movimento browniano, mas podem dissociar sob forças aplicadas
externamente por uma intensa agitação (ROLFE, 2004).
67
Fig. 5.5.5 - Energia potencial de interação entre duas
partículas com dupla camada elétrica (BARBA, 1997).
Barba et al. (1997) mostram que o potencial zeta depende fundamentalmente
da carga superficial das partículas e da concentração dos contra-íons.
Quando se aumenta a concentração dos contra-íons, o potencial zeta diminui
e conseqüentemente a energia de repulsão, reduzindo a barreira energética contra a
floculação, figura 5.5.6. Por outro lado, a natureza dos contra-íons também tem um
efeito, pode-se verificar que os íons de Ca
2+
, de menor tamanho e de maior carga
que os de Na
+
reduzem a barreira energética contra a floculação, figura 5.5.7.
Fig. 5.5.6 - Efeito da concentração dos
contra-íons sobre a energia de interação
(BARBA, 1997).
Fig. 5.5.7 - Efeito da natureza dos contra-íons
sobre a energia de interação (BARBA, 1997).
68
Finalmente, as forças de repulsão podem ter natureza estérica. Esta repulsão
se deve à adsorção sobre a superfície das partículas de compostos de elevado
volume que impedem a aproximação entre as partículas. Em geral, esta repulsão é
proporcional à espessura da camada adsorvida e à natureza química e
concentração das moléculas adsorvidas.
Fig. 5.5.8 - Repulsão estérica
(BARBA, 1997).
5.5.5 - Defloculação
Conforme Barba et al. (1997), para manter a estabilidade de um sistema
coloidal, as forças repulsivas precisam dominar, e isto pode ser conseguido por dois
mecanismos fundamentais:
• Eletrostático ou estabilização de cargas - este efeito na interação das
partículas é devido à distribuição de espécies carregadas no sistema.
• Repulsão estérica - envolve polímeros adicionados a um sistema que são
adsorvidos nas superfícies das partículas prevenindo a aproximação das
superfícies das partículas até o contato.
Existem modos diferentes de promover o mecanismo eletrostático, um deles
consiste em aumentar a repulsão mediante a modificação da carga superficial
existente nas partículas, através da mudança do pH do meio. Como as arestas dos
cristais possuem um caráter anfótero, em pH básico, as arestas ficam com cargas
negativas e ocorre repulsão, ver figura 5.5.1.
69
Outro mecanismo consiste em modificar o potencial zeta mediante a
introdução de cátions que, em forma solvatadas sejam grandes e pouco carregados.
Estes cátions proporcionam um potencial zeta elevado, devido a sua limitada
capacidade para reduzir o potencial elétrico nas proximidades das partículas.
Hofmeister montou uma seqüência destes cátions em ordem crescente em função
de sua capacidade de defloculação:
H
+
< Al
3+
< Ba
2+
< Ca
2+
< Mg
2+
< NH
4
+
< K
+
< Na
+
< Li
+
Entretanto, os cátions floculantes, devido à sua carga, são adsorvidos pelas
partículas com maior força que os íons defloculantes, e sua posterior remoção é
difícil, a menos que se coloque um excesso do cátion defloculante ou se elimine da
solução o cátion floculante. A adição de um eletrólito em excesso não é um método
prático, pois reduz o potencial zeta, originando o fenômeno de hiperdefloculação ou
sobredefloculação. Portanto prefere-se eliminar os cátions floculantes por
precipitação ou por sua introdução em um complexo.
A introdução de compostos de elevado volume e que possam ser adsorvidos
pela superfície das partículas podem proporcionar uma forte repulsão do tipo
estérica. Normalmente estes compostos têm caráter iônico e modificam a carga
superficial da partícula e como conseqüência a repulsão eletrostática.
Este fato se deve à formação de grandes ânions coloidais que se adsorvem
sobre a partícula e limitam a entrada de cátions na dupla camada. Algumas argilas
que contém matéria orgânica mostram este efeito quando são defloculadas com
carbonato de sódio. Nesta situação, o defloculante pode reagir com o material
orgânico para dar um ânion orgânico complexo que atua como colóide protetor.
Quando há ânions em excesso na suspensão, estes também podem ser
adsorvidos sobre as partículas argilosas, aumentando sua carga negativa. Isto se
verifica apenas para alguns tipos de ânions de carga elevada. Assim, ao adicionar
alguns ácidos na suspensão, como ácido oxálico ou fosfórico, não se produz a
floculação, já que os sais alcalinos destes ácidos são defloculantes enérgicos.
Os defloculantes habitualmente utilizados na indústria cerâmica são
eletrólitos, em que tanto o cátion como o ânion contribuem para a estabilidade
coloidal das partículas. Estes defloculantes são sempre sais de sódio (ou amônia em
certos casos), cujo contra-íon proporciona um elevado potencial zeta.
70
Normalmente se usa uma combinação de defloculantes com mecanismos
diferentes.
Tabela 5.5.1 - Ação de diferentes defloculantes
(BARBA, 1997).
Eletrostático
Adição de
cátions
defloculantes
Eliminação
de cátions
floculantes
Modificação
da carga
superficial
Estérico
Silicato de sódio
g g g g
Carbonato de sódio
g g g
Fosfatos
g g g g
Poliacrilatos
g
g g
Huminatos
g
g g
Um dos defloculantes que já foi muito usado é o carbonato de sódio, este
eletrólito atua modificando a carga superficial das partículas, introduzindo íons
defloculantes (Na
+
), e reage com os íons de Ca
2+
existentes na suspensão,
precipitando-os na forma de CaCO
3
, o que facilita a substituição por Na
+
na
superfície da partícula. O carbonato de sódio não é um defloculante muito enérgico,
normalmente se utiliza junto com o silicato de sódio.
O silicato de sódio (Na
2
O.nSiO
2
) é um defloculante mais enérgico, pois
introduz o Na
+
, precipita os íons de Ca
2+
na forma de silicato de cálcio e aumenta o
pH, além de formar um colóide protetor que impede que as partículas se aproximem.
Na presença de elevadas concentrações de cálcio, forma-se um gel de silicato de
cálcio que pode interferir na reação, reduzindo sua efetividade.
Existe uma ampla variedade de relações molares Na
2
O:SiO
2
(desde 1:1,5 até
1:4), em geral quanto maior é a proporção de SiO
2
maior é a capacidade
defloculante.
O silicato de sódio pode causar a floculação quando a argila está
contaminada com gesso (sulfato de cálcio) devido a dupla decomposição que tem
lugar entre o eletrólito e o sal, com a formação de silicato de cálcio insolúvel e sulfato
de sódio muito solúvel. Como resultado desta reação, os íons sulfatos livres podem
substituir os íons hidroxila na dupla camada, reduzindo o potencial zeta, o que
origina a floculação da suspensão. Este fato pode ser evitado com a adição de uma
pequena quantidade de hidróxido de bário, que forma sulfato de bário insolúvel
(RAVAGLIOLI, 1989).
71
Os polifosfatos são amplamente utilizados devido ao seu rendimento, através
de diferentes mecanismos:
• capacidade para complexar o cálcio e eliminá-lo da solução.
• quimiadsorção superficial sobre as partículas, provocando um aumento da
carga negativa e impedindo a aproximação das partículas mediante um
mecanismo estérico.
• aumentando o pH da suspensão.
Os polifosfatos mais utilizados são o tripolifosfato de sódio (Na
5
P
3
O
10
) e o
hexametafosfato de sódio (Na
3
P
6
O
18
). O tripolifosfato proporciona um pH básico ao
meio e possui um grande poder complexante. O hexametafosfato proporciona um pH
ligeiramente básico e devido a sua estrutura de cadeia longa, uma maior repulsão
estérica.
Do mesmo modo que ocorre com o carbonato de sódio, os fosfatos
potencializam a ação do silicato de sódio quando são usados conjuntamente, devido
à eliminação do cálcio. Estes compostos se hidrolisam com o tempo, rompendo-se
em moléculas menores, este fenômeno se acelera com a temperatura. Este
comportamento obriga a preparar as dissoluções no momento em que vão ser
utilizadas. Os polifosfatos de cadeia curta são mais estáveis que os de cadeia longa.
Por último estão os poliacrilatos, que são sais de sódio ou amônia do ácido
acrílico (CH
2
=CHOOH) que forma polímeros poliacrilato de sódio e poliacrilato de
amônia (PA-Na e PA-NH
4
). Seu mecanismo de ação é por aumento do pH da
suspensão, introdução de cátions e ânions defloculantes (Na
+
ou NH
4
+
e PA
-
) e
efeito estérico. Estes polímeros são muito estáveis com o tempo e a temperatura,
não sendo muito afetados pela presença de eletrólitos, suas propriedades
dependem de seu peso molecular.
72
6 - METODOLOGIA
6.1 - Etapas de Campo
Foram feitas várias visitas às jazidas de argila do Pólo Cerâmico de Santa
Gertrudes tendo como referência um mapa de localização apresentado por
Christofoletti (2003), e foram levadas em consideração as características descritas
em termos mineralógicos e químicos apresentadas para cada jazida.
Após percorrer todas as jazidas foram selecionadas inicialmente duas: mina
Cruzeiro e a jazida Morro Alto (Rocha).
A mina Cruzeiro situada na cidade de Limeira, que teve o início de sua
exploração baseada na extração de calcário dolomítico, atualmente tem grande
importância no abastecimento de argilas para as indústrias cerâmicas da região que
a utilizam no processo de preparação de massa via seca e tinha também como
destino duas fábricas situadas no Estado do Espiríto Santo. Em uma delas a argila
entra como parte da formulação da massa produzida por via úmida para fabricação
de revestimentos cerâmicos; esta descoberta proporcionou grande entusiasmo para
escolha desta mina.
Outras características importantes que levaram à escolha desta mina foram: a
exposição contínua, na frente de lavra, do perfil que se estende da base da
Formação Iratí até a porção intermediária da Formação Corumbataí (mais de 60
metros de espessura, dos quais cerca de 45 metros referem-se à Formação
73
Corumbataí), em função da explotação para corretivo de solos (Formação Irati) e uso
cerâmico (Formação Corumbataí); por ser uma lavra organizada com bancadas bem
determinadas e ter sido objeto de pesquisa de outros integrantes do Grupo de
Pesquisa “Qualidade em Cerâmica” do DPM/IGCE/UNESP - Rio Claro, que
levantaram a coluna estratigráfica e realizaram estudos de caracterização
mineralógica, petrográfica e tecnológica voltada para a via seca.
A jazida Morro Alto encontra-se situada no município de Araras e foi
parcialmente explorada, deixando o perfil aberto. Em relação à distribuição espacial
das jazidas do Pólo e aspectos mineralógicos/petrográficos, ela está localizada num
ponto bem distante da mina Cruzeiro, buscando desta forma tornar ampla a área de
estudo tanto na horizontal como na vertical. Esta jazida também encontra-se próxima
à mina Paganotti, que é correlacionável, quanto ao posicionamento estratigráfico, à
mina Cruzeiro, portanto explota estratos justapostos ao que aflora na base da jazida
Morro Alto. Geograficamente a mina Paganotti situa-se na base da mesma encosta
que contém a jazida Morro Alto, o que indica que esta região pode se tornar uma
grande área de exploração de argila para uso na indústria cerâmica. Com o avanço
das explotações nas duas cavas poderá expor, em um mesmo local e de forma
contínua, cerca de 100 metros da coluna estratigráfica da Formação Corumbataí,
considerando a topografia e o posicionamento horizontal dos estratos.
Analisando-se a distribuição destas minas e jazidas no Mapa de Localização,
surgiu a idéia de incluir mais uma mina, sendo escolhida a mina Partezani localizada
no município de Rio Claro, a qual está próxima a uma grande concentração de
minas, como a do Coxo, Pieroni, Parallupe, Almeida, Estrela D’Alva, apesar desta
região possuir características de alteração acentuada nas argilas das bancadas
superiores. A mina Partezani pela sua grande extensão territorial, permitia diversas
opções de escolha para a realização deste trabalho. Esta mina está
estrategicamente distante das outras áreas escolhidas, fazendo valer o princípio de
se ter uma ampla área de estudo, supondo que estas argilas possam ter
características diferentes em termos de comportamento cerâmico, fato que já é
reconhecido pelas cerâmicas da região e pelos estudos já desenvolvidos sobre a
Formação Corumbataí. Esta, a exemplo da mina Cruzeiro, está posicionada na base
da coluna estratigráfica da Formação Corumbataí
74
A localização das áreas de amostragem foram obtidas por meio de aparelho
GPS e georreferenciadas, as informações encontram-se no ítem 4 - Localização da
Área de Estudo.
6.1.1 - Coleta de Amostras
A coleta das amostras foi feita com perfuratriz de acionamento pneumático, e
o material foi cuidadosamente recolhido e armazenado em sacos plásticos e
identificados. Na identificação das amostras foram registradas as seguintes
informações: o nome da amostra, fazendo referência à jazida e bancada, a data da
coleta, a profundidade do furo e o posicionamento dado pelo GPS. Foi dada atenção
à quantidade coletada para que não faltasse material durante a etapa de laboratório,
foi determinada uma quantidade mínima de 30 kg por amostra.
6.2 - Preparação das Amostras
6.2.1 - Quarteamento
Princípios do Método
Separação das amostras em quantidades menores através do quarteamento
das amostras coletadas para garantir a representatividade das alíquotas nos ensaios
de laboratório.
Equipamentos
- Quarteador do tipo Jones.
- Bandejas de alumínio.
- Concha metálica de 1 litro.
- Sacos plásticos.
- Etiquetas.
75
Amostra
O fato da amostra ter sido coletada com perfuratriz, determinou um tamanho
de fragmentos inferior a 8 mm, tamanho este muito inferior à abertura de 20 mm das
aletas do quarteador. Torna-se necessário uma secagem prévia do material coletado
para que não haja aderência da amostra nas paredes do quarteador. Dependendo
da granulometria do material amostrado pode ser necessária uma britagem prévia ao
procedimento de quarteamento.
Procedimento
O material seco é despejado dentro do quarteador com o auxílio da concha
metálica com movimentos suaves de tal forma que o material seja distribuído
uniformemente para todas as aletas do quarteador. O material ao passar pelo
quarteador é distribuído em duas frações iguais e recolhidos pelas bandejas de
alumínio, toma-se uma das bandejas e repete-se o procedimento até se chegar à
quantidade de material necessária para os ensaios de laboratório. Foram separadas
amostras nas quantidades de 3 kg, que foram armazenadas em sacos plásticos e
identificadas.
6.2.2 - Preparação das Amostras por Moagem a Seco em Moinho de Martelos
Princípios do Método
O método de moagem a seco em moinho de martelos, permite uma primeira
redução no tamanho de partículas da amostra e promove uma melhor
homogeneização do material.
Equipamentos
- Estufa de secagem (± 5 °C) ou equipamento similar.
- Britador de mandíbulas ou equipamento similar.
- Moinho de martelos ou equipamento similar.
- Peneira de malha #35 ASTM (abertura de 0,5 mm).
- Sacos plásticos.
- Etiquetas.
76
Amostra
A amostra deve se encontrar suficientemente seca para o seu
processamento. Se a amostra for submetida somente à trituração, a umidade não
deve ser superior a 10% (% em peso sobre base seca), dependendo do material a
ensaiar. Caso contrário a argila se adere às paredes do equipamento, dificultando a
realização desta operação. Assim, quando está muito úmida, deve ser realizada uma
secagem prévia a uma temperatura não superior a 110 °C. O período de tempo que
deve permanecer o material no secador dependerá de sua umidade inicial e sua
capacidade de perdê-la, assim como da quantidade. Geralmente o período de
secagem será inferior a 1 hora. Se a amostra for submetida a uma moagem via seca
para a obtenção de uma granulometria mais fina, esta deverá estar completamente
seca. Neste caso, o período de secagem será em geral de 24 horas, para
quantidades até 3 kg.
Procedimento
Uma trituração prévia poderá ser necessária antes da moagem, se o material
tiver um tamanho superior a 2cm, num triturador de mandíbulas ou num
equipamento similar. Previamente à trituração, devem ser limpos perfeitamente os
dentes do triturador e a caixa de recolhimento da amostra para evitar possível
contaminação. Pode ser realizada uma limpeza adicional, passando uma pequena
quantidade da amostra. Se não dispor de um equipamento de trituração, esta
operação poderá ser realizada com um martelo ou um moinho de martelos
devidamente adaptado.
Após a trituração, a moagem via seca será realizada em um moinho de
martelos. A peneira de saída do moinho dependerá do tamanho que se queira obter,
foi escolhida para a preparação da amostra uma peneira de abertura de 2 mm, de
modo que o material obtido tenha um tamanho de partículas passante em peneira de
laboratório de #35 ASTM (0,5 mm).
A limpeza do moinho tem grande importância, que deverá ser feita depois do
término da moagem, com a ajuda de uma faca ou outro objeto cortante, um pano e
ar comprimido.
Previamente à moagem, também poderá ser realizada uma limpeza adicional,
passando uma pequena quantidade do material a ser moído.
77
6.2.3 - Preparação das Amostras por Moagem a Seco em Moinho de Bolas
Planetário
Princípios do Método
A moagem a seco em moinhos de bolas planetário teve como objetivo a
redução de tamanho de partículas das amostras para sua posterior utilização no
ensaio de determinação da curva de defloculação. Este método foi aplicado por
permitir um maior controle da distribuição granulométrica no processo de moagem,
por não haver a necessidade do uso de defloculantes para se fazer a descarga do
moinho e também para evitar a influência de íons presentes nas argilas e sujeitos à
solubilização, fazendo com que o resultado obtido evidencie a atuação dos
argilominerais nas medidas de viscosidade. Foi escolhido um resíduo de 1-2% na
malha 80 ASTM (0,177 mm de abertura) para se controlar o tempo de moagem. Este
valor de resíduo está relacionado com a abertura das malhas das peneiras utilizadas
industrialmente no processo de preparação de massa via úmida (AMORÓS, 1994) e
também para evitar problemas de defloculação que são ocasionados por uma
moagem excessiva (RAVAGLIOLI, 1989).
Equipamentos
- Estufa de secagem (± 5° C) ou equipamento similar.
- Moinho de bolas planetário de laboratório.
- Jarras de 1000 ml.
- Bolas de alumina de 13-20 mm de diâmetro.
- Cronômetro (± 1 s).
- Peneiras #80 e #200 ASTM (respectivamente 0.177 mm e 0.074 mm de
abertura).
- Pincel e espátula.
- Recipiente para pó peneirado.
- Sacos plásticos.
- Etiquetas.
Amostra
A amostra deve ter sido previamente moída conforme o procedimento 6.2.2
(Preparação das Amostras por Moagem a Seco em Moinho de Martelos). Antes de
ser realizada a moagem no moinho de bolas planetário a amostra deve ser
completamente seca, deixando-a em estufa por um período de 24h a uma
78
temperatura não superior a 110°C, para que não ocorra a aderência da argila no
recipiente nem nas bolas de moagem.
Procedimento
Para a preparação das amostras por este método são necessárias 500g de
argila completamente seca para cada moagem, tomando-se cuidado de verificar a
quantidade total de amostra que deve ser preparada, em função da quantidade de
curvas de defloculação que se deseja obter através da variação do conteúdo de
sólidos.
O fabricante recomenda a calibração da carga de bolas de alumina, da
seguinte forma:
1- Medir o volume interno do moinho a ser calibrado
2- Utilizar a seguinte proporção para a divisão da carga de esferas
considerando 60% do volume medido em peso de esferas: 40% de esferas de 20mm
de diâmetro, 30% de esferas de 16mm de diâmetro e 30% de esferas de 13mm de
diâmetro.
Controlar o tempo de moagem com o cronômetro até que se atinja um resíduo
de 1 a 2% na #80, e X% na #200. O resíduo em porcentagem é calculado através da
amostragem de uma alíquota de 100g de material que é peneirado na malha 80 e
200 ASTM e calculada a porcentagem retida em cada malha para cada 100g.
m
r
R =
_________
x 100
m
a
R = resíduo (%)
m
r
= massa do resíduo (g)
m
a
= massa da alíquota (g)
A amostra moída deve ser recolhida com auxílio do pincel e da espátula e ser
guardada em sacos plásticos e os valores obtidos de resíduo e o tempo de moagem
devem ser registrados.
79
6.2.4 - Preparação das Amostras por Moagem a Úmido
Princípios do Método
A moagem a úmido em moinho de bolas planetário de laboratório tem como
objetivo a redução do tamanho de partículas para sua posterior utilização na
realização do ensaio de determinação das curvas reológicas. Ao contrário da
preparação a seco, a moagem a úmido irá representar melhor o processo de
moagem industrial de forma a realçar os aspectos de liberação de íons que estejam
presentes nas argilas além do comportamento dos argilominerais, através das
medidas reológicas. Neste tipo de moagem nota-se uma dificuldade maior de se
controlar a distribuição do tamanho de partículas em função do tempo de moagem,
pois deve ocorrer um tempo de moagem para que o sólido forme uma suspensão e
este tempo acaba ocasionando uma distribuição do tamanho de partículas menor do
que pelo método de preparação a seco, desta forma foi utilizada uma peneira de
#200 (abertura de 0,074 mm) para se controlar o resíduo. Para a realização desta
moagem a úmido foram utilizadas as informações da quantidade de defloculante
mínima a partir das curvas de defloculação obtidas com o material moído a seco.
Equipamentos
- Estufa de secagem (± 5 °C) ou equipamento similar.
- Moinho de bolas planetário de laboratório.
- Jarras de 1000 ml.
- Bolas de alumina de 13-20 mm de diâmetro.
- Cronômetro (± 1 s).
- Peneiras #200 ASTM (0.074 mm de abertura).
- Picnômetro.
- Recipiente para barbotina com tampa.
- Balança digital.
- Proveta de vidro de 100 ml.
- Becker de vidro de 50 ml.
Amostra
A amostra deverá ser moída previamente conforme o procedimento 6.2.2
(Preparação das Amostras por Moagem a Seco em Moinho de Martelos). Embora a
amostra seja moída via úmida é preferível fazer uma secagem prévia e determinar o
80
teor de umidade, para que possa ser calculado corretamente a quantidade de água
a ser adicionada para a obtenção de uma barbotina com densidade de 1,65 g/ml.
Procedimento
Para a preparação das amostras por este método são necessárias 350g de
argila seca, água deionizada e defloculante.
Recomenda-se a calibração da carga de bolas de alumina, como no
procedimento descrito no item 6.2.3.
O tempo de moagem foi determinado para cada amostra em função do
resíduo obtido em #200 ASTM. Testes prévios indicaram ser impossível a utilização
da #80 ASTM devido ao fato de não gerar resíduo na mesma ou gerar uma
quantidade muito pequena.
O resíduo pode ser determinado através da coleta de uma alíquota da
barbotina numa quantidade aproximada de 50g a qual foi peneirada em #200 ASTM,
este resíduo úmido é coletado com auxílio de espátula e limpeza desta com piceta
contendo água e a seguir colocado em estufa.
O resíduo pode ser calculado pela seguinte fórmula:
m
rs
x m
sus
R(%) =
______________
x 100
m
al
x m
s
onde:
m
rs
= massa do resíduo seco
m
sus
= massa da suspensão
m
al
= massa da alíquota úmida
m
s
= massa de sólido seco
A quantidade de água deionizada a ser introduzida será determinada em
função do tipo de material, e da densidade que se deseja obter; neste trabalho foi
escolhida a densidade de 1,65 g/ml. O conteúdo de sólidos deve ser mantido
constante para as diferentes amostras para que possa ser feita uma comparação
dos resultados.
O conteúdo de sólidos foi calculado baseado na seguinte tabela de densidade
real obtidas para algumas argilas da região por picnômetro de Hélio.
81
Tab.6.2.1 - Valores de densidade real de argilas da Fm. Corumbataí.
Nº Amostra Dens.Real(g/cm
3
)
1 Argila Granusso 2,67
2 Ornato sazonada (Cruzeiro) 2,56
3 Cava Abandonada 2,34
4 Morro Alto vermelha (Rocha) 2,62
5 Argila Paganotti 2,43
6 Ornato atual (Cruzeiro) 2,68
7 Banco frente da lavra (Cruzeiro) 2,64
8 Cascalho frente da lavra (Cruzeiro) 2,60
9 Morro Alto Amarela (Rocha) 2,59
Cálculo:
Densidade da barbotina = d
barbotina
(g/cm
3
)
Densidade da argila = d
argila
(g/cm
3
)
Densidade da água = 1,00 (g/cm
3
)
C
água
= Quantidade de água (%)
C
argila
= Quantidade de argila (%)
1/d
barbotina
= C
água
/d
água
+ C
argila
/d
argila
C
água
+ C
argila
= 1
Resolvendo o sistema acima, pode-se obter a quantidade de água e sólido
para uma determinada densidade da suspensão. Pode-se fazer uma correção da
quantidade de água a ser adicionada em função da umidade da argila, desta forma é
adicionada uma quantidade de água descontando o valor da umidade inicial da
argila, que pode ser obtido em porcentagem de massa seca com a utilização de uma
balança que possua um dispositivo de aquecimento.
Com as quantidades de água, argila e defloculantes devidamente pesados e
medidos para a preparação da barbotina, são introduzidos no moinho de bolas
planetário e o tempo de moagem controlado em função do resíduo que se deseja
obter. Após a moagem são feitas as medições de resíduo em peneira #200 ASTM e
densidade aparente com o picnômetro, em seguida os dados devem ser anotados.
82
6.3 - Ensaios Reológicos
6.3.1 - Determinação das Curvas de Defloculação
Princípios do Método
O objetivo deste ensaio é determinar a curva de defloculação para amostras
de argilas. Através das curvas de defloculação é possível fazer análises que
permitam a preparação de barbotinas com diferentes concentrações de sólidos e
com diferentes tipos de defloculantes.
Equipamentos
- Viscosímetro: rotacional (±20cP), marca Brookfield, modelo LV-DV II +
- Balança (± 0,01 g)
- Estufa (± 5 ºC)
- Misturador
- Espátula
- Becker de vidro de 500 ml
- Cronômetro (± 0,1 s)
- Recipiente cilíndrico de, aproximadamente 7 cm de altura e 5 cm de
diâmetro de vidro
Amostra
As amostras são preparadas de acordo com o procedimento 6.2.3
(Preparação das Amostras por Moagem a Seco em Moinho de Bolas Planetário). A
quantidade mínima de material necessária para realizar uma curva de defloculação é
de 300g de sólido, a qual deverá estar bem seca e homogênea.
O defloculante empregado foi o silicato de sódio, Na
2
O (SiO
2
), peso molecular
194, com a seguinte especificação:
Tab. 6.3.1 - Especificações de silicato de sódio.
Ensaios Especificação Resultados
Densidade (°Bé) 52,00 - 53,00 52,6
Massa Específica (g/cm
3
) 1,560 - 1,585 1,57
Viscosidade (cP) 900 - 1400 1000
Na
2
O (%) 14,50 - 15,50 15,05
SiO
2
(%) 31,50 - 33,00 32,7
Sólidos Totais 46,00 - 48,00 47,75
Relação 2,10 - 2,20 2,17
83
Procedimento
Num recipiente cilíndrico de 500ml, coloca-se a quantidade necessária de
água deionizada e defloculante nesta ordem, em seguida colocar no misturador. O
defloculante escolhido para este trabalho foi o silicato de sódio, por ser o
defloculante mais usual industrialmente. Como ponto de partida é preparada uma
barbotina com a densidade de 1,65 g/ml, que fornecerá uma curva de referência, de
tal forma que, se a viscosidade aparente mínima for menor que 250 cP, deve-se
aumentar o conteúdo de sólido preparando-se uma nova barbotina, se a viscosidade
aparente mínima for maior que 250 cP, deve-se diminuir o conteúdo de sólidos na
próxima barbotina. Procedendo-se desta maneira, é possível obter uma sequência
de curvas de defloculação com diferentes quantidades de sólidos.
Adicionar aos poucos o sólido, um mínimo de 300g, sem parar de agitar para
este incorporar perfeitamente. Uma vez colocado todo o material, recolher o sólido
que estiver aderido no agitador e na parede do recipiente, repetir esta operação o
quanto for necessário até o término da agitação. Deixar a amostra agitando durante
30 minutos.
Após o período de agitação, realizar a primeira medida no viscosímetro
rotacional. As medições podem ser impossibilitadas de serem feitas na primeira
adição de defloculante, devido à gelificação da suspensão. As medições devem ser
feitas imediatamente após a amostra ter sido agitada em velocidades que podem
variar de 750 à 1500 RPM, de modo a se garantir um completo efeito de
desagregação. Em seguida a barbotina é colocada no recipiente de vidro de 5 cm de
diâmetro, as dimensões do recipiente provocam interferências nas medições de
viscosidade aparente, no caso deste trabalho foi definida estas dimensões do
recipiente por recomendações fornecidas por Amorós (1998) e por testes realizados
com recipientes de maior diâmetro, onde pode ser verificado a influência da
gelificação de parte da barbotina, que se encontra a uma distância na qual a
movimentação do spindle não produz nenhum efeito. Nas medições feitas no
viscosímetro rotacional, foi fixado um tempo de 30 segundos para a leitura, depois
do acionamento do motor do spindle, para que possa ser criada uma estabilidade no
gradiente de velocidade da barbotina que está em contato com o spindle. Foi
escolhida uma velocidade de rotação de 100 RPM para o spindle LV-2. O processo
de escolha do spindle depende das características reológicas da barbotina, e pode
84
ser determinado pelo método da tentativa e erro. É verificado o acerto da escolha
quando o valor do torque obtido está entre 10 e 100%, mas para se ter uma precisão
maior nas medidas é necessário que o spindle escolhido permita que as medidas
sejam realizada numa faixa de torque o mais alta possível, sendo que o limite
máximo da escala é o valor de 100%. Simultâneamente, deve ser testada a
velocidade, que também vai provocar alteração no torque, permitindo que a leitura
seja realizada ou não. Como para a determinação da curva de defloculação haverá
uma variação grande da viscosidade em função da adição do defloculante, devem
ser feitos vários testes para se determinar a melhor combinação entre o modelo do
spindle e a velocidade, nota-se que uma vez definido estes parâmetros eles não
devem ser mudados ao longo do ensaio, pois trata-se de medidas de viscosidade
aparente de comportamentos não-newtonianos.
Obtido o primeiro ponto, adiciona-se uma quantidade conhecida de
defloculante, anotando-o, sugere-se uma quantidade de 0,1% em relação à massa
seca de sólido para cada nova adição. Em seguida, agita-se a barbotina durante 5
min e volta a se medir a viscosidade. Assim, sucessivamente, até se obter a curva
de defloculação completa.
A curva de defloculação pode ser plotada tendo os valores de viscosidade
aparente em cP ou mPa.s apresentados no eixo das ordenadas e os valores da
porcentagem de defloculante no eixo das abscissas.
A porcentagem de defloculantes pode ser calculada pela seguinte equação:
m
d
CD =
______
x 100
m
s
onde:
m
d
= massa de defloculante (g)
m
s
= massa do sólido seco na barbotina (g)
85
6.3.2 - Determinação das Curvas Reológicas
Princípios do Método
O objetivo deste ensaio é fazer medições dos seguintes parâmetros
reológicos: viscosidade, tensão de cisalhamento e taxa de cisalhamento, através da
variação contínua da taxa de cisalhamento (velocidade de rotação do spindle),
inicialmente crescente e depois decrescente. Com estes parâmetros é possível a
construção de gráficos, sendo os mais comuns os que mostram a variação da
tensão de cisalhamento com a taxa de cisalhamento e outro que mostra a variação
da viscosidade com a taxa de cisalhamento. Para as medições da tensão de
cisalhamento e da taxa de cisalhamento é necessário a utilização de certos
dispositivos, que através de suas caractecterísticas geométricas permitem os
cálculos destes parâmetros, para este trabalho, foi escolhido o dispositivo de
pequenas amostras SC-4 da Brookfield.
Equipamentos
- Viscosímetro: rotacional (±20cP), marca Brookfield, mod. LV-DV II +
- Misturador
- Espátula
- Becker de vidro de 500 ml
- Cronômetro (± 0,1 s)
- Dispositivo de pequenas amostras SC-4, marca Brookfield
Amostra
As amostras são preparadas de acordo com o procedimento 6.2.4
(Preparação das Amostras por Moagem a Úmido). A quantidade mínima de material
necessária para preparar a barbotina é de 300g de sólido e a quantidade de
defloculante é aquela determinada pela curva de defloculação onde se obteve o
menor valor de viscosidade aparente. Para este trabalho foi fixada a densidade da
barbotina em 1,65 g/ml, pelo fato de que com este valor foi possível obter as curvas
de defloculação de todas as amostras estudadas. Este valor de densidade não é
nem muito baixo, que se torne distante do desejado para o processo industrial e,
nem muito alto que possa prejudicar nas medições dos parâmetros reológicos.
86
Procedimento
Após a obtenção da barbotina, a mesma é colocada no Becker de 500 ml e
submetida à agitação em velocidades que podem variar de 750 à 1500 RPM para
evitar a formação de aglomerados. Em seguida, a amostra é colocada no dispositivo
SC-4 segundo as recomendações técnicas do equipamento.
O ensaio é iniciado com o acionamento do motor na menor velocidade de
rotação permitida pelo viscosímetro, então progressivamente a velocidade é
aumentada até atingir o máximo gradiente de velocidade que o equipamento permite
ler, que vai depender do comportamento reológico de cada amostra, então a
velocidade é diminuída progressivamente até a velocidade inicial. Foi escolhido um
tempo de 10 s para se fazer a leitura dos parâmetros após cada troca de velocidade,
este tempo não pode ser muito curto para não causar erro de leitura devido ao fato
da suspensão não estar sofrendo a taxa de cisalhamento imposta pela
movimentação do spindle e não pode ser muito alto para não ocorrer a formação de
aglomerados ou gelificação da suspensão. Deve-se evitar a variação de temperatura
para que não seja um fator de interferência na comparação das medidas das
diferentes amostras. Recomenda-se realizar os ensaios em uma sala climatizada ou
com um banho térmico.
Leitura complementar sobre a operação e funcionamento do viscosímetro LV-
DV-II + pode ser conseguida no site da Brookfield Engineering Labs (2006).
6.4 - Determinação do Tempo de Escoamento. Viscosímetro de Orifício
(Copo Ford)
Princípios do Método
Realizar medidas do tempo de escoamento de suspensões argilosas, que são
freqüentemente realizadas no controle de processo. O Copo Ford é considerado um
viscosímetro quando sua utilização destina-se à determinação da viscosidade
cinemática a 25 °C de fluidos com propriedades newtonianas, de escoamento entre
20s a 100s, utilizando-se juntamente com o viscosímetro os orifícios nº 2, 3 e 4.
Como a maioria das suspensões argilosas possuem um comportamento não-
87
newtoniano, o qual se intensifica com o aumento da concentração de sólidos na
suspensão, as medidas realizadas serão tratadas apenas como tempo de
escoamento.
Equipamentos
- Viscosímetro de orifício Copo Ford n°4
- Recipiente de volume superior a 120 ml, para recolher o material
. - Cronômetro
- Misturador
Amostra
A barbotina pode ser preparada de acordo com o procedimento 6.2.4
(Preparação das Amostras por Moagem a Úmido) ou pode ser preparada pelo
método de preparo da suspensão empregado no procedimento 6.3.1 (Determinação
das Curvas de Defloculação). As suspensões devem ser agitadas e
homogeneizadas perfeitamente, mediante um misturador de laboratório, durante um
período de aproximadamente 10 minutos antes da realização das medidas.
Procedimento
Nivelar o aparelho com o auxílio de nível de bolha por intermédio dos dois
reguladores situados nos pés do aparelho, o mesmo deve estar limpo e seco.
Fechar o orifício com o dedo e preencher o copo com a amostra até o nível
mais elevado. A presença de bolhas de ar interfere no resultado.
Remover o excesso com uma placa plana de vidro ou aço inox, retirar o dedo
do orifício, acionando simultaneamente o cronômetro.
Na primeira interrupção do fluxo de escoamento, cessar o cronômetro e
anotar o tempo em segundos.
Como resultado deve-se anotar o valor obtido do tempo de escoamento do
copo (t), expresso em segundos com uma precisão de unidades, assim como a
temperatura da barbotina. Além disso, deverá ser indicado que a determinação
tenha sido realizada com um viscosímetro de orifício (Copo Ford n°4).
88
6.5 - Determinação da Densidade da Suspensão com Picnômetro
Princípios do Método
Realizar medidas de densidade aparente das suspensões argilosas. Dada
pela seguinte fórmula:
M
D
ap
=
________
V
a
onde:
D
ap
= densidade aparente (g/ml)
M = massa da amostra (g)
V
a
= volume aparente da amostra (ml)
Equipamentos
- Balança de precisão (± 0,1 g)
- Picnômetro de 100 ml
Amostra
A barbotina pode ser preparada de acordo com o procedimento 6.2.4
(Preparação das Amostras por Moagem a Úmido) ou pode ser preparada pelo
método empregado no procedimento 6.3.1 (Determinação das Curvas de
Defloculação). As suspensões devem ser agitadas e homogeneizadas
perfeitamente, mediante um misturador de laboratório, durante um período de
aproximadamente 10 minutos antes da realização das medidas.
Procedimento
Pesar o picnômetro limpo e seco e tarar a balança, em seguida adicionar a
suspensão, fechar com a tampa e efetuar a limpeza externa.
Pesar novamente o picnômetro e registrar o valor em g/ml.
89
6.6 - Determinação da Distribuição Granulométrica por Difração de Laser
Princípios do Método
Medir a distribuição granulométrica por difração a laser. Segundo Barba
(1997), há uma diferença nas medidas realizadas num equipamento que se utiliza do
princípio de sedimentção por absorção de raios X (Sedígrafo) de um que se utiliza a
difração de laser, sendo que a distribuição granulométrica obtida pelo primeiro é
mais fina que a do segundo, por conseqüência dos formatos das partículas
argilosas.
Equipamentos
- Copo de Becker 600 ml
- Pipeta
- Equipamento Mastersizer 2000, fabricante Malvern.
Amostra
A barbotina pode ser preparada de acordo com o procedimento 6.2.4
(Preparação das Amostras por Moagem a Úmido). A amostra deve ser agitada e
homogeizada previamente.
Procedimento
Foram realizadas 2 medidas: a primeira sem ultra-som e a segunda
com 30s de ultra-som, desta forma pode-se verificar a interferência causada pelo
ultra-som na desagregação do material e sua interferência na distribuição do
tamanho medido pelo laser.
São adicionadas gotas das barbotinas na solução de água previamente
calibrada pelo equipamento, no geral foram suficiente 3 gotas de cada barbotina
para obter um padrão adequado para a leitura, o que pode ser visto no gráfico
apresentado pelo software do equipamento. São feitas 3 leituras de cada amostra e
calculada uma média.
Parâmetros do equipamento:
• Pump speed: 2100 RPM
• Ultrasonic displacement: 13:50
• Ultra sonic timer: 00:30
90
7 - RESULTADOS E DISCUSSÕES
7.1. - Análise das Curvas de Defloculação
A determinação da curva de defloculação é um método muito utilizado para se
medir a quantidade mínima de defloculante, que deve ser adicionada a uma
suspensão argilosa, para se obter o menor valor de viscosidade aparente
1
,
graficamente é representada pela viscosidade aparente no eixo das ordenadas e
pela porcentagem de defloculante em relação à massa seca de sólido no eixo das
abscissas. Freqüentemente o termo viscosidade é utilizado de forma errada no lugar
de viscosidade aparente.
Outros fatores podem ser estudados quando se faz uma curva de
defloculação, como o tipo de defloculante ou combinação destes que sejam mais
eficazes e a variação da viscosidade em relação ao teor de sólidos da barbotina,
sendo que se deseja obter uma suspensão com baixa viscosidade e com o maior
teor de sólidos possível. Para este trabalho, a determinação destas curvas de
defloculação servem como parâmetros para se comparar as diferenças que existem
entre as bancadas (ou estratos) de uma jazida, assim como entre jazidas diferentes.
Em cada gráfico apresentado, das diferentes bancadas, estão presentes
várias curvas de defloculação, onde cada uma representa uma determinada
1
O termo viscosidade aparente é empregado devido ao fato da suspensão apresentar um comportamento não-
newtoniano.
91
densidade, sendo que o tipo de defloculante usado foi sempre o mesmo, o silicato
de sódio. O silicato de sódio é um defloculante muito usado industrialmente, e possui
o menor preço no mercado em relação aos demais tipos de defloculantes. Evitou-se
variar a distribuição granulométrica devido à forte influência da mesma na
viscosidade da suspensão, através da preparação da amostra por moagem via seca
em moinho de bolas planetário, ver item 6.2.3 (Preparação das Amostras por
Moagem a Seco em Moinho de Bolas Planetário).
7.1.1 - Mina Cruzeiro
Os resultados apresentados nas figuras (7.1.1.a), (7.1.1.b), (7.1.1.c), (7.1.1.d)
e (7.1.1.e) são das curvas de defloculação da mina Cruzeiro, referentes
respectivamentes, às amostras Cruz-B2, Cruz-B3, Cruz-B4, Cruz-B5 e Cruz-B6, que
representam as bancadas indicadas na figura 4.1, sendo que a amostra da base é a
Cruz-B2 e a amostra do topo a Cruz-B6.
Cruz-B3
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80
Defloculante (%)
Viscos.Aparente (cP)
D-1,80
D-1,75
D-1,70
D-1,65
Cruz-B2
0
50
100
150
200
250
300
0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60
Defloculante (%)
Viscos.Aparente (cP)
D-1,85
(a) (b)
Fig. 7.1.1 - Curvas de defloculação das amostras
da mina Cruzeiro.
92
A primeira tentativa de realização do ensaio da curva de defloculação com a
amostra Cruz-B2, foi com a densidade de 1,65 g/ml. Durante a mistura inicial da
suspensão, a mesma apresentou uma cor cinza com traços marrom escuro, e um
aspecto bem fluido, com aderência muito baixa nas bordas do recipiente. Depois de
parar a agitação, notou-se a presença de espuma e pontos de cor preta bem nítidos
na superfície que foi reconhecida como matéria orgânica. Este tipo de matéria
orgânica foi identificada nas camadas próximas à interface da Formação Corumbataí
com a Formação Irati. Também notou-se uma rápida sedimentação sob forte
agitação e mesmo prolongando-se o tempo de agitação. Em repouso nota-se as
seguintes fases separadas:
1- Película de matéria orgânica na superfície.
2- Suspensão de cor mais clara e marrom.
3- Material sedimentado de cor mais escura.
A figura 7.1.2 mostra a diferença de cores na separação da matéria orgânica.
(c) (d)
(e)
Fig. 7.1.1 - Curvas de defloculação das amostras
da mina Cruzeiro. (Continuação)
Cruz-B4
0
200
400
600
800
1000
1200
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80
Defloculante (%)
Viscos.Aparente (cP)
D-1,80
D-1,75
D-1,70
D-1,65
Cruz-B5
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80
Defloculante (%)
Viscos.Aparente (cP)
D-1,75
D-1,70
D-1,65
Cruz-B6
0
200
400
600
800
1000
1200
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80
Defloculante (%)
Viscos.Aparente (cP)
D-1,70
D-1,65
D-1,60
93
Fig. 7.1.2 - Manchas escuras devido
à matéria orgânica na suspensão.
Os mesmos resultados descritos acima ocorreram na preparação das
barbotinas com densidades de 1,65 e 1,70 g/ml com a mesma amostra.
Na figura 7.1.1.a (Cruz-B2) é mostrada apenas a curva de defloculação na
densidade de 1,85 g/ml, pois devido à rápida sedimentação do material nas
densidades mais baixas o ensaio não pôde ser realizado, esta sedimentação pode
ser explicada pela resíduo mais alto mostrado na tabela 7.4.1 no item 7.4 - Análise
da Distribuição do Tamanho de Partículas. Tal fato poderia ter sido contornado
através de uma moagem mais intensa para se obter tamanho de partículas menores,
porém o objetivo deste ensaio foi de comparar as curvas de defloculação das
diferentes amostras, portanto buscou-se manter uma distribuição granulométrica
semelhante entre elas, escolhendo um resíduo de moagem para a malha 80 ASTM
(abertura de 0,177mm) próximo a 1%, controlado pelo tempo de moagem. Esta
quantidade de resíduo foi escolhida por ser um valor no qual a probabilidade de
ocorrência de defeitos pontuais, por contaminação da matéria-prima na massa, é
mínima segundo Amorós (1994), e também pelo fato de que esta abertura
(0,177mm) é a mais usada na fase de peneiramento das barbotinas após a
moagem, pelas indústrias que utilizam da preparação de massa via úmida .
Na figura 7.1.1.b (Cruz-B3) está representada a sequência de curvas de
defloculação, iniciando-se pela densidade de 1,65 g/ml com acréscimo do teor de
sólido, passando pelas densidades de 1,70 e 1,75 g/ml até se atingir a densidade de
1,80 g/ml. Como a resposta à defloculação desta amostra foi muito boa na primeira
densidade medida, indicada pelos baixos valores de viscosidade aparente, procurou-
se aumentar progressivamente o teor de sólidos, pois nos processos industriais isto
94
significa baixar o custo do consumo energético durante o processo de secagem em
spray-dryer (atomizador).
Nota-se em todas as curvas de defloculação obtida para a amostra Cruz-B3
que a porcentagem de defloculante mínima é alcançada na primeira adição do
mesmo (exceto para d=1,80 g/ml) e conforme aumenta-se a quantidade, nota-se a
inversão da curva através do aumento da viscosidade, porém há uma boa
estabilidade da viscosidade para as densidades entre 1,65 e 1,75 g/ml com a
variação da quantidade de defloculante. Fazendo-se uma análise qualitativa, notou-
se que a película de matéria orgânica nesta amostra é muito inferior àquela
apresentada na amostra Cruz-B2, sendo que a mesma se mostrou visível apenas
nas densidades de 1,75 e 1,80 g/ml.
De uma maneira geral, a amostra Cruz-B4 (fig.7.1.1.c) apresentou um
excelente resultado, verificado pelos baixos valores de viscosidade, mesmo com o
aumento das concentrações de sólidos, exceto para a densidade de 1,80 g/ml onde
houve um grande aumento das viscosidades em relação às demais densidades
medidas para esta amostra. De forma semelhante, com as curvas da amostra Cruz-
B3, nas densidades mais baixas, a variação da viscosidade com o aumento da
quantidade de defloculante foi muito pequena, porém os valores de viscosidade
obtidos para as mesmas densidades foram maiores.
Deve-se notar que a primeira medida realizada da curva d=1,80 g/ml foi feita
com o spindle LV-3 e velocidade de 100 RPM pelo fato de ter ultrapassado o fundo
de escala para o spindle LV-2. A partir da segunda medida, voltou-se a utilizar o
spindle LV-2, porém, com uma velocidade de rotação de 50 RPM. Como se trata de
viscosidade aparente estes valores obtidos servem apenas de referência, pois
quando há mudança de velocidade ou de spindle, a escala de valores que está
sendo medida também muda; isto ocorre para fluidos que apresentam
comportamento não-newtoniano.
As curvas de defloculação da amostra Cruz-B5 (fig.7.1.1.d), apresentaram um
comportamento muito parecido com a anterior, porém os valores de viscosidade
obtidos para as respectivas densidades foram maiores, sendo que só foi possível
medir a viscosidade até a densidade d=1,75 g/ml. Nesta situação ocorreram os
mesmos problemas de medição citados anteriormente, a primeira medida foi
realizada com o spindle LV-3, na velocidade de 100 RPM, onde o material
apresentou o aspecto de pasta e um endurecimento muito rápido, enquanto que na
95
segunda medida foi utilizado o spindle padrão LV-2, com a velocidade de 100 RPM e
nas últimas medidas foi necessário diminuir as velocidades para 60 RPM e 30 RPM.
As leituras de viscosidade, realizadas nas densidades mais altas, apresentaram uma
certa dificuldade para estabilização e as suspensões apresentaram uma rápida
aderência na parede do recipiente.
A medida de viscosidade realizada na amostra Cruz-B6 (fig. 7.1.1.e), na
densidade de 1,65 g/ml, apresentou valores razoáveis de viscosidade, maiores que
os respectivos valores para as outras amostras. No início da agitação, a barbotina se
apresentou muito viscosa, e com o aumento do tempo de agitação, foi tornando-se
mais fluida, verificando-se que esta amostra apresentou a maior tendência à adesão
na parede do recipiente.
Aumentando-se a densidade para 1,70 g/ml, surgiram os problemas de
medição; neste caso, não houve a necessidade de mudança de spindle, sendo
utilizado o spindle padrão LV-2, porém a velocidade encontrada para se realizar a
medição foi de 30 RPM. Na primeira tentativa de leitura houve uma variação tão
grande do comportamento reológico que ele gelificou dentro do recipiente utilizado
para se fazer as medidas de viscosidade. Esta barbotina estava com aspecto muito
próximo de pasta e gelificava facilmente quando se retirava a agitação. Por isso, a
terceira medida realizada com esta amostra foi numa densidade menor que a
primeira, escolhendo-se a densidade de 1,60 g/ml. Neste caso a curva pode ser
medida sem dificuldades, obtendo-se valores baixos de viscosidade, iniciando com
uma viscosidade um pouco mais alta que as subseqüentes, e em seguida mantendo
quase que constante com os sucessivos aumentos da quantidade de defloculante.
De forma geral, como pode ser verificado nos gráficos da fig. 7.1.3, há um
aumento da viscosidade no sentido da base para o topo da mina, com aumento
considerável das viscosidades para as mesmas densidades, principalmente nas
densidades mais altas, fato que limitou o aumento da quantidade de sólidos que
pôde ser introduzida para a obtenção das suspensões.
Como pode ser visto nas figuras (7.1.3.a), (7.1.3.b), (7.1.3.c), que mostra a
variação das curvas de defloculação entre as diferentes bancadas nas mesmas
densidades, fica claro que o comportamento reológico piora nas camadas do topo e
esse efeito é mais expressivo na densidade mais alta.
96
Cruz-D1,65
0
50
100
150
200
250
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80
Defloculante (%)
Viscos.Aparente (cP)
B6
B5
B4
B3
Cruz-D1,70
0
200
400
600
800
1000
1200
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80
Defloculante (%)
Viscos.Aparente (cP)
B6
B5
B4
B3
(b)
(a)
Cruz-D1,75
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80
Defloculante (%)
Viscos.Aparente (cP)
B5
B4
B3
(c)
Fig. 7.1.3 - Comparação das curvas de defloculação
da mina Cruzeiro com as mesmas densidades.
7.1.2 - Jazida Morro Alto
Os resultados das curvas de defloculação da jazida Morro Alto são referentes
às amostras Ara-F5 e Ara-F1 (fig. 7.1.4.a e 7.1.4.b, respectivamente), onde a
primeira representa a base da jazida e a segunda representa a parte superior, a
partir do topo da amostra Ara-F5 .
Os procedimentos de obtenção destas curvas foram exatamente iguais aos
utilizados para as amostras da mina Cruzeiro.
97
A primeira curva medida para a amostra Ara-F5, foi na densidade de 1,65
g/ml, sendo que os valores obtidos foram bons, abaixo de 250 cP, a curva começou
com um valor de viscosidade alto e diminuiu rapidamente com o acréscimo de
defloculante, e não apresentou inversão brusca na seqüência.
Com o aumento da densidade para 1,70 g/ml, houve problema na medição,
sendo necessário reduzir a velocidade para 30 RPM, mas depois com o aumento da
quantidade de defloculante houve uma grande diminuição nos valores de
viscosidade, mantendo-se dentro de um limite baixo e estável, e da mesma forma
que a medida anterior não houve inversão da curva.
Com o aumento da densidade para 1,75 g/ml, piorou muito o comportamento
reológico. Não foi possível realizar a primeira medida, e as medidas seguintes foram
feitas numa velocidade de rotação de 30 RPM e a última medida numa velocidade
de 12 RPM. A primeira medida não pôde ser realizada pois a suspensão estava
gelificando quando parava a agitação, formando uma pasta com alta viscosidade. Se
este ponto pudesse ter sido medido, a curva teria início a uma viscosidade muito alta
em relação ao primeiro ponto apresentado no gráfico. Também pode-se notar uma
grande inversão na forma da curva com o aumento da viscosidade, diferente das
curvas com menores densidades.
Foi feito uma tentativa de preparar uma suspensão com a densidade de 1,80
g/ml, mas não pôde ser realizada nenhuma medida, pois a suspensão formou uma
pasta mesmo com grande adição de defloculantes.
A amostra Ara-F1, correspondente ao topo desta jazida, foi preparada
inicialmente numa suspensão com densidade de 1,65 g/ml, a qual apresentou
(a)
(b)
Fig. 7.1.4 - Curvas de defloculação das
amostras da jazida Morro Alto.
Ar a- F5
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80
Defloculante (%)
Viscos.Aparente (cP)
D-1,75
D-1,70
D-1,65
Ar a- F1
0
200
400
600
800
1000
1200
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00
Defloculante (%)
Viscos.Aparente (cP)
D-1,70
D-1,65
D-1,60
98
problema de medição logo no primeiro ponto, não sendo possível fazer a leitura de
viscosidade pelo fato de ter se tornado uma pasta com alta viscosidade, de cor
vermelha bem forte; porém, a partir da segunda adição de defloculante, a suspensão
passou a ter um comportamento fluido, com valores razoáveis de viscosidade, e com
os sucessivos aumentos das quantidades de defloculante, a curva de viscosidade
percorreu um caminho passando por um mínimo e, na seqüência, um aumento
suave da viscosidade.
Com o aumento da densidade para 1,70 g/ml, novamente piorou o
comportamento reológico da barbotina em relação à amostra anterior. Não foi
possível realizar medidas de viscosidade até a quantidade de 0,3% de defloculante,
sendo que a suspensão gelificava mesmo sob agitação até a quantidade de 0,2% de
defloculante; as medidas posteriores só puderam ser realizadas na velocidade de 30
RPM, até que na última medida a suspensão voltou a gelificar tornando-se uma
pasta.
A curva medida para densidade igual a 1,60 g/ml, da mesma forma que as
curvas anteriores desta amostra, não pôde ser realizada na primeira medição e a
partir da quantidade de 0,2% de defloculante a curva permaneceu estabilizada até
0,3% de defloculante quando começou a ter um aumento da viscosidade com o
acréscimo de defloculante.
Como ocorreu nas amostras da mina Cruzeiro a camada inferior apresentou
condições melhores de fluidez em relação à camada superior, como pode ser
observado através dos valores mais baixo de viscosidade, ver figuras (7.1.5.a) e
(7.1.5.b). Em ambas amostras nota-se um aumento muito grande da viscosidade,
para as densidades mais altas, este comportamento foi facilmente verificado durante
os ensaios, pois havia uma mudança nas características físicas do material,
passando de uma fase fluida para uma pasta muito viscosa.
99
Ar a- D1,65
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00
Defloculante (%)
Viscos.Aparente (cP)
7.1.3 - Mina Partezani
Os resultados das curvas de defloculação da mina Partezani são referentes
às amostras Part-B1 (fig. 7.1.6 a) e Part-B2 (fig. 7.1.6.b), sendo que a primeira
representa material da base e a segunda representa o topo da mina.
Foram utilizados os mesmos procedimentos para a obtenção das curvas de
defloculação da mina Cruzeiro e da jazida Morro Alto.
A curva de defloculação da amostra Part-B1 na densidade 1,65 g/ml, mostrou
grande facilidade de defloculação através dos baixos valores de viscosidades, o
primeiro ponto da curva apresentou a maior viscosidade, e depois, com o aumento
da quantidade de defloculante, a viscosidade abaixou e se mostrou estável. Esta
(a)
(b)
(a)
(b)
Fig. 7.1.5 - Comparação das curvas de defloculação
da jazida Morro Alto com as mesmas densidades.
Fig. 7.1.6 - Curvas de defloculação das
amostras da mina Partezani.
F1
F5
Ar a-D 1, 70
0
200
400
600
800
1000
1200
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00
Defloculante (%)
Viscos.Aparente (cP)
F1
F5
Part-B1
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80
Defloculante (%)
Viscos.Aparente (cP)
D-1,80
D-1,75
D-1,70
D-1,65
Part-B2
0
200
400
600
800
1000
1200
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20
Defloculante (%)
Viscos.Aparente (cP)
D-1,75
D-1,70
D-1,65
100
argila apresentava uma cor cinza-esverdeada quando seca e, em suspensão, teve
sua cor escurecida, o que pode estar associado à presença de matéria orgânica,
formou um pouco de micro-bolhas e apresentou uma leve precipitação de sólidos no
início. Este comportamento apresentou muita semelhança com o obtido na amostra
Cruz-B2, sendo que nesta última a matéria orgânica era bem visível na superfície da
suspensão.
A barbotina seguinte foi preparada com a densidade de 1,70 g/ml, e também
apresentou uma boa defloculação e manteve uma regularidade com o acréscimo do
teor de defloculante. Neste caso, houve uma diminuição na formação das micro-
bolhas e da decantação em relação à suspensão anterior.
A partir da densidade de 1,75 g/ml, a primeira medida de viscosidade
apresentou grande dificuldade para ser realizada, por problemas reológicos da
argila. Nesta densidade, só o primeiro ponto não pôde ser lido e a suspensão
apresentava o aspecto de pasta, então com a adição de defloculante houve uma
grande mudança no comportamento e a barbotina obteve uma regularidade nas
medidas da viscosidade com o acréscimo das quantidades de defloculante.
Este comportamento continuou na densidade de 1,80 g/ml, agora de forma
mais expressiva, pois não pôde ser medida a viscosidade nas duas adições iniciais
de defloculante, e posteriormente, com novas adições de defloculante conseguiu-se
fazer a leitura da viscosidade, porém com uma velocidade de rotação de 60 RPM.
Vale observar que durante a preparação da suspensão, a amostra aderiu facilmente
à parede do recipiente e gelificava.
Novamente foi notado um grande acréscimo nos valores de viscosidade para
a curva de maior valor de densidade em comparação com as amostras da jazida
Morro Alto.
A amostra Part-B2 com a densidade de 1,65 g/ml, teve problema de medida
de viscosidade logo no primeiro ponto da curva de defloculação e com a segunda
adição de defloculante houve uma grande mudança no comportamento da
suspensão, de tal forma que o valor da viscosidade foi relativamente abaixado, e
manteve uma estabilidade nos valores subseqüentes. A partir da adição de 0,6% de
defloculante, pode-se perceber a presença de uma película de matéria orgânica na
superfície da suspensão.
Com o aumento da densidade para 1,70 g/ml, o comportamento piorou nas
leituras iniciais, sendo possível a medida do valor da viscosidade a partir de 0,3% de
101
quantidade de defloculante. A suspensão estava gelificando na primeira adição de
defloculante, mesmo sob agitação, e na segunda adição do defloculante se desfez o
gel, mas este voltava a formar quando era suspensa a agitação. Da mesma forma
que a curva anterior, obteve-se uma viscosidade alta e em seguida uma
estabilização em valores mais baixos, voltando a subir apenas nas últimas duas
adições de defloculantes.
Na densidade de 1,75 g/ml, o efeito de gelificação foi intensificado nas
primeiras adições de defloculante, sendo possível começar as leituras de
viscosidade a partir da quantidade de 0,4% de defloculante. Antes desse teor de
defloculante, ocorria a gelificação da suspensão quando se parava a agitação. Nesta
densidade, o material apresentou boa aderência na parede do recipiente.
Foi feita uma tentativa de se medir a viscosidade na densidade de 1,80 g/ml,
porém em nenhuma quantidade de defloculante foi possível. Inicialmente, na
primeira adição de defloculante a suspensão se apresentava com o aspecto de
pasta (alta viscosidade), e com o acréscimo de defloculante, esta pasta começou a
fluir enquanto estava sob agitação, porém quando se parava ela gelificava, até que
nas últimas adições de defloculante a suspensão voltou a ficar uma pasta mesmo
sob agitação.
Da mesma forma que nas amostras das outras jazidas, os valores de
viscosidade para uma mesma densidade, foram menores na base e aumentaram
nas amostras do topo, figuras (7.1.7.a), (7.1.7.b), (7.1.7.c).
Part-D1,70
0
50
100
150
200
250
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20
Defloculante (%)
Viscos.Aparente (cP)
B2
B1
Part-D1,65
0
20
40
60
80
100
120
140
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20
Defloculante (%)
Viscos.Aparente (cP)
B2
B1
(a) (b)
Fig. 7.1.7 - Comparação das curvas de defloculação
da mina Partezani com as mesmas densidades.
102
Part-D1,75
0
200
400
600
800
1000
1200
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00
Defloculante (%)
Viscos.Aparente (cP)
B2
B1
(c)
Fig. 7.1.7 - Comparação das curvas de
defloculação da mina Partezani com as
mesmas densidades.
(
Continua
ç
ão
)
.
7.2 - Análise das Curvas de Reologia
Nos ensaios realizados para a determinação do comportamento reológico das
amostras em função da variação da taxa de cisalhamento, buscou-se manter alguns
parâmetros constantes para as amostras: o teor de sólidos da suspensão (63%), a
temperatura e a curva de distribuição granulométrica, controlada através do tempo
de moagem.
Dentre as formas de análises que podem ser feitas com os dados coletados,
as mais comuns são: a curva de tensão de cisalhamento x taxa de cisalhamento
(curva de fluxo) e a curva de viscosidade x taxa de cisalhamento (curva de
viscosidade), pois através destas curvas torna-se possível fazer uma análise
comparativa entre as amostras dos comportamentos dependentes do tempo. Como
os comportamentos dependentes do tempo variam em função da "história de
cisalhamento", vale comentar que antes das medições das amostras, todas elas
foram submetidas a altas taxas de cisalhamento para tentar romper possíveis
aglomerados que possam ter sido formados.
No Apêndice B encontram-se as curvas de fluxo (tensão de cisalhamento x
taxa de cisalhamento) e as curvas de viscosidade (viscosidade x taxa de
cisalhamento), ampliados para melhor visualização.
103
7.2.1 - Mina Cruzeiro
Para a amostra Cruz-B2, foi possível realizar uma sequência crescente de
aumento de velocidade de rotação, partindo da menor velocidade fornecida pelo
equipamento de 0,3 RPM até 60 RPM, sendo que o fator limitante do aumento da
velocidade é o máximo valor de torque que o equipamento alcança, em função do
comportamento da suspensão, este limite está relacionado com a força de atrito
entre as partículas da suspensão, e destas sobre o eixo de rotação do equipamento
(spindle).
Como pode ser verificado na curva de fluxo (fig.7.2.1.a), observa-se uma reta
com pouca curvatura, indicando um comportamento próximo do newtoniano para
valores de taxa de cisalhamento maiores que 15,8 s
-1
, e um comportamento
pseudoplástico para valores menores. Para valores maiores que 13,2 s
-1
, nota-se
uma histerese entre as curvas de subida "up curve" e de descida "down curve", a
primeira representa os pontos obtidos com o aumento crescente da velocidade de
rotação e na segunda com a diminuição. A histerese representada neste trecho
mostra o comportamento tixotrópico da suspensão, devido à característica de que os
valores de tensão de cisalhamento obtidos na curva de subida são maiores que os
valores obtidos na curva de descida. Para valores menores 13,2 s
-1
ocorre uma
inversão das curvas sendo que os valores da tensão de cisalhamento são maiores
na curva de descida.
Pode-se verificar que estes comportamentos mostrados acima se refletem na
curva de viscosidade da figura 7.2.1.b.
A partir da primeira velocidade de rotação aplicada, nota-se um aumento do
valor da viscosidade, até a taxa de cisalhamento de 1,98 s
-1
, este fenômeno ocorreu
pelo fato da amostra ter sido agitada com altas taxas de cisalhamento com um
misturador e ao iniciar o procedimento de determinação das curvas com baixas
taxas, houve tempo suficiente para haver interação entre as partículas. No trecho
entre 1,98 s
-1
e 15,8 s
-1
, nota-se um comportamento pseudoplástico, onde há
decréscimo dos valores de viscosidade com o aumento da taxa de cisalhamento. O
comportamento quase newtoniano pode ser verificado para as taxas de
cisalhamento maiores que 15,8 s
-1
onde a reta fica quase paralela ao eixo das
104
abscissas, mostrando que a viscosidade varia muito pouco com a variação da taxa
de cisalhamento.
A tixotropia deste material pode ser notada, apesar da pequena variação
entre as viscosidades na curva de subida com a curva de descida, para taxas de
cisalhamento maiores que 13,2 s
-1
, onde as viscosidades da curva de subida são
maiores que na curva de descida. Para taxas de cisalhamento menores que 13,2 s
-1
a curva sofre uma inversão, o que pode ser verificado pelo aumento nos valores de
viscosidade na curva de descida em relação à curva de subida, mostrando uma forte
atração das partículas nesta faixa de medição.
Verifica-se que o valor de viscosidade para a maior velocidade de rotação (60
RPM) foi de 44,5 cP e que o máximo valor de viscosidade obtido no ensaio foi de
220 cP (fig. 7.2.1.b).
CRUZ B2
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 1020304050607080
Taxa de Cisalhamento (1/s)
Tensão de Cisalhamento
(D/cm
2
)
CRUZ B2
0
50
100
150
200
250
0 102030405060708090
Taxa de Cisalhamento (1/s)
Viscosidade (cP)
(a) (b)
Fig. 7.2.1 - Curva de fluxo e curva de viscosidade
da amostra Cruz B2 da mina Cruzeiro.
Na amostra Cruz-B3 (fig. 7.2.2.a), conseguiu-se uma variação da velocidade
de rotação do spindle, iniciando-se com o valor de 0,3 RPM até 30,0 RPM, tendo o
comportamento reológico da suspensão como fator limitante, verifica-se que este
valor foi menor que na amostra Cruz-B2.
Na curva de fluxo da fig. 7.2.2.a, partindo do menor valor de taxa de
cisalhamento, observa-se que a curva possui uma curvatura maior no trecho de 1,98
até 7,92 s
-1
, indicando um comportamento pseudoplástico mais pronunciado, sendo
menor a partir da taxa de 7,92 s
-1
. Também a partir deste valor nota-se uma
histerese da curva, desta vez maior que da amostra Cruz-B2, novamente temos os
valores de tensão de cisalhamento na curva de subida maiores que na curva de
105
descida caracterizando o comportamento tixotrópico. Para valores de taxa de
cisalhamento menores que 7,92 s
-1
, ocorre uma inversão da curva.
Verificando o gráfico da fig. 7.2.2.b, que mostra a curva da viscosidade, nota-
se um aumento da viscosidade na curva de subida até a taxa de 2,64 s
-1
, devido à
baixa velocidade de rotação aplicada, e em seguida uma diminuição da viscosidade
com o aumento da taxa de cisalhamento, caracterizando a pseudoplasticidade da
suspensão.
Nota-se tixotropia no trecho de 7,92 até 39,6 s
-1
, onde os valores da
viscosidade da curva de subida são maiores que os valores da curva de descida. E
para os valores de taxa de cisalhamento menores que 7,92 s
-1
, ocorre a inversão da
curva. O valor de viscosidade para a maior velocidade de rotação (30 RPM) foi de
70,4 cP e o máximo valor de viscosidade obtido no ensaio foi de 519,9 cP.
Com este gráfico é possível ver que houve uma variação no comportamento
das amostras, sendo que a amostra Cruz-B3 possui características mais
pronunciadas dos comportamentos pseudoplásticos e tixotrópicos.
CRUZ B3
0
100
200
300
400
500
600
0 1020304050
Taxa de Cisalhamento (1/s)
Viscosidade (cP)
CRUZ B3
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Taxa de Cisalhamento (1/s)
Tensão de Cisalhamento
(D/cm
2
)
(a)
(b)
Fig. 7.2.2 - Curva de fluxo e curva de viscosidade
da amostra Cruz B3 da mina Cruzeiro.
Na amostra Cruz-B4, conseguiu-se uma variação da velocidade de rotação
do spindle, iniciando-se com o valor de 0,3 RPM até alcançar 30,0 RPM, tendo o
comportamento reológico da suspensão como fator limitante
Observa-se na curva da fig. 7.2.3.a, que o comportamento pseudoplástico é
maior no trecho de 1,32 a 13,2 s
-1
,
A histerese desta curva está compreendida entre as taxas de cisalhamento de
15,8 e 39,6 s
-1
, correspondendo à tixotropia desta amostra, a qual se mostra menos
106
pronunciada que na amostra Cruz-B3. Pode-se observar um trecho de estabilização
para valores menores que 15,8 s
-1
, e em seguida para valores menores que 7,92 s
-1
,
ocorre uma inversão da curva, porém, de forma não tão acentuada.
Através do gráfico da fig. 7.2.3.b, onde mostra a curva da viscosidade x taxa
de cisalhamento, verifica-se um aumento da viscosidade na curva de subida até a
taxa de 1,32 s
-1
, devido à baixa velocidade de rotação aplicada, e em seguida uma
diminuição da viscosidade com o aumento da taxa de cisalhamento, caracterizando
a pseudoplasticidade da suspensão.
Pode-se verificar a tixotropia no trecho de 15,8 até 39,6 s
-1
, onde os valores
da viscosidade da curva de subida são maiores que os valores da curva de descida.
E para os valores de taxa de cisalhamento menores que 6,60 s
-1
, verifica-se a
inversão da curva. O valor de viscosidade para a maior velocidade de rotação (30
RPM) foi de 70,5 cP e que o máximo valor de viscosidade obtido no ensaio foi de
249,9 cP.
CRUZ B4
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Taxa de Cisalhamento (1/s)
Tensão de Cisalhamento
(D/cm
2
)
CRUZ B4
0
50
100
150
200
250
300
0 1020304050
Taxa de Cisalhamento (1/s)
Viscosidade (cP)
(a) ( b)
Fig. 7.2.3 - Curva de fluxo e curva de viscosidade
da amostra Cruz B4 da mina Cruzeiro.
Na amostra Cruz-B5, conseguiu-se uma variação da velocidade de rotação
do spindle, partindo do valor de 0,3 RPM até alcançar 12,0 RPM.
Nota-se na curva da fig. 7.2.4.a, um comportamento pseudoplástico a partir
de 1,32 s
-1
.
A histerese formada pelas curvas está compreendida entre as taxas de
cisalhamento de 3,96 e 15,8 s
-1
, correspondendo a tixotropia desta amostra. Em
seguida para valores da taxa de cisalhamento menores que 3,96 s
-1
, ocorre uma
inversão da curva de forma acentuada.
107
Através do gráfico da fig. 7.2.4.b, da curva de viscosidade, verifica-se um
aumento da viscosidade na curva de subida até a taxa de 0,79 s
-1
, devido à baixa
velocidade de rotação aplicada, e em seguida um trecho de oscilação para então
ocorrer a diminuição da viscosidade com o aumento da taxa de cisalhamento,
caracterizando a pseudoplasticidade da suspensão.
Pode-se observar a tixotropia no trecho de 3,96 até 15,8 s
-1
, onde os valores
da viscosidade da curva de subida são maiores que os valores da curva de descida.
E para os valores de taxa de cisalhamento menores que 3,96 s
-1
, nota-se uma
mudança brusca, com aumento da viscosidade. O valor de viscosidade para a maior
velocidade de rotação (12 RPM) foi de 183,7 cP e que o máximo valor de
viscosidade obtido no ensaio foi de 799,8 cP.
CRUZ B5
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0 5 10 15 20
Taxa de Cisalhamento (1/s)
Viscosidade (cP)
CRUZ B5
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 5 10 15 20
Taxa de Cisalhamento (1/s)
Tensão de Cisalhamento
(D/cm
2
)
(a) (b)
Fig. 7.2.4 - Curva de fluxo e curva de viscosidade
da amostra Cruz B5 da mina Cruzeiro.
Na amostra Cruz-B6, conseguiu-se uma variação da velocidade de rotação
do spindle muito limitada, partindo do valor de 0,3 RPM até alcançar 1,5 RPM. Nesta
amostra, as forças de atração atuante foram tão grandes, que provocaram uma
diminuição muito grande na variação de velocidades deste ensaio, mostrando que
para esta condição, onde a suspensão tende a formar uma pasta, pode ser
necessário a mudança no equipamento.
Nesta amostra, como se verifica na curva de tensão de cisalhamento x taxa
de cisalhamento da fig. 7.2.5.a, o comportamento pseudoplástico é pouco definido,
mas este fato se deve à limitação da máxima taxa de cisalhamento que pôde ser
alcançada.
108
Nesta curva não há formação da histerese do comportamento tixotrópico
como pôde ser identificado até agora, nas condições em que foram feitas as
medidas desta amostra, evidenciando apenas uma forte tendência à gelificação da
barbotina.
Através do gráfico da fig. 7.2.5.b, da curva de viscosidade, há um aumento da
viscosidade na curva de subida até a taxa de 0,79 s
-1
, devido à baixa velocidade de
rotação aplicada, e em seguida uma pequena queda da viscosidade com o aumento
da taxa de cisalhamento, caracterizando a pseudoplasticidade da suspensão, que
provavelmente seria mais perceptível se pudesse ter sido feitas medições a taxas
maiores. Como a variação da viscosidade foi sempre crescente na curva de retorno,
esta curva não apresenta a histerese, apenas a forte tendência à gelificação. O valor
de viscosidade para a maior velocidade de rotação (1,50 RPM) foi de 1998 cP e o
máximo valor de viscosidade obtido no ensaio foi de 9078 cP. Desta forma, fica claro
que esta amostra teve o pior comportamento reológico em relação às amostras
desta mina, o que na prática pôde ser observado, através da gelificação da
suspensão, fato que impossibilita a obtenção de uma barbotina estável com a
densidade de 1,65 g/ml para esta amostra.
CRUZ B6
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0,00,51,01,52,02,53,
Taxa de Cisalhamento (1/s)
Tensão de Cisalhamento
(D/cm
2
)
0
CRUZ B6
000
1.000
2.000
3.000
4.000
5.000
6.000
7.000
8.000
9.000
10.000
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5
Taxa de Cisalhamento (1/s)
Viscosidade (cP)
( a )
(
b
)
Fig. 7.2.5 - Curva de fluxo e curva de viscosidade
da amostra Cruz B6 da mina Cruzeiro.
Resumidamente, os principais valores obtidos para estas curvas podem ser
vistos na tabela 7.2.1, os quais podem ser comparados com os valores obtidos
através da análise das curvas utilizando-se a lei das potências (tabela 7.2.2)
conforme equação 5.3.4.
109
Tab.7.2.1 - Comparação de parâmetros reológicos obtidos
nas curvas de fluxo e de viscosidade para amostra
Cruzeiro.
Cruz-B2 Cruz-B3 Cruz-B4 Cruz-B5 Cruz-B6
Maior
velocidade(RPM)
60 30 30 12 1,5
Viscosidade na
maior veloc.(cP)
44,5 70,4 70,5 183 1998
Viscosidade
inicial (cP)
70 120 60 239,9 889,8
Maior
viscosidade (cP)
220 519,9 249,9 799,8 9078
Tab.7.2.2 - Análise das curvas de fluxo com
modelo da lei das potências para amostra
Cruzeiro.
Cruz-B2 Cruz-B3 Cruz-B4 Cruz-B5 Cruz-B6
Consistency Index (cP)
69,8 118,7 95,4 283,2 1853
Flow Index
0,91 0,91 0,96 0,89 1,45
Confidence fit (%)
94,9 91,1 86,5 90,7 77,6
Na tabela 7.2.1, podem ser comparadas as diferenças do comportamento
reológico entre as amostras, que pioram da base para o topo, exceto para as
amostras Cruz-B3 e Cruz-B4, que mostram uma inversão.
No ítem maior velocidade, que é a máxima velocidade que o equipamento
permitiu a leitura, há uma diminuição dos valores da base para o topo, isso significa
que quanto maior a velocidade atingida, mais fluida se encontra a suspensão.
Em relação aos valores de viscosidade da tabela 7.2.1, foram escolhidos
alguns valores, que pudessem representar algumas características marcantes da
curva, pois há uma variação contínua das viscosidades com a taxa de cisalhamento.
Por este motivo, foi montada a tabela 7.2.2, para a obtenção de índices que
ajudem na comparação das curvas. Neste caso, apenas a curva de subida está
sendo considerada, e o modelamento matemático foi feito baseado na equação
5.3.4 do ítem 5.3.2.1 - Comportamentos Independentes do Tempo, da Lei das
Potências.
110
Nota-se que, o resultado da comparação das amostras da tabela 7.2.1 e os
valores do Consistency Index tabela 7.2.2, seguem as mesmas tendências.
Houve apenas uma divergência dos resultados da tabela 7.2.2 em relação à
base teórica, que foi o Flow Index da amostra Cruz-B6, que deu um valor maior que
1, devido ao fato de esta amostra gelificar rapidamente.
7.2.2 - Jazida Morro Alto
Na amostra Ara-F5, conseguiu-se uma variação da velocidade de rotação do
spindle também muito limitada, partindo do valor de 0,3 RPM até alcançar 1,0 RPM.
Observa-se que nesta amostra, as forças de atração entre as partículas da
suspensão foram muito fortes, impedindo uma leitura ampla do comportamento
reológico, pelos mesmos motivos acima mencionado para a amostra Cruz-B6.
Assim, a suspensão tende a formar uma pasta, cuja viscosidade ultrapassa o limite
do equipamento.
Nesta amostra, como pode ser visto na curva de fluxo da fig. 7.2.6.a, é mais
difícil identificar o comportamento pseudoplástico, o que mostra que esta suspensão
possui um comportamento pior que o da amostra Cruz-B6, pois apresenta uma
tedência de formação de aglomerados ainda mais rápida, devido à forte atração
elétrica.
Através do gráfico da fig. 7.2.6.b, da curva de viscosidade x taxa de
cisalhamento, verifica-se um aumento da viscosidade na curva de subida até a taxa
de 0,79 s
-1
, e em seguida uma pequena queda da viscosidade com o aumento da
taxa de cisalhamento, e novamente voltam a crescer os valores da viscosidade.
Como a variação da viscosidade foi sempre crescente, na curva de retorno não foi
possível identificar a histerese característica de comportamento tixotrópico. O valor
de viscosidade para a maior velocidade de rotação (1,00 RPM) foi de 2283 cP e o
máximo valor de viscosidade obtido no ensaio foi de 8078 cP. Esta amostra teve um
péssimo comportamento reológico, o que na prática pôde ser observado pela
gelificação da suspensão, quando é retirada a agitação.
111
ARA F5
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0
Taxa de Cisalhamento (1/s)
Tensão de Cisalhamento
(D/cm
2
)
ARA F5
000
1.000
2.000
3.000
4.000
5.000
6.000
7.000
8.000
9.000
0,00,51,01,52,02
Taxa de Cisalhamento (1/s)
Viscosidade (cP)
,5
(a) (b)
Fig. 7.2.6 - Curva de fluxo e curva de viscosidade
da amostra Ara F5 da jazida Morro Alto.
Para a amostra Ara-F1, a variação da velocidade de rotação do spindle
também foi limitada, entre os valores de 0,3 RPM e 1,0 RPM. Nesta amostra, as
forças de atração entre as partículas da suspensão foram muito fortes, impedindo
uma leitura ampla do comportamento reológico ao ponto de prejudicar a
identificação do comportamento pseudoplástico, como pode ser visto na curva de
fluxo da fig. 7.2.7.a.
Através do gráfico da fig. 7.2.7.b, da curva de viscosidade, verifica-se um
aumento da viscosidade na curva de subida até a taxa de 0,79 s
-1
, e em seguida
uma pequena queda da viscosidade e novamente um aumento dos valores da
viscosidade. Como a variação da viscosidade foi sempre crescente na curva de
retorno, não foi possível identificar a histerese. O valor de viscosidade para a maior
velocidade de rotação (1,00 RPM) foi de 2531 cP e o máximo valor de viscosidade
obtido no ensaio foi de 8118 cP. Esta amostra também teve um péssimo
comportamento reológico, como pôde ser observado pela gelificação da suspensão.
112
ARA F1
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0,00,51,01,52,02,53,0
Taxa de Cisalhamento (1/s)
Tensão de Cisalhamento
(D/cm
2
)
ARA F1
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5
Taxa de Cisalhamento (1/s)
Viscosidade (cP)
Os principais valores obtidos por estas curvas podem ser vistos na tabela
7.2.3, e podem ser comparados com os valores obtidos através da análise das
curvas, utilizando-se a Lei das Potências, os quais se encontram na tabela 7.2.4.
As mesmas considerações feitas para as amostras da mina Cruzeiro podem
ser aplicadas para estas amostras.
Neste caso, tanto a amostra Ara-F5 quanto a Ara-F1, apresentaram forte
tendência à gelificação, ocasionando valores de Flow Index maiores que 1, porém as
análises do Consistency Index, mostraram-se coerentes com as viscosidades
apresentadas na tabela 7.2.3.
Ara-F5 Ara-F1
Maior velocidade(RPM) 1 1
Viscosid. na maior velocidade (cP) 2283 2531
Viscosidade inicial (cP) 1570 1430
Maior viscosidade (cP) 8078 8118
Ara-F5 Ara-F1
Consistency Index (cP) 2359 2570
Flow Index
1,32 1,50
Confidence fit (%) 88,5 86,1
(a)
(
b
)
Fig. 7.2.7 - Curva de fluxo e curva de viscosidade
da amostra Ara F1 da jazida Morro Alto.
Tab.7.2.3 - Comparação de parâmetros reológicos obtidos nas
curvas de fluxo e de viscosidade para amostra Morro Alto.
Tab.7.2.4 - Análise das curvas de fluxo com modelo da
lei das potências para amostra Morro Alto.
113
7.2.3 - Mina Partezani
Na amostra Part-B1, conseguiu-se uma variação da velocidade de rotação do
spindle, iniciando-se com o valor de 0,3 RPM até alcançar 20,0 RPM, tendo o
comportamento reológico da suspensão como fator limitante
Pode-se verificar na curva de fluxo da fig. 7.2.8.a, que o comportamento
pseudoplástico inicia a partir da taxa de cisalhamento de 0,66 s
-1
até a maior taxa
alcançada, o que diferencia um pouco das curvas anteriores, onde no início havia
um período maior de transição.
A histerese desta curva mostra a tixotropia, compreendida no intervalo de
15,8 a 26,4 s
-1
. Pode-se observar um trecho de estabilização para valores entre que
15,8 e 7,92 s
-1
, e em seguida para valores menores que 6,60 s
-1
, ocorre uma
inversão da curva porém de forma não tão acentuada.
Através do gráfico da fig. 7.2.8.b, que mostra a curva da viscosidade, verifica-
se um aumento da viscosidade na curva de subida até a taxa de 0,66 s
-1
, devido à
baixa velocidade de rotação aplicada, e em seguida, uma diminuição da viscosidade
com o aumento da taxa de cisalhamento, caracterizando a pseudoplasticidade da
suspensão, a qual está muito bem definida.
É quase imperceptível a tixotropia desta amostra, ocorrendo uma separação
das curvas de subida e de descida para valores de taxa de cisalhamento menores
que 7,92 s
-1
. O valor de viscosidade para a maior velocidade de rotação (20 RPM) foi
de 140,1 cP e o máximo valor de viscosidade obtido no ensaio foi de 559,9 cP,
caracterizando um bom comportamento reológico.
(a)
(b)
PART B1
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 5 10 15 20 25 30
Taxa de Cisalhamento (1/s)
Tensão de Cisalhamento
(D/cm
2
)
PART B1
0
100
200
300
400
500
600
700
0 5 10 15 20 25 30
Taxa de Cisalhamento (1/s)
Viscosidade (cP)
Fig. 7.2.8 - Curva de fluxo e curva de viscosidade
da amostra Part B1 da mina Partezani.
114
Na amostra Part-B2, conseguiu-se uma variação da velocidade de rotação do
spindle, de 0,3 RPM até alcançar 6,0 RPM, ficando bem abaixo dos valores
conseguidos na amostra part-B1.
Pode-se observar na curva de fluxo da fig. 7.2.9.a, que o comportamento
pseudoplástico inicia a partir da taxa de cisalhamento de 0,79 s
-1
até 7,92 s
-1
, o que
torna a diferenciar as amostras desta mina com as outras amostras analisadas.
Não é possível identificar o comportamento tixotrópico desta amostra através
da histerese da curva, e a partir da maior taxa de cisalhamento ocorre uma inversão.
Através do gráfico da fig. 7.2.9.b, onde mostra a curva da viscosidade x taxa
de cisalhamento, verifica-se um aumento da viscosidade na curva de subida até a
taxa de 0,79 s
-1
, devido à baixa velocidade de rotação aplicada, e em seguida uma
diminuição da viscosidade com o aumento da taxa de cisalhamento, caracterizando
a pseudoplasticidade da suspensão, porém de uma maneira suave.
Não foi possível identificar a histerese, ocorrendo uma separação das curvas
de subida e de descida para valores de taxa de cisalhamento menores que 7,92 s
-1
,
onde há um aumento suave da viscosidade na curva de descida até 3,30 s
-1
; abaixo
deste valor aumentos mais expressivos, mostrando a tendência de gelificação da
suspensão. O valor de viscosidade para a maior velocidade de rotação (6 RPM) foi
de 397,4 cP e o máximo valor de viscosidade obtido no ensaio foi de 2230 cP,
mostrando uma grande diferença no comportamento reológico em relação à amostra
Part-B1, de forma negativa.
PART B2
0
5
10
15
20
25
30
35
40
02468
Taxa de Cisalhamento (1/s)
Tensão de Cisalhamento
(D/cm
2
)
10
PART B2
0
500
1000
1500
2000
2500
0123456789
Taxa de Cisalhamento (1/s)
Viscosidade (cP)
(b)
(a)
Fig. 7.2.9 - Curva de fluxo e curva de viscosidade
da amostra Part B2 da mina Partezani.
115
Os principais valores obtidos destas curvas podem ser vistos na tabela 7.2.5,
e podem ser comparados com os valores de Consistency Index do modelamento
das curvas utilizando-se a Lei das Potências, os quais se encontram na tabela 7.2.6.
Novamente há uma relação destas análises, mostrando a piora no sentido da
base para o topo das amostras, e em relação às amostras da jazida Morro Alto ,
estas amostras possuem uma tendêcia a serem mais fluidas.
Tab.7.2.5 - Comparação de parâmetros reológicos
obtidos nas curvas de fluxo e de viscosidade para
amostra Partezani.
Part-B1 Part-B2
Maior velocidade(RPM) 20 6
Viscosidade na maior
veloc.(cP)
140,1 397,4
Viscosidade inicial(cP) 279,9 619,9
Maior viscosidade (cP) 559,9 2230
Tab.7.2.6 - Análise das curvas de fluxo com
modelo da lei das potências para amostra
Partezani.
Part-B1 Part-B2
Consistency Index (cP)
318,3 660,5
Flow Index
0,77 0,81
Confidence fit (%)
92,0 91,4
116
7.3 - Análise Mineralógica por Difração de Raios X
No Apêndice C encontram-se todos os difratogramas analisados.
7.3.1 - Mina Cruzeiro
Na análise de difração de raios X da mina Cruzeiro foram encontrados os
seguintes minerais para cada uma das bancadas estudadas, de acordo com a tabela
7.3.1.
Tab. 7.3.1 - Análise mineralógica por DRX
da mina Cruzeiro. (Ver Apêndice C).
Amostra→
Mineral
Cruz-B2 Cruz-B3 Cruz-B4 Cruz-B5 Cruz-B6
Quartzo ● ● ● ● ●
Illita ● ● ● ● ●
Albita ● ● ● ● ●
Hematita ● ● ● ● ●
Dolomita ● ● ● ●
Clorita ● ● ●
Montmorill. ● ●
Calcita ● ●
Interestratif. ● ● ●
Analisando-se o difratograma da amostra Cruz-B2, verifica-se que todos os
picos estão bem definidos, inclusive do argilomineral clorita. Isto mostra que estes
minerais possuem uma boa regularidade e se mostram pouco alterados.
No difratograma da amostra Cruz-B3, o argilomineral clorita não aparece tão
definido, e para sua melhor identificação foi separada, por decantação, a fração
menor que 2μ a qual foi analisada por DRX na sua forma natural, tratada com
etileno-glicol e queimada à 500ºC, confirmando a presença da clorita, porém com
baixa cristalinidade. Neste difratograma aparece a dolomita.
Na amostra Cruz-B4 pode-se notar um pico de 10 Å (illita) bem definido, com
grande cristalinidade, em relação aos outros difratogramas, fazendo a comparação
117
na fração <2μ dos difratogramas tratados, estes mostram que o conjunto de picos
em 14Å representa picos de interestratificados regulares do tipo expansivos com
clorita. Verifica-se uma melhor definição do pico da calcita em 3Å e do pico da albita
em 3,2Å.
05-0490 (D) - Quartz, low - SiO2
CRUZ B4
CRUZ B3
L
in
(
C
o
u
n
ts
)
500
1000
1/d - Scale
0.1 0.2 0.30.3
L
in
(
C
o
u
n
ts
)
500
1000
0.1 0.2 0.30.3
d
=
9
.8
9
9
d
=
7
.
6
0
0
d
=
4
.
2
5
6
d
=
1
4
.
0
9
5
Fig. 7.3.1 - Comparação dos difratogramas
das amostras Cruz B3 e Cruz B4.
Comparando-se os difratogramas das amostras Cruz B3 e Cruz B4 na figura
7.3.1, observa-se que a amostra Cruz B3 apresenta maior quantidade de
argilominerais interestratificados irregulares acima de d=10Ǻ, que a amostra Cruz
B4. Também nota-se que na Cruz B4 há um pico mais acentuado da illita em d=10Å,
estas considerações podem indicar um maior desbalanceamento de cargas dos
argilominerais da amostra Cruz B3 em relação à amostra Cruz B4, devido ao fato de
quando em contato com a água da suspensão, liberam mais íons trocáveis, que
reduzem a carga negativa das partículas favorecendo a sua atração. Isto poderia
explicar o comportamento reológico pior da Cruz B3 e melhor da Cruz B4 mostrado
na tabela 7.2.1 e 7.2.2.
Para a amostra Cruz-B5, pode ser notada uma nova mudança dos
argilominerais no conjunto de picos em 14Å, havendo sido identificadas a
montmorillonita e interestratificados expansíveis. Nesta amostra não foi identificada
118
a presença de calcita e pode-se notar a baixa cristalinidade da illita através do pico
pouco definido.
Na última amostra desta mina, correspondente à camada do topo, nota-se a
baixa cristalinidade dos picos dos argilominerais illita e do conjunto de picos em
torno de 14Å, estes sendo identificados como montmorillonita e interestratificado
regular illita-montmorillonita. Volta a aparecer em 3Å o pico da calcita, de forma bem
definida.
Há uma variação mineralógica principal da base para o topo, na sequência,
illita, clorita, clorita expansiva e montmorillonita, onde outras fases intermediárias
podem estar presentes.
7.3.2 - Jazida Morro Alto
Na análise de difração de raios X da jazida Morro Alto foram encontrados os
seguintes resultados para cada uma das bancadas estudadas.
Tab. 7.3.2 - Análise mineralógica por DRX
da jazida Morro Alto. (Ver Apêndice C).
Amostra→
Mineral
Ara-F5 Ara-F1
Quartzo ● ●
Illita ● ●
Albita ● ●
Calcita ● ●
Dolomita ● ●
Hematita ● ●
Microclínio ● ●
Analcima ● ●
Montmorill. ●
Pelo difratograma da amostra Ara-F5, pode-se notar a baixa cristalinidade da
illita, através da irregularidade do seu pico; é possível identificar a presença do
argilomineral analcima, e o pico da calcita está bem definido.
Na amostra Ara-F1, surge o argilomineral montmorillonita com pico bem
definido sendo confirmado pela amostra glicolada, onde há um aumento de 2Å na
119
distância interplanar, o pico da illita também apresenta baixa cristalinidade, assim
como o pico da analcima, e pode-se notar um pico bem definido da calcita, sendo
maior que da amostra Ara-F5.
7.3.3 - Mina Partezani
Na análise de difração de raios X da mina Partezani foram encontrados os
seguintes resultados para cada uma das bancadas estudadas.
Tab. 7.3.3 - Análise mineralógica por DRX
da mina Partezani. (Ver Apêndice C).
Amostra→
Mineral
Part-B1 Part-B2
Quartzo ● ●
Illita ● ●
Albita ● ●
Calcita ● ●
Clorita ● ●
Hematita ●
Interestrat. ●
Na amostra Part-B1, pode-se identificar a illita e no conjunto de picos em 14Å,
na fração <2μ, os argilominerais clorita com boa cristalinidade e interestratificado
de clorita com um expansível, também pode se identificar o pico da calcita.
No difratograma da amostra Part-B2, verifica-se uma mudança dos
argilominerais em 14Å, onde há presença apenas da clorita com baixa cristalinidade.
O pico da calcita aparece de forma menos expressiva que na amostra anterior.
120
7.4 - Análise da Distribuição do Tamanho de Partículas
7.4.1 - Mina Cruzeiro
Para o ensaio de determinação das curvas de defloculação, as amostras
foram preparadas pelo método de moagem a seco em moinho de bolas planetário,
ítem 6.2.3. Os resultados desta moagem encontram-se na tabela 7.4.1, onde
verifica-se que a variação dos valores obtidos na malha 80 ficaram muito próximos
do idealizado, que seria de 1%, porém nota-se uma variação maior na malha 200,
principalmente da amostra Cruz-B2, mostrando que este material é mais resistente à
moagem que os demais, como pode ser visto pelo maior tempo de moagem, isto
pode ter interferido na curva de defloculação, ocasionado a sedimentação nas
densidades menores que 1,85g/ml.
Os resultados mostrados na tabela 7.4.2, são das amostras preparadas pelo
método de moagem a úmido, descrito no ítem 6.2.4 (Preparação das Amostras por
Moagem a Úmido), onde pode-se observar os valores de resíduo medido através do
peneiramento na malha 200 ASTM de uma alíquota de barbotina e do resíduo
acumulado até a malha 200, obtido por difração a laser; a peneira de malha 80
ASTM não foi utilizada devido à pequena quantidade (ou ausência) de material
retido. Nesta tabela se observa que os resultados obtidos também ficaram próximos
de 4%, muito menores que os resultados de moagem a seco. Este fato pode ser
explicado pelo tempo mínimo necessário que o sólido e a água necessitam para
formar a barbotina. Comparando-se os valores obtidos da peneira e a laser nota-se
que estão próximos, mostrando uma relação entre os dois tipo de ensaio. Na mesma
tabela acompanham alguns valores que foram medidos para controle, como o tempo
de escoamento em copo Ford, densidade e o pH.
121
Tab.7.4.1 - Comparação dos resíduos obtidos por moagem a
seco em moinho de bolas planetário para amostras da mina
Cruzeiro.
Cruz-B2 Cruz-B3 Cruz-B4 Cruz-B5 Cruz-B6
Resíduo #80 (%) 0,91 0,41 0,94 0,79 0,71
Resíduo #200(%) 23,44 15,00 14,50 17,20 14,62
Tempo Moagem
(min)
14 10 7 7 7
Tab.7.4.2 - Comparação de parâmetros obtidos
na moagem via úmida para amostra Cruzeiro.
Cruz-B2 Cruz-B3 Cruz-B4 Cruz-B5 Cruz-B6
Resíduo sobre
#200 em
peneiras (%)
1,74 5,29 3,1 1,32 5,07
Resíduo sobre
#200 a laser (%)
2,03 7,11 2,91 3,65 3,94
Tempo de
escoamento (s)
13:81 15:25 17:37 23:31 35:32
pH
9,46 9,5 9,7 9,34 9,31
Densidade(g/ml)
1,66 1,66 1,66 1,66 1,66
Comparando-se os gráficos de distribuição do tamanho de partículas, que
encontra-se no Apêndice D, podemos verificar que o perfil da curva volume (%)
versus tamanho de partícula (μm) não apresenta grandes desvios entre as amostras
desta mina, apenas o gráfico da amostra Cruz-B5, que mostra uma distribuição mais
estreita e concentrada em torno do valor de 35 μm.
7.4.2 - Jazida Morro Alto
Na tabela 7.4.3, são mostrados os valores de resíduo obtidos por peneira
para a moagem a seco, nota-se que os valores alcançados para a malha 80 também
ficaram próximos de 1%, para estas amostras os valores ficaram um pouco menor
que os da mina Cruzeiro, porém o tempo de moagem na média foi maior.
122
Na tabela 7.4.4 para a moagem a úmido encontram-se os valores de resíduo
medido por peneiras e por difração a laser, também mostrando grande similaridade.
Tab.7.4.3 - Comparação dos resíduos obtidos por
moagem a seco em moinho de bolas para amostras
Morro Alto.
Ara-F5 Ara-F1
Resíduo #80 (%) 0,45 0,48
Resíduo #200 (%) 9,08 9,88
Tempo Moagem (min) 12 12,5
Tab.7.4.4 - Comparação de parâmetros obtidos
na moagem via úmido para amostra Morro Alto.
Ara-F5 Ara-F1
Resíduo sobre #200 em
peneiras (%)
2,42 2,2
Resíduo sobre #200 a
laser(%)
2,51 2,62
Tempo de escoamento (s)
38:37 30:97
pH
9,69 9,64
Densidade(g/ml)
1,65 1,62
Verifica-se nos gráficos de distribuição do tamanho de partículas no Apêndice
D que as duas amostras desta jazida apresentam grande semelhança.
7.4.3 - Mina Partezani
Na tabela 7.4.5, são mostrados os valores de resíduo obtidos por peneira
para a moagem a seco, nota-se que os valores alcançados para a malha 80 também
ficaram próximos de 1%, porém os valores da malha 200 foram os mais altos das 3
jazidas e considerando o tempo de moagem também alto, verifica-se que estas
amostras foram as mais difíceis de serem moídas.
123
Na tabela 7.4.6 encontram-se os valores de resíduo medido por peneiras e
por difração a laser, para a moagem a úmido, também mostrando grande
similaridade.
Pelo gráfico de distribuição de partículas do Apêndice D, também verifica-se
uma similaridade grande dos perfis das curvas destas amostras.
Tab.7.4.5 - Comparação dos resíduos obtidos por moagem a
seco em moinho de bolas para amostras Partezani.
Part-B1 Part-B2
Resíduo #80 (%) 0,76 0,74
Resíduo #200 (%) 22,51 24,99
Tempo Moagem (min) 14 13
Tab.7.4.6 - Comparação de parâmetros obtidos
na moagem via úmido para amostra Partezani.
Part-B1 Part-B2
Resíduo sobre #200 em
peneiras (%)
3,73 4,03
Resíduo sobre #200 a
laser(%)
4,63 6,62
Tempo de escoamento (s)
19:94 28:38
pH
9,27 9,31
Densidade(g/ml)
1,66 1,66
De um modo geral, comparando-se as distribuições granulométricas obtidas
pela moagem a seco com as de moagem a úmido verificamos uma diferença que
pode ter influenciado nas viscosidades obtidas, porém comparando-se entre as
amostras obtidas pelo mesmo método de moagem, a distribuição granulométrica
não vai ter grandes influências nas medidas de viscosidades realizadas.
124
8 - CONSIDERAÇÕES FINAIS
As considerações que podem ser feitas sobre os resultados obtidos são
resumidas a seguir:
(1) Uma vantagem do método de preparação da barbotina com moagem a
seco da argila, vem do fato de se ter um maior controle da granulometria,
principalmente de material fino, que pode interferir no comportamento reológico.
(2) A preparação da barbotina com moagem a seco mostrou alguns fatos que
podem divergir de uma preparação por via úmida. Nota-se os baixos valores de
viscosidade obtidos, principalmente para as amostras que alcançaram altos teores
de sólidos (densidade de 1,75 e 1,80 g/ml); a quantidade de defloculante no ponto
de mínima viscosidade pode ser menor na via seca. Uma das causas para isto,
reside na menor superfície específica proveniente do menor conteúdo de finos, que
influenciam o valor das cargas elétricas das partículas quando interagem com água
da suspensão. Isto pode ser visto nas tabelas 7.4.1 e 7.4.2, onde o tempo de
moagem foi menor para os níveis superiores por estarem mais alterados, já nas
moídas a úmido, o tempo de escoamento foi maior.
(3) Houve uma dificuldade em determinar um ajuste de velocidade e na
escolha do tipo de spindle para a medida de viscosidade das curvas de
defloculação, devido à grande variação nos valores de viscosidade com a adição do
defloculante, requerendo algumas vezes a mudança de velocidade ou de spindle.
125
Estas mudanças ocorreram para barbotinas muito viscosas e apesar de serem
fluidos não-newtonianos, os valores de viscosidade medidos são correlacionáveis
pela ordem de grandeza.
(4) Nota-se que as barbotinas preparadas com moagem a seco, alcançaram
altas densidades sem necessariamente atingir altas viscosidades, o que pode
viabilizar um processo de preparação de massa via úmida na qual a argila possa ser
moída separadamente.
(5) Comparando-se as curvas de defloculação das diferentes amostras, para
uma mesma densidade, verifica-se em todas as áreas estudadas, que há um
aumento das viscosidades aparentes no sentido da base para o topo das jazidas.
(6) Comparando-se as curvas de defloculação das diferentes amostras nota-
se que, através do teor de sólidos, fica evidente a piora da defloculação das argilas
do topo, sendo o teor de sólido um fator limitante.
(7) A determinação das curvas de fluxo e das curvas de viscosidade mostrou
ser um método rápido e eficiente para se entender o comportamento reológico das
barbotinas, pois, através dos valores medidos, pode-se identificar o comportamento
tixotrópico e pseudoplástico, a tendência à gelificação, e ter valores mais precisos da
variação da viscosidade, uma vez que se trata de fluidos de comportamento não-
newtoniano.
(8) As curvas de reologia podem servir como uma boa ferramenta de controle
para os processos de preparação de massa via úmida, assim como, na pesquisa de
novos defloculantes.
(9) Através das propriedades reológicas medidas pode-se concluir que
determinadas amostras (Cruz-B2, Cruz-B3, Cruz-B4, Cruz-B5, Part-B1), podem ser
facilmente defloculadas com boa viscosidade (< 250 cP), para densidades de
1,65g/ml, e através das curvas de defloculação obtidas há uma confirmação destes
resultados. Acredita-se que estas amostras possam ter bom comportamento em
densidades maiores com o uso apenas do silicato de sódio.
126
(10) As amostras (Cruz-B6, Ara-F1, Ara-F5 e Part-B2), apresentaram uma
forte tendência à gelificação e obtiveram valores muito altos de viscosidade (>500
cP) para a densidade de 1,65g/ml, sendo consideradas impróprias econômicamente
para o uso de preparação de barbotinas quando puras. Seria interessante realizar
um estudo para se verificar qual a porcentagem destas camadas, que poderiam ser
utilizadas numa massa preparada pelo método da via úmida, que não fosse
prejudicar a fluidez da suspensão.
(11) Através das propriedades reológicas medidas, verifica-se da mesma
forma que nas curvas de defloculação, uma piora dessas propriedades no sentido da
base para o topo (aumento de viscosidade, aumento do comportamento tixotrópico,
tendência à rápida gelificação). Com excessão das amostras Cruz-B3 e Cruz-B4,
que obtiveram valores muito próximos, tanto na curva de fluxo, como na curva de
viscosidade, sendo que os valores da amostra Cruz-B4 foram melhores. Este
resultado poderia ter sido influenciado pela quantidade de defloculante usado na
amostra Cruz-B3. Porém, é verificado nas outras amostras, que o silicato possui
uma ampla faixa de estabilidade. Outra causa para esta excessão, vem da
possibilidade de maior alteração dos argilominerais da amostra Cruz-B3, que podem
estar com maior desbalanceamento elétrico, como foi discutido no ítem 7.3.1.
(12) As amostras Cruz-B2, Cruz-B3, Cruz-B4 e Part-B1, mostraram possuir
ótimas propriedades reológicas, com características de fluidez muito adequadas
para a preparação de massa via úmida. Mineralogicamente predominam os
argilominerais illita e clorita, os quais mostraram ser facilmente defloculados, por
possuirem uma adequada distribuição de cargas elétricas e podem ser estabilizados
com a introdução de defloculante na suspensão.
(13) As amostras Cruz-B6, Cruz-B5 e Ara-F1 apresentaram os piores
resultados nas propriedades reológicas e nas curvas de defloculação, uma vez que
as medidas de viscosidade feitas tiveram o objetivo de medir o atrito interno do
fluido, causado pela atração molécula - partícula. Nota-se nestas amostras que a
justificativa seria principalmente o desbalanceamento de cargas das illitas, das
cloritas e interestratificados expansíveis, pelo processo de alteração, inclusive
surgindo o aparecimento do argilomineral expansivo montmorillonita.
127
(14) O fato do desbalanceamento de cargas da illita, é mais claro, quando são
analisadas as amostras Ara-F5 e Part-B2, que são argilas predominantemente
illíticas, porém são argilas que se mostram muito alteradas.
(15) De maneira geral nota-se uma boa estabilidade da viscosidade em
relação ao aumento da quantidade de defloculantes para as amostras de
densidades menores.
(16) Há uma boa correlação entre a mineralogia identificada através da DRX,
com o comportamento reológico das argilas, sendo que as mais alteradas e as que
possuem argilomineral expansivo ou interestratificados, apresentam piores
comportamentos reológicos.
(17) Os métodos de moagem utilizados foram relativamente satisfatórios, em
termos de controle granulométrico, sendo que o método de moagem a úmido, que
teria maior dificuldade, apresentou uma distribuição granulométrica muito
semelhante entre as diversas amostras. Isto, pode ser verificado através das
análises de distribuição granulométrica, que constam no Apêndice D.
(18) As informações obtidas nos ensaios deste trabalho tem aplicações
imediatas para avaliação e controle do uso de argilas para a preparação de massa
via úmida, assim como, para o entendimento do comportamento reológico dos
argilominerais presentes nestas argilas.
(19) Para estudos futuros seria muito importante o entendimento da influência
do tamanho das partículas, assim como, de diferentes defloculantes, no
comportameto reológico, com o objetivo de obter barbotinas com maiores teores de
sólidos. Também seria importante investigar a influência da matéria orgânica que
está presente em alguns estratos.
128
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APÊNDICE A – Tabelas de defloculação
135
Sequência Defloculante
(g)
Defloculante
(%)
Viscosidade
(cP)
Velocidade
(RPM)
Torque
(%)
Temperatura
(ºC)
Spindle
Teste 1 : Cruz-B2-D1,65
1 0,33 0,11 0 0 0 0
Teste 2 : Cruz-B2-D1,70
1 0,3 0,10 0 0 0 0
Teste 3 : Cruz-B2-D1,75
1 0,41 0,14 0 0 0 0
Teste 4 : Cruz-B2-D1,85
1 0,35 0,12 200,66 100 66,9 22,3 LV2
2 0,35 0,23 199,16 100 66,4 22,2 LV2
3 0,31 0,34 214,45 100 71,5 22,2 LV2
4 0,35 0,46 234,85 100 78,3 22,1 LV2
5 0,33 0,57 260,94 100 87 22,2 LV2
Teste 1 : Cruz-B3-D1,65
1 0,3 0,10 33,29 100 11,1 18,8 LV2
2 0,31 0,20 33,29 100 11,1 19,4 LV2
3 0,3 0,31 33,89 100 11,3 19,6 LV2
4 0,3 0,41 32,99 100 11 19,8 LV2
5 0,29 0,50 35,09 100 11,7 20,1 LV2
Teste 2 : Cruz-B3-D1,70
1 0,3 0,10 49,19 100 16,4 19,6 LV2
2 0,3 0,20 50,39 100 16,8 19,6 LV2
3 0,32 0,31 52,49 100 17,5 19,8 LV2
4 0,34 0,42 60,29 100 20,1 19,8 LV2
5 0,38 0,55 57,29 100 19,1 20,2 LV2
6 0,35 0,67 60,59 100 20,2 20 LV2
Teste 3 : Cruz-B3-D1,75
1 0,33 0,11 83,08 100 27,7 20,7 LV2
2 0,36 0,23 88,18 100 29,4 20,7 LV2
3 0,28 0,32 88,78 100 29,6 20,8 LV2
4 0,29 0,42 92,08 100 30,7 20,8 LV2
5 0,32 0,53 99,88 100 33,3 21,2 LV2
6 0,28 0,51 100,18 100 33,4 21,2 LV2
Teste 4 : Cruz-B3-D1,80
1 0,37 0,12 205,76 100 68,6 20,6 LV2
2 0,31 0,23 203,96 100 68 20,7 LV2
3 0,28 0,32 217,45 100 72,5 20,8 LV2
4 0,36 0,44 250,75 100 83,6 20,6 LV2
5 0,29 0,54 283,74 100 94,6 20,7 LV2
6 0,36 0,66 333,43 60 66,7 20,4 LV2
Teste 1 : Cruz-B4-D1,65
1 0,35 0,12 49,49 100 16,5 23 LV2
2 0,32 0,23 44,69 100 14,9 22,6 LV2
3 0,37 0,35 45,29 100 15,1 22,5 LV2
4 0,37 0,48 46,49 100 15,5 22,5 LV2
5 0,37 0,60 49,79 100 16,6 22,4 LV2
136
Sequência Defloculante
(g)
Defloculante
(%)
Viscosidade
(cP)
Velocidade
(RPM)
Torque
(%)
Temperatura
(ºC)
Spindle
Teste 2: Cruz-B4-D1,70
1 0,28 0,09 78,6 100 26,2 24,6 LV2
2 0,28 0,19 71,4 100 23,8 24,5 LV2
3 0,28 0,28 74,1 100 24,7 24,5 LV2
4 0,26 0,37 75 100 25,1 24,1 LV2
5 0,26 0,45 78,6 100 26,2 24 LV2
6 0,28 0,55 87,9 100 29,3 24,1 LV2
7 0,32 0,66 92,4 100 30,8 24 LV2
Teste 3: Cruz-B4-D1,75
1 0,28 0,09 144,9 100 48,3 25,4 LV2
2 0,27 0,18 149,4 100 49,8 25,2 LV2
3 0,27 0,27 158,4 100 52,8 25,1 LV2
4 0,27 0,36 172,2 100 57,4 24,9 LV2
5 0,27 0,45 181,5 100 60,5 24,9 LV2
6 0,28 0,55 209,7 100 69,9 24,7 LV2
7 0,29 0,65 251 100 83,7 24,9 LV2
Teste 1 : Cruz-B5-D1,65
1 0,3 0,10 107,68 100 35,9 23,7 LV2
2 0,3 0,20 63,59 100 21,2 23,3 LV2
3 0,29 0,30 65,99 100 22 23,3 LV2
4 0,31 0,41 68,09 100 22,7 23,3 LV2
5 0,3 0,51 72,88 100 24,3 23,4 LV2
6 0,3 0,61 77,38 100 25,8 23,3 LV2
Teste 2 : Cruz-B5-D1,70
1 0,3 0,10 197,06 100 65,7 24,6 LV2
2 0,3 0,20 112,78 100 37,6 24,1 LV2
3 0,31 0,31 122,67 100 40,9 24 LV2
4 0,3 0,41 132,87 100 44,3 23,8 LV2
5 0,31 0,52 153,87 100 51,3 23,7 LV2
Teste 3 : Cruz-B5-D1,75
1 0,3 0,10 725,85 100 60,5 25 LV3
2 0,3 0,20 299,94 100 100 24,4 LV2
3 0,33 0,32 299,34 100 99,8 23,9 LV2
4 0,36 0,44 345,93 60 69,2 23,8 LV2
5 0,32 0,55 451,9 60 90,4 23,7 LV2
6 0,33 0,66 789,83 30 79 23,6 LV2
Teste 1 : Cruz-B6-D1,65
1 0,34 0,11 227,65 100 75,9 20,3 LV2
2 0,33 0,23 98,68 100 32,9 20,1 LV2
3 0,36 0,35 107,38 100 35,8 20,2 LV2
4 0,33 0,46 106,18 100 35,4 20 LV2
5 0,31 0,56 112,18 100 37,4 20,2 LV2
6 0,35 0,68 116,08 100 38,7 20,2 LV2
137
Sequência Defloculante
(g)
Defloculante
(%)
Viscosidade
(cP)
Velocidade
(RPM)
Torque
(%)
Temperatura
(ºC)
Spindle
Teste 2 : Cruz-B6-D1,70
1 0,34 0,11 961,79 30 96,2 20,2 LV2
2 0,34 0,23 239,35 100 79,8 19,9 LV2
3 0,32 0,34 241,45 100 80,5 20 LV2
4 0,35 0,45 243,85 100 81,3 20 LV2
5 0,29 0,55 273,54 100 91,2 20,4 LV2
6 0,27 0,64 286,44 100 95,5 20,5 LV2
Teste 3 : Cruz-B6-D1,60
1 0,33 0,11 93,28 100 31,1 20,8 LV2
2 0,28 0,20 53,69 100 17,9 20,8 LV2
3 0,28 0,30 54,89 100 18,3 20,9 LV2
4 0,31 0,40 58,49 100 19,5 20,9 LV2
5 0,33 0,51 57,59 100 19,2 21 LV2
6 0,34 0,52 61,79 100 20,6 21 LV2
Teste 1 : Ara-F1-D1,65
1 0,28 0,09 SM 0 0 0 LV2
2 0,28 0,19 180 100 60 18,5 LV2
3 0,3 0,29 133,2 100 44,4 18 LV2
4 0,29 0,38 138,3 100 46,1 17,8 LV2
5 0,28 0,48 149,4 100 49,8 17,7 LV2
6 0,28 0,57 161,7 100 53,9 18,1 LV2
7 0,31 0,68 182,1 100 60,7 18,2 LV2
Teste 2 : Ara-F1-D1,70
1 0,31 0,10 SM 0 0 0 LV2
2 0,31 0,21 SM 0 0 0 LV2
3 0,27 0,30 SM 0 0 0 LV2
4 0,21 0,37 837,8 30 83,8 19 LV2
5 0,24 0,45 658,9 30 65,9 19 LV2
6 0,25 0,53 663,9 30 66,4 19,1 LV2
7 0,24 0,61 630,9 30 63,1 19,2 LV2
8 0,28 0,71 788,8 30 78,9 19,3 LV2
9 0,26 0,79 997,8 30 99,8 19,4 LV2
10 0,26 0,88 SM 0 0 0 LV2
Teste 3 : Ara-F1-D1,60
1 0,3 0,10 SM 0 0 0 LV2
2 0,27 0,19 87,3 100 29,1 23,4 LV2
3 0,29 0,29 81 100 27 23,3 LV2
4 0,26 0,38 78,3 100 26,1 23,3 LV2
5 0,28 0,47 79,2 100 26,4 23,3 LV2
6 0,31 0,57 82,5 100 27,5 22,9 LV2
7 0,3 0,67 88,5 100 29,5 22,9 LV2
8 0,3 0,77 101,7 100 33,9 23 LV2
9 0,29 0,87 114 100 38 23,1 LV2
10 0,32 0,98 165,3 100 55,1 23 LV2
138
Sequência Defloculante
(g)
Defloculante
(
%
)
Viscosidade
(
cP
)
Velocidade
(
RPM
)
Torque
(
%
)
Temperatura
(
ºC
)
Spindle
Teste 1 : Ara-F5-D1,65
1 0,29 0,10 171,6 100 57,2 24 LV2
2 0,28 0,19 88,8 100 29,6 24 LV2
3 0,28 0,29 90,9 100 30,3 24,1 LV2
4 0,33 0,40 94,8 100 31,6 24,1 LV2
5 0,28 0,49 98,7 100 32,9 24,2 LV2
6 0,28 0,58 103,5 100 34,5 24,1 LV2
7 0,27 0,68 108,9 100 36,3 23,9 LV2
Teste 2 : Ara-F5-D1,70
1 0,3 0,10 915,8 30 91,6 24 LV2
2 0,3 0,20 208,5 100 69,5 24 LV2
3 0,3 0,30 211,5 100 70,5 24 LV2
4 0,29 0,40 210,6 100 70,2 24,2 LV2
5 0,29 0,50 227,1 100 75,7 24,6 LV2
6 0,28 0,59 235,1 100 78,4 24,5 LV2
7 0,3 0,69 259,1 100 86,4 24,5 LV2
Teste 3 : Ara-F5-D1,75
1 0,31 0,10 SM 0 0 0 LV2
2 0,35 0,22 835,8 30 83,6 25,9 LV2
3 0,29 0,32 751,8 30 75,2 25,8 LV2
4 0,28 0,41 788,8 30 78,9 25,5 LV2
5 0,35 0,53 930,8 30 93,1 25,5 LV2
6 0,27 0,62 1505 12 60,2 25,4 LV2
Teste 4 : Ara-F5-D1,80
1 0,45 0,15 SM SM SM SM LV2
2 0,28 0,25 SM SM SM SM LV2
3 0,3 0,35 SM SM SM SM LV2
Teste 1 : Part-B1-D1,65
1 0,28 0,09 68,09 100 22,7 19,7 LV2
2 0,28 0,19 44,39 100 14,8 19,9 LV2
3 0,3 0,29 44,69 100 14,9 20 LV2
4 0,29 0,38 46,19 100 15,5 20,2 LV2
5 0,28 0,48 45,89 100 15,3 20,4 LV2
6 0,26 0,57 45,89 100 15,3 20,2 LV2
Teste 2 : Part-B1-D1,70
1 0,27 0,09 203,66 100 67,9 20,1 LV2
2 0,3 0,19 68,39 100 22,8 20,3 LV2
3 0,28 0,28 71,38 100 23,8 20,3 LV2
4 0,28 0,38 71,08 100 23,7 20,4 LV2
5 0,27 0,47 71,98 100 24 20,4 LV2
6 0,28 0,56 73,78 100 24,6 20,6 LV2
139
Sequência Defloculante
(g)
Defloculante
(%)
Viscosidade
(cP)
Velocidade
(RPM)
Torque
(%)
Temperatura
(ºC)
Spindle
Teste 3 : Part-B1-D1,75
1 0,27 0,09 SM 0 0 0 LV2
2 0,28 0,18 148,47 100 49,5 21,8 LV2
3 0,36 0,30 131,97 100 44 21,7 LV2
4 0,28 0,40 134,07 100 44,7 22 LV2
5 0,28 0,49 139,17 100 46,4 22,1 LV2
6 0,25 0,58 144,27 100 48,1 22,1 LV2
7 0,27 0,67 143,97 100 48 22,2 LV2
Teste 4 : Part-B1-D1,80
1 0,27 0,09 SM 0 0 0 LV2
2 0,3 0,19 SM 0 0 0 LV2
3 0,3 0,29 359,42 60 71,9 22,5 LV2
4 0,33 0,40 349,93 60 70 22,7 LV2
5 0,35 0,52 367,42 60 73,5 22,9 LV2
6 0,28 0,61 375,92 60 75,2 22,7 LV2
Teste 1 : Part-B2-D1,65
1 0,28 0,09 SM 0 0 0 LV2
2 0,26 0,18 118,17 100 39,4 21,8 LV2
3 0,24 0,26 65,69 100 21,9 21,3 LV2
4 0,29 0,36 65,39 100 21,8 21,1 LV2
5 0,28 0,45 63,29 100 21,1 20,9 LV2
6 0,28 0,55 67,19 100 22,4 21,1 LV2
7 0,25 0,63 70,78 100 23,6 20,9 LV2
8 0,3 0,73 72,58 100 24,2 20,9 LV2
9 0,28 0,83 77,38 100 25,8 21,1 LV2
10 0,3 0,93 81,28 100 27,1 21,3 LV2
11 0,32 1,04 89,08 100 29,7 21,4 LV2
Teste 2 : Part-B2-D1,70
1 0,28 0,09 SM 100 67,9 20,1 LV2
2 0,25 0,18 SM 100 22,8 20,3 LV2
3 0,28 0,27 174,86 100 58,3 21,3 LV2
4 0,29 0,37 129,87 100 43,3 21,2 LV2
5 0,29 0,47 129,27 100 43,1 21 LV2
6 0,25 0,55 131,37 100 43,8 21 LV2
7 0,28 0,65 129,87 100 43,3 21 LV2
8 0,28 0,74 160,77 100 53,6 21,2 LV2
9 0,28 0,83 165,86 100 55,3 21,3 LV2
10 0,29 0,93 181,16 100 60,4 21,4 LV2
11 0,33 1,04 224,05 100 74,7 21,6 LV2
Teste 3 : Part-B2-D1,75
1 0,36 0,12 SM 0 0 0 LV2
2 0,29 0,22 SM 0 0 0 LV2
3 0,24 0,30 SM 0 0 0 LV2
4 0,26 0,39 990,79 30 99,1 22,2 LV2
5 0,28 0,48 416,41 60 83,3 22,1 LV2
6 0,32 0,59 371,92 60 74,4 22,2 LV2
7 0,31 0,69 374,92 60 75 22 LV2
8 0,28 0,79 421,91 60 84,4 22,3 LV2
9 0,32 0,89 485,9 60 97,2 22,5 LV2
140
Sequência Defloculante
(g)
Defloculante
(
%
)
Viscosidade
(
cP
)
Velocidade
(
RPM
)
Torque
(
%
)
Temperatura
(
ºC
)
Spindle
Teste 4 : Part-B2-D1,80
1 0,39 0,13 SM SM SM SM LV2
2 0,31 0,24 SM SM SM SM LV2
3 0,15 0,29 SM SM SM SM LV2
4 0,34 0,40 SM SM SM SM LV2
5 0,33 0,51 SM SM SM SM LV2
6 0,33 0,62 SM SM SM SM LV2
7 0,33 0,73 SM SM SM SM LV2
8 0,36 0,85 SM SM SM SM LV2
APÊNDICE B – Curvas Reológicas
(Curvas de Fluxo e Curvas de Viscosidade)
142
CRUZ B2
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
35,00
40,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00
Taxa de Cisalhamento (1/s)
Tensão de Cisalhamento (D/cm2)
CRUZ B2
0,0
50,0
100,0
150,0
200,0
250,0
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00
Taxa de Cisalhamento (1/s)
Viscosidade (cP)
143
Tabela CRUZ B2 - Ensaio Reológico
Equipamento: Viscosímetro Rotacional - Marca: Brookfield
Modelo: LV - Spindle: SC4-18
Viscosidade
(cP)
Velocidade
(RPM)
% Torque
Tensão de
Cisalhamento
(D/cm
2
)
Taxa de
Cisalhamento
(s
-1
)
Temperatura
(°C)
Tempo (s)
70,0 0,30 0,70 0,28 0,40 23,0 01:32,7
66,0 0,50 1,10 0,44 0,66 23,1 00:12,9
65,0 0,60 1,30 0,51 0,79 23,1 00:12,2
69,0 1,00 2,30 0,91 1,32 23,1 00:12,4
72,0 1,50 3,60 1,43 1,98 23,1 00:12,4
70,5 2,00 4,70 1,86 2,64 23,1 00:12,4
67,2 2,50 5,60 2,22 3,30 23,1 00:11,4
64,0 3,00 6,40 2,53 3,96 23,1 00:11,9
62,2 4,00 8,30 3,29 5,28 23,1 00:12,2
61,8 5,00 10,30 4,08 6,60 23,1 00:12,5
60,0 6,00 12,00 4,75 7,92 23,1 00:12,7
56,4 10,00 18,80 7,44 13,20 23,2 00:12,7
54,7 12,00 21,90 8,67 15,84 23,1 00:12,3
51,3 20,00 34,20 13,54 26,40 23,1 00:12,1
48,8 30,00 48,80 19,32 39,60 23,1 00:12,4
45,7 50,00 76,20 30,17 66,00 23,1 00:12,2
44,5 60,00 89,10 35,28 79,20 23,1 00:12,7
44,5 50,00 74,10 29,34 66,00 23,1 00:16,4
47,2 30,00 47,20 18,69 39,60 23,1 00:13,8
49,0 20,00 32,70 12,95 26,40 23,1 00:12,9
54,0 12,00 21,60 8,55 15,84 23,1 00:12,2
55,8 10,00 18,60 7,36 13,20 23,1 00:12,2
60,5 6,00 12,10 4,79 7,92 23,1 00:12,4
68,4 5,00 11,40 4,51 6,60 23,1 00:12,2
72,7 4,00 9,70 3,84 5,28 23,1 00:12,4
75,0 3,00 7,50 2,97 3,96 23,1 00:12,2
80,4 2,50 6,70 2,65 3,30 23,1 00:12,5
81,0 2,00 5,40 2,14 2,64 23,1 00:11,9
82,0 1,50 4,10 1,62 1,98 23,2 00:12,7
120,0 1,00 4,00 1,58 1,32 23,2 00:12,2
155,0 0,60 3,10 1,23 0,79 23,2 00:12,5
162,0 0,50 2,70 1,07 0,66 23,1 00:12,4
220,0 0,30 2,20 0,87 0,40 23,2 00:11,9
144
CRUZ B3
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
35,00
40,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00
Taxa de Cisalhamento (1/s)
Tensão de Cisalhamento (D/cm2)
CRUZ B3
0,0
100,0
200,0
300,0
400,0
500,0
600,0
0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00 45,00
Taxa de Cisalhamento (1/s)
Viscosidade (cP)
145
T
abela CRUZ B3 - Ensaio Reológico
Equipamento: Viscosímetro Rotacional - Marca: Brookfield
Modelo: LV - Spindle: SC4-18
Viscosidade
(cP)
Velocidade
(RPM)
% Torque
Tensão de
Cisalhamento
(D/cm
2
)
Taxa de
Cisalhamento
(s
-1
)
Temperatura
(°C)
Tempo (s)
120,0 0,30 1,20 0,48 0,40 23,2 00:42,0
108,0 0,50 1,80 0,71 0,66 23,2 00:12,4
105,0 0,60 2,10 0,83 0,79 23,2 00:13,0
117,0 1,00 3,90 1,54 1,32 23,2 00:11,9
124,0 1,50 6,20 2,45 1,98 23,2 00:12,2
123,0 2,00 8,20 3,25 2,64 23,2 00:12,4
111,6 2,50 9,30 3,68 3,30 23,2 00:13,0
115,0 3,00 11,50 4,55 3,96 23,2 00:11,9
111,0 4,00 14,80 5,86 5,28 23,2 00:13,0
109,2 5,00 18,20 7,21 6,60 23,2 00:12,9
106,0 6,00 21,20 8,39 7,92 23,2 00:11,9
96,0 10,00 32,00 12,67 13,20 23,2 00:12,5
90,2 12,00 36,10 14,29 15,84 23,2 00:12,7
79,2 20,00 52,80 20,90 26,40 23,2 00:12,2
70,4 30,00 70,40 27,87 39,60 23,3 00:12,4
71,2 20,00 47,50 18,81 26,40 23,3 00:13,7
83,0 12,00 33,20 13,14 15,84 23,3 00:11,9
87,9 10,00 29,30 11,60 13,20 23,3 00:13,2
106,5 6,00 21,30 8,43 7,92 23,3 00:12,7
112,8 5,00 18,80 7,44 6,60 23,3 00:12,7
126,7 4,00 16,90 6,69 5,28 23,3 00:12,9
142,0 3,00 14,20 5,62 3,96 23,2 00:12,2
154,8 2,50 12,90 5,11 3,30 23,3 00:12,2
169,5 2,00 11,30 4,47 2,64 23,2 00:12,9
204,0 1,50 10,20 4,04 1,98 23,2 00:12,7
260,9 1,00 8,70 3,44 1,32 23,3 00:12,9
334,9 0,60 6,70 2,65 0,79 23,3 00:12,2
347,9 0,50 5,80 2,30 0,66 23,3 00:12,7
519,9 0,30 5,20 2,06 0,40 23,3 00:13,2
146
CRUZ B4
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
35,00
40,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00
Taxa de Cisalhamento (1/s)
Tensão de Cisalhamento (D/cm2)
CRUZ B4
0,0
50,0
100,0
150,0
200,0
250,0
300,0
0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00 45,00
Taxa de Cisalhamento (1/s)
Viscosidade (cP)
147
Tabel
a CRUZ B4 - Ensaio Reológico
Equipamento: Viscosímetro Rotacional - Marca: Brookfield
Modelo: LV - Spindle: SC4-18
Viscosidade
(cP)
Velocidade
(RPM)
% Torque
Tensão de
Cisalhamento
(D/cm
2
)
Taxa de
Cisalhamento
(s
-1
)
Temperatura
(°C)
Tempo (s)
60,0 0,30 0,60 0,24 0,40 21,2 02:15,1
90,0 0,50 1,50 0,59 0,66 21,2 00:13,2
100,0 0,60 2,00 0,79 0,79 21,2 00:13,2
126,0 1,00 4,20 1,66 1,32 21,2 00:14,2
108,0 1,50 5,40 2,14 1,98 21,2 00:14,7
111,0 2,00 7,40 2,93 2,64 21,2 00:13,2
100,8 2,50 8,40 3,33 3,30 21,2 00:13,0
100,0 3,00 10,00 3,96 3,96 21,2 00:13,4
94,5 4,00 12,60 4,99 5,28 21,2 00:14,5
91,2 5,00 15,20 6,02 6,60 21,2 00:12,2
89,5 6,00 17,90 7,09 7,92 21,2 00:12,9
82,8 10,00 27,60 10,93 13,20 21,2 00:12,4
80,0 12,00 32,00 12,67 15,84 21,2 00:13,4
74,8 20,00 49,90 19,76 26,40 21,2 00:14,5
70,5 30,00 70,50 27,91 39,60 21,2 00:13,7
72,6 20,00 48,40 19,16 26,40 21,2 00:13,2
78,2 12,00 31,30 12,39 15,84 21,2 00:12,7
83,7 10,00 27,90 11,05 13,20 21,2 00:13,0
89,5 6,00 17,90 7,09 7,92 21,2 00:11,9
95,4 5,00 15,90 6,30 6,60 21,2 00:12,4
104,2 4,00 13,90 5,50 5,28 21,2 00:12,9
111,0 3,00 11,10 4,39 3,96 21,2 00:13,2
109,2 2,50 9,10 3,60 3,30 21,2 00:12,4
120,0 2,00 8,00 3,17 2,64 21,2 00:13,7
128,0 1,50 6,40 2,53 1,98 21,2 00:13,5
162,0 1,00 5,40 2,14 1,32 21,2 00:13,4
205,0 0,60 4,10 1,62 0,79 21,2 00:14,5
198,0 0,50 3,30 1,31 0,66 21,2 00:13,9
249,9 0,30 2,50 0,99 0,40 21,2 00:13,2
148
CRUZ B5
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
35,00
40,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00
Taxa de Cisalhamento (1/s)
Tensão de Cisalhamento (D/cm2)
CRUZ B5
000,0
100,0
200,0
300,0
400,0
500,0
600,0
700,0
800,0
900,0
0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 16,00 18,00
Taxa de Cisalhamento (1/s)
Viscosidade (cP)
149
T
abela CRUZ B5 - Ensaio Reológico
Equipamento: Viscosímetro Rotacional - Marca: Brookfield
Modelo: LV - Spindle: SC4-18
Viscosidade
(cP)
Velocidade
(RPM)
% Torque
Tensão de
Cisalhamento
(D/cm
2
)
Taxa de
Cisalhamento
(s
-1
)
Temperatura
(°C)
Tempo (s)
239,9 0,30 2,40 0,95 0,40 24,2 02:09,5
281,9 0,50 4,70 1,86 0,66 24,2 00:13,5
324,9 0,60 6,50 2,57 0,79 24,3 00:12,7
299,9 1,00 10,00 3,96 1,32 24,3 00:11,7
281,9 1,50 14,10 5,58 1,98 24,3 00:14,5
290,9 2,00 19,40 7,68 2,64 24,3 00:12,2
269,9 2,50 22,50 8,91 3,30 24,3 00:12,2
261,9 3,00 26,20 10,37 3,96 24,3 00:11,7
240,7 4,00 32,10 12,71 5,28 24,3 00:11,4
226,2 5,00 37,70 14,93 6,60 24,3 00:11,4
218,0 6,00 43,60 17,26 7,92 24,3 00:11,7
193,2 10,00 64,40 25,50 13,20 24,3 00:11,7
183,7 12,00 73,50 29,10 15,84 24,3 00:11,7
186,3 10,00 62,10 24,59 13,20 24,4 00:05,4
207,5 6,00 41,50 16,43 7,92 24,3 00:15,7
220,8 5,00 36,80 14,57 6,60 24,4 00:13,2
236,2 4,00 31,50 12,47 5,28 24,3 00:13,4
260,9 3,00 26,10 10,33 3,96 24,3 00:12,7
284,3 2,50 23,70 9,38 3,30 24,3 00:12,7
307,4 2,00 20,50 8,12 2,64 24,4 00:12,2
343,9 1,50 17,20 6,81 1,98 24,3 00:11,4
425,9 1,00 14,20 5,62 1,32 24,3 00:11,9
564,9 0,60 11,30 4,47 0,79 24,3 00:12,0
599,9 0,50 10,00 3,96 0,66 24,3 00:11,7
799,8 0,30 8,00 3,17 0,40 24,3 00:11,4
150
CRUZ B6
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
35,00
40,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00
Taxa de Cisalhamento (1/s)
Tensão de Cisalhamento (D/cm2)
CRUZ B6
000
1.000
2.000
3.000
4.000
5.000
6.000
7.000
8.000
9.000
10.000
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50
Taxa de Cisalhamento (1/s)
Viscosidade (cP)
151
Tabela CRUZ B6 - Ensaio Reológico
Equipamento: Viscosímetro Rotacional - Marca: Brookfield
Modelo: LV - Spindle: SC4-18
Viscosidade
(cP)
Velocidade
(RPM)
% Torque
Tensão de
Cisalhamento
(D/cm
2
)
Taxa de
Cisalhamento
(s
-1
)
Temperatura
(°C)
Tempo (s)
890 0,30 8,90 3,52 0,40 22,9 01:51,1
1.824 0,50 30,40 12,04 0,66 22,9 00:14,2
2.340 0,60 46,80 18,53 0,79 22,9 00:15,2
2.187 1,00 72,90 28,86 1,32 22,9 00:13,2
1.998 1,50 99,90 39,55 1,98 22,9 00:12,9
4.659 0,60 93,20 36,90 0,79 23,0 00:45,7
5.669 0,50 94,50 37,41 0,66 23,0 00:14,0
9.078 0,30 90,80 35,95 0,40 23,0 00:12,4
152
ARA F5
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
35,00
40,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00
Taxa de Cisalhamento (1/s)
Tensão de Cisalhamento (D/cm2)
ARA F5
000
1.000
2.000
3.000
4.000
5.000
6.000
7.000
8.000
9.000
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40
Taxa de Cisalhamento (1/s)
Viscosidade (cP)
153
Tabela A
RA F5 - Ensaio Reológico
Equipamento: Viscosímetro Rotacional - Marca: Brookfield
Modelo: LV - Spindle: SC4-18
Viscosidade
(cP)
Velocidade
(RPM)
% Torque
Tensão de
Cisalhamento
(D/cm
2
)
Taxa de
Cisalhamento
(s
-1
)
Temperatura
(°C)
Tempo (s)
1.570 0,30 15,70 6,22 0,40 23,8 01:00,9
2.208 0,50 36,80 14,57 0,66 23,8 00:12,9
2.574 0,60 51,50 20,39 0,79 23,8 00:12,5
2.283 1,00 76,10 30,13 1,32 23,9 00:11,6
4.464 0,60 89,30 35,36 0,79 23,8 00:15,0
5.213 0,50 86,90 34,41 0,66 23,8 00:12,9
8.078 0,30 80,80 31,99 0,40 23,8 00:12,7
154
ARA F1
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
35,00
40,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00
Taxa de Cisalhamento (1/s)
Tensão de Cisalhamento (D/cm2)
ARA F1
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40
Taxa de Cisalhamento (1/s)
Viscosidade (cP)
155
Tabela A
RA F1 - Ensaio Reológico
Equipamento: Viscosímetro Rotacional - Marca: Brookfield
Modelo: LV - Spindle: SC4-18
Viscosidade
(cP)
Velocidade
(RPM)
% Torque
Tensão de
Cisalhamento
(D/cm
2
)
Taxa de
Cisalhamento
(s
-1
)
Temperatura
(°C)
Tempo (s)
1430 0,30 14,30 5,66 0,40 23,9 00:43,5
2208 0,50 36,80 14,57 0,66 23,9 00:12,4
2869 0,60 57,40 22,73 0,79 23,8 00:11,9
2531 1,00 84,40 33,42 1,32 23,9 00:12,4
4694 0,60 93,90 37,18 0,79 23,9 00:43,0
5423 0,50 90,40 35,79 0,66 23,9 00:13,2
8118 0,30 81,20 32,15 0,40 23,9 00:13,7
156
PART B1
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
35,00
40,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00
Taxa de Cisalhamento (1/s)
Tensão de Cisalhamento (D/cm2)
PART B1
000,0
100,0
200,0
300,0
400,0
500,0
600,0
700,0
0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00
Taxa de Cisalhamento (1/s)
Viscosidade (cP)
157
Tabela P
ART B1 - Ensaio Reológico
Equipamento: Viscosímetro Rotacional - Marca: Brookfield
Modelo: LV - Spindle: SC4-18
Viscosidade
(cP)
Velocidade
(RPM)
% Torque
Tensão de
Cisalhamento
(D/cm
2
)
Taxa de
Cisalhamento
(s
-1
)
Temperatura
(°C)
Tempo (s)
279,9 0,30 2,80 1,11 0,40 23,6 00:35,4
371,9 0,50 6,20 2,45 0,66 23,7 00:21,9
364,9 0,60 7,30 2,89 0,79 23,7 00:12,5
338,9 1,00 11,30 4,47 1,32 23,7 00:12,2
305,9 1,50 15,30 6,06 1,98 23,8 00:11,5
275,9 2,00 18,40 7,28 2,64 23,9 00:11,7
250,7 2,50 20,90 8,27 3,30 23,9 00:11,4
239,9 3,00 24,00 9,50 3,96 23,9 00:12,4
219,0 4,00 29,20 11,56 5,28 23,9 00:11,7
205,2 5,00 34,20 13,54 6,60 23,9 00:12,2
195,0 6,00 39,00 15,44 7,92 23,9 00:12,2
168,0 10,00 56,00 22,17 13,20 23,9 00:11,4
160,2 12,00 64,10 25,38 15,84 23,9 00:12,0
140,1 20,00 93,40 36,98 26,40 24,0 00:12,7
159,2 12,00 63,70 25,22 15,84 24,0 00:12,2
168,0 10,00 56,00 22,17 13,20 24,0 00:12,4
195,5 6,00 39,10 15,48 7,92 24,0 00:12,4
209,4 5,00 34,90 13,82 6,60 24,0 00:12,7
226,5 4,00 30,20 11,96 5,28 24,1 00:11,9
257,9 3,00 25,80 10,21 3,96 24,1 00:12,7
266,3 2,50 22,20 8,79 3,30 24,0 00:12,7
293,9 2,00 19,60 7,76 2,64 24,0 00:12,2
323,9 1,50 16,20 6,41 1,98 24,0 00:12,9
407,9 1,00 13,60 5,38 1,32 24,1 00:12,2
529,9 0,60 10,60 4,20 0,79 24,1 00:12,5
587,9 0,50 9,80 3,88 0,66 24,1 00:12,4
559,9 0,30 5,60 2,22 0,40 24,1 00:15,0
158
PART B2
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
35,00
40,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00
Taxa de Cisalhamento (1/s)
Tensão de Cisalhamento (D/cm2)
PART B2
000,0
500,0
1.000,0
1.500,0
2.000,0
2.500,0
0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00
Taxa de Cisalhamento (1/s)
Viscosidade (cP)
159
Tabel
a PART B2 - Ensaio Reológico
Equipamento: Viscosímetro Rotacional - Marca: Brookfield
Modelo: LV - Spindle: SC4-18
Viscosidade
(cP)
Velocidade
(RPM)
% Torque
Tensão de
Cisalhamento
(D/cm
2
)
Taxa de
Cisalhamento
(s
-1
)
Temperatura
(°C)
Tempo (s)
619,9 0,30 6,20 2,45 0,40 24,3 00:40,9
731,8 0,50 12,20 4,83 0,66 24,3 00:12,4
764,8 0,60 15,30 6,06 0,79 24,3 00:11,7
704,8 1,00 23,50 9,30 1,32 24,3 00:12,2
625,9 1,50 31,30 12,39 1,98 24,3 00:11,9
595,4 2,00 39,70 15,72 2,64 24,3 00:12,2
548,3 2,50 45,70 18,09 3,30 24,3 00:11,7
515,9 3,00 51,60 20,43 3,96 24,3 00:11,4
464,9 4,00 62,00 24,55 5,28 24,3 00:11,7
427,1 5,00 71,20 28,19 6,60 24,3 00:12,2
397,4 6,00 79,50 31,48 7,92 24,3 00:11,7
428,3 5,00 71,40 28,27 6,60 24,4 00:12,9
474,6 4,00 63,30 25,06 5,28 24,4 00:11,9
544,9 3,00 54,50 21,58 3,96 24,3 00:13,5
602,3 2,50 50,20 19,87 3,30 24,4 00:12,2
680,9 2,00 45,40 17,97 2,64 24,4 00:12,4
805,8 1,50 40,30 15,96 1,98 24,5 00:12,7
992,8 1,00 33,10 13,10 1,32 24,5 00:11,7
1.354,7 0,60 27,10 10,73 0,79 24,5 00:11,7
1.625,7 0,50 27,10 10,73 0,66 24,4 00:12,7
2.229,5 0,30 22,30 8,83 0,40 24,4 00:12,4
APÊNDICE C – Difratogramas de Raios X
161
Cruz B2
T
02-0056 (D) - Illite - KAl2Si3AlO10(OH)2
09-0466 (*) - Albite, ordered - NaAlSi3O8
03-0800 (D) - Hematite - Fe2O3
13-0003 (D) - Chlorite - Mg2Al3(Si3Al)O10(O)8
05-0490 (D) - Quartz, low - SiO2
CRUZ_B2
L
in
(
C
o
u
n
ts
)
0
500
1000
1/d - Scale
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.60.6
L
in
(
C
o
u
n
ts
)
0
500
1000
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.60.6
d
=
1
4
.
2
4
7
d
=
7
.
0
9
2
d
=
4
.
7
3
5
d
=
2
.
7
0
0
0
d
=
9
.
9
7
3
d
=
4
.
4
8
2
d
=
3
.
1
9
1
d
=
4
.
0
3
0
d
=
3
.
7
7
2
d
=
3
.
5
4
6
Cruz B3 T
34-0517 (D) - Dolomite, ferroan - Ca(Mg,Fe)(CO3)2
09-0457 (D) - Albite, calcian, ordered - (Na,Ca)(Si,Al)4O8
03-0800 (D) - Hematite - Fe2O3
13-0003 (D) - Chlorite - Mg2Al3(Si3Al)O10(O)8
02-0056 (D) - Illite - KAl2Si3AlO10(OH)2
05-0490 (D) - Quartz, low - SiO2
CRUZ_B3 _T - File: CRUZ_B3.RAW
L
in
(
C
o
u
n
ts
)
0
500
1000
1/d - Scale
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.60.6
L
in
(
C
o
u
n
ts
)
0
500
1000
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.60.6
d
=
1
4
.
1
2
1
d
=
9
.
9
6
6
d
=
7
.
1
2
8
d
=
4
.
5
0
0
d
=
4
.
0
3
6
d
=
3
.
7
5
9
d
=
3
.
1
9
9
d
=
2
.
8
9
6
5
d
=
2
.
6
9
3
5
162
Cruz B4
T
24-0027 (D) - Calcite - CaCO3
10-0418 (D) - Vermiculite - Mg11Al5FeSi11O42·40H2O
13-0003 (D) - Chlorite - Mg2Al3(Si3Al)O10(O)8
36-0426 (*) - Dolomite - CaMg(CO3)2
09-0457 (D) - Albite, calcian, ordered - (Na,Ca)(Si,Al)4O8
03-0800 (D) - Hematite - Fe2O3
02-0056 (D) - Illite - KAl2Si3AlO10(OH)2
05-0490 (D) - Quartz, low - SiO2
CRUZ_B4_T -
L
in
(
C
o
u
n
ts
)
0
500
1000
1/d - Scale
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.60.6
L
in
(
C
o
u
n
ts
)
0
500
1000
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.60.6
d
=
9
.
9
3
8
d
=
4
.
4
7
9
d
=
2
.
7
1
8
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d
=
3
.
1
9
3
d
=
2
.
8
8
0
7
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=
1
4
.
4
5
6
d
=
6
.
8
5
4
d
=
3
.
0
3
0
Cruz B5
T
09-0466 (*) - Albite, ordered - NaAlSi3O8
13-0534 (D) - Hematite, syn - Fe2O3
03-0009 (D) - Montmorillonite - Si-Al-Fe-Mg-O
10-0418 (D) - Vermiculite - Mg11Al5FeSi11O42·40H2O
36-0426 (*) - Dolomite - CaMg(CO3)2
03-0800 (D) - Hematite - Fe2O3
02-0056 (D) - Illite - KAl2Si3AlO10(OH)2
05-0490 (D) - Quartz, low - SiO2
CRUZ_B5_T -
L
in
(
C
o
u
n
ts
)
0
500
1000
1/d - Scale
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.60.6
L
in
(
C
o
u
n
ts
)
0
500
1000
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.60.6
d
=
1
0
.
0
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d
=
5
.
0
0
2
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=
2
.
7
0
9
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=
4
.
0
3
0
d
=
3
.
8
7
3
d
=
3
.
7
6
3
d
=
3
.
6
7
7
d
=
2
.
8
9
0
7
d
=
1
4
.
1
2
1
d
=
4
.
5
7
2
d
=
6
.
9
3
8
d
=
1
5
.
4
9
2
d
=
5
.
1
4
7
d
=
2
.
6
8
1
8
163
Cruz B6
T
20-0548 (D) - Albite, calcian, ordered - (Na,Ca)(Si,Al)4O8
05-0586 (*) - Calcite, syn - CaCO3
03-0009 (D) - Montmorillonite - Si-Al-Fe-Mg-O
36-0426 (*) - Dolomite - CaMg(CO3)2
03-0800 (D) - Hematite - Fe2O3
02-0056 (D) - Illite - KAl2Si3AlO10(OH)2
05-0490 (D) - Quartz, low - SiO2
CRUZ_B6_T -
L
in
(
C
o
u
n
ts
)
0
500
1000
1/d - Scale
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.60.6
L
in
(
C
o
u
n
ts
)
0
500
1000
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.60.6
d
=
9
.
9
4
2
d
=
2
.
7
0
0
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d
=
2
.
8
9
2
1
d
=
1
5
.
2
9
5
d
=
3
.
0
3
0
d
=
3
.
2
0
1
d
=
4
.
0
4
7
d
=
3
.
7
5
2
d
=
3
.
6
8
2
164
A
ra F5
T
07-0363 (D) - Analcime - NaAl(SiO3)2·H2O
19-0932 (I) - Microcline, intermediate - KAlSi3O8
24-0072 (D) - Hematite - Fe2O3
34-0517 (D) - Dolomite, ferroan - Ca(Mg,Fe)(CO3)2
05-0586 (*) - Calcite, syn - CaCO3
20-0554 (D) - Albite, ordered - NaAlSi3O8
09-0343 (D) - Illite, trioctahedral - K0.5(Al,Fe,Mg)3(Si,Al)4O10(OH)2
05-0490 (D) - Quartz, low - SiO2
ARA_F5_T -
L
in
(
C
o
u
n
ts
)
0
500
10001000
1/d - Scale
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.60.6
L
in
(
C
o
u
n
ts
)
0
500
10001000
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.60.6
d
=
1
0
.
0
3
9
d
=
4
.
4
7
5
d
=
3
.
1
8
9
d
=
4
.
0
4
5
d
=
3
.
7
6
7
d
=
3
.
6
6
0
d
=
3
.
0
3
6
d
=
2
.
8
9
5
6
d
=
2
.
7
0
1
9
d
=
3
.
2
4
5
d
=
3
.
4
2
4
d
=
5
.
5
7
2
A
ra F1 T
07-0363 (D) - Analcime - NaAl(SiO3)2·H2O
10-0479 (D) - Microcline, inter - KAlSi3O8
09-0343 (D) - Illite, trioctahedral - K0.5(Al,Fe,Mg)3(Si,Al)4O10(OH)2
24-0072 (D) - Hematite - Fe2O3
34-0517 (D) - Dolomite, ferroan - Ca(Mg,Fe)(CO3)2
24-0027 (D) - Calcite - CaCO3
03-0009 (D) - Montmorillonite - Si-Al-Fe-Mg-O
20-0554 (D) - Albite, ordered - NaAlSi3O8
05-0490 (D) - Quartz, low - SiO2
ARA_F1_T -
L
in
(
C
o
u
n
ts
)
0
500
10001000
1/d - Scale
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.60.6
L
in
(
C
o
u
n
ts
)
0
500
10001000
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.60.6
d
=
1
4
.
9
7
1
d
=
9
.
9
8
8
d
=
4
.
4
7
6
d
=
3
.
1
9
0
d
=
3
.
0
2
8
d
=
4
.
0
3
7
d
=
3
.
7
7
8
d
=
5
.
1
4
0
d
=
1
.
8
7
3
4
d
=
2
.
8
9
1
8
d
=
2
.
6
9
8
7
d
=
3
.
2
4
0
d
=
3
.
4
3
3
165
Part B1
43-0697 (*) - Calcite, magnesian - (Ca,Mg)CO3
12-0703 (D) - Microcline - KAlSi3O8
20-0554 (D) - Albite, ordered - NaAlSi3O8
13-0003 (D) - Chlorite - Mg2Al3(Si3Al)O10(O)8
09-0343 (D) - Illite, trioctahedral - K0.5(Al,Fe,Mg)3(Si,Al)4O10(OH)2
05-0490 (D) - Quartz, low - SiO2
PART_B1 -
L
in
(
C
o
u
n
ts
)
0
10001000
1/d - Scale
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.60.6
L
in
(
C
o
u
n
ts
)
0
10001000
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.60.6
d
=
1
4
.
1
8
4
d
=
9
.
9
3
6
d
=
3
.
1
8
5
d
=
7
.
1
3
4
d
=
4
.
0
2
9
d
=
3
.
7
7
2
d
=
3
.
6
4
7
d
=
3
.
2
5
5
d
=
2
.
9
9
3
0
Part B
2
03-0800 (D) - Hematite - Fe2O3
43-0697 (*) - Calcite, magnesian - (Ca,Mg)CO3
20-0548 (D) - Albite, calcian, ordered - (Na,Ca)(Si,Al)4O8
13-0003 (D) - Chlorite - Mg2Al3(Si3Al)O10(O)8
09-0343 (D) - Illite, trioctahedral - K0.5(Al,Fe,Mg)3(Si,Al)4O10(OH)2
05-0490 (D) - Quartz, low - SiO2
PART_B2 -
L
in
(
C
o
u
n
ts
)
0
10001000
1/d - Scale
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.60.6
L
in
(
C
o
u
n
ts
)
0
10001000
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.60.6
d
=
1
4
.
2
9
1
d
=
9
.
8
8
4
d
=
3
.
1
9
0
d
=
4
.
4
7
3
d
=
7
.
1
6
4
d
=
4
.
0
3
7
d
=
3
.
7
6
0
d
=
3
.
6
6
2
d
=
2
.
9
9
7
1
d
=
2
.
7
1
2
8
APÊNDICE D – Curvas de Distribuição Granulométrica
167
Particle Size Distribution
0.1 1 10 100 1000
Particle Size (µm)
0
2
4
Volume (%)
Cruz B2 - Average, terça-feira, 17 de outubro de 2006 11:45:10
Cruz B3 - Average, terça-feira, 17 de outubro de 2006 11:57:38
Cruz B4 - Average, terça-feira, 17 de outubro de 2006 12:04:21
Cruz B5 - Average, terça-feira, 17 de outubro de 2006 12:09:34
Cruz B6 - Average, terça-feira, 17 de outubro de 2006 12:14:58
Particle Size Distribution
0.1 1 10 100 1000
Particle Size (µm)
0
1
2
3
4
5
Volume (%)
A
RA F1 - Average, terça-feira, 17 de outubro de 2006 12:19:59
A
RA F5 - Average, terça-feira, 17 de outubro de 2006 12:24:43
Particle Size Distribution
0.1 1 10 100 1000
Particle Size (µm)
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
Volume (%)
PART B1 - Average, terça-feira, 17 de outubro de 2006 12:33:03
PART B2 - Average, terça-feira, 17 de outubro de 2006 12:39:09
168
Particle Size Distribution
0.01 0.1 1 10 100 1000 10000
Particle Size (µm)
0
1
2
3
4
Volume (%)
Cruz B2 - Average, terça-feira, 17 de outubro de 2006 11:45:10
Mesh No Aperture µm
10 2000
12 1680
14 1410
16 1190
18 1000
20 841
25 707
30 595
35 500
Volume In %
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
Vol Below % Mesh No Aperture µm
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100.00 45 354
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Volume In %
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.01
0.09
Vol Below % Mesh No Aperture µm
100.00 120 125
100.00 140 105
100.00 170 88
100.00 200 74
100.00 230 63
100.00 270 53
100.00 325 44
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99.90
Volume In %
0.27
0.60
1.06
1.55
2.37
3.40
3.90
Vol Below %
99.90
99.63
99.04
97.97
96.42
94.06
90.66
86.76
Particle Size Distribution
0.01 0.1 1 10 100 1000 10000
Particle Size (µm)
0
1
2
3
4
Volume (%)
Cruz B3 - Average, terça-feira, 17 de outubro de 2006 11:57:38
Mesh No Aperture µm
10 2000
12 1680
14 1410
16 1190
18 1000
20 841
25 707
30 595
35 500
Volume In %
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
Vol Below % Mesh No Aperture µm
100.00 35 500
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Volume In %
0.00
0.00
0.00
0.00
0.06
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100.00 120 125
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Volume In %
1.27
1.87
2.46
2.86
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4.50
Vol Below %
98.49
97.22
95.35
92.89
90.03
86.38
81.91
77.41
169
Particle Size Distribution
0.01 0.1 1 10 100 1000 10000
Particle Size (µm)
0
1
2
3
4
Volume (%)
Cruz B4 - Average, terça-feira, 17 de outubro de 2006 12:04:21
Mesh No Aperture µm
10 2000
12 1680
14 1410
16 1190
18 1000
20 841
25 707
30 595
35 500
Volume In %
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
Vol Below % Mesh No Aperture µm
100.00 35 500
100.00 40 420
100.00 45 354
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100.00 60 250
100.00 70 210
100.00 80 177
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Volume In %
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
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0.20
Vol Below % Mesh No Aperture µm
100.00 120 125
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99.72
Volume In %
0.43
0.83
1.38
1.92
2.86
3.99
4.47
Vol Below %
99.72
99.29
98.46
97.09
95.16
92.31
88.31
83.84
Particle Size Distribution
0.01 0.1 1 10 100 1000 10000
Particle Size (µm)
0
1
2
3
4
5
Volume (%)
Cruz B5 - Average, terça-feira, 17 de outubro de 2006 12:09:34
Mesh No Aperture µm
10 2000
12 1680
14 1410
16 1190
18 1000
20 841
25 707
30 595
35 500
Volume In %
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
Vol Below % Mesh No Aperture µm
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100.00 40 420
100.00 45 354
100.00 50 297
100.00 60 250
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Volume In %
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
Vol Below % Mesh No Aperture µm
100.00 120 125
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100.00 400 37
100.00
Volume In %
0.19
1.28
2.17
3.05
4.34
5.67
5.86
Vol Below %
100.00
99.81
98.53
96.35
93.31
88.97
83.30
77.44
170
Particle Size Distribution
0.01 0.1 1 10 100 1000 10000
Particle Size (µm)
0
1
2
3
4
Volume (%)
Cruz B6 - Average, terça-feira, 17 de outubro de 2006 12:14:58
Mesh No Aperture µm
10 2000
12 1680
14 1410
16 1190
18 1000
20 841
25 707
30 595
35 500
Volume In %
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.02
Vol Below % Mesh No Aperture µm
100.00 35 500
100.00 40 420
100.00 45 354
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100.00 60 250
100.00 70 210
100.00 80 177
100.00 100 149
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Volume In %
0.03
0.04
0.06
0.05
0.05
0.07
0.14
0.30
Vol Below % Mesh No Aperture µm
99.98 120 125
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99.70 325 44
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99.26
Volume In %
0.58
1.02
1.59
2.10
2.95
3.93
4.22
Vol Below %
99.26
98.68
97.66
96.06
93.97
91.01
87.08
82.87
171
Particle Size Distribution
0.01 0.1 1 10 100 1000 10000
Particle Size (µm)
0
1
2
3
4
Volume (%)
A
RA F1 - Average, terça-feira, 17 de outubro de 2006 12:19:59
Mesh No Aperture µm
10 2000
12 1680
14 1410
16 1190
18 1000
20 841
25 707
30 595
35 500
Volume In %
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
Vol Below % Mesh No Aperture µm
100.00 35 500
100.00 40 420
100.00 45 354
100.00 50 297
100.00 60 250
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100.00 100 149
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Volume In %
0.00
0.00
0.01
0.01
0.01
0.01
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Vol Below % Mesh No Aperture µm
100.00 120 125
100.00 140 105
100.00 170 88
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99.74
Volume In %
0.37
0.74
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1.74
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3.61
4.03
Vol Below %
99.74
99.37
98.62
97.38
95.64
93.05
89.43
85.40
Particle Size Distribution
0.01 0.1 1 10 100 1000 10000
Particle Size (µm)
0
1
2
3
4
Volume (%)
A
RA F5 - Average, terça-feira, 17 de outubro de 2006 12:24:43
Mesh No Aperture µm
10 2000
12 1680
14 1410
16 1190
18 1000
20 841
25 707
30 595
35 500
Volume In %
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
Vol Below % Mesh No Aperture µm
100.00 35 500
100.00 40 420
100.00 45 354
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100.00 60 250
100.00 70 210
100.00 80 177
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Volume In %
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.06
0.20
Vol Below % Mesh No Aperture µm
100.00 120 125
100.00 140 105
100.00 170 88
100.00 200 74
100.00 230 63
100.00 270 53
100.00 325 44
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99.74
Volume In %
0.38
0.70
1.17
1.66
2.51
3.59
4.09
Vol Below %
99.74
99.36
98.66
97.49
95.83
93.32
89.73
85.64
172
Particle Size Distribution
0.01 0.1 1 10 100 1000 10000
Particle Size (µm)
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
Volume (%)
PART B1 - Average, terça-feira, 17 de outubro de 2006 12:33:03
Mesh No Aperture µm
10 2000
12 1680
14 1410
16 1190
18 1000
20 841
25 707
30 595
35 500
Volume In %
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.02
Vol Below % Mesh No Aperture µm
100.00 35 500
100.00 40 420
100.00 45 354
100.00 50 297
100.00 60 250
100.00 70 210
100.00 80 177
100.00 100 149
99.98 120 125
Volume In %
0.04
0.06
0.06
0.06
0.07
0.11
0.22
0.43
Vol Below % Mesh No Aperture µm
99.98 120 125
99.94 140 105
99.88 170 88
99.83 200 74
99.77 230 63
99.70 270 53
99.59 325 44
99.37 400 37
98.94
Volume In %
0.73
1.17
1.67
2.08
2.82
3.66
3.88
Vol Below %
98.94
98.21
97.04
95.37
93.30
90.48
86.82
82.94
Particle Size Distribution
0.01 0.1 1 10 100 1000 10000
Particle Size (µm)
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
Volume (%)
PART B2 - Average, terça-feira, 17 de outubro de 2006 12:39:09
Mesh No Aperture µm
10 2000
12 1680
14 1410
16 1190
18 1000
20 841
25 707
30 595
35 500
Volume In %
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
Vol Below % Mesh No Aperture µm
100.00 35 500
100.00 40 420
100.00 45 354
100.00 50 297
100.00 60 250
100.00 70 210
100.00 80 177
100.00 100 149
100.00 120 125
Volume In %
0.00
0.00
0.00
0.00
0.08
0.21
0.43
0.76
Vol Below % Mesh No Aperture µm
100.00 120 125
100.00 140 105
100.00 170 88
100.00 200 74
100.00 230 63
99.92 270 53
99.71 325 44
99.28 400 37
98.52
Volume In %
1.17
1.71
2.26
2.63
3.35
4.12
4.17
Vol Below %
98.52
97.35
95.64
93.38
90.75
87.40
83.28
79.12
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